《路基路面工程》课程设计计算书解析(共24页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上河南城建学院路基路面工程课程设计计算书课 程 名 称: 路基路面工程 题 目: 某高速公路路面结构设计 专 业: 道路桥梁与渡河工程 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 开 始 时 间: 2013 年 6 月 8 日完 成 时 间: 2013 年 6 月 14 日课程设计成绩：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书撰写质量（45）总 分（100）等级指导教师签名： 年 月 日目 录3.3、结构组合与材料选取五.设计小结19012一设计任务1.1、设计时间和地点1时间：2012-2013学年第二学期第15周2地点：10#B5011.2、设计目的和要求1目的：路基路面工程课程设计是交通工程专业教学的一个重要环节，通过本次设计，使学生对所学本课程专业知识进行一次全面的、系统的综合运用，能进行道路路基、路面结构的设计和计算。进而对所学知识加深理解、巩固和融会贯通。2要求：在给定条件下，依据标准和规范合理进行路基、路面结构设计，写出计算书，并绘制相关图纸。1.3、设计资料1、道路沿线地质情况；2、交通量及道路等级；3、以上资料进行了分组，见附表（设计资料分组表），请每位同学根据自己的班级和学号选择对应的资料进行设计。1.4、设计依据1、公路工程技术标准JTG B01-20032、公路路基设计规范JTG D30-2004；3、公路沥青路面设计规范JTG D50-2006；4、公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-20025、路基路面工程教材 邓学钧主编6、公路路基设计手册，人民交通出版社， 1996. 北京 7、公路设计手册 - 路面人民交通出版社， 1999. 北京。 1.5、设计方法和步骤1、沥青路面设计 计算标准轴载的作用次数；确定道路的交通等级，选定设计年限及车道系数；计算使用年限内累计当量轴次；确定设计弯沉值Ld；确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值；路面结构组合设计；按三层体系理论计算路面厚度，确定采用方案，并验算防冻厚度；绘制路面结构图。2、水泥混凝土路面设计 水泥标准荷载的作用次数；确定交通量分级，选定设计年限及轮迹横向分布系数；计算设计使用年限内累计当量轴次；初拟路面结构，包括结构层次、类型和材料组成，各层的厚度、面板平面尺寸和接缝构造；确定材料参数，确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量；计算荷载疲劳应力（查应力计算图得最大荷载应力；定接缝传荷系数，综合系数；计算荷载疲劳应力；计算温度应力）；由自然区划选最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的翘曲温度应力，最后计算温度疲劳应力；检验初拟路面结构（按r（pr+tr）fr公式检验，如不满足，重拟路面结构，重新计算，直到满足要求为止。计算厚度取整至厘米。）；画出最后选定的路面结构图。1.5、设计成果的编制1、设计计算书：整理设计过程中的计算形成设计计算书，并辅以必要的文字说明以及相关的示意图和表格。2、绘制结构图纸：路面结构布置图。1.6、评分标准及成绩评定课程设计成绩根据平时考勤、设计成果质量按五级记分评定方法评定。凡成绩不及格者，必须重修。平时考查主要检查学生的出勤情况、学习态度、是否独立完成设计等几方面。设计成果的检查，着重检查设计图纸和计算书的完整性和正确性。课程设计的成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级评定。参考标准如下：考核单元名称考核内容考核方法考核标准计算部分路基路面结构设计计算书内容检查批改优秀：工程计算内容全面、正确，书写整洁无误，独立完成，符合设计规范要求。良好：基本达到上述要求中等：能够完成计算要求及内容。及格：基本完成计算要求及内容。不及格：未达到上述要求绘图部分标准横断面 图、路面结构图；构造详图检查批改优秀：设计方案合理， 图纸完整无误，图面整洁，独立完成，较好符合制图标准要求。良好：基本达到上述要求中等：能够完成绘图要求及内容。及格：基本完成绘图要求及内容。不及格：未达到上述要求综合部分对知识理解答辩优秀：基本概念清楚、设计思路清析、熟悉国家规程和规范。良好：基本达到上述要求中等：对概念、规范有所了解，一般了解设计过程。及格：在老师引导下基本达到上述要求不及格：概念模糊、不能掌握规范的相关内容1.7、设计指导教师及分组情况 1、张会远 班 2、尹振羽 李锐铎 班 3、夏英志 李辉 班二设计资料设计资料见下表气象资料公路地处IV2区；当地多年平均最大冻深0.6米水文情况地下水位大于1.5米，有翻浆地质状况粉质轻亚粘土道路等级高速公路沿线材料供应情况沿线可采集各种砂、石料；附近有矿渣、炉渣可利用；水泥、石灰、沥青等材料当地可供应。 交通量表见下表车型交通量车型交通量解放CA10B190黄河JN1621150解放CA30A200黄河JN36060东风EQ140110长征XD160200黄河JN150170交通SH141230交通量平均年增长率前八年为 9% ， 八年后为 3%三、沥青路面设计3.1、完成轴载当量换算我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表3-1确定。表3-1 标准轴载计算参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P（KN）100单圆荷载当量圆直径d（cm）21.30轮胎接地压强p（Mpa）0.70两轮中心距（cm）15d当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力为设计指标时，凡前、后轴轴载大于25kN的各级轴载的作用次数均换算成标准轴载的当量作用次数。式中： 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； 标准轴载（）； 各种被换算车型的轴载（）； 轴数系数; C2 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； 被换算车型的轴载级别。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：式中：m轴数。 该公路为高速公路，设计年限为t=15年，定为双向六车道，所以车道系数为。轴载的有效值为。轴载当量换算表如下轴载当量换算表车型轴型C1C2Pi（kN）niP(kN)N=C1C2ni（Pi/P）0.45解放CA10B前轴1.06.419.40190100后轴1.01.060.8521.89解放CA30A前轴1.06.429.502001006.32后轴2.21.02×36.7511.31东风EQ140前轴1.06.423.70110100后轴1.01.069.2022.17黄河JN150前轴1.06.449.0017010048.86后轴1.01.0101.60182.15黄河JN162前轴1.06.459.50150100100.33后轴1.01.0115.00275.50黄河JN360前轴1.06.450.006010018.83后轴2.21.02×110.00399.63长征XD160前轴1.06.442.6020010031.27后轴2.21.02×85.20438.89交通SH141前轴1.06.425.552301003.89后轴1.01.055.1017.21N=1571.78次/日因设计年限为15年，设计年限内交通量平均增长率为前八年为 9% ，八年后为 3%，车道系数为，所以标准轴载数为：前八年：次后七年：次 次 则， 故其交通状况为中等交通。3.2、验算半刚性材料结构层底拉应力当以半刚性基层和底层底拉应力为设计指标时，凡轴载大于25KN的各级轴载的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。式中： 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； 标准轴载（）； 各种被换算车型的轴载（）； 轴数系数； 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：式中：m轴数。轴载当量换算见下表轴载换算表车型轴型C1´C2´Pi（kN）niP(kN)N´=C1´C2´ni（Pi/P）8解放CA10B前轴1.018.519.40190100后轴1.01.060.853.57解放CA30A前轴1.018.529.502001000.21后轴3.01.02×36.750.40东风EQ140前轴1.018.523.70110100后轴1.01.069.205.78黄河JN150前轴1.018.549.0017010010.45后轴1.01.0101.60193.02黄河JN162前轴1.018.559.5015010043.59后轴1.01.0115.00458.85黄河JN360前轴1.018.550.00601004.34后轴3.01.02×110.00771.69长征XD160前轴1.018.542.602001004.01后轴3.01.02×85.20333.19交通SH141前轴1.018.525.552301000.08后轴1.01.055.101.95N´=1831.13次/日设计年限内累计当量轴数为前八年：次后七年：次则，次3.3、结构组合与材料选取据公路沥青路面设计规范，并考虑沿途材料供应（碎石、砂砾石、粉煤灰、矿渣、炉渣、石灰、水泥等材料），路面结构层采用沥青混凝土（25cm）,基层用水泥稳定碎石（厚度待定），垫层用水泥石灰砂砾土（17cm）。表面层用细粒式密集配沥青混凝土（6cm），中面层用中粒式密集配沥青混凝土（8cm），下面层用粗粒式密集配沥青混凝土（11cm）。3.4、隔层材料的抗压模量及劈裂强度土基回弹模量的确定可据查表得，各结构层材料的抗压模量及劈裂强度见下表回弹模量表层次材料名称厚度（cm）抗压回弹模量（MPa）劈裂强度（MPa）15模量20模量面层细粒式沥青混凝土6200014001.4中粒式沥青混凝土8180012001.0粗粒式沥青混凝土11120010000.8基层水泥稳定碎石待定150015000.5垫层 水泥石灰砂砾土17130013000.35土基回弹模量42.5 其中由土基的回弹模量的确定，该去为IV2区，假定其为中湿状态，其平均稠度为，则土基回弹模量为42.5MPa。3.5、设计指标的确定1、 设计弯沉值的确定公路为高速公路，则公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数取1.0。式中： 设计弯沉值 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 公路等级系数，一级公路为1.0 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 基层类型系数，半刚性基层为1.0 a、当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力为设计指标时 b、当以半刚性基层和底层底拉应力为设计指标时 2、各层材料层底容许拉应力，按下列公式计算： 式中 ： 路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）； 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）； 抗拉强度结构系数。 对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数： 对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数： 表2-5 结构层容许弯拉应力材料名称（Mpa）（Mpa）细粒沥青混凝土1.42.750.51中粒沥青混凝土1.02.750.36粗粒沥青混凝土0.82.750.29水泥稳定碎石0.51.950.26水泥石灰砂砾土0.351.950.183.6、设计资料总结设计弯沉值为，相关资料见下表相关资料表材料名称H（cm）抗压模量Ei（MPa）容许拉应力（MPa）1520细粒式沥青混凝土6200014000.51中粒式沥青混凝土8180012000.40粗历史沥青混凝土11120010000.31水泥稳定碎石待定150015000.29 水泥石灰砂砾土17130013000.223.7、确定水泥稳定碎石层厚度多层体系换算图示见下图AprA细粒式沥青混凝土E1=1400MPaE2=1200MPa中粒式沥青混凝土E3=1000MPa粗粒式沥青混凝土 E4=1500MPa水泥稳定碎石E5=1300MPa水泥石灰砂砾土E0=42.5MPa路表弯沉值计算图式 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 26.82 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm)层次材料名称厚度（cm）抗压回弹模量（MPa）劈裂强度（MPa）15模量20模量面层细粒式沥青混凝土6200014001.4中粒式沥青混凝土8180012001.0粗粒式沥青混凝土11120010000.8基层水泥稳定碎石25150015000.5垫层水泥石灰砂砾土17130013000.35土基回弹模量42.5 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.82 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 23.2 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin时 LS<=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 4 )= 15 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 15 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 15 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 15 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 6 cm - 中粒式沥青混凝土 8 cm - 粗粒式沥青混凝土 11 cm - 水泥稳定碎石 25 cm - 水泥石灰砂砾土 17 cm -根据规范知：在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，路面设计应进行防冻厚度的检验，如小于规范定的最小防冻厚度时，应增设或加垫层使路面总厚度达到要求。路面结构层总厚度h=6+8+11+25+17=67cm，大于最大冰冻深度60cm，所以不考虑冻层深度。 沥青混凝土路面结构图见附图1. 沥青混凝土路面结构图1四、水泥混凝土路面设计4.1、换算标准轴载作用次数我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ100。凡前、后轴载大于500KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为： 式中： 100KN的单轴双轮组标准轴数的通行次数； 各类轴轮型；级轴载的总重（KN）； 轴型和轴载级位数； 各类轴轮型i级轴载的通行次数； 轴轮型系数。 单轴双轮组： 单轴单轮组：双轴双轮组：三轴双轮组：标准轴载换算表见下表车型轴型轴型Pi（kN）NiiN=iNi（Pi/100）16解放CA10B前轴单轴单轮组19.4190620.30后轴单轴双轮组60.851901.000.07解放CA30A前轴单轴单轮组29.5200518.00后轴双轴双轮组2×36.752004.842×10-6东风EQ140前轴单轴单轮组23.7110569.13后轴单轴双轮组69.21101.000.30黄河JN150前轴单轴单轮组49170416.46后轴单轴双轮组101.61701.00219.15黄河JN162前轴单轴单轮组59.5150383.1014.18后轴单轴双轮组1151501.001403.64黄河JN360前轴单轴单轮组5060412.850.38后轴双轴双轮组2×110.00603.804×10-6长征XD160前轴单轴单轮组42.6200442.29后轴双轴双轮组2×85.202004.024×10-6交通SH141前轴单轴单轮组25.55230551.03后轴单轴双轮组55.12301.000.02Ns=1637.74次/日则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:式中： 标准轴载累计当量作用次数； t 设计基准年限查规范为30年； 交通量年平均增长率； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下表3-2，本路面取0.2。表3-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.340.390.540.62行车道宽7m前八年： 后22年： 因为交通量100×104次823.26×104次2000×104次，故可知交通属于重交通。双向六车道车道分布系数为0.60。4.2、初拟路面结构由表可知相应安全等级为一级的变异水平等级为低级，根据高速公路、重交通等级和低级变异水平等级，由表可知初拟普通混凝土面层厚度为250mm，水泥稳定粒料基层200mm，无机及合料稳定土垫层厚度为150mm；水泥混凝土上面层板平面尺寸长为4m，宽从中央分隔带至路肩为4m,4m,3.75m,纵缝设水平拉杆，横缝设传力杆的假缝，水泥混凝土设假缝，间距为4m。4.3、路面材料参数的确定由表知普通混凝土面层弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量标准值为；由表知路基回弹模量为，无机结合料稳定土垫层回弹模量为600Mpa，水泥稳定粒料基层回弹模量为，土基回弹模量为。计算基层顶面当量回弹模量 = = =0.328m 4.4、荷载疲劳应力普通混凝土面层的相对刚度半径为： 根据一级公路、重交通，由路基路面工程查得初拟普通混凝土面层厚度为0.25m。由下列公式求得： 式中 混凝土板的相对刚度半径（m）； H 混凝土板的厚度（m）； Ec 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）； p 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）； kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87 0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 0.84，； kc 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-3；表3-3 综合系数kc 公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10ps 标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa）。 ， 根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数则荷载疲劳应力为：=2.480.871.301.041=2.92Mpa 4.5、温度疲劳应力查表知IV2区的最大温度梯度取89/m，板长为4m，则L/r=4.0/0.755=5.30，由普通混凝土板厚h=0.25m，查温度应力系数图知Bx=0.68，最大温度梯度式混凝土板的温度翘曲应力为 =Mpa温度疲劳应力系数Kt，查表知IV2区a=0.841，b=0.058，c=1.323，则 温度疲劳应力为, 。由表知高速公路安全等级为一级，相应安全等级为一级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再据目标可靠度及变异水平知可靠度系数为。，满足条件，故普通混凝土面层厚度为0.25m，可承受设计基准期内荷载应力及温度应力综合疲劳作用。水泥混凝土路面结构图见附图2. 水泥混凝土路面结构图24.6防冻厚度检验和接缝设计1防冻厚度检验由公路水泥混凝土路面设计规范知，路面防冻厚度为0.6m，而设计路面总厚度为0.76m，由于0.6m<0.76m，故满足设计要求。2接缝设计 为避免由温度产生的应力破坏，所以，在混凝土板中设置横缝与纵缝，这段路为重交通，缝中设拉杆，拉杆长0.7m，直径14mm，每隔70cm设置一个。 横向胀缝缝隙宽20mm，缝隙上部5cm深度内浇填缝料拉杆的半段固定在混凝土内，另一半涂以沥青，套上长约10cm的塑料套筒，筒底与杆端之间留有3cm空隙，用木屑与弹性材料填充。 横向缩缝缩缝采用假缝，缝隙宽5mm，深度为5cm. 施工缝施工缝采用平头缝或企口缝的构造形式，缝上深5cm，宽为5mm的沟槽，内浇填缝料。 横缝的布置缩缝间距一般为5m，混凝土路面设置胀缝。 纵缝的设置在平行于混凝土路面行车方向设置纵缝，缝间距3.75cm，设置为假缝带拉杆形式，缝的上部留有5cm的缝隙，内浇注填缝料，缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土具有90°的角隅。五.设计小结 通过这次设计对路基路面的设计有了初步的认识，要根据具体相关规定得到相应的设计。通过这次的设计使我认识到工程的严谨与认真，这次的设计也让我对小桥涵个各个构造有了进一步的理解，一条道路路面的设计既要考虑到地形的问题也要考虑到地貌、地物的相关规范。从整体的方面得到合理的规定，设计是对施工的预算考虑。要想合理的快速的施工，只有合理的设计才能做到。实习过程是苦的，早上大家起得又早，中午又不休息，吃完饭就拿着作图工具出去了。有段时间由于测量失误，所得数据不准确必须重算。为了赶进度，连中午饭都不吃了，有的就整天泡在班里。最困难的是计算过程，虽然这些在以前的实习都接触过，后来许多同学一起翻书复习这方面的知识，这样才没耽误宝贵的时间。在后期的数据处理的和设计图的时候由于任务重、内容繁琐，我开始就毛毛躁躁的做结果，使得后来成果不符合要求而返工，这我让吴明白了一个道理设计来不得半点马虎。我们进行了一周的紧张而有难忘的生活在时间的催促下结束了。通过本次实习，巩固、扩大和加深我们从课堂上所学的理论知识，还有学会了道路路面各断面的绘制方法，获得了制图的初步经验和基本技能，着重培养了我们的独立工作能力，进一步熟练了绘图步骤的操作能力，这些知识往往是我们很少接触、注意的，但又是十分重要、十分基础的知识。这门课程让我学到很多东西，可能我学的不好，但我觉得这些知识在我以后的路面设计上一定会很受用的。由于是第一次搞设计工作开始对绘图过程还有点陌生，在绘图过程中发现自己对绘图技巧还不够灵活，有不明白的地方我及时向指导老师他们请教，自己利用空余时间多摸索、学习，现在对绘图思维及绘图操作有了一定的提高，积累了设计方面的一些经验。通过这次勘测设计我总结了几点心得：第一：不管做什么事情要相信自己，对不可预知的事情不要轻易说不行，只有勇敢的去面对才会有收获。第二：做任何事情都要认真仔细，搞勘测设计更是马虎不得，有时一个数据就会导致带来很多麻烦。第三：做事要多思考，多总结，不要怕犯错误。俗话说：人非圣贤，孰能不过，过而能改，善莫大焉。 第四：做事要勤奋，要具备能吃苦耐劳的精神。 参考文献1、公路工程技术标准JTG B01-20032、公路路基设计规范JTG D30-2004；3、公路沥青路面设计规范JTG D50-2006；4、公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-20025、路基路面工程教材 邓学钧主编6、公路路基设计手册人民交通出版社， 1996. 北京 7、公路设计手册 - 路面人民交通出版社，1999. 北京附图一 沥青混凝土路面结构图附图二 水泥混凝土路面结构图专心-专注-专业