路基路面课程课设(某高速公路沥青及水泥混凝土路面设计)道路桥梁方向(共20页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上路基路面工程课程设计任务书目录1 设计资料11.1工程概况11.2设计资料 11.3 设计目的任务 12 交通量分析23 沥青路面设计24 水泥混凝土路面设计114.1 混凝土路面设计基准期114.2 标准轴载及轴载当量换算114.3 拟定路面结构124. 4 方案一的计算(手算) 134.4.1 确定材料参数134.4.2计算荷载疲劳应力144.4.3计算温度疲劳应力154.5方案二的计算（软件计算）164.6接缝设计175 方案比选186 总结体会197 参考文献191 设计资料1.1 工程概况拟设计路面属某段高速公路.路段位于平原微丘区,公路自然区划为2 区,地

2、震烈度为六级,设计标高240.50m,地下水位1.45m。1.2 设计资料所经地区多处为粘性土。根据最新路网规划,预测使用初期2012年平均日交通量见下表：表1-1交通组成及交通量表车型双向交通量小客车SH130912大客车SH141173跃进牌NJ130647东风牌EQ140344黄河牌JN150420日野KB22286太894交通量年平均增长率脱拉13（）7.2 1.3 设计目的任务（1）根据所给资料,利用 HPDS2006公路路面设计程序系统进行路面结构的设计(沥青路面水泥路面至少各2种不同的路面结构各，其中水泥路面结构手工完成一个方案的计算)。(2)进行水泥混凝土路面及沥青路面结构,厚

3、度设计,水泥混凝土路面级构组合设计、板厚度设计、接缝设计等，并比选按方案。2 交通量分析公路工程技术标准规定：四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 25000 -55000 辆六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 45000 -80000 辆八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 60000 - 辆表2-1 交通量及换算系数车型小客车SH-130大客车SH-141跃进牌NJ-131东风牌EQ-140黄河牌JN-150日野KB222太脱拉138交通量（辆/日）8761694722702708177换算系数1.02.02.02.

4、02.02.02.0换算交通量（pcu/d）9121736473444208694将上表折成小客车，对所给交通量进行换算：N= 912+1731.5+（647+344+420+86+94）2 =4353.5,设计年限为30年时，N= Nd= N0(1+)n-1远期交通量32690辆，故设计为四车道高速公路即可满足交通量要求。3沥青路面设计设计年限内车道的累计轴次根据公路沥青路面设计规范规定.路面设计以双轮组单轴载 100KN为标准轴载。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单轮当量圆直径d（mm）2

5、1.30轮胎接地压强P（Mpa）0.70两轮中心距（cm）15d轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析）当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，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（）； C1 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； C2 轴数系数。 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：

6、m轴数。则其设计年限内一个车道上的累计量轴次： 式中 设计年限内一个车道的累计当量次数； t 设计年限，由材料知，t=15年； 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次； 设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，=0.072； 车道系数，由材料知=0.45。则：次 轴载换算（半刚性层弯拉应力分析）验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN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（）； 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为

7、18.5，四轮组为0.09。 轴数系数；则其设计年限内一个车道上的累计量轴次为： 次。 确定路面等级和面层类型路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。路面等级、面层类型的选择应根据 公路等级与使用要求、 设计年限内标准轴载的累积当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因 素按下表确定。 土基回弹模量的确定路段位于平原微丘区,公路自然区划为2 区,地震烈度为六级,设计标高240.50m,地下水位1.45m。由公路沥青路面 设计规范JTG D50-2004附录 F 知此高度为 H2（2.0），属于中湿路基 路面结构方案设计方案一 * *新建路面设计成果文件汇总* *一、轴载换算及设计弯沉值和容许拉

8、应力计算序号车 型 名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1交通SH14125.5555.11双轮组1732跃进NJ13120.238.21双轮组6473东风EQ14023.769.21双轮组3444东风KM340 49101.61双轮组6005黄河JN150 45.1101.51双轮组4206 日野KB222 50.2104.31双轮组867太脱拉138 51.480 2双轮组394设计年限 15 车道系数 0.45 表3-2 车型载重一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量N= 503 ,属轻交通等级当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 :路面营运第

9、一年双向日平均当量轴次 : 916 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 属中等交通等级当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 705 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 属轻交通等级路面设计交通等级为中等交通等级公路等 高速公路 公路等级系数 1面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 28.9 (0.01mm)表3-3 劈裂强度容许拉应力层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.552中粒式沥青混凝土1.00.403粗粒式沥青混凝土0.80.324水泥稳定碎石0.60.335级配碎

10、石0.36粗砂0二、新建路面结构厚度计算 新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 28.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 150 (mm) 表3-4 厚度计算 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4140020000.552中粒式沥青混凝土6120016000.43粗粒式沥青混凝土1290012000.324水泥稳定碎石15150015000.335级配碎石?5505506粗砂1501001507新建路基15036 按设计弯沉值计算设计层

11、厚度 : LD= 28.9 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 30.6 (0.01mm) H( 5 )= 200 mm LS= 28 (0.01mm) H( 5 )= 182 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 182 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 182 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 182 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 182 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 182 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 182

12、 mm(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 600 mm 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以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 120 mm - 水泥稳定碎石 150 mm - 级配碎石 190 mm - 粗砂 150 mm - 新建路基三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算表3-5 弯沉值和层底拉应力 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青

13、混凝土4140020000.552中粒式沥青混凝土6120016000.43粗粒式沥青混凝土1290012000.324水泥稳定碎石15150015000.335级配碎石?5505506粗砂1501001507新建路基15036 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 28.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 32 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 38 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 53.1 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 117

14、.1 (0.01mm) 第 6 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 318 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 258.8 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.231 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.044 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.002 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.135 (MPa) 方案二* *新建路面设计成果文件汇总* *一、 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算表3-6 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力序

15、号车 型 名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1交通SH14125.5555.11双轮组1732跃进NJ13120.238.21双轮组6473东风EQ14023.769.21双轮组3444东风KM340 49101.61双轮组6005黄河JN150 45.1101.51双轮组4206 日野KB222 50.2104.31双轮组867太脱拉138 51.480 2双轮组394设计年限 15 车道系数 0.45 一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量N= 503 ,属轻交通等级当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 :

16、916 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 属中等交通等级当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 705 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 属轻交通等级路面设计交通等级为中等交通等级公路等级 高速公路 公路等级系数 1面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 28.9 (0.01mm)表3-7 裂强度容许拉应力层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.552中粒式沥青混凝土1.00.403水泥稳定碎石0.80.354石灰土0.60.265粗砂0.3二、新建路面结构厚度计算 新建路面

17、的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 28.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 150 (mm)表3-8 结构厚度层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土6140020000.552中粒式沥青混凝土8120016000.43水泥碎石土2090012000.354石灰土15150015000.265粗砂?5505506新建路基15036 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.9 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 1.8 (

18、0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS7m0.340.390.540.62行车道宽7m =1143104次 因为交通量10010411431042000104次，故可知交通属于重交通等级4.3拟定路面结构由上述及表16-20知相应于安全等级一级的变异水平的等级为低级，根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级查表16-17得初拟普通混凝土面层厚度大于240mm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m，拟定各结构层厚：方案一：拟普通混凝土面层厚为260mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为190mm；二级自然区划及规范知垫层为160mm的天然砂砾（表4-3）方案二:面层初拟2

19、55mm，基层选用水泥稳定粒料，厚h1=200mm，垫层选用天然砂砾厚h2=160mm （表4-4） 表4-3 方案一层位基（垫）层材料名称厚度(cm)回弹模量(MPa)1水泥稳定粒料 1915002天然砂砾162003土基2030表4-4 方案二层位结构层材料名称厚度(cm) 回弹模量(MPa)1中粒式沥青混凝土512002水泥稳定粒料1815003 中、粗砂15904土基304.4方案一的计算(手算) 4.4.1 确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa；路基回弹模量为29Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa；水泥稳定

20、粒料基层回弹模量取1300Mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下：表4-5 基层顶面当量的回弹模量层位基（垫）层材料名称厚度(cm)回弹模量(MPa)1水泥稳定粒料 1915002天然砂砾162003土基2030=960.6 Mpa=1.81 =0.283m=4.250 =0.786=150.11 Mpa普通混凝土面层的相对刚度半径为：0.825m4.4.2计算荷载疲劳应力根据高速公路、重交通，初拟普通混凝土面层厚度为0.26m。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

21、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4-6；表4-6 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）。 =1.014 =2.411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：MPa 4.4.3计算温度疲劳应力由路

22、基路面工程知，II区最大温度梯度取88/m。板长4.5mL/r=4.5/0.760=5.92；已知混凝土板厚0.26m，Bx=0.58，则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力： 式中： c 混凝土的温度线膨胀系数 ； Tg 最大温度梯度，Tg=88c/m； Bx 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数； tm 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。 温度疲劳系数 ，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查下表4-7。表4-7 回归系数a，b和c系数公路自然区a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.

23、052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270 则温度疲劳应力： 综合，高速公路的安全等级为一级，相应于一级的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数。，故设计的混凝土面层厚为260mm满足要求。由公路水泥混凝土路面设计规范知，路面防冻厚度满足要求。4.5方案二的计算（软件计算）* *新建路面设计成果文件汇总* *水泥混凝土路面设计 设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 高速公路 变异水平的等级 : 低 级 可 靠 度 系 数 : 1.25 面 层 类 型 : 普通混凝土面层表4-8

24、 轴载交通量序号路面行驶车辆名称单轴单轮组的个数轴载总重单轴双轮组的个数轴载总重双轴双轮组的个数轴载总重交通量1单后轴货车125.55155.1001732单后轴货车120.2138.2006473单后轴货车123.769.2003444单后轴货车1491101.6004205单后轴货车150.21104.300866双后轴货车151.400116094行驶方向分配系数 1 车道分配系数 .9 轮迹横向分布系数 0 .22 交通量年平均增长率 7.2 混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 88 /m 接缝应力折减系数 .87 基(垫)层类型-新建公路土基上修筑的基(垫)层表 4-9基(垫)层层位基（垫）层