路基路面课程设计路基路面课程设计.pdf

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1、目 录 第一章 基本设计资料.1 第二章 沥青路面结构设计.2 第一节 轴载分析.2 第二节 轴载换算.2 第三节 结构组成与材料选取.4 第四节 设计指标的确定.5 第三节 利用弯沉法计算路面结构层厚度.6 第四节 沥青混凝土面层和半刚性基层底基层层底拉应力验算.7 第三章 普通水泥混凝土路面设计.10 第一节 交通量分析.10 第二节 初拟路面结构.11 第三节 确定材料参数.11 第四节 计算荷载疲劳应力.12 第五节 计算温度疲劳应力.13 第六节 应力验算.14 第七节 防冻厚度检验.14 第四章 接缝设计.15 参考资料.17 1 第一章 基本设计资料 该路段设计年限为 12 年，

2、交通量年平均增长 8%，车道系数7.0，该路段处于中国公路自然区划2 区处于干燥路段，土质属于中液限粘土，土基回弹模量为a30MP，沿线有有较丰富的石渣、碎石土、砂砾、碎石、和片块石等供应。路面宽度为mB9，行车道为m5.32。其交通组成及交通量见表 1-1。表 1-1、交通组成及交通量表 小客车 解放 CA10B 黄河 JN150 交通 SH361 太脱拉 138 吉尔 130 尼桑 CK10G 1700 400 200 220 100 140 320 2 第二章 沥青路面结构设计 第一节 轴载分析 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 标准轴载计算

3、参数如表 2-1 所示。表 2-1、BZZ-100 标准轴载计算参数 标准轴载 BZZ-100 标准轴载 BZZ-100 标准轴载）（KNP 100 单论压传地面当量圆直径）（mmd 21.3 轮胎接地压强）（MPaP 0.7 两轮中心距）（cm 1.5d 第二节 轴载换算 一、当以设计弯沉值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iP的作用次数in均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N，并把其轴载换算结果列入表2-2；4.35121()kiiipNCC np 式中：N以设计弯沉值和沥青层层底弯拉应力为指标时的标准轴载的当量次 数；in被换算车型的各级轴载换算

4、次数日）（次/；P标准轴载）（KN；iP各种被换算车型的轴载）（KN；1C被换算车型的轴数系数。当轴间距大于3m 时，接单独的一个轴计 算，此时轴数系数为 1；当轴间距小于 3m 时，双轴或多轴的轴数 系数按式)1(2.111mC计算，其中 m 是轴数；2C被换算车型的轮组系数，单轮组为 6.4，双轮组为 1.0，四轮组为 0.38；K被换算车型的轴载级别；二、当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，凡前、后轴轴载大于 50kN 的 3 各级轴载iP的作用次数in均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N，并把其换算结果列入表2-2；8211)P(iikiPnCCN 式中：N以设计弯沉值和沥青层层

5、底弯拉应力为指标时的标准轴载的当量次 数；in被换算车型的各级轴载换算次数日）（次/；P标准轴载）（KN；iP各种被换算车型的轴载）（KN；1C被换算车型的轴数系数。当轴间距大于3m 时，接单独的一个轴计 算，此时轴数系数为 1；当轴间距小于 3m 时，双轴或多轴的轴数 系数按式)1(211mC计算，其中 m 是轴数；2C被换算车型的轮组系数，单轮组为 18.5，双轮组为 1，四轮组为 0.09 K被换算车型的轴载级别；三、设计年限内一个车道上累计当量轴次eN按下式计算。分别以设计弯沉值及沥青基层层底拉应力为设计指标和以半刚性基层层底拉应力为设计指标时设计端竣工后第一年双向日平均当量轴次1N计

6、算出设计年限内一个车道上累计当量轴次eN列入表 2-2；1(1)1 365teNN 式中：eN设计年限内一个车道上累计当量轴次（次）；t设计年限（年），该设计为二级公路，所以12t年；1N设计端竣工后第一年双向日平均当量轴次日）（次/；设计年限内的交通量平均日增长率，由设计资料知08.0；与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数，该设计为双向 4 双车道的二级公路，所以7.0；表 2-2、轴载换算结果表 第三节 结构组成与材料选取 由上面的计算得到涉及年限内一个车行道上的累计标准轴载次数可知，该公路交通属于特重交通。根据规范推荐结构，考虑到公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，路面结构形

7、式如下：面 层：4cm 细粒式密集配沥青混合料AC-13；6cm 中粒式密集配沥青混合料AC-20；基 层：（设计层）水泥稳定碎石（6）；底基层：21cm 石灰土。路面各结构层的组合参数如表2-3 所示。表 2-3、路面各结构层的组合参数 以路面设计值计算路面结构厚度时，采用 20的抗压模量；验算底层拉应力时采用 15的抗压模量。5 第四节 设计指标的确定 一、路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面设计计算的主要依据。路面设计弯沉值可由下式计算得出：0.2600decsbLNA A A 式中：eN设计年限内一个车道上累计当量轴次（次）；dL设计弯沉值）（mm01.0；cA公路等级系

8、数，一级公路为 1.1；sA面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0；bA基层类型系数，半刚性基层为 1.0；所以0.2600decsbLNA A A）（）（mm01.088.91.1111033.12.0-9 二、各层材料容许弯拉应力可按下式计算：/RspSK 式中：R路面结构层材料的容许拉应力）（MPa；sp沥青混凝土和半刚性材料的极限劈裂强度（Mpa），对沥青混凝 土是 15的劈裂强度，二灰稳定类材料龄期为 180 天劈裂强度；SK抗拉强度结构系数；对无机结合料稳定类集类：21.3/35.011.0cesANK；对无机结合料稳定类集类：32.8/09.022.0cesANK；对无机结合料稳

9、定类集类：13.4/45.011.0cesANK；所以各层材料容许拉应力分别为：细粒式密级配沥青混凝土：17.0/SSPRK 中粒式密级配沥青混凝土：12.0/SSPRK 石灰水泥综合稳定碎石：16.0/SSPRK 石灰土：06.0/SSPRK 6 第三节 利用弯沉法计算路面结构层厚度 一、路面厚度是根据多层弹性理论层间接触条件为完全连续体系时，在双圆 垂直均布荷载作用下，轮隙中心处实测路表弯沉值sl等于设计弯沉值dl的原则进行计算。标准车型的轮胎的接地压强为0.70Mpa，当量圆直径为 10.65。土基回弹模量为 28Mpa，各层材料的设计参数见表2-3。二、理论弯沉系数可由下式确定：FPE

10、Ldc20001 式中：当量圆半径；F弯沉综合修正系数，由下式可得 34.0)/(2000/63.136.0038.0pElFd 所以 三、采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。如图2-1 所示：图 2-1、三层体系换算图 376.065.10/4/h，86.01400/1200/12EE由三层体系表面弯沉系数诺模图查得7.5。376.065.10/4/h,025.01589/28/20EE查表得87.11K,因此 。又因为12.4232nkkkEHhhE，经查诺模图91.4/H，故29.529.465.10Hcm。由下述公式可知 3542.42.42.42345222EEEHhhh

11、hEEE 10.334.07.065.102000158988.920001FPELdc52.0)/(12KKc 7 所以有 cmhhH29.5212157153512151624121586884.24.244.22 解得m12.294ch，故4h取 30cm。第四节 沥青混凝土面层和半刚性基层底基层层底拉应力验算 一、验算中粒沥青混凝土面层底部弯拉应力，如图2-2 所示：图 2-2、验算底部弯拉应力三层体系换算图 三层体系中层厚度：cmhEEhEEhhikikk22.1022111 cmEEhhhEEhHiknikk12.36EE9.02440.923329.0111 83.0180015

12、0096.065.1022.1012EEh，查三层连续体系上层层底面拉应力系数诺谟图得0，所以R满足要求。8 二、验算水泥综合稳定碎石底部拉应力，如图2-3 所示：图 2-3、验算验算水泥综合稳定碎石底部拉应力三层体系换算图 三层体系上层厚度：cmEEhEEhEEhEEhhikikk19.413333223111 因为37.0150055087.365.1019.4112EEh，查三层连续体系上层层底面拉应力系数诺谟图得23.0。因为05.05502837.0150055087.365.1019.412012EEEEh，查三层连续体系上层层底面拉应力系数诺谟图得37.11m。因为05.0550

13、2837.0150055097.165.10212012EEEEH，查三层连续体系上层层底面拉应力系数诺谟图得08.12m。所 以 底 面 拉 应 力 为MPammp24.008.137.123.07.021，MPaR29.0满足要求。三、验算石灰土层的底部拉应力 验算石灰土层的底部拉应力，如图2-4 所示：三层体系上层厚度：cmhEEhEEhEEhhnknkk68.40343224311221 9 因为051.05502897.165.102120EEH，查三层连续体系上层层底面拉应力系数诺谟图得11.0。因为37.0150055097.165.102112EEH，查三层连续体系上层层底面拉

14、应力系数诺谟图得13.11n。因为82.365.1068.4037.0150055097.165.102112hEEH，查三层连续体系上层层底面拉应力系数诺谟图得56.02n。所 以 底 面 拉 应 力 为MPannp05.056.013.111.07.021，MPaR09.0满足要求。四、防冻层厚度检验 计算道路冻深可由以下公式得：Fabchd 式中：a路面结构层的热物性系数，查得a=2.20；b路面横断面填、挖系数，查得10.2中湿b，00.2潮湿b；c路基干湿类型系数，查得09.1中湿c，06.1中湿c；F最近 10 年的冻结指数平均值，查得)(1623dCF；则 cmFabchd9.2

15、02162309.110.220.2中湿，cmFabchd9.187162306.100.220.2潮湿；根据公路沥青混凝土路面设计规范（JTG D502006）查得最小防冻厚度为 4555cm，在潮湿状态下最小防冻厚度为 5565cm。按照规范要求进行抗冻厚度验算，设计路面结构厚度为：干燥：d=4+6+30+2161 cm，满足最小防冻厚度要求。中湿、潮湿：d=4+6+30+21+2081 cm，满足最小防冻厚度要求。1 0 第三章 普通水泥混凝土路面设计 第一节 交通量分析 一、标准轴载与轴载换算 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

16、BZZ100，后轴载大于 40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式如下：161()100nisiiipNN 式中：sN100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数（次）；ip单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型 i 级轴载 的总重（KN）；iN各类轴型 i 级轴载的作用次数（次）；i轴轮型系数，单轴双轮组时i=1；单轴单轮组时，按式43.0-31022.2iip计算，双轴双轮组按式50.221.07 10iip计算，三轴-双轮组时按式80.222.24 10iip计算；n轴型和轴载级位数；综上所述换算结果如表 3-1 所示。二、设计年限内设计车道的标准轴载累计作用

17、次数 由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)可知二级公路设计基 准期 t=20 年，临界荷位车辆轮迹横向分布系数39.0，则根据下式可得：1(1)1 365teNN 将上述资料代入公式可解得 次6201t10861.108.039.0365 1)08.01(004.258365 1)1(NNe 对照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)可知该路段交通等级为：重交通。1 1 表 3-1、轴载换算结果表 第二节 初拟路面结构 因为交通量610681.1eN，故可知交通属于重交通。由以上可知相应于安全等级为三级的变异水平等级为中级，根据二级公路、重交通等级和中级变异水平

18、等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为 240mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为 200mm；垫层为 150mm 的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽 3.75m；长为 4.5m。纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆假缝。第三节 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 35Mpa，低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量取600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取 1300Mpa。1 2 按规范公式，基层顶面当量的回弹模量值计算如下：mMNhEhEEhEhDx08.3)15.060012.013001(4)15.0

19、2.0(1215.06002.01300)11(4)15.02.0(121-2331-22112232131 MPaEEEahExbxt174)281048(29328.038.4)(3180.03100 普通混凝土面层的相对刚度半径为 mEEhtc725.0)17431000(24.0537.0)(537.03131 第四节 计算荷载疲劳应力 根据二级公路、重交通，可知初拟普通混凝土面层厚度为0.24m。由下列公式求得 3/537.0tcEEh 2-6.0077.0hpc pscrfprkkk vefNk 式中：混凝土板的相对刚度半径（m）；h混凝土板的厚度（m）；MPahhEhEhEx10

20、4815.02.015.06002.0130022222221222121mEDhxxx328.0)104808.312()12(313138.4)(51.11 22.645.0-0EEax80.0)(44.1155.0-0EEbx 1 3 cE水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）；pr标准轴载sP在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）；rK考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝。sk 0.870.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界，sk1.0，纵缝 为设杆拉的企口缝，kr=0.76 0.84；cK考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级选 用 v与混合料性质有关

21、的指数，普通混凝土、钢筋混凝土。连续配筋混 凝土v=0.057；碾压混凝土和贫混凝土v=0.065；钢纤维混凝土v 值按 下式计算确定fffdLv017.0053.0，其中f为钢纤维的体积率；fL为钢纤维的长度（mm）；fd为钢纤维的直径（mm）；ps标准轴载sP在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa）；所以有 MPahps102.124.0725.0077.0077.02-6.02-6.0 264.2)10681.1(057.06057.0efNk 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ck=1.20，普通混凝土基层的荷载疲劳应力计算为则荷载疲劳应力为 MPa

22、kkkpscrfpr605.2102.120.187.0264.2 第五节 计算温度疲劳应力 查阅公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)，区最大温度梯度取 88)/(mC。板长 4.5m，207.6725.0/5.4/rl；已知混凝土板厚 0.24m，xB=0.64。则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为：2xgcctmBhTE 式中：c混凝土的温度线膨胀系数)/1(C，通常可取为C/1015-；1 4 gT最大温度梯度，mCTg/88；xB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）；则有 MPaBhTExgcctm10.2264

23、.08824.031000100.125-温度疲劳系数)(bfafkcrtmtmrt，式中a，b，c为回归系数，由所在区公路自然区划查阅规范可得828.0a、041.0b、323.1c则528.0)(bfafkcrtmtmrt。所以温度疲劳应力为：MPaktmttr11.110.2528.0 综合上述，二级公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平等级中级，目标可靠度为 85。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13.1。第六节 应力验算 水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂 作为设计的极限状态，其表达式如下：rtrprf)(式中：rf水泥

24、混凝土弯沉强度标准值（Mpa）；则有MPaMPatrpr0.5867.4)11.1605.2(13.1)(，故满足要求。因而，所选普通混凝土面层厚度(0.24m)可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。第七节 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 0.5m，而设计路面总厚度为 0.59m，故满足设计要求。1 5 第四章 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，这段道路为重交通，缝中设拉杆，拉杆长0.7m，直径 14mm，每隔 60cm 设置一个。一、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

25、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。二、横向缩缝 缩缝采用假缝，缝隙宽5mm，深度为 5cm，见图 3-1；图 3-1、横向接缝示意图 三、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，见图3-2；图 3-2、施工缝示意图 四、横缝的布置 缩缝间距一般为 5m，混凝土路面设置胀缝。五、纵缝的设置 纵缝设置为企口带拉杆的形式，上部 5mm 深度内浇注填缝料，内设拉杆，杆 直径为 14mm，长度为 700mm，拉杆间距为 600mm，与横缝做成垂直正交的形式，1 6 使混凝土具

26、有 90的角隅，见图 3-3；图 3-3、纵缝示意图 1 7 参考资料 1 邓学钧，路基路面工程，人民交通出版社，2005；2 严家伋，道路建筑材料，人民交通出版社，2003；3 交通部行业标准，沥青路面设计规范 JTGD50-2004，人民交通出版社，1997；4 交通部行业标准，公路工程技术标准JTG B01-2003，人民交通出版社，2004；5 交通部行业标准，公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004，人民交通出版社，2005；6 交通部行业标准，公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002，人民交通出版社，2003；7 交通部行业标准，公路路基设计规范JTG D30-2004，人民交通出版社，2005；8 交通部第二公路勘察设计院主编路基（第二版）北京：人民交通出版社，1996。