《路基路面工程》课程设计公路沥青路面设计.docx
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《路基路面工程》课程设计公路沥青路面设计
《路基路面工程》课程设计
公路沥青路面设计
学校:
学院:
建筑工程学院
班级:
姓名:
学号:
台州某路段高速公路沥青路面设计计算书
1.基本资料
(1)自然地理条件
台州地区计划修建一条双向六车道的高速公路,其中经过调查该路段地处Ⅳ4区,路基为中液限粘土,地下水位离地面高度为1.1m,路基填土高度为0.5m,属于中湿状态;根据我国“沥青及沥青混合料气候分区指标”及相应的“分布图”,得到最热月平均气温>30℃,最低气温低于-9℃,年降雨量>1000mm。
近期双向混合交通量为21000辆/日,交通组成和代表车型的技术参数分别如表1和表2所示,交通量年增长率为8%。
该路线沿线可开采砂砾、碎石,并有丰富的石灰、水泥、粉煤灰、沥青等材料供应。
(2)土基回弹指数的确定
设计路段处于Ⅳ4区,路基处于中湿状态,路基土为中液限粘土,稠度为0.98,查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa),得土基回弹模量为33.1MPa。
土基回弹模量<40MPa,所以对地基进行加固处理,进行填土层50cm处外加25cm厚的石灰处理填土层,查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa),得土基回弹模量为200MPa。
(3)根据可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量,见表1-1。
预测交通量年增长率为8%。
沥青路面累计标准轴载次数按15年设计。
近期交通组成与交通量表1-1
车型分类
代表车型
数量(辆/d)
一类
桑塔纳
5237.4
二类
五十铃
8799
三类
解放CA10B
4536
四类
黄河JN150
1976.1
五类
黄河JN162
405.3
六类
交通SH361
46.2
(4)设计轴载
代表车型的技术参数表1-2
序号
汽车
型号
总重
(kN)
载重
(kN)
前轴重
(kN)
后轴重
(kN)
后轴数
轮组数
1
桑塔纳
21
10
7
14
2
五十铃
42
20
14
28
3
解放CA10B
80.25
40.00
19.40
60.85
1
双
4
黄河JN150
150.60
82.60
49.00
101.60
1
双
5
黄河JN162
174.50
100.00
59.50
115.00
1
双
6
交通SH361
280.00
150.00
60.00
2×110.00
2
双
轴载换算(弯沉及沥青层弯拉应力分析时)表1-3
车型
(kN)
(辆/d)
(辆/日)
五十铃
前轴
14
—
—
—
—
后轴
28
1
6.4
8799
221.69
解放CA10B
前轴
19.40
—
—
—
—
后轴
60.85
1
1
4536
522.64
黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4
1976.1
567.99
后轴
101.60
1
1
1976.1
2117.37
黄河JN162
前轴
59.50
1
6.4
405.3
271.08
后轴
115.00
1
1
405.3
744.41
交通SH361
前轴
60.00
1
6.4
46.2
32.05
后轴
2×110.00
2.2
1
46.2
153.86
(次/日)
4631.09
轴载换算(半刚性层弯拉应力分析时)表1-4
车型
(kN)
(辆/d)
(辆/日)
五十铃
前轴
14
—
—
—
—
后轴
28
—
—
—
—
解放CA10B
前轴
19.40
—
—
—
—
后轴
60.85
1
1
4536
85.26
黄河JN150
前轴
49
—
—
—
—
后轴
101.6
1
1
1976.1
2243.67
黄河JN162
前轴
59.5
1
18.5
405.3
117.78
后轴
115.00
1
1
405.3
1239.82
交通SH361
前轴
60
1
18.5
46.2
14.36
后轴
2×110.00
2
1
46.2
198.07
(次/日)
3898.96
(5)累计标准轴载作用次数(累计当量轴次)
交通量计算详见以下列表,得到累计轴载次数结果见下表,属于重交通等级。
①作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时:
②作半刚性基层层底弯拉应力验算时:
2.初拟路面结构
(1)根据规范推荐结构,并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应,结合已有工程经验与典型结构,拟定了两个结构组合设计方案。
又根据结构层的最小厚度、材料、水文、交通量以及施工机械的功能等因素,初步确定路面结构组合与各层厚度如下:
方案一:
4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+?
cm水泥稳定碎石+20cm二灰土。
方案二:
4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+?
cm水泥稳定碎石+20cm二灰土。
。
3.路面材料设计参数的确定
(1)实验材料的确定
半刚性基层所用集料取自沿线材料,结合料沥青选用A级90号,上面层采用SBS改性沥青,技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)相关规定。
(2)路面材料抗压回弹模量的确定
根据设计选取工程用各种原材料,查表得到沥青混合料20℃、15℃的抗压回弹模量,各种材料的设计参数见表2-1和表2-2。
沥青路面各层材料设计参数取值表2-1
材料名称
抗压回弹指数(MPa)
劈裂强度(MPa)
20℃
15℃
15℃
细粒式沥青混凝土
1400
2000
1.4
中粒式沥青混凝土
1200
1800
1.0
粗粒式沥青混凝土
1000
1200
0.8
水泥碎石
1500
3550
0.5
石灰土
900
1480
0.225
二灰土
750
2400
0.25
(3)设计指标的确定-设计弯沉值
本公路为高速公路,公路等级系数取1.0,面层是沥青混凝土,面层类型系数取1.0,半刚性基层,基层类型系数取1.0。
设计弯沉值为:
4.设计指标的确定-容许拉应力
(1)细粒式密级配沥青混凝土:
;
(2)中粒式密级配沥青混:
(3)粗粒式密级配沥青混凝土:
(4)水泥碎石:
(5)二灰土:
5.设计资料汇总
设计弯沉值为21.73(0.01mm)。
方案一:
材料名称
h(cm)
20℃模量(MPa)
容许拉应力(MPa)
细粒式沥青混凝土
4
1400
0.4042
中粒式沥青混凝土
5
1200
0.2887
粗粒式沥青混凝土
6
1000
0.2309
水泥碎石
?
1500
0.230
二灰土
20
900
0.1152
土基
—
40
—
方案二:
材料名称
h(cm)
20℃模量(MPa)
容许拉应力(MPa)
细粒式沥青混凝土
4
1400
0.4042
中粒式沥青混凝土
6
1200
0.2887
粗粒式沥青混凝土
8
1000
0.2309
水泥碎石
?
1500
0.230
二灰土
20
750
0.1152
土基
—
40
—
6.确定石灰土层厚度
方案一:
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:
21.73(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
150(mm)
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力
(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)
1细粒式沥青混凝土4014000200000.4042
2中粒式沥青混凝土5012000160000.2887
3粗粒式沥青混凝土6010000120000.2309
4水泥稳定碎石?
15000150000.230
5二灰土200900075000.1152
6新建路基44.2
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=21.73(0.01mm)
H(4)=150mmLS=2.1(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)=150mm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力计算设计层厚度:
H(4)=150mm(第1层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mm(第2层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mm(第3层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mm(第4层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mmσ(5)=.134MPa
H(4)=200mmσ(5)=.112MPa
H(4)=193mm(第5层底面拉应力计算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=150mm(仅考虑弯沉)
H(4)=193mm(同时考虑弯沉和拉应力)
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40mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土50mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石200mm
----------------------------------------
石灰土200mm
----------------------------------------
新建路基
方案二:
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:
21.73(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
150(mm)
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力
(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)
1细粒式沥青混凝土4014000200000.4042
2中粒式沥青混凝土6012000160000.2887
3粗粒式沥青混凝土8010000120000.2309
4水泥稳定碎石?
15000150000.230
5二灰土200900075000.1152
6新建路基44.2
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=21.73(0.01mm)
H(4)=150mmLS=1.9(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)=150mm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力计算设计层厚度:
H(4)=150mm(第1层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mm(第2层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mm(第3层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mm(第4层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=150mmσ(5)=.121MPa
H(4)=200mmσ(5)=.102MPa
H(4)=164mm(第5层底面拉应力计算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=150mm(仅考虑弯沉)
H(4)=164mm(同时考虑弯沉和拉应力)
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40mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土80mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石170mm
----------------------------------------
石灰土200mm
----------------------------------------
新建路基
7.设计方案经济分析
方案一:
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40mm
------------------------------------------------------
中粒式沥青混凝土50mm
------------------------------------------------------
粗粒式沥青混凝土60mm
------------------------------------------------------
水泥稳定碎石200mm
-------------------------------------------------------
二灰土200mm
-------------------------------------------------------
新建路基
方案二:
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40mm
------------------------------------------------------
中粒式沥青混凝土60mm
------------------------------------------------------
粗粒式沥青混凝土80mm
------------------------------------------------------
水泥稳定碎石170mm
-------------------------------------------------------
二灰土200mm
-------------------------------------------------------
新建路基
通过以上计算确定采用方案一,由于在同样能满足强度要求情况下,选用经济型的。