路基路面课程课设.docx
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路基路面课程课设
1设计资料······································································································1
1.1工程概况································································································1
1.2设计资料·······························································································1
1.3设计目的任务·····················································································1
2交通量分析··································································································2
3沥青路面设计·····························································································2
4水泥混凝土路面设计··············································································11
4.1混凝土路面设计基准期·····································································11
4.2标准轴载及轴载当量换算·································································11
4.3拟定路面结构······················································································12
4.4方案一的计算（手算）··········································································13
4.4.1确定材料参数···········································································13
4.4.2计算荷载疲劳应力·····································································14
4.4.3计算温度疲劳应力·····································································15
4.5方案二的计算（软件计算）······································································16
4.6接缝设计································································································17
5方案比选········································································································18
6总结体会········································································································19
7参考文献········································································································19
1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
Ⅱ2区,地震烈度为六级,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SH—130
912
大客车SH—141
173
跃进牌NJ—130
647
东风牌EQ—140
344
黄河牌JN—150
420
日野KB222
86
太8
94
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60000-100000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）
876
169
472
270
270
81
77
换算系数
1.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
2.0
换算交通量（pcu/d）
912
173
647
344
420
86
94
将上表折成小客车，对所给交通量进行换算：
N=912+173×1.5+（647+344+420+86+94）×2=4353.5,设计年限为30年时，N=Nd=N0×（1+γ）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
⑴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）
21.30
轮胎接地压强P（Mpa）
0.70
两轮中心距（cm）
1．5d
①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：
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，γ=0.072；
—车道系数，由材料知η=0.45。
则：
次
②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。
⑵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。
⑶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Ⅱ2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》JTGD50-2004附录F知此高度为H2（2.0），属于中湿路基
⑷路面结构方案设计
①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SH141
25.55
55.1
1
双轮组
173
2
跃进NJ131
20.2
38.2
1
双轮组
647
3
东风EQ140
23.7
69.2
1
双轮组
344
4
东风KM340
49
101.6
1
双轮组
600
5
黄河JN150
45.1
101.5
1
双轮组
420
6
日野KB222
50.2
104.3
1
双轮组
86
7
太脱拉138
51.4
80
2
双轮组
<3
94
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:
3839494
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:
2955069
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
1.4
0.55
2
中粒式沥青混凝土
1.0
0.40
3
粗粒式沥青混凝土
0.8
0.32
4
水泥稳定碎石
0.6
0.33
5
级配碎石
0.3
6
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
4
1400
2000
0.55
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
0.4
3
粗粒式沥青混凝土
12
900
1200
0.32
4
水泥稳定碎石
15
1500
1500
0.33
5
级配碎石
?
550
550
6
粗砂
150
100
150
7
新建路基
150
36
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=28.9（0.01mm）
H（5）=150mmLS=30.6（0.01mm）
H（5）=200mmLS=28（0.01mm）
H（5）=182mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=182mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=182mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=182mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=182mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=182mm（仅考虑弯沉）
H（5）=182mm（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600mm
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40mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土120mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石150mm
----------------------------------------
级配碎石190mm
----------------------------------------
粗砂150mm
----------------------------------------
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
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
0.55
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
0.4
3
粗粒式沥青混凝土
12
900
1200
0.32
4
水泥稳定碎石
15
1500
1500
0.33
5
级配碎石
?
550
550
6
粗砂
150
100
150
7
新建路基
150
36
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=117.1（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σ
（1）=-0.231（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.044（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.002（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.135（MPa）
②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SH141
25.55
55.1
1
双轮组
173
2
跃进NJ131
20.2
38.2
1
双轮组
647
3
东风EQ140
23.7
69.2
1
双轮组
344
4
东风KM340
49
101.6
1
双轮组
600
5
黄河JN150
45.1
101.5
1
双轮组
420
6
日野KB222
50.2
104.3
1
双轮组
86
7
太脱拉138
51.4
80
2
双轮组
<3
94
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:
916
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
3839494
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:
2955069
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
1.4
0.55
2
中粒式沥青混凝土
1.0
0.40
3
水泥稳定碎石
0.8
0.35
4
石灰土
0.6
0.26
5
粗砂
0.3
二、新建路面结构厚度计算
新建路面的层数:
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
6
1400
2000
0.55
2
中粒式沥青混凝土
8
1200
1600
0.4
3
水泥碎石土
20
900
1200
0.35
4
石灰土
15
1500
1500
0.26
5
粗砂
?
550
550
6
新建路基
150
36
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=28.9（0.01mm）
H（5）=150mmLS=1.8（0.01mm）
由于设计层厚度H（5）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=150mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
H（5）=150mm（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600mm
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60mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土80mm
----------------------------------------
水泥碎石土200mm
----------------------------------------
石灰土150mm
----------------------------------------
粗砂150mm
----------------------------------------
新建路基
三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算
表3-9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
细粒式沥青混凝土
6
1400
2000
0.55
2
中粒式沥青混凝土
8
1200
1600
0.4
3
水泥碎石土
20
900
1200
0.35
4
石灰土
15
1500
1500
0.26
5
粗砂
?
550
550
6
新建路基
150
36
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=1.8（0.01mm）
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=2.1（0.01mm）
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=2.7（0.01mm）
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=5（0.01mm）
第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=14（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σ
（1）=-0.155（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=0.001（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=0.026（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.126（MPa）
4水泥混凝土路面设计
4.1混凝土路面设
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