路基路面课程设计

======= 《路基路面》课程设计说明 课 程 名 称:      路基路面        题      目: 路基路面课程设计说明书 专      业:      土木工程       学 生 姓 名:      ====        学    号:      ====      指 导 教 师:  尹振羽 张会远 姚永峰 李辉  杨国洲 王连军 开 始 时 间:  2013 年  01  月 07 日 完 成 时 间:  2013 年  01 月 11  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 第一章 高速公路水泥混凝土路面设计    - 1 - 1、设计原始资料    - 1 - 第二章 水泥混凝土路面设计    - 1 - 2.1 交通分析    - 1 - 2.2 初拟路面结构    - 4 - 2.4荷载疲劳应力    - 7 - 2.5温度疲劳应力    - 8- 2.6电算混凝土路面设计    - 10 - 第三章 高速公路沥青路面设计    - 13 - 3.1初拟路面组合    - 13 - 3.2交通分析    - 14- 3.3路面设计弯沉值    - 16 - 3.4各种的容许层底拉应力    - 19 - 3.5电算沥青路面设计    - 20 - 第四章  主要参考文献    - 28 - 一、设计原始资料 公路自然区划Ⅱ2拟建一双向六车道高速公路,, 当地多年平均最大冻深为1.0米；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。所经地区为粘性土。预测使用初期年平均日交通量见下表，年均增长为6.5%。 表一  预测竣工后第一年的交通组成 车型 解放 CA10B 解放 CA30A 东风 EQ140 黄河 JN150 黄河 JN162 黄河 JN360 长征 XD160 交通 SH141 交通量 210 150 140 90 190 100 190 120                   二、水泥混凝土路面设计 2.1 交通分析 （1）轴载。我国《公路水泥混凝土路面设计》（JTJ D40—2002）规定：在水泥混凝土路面设计时，以双轮组单轴轴载100KN（BZZ-100）作为标准轴载。其他各级轴载均应换算成标准轴载。然后在进行混凝土路面设计。对于单轴荷载以其实际作用次数和轴重计，对于双轴荷载，后轴经过一次可视为作用一次，轴重以双轴的总重计。 （2）轴载换算： 式中：Ns—100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数； Pi —各级轴载的单轴重或双轴总重（KN）； αi—轴载系数，单轴时，αi=1；双轴时，αi=2.22×103Pi-0.43。 计算结果如下： 表二  标准轴载作用次数计算表 车型 Pi（KN） Ni（辆/d） 标准轴载作用次数Ns 解放CA10B 前轴 19.40 210 0.0742 后轴 60.85 解放CA30A 前轴 29.50 150 3.37×10-5 后轴 2×36.75 东风EQ140 前轴 23.70 140 0.387 后轴 69.20 黄河JN-150 前轴 49.00 90 116.023 后轴 101.60 黄河JN162 前轴 59.50 190 1777.995 后轴 115.00 黄河JN360 前轴 50.00 100 918.996 后轴 2×110.00 长征XD160 前轴 42.6 190 29.297 后轴 2×85.20 交通SH141 前轴 25.55 120 8.662× 后轴 55.10 合计：Ns=2842.78             （3）交通分级：混凝土路面承受的交通，按使用初期（道路竣工通车后第一年）设计车道每日通过的标准轴载次数Ns（次/d），可分为特重、重、中等及轻四级，以便相应提出不同的技术要求。 表三  交通分级 交通等级 特重 重 中等 轻 设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104） ＞2000 100～2000 3～100 ＜3           (4)累计作用次数。设计使用年限内标准轴载（在所求荷位处）的累计作用次数Ne。可按照下式计算确定： t—设计使用年限（参考表五）； γ—交通量的平均年增长率； η—车轮轮迹横向分布系数（参考表四）。 表四  轮迹横向分布系数 交通组织 纵缝边缘处 横缝处最大值 分向分车道行驶 0.17—0.22 0.40—0.55 不分车道混合行驶 行车道宽大于7m 0.34—0.39 0.50—0.60 行车道宽不大于7m 0.54—0.62 0.60—0.70         表五  可靠度设计标准 公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 安全等级 一级 二级 三级 四级 设计基准期（a） 30 30 20 20 目标可靠度（％） 95 90 85 80 目标可靠指标 1.64 1.28 1.04 0.84 变异水平等级 低 低～中 中 中～高           由以上计算和知，该水泥混凝土路面拟设计为三车道高速公路，安全等级属于一级，设计基准期为30年，交通量年均增长6.5%，轨迹横向分布系数取为0.22。各级标准荷载换算成标准轴载后，设计车道每日累计作用次数为2842.78次/d，设计使用年限内标准轴载累计作用次数为 ，属于重交通。 2.2 初拟路面结构 由2.1节内容知，高速公路变异水平等级为低，交通等级为重，所以根据表六初拟路面面层260mm，基层采用水泥稳定粒料厚度为180mm,垫层采用低剂量无机结合料稳定土厚度为150mm。 表六 水泥混凝土面层厚度的参考范围 交通等级 特重 重 公路等级 高速 一级 二级 高速 一级 二级 变异水平等级 低 中 低 中 低 中 低 中 面层厚度（mm） ≥260 ≥250 ≥240 270～240 260～230 250～220                   普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。 2.3 路面材料参数确定 按照表七知，水泥混凝土路面弯拉强度标准值取为5.0Mpa，相应弯拉弹性模量为31Gpa。按照表八知，路基回弹模量 =30Mpa，。按照表九知，基层的回弹模量取为 =1300Mpa，垫层的回弹模量取为 =600Mpa。设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数为 表七 混凝土弯拉强度标准值 交通等级 特重 重 中等 轻 水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa） 5.0 5.0 4.5 4.0           表八 中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(MPa) 土 组 公路自然区划 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 土质砂 26～42 40～50 39～50 35～60 50～60 粘质土 25～45 30～40 25～45 30～45 30～45 粉质土 22～46 32～54 30～50 27～43 30～45             表九 垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围 材料类型 回弹模量(胁) 材料类型 回弹模量(m) 中、粗砂 80～100 石灰粉煤灰稳定粒料 1300～1700 天然砂砾 150～200 水泥稳定粒料 1300～1700 未筛分碎石 180～220 沥青碎石(粗粒式，20℃) 600～800 级配碎砾石(垫层) 200～250 沥青混凝土(粗粒式，20℃) 800～1200 级配碎砾石(基层) 250～350 沥青混凝土(中粒式，20℃) 1000～1400 石灰土 200～700 多孔隙水泥碎石(水泥剂量9.5％～11％) 1300～1700 石灰粉煤灰土 600～900 多孔隙沥青碎石(20℃，沥 青含量2.5％～3.5％) 600～800         下面计算公路的基层顶面当量回弹模量： 式中：  Et ——基层顶面的当量回弹模量(MPa)； E0——路床顶面的回弹模量(MPa)； Ex——基层和底基层或垫层当量回弹模量(MPa)； E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)； hx——基层和底基层或垫层的当量厚度(m)； Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度； h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度(m)； a、b——与Ex／E0有关的回归系数。 计算混凝土板的相对刚度半径： 式中：  r  ——混凝土板的相对刚度半径(m)； H  ——混凝土板的厚度(m)； E c——水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)； Et  ——基层顶面当量回弹模量(MPa)。 2.4 荷载疲劳应力 据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGG40-2002）规定：标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力，可由该式确定 。 （1） 的计算。 （2）设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数计算。 式中： σpr——标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)； σps——标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(MPa)； k r——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr =O.87～O.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)； kf ——考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数； kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表十确定。 表十 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 kc 1.30 1.25 1.20 1.10           2.5 温度疲劳应力 混凝土面板内的温度沿其截面成非线性分布。它一方面使混凝土面板由于板顶和板底的温度差而产生翘曲应力，另一方面初于板截面的平面变形而产生内应力。温度梯度作用在板边缘中点处产生的温度疲劳应力，可按下式计算确定： 式中： σtr ——临界荷位处的温度疲劳应力(MPa)； σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)； kt  ——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。 （1） 的计算。 式中：  σtm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)； αc ——混凝土的线膨胀系数(1／℃)，通常可取为1×10-5／℃； Tg  ——最大温度梯度，查表十一取用； Bx ——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按 ／r和h查用图B.2.2确定； ——板长，即横缝间距(m)。 表十一 最大温度梯度标准值Tg 公路自然区划 Ⅱ、Ⅴ Ⅲ Ⅳ、Ⅵ Ⅶ 最大温度梯度(℃/m) 88～83 90～95 86～92 93～98           （2）温度疲劳应力系数kt的计算。 式中：a、b和c--回归系数，按所在地区的公路自然区划查表十二确定。 表十二 回归系数a、b、c 系 数 公路自然区划 II III Ⅳ V Ⅵ V11 a 0.828 0.855 0.841 0.871 0.837 0.834 b 0.041 0.041 0.058 0.071 0.038 0.052 c 1.323 1.355 1.323 1.287 1.382 1.270               因此