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路基路面工程课程设计驻马店市（2）某一级公路桩号 K23+152-K23+178系 院：建筑工程学院 学生姓名：姚增峰 学 号： 专 业：土木工程 年 级：09级 完毕日期：2023.12.21 指导教师：王 明 路基路面工程课程设计任务书一、驻马店市（2）某一级公路在桩号 K23+152K23+178 段。设计资料： 1、路基：填土为密实粘性土，允许承载力 =250KPa，f=0.40。 2、墙后填料：粘土，=23，=17.64 KN/m，C=18.72KPa。 3、挡土墙墙身材料：5号砂浆砌片石，a=22.3KN/m，= /2，=2450 KMpa。 4、设计荷载：汽车 -20 级，挂车 -100。 5、路基宽度自拟 ，边坡坡度自拟。6、路槽地面距地下水位1.3m,地面地下水位为0.9m。二 路状调查资料：1 交通调查 在不利季节调查的双向四车道平均日交通量： 序号车 型总重（ KN ）后轴重（ KN ）后轴数辆 / 日1解放 CA-10 B80.2560.019002黄河 JN-150150.60101.613603日野 KB-211147.5510011234太脱拉 138211.4016021745东风 EQ-14090.069.3110306黄河 JN362190.012711217跃进 23048.533.311350预计未来使用期内，交通量年平均增长率为 4-6% ，。 2 材料调查 沿线可采集各种砂、石料；附近有矿渣、炉渣可运用；水泥、石灰、沥青等材料本地可供应。 三 规定 1所有参与课程设计的同学共分六组，每组排列序号；以上交通量是第6号同学的基准交通量。其他同学，序号每增长或者减收1，相应的每种交通量增长或者减少值为5。2交通年增长率自己拟定。3每个学生设计3个路面结构方案比选，选出各项指标最优者。（1） 构层结类型厚度(cm)20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）备注中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土沥青碎石二灰稳定碎石石灰土（812%） 路基 E0（2）构层结类型厚度(cm)20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）备注中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土沥青碎石二灰稳定碎石水泥土路基 E0（3）构层结类型厚度(cm)20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土水泥稳定砂粒石灰土（812%）级配碎砾石路基 E0（4）构层结类型厚度(cm)20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石水泥土路基 E0（5）构层结类型厚度(cm)20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石二灰土路基 E0（6）构层结类型厚度(cm)20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土石灰水泥稳定碎石石灰土（812%）路基 E0以上路面类型所涉及的各个参数，每个人自己拟定，第一组选（1），第二组选（2），以下类推。沥青混凝土c=0.20.3Mpa,内摩擦角为2035。四 设计内容及环节：（一）沥青混凝土路面1交通量计算;2设计弯沉值;3拟定路面结构组合，选择计算层，拟定已知各个结构层适宜厚度;4拟定土基回弹模量;5拟定路面格结构层的抗压强度、劈裂强度;6根据弯沉值，计算未知结构层厚度;7根据拟定的各个结构层，进行结构层的换算;8进行各个结构层的弯拉应力计算与验算;9进行结构层的剪应力验算;10各项设计参数都验算合格，进行设计参数汇总，拟定设计方案。（二）水泥混凝土路面1拟定路面结构组合;2混凝土面板厚度设计（交通量分析计算；路面结构材料模量拟定；荷载疲劳应力计算；温度疲劳应力计算；面板厚度拟定）；3面板尺寸和接缝的设计；4路肩设计；5普通混凝土路面配筋设计；6各项设计参数都验算合格，进行设计参数汇总，拟定设计方案。（三）图纸 1用CAD画出沥青混凝土路面结构、水泥混凝土路面结构以及两者衔接处的结构图，规定比例合适，尺寸标注对的五 规定1设计必须准时按规定完毕；2每位同学独立完毕，不得抄袭雷同；3遵守纪律，准时参与辅导课；六 推荐参考资料 1 路基路面工程教材； 2 公路路基设计规范（ JTG D30-2023 ）人民交通出版社， 2023. 北京 3 公路沥青路面设计规范 JTJ 014-97), 人民交通出版社， 1997. 北京 4 公路路基设计手册，人民交通出版社， 1996. 北京 5 公路水泥混凝土路面设计规范（ JTJ D40-2023 ）人民交通出版社 2023. 北京。 6 公路设计手册 - 路面人民交通出版社， 1999. 北京。 1 基本设计资料在不利季节调查的双向四车道平均日交通量： 序号车 型总重（ KN ）后轴重（ KN ）后轴数辆 / 日1解放 CA-10 B80.2560.019002黄河 JN-150150.60101.613603日野 KB-211147.5510011234太脱拉 138211.4016021745东风 EQ-14090.069.3110306黄河 JN362190.012711217跃进 23048.533.311350该路段为一级公路，沥青混凝土路面设计年限2023，水泥混凝土路面设计基如期为30年，交通量年平均增长5%，车道系数=0.45，该路段处在中国公路自然区划IV2区，路面宽度设计为B=18m，行车道为四车道27.5m。查表知，此公路处在中湿路段，路基土为粉质中液限土，潮湿路段E0=19Mpa，中湿路段E0=29Mpa，干燥路段E0=30Mpa，沿线有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供应。2 沥青混凝土路面设计 2.1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，表达为BZZ-100。1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（）； C2 轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； C1 轴数系数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：1+1.2(m-1),m轴数。 被换算车辆的类型数。轴载换算结果车型（）（次/日）解放CA10B前轴20.2516.4895后轴601189597.0黄河JN150前轴49.016.4355102.0后轴101.611355380.4日野KB-211前轴47.5516.411829.8后轴10011118118.0太脱拉138前轴51.416.416959.8后轴1602.211692872.3东风EQ-140前轴20.716.41025-后轴69.3111025207.9黄河JN362前轴63.016.411699.5后轴12711116328.1跃进230前轴15.216.41345-后轴33.311134511.3N4306.1则其设计年限内一个车道上的累计量轴次：15262023次2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（）； 轴数系数； 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09；轴载换算结果车型（）（次/日）解放CA10B前轴20.25118.5895后轴60.01189515.0黄河JN150前轴49.0118.5355后轴101.611355403.1日野KB-211前轴47.55118.5118后轴10011118118太拖拉138前轴51.4118.516915.2后轴1603116921775.5东风EQ-140前轴20.7118.51025后轴69.311102554.5黄河JN362前轴63.0118.511653.3后轴12.711116-N22434.6则其设计年限内一个车道上的累计量轴次为：79514483次2.2 结构组合与材料选取根据公路沥青路面设计规范，并考虑公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，路面结构层采用沥青混凝土（190），基层采用水泥稳定碎石（300），底层采用二灰土（厚度待定），采用三层式沥青混凝土面层，表层采用细粒式密级配沥青混凝土（40），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（60），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（90）。2.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度该路属于区，路基填土为密实粘性土，路槽底距地下水位高度为1.3m，由表1-6路基临界高度参考值，知此高度介于之间，属于中湿路基；由表1-4路基干湿类型和表1-5各自然区划土基干湿分界稠度知，路基平均稠度介于之间，取=1.0，查表12-8二级自然区划各土组土基回弹模量参考值知，=27.0MPa.查表12-12沥青混合料设计参数参考值和表12-13基层材料设计参数得，按设计弯沉计算厚度时采用20抗压模量，验算面层弯拉应力时采用15抗压模量为计算值。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度值如下图所示：结构组合参数层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量劈裂强度（Mpa）15C模量20C模量细粒式沥青混凝土4202314001.4中粒式沥青混凝土6180012001.0粗粒式沥青混凝土9140010000.8 水泥稳定碎石30150015000.5二灰土待定7507500.25土基30302.4 设计指标的拟定1设计弯沉值公路为一级，则公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数取1.0。式中： 设计弯沉值 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 公路等级系数，一级公路为1.0 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 基层类型系数，半刚性基层为1.0所以 2各层材料按允许层底拉应力，按下列公式计算： 式中 ： 路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）； 路面结构材料的允许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）； 抗拉强度结构系数。细粒式密级配沥青混凝土：=0.09=0.091.0/1.0=3.42=1.4/3.42=0.409MPa中粒式密级配沥青混凝土：=0.09=0.091.0/1.0=3.42=1.0/3.42=0.292MPa粗粒式密级配沥青混凝土：=0.09=0.091.1/1.0=3.77=0.8/3.77=0.212MPa水泥碎石：=0.35=0.35/1.0=2.59=0.5/2.59=0.193MPa二灰土：=0.45=0.45/1.0=3.33=0.25/3.33=0.075MPa设计参数汇总表层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量允许拉应力（Mpa）15C模量20C模量细粒式沥青混凝土4202314000.409中粒式沥青混凝土6180012000.292粗粒式沥青混凝土9140010000.212 水泥稳定碎石30150015000.193二灰土待定7507500.075土基30302.4 路面结构层厚度的计算各层体系弯沉等效换算公式 H=标准轴载BZZ100，轮胎接地压强p=0.7MPa，当量圆半径 由于：得到：查图得： 6.2由表面弯沉系数：,得0.22查图得：当0.22时=9.4得：所以取石灰层的厚度为65cm。2.5验算各层层底拉应力1）计算方法：、对多层路面体系进行等效换算求第i层的层底拉应力，则：上层： 下层：、计算由公式：或求各层层底拉应力式中： p轮胎接地压强p=0.7MPa； 、由查“三层连续体系上（中）层底面拉应力系数图”得到；2）计算 、多层路面体系进行等效换算层位i多层体系 等效三层体系每一层底弯拉应力每二层底弯拉应力每三层底弯拉应力每四层底弯拉应力每五层底弯拉应力MPacmMPacmMPacmMPacmMPacmMPacm11400414004120010.16100019.63150047.74150047.74212006120090.353100091000103.294150030150060.0957506575065750656303030303030、计算各层层底的弯拉应力第一层底部弯拉应力：查图得：，所以：第一层底部弯拉应力 （符合）第二层底部弯拉应力： 查图得：，所以：第二层底部弯拉应力 （符合）第三层底部弯拉应力： 查图得：，所以：第三层底部弯拉应力 （符合）第四层底部弯拉应力： 查表得： =0.42=0.70.0851.460.42=0.036MPa0.193MPa(符合)第四层底部弯拉应力： 查表得：0.028 1.06 =0.34=0.70.0281.060.34=0.007MPa7m0.340.390.540.62行车道宽7m=9329960次3.2 初拟路面结构 由于交通量100104932.9961042023104次，故可知交通属于重交通。由以上可知相应于安全等级为二级的变异水平等级为中级，根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为250mm；基层选用水泥稳定粒料，厚度为220mm；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5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3.3 拟定材料参数1）计算方法：新建公路的基层顶面当量回弹模量值：式中：路床顶面的回弹模量(MPa),查表16-26的参考值； 基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)； 、基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa），查表16-27的参考值； 基层和底基层或垫层的当量厚度（m）； 基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（）； 基层和底基层或垫层的厚度； a、b与有关的回归系数。砼板的相对刚度半径（m）；式中：h砼板的厚度（m）；水泥砼的弯拉弹性模量（MPa），2）计算：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30Mpa；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。计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通砼面层的相对刚度半径： 3.4、荷载疲劳应力1）计算方法标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算式中：考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝：，纵缝为不设拉杆的平缝或自由边界： ，纵缝为设拉杆的企口缝：； 考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数； 考虑设基如期内标准轴载荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按下式计算：式中：设计基如期内标准轴载累计作用次数； 与混合料有关的指数，普通砼取0.057； 标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa），按下式计算： 式中：砼板的相对半径（m）； 砼板的厚度（m）；2）计算标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基如期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数=根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数综合系数kc公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10荷载疲劳应力计算为 =0.872.4961.251.087=2.951MPa3.5、温度疲劳应力1）计算方法在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算：式中：最大温度梯度时砼板的温度翘曲应力（MPa），按下式计算： 式中：砼的温度线膨胀系数，通常可取； 最大温度梯度，按表14-3取用； 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度系数，查图14-13； 砼板厚度（m）； 考虑温度应力累计疲劳作用于的疲劳系数，按下式计算：式中：a,b,c回归系数，按所在地区的公路自然区划查表14-10拟定；2）计算由表14-3，区最大温度梯度取92（）。板长5m，由图14-13，可查普通砼板厚，。最大温度梯度时砼板的温度翘曲应力计算为 回归系数a，b和c系数公路自然区a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270温度疲劳应力系数，查表可得，自然区划为区，式中， 温度疲劳应力为 3.6 面板厚度拟定水泥砼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，极限状态方程式如下：可靠度系数，依据所选目的可靠度及变异水平等级按表14-12拟定； 水泥砼弯拉强度标准值（MPa）；查表14-7，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平为中级，目的可靠度为90%。再据查得的目的可靠度和变异水平等级，查表16-22，拟定可靠度系数则：因而，所选用的普通砼面层厚度（0.25m）可以承受设计基如期内荷载应力和温度应力的综合作用，即：初拟路面结构符合规范规定。3.7接缝设计为避免由温度产生的应力破坏，所以，在混凝土板中设立横缝与纵缝，这段路为重交通，缝中设滑动传力杆，拉杆长0.45m，直径28mm，每隔30cm设立一个。1) 横向胀缝缝隙宽20mm，缝隙上部3cm深度内浇填缝料拉杆的半段固定在混凝土内，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。2) 横向缩缝缩缝采用假缝，缝隙宽5mm，深度为5cm,间距为5m.3) 施工缝施工缝采用平头缝或企口缝的构造形式，缝宽为5mm, 在深度为5cm的沟槽内浇灌填缝料。4) 横缝的布置缩缝间距一般为5m，混凝土路面设立胀缝。5) 纵缝的设立在平行于混凝土路面行车方向设立纵缝，缝间距3.75m，设立为假缝带拉杆形式，缝的上部留有5cm的缝隙，内浇注填缝料，纵缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土板具有90的角隅。3.7 配筋设计为防止基础产生较大的塑性变形，在混凝土路面的自由边沿和角隅处设立补强钢筋。a) 边沿钢筋用两根直径为12mm的螺纹钢筋设立在板的下部70mm处，距板顶、板底均不小于50mm，两根钢筋的间距为100mm。在横向胀缝两侧板边沿以及混凝土路面的起、终端处也设立横向边沿钢筋；b) 角隅钢筋用两根直径为16mm的螺纹钢筋，布置在板的上部，距板顶不小于50mm，距板边100mm。此外，钢筋保护层的最小厚度不应小于50mm。参考文献1.路基路面工程，人民交通出版社2.结构设计原理，人民交通出版社3.道路桥梁勘测，人民交通出版社4.中华人民共和国行业标准：公路沥青路面设计规范(JTG D50-2023).北京：人民交通出版社20235.中华人民共和国行业标准：公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2023).北京：人民交通出版社20236.中华人民共和国行业标准：(JTGB012023)7.