路基路面工程课程设计计算书样本.doc

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路基路面工程课程设计计算书( 第一组)

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学号:
一、 沥青路面设计
1. 轴载换算

（1） 以弯沉值及沥青层的层底弯拉应力为设计指标时
表一
车型

(次)

东风EQ140
后轴
69.20
1
1
300
60.48
黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4
200
57.49

后轴
101.60
1
1
200
214.30
黄河JN162
前轴
59.50
1
6.4
50
33.44

后轴
115.00
1
1
50
91.83
交通141
前轴
25.55
1
6.4
250
4.23

后轴
55.10
1
1
250
18.70
长征CZ361
前轴
47.60
1
6.4
70
17.74

后轴
90.70
2.2
1
70
100.72
延安SX161
前轴
54.64
1
6.4
60
27.70

后轴
91.20
2.2
1
60
88.42
北京BJ130
后轴
27.20
1
1
50
0.17
跃进NJ130
后轴
38.30
1
1
60
0.92
注: 轴载小于25KN的轴载作用不计

（2） 以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时
表二
车型

( 次)

东风EQ140
后轴
69.20
1
1
300
15.78
黄河JN150
后轴
101.60
1
1
200
227.08
黄河JN162
前轴
59.5
1
18.5
50
14.53

后轴
115.00
1
1
50
91.83
交通141
后轴
55.10
1
1
250
2.12
长征CZ361
后轴
90.70
3
1
70
96.18
延安SX161
前轴
54.64
1
18.5
60
8.82

后轴
91.20
3
1
60
86.15
注: 轴载小于50KN的轴载作用不计

已知设计年限内交通量平均增长率
该道路为高速公路, 其设计年限。
设该高速公路为双向四车道, 取车道系数, 则
( 1) 以弯沉值及沥青层的层底弯拉应力为设计指标时
次
( 2) 以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时
次
2.初拟结构组合和材料选取
( 1) 由以上计算结果得, 设计年限线内一个车道上的累计标准轴次为319万次, 属中等交通, 给出以下两种组合方案
方案一:
①路面结构采用沥青混凝土( 厚18cm) , 基层采用水泥碎石( 厚38cm) , 底基层采用水泥石灰沙砾土( 厚度待定) , 以水泥石灰沙砾土为设计层。
②采用三层式沥青面层, 表面采用细粒式沥青混凝土( 厚4cm) , 中面层采用中粒式沥青混凝土( 厚6cm) , 下面层采用粗粒式沥青混凝土( 厚8cm)
方案二:
①路面结构采用沥青混凝土( 厚27cm) , 基层采用水泥砂砾( 厚度待定) , 底基层采用级配沙砾( 厚18cm) , 以水泥稳定砂砾为设计层。
②采用三层式沥青面层, 表面采用细粒式沥青混凝土( 厚4cm) , 中面层采用中粒式沥青混凝土( 厚8cm) , 下面层采用密集配沥青碎石( 厚15cm)
（2） 确定各层材料回弹模量与劈裂强度
表三
材料名称
时抗压回弹模量( MPa)
时劈裂强度(MPa)
细粒式沥青混凝土
1.4
1.4
中粒式沥青混凝土
1.2
1.0
粗粒式沥青混凝土
1.0
0.8
密集配沥青碎石
1.2
0.8
水泥石灰沙砾土
1.0
0.35
水泥碎石
1.5
0.5
水泥沙砾
1.3
0.5
集配沙砾
1.4
0.5

3. 确定土基回弹模量
该路段处于区, 粉质土, 路基处于干湿状态, 稠度取1.0, 查表”二级自然区划各土组土基回弹模量参考值”, 得土基回弹模量为29MPa
（1） 设计弯沉值
本公路为高速公路, 公路等级系数, 面层为沥青混凝土, 面层系数, 半刚性基层, 基层系数=1.0
( 单位0.01mm)
（2） 各层允许拉应力
方案一:
表四
材料名称

( MPa)
(MPa)
细粒式沥青混凝土

1.4
0.577
中粒式沥青混凝土

1.0
0.412
粗粒式沥青混凝土

0.8
0.330
水泥碎石

0.5
0.275
水泥石灰沙砾土

0.35
0.193

方案二:
表五
材料名称

( MPa)
(MPa)
细粒式沥青混凝土

1.4
0.577
中粒式沥青混凝土

1.0
0.412
密集配沥青碎石

0.8
0.330
水泥沙砾

0.5
0.275
级配沙砾

0.5
0.275

4. 资料汇总
方案一:
表六
材料名称
h( cm)
回弹模量( MPa)
容许拉应力( MPa)
细粒式沥青混凝土
4
1400
0.577
中粒式沥青混凝土
6
1200
0.412
粗粒式沥青混凝土
8
1000
0.330
水泥碎石
38
1500
0.275
水泥石灰土
?
1000
0.193
土基
—
40
—

方案二:
表七
材料名称
h( cm)
回弹模量( MPa)
容许拉应力( MPa)
细粒式沥青混凝土
4
1400
0.577
中粒式沥青混凝土
8
1200
0.412
密集配沥青碎石
15
1200
0.330
水泥沙砾
?
1300
0.275
集配沙砾
18
1400
0.275
土基
—
40
—

5. 方案确定
根据东南大学道路计算软件计算得,
方案一计算层厚度为15cm, 道路总厚度为71cm。

方案二计算层厚度为34cm, 道路总厚度为79cm
两种方案的其它条件均满足要求, 故取总厚度最小的方案为最终方案, 即取第一种方案为最终方案。

二、 混凝土路面设计
1. 交通量分析
根据水泥混凝土路面设计轴载换算方法, 忽略小客车和车辆前轴对路面结构计算的影响, 计算各车型的轴载换算系数, 得到标准轴载作用次数, 见下表
表八
车型
经过次数
( 次/日)
后轴重( KN)

标准轴次
( 次/日)
标准轴次合计( 次/日)
东风EQ140
300
69.20
0.003
0.9
726.62
解放JN150
200
101.60
1.289
257.8
黄河JN162
50
115.00
9.358
467.9
交通141
250
55.10
0.00007
0.0175
长征CZ361
70
90.70

延安SX61
60
91.20

北京BJ130
50
27.20

跃进NJ130
60
38.30

查表得, 高速公路设计基准期为30年。安全等级为一级, 临界荷位车辆轮迹横向分布系数取0.22, 交通方向系数取为0.5, 交通车道系数取为0.9, 则设计年限累计当量轴次为:
属于中等交通。

2. 初拟路面结构
查表, 得安全水平为一级的道路对应的变异水平为低级。初拟普通混凝土面层厚为24cm, 基层选用水泥稳定粒料厚20cm, 底基层为15cm低剂量无机结合料稳定类混合材料。
普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m, 长5m, 两侧硬路肩与行车道之间砌筑水泥混凝土路缘石。硬路肩与行车道采用相同面层厚度。
在设计中设想施工缝为设传力杆平缝, 横向缩缝为设传力杆的假缝形式, 在临近桥梁或固定建筑物外, 或与其它类型路面相连处、 小半径曲线和纵坡变换处, 应设置横向胀缝。纵缝施工缝和缩缝均为设拉杆的平头缝。纵缝与横缝尽可能垂直正交, 避免板块形成错缝和锐角形式。

3. 路面材料参数确定
查表, 普通混凝土面层的弯拉强度标准值为4.5MPa, 相应弯拉弹性模量标准值为29GPa。
路基回弹模量取50MPa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取800MPa, 水泥稳定粒料基层回弹模量取1500MPa。

计算基层顶面当量回弹模量( 土基顶面回弹模量=40MPa) :

普通混凝土面层难过的相对刚度半径为:

4. 荷载疲劳应力
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。考虑设计基准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, 查表, 考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数,则荷载疲劳应力计算为:

5. 温度疲劳应力
II区最大温度梯度取88( /m) 。板长5m,,由图可查普通混凝土板厚为h=0.24m, 。
最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为:

查表, 自然区划为II区, ,则温度疲劳应力系数

温度疲劳应力为:

查表, 高速公路的安全等级为一级, 相应于一级安全等级的变异水平等级为低级, 目标可靠度为95%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级, 查表, 确定可靠度系数。则,

因此, 所选普通混凝土面层厚度0.25m能够承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

6. 路面补强设计
根据规范要求和设计几本资料, 水泥混凝土路面为重交通等级, 平曲线多, 因此在混凝土板的自由边缘和角隅处设置两种补强钢筋。
（1） 边缘钢筋, 采用直径14mm的螺纹钢筋, 设在板( h为混凝土板厚) , 且距离边缘和地板厚度均不小于5cm, 两根钢筋的间距不应小于10cm, 纵向边缘钢筋只设在一块板内, 不穿过缩缝, 以免妨碍般的翘曲, 为加强锚固能力, 钢筋两端应向上弯起。
（2） 角隅钢筋, 设在胀缝两侧板的角隅处, 用两根直径14mm长2.4m的螺纹钢筋完成需要的形状, 角隅钢筋设在板的上部, 距板顶面不小于5cm, 距胀缝和板边缘各为10cm。

7. 筑路材料
（1） 粗集料和细集料使用要求均应符合《公路工程集料试验规程》的各项要求。面层水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥, 要求养护3天龄期的抗压强度和抗折强度分别不小于22.0MPa和7.0MPa, 混凝土配合比设计应满足强度、 工作性、 耐久性技术要求, 而且应该满足《公路工程水泥混凝土路面施工规范》的明确规定。
（2） 填缝材料
胀缝接缝板采用泡沫橡胶板, 填缝材料采用常温施工方式, 填缝材料为沥青橡胶类。接缝板和填缝材料的技术要求, 参见《公路工程水泥混凝土路面施工技术规范》。
（3） 基层材料
水泥稳定材料基层中水泥用量控制在5%~7%之间, 采用重型击实实验法确定压实度不小于98%, 级配碎石第几层最大粒径控制在31.5mm以下, 压实度不小于96%, 石料压碎值不大于30%。
（4） 土基
由于路基土为粉质土, 切路基设计能够保证路床处于干燥、 中湿状态, 故无需进行路基处理。路基土强度、 压实度应满足现行《公路路基施工技术规范》。