公路路基路面设计书Word格式.docx
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3.8988
69.20
50.20
412.1453
137.7618
104.30
黄河JN-150
49.00
416.4556
77.3482
101.60
--
556.21
0.0000
合计
219.5847
由表二可知,二级公路的设计基准期为20年,安全等级为三级。
由表三可
知,临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.38。
取交通量年平均增长率为5%。
按下式计算得到设计基准期设计车道标准荷载累计作用次数为:
Ne——标准轴载累计作用次数;
T——设计基准期;
gr——交通量年平均增长率;
η——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数,按表三选用
由表四查得,属重交通等级。
表二可靠度设计准
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
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
表三车辆轮迹横向分布系数
公路等级
纵缝边缘处
高速公路、一级公路、收费站
0.17~0.22
二级及二级以下公路
行车道宽>
7m
0.34~O.39
行车道宽≤7m
O.54~0.62
注:
车道或行车道宽或者交通量较大时,取高值;
反之,取低值。
表四交通分级
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
表五水泥混凝土面层厚度的参考围
高速
面层厚度(mm)
≥260
≥250
≥240
270~240
260~230
250~220
三、四级
高
240~210
230~200
220~200
≤230
≤220
2.2初拟路面结构
由表二可知,相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。
根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级,查表五初拟普通混凝土面层厚度为O.24m。
基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5%),厚0.19m。
垫层为0.16m石灰粉煤灰土。
普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m,长4.5m。
纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆假缝。
1)纵向接缝的布设应路面宽度和施工铺筑宽度而定:
——一次铺筑宽度小于路面宽度时,应设置纵向施工缝,构造如图一所示;
⏹一次铺筑宽度大于4.5m时,应设置纵向缩缝,构造如图二所示。
2)每日施工结束或因临时原因中断施工时,必须设置横向施工缝,其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处,构造如图三所示。
3)横向缩缝可等间距或变间距布置,采用假缝形式,因本设计为重等交通公路,所以采用设传力杆的假缝,构造如图四所示。
2.3路面材料参数确定
按表六,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。
表六混凝土弯拉强度标准值
水泥混凝土的弯拉强度标准值(MPa)
5.0
4.5
4.0
钢纤维混凝土的弯拉强度标准值(MPa)
6.0
5.5
表七中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值围(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
30~45
粉质土
22~46
32~54
30~50
27~43
查表七,路基回弹模量取30MPa。
查表八,石灰粉煤灰土垫层回弹模量取800MPa,水泥稳定粒料基层回弹模量取1600MPa。
按下式计算基层顶面当量回弹模量如下:
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(MN-m);
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。
普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算如下:
r——混凝土板的相对刚度半径(m);
H——混凝土板的厚度(m);
Ec——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)
表八垫层和基层材料回弹模量经验参考值围
材料类型
回弹模量(胁)
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
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%)
石灰粉煤灰土
600~900
多孔隙沥青碎石(20℃,沥
青含量2.5%~3.5%)
2.4荷载疲劳应力
按下式,标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为
σps——标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa);
r——混凝土板的相对刚度半径(m),按式(B.1.3-2)计算;
h——混凝土板的厚度(m);
因纵缝为设拉杆平缝,接缝传荷能力的应力折减系数kr=O.87。
考虑设计基准期荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数
。
根据公路等级,由表九,考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc=1.20。
表九综合系数kc
kc
1.30
1.25
1.20
1.10
按式下式,荷载疲劳应力计算为
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);
kr——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);
纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时,kr=1.O;
纵缝为设拉杆的企口缝时,kr=0.76~O.84;
kf——考虑设计基准期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,按公路等级查表八确定。
2.5温度疲劳应力
由表十,Ⅱ区最大温度梯度取88(℃/m)。
板长4.5m,
=4.5/0.7031=6.4,由图B2.2.可查普通混凝土板厚h=0.24m,Bx=O.63。
表十最大温度梯度标准值Tg
Ⅱ、Ⅴ
Ⅳ、Ⅵ
Ⅶ
最大温度梯度(℃/m)
88~83
90~95
86~92
93~98
海拔高时,取高值;
湿度大时,取低值。
最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为
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,查表九取用;
Bx——综合温度翘曲应力和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)。
温度疲劳应力系数kt,按式(B.2.3)计算为
a、b和c——回归系数,按所在地区的公路自然区划查表十一确定
表十一回归系数a、b和c
系数
II
III
V
V11
A
0.828
0.855
0.841
0.871
0.837
0.834
B
0.041
0.058
0.071
0.038
0.052
C
1.323
1.355
1.287
1.382
1.270
再由下式计算温度疲劳应力为
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。
查表二,二级公路的安全等级为三级,相应于三级安全等级的变异水平等级为中级,目标可靠度为85%。
再据查得的目标可靠度和变异水平等级,查表十二,确定可靠度系数
=1.13。
表十二可靠度系数
1.20~1.33
1.09~1.16
1.04~1.08
—
1.33~1.50
1.16~1.23
1.08~1.13
1.04~1.07
1.23~1.33
1.13~1.18
1.07~1.11
变异系数在表3.0.2所示的变化围的下限时,可靠度系数取低值;
上限
时取高值。
按下式:
因而,所选普通混凝土面层厚度(O.24m)可以承受设计基准期荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。
2.6验算水泥混凝土路面设计
水泥混凝土路面设计
设计容:
新建单层水泥混凝土路面设计
公路等级:
二级公路
变异水平的等级:
中级
可靠度系数:
1.13
面层类型:
普通混凝土面层
序号
路面行驶车辆名称
单轴单轮组的个数
轴载总重(kN)
单轴双轮组的个数
双轴双轮组的个数
三轴双轮组的个数
交通量
单后轴货车
19.4
2
23.7
69.2
3
50.2
104.3
4
49
101.6
5
行驶方向分配系数1车道分配系数1
轮迹横向分布系数.39交通量年平均增长率5%
混凝土弯拉强度5MPa混凝土弯拉模量31000MPa
混凝土面层板长度4.5m地区公路自然区划Ⅱ
面层最大温度梯度88℃/m接缝应力折减系数.87
基(垫)层类型----新建公路土基上修筑的基(垫)层
层位
基(垫)层材料名称
厚度(mm)
回弹模量(MPa)
190
1300
160
800
土基
基层顶面当量回弹模量ET=182.9MPa
HB=240r=.714SPS=1.09SPR=2.51
BX=.63STM=2.07KT=.52STR=1.08
SCR=3.59GSCR=4.06RE=-18.8%
设计车道使用初期标准轴载日作用次数:
220
路面的设计基准期:
20年
设计基准期标准轴载累计作用次数:
1035526
路面承受的交通等级:
重交通等级
基层顶面当量回弹模量:
182.9MPa
混凝土面层设计厚度:
240mm
通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
普通混凝土面层240mm
水泥稳定粒料190mm
石灰粉煤灰土160mm
土基
三、沥青路面设计
1初拟路面结构组合
根据交通状况,结构层的最小施工厚度等因素综合考虑,初拟各结构层厚度如下:
中粒式沥青混凝土4cm
粗粒式沥青混凝土6cm
二灰稳定砂砾20cm
二灰土?
2交通分析
根据表十三可知,二级公路沥青路面的设计年限为12年。
表十三各级公路的沥青路面设计年限
设计年限(年)
高速公路、一级公路
15
三级公路
8
12
四级公路
6
(1)当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时,各级轴载均应按如下公式换算成标准轴载P的当量作用次数N。
①准轴载的当量轴次N:
=196.1345+301.438+106.422+81.5352=685.5297(次/d)
N——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轴次(次/d):
Ni——被换算车型的各级轴载作用次数(次/d);
P—标准轴载;
Pi——被换算车型的各级轴载(KN);
C1——被换算车型的轴数系数;
C2——被换算车型的轮组系数,双轮组为1.0,单轮组为6.4,四轮组为0.38;
K——被换算车型的轴载级别。
当轴间距大于3m时,应按单独的一个轴载计算;
当轴间距小于3m时,双轴或多轴的轴数系数下面公式计算:
C1=1+1.2(m-1)
m——轴数。
列表如下:
C1
C2
η
η1
6.4
0.0051
0.1230
196.1345
0.1152
0.0122
0.1203
301.4380
0.2061
0.3193
1.5203
106.4220
1.2010
0.2874
1.3589
81.5352
1.0715
合计
685.5297
②计年限一个车道的累计当量标准轴次Ne,按下式计算:
(次/车道)
Ne——设计年限一个车道上的累计当量轴次(次/车道);
t——设计年限(年);
——路面竣工后第一年双向日平均标准轴载的当量轴次(次/日);
η——车道系数,参照《规》表3.0.4-1,无分隔带的双车道η=0.6~0.7;
γ——设计年限交通量年平均增长率。
(2)当以半刚性材料层的拉应力为指标时,各级轴载均应按如下公式换算成标准轴载P的当量作用次数N。
①标准轴载的当量轴次N:
=280.6474(次/日)
N——准轴载的当量轴次(次/日);
ni——设计第一年被换算车型的各级轴载作用次数(次/日);
Pi——被换算车型的各级轴载(KN);
C1′——轴数系数,
,式中m——轴数;
C2′——轮组系数,单轴组为18.5,双轮组为1.0,四轮组为0.09。
列表计算如下:
18.5
0.0188
30.6993
0.0002
0.0528
74.8793
0.0526
0.0746
1.4751
103.2558
1.4005
0.0615
1.1969
71.8130
1.1354
280.6474
(次/车道)
γ——设计年限交通量的平均增长率(5%);
η——车道系数,参照《规》表十四,无分隔带的双车道η=0.7
表十四车道系数
车道特征
双向单车道
1.0
双向六车道
0.3~0.4
双向两车道
0.6~0.7
双向八车道
0.25~0.35
双向四车道
0.4~0.5
3路面设计弯沉值
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标,是路面厚度计算的主要依据。
路面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限累计标准当量轴次、面层和基层类型按下式计算确定:
(0.01mm)
——路面设计弯沉值;
Ne——设计年限一个车道上的累计当量轴次;
Ac——公路等级系数,高速公路、一级公路为1.0,二级公路为1.1,三、四级公路为1.2;
As——面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0;
热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下惯或贯入式路面为1.1;
沥青表面处治为1.2;
中、低级路面为1.3;
Ab——基层类型系数,对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于20cm时为1.0;
若面层与半刚性基层结构时可取1.0;
柔性基层、底基层为1.6,当柔性基层厚度大于15cm、底基层为半刚性下卧层时可取1.6.。
表十五基层、底基层材料设计参数
材料名称
配合比或规格要求
抗压模量E(MPa)弯沉计算用
抗压模量E(MPa)拉应力计算用
劈裂强度б(MPa)
水泥砂粒
4﹪~6﹪
1100~1500
3000~4200
0.4~0.6
水泥碎石
二灰砂粒
7:
13:
0.6~0.8
二灰碎石
8:
17:
0.5~0.8
石灰水泥粉煤灰砂粒
6:
3:
16:
75
1200~1600
2700~3700
0.4~0.55
水泥粉煤灰碎石
4:
2400~3000
石灰土碎石
粒料>
60﹪
700~1100
1600~2400
碎石灰土
40﹪~50﹪
600900
1200~1800
水泥石灰砂粒土
25:
68
1500~2200
二灰土
10:
30:
2000~2800
0.2~0.3
8﹪~12﹪
400~700
0.2~0.25
石灰土处理路基
4﹪~7﹪
200~350
——
级配碎石
基层连续级配型
300~350
基层骨架密实型
300~500
底基层、垫层
表十六沥青混合材料设计参数
抗压模量E(MPa)
劈裂强度15℃(MPa)
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- 公路 路基 路面 设计