路基路面课程设计.docx
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路基路面课程设计
中南大学
《道路工程》
课程设计
计
算
书
姓名:
贺小刚
班级:
工程试验土木1101班
学号:
1217110128
指导老师:
魏红卫
2014年10月
《路基路面工程》课程设计
一、路面设计基础资料
公路等级:
二级公路
车道数:
2
起止桩号:
6+320~15+520
路段填挖方:
全程为填方段
路基土壤:
砂土
地下水位距路槽底面距离:
1.5~0.3m
设计使用年限:
沥青混凝土路面:
设计使用年限为12年
水泥混凝土路面:
设计基准期为20年
交通量年平均增长率:
5.0%
中国公路自然区划:
IV4区
线路总长:
9.7km
交通组成如下表:
车型
双向交通量(次/日)
解放CA-10B
208
东风EQ140
185
黄河JN150
150
黄河JN253
110
太脱拉138
80
解放CA390
600
日野ZM440
1210
二、设计过程
本次设计采用软件设计,使用HPD2011公路路面设计程序。
以下依次按照设计步骤列出软件的使用过程及计算结果。
(一)、公路沥青路面设计(柔性路面)
1、原始数据输入
采用人机对话键盘输入
2、交通量输入
选择按通常步骤计算累计当量轴次
(1)公路等级
设计等级为二级
(2)车道系数
车道系数选用0.6。
选择依据如下表:
(3)设计年限
如上图,设计年限选用12年。
(4)交通增长率分段数及年增长率输入
不进行分段,年增长率取5%。
(5)车辆及交通量参数输入
(6)累计当量轴次及交通等级的计算、确定和输出
3、路面设计类型
新建路面
4、路面设计内容
根据设计弯沉值和允许拉应力设计
5、路面设计参数输入
(1)确定路面干湿类型:
地下水位距路槽1.5到0.3米,按照最不利情况0.3m考虑。
本次设计中自然区划为Ⅳ4,土基类型为粘土,查路基临界高度参考值表可知Ⅳ4级区划下粘性土的地下水临界高度H3为0.8到1.0,所以H0
(2)路基稠度值的确定
根据路基干湿状态稠度建议值表,中湿状态下土质砂稠度值为小于0.8,此处取稠度值为0.8.
(3)土基回弹模量值得确定
根据以上所得数据,查二级自然区划各土组土基回弹模量参考值表,该土基的回弹模量为30。
在软件中显示为:
(4)路面结构参数输入
初拟路面结构为:
细粒式沥青混凝土3cm+中粒式沥青混凝土4cm+粗粒式沥青混凝土6cm+石灰粉煤灰碎石20cm+石灰土25+级配碎石15cm,以石灰土为设计层。
将各设计参数输入路面结构设计软件得,石灰粉煤灰土厚度为37.8cm,可满足弯沉和弯拉应力要求。
为方便施工,取为38cm。
路面总厚度95cm>60cm,满足最小防冻层厚度要求。
(5)面层类型系数:
1
(6)路面设计层位:
4
(7)设计层最小厚度:
150mm
(8)路面结构类型系数:
1
6、计算结果
******************************
*公路新建路面设计成果文件汇总*
******************************
一、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解放CA10B19.460.851双轮组208
2东风EQ14023.769.21双轮组185
3黄河JN15049101.61双轮组150
4黄河JN25355662双轮组<3110
5太脱拉13851.4802双轮组<380
6解放CA3903570.151双轮组600
7日野ZM440601002双轮组<31210
设计年限12车道系数.6交通量平均年增长率5%
一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量
Nh=1526,属重交通等级
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:
4125
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.437914E+07
属重交通等级
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:
4313
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.503448E+07
属重交通等级
路面设计交通等级为重交通等级
公路等级二级公路
公路等级系数1.1面层类型系数1路面结构类型系数1
路面设计弯沉值:
24.4(0.01mm)
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1.4.46
2中粒式沥青混凝土1.33
3粗粒式沥青混凝土.8.26
4石灰粉煤灰碎石.6.31
5石灰土.25.1
6级配碎石
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:
24.4(0.01mm)
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
150(mm)
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力
(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)
1细粒式沥青混凝土301400020000.46
2中粒式沥青混凝土401200016000.33
3粗粒式沥青混凝土60900012000.26
4石灰粉煤灰碎石?
1500015000.31
5石灰土25055005500.1
6级配碎石15015001500
7新建路基35
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=24.4(0.01mm)
H(4)=200mmLS=26.9(0.01mm)
H(4)=250mmLS=23.9(0.01mm)
H(4)=241mm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力计算设计层厚度:
H(4)=241mm(第1层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=241mm(第2层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=241mm(第3层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=241mm(第4层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=241mm(第5层底面拉应力计算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=241mm(仅考虑弯沉)
H(4)=241mm(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30mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土40mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
石灰粉煤灰碎石250mm
----------------------------------------
石灰土250mm
----------------------------------------
级配碎石150mm
----------------------------------------
新建路基
三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差综合影响系数
(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)
1细粒式沥青混凝土3014000200001
2中粒式沥青混凝土4012000160001
3粗粒式沥青混凝土609000120001
4石灰粉煤灰碎石25015000150001
5石灰土250550055001
6级配碎石150150015001
7新建路基351
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=23.9(0.01mm)
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=25.6(0.01mm)
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=28(0.01mm)
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=31.5(0.01mm)
第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=84.5(0.01mm)
第6层路面顶面交工验收弯沉值LS=293.5(0.01mm)
路基顶面交工验收弯沉值LS=266.2(0.01mm)(根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)
LS=331.5(0.01mm)(根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)
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)=-.247(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-.107(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(3)=-.057(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=.116(MPa)
第5层底面最大拉应力σ(5)=.061(MPa)
(二)新建水泥混凝土路面(刚性路面设计)
(一)、公路沥青路面设计(柔性路面)
1、原始数据输入
采用人机对话键盘输入
(1)变异水平等级:
中级
(2)可靠度系数:
1.13
2、交通量输入
选择按通常步骤计算累计当量轴次
(1)公路等级
设计等级为二级
(2)设计年限:
20年
(3)交通增长率分段数及年增长率输入
不进行分段,年增长率取5%。
(4)车辆及交通量参数输入
3、面层类型
普通混凝土面层
(1)混凝土面层板厚度:
230mm
(2)混凝土弯拉强度:
4.5
(3)混凝土面层板长度:
4.5
(4)接缝应力折减系数:
0.87
(5)混凝土弹性模量:
29000MPa
(6)地区公路自然区划分:
4
(7)面层最大温度梯度:
88℃/m
(8)混凝土线膨胀系数:
10
4、基(垫)层
5、计算结果
水泥混凝土路面设计
设计内容:
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
序号路面行驶前轴数前轴重后轴数后轴重拖挂部分拖挂部分交通量
车辆名称(kN)(kN)的轴数轴重(kN)
1解放CA10B119.4160.8500208
2东风EQ140123.7169.200185
3黄河JN1501491101.600150
4黄河JN25315516600110
5太脱拉138151.41800080
6解放CA390135170.1500600
7日野ZM4401601100001210
行驶方向分配系数1车道分配系数1
轮迹横向分布系数.5交通量年平均增长率5%
设计轴载100kN
最重轴载101.6kN
路面的设计基准期:
20年
设计车道使用初期设计轴载日作用次数:
1409
设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数:
8502662
路面承受的交通荷载等级:
重交通荷载等级
混凝土弯拉强度6MPa混凝土弹性模量29000MPa
混凝土面层板长度4.5m地区公路自然区划Ⅳ
面层最大温度梯度88℃/m接缝应力折减系数.87
混凝土线膨胀系数1010-6/℃
基(垫)层类型----新建公路路基上修筑的基(垫)层
层位基(垫)层材料名称厚度(mm)材料模量(MPa)
1级配碎石570300
2新建路基60
板底地基当量回弹模量ET=185MPa
中间计算结果:
(下列符号的意义请参看“程序使用说明”)
HB=230DC=30.08R=.66SPS=1.576
SPM=1.6SPR=3.57SPMAX=1.46
CL=.972BL=.61STMAX=1.79KT=.37
STR=.66SCR=4.23GSCR=4.78RE=-20.33%
SCM=3.25GSCM=3.67REM=-38.83%
混凝土面层荷载疲劳应力:
3.57MPa
混凝土面层温度疲劳应力:
.66MPa
考虑可靠度系数后混凝土面层综合疲劳应力:
4.78MPa(小于或等于面层混凝土弯拉强度)
混凝土面层最大荷载应力:
1.46MPa
混凝土面层最大温度应力:
1.79MPa
考虑可靠度系数后混凝土面层最大综合应力:
3.67MPa(小于或等于面层混凝土弯拉强度)
满足路面结构极限状态要求的混凝土面层设计厚度:
230mm
验算路面结构层防冻厚度:
路面结构层最小防冻厚度800mm
新建基(垫)层总厚度570mm
验算结果表明,路面总厚度满足路面结构层防冻厚度要求。
通过对设计层厚度按mm取整,最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
普通混凝土面层230mm
---------------------------------------
级配碎石570mm
---------------------------------------
新建路基
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