路基路面课程课设沥青水泥混凝土路面组合设计.docx

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路基路面课程课设沥青水泥混凝土路面组合设计

目录

1设计资料······································································································1

1.1工程概况································································································1

1.2设计资料·······························································································1

1.3设计目的任务·····················································································1

2交通量分析··································································································2

3沥青路面设计·····························································································2

4水泥混凝土路面设计··············································································11

4.1混凝土路面设计基准期·····································································11

4.2标准轴载及轴载当量换算·································································11

4.3拟定路面结构······················································································12

4.4方案一的计算（手算）··········································································13

4.4.1确定材料参数···········································································13

4.4.2计算荷载疲劳应力·····································································14

4.4.3计算温度疲劳应力·····································································15

4.5方案二的计算（软件计算）······································································16

4.6接缝设计································································································17

5方案比选········································································································18

6总结体会········································································································19

7参考文献········································································································19

1设计资料

1.1工程概况

拟设计路面属某段高速公路..路段位于平原微丘区,公路自然区划为

Ⅱ2区,地震烈度为六级,设计标高240.50m,地下水位1.45m。

1.2设计资料

所经地区多处为粘性土。

根据最新路网规划,预测使用初期2012年平均日交通量见下表：

表1-1交通组成及交通量表

车型

双向交通量

小客车SH—130

912

大客车SH—141

173

跃进牌NJ—130

647

东风牌EQ—140

344

黄河牌JN—150

420

日野KB222

86

太8

94

交通量年平均增长率脱拉13（％）

7.2

1.3设计目的任务

（1）根据所给资料,利用HPDS2006公路路面设计程序系统进行路面结构的设计（沥青路面水泥路面至少各2种不同的路面结构各，其中水泥路面结构手工完成一个方案的计算）。

（2）进行水泥混凝土路面及沥青路面结构,厚度设计,水泥混凝土路面级构组合设计、板厚度设计、接缝设计等，并比选按方案。

2交通量分析·

《公路工程技术标准》规定：

四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交

通量25000-55000辆

六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交

通量45000-80000辆

八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交

通量60000-100000辆

表2-1交通量及换算系数

车型

小客车SH-130

大客车SH-141

跃进牌NJ-131

东风牌EQ-140

黄河牌JN-150

日野KB222

太脱拉138

交通量（辆/日）

876

169

472

270

270

81

77

换算系数

1.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

换算交通量（pcu/d）

912

173

647

344

420

86

94

将上表折成小客车，对所给交通量进行换算：

N=912+173×1.5+（647+344+420+86+94）×2=4353.5,设计年限为30年时，N=Nd=N0×（1+γ）n-1远期交通量32690辆，故设计为四车道高速公路即可满足交通量要求。

3沥青路面设计

⑴设计年限内车道的累计轴次

根据《公路沥青路面设计规范》规定..路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。

标准轴载的计算参数按表3-1确定

表3-1标准轴载计算参数

标准轴载名称

BZZ-100

标准轴载名称

BZZ-100

标准轴载P（KN）

100

单轮当量圆直径d（mm）

21.30

轮胎接地压强P（Mpa）

0.70

两轮中心距（cm）

1．5d

①轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析）

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（

）；

C1—轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38；

C2—轴数系数。

—被换算车型的轴载级别。

当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：

式中：

m—轴数。

则其设计年限内一个车道上的累计量轴次

：

式中

—设计年限内一个车道的累计当量次数；

t—设计年限，由材料知，t=15年；

—设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；

—设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，γ=0.072；

—车道系数，由材料知η=0.45。

则：

次

②轴载换算（半刚性层弯拉应力分析）

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（

）；

—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。

—轴数系数；

则其设计年限内一个车道上的累计量轴次

为：

次。

⑵确定路面等级和面层类型

路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。

路面等级、面层类型的选择应根据公路等级与使用要求、设计年限内标准轴载的累积当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因素按下表确定。

⑶土基回弹模量的确定

路段位于平原微丘区,公路自然区划为Ⅱ2区,地震烈度为六级,设计

标高240.50m,地下水位1.45m。

由《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2004附录F知此高度为H2（2.0），属于中湿路基

⑷路面结构方案设计

①方案一**************************

*新建路面设计成果文件汇总*

**************************

一、轴载换算及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

交通SH141

25.55

55.1

1

双轮组

173

2

跃进NJ131

20.2

38.2

1

双轮组

647

3

东风EQ140

23.7

69.2

1

双轮组

344

4

东风KM340

49

101.6

1

双轮组

600

5

黄河JN150

45.1

101.5

1

双轮组

420

6

日野KB222

50.2

104.3

1

双轮组

86

7

太脱拉138

51.4

80

2

双轮组

<3

94

设计年限15车道系数0.45

表3-2车型载重

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量

N

=503,属轻交通等级

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:

916

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

3839494

属中等交通等级

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:

705

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

2955069

属轻交通等级

路面设计交通等级为中等交通等级

公路等高速公路公路等级系数1

面层类型系数1路面结构类型系数1

路面设计弯沉值:

28.9（0.01mm）

表3-3劈裂强度容许拉应力

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

0.55

2

中粒式沥青混凝土

1.0

0.40

3

粗粒式沥青混凝土

0.8

0.32

4

水泥稳定碎石

0.6

0.33

5

级配碎石

0.3

6

粗砂

0

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:

28.9（0.01mm）

路面设计层层位:

5

设计层最小厚度:

150（mm）

表3-4厚度计算

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）（20℃）

抗压模量（MPa）（15℃）

容许应力（MPa）

1

细粒式沥青混凝土

4

1400

2000

0.55

2

中粒式沥青混凝土

6

1200

1600

0.4

3

粗粒式沥青混凝土

12

900

1200

0.32

4

水泥稳定碎石

15

1500

1500

0.33

5

级配碎石

?

550

550

6

粗砂

150

100

150

7

新建路基

150

36

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD=28.9（0.01mm）

H（5）=150mmLS=30.6（0.01mm）

H（5）=200mmLS=28（0.01mm）

H（5）=182mm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力计算设计层厚度:

H（5）=182mm（第1层底面拉应力计算满足要求）

H（5）=182mm（第2层底面拉应力计算满足要求）

H（5）=182mm（第3层底面拉应力计算满足要求）

H（5）=182mm（第4层底面拉应力计算满足要求）

路面设计层厚度:

H（5）=182mm（仅考虑弯沉）

H（5）=182mm（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40mm

----------------------------------------

中粒式沥青混凝土60mm

----------------------------------------

粗粒式沥青混凝土120mm

----------------------------------------

水泥稳定碎石150mm

----------------------------------------

级配碎石190mm

----------------------------------------

粗砂150mm

----------------------------------------

新建路基

三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算

表3-5弯沉值和层底拉应力

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）（20℃）

抗压模量（MPa）（15℃）

容许应力（MPa）

1

细粒式沥青混凝土

4

1400

2000

0.55

2

中粒式沥青混凝土

6

1200

1600

0.4

3

粗粒式沥青混凝土

12

900

1200

0.32

4

水泥稳定碎石

15

1500

1500

0.33

5

级配碎石

?

550

550

6

粗砂

150

100

150

7

新建路基

150

36

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=28.5（0.01mm）

第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=32（0.01mm）

第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=38（0.01mm）

第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=53.1（0.01mm）

第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=117.1（0.01mm）

第6层路面顶面交工验收弯沉值LS=318（0.01mm）

路基顶面交工验收弯沉值LS=258.8（0.01mm）

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）=-0.231（MPa）

第2层底面最大拉应力σ

（2）=-0.044（MPa）

第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.002（MPa）

第4层底面最大拉应力σ（4）=0.135（MPa）

②方案二

**************************

*新建路面设计成果文件汇总*

**************************

一、轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

表3-6轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力

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

交通SH141

25.55

55.1

1

双轮组

173

2

跃进NJ131

20.2

38.2

1

双轮组

647

3

东风EQ140

23.7

69.2

1

双轮组

344

4

东风KM340

49

101.6

1

双轮组

600

5

黄河JN150

45.1

101.5

1

双轮组

420

6

日野KB222

50.2

104.3

1

双轮组

86

7

太脱拉138

51.4

80

2

双轮组

<3

94

设计年限15车道系数0.45

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量

N

=503,属轻交通等级

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:

916

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

3839494

属中等交通等级

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:

705

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

2955069

属轻交通等级

路面设计交通等级为中等交通等级

公路等级高速公路公路等级系数1

面层类型系数1路面结构类型系数1

路面设计弯沉值:

28.9（0.01mm）

表3-7裂强度容许拉应力

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

0.55

2

中粒式沥青混凝土

1.0

0.40

3

水泥稳定碎石

0.8

0.35

4

石灰土

0.6

0.26

5

粗砂

0.3

二、新建路面结构厚度计算

新建路面的层数:

5

标准轴载:

BZZ-100

路面设计弯沉值:

28.9（0.01mm）

路面设计层层位:

5

设计层最小厚度:

150（mm）

表3-8结构厚度

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）（20℃）

抗压模量（MPa）（15℃）

容许应力（MPa）

1

细粒式沥青混凝土

6

1400

2000

0.55

2

中粒式沥青混凝土

8

1200

1600

0.4

3

水泥碎石土

20

900

1200

0.35

4

石灰土

15

1500

1500

0.26

5

粗砂

?

550

550

6

新建路基

150

36

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD=28.9（0.01mm）

H（5）=150mmLS=1.8（0.01mm）

由于设计层厚度H（5）=Hmin时LS<=LD,

故弯沉计算已满足要求.

H（5）=150mm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力计算设计层厚度:

H（5）=150mm（第1层底面拉应力计算满足要求）

H（5）=150mm（第2层底面拉应力计算满足要求）

H（5）=150mm（第3层底面拉应力计算满足要求）

H（5）=150mm（第4层底面拉应力计算满足要求）

路面设计层厚度:

H（5）=150mm（仅考虑弯沉）

H（5）=150mm（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60mm

----------------------------------------

中粒式沥青混凝土80mm

----------------------------------------

水泥碎石土200mm

----------------------------------------

石灰土150mm

----------------------------------------

粗砂150mm

----------------------------------------

新建路基

三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算

表3-9弯沉值和层底拉应力

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）（20℃）

抗压模量（MPa）（15℃）

容许应力（MPa）

1

细粒式沥青混凝土

6

1400

2000

0.55

2

中粒式沥青混凝土

8

1200

1600

0.4

3

水泥碎石土

20

900

1200

0.35

4

石灰土

15

1500

1500

0.26

5

粗砂

?

550

550

6

新建路基

150

36

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=1.8（0.01mm）

第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=2.1（0.01mm）

第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=2.7（0.01mm）

第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=5（0.01mm）

第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=14（0.01mm）

路基顶面交工验收弯沉值LS=258.8（0.01mm）

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）=-0.155（MPa）

第2层底面最大拉应力σ

（2）=0.001（MPa）

第3层底面最大拉应力σ（3）=0.026（MPa）

第4层底面最大拉应力σ（4）=0.126（MPa）

4水泥混凝土路面