道路工程课程设计.docx

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1、第一章新建沥青路面设计1.1 路基干湿类型及路基回弹模量的确定资料：路基地属高原西南潮暖区 V4 区，路段地质组为泥质砂岩，上覆盖亚粘土。路床顶面距地下水位 2.0m。（ 1 ）通过上述 资料 可查的： V4 区 粘土 路基的临界高 度 H1=1.71.9m ，H2=0.91.1m，由于 HH1，可判定路基干燥稳定路面强度和稳定性不受地下水和地表积水的影响，路基干湿类型为干燥。（ 2）路床表面下 80cm 深度内平均稠度 Wc 与分界稠度的关系是 Wc=Wc1 ，因为路基干湿类型为干燥， 可查的分界稠度 Wc1=1.1，即 Wc=1.1，估计该段路基上层 80cm 范围内的平均稠度为 1.15

2、 左右。（ 3）由于路基土的平均稠度为 1.15，所以查设计规范得土基回弹模量 E0=47MPa.(4)由于是高等公路，由沥青面设计规范说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量 E0 提高 15%30%，现取提高 15%，则 E0=47*(1+15%)=54.05MPa。路基干湿类型为干燥。1.2 沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的设计（ 1）计算累计轴载作用次数，确定路面等级及计算设计弯沉值。路面设计以双轮组单轴载 100KN 为标准轴载。1)以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力时。轴载换算：k4. 35iN=Pc c n1 2 ii 1Pk汽车型号PiC1C2nii 1c1c2ni4.

3、35PiP江淮前轴1716.41050AL6600后轴26.5111050会客前轴31.216.4180JT6912后轴65.611180跃 进 牌前轴20.216.4700NJ131后轴38.211700东 风 牌前轴23.716.4500EQ140后轴69.211500黄 河 牌前轴4916.4500JN-150后轴101.611500日野前轴50.216.4120KB222后轴10411120太 脱 拉前轴5116.4280138后轴802.21280当量轴载累计1340累计当量轴次计算：_3.37.328.8_10.6_100.8143.7535.738.3142.395.8233.4

4、已知：此公路设计为高速公路， 设计年限为 15 年，四车道的车道系数为0.40.5，在此取 0.45。t=2005-2002+1=41r 1t 13N1= N 2002=13401 7% =1641.6 次1rT153651365 1 0.131NerN1=1641.6 0.450.13=10897874.1 次2)验算半刚性基层层底拉应力是；轴载换算公式：8kPiN c1 c2 nii 1P汽车型号Pic1c2nic 1 c 2 ni8PiP江淮前轴17118.51050_AL6600后轴26.5111050_会客前轴31.2118.5180_JT6912后轴65.6111806.17跃进牌

5、前轴20.2118.5700_NJ131后轴38.211700_东风牌前轴23.7118.5500_EQ140后轴69.21150026.29黄河牌前轴49118.5500_JN150后轴101.611500567.7日野前轴50.2118.51208.95KB222后轴10411120164.23太脱拉前轴51118.528023.71138后轴8031280140.93当量轴载累计937.98 累计当量轴次计算：1t 1= 937.98 13N1= N 2002r 10.7 =1149.1 次365 1rT1513651 0.13 1NeN1 =1149.1 0.45r0.13=76283

6、79.1次3) 已知此公路等级为 I 级，设计年限为 15 年，设计年内累计标准轴 400 万次/ 车道，面层为沥青混凝土，查规范可得：此路面等级为高级路面。4) 计算设计弯沉值：通过上述已知条件从而得到Ac=1.0,As=1.0,Ab=1.0;l0. 2AAA 60010897874.10.2d600 Ne1.0 1.0 1.0 23.4 0.01mmcsb(2) 拟定路面结构方案，确定路面材料参数方案一：初步拟定路面结构有 5 层，具体如下：材料名称厚度（ cm）抗压模量 E（MPa)劈裂强度20（ MPa）15细粒式沥青混4140020001.4凝土中粒式沥青混5120016001.0凝

7、土粗粒式沥青混790012000.8凝土石灰粉煤灰碎22150015000.6石石灰土235505500.25（ 3）根据设计弯沉值计算路面厚度：路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下达到临界状态容许的最大拉应力。SPRKSa.对于沥青混凝土面层0.22KS =0.09 Aa Ne / Acb.对于无机结合料稳定集料类0.11Ks0.35 NecAc.对于无机结合料稳定细粒土类K0.45 Ne0.11sc; Ne 10897874.1A已知： Ac1.0Ks0.091.00.223.1810897874.1 / 1.0细粒式沥青混凝土层底拉应力计算：SPR =1.4 3.

8、18 0.44 MPaKS中粒式沥青混凝土层底拉应力计算SPR =1.0 3.18 0.31MPaKS粗粒式沥青混凝土层底拉应力计算SPR =0.8 3.18 0.25 MPaKS已知： Ac1.0 ； Ne10897874.10.11Ac0.350.11/1.0 2.08s0.35 Ne /K10897874.1SP0.60.288MPaR=2.08KS石灰土层容许拉应力计算：0.110.11Ks0.45 NeAc = 0.45 10897874.1 / 1.0 2.67R= 0.250.09MPaSPKS 2.671.3新建沥青路面方案的电算过程附图1.3.1 交通量年增长率分段数据1.3

9、.2 沥青路面车辆与交通量参数1.3.3 沥青路面材料参数轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号车型前轴重后轴重后轴数后轴轮后轴距名称(kN)(kN)组数交通量(m)1江淮1726.51双轮组1286.3AL66002会客31.265.61双轮组220.5JT69123跃进20.238.21双轮组857.7NJ131东风23.769.21双轮组612.54EQ140黄河49101.61双轮组612.55JN150日野50.2104.31双轮组1476KB222太脱拉51.4802双轮组33437138设计年限15车道系数.45交通量平均年增长率13 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算

10、时: 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1664设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.104658E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次:1194设计年限内一个车道上累计当量轴次:7926451公路等级高速公路公路等级系数1面层类型系数1基层类型系数 1路面设计弯沉值 :23.4 (0.01mm)层位结 构 层 材 料 名劈裂强度容许拉应力 (MPa)称(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.442中粒式沥青混凝土10.313粗粒式沥青混凝土0.80.234石灰粉煤灰碎石0.60.35石灰土0.250.11.3.4 沥青路面设计程序1.3.5 沥青路面

11、设计弯沉值和容许拉应力计算程序新建路面结构厚度计算公 路 等 级 :高速公路新建路面的层数 :5标 准 轴 载 :BZZ-100路面设计弯沉值 :23.4 (0.01mm)路面设计层层位 :5设计层最小厚度 :16 (cm)抗压模量抗 压 模 量容许应力结 构 层 材 料 名厚度(MPa)层位(MPa)(20(MPa)称(cm)(15)1细粒式沥青混凝土4140020000.442中粒式沥青混凝土5120016000.313粗粒式沥青混凝土790012000.234石灰粉煤灰碎石22150015000.35石灰土22.15505500.16土基54.05按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 23

12、.4 (0.01mm)H( 5 )= 21 cmH( 5 )= 26 cmLS= 23.8 (0.01mm)LS= 22 (0.01mm)H( 5 )= 22.1 cm(仅考虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度:H( 5 )= 22.1 cm(第1 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.1 cm(第2 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.1 cm(第3 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.1 cm(第4 层底面拉应力验算满足要求)H( 5 )= 22.1 cm(第5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H( 5 )= 22.1 cm(仅考虑弯沉 )H(

13、5 )= 22.1 cm(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40 cm验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.1.3.6 沥青路面结构参数调整1.3.7 竣工验算设计程序竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公 路 等 级 :高速公路新建路面的层数 :5标 准 轴 载 :BZZ-100层结 构 层 材 料厚度抗 压模 量抗压模量(MPa)(MPa)计算信息位名 称(cm)(20 )(15)1细粒式沥青混凝土414002000计算应2中粒式沥青混凝土512001600计算应3粗粒式沥青混凝土79001200计算应4石灰粉煤灰碎石2215001500计算应5石灰土22.1550550

14、计算应6土基54.05计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:第 1层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 23.4 (0.01mm)第 2层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 25.9 (0.01mm)第 3层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 29.5 (0.01mm)第 4层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 34.9 (0.01mm)第 5层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 100.3 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值LS= 220.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88 页公式 )LS= 172.3 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式 )计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第 1

15、层底面最大拉应力 ( 1 )=-.214 (MPa)第 2层底面最大拉应力 ( 2 )=-.062 (MPa)第 3层底面最大拉应力 ( 3 )=-.035 (MPa)第 4层底面最大拉应力 ( 4 )= .126 (MPa)第 5层底面最大拉应力 ( 5 )= .072 (MPa)1.4 路面结构附1.5 路面结构的组合与厚度方案（方案二）路面结构见下表细粒式沥中粒式沥青粗粒式沥青石灰粉煤灰碎石灰土路面结构混凝土混凝土砂砾青混凝土劈裂强度1.00.80.70.31.4(MPa)路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下达到临界破坏状态时容许的最大拉应力。SPRKSd.对于沥

16、青混凝土面层0.22/ AcKS =0.09 Aa Nee.对于无机结合料稳定集料类0.11Ks0.35 NecAf.0.45 Ne0.11对于无机结合料稳定细粒土类KsAc已知： A1.0 ; Ne10897874.1c0.22Ks0.091.0 10897874.1 / 1.03.18细粒式沥青混凝土层底拉应力计算：SPR =1.4 3.18 0.44 MPaKS中粒式沥青混凝土层底拉应力计算SPR =1.0 3.18 0.31MPaKS粗粒式沥青混凝土层底拉应力计算SPR =0.8 3.18 0.25 MPaKS已知： Ac1.0 ； Ne10897874.10.11Ks0.35 Ne/

17、 Ac 0.35 10897874 .10.11 /1.02.08R= 0.70.34 MPaSPKS2.08碎石灰土层容许拉应力计算：K0.110.112.670.45 NeA = 0.45 10897874.1 / 1.0scSP0.30.11MPaR=KS2.671.6 新建沥青路面方案的电算过程附图1.6.1交通量年增长率分段数据1.6.2 沥青路面车辆与交通量参数1.6.3 沥青路面材料参数1.6.4 沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号车型前轴重后轴重后轴数后轴轮后轴距交通量名称(kN)(kN)组数(m)1江淮1726.51双轮组1286.

18、3AL66002会客31.265.61双轮组220.5JT69123跃进20.238.21双轮组857.7NJ1314东风23.769.21双轮组612.5EQ1405黄河49101.61双轮组612.5JN1506日野50.21041双轮组147KB2227太脱拉51.4802双轮组150030重200150030中等520020轻=520通过已知资料查得临界荷位的车辆轮迹分布系数0.361 r t 130NeNS365365 1800 1 0.11r0.10.36=38906126.32.2 初步拟定路面结构方案2.2.1 已知；该路段地处公路自然区划区 II4 区，路床表面距地表长期积水

19、位 4.3m，查规范得 II4 区粘性土基的临界高度 H1=2.42.6;H2=1.92.1,可得该段路基属中湿类型，则分界稠度为c11.1;c20.95 ，因此估计该段路基上层80cm 范围内的平均稠度为 1.05 左右；查规范得 E 039.0MPa 。方案一：2.2.2 根据已知条件及路基土质和水文状况，路面材料的性质与供应情况及交通繁重程度初步拟定路面接结构如下：层位使用材料厚度（ mm）抗压模量 E(MPa）面层水泥混凝土260基层水泥稳定砂砾2001500垫层石灰土150500混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长 5m，纵缝为设拉杆平缝，橫缝为设传力杆的假缝。2.2.3 确定基层顶面的当量回弹模量Et2222xh1 E1h2 E2 0.215000.15500E22221140MPah1h20.20.15332111h1h2DxE1 h1E 2 h2=124E1h1E2 h233211115005000.201.50.20.152.98MPa12415000.25000.151 / 3hx12DX3 122.980.315mEX1140E039MPa0. 450.45a6.2211.51EX6.2211.5111404.16E039E0. 5511400.55b11.44X11.440.78E 0391 / 31/ 31140bx0. 78Eta hxE 0E