路基路面课程设计水泥混凝土沥青解析.doc

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1、 路基路面工程课程设计任务书 题 目 东青高速公路路面结构设计 系 （部） 土 木 工 程 专 业 土 木 工 程 班 级 学生姓名 学 号 12 月 9 日至 12 月 16 日 共 1 周 指导教师(签字) 系 主 任(签字) 目录：一、 设计内容及要求：P1P7二、 沥青混凝土路面设计：P8P18 1、轴载分析：P8P9 2、路面结构组合设计P9 3、各层材料的抗压模量与劈裂强度P9-P 10 4、土基回弹模量的确定P10 5、设计指标的确定P10P11 6、设计资料总结P11 7、确定石灰土层厚度P11 8、计算机计算结果P11P14 9.沥青混凝土路面图纸P14三、 水泥混凝土路面设

2、计：P15P27 1、交通分析：P15P16 1）、轴载换算：P15P16 2）、标准荷载累计作用次数：-P16 2、初拟路面结构：P16-17 3、路面材料参数确定P17 4、荷载疲劳应力P17P18 5、温度疲劳应力P18 6、计算机计算结果P19-P20 7、沥青混凝土路面图纸P21-P27一、设计内容及要求设计内容：根据所提供的各项资料及交通量，交通组成等确定合理的路面结构组成，选择适用的路面材料并进行材料组成设计，确定土基回弹横量值和路面材料设计参数，并计算确定路面结构计算层的厚度，进行必要的防冻层厚度验算。对沥青路面设计验算各层的层底拉应力，计算施工质量控制的检测验收弯沉值，并进行

3、必要的方案比选，绘制路面结构施工图。设计要求：运用相关资料完成各项计算内容，提交一个路面结构设计图（沥青路面和水泥路面）。二、 设计原始资料： 1、工程概况东青高速公路青州段，北起东营，南止青州，途经广饶、桓台等县市，是山东省高速公路干线网的重要组成部分，为构建山东中部地区大交通体系，发挥高速公路的经济带动作用，促进山东半岛内陆地区的经济发展，将产生重要影响。其中青州段桩号为84K+331.5106K+856.5，全长22.525KM。该路段地处5区，属东部湿润季冻区，鲁豫轻冰区，多年平均最大冻深为45cm，平均最低气温为-13，最高气温37.5，年平均降雨量为960mm，潮湿系数为0.51.

4、00，地温地貌类型属冲积平原，地势平坦，土质为粘性土，据调查和设计要求，路床表面距地下水位平均为1.8m。沿线有碎石、水泥、石灰建筑材料，该地区靠近西部有博山有火力发电场，设计时若采用粉煤灰，供量充足。 2、交通资料序号汽车车型载重KN自重KN前轴后轴1后轴2后轴3作用次数次日1红岩CO30290180.0120.062.0119.0119.03502江淮HF150804245.1101.54203黄河SPP200200.0114.650.7113.376.7576.751004湘江HQP40140982.3.173.273.23205尼龙克2766170.090.067.0102.5102.

5、5102.580交通调查资料为2012年，设计计算年限的起算年为2015年，交通量按交通量年增长率为10%考虑。对水泥混凝土全设计年限内均采用4.5%。3、其它设计参数可参照规范进行选用。另据研究资料表明，各设计模量比规范所提供的数值中值略偏低。4. 建筑材料资料(1)现有的粗集料、细集料、矿粉三种矿质材料、筛分结果按分计筛余计，列于下表：筛孔尺寸(mm)粗集料( )细集料( )矿粉( )(1)A(2)B(3)C(4)D(5)E(6)F(7)G(1)H(2)I(1)J(2)H31.526.54.119.03.25.016.02.63.74.026.113.279.31.238.141.95.1

6、6.19.51.880.719.228.240.763.24.7588.823.52.550.423.720.21.82.3610.80.82.92.539.814.05.21.180.91.523.425.54.80.616.619.013.70.315.338.50.1511.421.30.07510.816.54.0170.07595.883(2)马歇尔试验物理力学指标测定结果汇总于下表：试件编号沥青用量()技术指标视密度s(gcm3)空隙率VV（%）矿料间隙率VMA()沥青饱和 度VFA()稳定度MS（KN）流 值MS(0.lmm)马歇尔模 数T（KNmm）A-15.02.3285.8

7、17.964.56.72131.9A-25.52.3464.717.671.87.72333.5A-36.02.3543.617.479.58.32533.2A-46.52.3532.917.782.08.22829.3A-57.02.3482.518.485.57.83721.1沥青混合料水稳定性试验结果沥青用量马歇尔稳定度MS（KN）浸水马歇尔稳定度MS1（KN）浸水残留稳定度MS0（%）OAC=6.08.37.692OAC=?8.07.885沥青混合料抗车辙试验结果沥青用量试验温度T（）试验轮压P（MPa）试验条件动稳定度DS（次/）OAC=6.0600.7不浸水1030OAC=?600

8、.7不浸水1360(3) 其他资料可按设计规范，施工技术规范自选。三、设计完成后提交的文件和图表1设计说明部分：路面结构设计计算说明书沥青路面和水泥混凝土路面各一份，若打印时，统一使用 word 文档，正文采用小 4 号宋体，A4纸，页边距均为 20mm，行间距采用 18 磅，装订线留 5mm。文中标题采用小三号宋体加粗。2图纸部分：沥青路面结构设计图、水泥混凝土中路面结构设计图，水泥混凝土路面分块示意图，水泥混凝土路面接缝构造图。要求排版成A4纸输出。3设计结构及要求 （1）封面，包括题目、系（部）、班级、学生姓名、学号、指导教师 及时间（年、月、日）等项。 （2）摘要（仅对论文），摘要是论

9、文内容的简短陈述。关键词应为反 映论文主题内内容的通用技术词汇，一般为 3-4 个左右，一定要在摘要中出现。 （3）目录，要求层次清晰，给出标题及页次。其最后一项是无序号 的参考文献。 （4）正文，正文应按照目录所定的顺序依次撰写，要求计算准确， 论述清楚、简练、通顺，插图清晰，书写整洁。文中图、表及公式应规范 地绘制和书写。 （5）参考文献，参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。（6）课程设计资料的装订，课程设计按以下顺序装订成册：封面、 课程设计任务书、成绩评定表、目录、摘要、正文、设计体会及今后的改进意见、参考文献、图纸。四、进程安排序号项

10、目时间(天)1.沥青路面设计（2.5天）（一）路面等级确定和结构组合设计1（二）路面材料选择和材料组成设计1（三）设计参数确定，厚度计算及拉应力验算0.52.水泥混凝土路面设计（1.5天）（四）交通等级确定及结构组合设计0.5（五）水泥混凝土路面结构厚度设计1（六）编写设计计算说明书0.5（七）施工图绘制及装订成册0.5五、主要参考资料1、道路建筑材料第三版 严家伋编著2、公路工程技术标准(JTGB012003)3、公路沥青路面设计规范(JTGD602006)4、公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2002)5、公路路面基层施工技术规范(JTJ0342000)6、公路沥青路面施工技术规

11、范(JTGF402004)7、公路工程混合料配合比设计与试验技术手册路基路面工程课程设计一、 沥青路面设计1. 交通调查与分析（1） 按沥青路面设计规范，按弯沉计算及沥青混凝土路面拉应力验算条件，进行标准轴载的换算。（2） 注意合理选定轴载数量及轴载类型。2. 累计标准轴次计算（1） 合理选定车道系数，交通量增长率，计算累计标准轴载作用次数。（2） 注意设计计算年限及分段计算累计作用轴次方法。3. 路面结构组合设计（1） 根据设计资料提供的地质、水文、气候、材料供应等条件，合理选择路面结构类型。（2） 按规范推荐结构厚度范围，结合累计作用轴次情况，拟定各结构层厚度，并确定设计层位。4. 各层材

12、料的抗压模量与劈裂强度5. 路基、路面材料回弹模量确定（1） 土基回弹模量值可按查表法确定。（2） 路面材料各层的回弹模量值及劈裂强度可参照规范合理选用，注意取用高限或低限的条件。6. 计算设计弯沉值（1） 按设计弯沉值公式计算设计弯沉值。（2） 注意各个系数的选择。7. 路面结构应力验算8. 路面结构厚度设计9. 结构层防冻验算10. 方案比选如果有其它方案，还需要进行技术经济比较，确定最佳方案。11. 确定其它各项指标，如路面、路肩宽度、路拱横坡度、路缘石，各结构层宽度，路基边坡坡度、边沟等。并绘制路基路面结构断面图。二、 水泥混凝土路面设计1. 调查资料整理与设计参数的确定（1） 按所给

13、定交通量情况，按照水泥混凝土路面设计规范所给定公式，进行轴载换算，注意区分轴载类型（双轴、三轴、单轴等情况）（2） 换算中所用轴载重量为轴型组的总重。（3） 进行交通量分级、确定设计计算基准期。（4） 确定水泥混凝土设计强度和弯拉弹性模量值2. 结构层组合设计（1） 按路面结构组合设计原则，拟定路面结构层次。（2） 基层、垫层在选用时，应注意抗冲刷条件。（3） 按规范所推荐基层、垫层，结合当地条件，合理选择基、垫层类型。（4） 确定水泥混凝土路面板的厚度范围，并结合交通量情况，初定厚度。（5） 计算基层顶面的当量回弹模量，当底基层和垫层同时存在时，可先将底基层和垫层换算成具有当量回弹模量和当量

14、厚度的单层，然后再与基层一起进行计算。3. 水泥混凝土路面板厚设计（1） 选取板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。（2） 计算标准轴载在临界荷位处的疲劳荷载应力。（3） 计算临界荷位处的温度疲劳应力。（4） 根据可靠度系数，判断荷载疲劳应力与温度疲劳应力之和，是否在允许范围之内，否则需进行必要的调整。4. 板的平面尺寸设计合理确定板的平面尺寸（板长及宽度）5. 接缝及配筋设计按水泥混凝土路面设计规范第5节的内容进行接缝设计，按第6节的内容进行配筋设计。6. 结构层防冻厚度验算在季节性冰冻地区，若路面的总厚度小于最小防冻厚度时，必需进行防冻厚度验算，可考虑加设计垫层

15、补足。7. 方案比选如果有其它方案，还需要进行技术经济比较，确定最佳方案。确定其它各项指标，如路面、路肩宽度、路拱横坡度、路缘石，各结构层宽度，路基边坡坡度、边沟等。并绘制路基路面结构断面图。沥青路面设计：1 轴载分析： 交通资料表序号汽车车型载重KN自重KN前轴后轴1后轴2后轴3作用次数次日1红岩CO30290180.0120.062.0119.0119.03782江淮HF150804245.1101.54203黄河SPP200200.0114.650.7113.376.7576.75100 湘江HQP40140982.3.173.273.23205尤尼克2766170.090.067.01

16、02.5102.5102.580（1） 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载Pi的作用次数ni，均应按下式换算成标准轴载P的当量次数N。 计算结果如下表所示：轴载换算结果表（弯沉）车型Pi/KNN红岩CO30290前轴62.016.43783024后轴119.02.213781772.3 江淮HF150前轴45.116.442084.2后轴101511420448.1 黄河SPP200前轴50.716.410033.3 后轴1113.311100172.1 后轴276.752.2110069.6湘

17、江HQP40后轴73.221320164.7尤尼克2766前轴67016.48089.7后轴102.53.4180302.8 累 计34393计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数拟建高速公路，沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数是0.40.5，取=0.45=17948435次400万次故应属于高级路面。该值可用于来计算路面设计弯沉及沥青层底拉应力。（2） 演算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次。 当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载的作用次数,均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数。计算结果如下表所示轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型Pi/KN

18、niN红岩CO30290前轴62.0118.53781527后轴119.0313784560.2江淮HF150前轴45.1118.542013.3后轴101511420473.1黄河SPP200前轴50.7118.51008.1后轴1113.311100271.5后轴276.753110036.1湘江HQP40后轴73.22132052.8尤尼克2766前轴670118.58060.1后轴102.55180487.4累 计6115.3累计当量轴次数=31913489次。该值可用来计算半刚性基层层底拉应力。2、路面结构组合设计 路面结构面层采用沥青混凝土（17cm），基层采用石灰粉煤灰土（20c

19、m）底基层采用石灰土（25cm），规范规定高速公路的面层由两层至三层组成，所以采用三层式沥青层面，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土厚度分别为3cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度为6cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度8cm）。+3、 各层材料的抗压模量与劈裂强度 查表得到各层材料的抗压模量与劈裂强度。抗压模量取20的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为900MPa，二灰碎石为1500MPa，石灰土为550MPa.各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青

20、混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，二灰碎石为0.6MPa，石灰土为0.225MPa.4、土基回弹模量的确定 a、确定临界高度：由于路床表面至地下水位的高度为1.8m，又由于该路段位于鲁豫轻冻区，自然区划为区，土质为棕粘性土，查表得=2.5m ， =2.0m，故得土基的干湿类型为潮湿状态。b、拟定土的平均稠：查表得 =1.20，=1.03, =0.86。=0.962c、由路基土的平局稠度=0.962，查表，内插得土基回弹模量=35.4MPa因为该路段是高速公路，由沥青路面设计规范说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量提高15%-30

21、% ，取15% 。则土的回弹模量=35.4（1+15%）=40.7MPa 。5、 设计指标的确定 对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力演算。 1）、路面设计弯沉值对于高速公路，公路等级系数=1.0；：面层是沥青混凝土面层，面层类型系数取1.0：基层类型系数，对于半刚性基层为1.0：设计年限内一个车道上的累计当量轴次数为 次。设计弯沉值为： =21.2（0.01mm） 2）、各层材料的容许层底拉应力为：细粒式密级配沥青混凝土 4.00 =1.4/4.00=0.35MPa中粒式密级配沥青混凝土 4.03 =1.0/4.00=0.25MPa粗粒式密级配沥青混凝土 4.

22、43 =0.8/4.43=0.18MPa二灰碎石 2.34 =0.6/2.34=0.26MPa石灰土 3.01 =0.225/3.01=0.075MPa6、 设计资料总结设计弯沉值为20.7（0.01mm），相关设计资料汇总如下表。设计资料汇总表材料名称h/cm15模量20模量劈裂强度/MPa容许拉应力/MPa细粒式密级配沥青混凝土3200014001.40.35中粒式密级配沥青混凝土4160012001.00.25粗粒式密级配沥青混凝土612009000.80.18二灰碎石-150015000.60.26石灰土255505500.2250.075土基1540.7-7、确定石灰土层厚度 通过计

23、算机设计计算得到，二灰碎石的厚度为29.7cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为68.2（0.01mm），沥青面层的层底均受压应力，二灰碎石层底的最大拉应力为0.124MPa，石灰土层底最大拉应力为0.062MPa。以上设计结果满足设计要求。8计算机计算结果： * *新建路面设计成果文件汇总* *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 红岩CQ30290 62 119 2 双轮组 3 362 2 江淮HF150 45.1 101.5 1 双轮组 420 3 其他车 50.7 113.3 1 双轮组 1

24、00 4 其他车 76.75 2 双轮组 3 320 6 尤尼克2766 67 102.5 3 双轮组 3 80 设计年限 15 车道系数 .45 交通量平均年增长率 10 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 2439 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.794572E+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 : 6115 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3.191234E+07 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 : 21.1 (0.01mm)层位

25、 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 .39 2 中粒式沥青混凝土 1 .28 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .2 4 石灰粉煤灰碎石 .6 .26 5 石灰土 .25 .08 6 天然砂砾 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 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 21.2 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20) (15)

26、 1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 .37 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 .28 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 .2 4 石灰粉煤灰碎石 ? 1500 1500 .26 5 石灰土 25 550 550 .08 6 天然砂砾 15 150 150 7 土基 40.7 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 20,7(0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 22.6 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 20.3 (0.01mm) H( 4 )= 28.3 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 2

27、8.3 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.3 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.3 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.3 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.3 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 28.3 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 28.3 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 45 cm 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, 最后得到路面结构设计结果如下: -

28、细粒式沥青混凝土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 29.7 cm - 石灰土 25 cm - 天然砂砾 15 cm - 土基 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 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力 4 石

29、灰粉煤灰碎石 29 1500 1500 计算应力 5 石灰土 25 550 550 计算应力 6 天然砂砾 15 150 150 不算应力 7 土基 40.7 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= 20.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.5 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 78.8 (0.01mm) 第 6 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 2

30、61 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 287.8 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 228.9 (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 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.229 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.098 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.055 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .124 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .062 (MPa)9 沥青混凝土路面图纸水泥混凝土路面设计1、交通分析序号汽车车型载重KN自重KN前