路面工程課程設計

1、<p><b>　　課程名稱：路面工程</b></p><p>　　設計題目： 路面設計 </p><p>　　院 系： 土木工程 </p><p>　　專 業(yè)： 鐵道工程 </p><p>　　年 級：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　成 績 指導教師 (簽章)</p>&l

3、t;p>　　年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 任務書和指導書1</p><p>　　1.1 設計任務書1</p><p>　　1.2 設計指導書2</p><p>　　1.2.1瀝青路面設計的步驟2</p&

4、gt;<p>　　1.2.2普通混凝土路面設計的步驟2</p><p>　　第2章 瀝青路面設計4</p><p>　　第3章 普通水泥混凝土路面設計5</p><p><b>　　參考文獻6</b></p><p>　　第1章 任務書和指導書</p><p><b&g

5、t;　　1.1 設計任務書</b></p><p>　　擬從昆明到攀枝花修建一條二級公路，所在地區(qū)的自然區(qū)劃屬V4區(qū)，采用瀝青混凝土路面。已知資料如下：預計竣工后第一年雙向平均日交通量如表1。經(jīng)過調(diào)查，預期交通量平均年增長率為r（見表1和表2）。瀝青路面設計中，車道系數(shù)η選用0.45。</p><p>　　路基土質(zhì)為粉質(zhì)土，在春季不利季節(jié)調(diào)查得知地下水位離地面1.0m，路基填土

6、高度1.5m。</p><p>　　任務：可行性研究階段，設計瀝青路面和水泥混凝土路面各2種方案。</p><p>　　表1 第一年雙向平均日交通量</p><p>　　表2交通量以及年平均增長率</p><p><b>　　1.2 設計指導書</b></p><p>　　設計按照我國現(xiàn)行的《公路

7、瀝青路面設計規(guī)范》JTG D50－2006和《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》JTG D40－2002進行。</p><p>　　1.2.1瀝青路面設計的步驟</p><p>　?、鸥鶕?jù)設計要求，按彎沉或彎拉指標分別計算設計年限內(nèi)一個車道的累計標準當量軸次，確定設計交通量與交通等級，擬定面層、基層類型，并計算設計彎沉值或容許拉應力。</p><p>　?、瓢绰坊令惻c干

8、濕類型及路基橫斷面形式，將路基劃分為若干路段，確定各個路段土基回彈模量設計值。（采用臨界高度法）</p><p>　?、菂⒖急镜貐^(qū)的經(jīng)驗擬定幾種可行的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)工程選用的材料進行配合比試驗，測定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、劈裂強度等，確定各結(jié)構(gòu)層的材料設計參數(shù)。</p><p>　?、雀鶕?jù)拉應力設計指標采用多層彈性體系理論設計程序計算或驗算路面厚度。高速公路、一級公路、二

9、級公路路面結(jié)構(gòu)，以彎沉和瀝青混凝土面層和半剛性基層材料的基層、底基層的拉應力為設計指標。三級公路和四級公路路面結(jié)構(gòu)，以彎沉為設計指標。如不滿足要求，或調(diào)整路面結(jié)構(gòu)層厚度，或變更路面結(jié)構(gòu)組合，或調(diào)整材料配合比，選用極限抗拉強度高的材料，再重新計算，直到滿足要求為止。</p><p>　　⑸對于季節(jié)性冰凍地區(qū)冰凍區(qū)各級公路的中濕、潮濕路段，應迸行防凍厚度驗算是否符合要求。</p><p>　　

10、⑹進行技術經(jīng)濟比較，確定路面結(jié)構(gòu)方案。</p><p>　　1.2.2普通混凝土路面設計的步驟</p><p>　　(1)收集并分析交通參數(shù)</p><p>　　收集日交通量和軸載組成數(shù)據(jù)，確定方向系數(shù)和車道系數(shù)，進行標準軸載換算，計算設計車道標準軸載日作用次數(shù)；由此確定道路的交通分級，選定設計年限、交通量年平均增長率和輪跡橫向分布系數(shù)，計算使用年限內(nèi)標準軸載的累計

11、作用次數(shù)。</p><p><b>　　(2)初擬路面結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　初選路面結(jié)構(gòu)層次、類型和材料組成；擬定各層的厚度、面層板平面尺寸和接縫構(gòu)造。</p><p><b>　　(3)確定材料參數(shù)</b></p><p>　　進行材料試驗或查表確定混凝土的設計彎拉強度和彈性模量，基層

12、、墊層和路基的回彈模量，從而確定基層頂面的當量回彈模量。</p><p>　　(4)計算荷載疲勞應力</p><p>　　由應力計算圖或公式得到標準軸載作用下板邊緣中部的最大荷載應力；按接縫類型選定接縫傳荷系數(shù)，按標準軸載累計作用次數(shù)計算得</p><p>　　到疲勞應力系數(shù)；按公路等級選定綜合系數(shù)；綜合上述計算結(jié)果可得到荷載疲勞應力。</p><

13、;p>　　(5)計算溫度疲勞應力</p><p>　　由所在地公路自然區(qū)劃選擇最大溫度梯度；按路面結(jié)構(gòu)和板平面尺寸計算最大溫度梯度時的溫度翹曲應力；按自然區(qū)劃和σtm/fr確定溫度應力累計疲勞作用系數(shù)；由此計算確定溫度疲勞應力。</p><p>　　(6)檢驗初擬路面結(jié)構(gòu)</p><p>　　當荷載疲勞應力同溫度疲勞應力之和與可靠度系數(shù)的乘積小于且接近于混凝土

14、彎拉強度標準值時，則初選厚度可作為混凝土板的計算厚度。否則，應改選混凝土板厚度，擬定新的結(jié)構(gòu)，重新計算，直到滿足要求為止。</p><p>　　第2章 瀝青路面設計</p><p><b>　　(1)、軸載分析 </b></p><p>　　路面設計以雙輪組單軸載100kn為標準軸載 </p><p>　　N=c1c2

15、ni (pi/p)4.35</p><p>　　二級公路瀝青路面的設計年限為12年 ，車道系數(shù)η選用0.45 則累計當量軸次為：Ne=Ni</p><p>　　=3008.70.45</p><p><b>　　=7953766次</b></p><p>　　半剛性層底拉應力驗算</p><p>

16、<b>　　N=Ni</b></p><p>　　=27040.45= 7147552.次</p><p>　　(2)、路面結(jié)構(gòu)組合設計</p><p>　　經(jīng)計算，路面設計使用年限內(nèi)一個車道上累計標準軸次為7.0x106次左右根據(jù)表12-1面層宜采用瀝青混泥土，由于該路面的等級高，所以承受交通量較重，因此采用四層結(jié)構(gòu)，即表面層采用5cm厚細粒

17、式密級配瀝青混泥土，中層采用6cm厚中粒式密級配瀝青混泥土，下層采用8cm厚中粒式密級配瀝青混泥土?；鶎硬捎盟喾€(wěn)定碎石20cm和二灰土底基層（厚度待計算確定）。</p><p>　　（3）、土基的回彈模量的確定</p><p>　　該路處于V4區(qū)，路槽底距地下水高度平均1.0m+1.5m=2.5m，由上冊表1-6知此高度大于H1(2.2—2.5m)屬于中濕路基。由上冊表1-4，取，查表1

18、2—8得土基回彈模量MP</p><p>　　（4）、各層材料的抗壓模量、劈裂強度</p><p>　?。?）、設計指標的確定</p><p>　　設計彎沉按式（12—33）計算，二級公路，取AC=1.1，面層為瀝青混泥土，取=1.0，半剛性等于20cm取=1.0.</p><p><b>　　設計彎沉</b></

19、p><p>　　Ld=ACAsAb=27.56（0.01mm）</p><p>　　各驗算層材料容許拉應力</p><p>　　細粒式瀝青混泥土 </p><p><b>　　==2.19</b></p><p><b>　　==0.64 MP</b></p>&

20、lt;p>　　中粒式瀝青混泥土 </p><p><b>　　==2.19</b></p><p><b>　　==0.54MP</b></p><p>　　粗粒式瀝青混泥土 </p><p><b>　　==2.19</b></p><p

21、><b>　　==0.36MP</b></p><p>　　水泥碎石 </p><p><b>　　==2.32</b></p><p><b>　　==0.28MP</b></p><p>　　二灰土 </p><p&

22、gt;<b>　　==2.32</b></p><p><b>　　==0.13MP</b></p><p><b>　　53計算結(jié)果 </b></p><p>　　54 路面設計彎沉值(0.01mm) 27.56</p><p>　　5

23、5 路面結(jié)構(gòu)的實測彎沉值(0.01mm) 27.18405</p><p>　　56 路面第 1層厚度(cm) 5</p><p>　　57 路面第 2層厚度(cm) 6</p><p>　　58 路面第 3層厚度(cm)

24、 8</p><p>　　59 路面第 4層厚度(cm) 20</p><p>　　60 路面第 5層厚度(cm) 19.09999</p><p>　　61 設計控制層厚度(cm) 19.0

25、9999</p><p>　　62 第 1結(jié)構(gòu)層頂面施工控制彎沉(0.01mm) 27.18405</p><p>　　63 實際路面結(jié)構(gòu)第 1層底最大拉應力(MPa) 0</p><p>　　64 第 2結(jié)構(gòu)層頂面施工控制彎沉(0.01mm) 31.05384</p><p>　　65

26、 實際路面結(jié)構(gòu)第 2層底最大拉應力(MPa) 0</p><p>　　66 第 3結(jié)構(gòu)層頂面施工控制彎沉(0.01mm) 30.23741</p><p>　　67 實際路面結(jié)構(gòu)第 3層底最大拉應力(MPa) 0</p><p>　　68 第 4結(jié)構(gòu)層頂面施工控制彎沉(0.01mm)

27、 29.34012</p><p>　　69 實際路面結(jié)構(gòu)第 4層底最大拉應力(MPa) .1154843</p><p>　　70 第 5結(jié)構(gòu)層頂面施工控制彎沉(0.01mm) 32.55568</p><p>　　71 實際路面結(jié)構(gòu)第 5層底最大拉應力(MPa) .1061689</p><

28、p>　　72 土基層頂面施工控制彎沉(0.01mm) 262.4076</p><p>　?。?）計算二灰土層的厚度</p><p>　　采用瀝青路面設計程序，計算二灰土底基層厚20cm（可一次性層鋪），此時路面結(jié)構(gòu)路表實測彎沉值27.18 (0.01mm)，二灰土基層的層底最大拉應力為0.106MP，小于容許應力，因此路面厚度滿足設計要求。</p

29、><p>　　第3章 普通水泥混凝土路面設計</p><p><b>　?。?）軸載分析</b></p><p>　　（2）設計四車道使用初組準軸載日作用次數(shù)：</p><p>　　=1940.50.9=87次/天</p><p>　　==2821044次</p><p>　　

30、（3）交通等級的確定</p><p><b>　　交通等級規(guī)范表</b></p><p>　　由表中查的984353屬于重等交通</p><p><b>　　初擬定路面結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　1.面層：面板的長5.0m、寬4.5m；確定接縫的間距，設置縱縫為設拉桿平縫接及橫縫為傳力桿假縫，

31、面板的厚度參考規(guī)范選定查下表：面層厚度220mm。</p><p>　　（2）初擬定路面結(jié)構(gòu)——基層類型的選定</p><p>　　水泥穩(wěn)定粒料或瀝青穩(wěn)定碎石基層，基層厚度選用多空隙水泥穩(wěn)定排水基層150mm</p><p>　　（3）初擬路面結(jié)構(gòu)——墊層類型的選定</p><p>　　以天然沙厚度150mm為墊層厚度</p>

32、<p>　　3、初擬材料參數(shù) </p><p>　　取普通混泥土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為30GPa</p><p>　　路基回彈模量取30MPa。低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取200MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa。</p><p>　　基層頂面當量回彈模量值：</p><

33、p>　　a =6.22[1-1.51] </p><p><b>　　b =1-1.44</b></p><p>　　——基層頂面的當量回彈模量 </p><p>　　——基層和底基層或墊層的當量回彈模量</p><p>　　——路床頂面的當量回彈模量 </p><p>　

34、　、——基層和底基層或墊層的當量回彈模量—基層和底基層或墊層的當量的厚度 --基層和底基層或墊層的厚度</p><p>　　——基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度 </p><p>　　a、b——與/有關的回歸系數(shù)</p><p>　　Ex= 294.36 Dx= 0.23 =0.23 </

35、p><p>　　a=2.8 b=0.61 =30MPa </p><p>　　=109 MPa≥100 MPa</p><p>　　普通混泥土面層的相對剛對半徑：</p><p>　　4、計算荷載疲勞應力</p><p>　?。?）計算荷載效應力

36、 </p><p>　　以標準軸載作用在板上的臨界荷載位置計算在混泥土板底的最大拉應力。</p><p>　　=0.077*=1.52MPa</p><p>　?。?）設計基準期內(nèi)的荷載疲勞應力系數(shù)</p><p>　　=(9.84353*105 )0.057= 2.22</p><p><b>　?。?/p>

37、3）接縫傳荷系數(shù)</b></p><p>　　因為縱縫為設拉桿的平縫時，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)</p><p><b>　　綜合系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因數(shù)對路面疲勞破壞影響的綜合因數(shù)=1.20</p><p>　　荷載疲勞效應計算為：</p><

38、;p>　　=2.1951.201.437=3.19MPa</p><p><b>　　5、溫度疲勞應力：</b></p><p><b>　　因為屬于v4區(qū)</b></p><p>　　規(guī)范：3.0.8水泥混泥土面層的最大溫度梯度標準值Tg，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃分按下表選用：</p><

39、p>　　v4最大溫度梯度標準值Tg取88</p><p>　　板長5m，=5/0.744=6.1由下圖可查普通混泥土</p><p>　　=0.63 </p><p><b>　　=</b></p><p>　　=110-530000.22880.630.21/2=1.83MPa</p>&l

40、t;p>　　由此==0.631.83=1.15 MPa</p><p>　　所以得面層厚度為24cm</p><p><b>　　6、驗算</b></p><p>　　二級公路的安全等級為三級，相應于三等級的變異系數(shù)為中級，目標可靠度為85%。再據(jù)查得目標可靠度和變異等級，查表確定可靠度系數(shù)為1.13</p><p&g

41、t;　　=1.13*（3..19+1.15）=4.34MPa=5.0MPa</p><p>　　綜上所得，所選設計普通混泥土面層厚度為0.21m，滿足設計要求。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《路基路面工程》，鄧學鈞.人民交通出版社出版，2005，第二版</p><p>　　[2