沥青路面设计_路面课程设计任务书.doc

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1、 . . . 1 / 16目录目录 1 1路基路面工程路基路面工程课程设计任务书课程设计任务书 2 2一、沥青路面设计一、沥青路面设计 6 61、轴载分析：62、结构组合与材料选取 93、各层材料的抗压模量和劈裂强度 94、设计指标的确定 105、路基断面图 12二、水泥混凝土路面设计二、水泥混凝土路面设计 12121、交通量分析：122、初拟路面结构 143、确定材料参数 144、计算载荷疲劳应力 155、计算温度疲劳应力 156、路基断面图 16三、参考文献三、参考文献 1616 . . . 2 / 16路基路面工程路基路面工程课程设计任务书课程设计任务书一、市2某一级公路在桩号 K23+

2、152K23+178 段。设计资料：1、路基：填土为密实粘性土,容许承载力 =250KPa,f=0.40。2、墙后填料：杂粘土,=23,=17.64 KN/m,C=18.72KPa。3、挡土墙墙身材料：5 号砂浆砌片石,a=22.3KN/m,= /2,=2450 KMpa。4、设计荷载：汽车 -20 级,挂车 -100。5、路基宽度自拟,边坡坡度自拟。6、路槽地面距地下水位 1.3m,地面地下水位为 0.9m。二 路状调查资料：1 交通调查在不利季节调查的双向双车道平均日交通量：双后轴轴距小于 3m序号车型总重 KN 后轴重 KN 后轴数辆 / 日1解放 CA-10 B80.2560.0190

3、02黄河 JN-150150.60101.613603日野 KB-211147.5510011234太脱拉 138211.4016021745东风 EQ-14090.069.3110306黄河 JN362190.012711217跃进 23048.533.311350预计未来使用期,交通量年平均增长率为 4-6% ,。 2 材料调查沿线可采集各种砂、石料；附近有矿渣、炉渣可利用；水泥、石灰、沥青等材料当地可供应。三要求 1 所有参加课程设计的同学按序号排列,以上交通量是 30 号同学的基准交 . . . 3 / 16通量。对于 2、3、4、6 车型,其他同学按：序号超过 30 号学号每增加 1

4、,各个交通量增加 3；序号小于 30 的,学号每减少 1 交通量减少 3；对于其他车型,序号增加或者减收的的差值为 5。2 交通年增长率,30 号以下取 6%,30 号以上取 4%3 每个学生设计拟定路面结构方案比选,选出各项指标最优者。1构层结类型厚度20抗压模量Mpa15抗压模量Mpa劈裂强度Mpa备注中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土沥青碎石二灰稳定碎石石灰土812%路基 E02构层结类型厚度20抗压模量Mpa15抗压模量Mpa劈裂强度Mpa备注中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土沥青碎石二灰稳定碎石水泥土路基 E03构层结类型厚度20抗压模15抗压模量Mpa劈裂强度备注 . . . 4 /

5、16量MpaMpa细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土水泥稳定砂粒石灰土812%级配碎砾石路基 E04构层结类型厚度20抗压模量Mpa15抗压模量Mpa劈裂强度Mpa备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石水泥土路基 E05构层结类型厚度20抗压模量Mpa15抗压模量Mpa劈裂强度Mpa备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝 . . . 5 / 16土水泥稳定碎石二灰土路基 E06构层结类型厚度20抗压模量Mpa15抗压模量Mpa劈裂强度Mpa备注细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土石灰水泥稳定碎石石灰土812%路基 E0以上路面类型所涉及的各个参数

6、,每个人自己拟定,110 号同学选第一方案,1120 选第二方案,以下类推。沥青混凝土 c=0.2Mpa,摩擦角为 30。4 根据上面设计资料,设计一段水泥混凝土路面结构,水泥混凝土厚度在2028,其他材料自己拟定四设计容及步骤：1 交通量计算;2 设计弯沉值;3 确定路面结构组合,选择计算层,确定已知各个结构层适宜厚度;4 确定土基回弹模量;5 确定路面格结构层的抗压强度、劈裂强度;6 根据弯沉值,计算未知结构层厚度;7 根据确定的各个结构层,进行结构层的换算;8 进行各个结构层的弯拉应力计算与验算;9 进行结构层的剪应力验算;10 各项设计参数都验算合格,进行设计参数汇总,确定设计方案。

7、. . . 6 / 16一、沥青路面设计一、沥青路面设计1 1、轴载分析：、轴载分析：我国沥青路面设计以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载,表示为 BZZ-100。标准轴载的计算参数按表 1-1 确定。表 1-1 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 PKN100单轮当量圆直径 dmm21.30轮胎接地压强PMpa0.70两轮中心距cm15d1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iPinP。N35. 4211)(ppnCCNiiKi式中：以设计弯沉值和沥青层层

8、底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；N被换算车型的各级轴载换算次数次/日 ；in标准轴载 ；PkN各种被换算车型的轴载 ；iPkN 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。K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：11 1.21Cm 式中：m轴数。表 1-2 轴载换算结果车型iPkN1C2C次/日in4.3512()iipC C np解放 CA-10B前轴20.2516.4830/ . . . 7 / 16后轴601189.96前轴4916.491.39黄

9、河 JN-150后轴101.611318340.73前轴47.5516.420.42日野 KB-211后轴100118181前轴51.416.446.72太脱拉 138后轴16012.2132/前轴20.716.4/东风 EQ-140后轴69.311960194.74前轴6316.467.78黄河 JN-362后轴1271179223.45前轴15.216.4/跃进 230后轴33.311128010.7135. 4211)(ppnCCNiiKi1166.90,对于太脱拉机,后轴轴载大于 130kN,可选择基于车辙等效忽略不计KN25pi的重载轴载换算指数 5.5,用公式：74.3851)(5

10、 . 5211ppnCCNiiKi64.501874.385190.11661N则其设计年限一个车道上的累计量轴次：1(1)1 365teNN式中设计年限一个车道的累计当量次数；eN 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；1N 设计年限的交通量平均增长率,由材料知,=0.06； 车道系数,由材料知 =0.65。则次。2771405465. 064.501806. 0365 1)06. 01 ( 365 1)1 ( 151NNte2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 . . . 8 / 16级轴载的作用次数均按下式换算成标准

11、轴载的当量作用次数。iPinPN8211)(ppnCCNiiKi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；N被换算车型的各级轴载换算次数次/日 ；in标准轴载 ；PkN各种被换算车型的轴载 ；iPkN轮组系数,双轮组为 1.0,单轮组为 18.5,四轮组为 0.09。1C轴数系数；2C表 1-3 轴载换算结果车型iPkN1C2C次/日in4.3512()iipC C np前轴20.25118.5/解放 CA-10B后轴601183013.94前轴49118.5/黄河 JN150后轴101.611318361.06前轴47.55118.5/日野 KB_211后轴10011

12、8181前轴51.4118.5135.03太脱拉 138后轴16031132/前轴20.7118.5/东风 EQ-140后轴69.31196051.07前轴63118.512.55黄河 JN362后轴1271179534.63前轴15.2118.5/跃进 230后轴33.3111280/8211)(ppnCCNiiKi1189.28忽略不计KN50pi02.504174.385128.11891N则其设计年限一个车道上的累计量轴次为：eN . . . 9 / 16次2783764165. 002.504106. 0365 1)06. 01 ( 365 1)1 ( 151NNte2 2、结构组合

13、与材料选取、结构组合与材料选取根据公路沥青路面设计规,并考虑公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应,路面结构层采用沥青混合料180mm,基层采用二灰稳定碎石220mm,底层采用水泥土230mm 。3 3、各层材料的抗压模量和劈裂强度、各层材料的抗压模量和劈裂强度土基回弹模量的确定可根据查表法查得。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已 参照规给出的推荐值确定。见表 1-4。表 1-4 结构组合参数构层结类型厚度20抗压模量 Mpa 15抗压模量Mpa劈裂强度Mpa备注中粒式沥青混凝土5120018001.1细粒式沥青混凝土6100014000.8沥青碎石7700/二灰稳定碎石2216000.7水泥

14、土2310000.34 4、设计指标的确定、设计指标的确定1设计弯沉值dl公路为一级,则公路等级系数取 1.0；面层是沥青混凝土,则面层类型的cA系数取 1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面,则路面结构类型系数取sAbA1.0。 . . . 10 / 160.2600decsblNA A A式中： 设计弯沉值dl 设计年限的累计当量年标准轴载作用次数eN 公路等级系数,一级公路为 1.0cA 面层类型系数,沥青混凝土面层为 1.0sA 基层类型系数,半刚性基层为 1.0bA故 mmAAAlbscedN48.190 . 10 . 10 . 1277140546006002 . 02 . 02各层

15、材料按容许层底拉应力,按下列公式计算：RsRsk式中 ： 路面结构材料的极限抗拉强度Mpa ；R 路面结构材料的容许拉应力,该材料能承受疲劳弯拉应力Mpa ；s 抗拉强度结构系数。sk 对中粒式沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数： 91. 3/09. 022. 0AcNeKsassRMPk28. 091. 31 . 1 对粗粒式沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数： 91. 3/09. 022. 0AcNeKsassRMPk20. 091. 38 . 0对沥青碎石的抗拉强度结构系数： 91. 3/35. 011. 0AcNeKs对二灰稳定碎石的抗拉强度结构系数：31. 2/35. 011. 0AcN

16、eKsassRMPk30. 031. 27 . 0 . . . 11 / 16对水泥土的抗拉强度结构系数： 74. 2/45. 011. 0AcNeKsassRMPk10. 096. 23 . 0表 1-5 结构层容许弯拉应力材料名称MpasskMpaR中粒式沥青混凝土1.13.910.28粗粒式沥青混凝土0.83.910.20沥青碎石/3.91/二灰稳定碎石0.72.310.30水泥土0.32.960.105 5、路基断面图、路基断面图如图 1 所示：二、水泥混凝土路面设计二、水泥混凝土路面设计1 1、交通量分析：、交通量分析：由于路面有一个收费站,各种油类对沥青会有不同程度的污染且宜有车辙

17、,其要求采用水泥混凝土路面。所以,进行普通水泥混凝土路面设计。1标准轴载与轴载换算 我国公路水泥混凝土路面设计规以汽车轴重为 100kN 的单轴荷载作为设计标准轴载,表示为 BZZ100。凡前、后轴载大于 40KN单轴或大于 80KN双轴的轴数均应换算成标准轴数,换算公式为：161()100nisiiipNN式中： 100KN 的单轴双轮组标准轴数的通行次数；sN 各类轴轮型；级轴载的总重KN ；iP 轴型和轴载级位数；n各类轴轮型 i 级轴载的通行次数；iN . . . 12 / 16轴轮型系数。i表 2-1 轴载换算结果车型iPkN轴型iiN次/日16()100iiipN前轴20.25单轴

18、单轮43. 031022. 2ip/解放 CA-10B后轴60单轴双轮18300.23前轴49单轴单轮43. 031022. 2ip1.46黄河 JN150后轴101.6单轴双轮1318409.95前轴47.55单轴单轮43. 031022. 2ip0.23日野 KB-211后轴100单轴双轮18181前轴51.4单轴单轮43. 031022. 2ip1.27太脱拉 138后轴160双轴双轮22. 051007. 1ip1320.85前轴20.7单轴单轮43. 031022. 2ip/东风 EQ-140后轴69.3单轴双轮19602.72前轴63单轴单轮43. 031022. 2ip18.18

19、黄河 JN362后轴127单轴双轮1793618.15前轴15.2单轴单轮43. 031022. 2ip/跃进 230后轴33.3单轴单轮43. 031022. 2ip1280/Ki 1sN16()100iiipN4134.04ip忽略不计或双轴小于单轴小于KN80KN40则设计年限设计车道的标准轴载累计作用次数:365 1)1(tseNN式中： 标准轴载累计当量作用次数；eN t 设计基准年限,取 30 年； . . . 13 / 16 交通量年平均增长率,由材料知,=0.06； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数,如下表 3-2。取 0.22表 2-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数

20、公路等级纵缝边缘处一级公路0.170.22行车道宽7m二级及二级以下公路行车道宽7m0.340.390.540.62取 =0.2则 =26244425 次365 1)1(tseNN2 2、初拟路面结构、初拟路面结构因为交通量 1500365=54750026244425 次,故可知交通属于特重交通。根据一级公路、特重交通等级。查规知：初拟普通混凝土面层厚为 200mm,水泥稳定碎石厚为 200mm；垫层为 200mm 水泥土；混凝土板宽 4.5m,长 5.0m。3 3、确定材料参数、确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 5.0Mpa,相应弯拉弹性模量标准值为 31Gpa；路基回弹模量

21、为 1500Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa；基层顶面当量的回弹模量值计算如下：=2221222121hhEhEhEx）（Pa101912211221232131)1(4)(12hEhEhhEhEhDx =）（Pa1033.176=31)12(XxxEDh ）（m47. 0=4.43)(51. 11 22. 645. 00EEax=0.8155. 00)(44. 11EEbx . . . 14 / 16=326MPa3100)(EEEahExbxt普通混凝土面层的相对刚度半径为：)(49. 0537. 031mEEhtc4 4、计算载荷疲劳应力、计算载荷疲劳应力根据一级公

22、路、特重交通,由路基路面工程查得初拟普通混凝土面层厚度为 0.26m。由下列公式求得：3537. 0tcEE26 . 0077. 0hpspscrfpkkk057. 0efNk 式中 混凝土板的相对刚度半径m ；H 混凝土板的厚度m ； Ec 水泥混凝土的弯沉弹性模量Mpa ；p 标准轴载 Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力Mpa ； kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数,纵缝为设杆拉的平缝,kr=0.87 0.92,纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0,纵缝为设杆拉的企口缝,kr=0.76 0.84,； kc 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数,按公路等级查下表 2-3；表

23、2-3 综合系数 kc公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10ps 标准轴载 Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力Mpa 。 = ,=2.65326 . 0077. 0hpsMPa255. 1057. 0efNk根据公路等级,考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数,则25. 1ck荷载疲劳应力为：=3.498MPapscrfprkkk5 5、计算温度疲劳应力、计算温度疲劳应力由路基路面工程知,区温度梯度取 90/m。板长5.0m,L/r=5.0/0.594=10.08；已知混凝土板厚 0.26mm,Bx=0.76。 . . . 15 /

24、16则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：2xgcctmBhTE 式中： c 混凝土的温度线膨胀系数 ； Tg 最大温度梯度,Tg=90c/m； Bx 综合温度翘区应力和应力的温度应力系数；tm 最大温度梯度时土板的温度翘取应力Mpa 。=2xgcctmBhTEMPa11. 2 温度疲劳系数 ,式中 a,b 和 c 为回归系数,按所在地区)(bfafkcrtmtmrt公路自然区划查下表 2-4。表 2-4 回归系数 a,b 和 c公路自然区系数a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.355

25、1.3231.2871.3821.270=)(bfafkcrtmtmrt361. 0058. 0511. 2841. 011. 25323. 1则温度疲劳应力：）（MPa762. 011. 2361. 0ktmttr综合,一级公路的安全等级为三级,相应于三级的安全等级的变异水平等级为中级,目标可靠度为 85。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级,确定可靠度系数。65. 1r,故满足要求。MPa0 . 5f46. 4762. 0498. 365. 1rtrprr6 6、路基断面图、路基断面图如图 2 所示：三、参考文献三、参考文献1 公路路基设计规 JTG D30-2004 人民交通, 2004. 2 公路沥青路面设计规 JTJ 014-97, 人民交通, 1997. 3 公路路基设计手册,人民交通, 1996. . . . 16 / 164 公路水泥混凝土路面设计规 JTJ D40-2003 人民交通 2003. 。 5 公路设计手册 - 路面人民交通, 1999. 6 路基路面工程教材；