路基路面课程设计

《路基路面工程》课程设计姓名：王倩学号：201506104班级：2015061专业：交通工程一、边坡稳定性验算假设路基土为亚黏土，由实验得土的粘聚力为c=9.8kPa，内摩擦角Ф=27º，容重γ=17.68kN/m³，设计荷载为汽超20，即55t的标准荷载。1.选用的路堤横断面如图所示：计算参数：c=9.8kPa，Ф=27º，γ=17.68kN/m³，内摩擦系数f=tan27°＝0.5095。2.荷载当量高度计算：ℎ0=𝑁𝑄𝐵𝐿𝛾式中：ℎ0—行车荷载换算高度；L—前后轮最大轮距，按《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定对于标准车辆荷载为12.8m;Q—标准荷载取550kN;N—并列车辆数，双车道N=2，单车道N=1；γ—路基填料的重度B—荷载横向分布的宽度，表示如下：B=Nb+(N-1)m+d式中：b—后轮轮距，取1.8m；m—相邻两车后轮的中心间距，取1.3m；d—轮胎着地宽度，，取0.6m；经计算，B=2×1.8＋﹙2－1﹚×1.3＋0.6=5.5m𝒉𝟎=2×550÷﹙5.5×12.8×17.68﹚=0.884m由CAD图纸中的标注可以看出，𝒉𝟏=21.723m所以，H=𝒉𝟎＋𝒉𝟏=22.607m4.5H=101.732m边坡坡率为1：1.5，4.5H法中𝜷𝟏取𝟐𝟔°，𝜷𝟐取35°。安全系数K=𝑁𝑓+𝑐𝐿𝑇式中：T——滑动面的切向分力；N——滑动面的法向分力；f——摩擦系数；c——滑动面上的黏结力；L——滑动面的弧长。3.确定圆心辅助线如图所示：4、选取三条可能的圆弧滑动面位置，并利用条分法计算每一滑动圆弧的稳定系数如下：滑动面1：计算结果如下图所示：滑动面2计算结果如下表所示：滑动面3计算结果如下图所示：5、分析比较综合上面三个滑动面的计算结果来看，稳定系数K为1.215在高速公路的安全系数（1.20~1.30）内，因此，该边坡稳定。二、沥青路面设计某地新建高速公路，设计标准为：双向四车道，设计速度120km/h；路基宽24.5m；行车道宽15m；中央分隔带宽3.0m；硬路肩宽2×2.5m；土路肩宽2×0.75m。拟采用沥青路面结构，设计年限为15年，某填方路段地处Ⅱ2，沿线土质为中液限黏土，路基高0.5m，地下水位距路床表面2.7m，属中湿状态。在年降雨量680mm，多年平均冻结指数为1623℃，冻结指数极大值为2140℃。在95％保证率的情况下，中湿路段E0=34~38MPa。经调查，该地区近期交通组成、交通量及代表车型如下表：车型东风EQ140解放CA10B黄河JN163交通SH361东风SP9250黄海DD680小汽车交通量（次日）504900504805046502200交通量年平均增长率前五年为：8~10％，后十年为5~7％。1、土基回弹模量的确定根据设计指导书的要求取35Mpa。2、交通量组成车型东风EQ140解放CA10B黄河JN163交通SH361东风SP9250黄海DD680小汽车交通量（次日）5049005048050465022003、设计轴载（1）以设计弯沉和沥青层曾迪拉应力力为指标的轴载换算：C=𝑪𝟏𝑪𝟐(𝑷𝒊𝑷)𝟒.𝟑𝟓𝐶1——当轴间距大于3米，应按单独的一个轴载进行计算，此时m=1；当轴间距小于三米，按双轴或多轴进行计算，轴数系数为：𝐶1=1＋1.2(m﹣1)𝐶2——轮组系数，单轮组6.4，双轮组1，四轮组0.38。2、以半刚性材料层的层底拉应力为指标的轴载换算：𝑪′=𝑪𝟏′𝑪𝟐′(𝑷𝒊𝑷)𝟖𝐶1′——当轴间距大于3米，应按单独的一个轴载进行计算，此时m=1；当轴间距小于三米，按双轴或多轴进行计算，轴数系数为：𝐶1′=1＋2(m﹣1)𝐶2′——轮组系数，单轮组18.5，双轮组1，四轮组0.09。计算过程如下图所示：计算结果如图所示：（2）累计标准轴载作用次数：属重交通等级。4、设计弯沉值的计算：𝑙𝑑=600𝑁𝑒−0.2𝐴𝑐𝐴𝑠𝐴𝐵𝒍𝒅——设计弯沉值（0.01mm）；𝑁𝑒——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；𝐴𝑐——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2,；𝐴𝑠——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处置为1.1；𝐴𝐵——路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6.若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则介于两者之间通过线性内插确定。5、初拟路面结构方案一：3cm细粒式沥青混凝土+4cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+？水泥稳定碎石基层+25cm水泥石灰砂砾层，以水泥稳定碎石基层为设计层。方案二：4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+2×10cm粗粒式沥青混凝土+35cm级配碎石。方案一设计弯沉值计算方案二设计弯沉值计算：6、路面材料配合比设计与设计参数的确定略7、路面结构层厚度确定（1）方案一的结构厚度计算，该结构为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉值为21.9(0.01mm)。利用程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为34cm；满足层底拉应力要求的水泥稳定碎石基层厚度为35cm。设计厚度取33.3cm。详见附表一。（2）方案二的结构厚度计算，该结构为比较方案，为柔性基层，沥青路面的基层类型系数为1.6，设计弯沉值为34.2(0.01mm)。利用设计程序验算结构是否满足设计弯沉与容许拉应力的要求，验算结果详见附表二。该结构路表设计弯沉为22.1(0.01mm)，小于设计弯沉，符合要求。各结构层层底拉应力验算结果军满足要求。（3）验算防冻厚度方案一沥青层厚度13cm，总厚度80cm。根据表8-14规定，最小防冻层厚度为40~50cm。方案二沥青层厚度37cm，总厚度80cm。根据表8-14规定，最小防冻层厚度为50~60cm。以上路面结构厚度均满足最小防冻厚度要求。8、路面交工验收指标路面交工验收时，验收弯沉值𝒍𝒂是工程验收的重要指标，它是以最不利季节。BZZ-100标准轴载作用下。轮隙中心处实测路表弯沉代表值𝒍𝒓进行评定的。即：𝒍𝒓≤𝒍𝒂式中：𝑙𝑟——实测某路段的代表弯沉值(0.01mm)；𝑙𝑎——路表弯沉检测标准值(0.01mm)，按最后确定的路面结构厚度和材料模量计算的路表弯沉值。方案一详见附表一；方案二详见附表二。三、水泥混凝土路面设计公路自然区划Ⅱ区拟新建一条二级公路，路基为粘质土，路基回弹模量根据以往经验取30MPa，采用普通混凝土路面，路面宽9m。经交通调查得知，设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2000，交通量年增长率为7％。1、交通量分析二级公路的设计基准期查表9-14为20年，设计车道20年设计基准期内，交通量年平均增长率为7%，初期标准轴载日作用次数为2000，最重轴载为150Kn。轮迹横向分布系数查表9-13取η为0.39。设计基准期内的累计标准轴载作用次数Ne=Ns×[(1+gr)t−1]×365gr×η式中：𝑔𝑟——交通量年增长率﹙％﹚，以小数带入计算；t——设计基准期；η——轮迹横向分布系数；𝑁𝑠——设计车道的初始年平均日标准轴载作用次数。𝑁𝑒=1167.42万次，查表9-11可知，属“重”交通等级。设计轴载采用100kN，最重轴载采用150kN。2、可靠度系数的确定变异水平等级可控制到“低”级别范围内的中等水平。查表9-14，二级公路安全等级为“二级”，目标可靠度为85%，综合调研的安全水平等级为“低”，查表9-16确定可靠度系数范围为1.04～1.08，按中等水平取中值𝛾𝑓=1.06。3、路基参数的确定根据课程设计指导书要求，土基回弹模量取30MPa。4、结构组合初拟与设计参数确定此路段交通荷载分级为重交通等级，查表9-25，适宜的基层材料为密级配沥青稳定碎石、水泥稳定碎石，底基层材料为级配碎石、水泥稳定碎石、石灰、粉煤灰稳定碎石等。初步拟定的结构组合：普通水泥混凝土路面板（?）+水泥稳定碎石（20cm）+水泥稳定碎石底基层（20cm）+路基（回弹模量为30MPa）。其中，面板厚度查表9-23，初定为26cm。弯拉强度标准值查表9-17，取为5.0MPa，弯拉模量为31GPa，泊松比取0.15，线膨胀系数为1.0×10−5／℃。上下两层水泥稳定碎石在水泥用量上和集料方面有差异，上层要优于下层，经初步材料试验，7d浸水抗压强度分别为5.5MPa和2.5MPa，参考规范中的经验参考值表，取上层水泥稳定碎石的回弹模量为2500MPa，下层水泥稳定碎石回弹模量为1500MPa，上层泊松比取为0.20。5、平面尺寸、接缝及路肩形式选择平面尺寸：长5m，宽4m。接缝：规范规定，重及以上交通荷载等级，缩缝必须为设传力杆的假缝，纵缝为带拉杆的平头真缝。路肩的基层材料与路面相同，采用与面层同厚度的水泥混凝土，与路面板间设拉杆连接。①纵缝接缝纵向接缝的布设视路面宽度和施工铺筑而定；因一次铺筑宽度小于路面宽度，设置纵向施工缝。纵向施工缝采用设拉杆的平缝形式，上部锯切槽口，深度为30mm，宽度为8mm，槽内贯塞填缝料。纵向接缝的拉杆可采用螺纹钢筋，设在板厚的中央，并对拉杆中部100mm范围内做防锈处理，拉杆直径为10mm，长度为700mm，间距为700mm，最外侧拉杆距横向接缝的距离为100mm。②横向接缝每日施工结束或因临时原因中段施工时，必须设置横向施工缝。其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。施工缝采用加传力杆的平缝形式。横向缩缝采用假缝等间距设置。传力杆采用光面钢筋，传力杆直径为32mm，长度为45mm，间距为300mm，最外侧拉杆边距自由边的距离为150mm。接缝图见附图。6、计算地基综合回弹模量首先选择模型：因双层水泥稳定碎石基层不属于粒料类材料，因此选择分离式双层板模型。7、荷载应力计算(1）上层板在设计荷载作用下的荷载应力𝜎𝑝𝑠=1.45×10−31+𝐷𝑏𝐷𝑐𝛾𝑔0.65ℎ𝑐−2𝑃𝑠0.94𝐷𝑏=𝐸𝑏ℎ𝑏312(1−𝜈𝑏2)𝛾𝑔=1.21√𝐷𝑐+𝐷𝑏𝐸𝑡3式中：𝐷𝑏——下层板的截面弯曲刚度；ℎ𝑏、𝐸𝑏、𝜈𝑏——下层板的厚度（m）、弯拉弹性模量（MN•m）和泊松比；𝛾𝑔——双层板的总相对刚度半径（m）；ℎ𝑐、𝐷𝑐——上层板的厚度（m）和界面弯曲刚度（MN•m）。下层板材料为水稳碎石，无需计算其荷载应力。（2）确定三个修正系数𝑘𝑟、𝑘𝑐、𝑘𝑓应力折减系数𝑘𝑟，因接缝的传荷能力，对板的应力降低有正面效果，是一个小于1的数。因临界荷载位在纵缝边缘，因此主要由路肩情况确定：采用混凝土路肩时，取0.87~0.92（路肩面层与路面面层等厚时取低值，减薄时取高值）；采用柔性路肩或土路肩时取1。考虑理论与实际差异及动载等因素影响的综合系数𝑘𝑐，按公路等级查表9-27确定。荷载疲劳应力系数𝑘𝑓，与累计轴次𝑁𝑒有关，由以下公式确定：𝑘𝑓=𝑁𝑒𝜆式中：𝑁𝑒——设计基准期内设计轴载累计作用次数；λ——材料疲劳指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土采用0.057；碾压混凝土和贫混凝土采用0.065；钢纤维混凝土按式9-68计算。（3）计算荷载疲劳应力𝜎𝑝𝑟=𝑘𝑟𝑘𝑐𝑘𝑓𝜎𝑝𝑠式中符号意义同前。（4）面层板在最重轴载作用下的荷载应力计算最重轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力𝜎𝑝𝑚=1.47×10−310𝑟0.70ℎ𝑐−2𝑃𝑚0.94确定修正系数𝑘𝑟、𝑘𝑐𝑘𝑟、𝑘𝑐的确定方法与计算疲劳荷载应力时相同，无需重复计算。最重轴载在临界荷位产生的最大荷载应力𝜎𝑝，max𝜎𝑝，max=𝑘𝑟𝑘𝑐𝜎𝑝𝑚8、温度应力计算下层板不考虑其温度应力。（1）面层板最大温度应力𝜎𝑡，max面板层的温度翘曲应力