路面工程課程設(shè)計(jì)

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

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　成 績(jī) 指導(dǎo)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(wù)書(shū)和指導(dǎo)書(shū)1</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)2</p><p>　　1.2.1瀝青路面設(shè)計(jì)的步驟2</p&

4、gt;<p>　　1.2.2普通混凝土路面設(shè)計(jì)的步驟2</p><p>　　第2章 瀝青路面設(shè)計(jì)4</p><p>　　第3章 普通水泥混凝土路面設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)6</b></p><p>　　第1章 任務(wù)書(shū)和指導(dǎo)書(shū)</p><p><b&g

5、t;　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　擬從昆明到攀枝花修建一條二級(jí)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(yù)計(jì)竣工后第一年雙向平均日交通量如表1。經(jīng)過(guò)調(diào)查，預(yù)期交通量平均年增長(zhǎng)率為r（見(jiàn)表1和表2）。瀝青路面設(shè)計(jì)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(wù)：可行性研究階段，設(shè)計(jì)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(zhǎng)率</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)按照我國(guó)現(xiàn)行的《公路

7、瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D50－2006和《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D40－2002進(jìn)行。</p><p>　　1.2.1瀝青路面設(shè)計(jì)的步驟</p><p>　　⑴根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按彎沉或彎拉指標(biāo)分別計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次，確定設(shè)計(jì)交通量與交通等級(jí)，擬定面層、基層類型，并計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值或容許拉應(yīng)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(gè)路段土基回彈模量設(shè)計(jì)值。（采用臨界高度法）</p><p>　?、菂⒖急镜貐^(qū)的經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行配合比試驗(yàn)，測(cè)定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、劈裂強(qiáng)度等，確定各結(jié)構(gòu)層的材料設(shè)計(jì)參數(shù)。</p><p>　　⑷根據(jù)拉應(yīng)力設(shè)計(jì)指標(biāo)采用多層彈性體系理論設(shè)計(jì)程序計(jì)算或驗(yàn)算路面厚度。高速公路、一級(jí)公路、二

9、級(jí)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(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)。三級(jí)公路和四級(jí)公路路面結(jié)構(gòu)，以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)。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(qiáng)度高的材料，再重新計(jì)算，直到滿足要求為止。</p><p>　?、蓪?duì)于季節(jié)性冰凍地區(qū)冰凍區(qū)各級(jí)公路的中濕、潮濕路段，應(yīng)迸行防凍厚度驗(yàn)算是否符合要求。</p><p>　　

10、⑹進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)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(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軸載換算，計(jì)算設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)；由此確定道路的交通分級(jí)，選定設(shè)計(jì)年限、交通量年平均增長(zhǎng)率和輪跡橫向分布系數(shù)，計(jì)算使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)

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(jìn)行材料試驗(yàn)或查表確定混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)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(dāng)量回彈模量。</p><p>　　(4)計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力</p><p>　　由應(yīng)力計(jì)算圖或公式得到標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下板邊緣中部的最大荷載應(yīng)力；按接縫類型選定接縫傳荷系數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算得</p><p>　　到疲勞應(yīng)力系數(shù)；按公路等級(jí)選定綜合系數(shù)；綜合上述計(jì)算結(jié)果可得到荷載疲勞應(yīng)力。</p><

13、;p>　　(5)計(jì)算溫度疲勞應(yīng)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(jì)算最大溫度梯度時(shí)的溫度翹曲應(yīng)力；按自然區(qū)劃和σtm/fr確定溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用系數(shù)；由此計(jì)算確定溫度疲勞應(yīng)力。</p><p>　　(6)檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)荷載疲勞應(yīng)力同溫度疲勞應(yīng)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，則初選厚度可作為混凝土板的計(jì)算厚度。否則，應(yīng)改選混凝土板厚度，擬定新的結(jié)構(gòu)，重新計(jì)算，直到滿足要求為止。</p><p>　　第2章 瀝青路面設(shè)計(jì)</p><p><b>　　(1)、軸載分析 </b></p><p>　　路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100kn為標(biāo)準(zhǔn)軸載 </p><p>　　N=c1c2

15、ni (pi/p)4.35</p><p>　　二級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為12年 ，車道系數(shù)η選用0.45 則累計(jì)當(dāng)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(yīng)力驗(yàn)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(shè)計(jì)</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jí)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(xì)粒

17、式密級(jí)配瀝青混泥土，中層采用6cm厚中粒式密級(jí)配瀝青混泥土，下層采用8cm厚中粒式密級(jí)配瀝青混泥土。基層采用水泥穩(wěn)定碎石20cm和二灰土底基層（厚度待計(jì)算確定）。</p><p>　?。?）、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(cè)表1-6知此高度大于H1(2.2—2.5m)屬于中濕路基。由上冊(cè)表1-4，取，查表1

18、2—8得土基回彈模量MP</p><p>　?。?）、各層材料的抗壓模量、劈裂強(qiáng)度</p><p>　　（5）、設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定</p><p>　　設(shè)計(jì)彎沉按式（12—33）計(jì)算，二級(jí)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(shè)計(jì)彎沉</b></

19、p><p>　　Ld=ACAsAb=27.56（0.01mm）</p><p>　　各驗(yàn)算層材料容許拉應(yīng)力</p><p>　　細(xì)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(jì)算結(jié)果 </b></p><p>　　54 路面設(shè)計(jì)彎沉值(0.01mm) 27.56</p><p>　　5

23、5 路面結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)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(shè)計(jì)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(shí)際路面結(jié)構(gòu)第 1層底最大拉應(yīng)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(shí)際路面結(jié)構(gòu)第 2層底最大拉應(yīng)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(shí)際路面結(jié)構(gòu)第 3層底最大拉應(yīng)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(shí)際路面結(jié)構(gòu)第 4層底最大拉應(yīng)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(shí)際路面結(jié)構(gòu)第 5層底最大拉應(yīng)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(jì)算二灰土層的厚度</p><p>　　采用瀝青路面設(shè)計(jì)程序，計(jì)算二灰土底基層厚20cm（可一次性層鋪），此時(shí)路面結(jié)構(gòu)路表實(shí)測(cè)彎沉值27.18 (0.01mm)，二灰土基層的層底最大拉應(yīng)力為0.106MP，小于容許應(yīng)力，因此路面厚度滿足設(shè)計(jì)要求。</p

29、><p>　　第3章 普通水泥混凝土路面設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）軸載分析</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)四車道使用初組準(zhǔn)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(jí)的確定</p><p><b>　　交通等級(jí)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(zhǎng)5.0m、寬4.5m；確定接縫的間距，設(shè)置縱縫為設(shè)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>　?。?）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?yàn)r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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為30GPa</p><p>　　路基回彈模量取30MPa。低劑量無(wú)機(jī)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(dāng)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(dāng)量回彈模量 </p><p>　　——基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量</p><p>　　——路床頂面的當(dāng)量回彈模量 </p><p>　

34、　、——基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量—基層和底基層或墊層的當(dāng)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(dāng)量彎曲剛度 </p><p>　　a、b——與/有關(guān)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(duì)剛對(duì)半徑：</p><p>　　4、計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力</p><p>　　（1）計(jì)算荷載效應(yīng)力

36、 </p><p>　　以標(biāo)準(zhǔn)軸載作用在板上的臨界荷載位置計(jì)算在混泥土板底的最大拉應(yīng)力。</p><p>　　=0.077*=1.52MPa</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)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?yàn)榭v縫為設(shè)拉桿的平縫時(shí)，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)</p><p><b>　　綜合系數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)公路等級(jí)，考慮偏載和動(dòng)載等因數(shù)對(duì)路面疲勞破壞影響的綜合因數(shù)=1.20</p><p>　　荷載疲勞效應(yīng)計(jì)算為：</p><

38、;p>　　=2.1951.201.437=3.19MPa</p><p><b>　　5、溫度疲勞應(yīng)力：</b></p><p><b>　　因?yàn)閷儆趘4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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值Tg取88</p><p>　　板長(zhǎng)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(yàn)算</b></p><p>　　二級(jí)公路的安全等級(jí)為三級(jí)，相應(yīng)于三等級(jí)的變異系數(shù)為中級(jí)，目標(biāo)可靠度為85%。再據(jù)查得目標(biāo)可靠度和變異等級(jí)，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(shè)計(jì)普通混泥土面層厚度為0.21m，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《路基路面工程》，鄧學(xué)鈞.人民交通出版社出版，2005，第二版</p><p>　　[2