工业大学路基路面工程课程设计报告书资料.pptx

1、.路面结构与路基边坡稳定性设计一一、路路面面结结构构设设计计（一一）沥沥青路青路面面设计设计1.1.交交通通组组成成与与轴轴载载当当量量计计算算车辆车型与日交通量的选用如下表所示：交交通通组组成成表表表 1序号车型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1黄河 JN16259.51151双轮组6502黄河JN162A62.28116.221双轮组6503解放 CA10B19.460.851双轮组6504解放 CA1520.9770.381双轮组6505解放 CA30A29.536.752双轮组3500按交通量年平均增长率 5%计，乘以折算系数得设计年年初日平均交通量为 8

2、000，设计年限末年日平均交通量为 14367，符合二级公路对日平均交通量 500015000 的要求。(1)当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时：设计年限末年日平均当量轴次：i鍨2IPiP4 5KN鍨CCn()鍨 66设计年限内一个车道上累计当量轴次：Ne鍨香 t 6 5Ny鍨622（万次）(2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时：设计年限末年日平均当量轴次：i鍨2KN鍨CCIn(PiP8)鍨4665设计年限内一个车道上累计当量轴次：路 基 路 面 工 程 课 程 设 计2Ne鍨香 t 6 5Ny鍨792（万次）综上，沥青路面交通属于中等交通等级。2.2.路路面面材材料料及路及路面面结

3、结构构的的选选取取与土与土基基模模量量的确定的确定由于该二级公路路面属于中等交通等级，故采用以下两种方案备选：方案一：双层式沥青面层+半刚性基层方案二：单层式沥青面层+半刚性基层+垫层由于江苏处于 IV 类区划，故土基模量取 36MPa。3.3.设设计计弯弯沉沉值值与与容容许许拉拉应应力力的的确定确定 路面设计弯沉值 ld按下式计算：eld鍨6N2ACASAB鍨2 8 9(m m)结构层容许弯拉应力 oR按下式计算：oR鍨oSPKSe其中，对沥青混凝土面层：KS鍨 9 N 2 2/ACe对无机结合料稳定集料：KS鍨 5 N /ACe对无极结合料稳定细粒土：KS鍨 4 5 N /AC通过查表计算

4、得：细粒式沥青混凝土：oR鍨 4 7 M P a 中粒式沥青混凝土：oR鍨 6 M P a 水泥稳定碎石：oR鍨 M P a4.4.结结构构层层厚厚度确度确定定于于结结构分析构分析(1)方案一.4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+35cm 水泥稳定碎石，如下图所示。-细粒式沥青混凝土4 cm-中粒式沥青混凝土6 cm-水泥稳定碎石35 cm-土基路面结构表面弯沉值 ls与结构层层底弯拉应力按下式计算：scl鍨 2P FEon 鍨 pon现将结果汇于下表：结结构构层层层层底底应应力力与与完完成成值值计计算表算表表 2序 号结构层材料名称20抗压模量(MPa)15抗压模量(MPa)

5、厚度 (cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)层顶弯沉值 (0.01mm)1细粒式沥青混凝土160022004-0.2520.4728.52粗粒式沥青混凝土140020006-0.0940.3632.43水泥稳定碎石17001700350.2460.3339.24土基36结构表面弯沉值 ls鍨285ld鍨289，且各层层底拉应力均小于容许拉应力，故设计合理。(2)方案二10cm 细粒式沥青混凝土+22cm 水泥稳定碎石+20cm 水泥砂砾土，如下图所示：.4路 基 路 面 工 程 课 程 设 计-细粒式沥青混凝土10 cm-水泥稳定碎石22 cm-水泥砂砾土20 cm-土基路面结构表面

6、弯沉值 ls与结构层层底弯拉应力计算方法同方案一，并汇于下表：结结构构层层层层底底应应力力与与完完成成值值计计算表算表表 3序 号结构层材料名称20抗压模量(MPa)15抗压模量(MPa)厚度 (cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)层顶弯沉值 (0.01mm)1细粒式沥青混凝土140020002000-0.660.4728.12水泥稳定碎石1500150015000.950.3337.83水泥砂砾土1000100010000.1540.17111.84土基36结构表面弯沉值 ls鍨2 8 ld鍨289，且各层层底拉应力均小于容许拉应力，故设计合理。（二二）混混凝土凝土路路面面设设计计

7、 1.1.交交通通分析分析车辆车型与日交通量的选用如下表所示：交交通通组组成成表表表 4序号车型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1黄河 JN16259.51151双轮组6502黄河62.28116.221双轮组650.JN162A3解放 CA10B19.460.851双轮组6504解放 CA1520.9770.381双轮组6505解放 CA30A29.536.752双轮组3500按交通量年平均增长率 5%计，乘以折算系数得设计年年初日平均交通量为 8000，设计年限末年日平均交通量为 14367，符合二级公路对日平均交通量 500015000 的要求。二级公路的设

8、计基准期为 20 年，安全等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数 取 0.39，交通量年平均增长率取 5%。由设计车道使用初期标准轴载日作用次数 13473，设计 基准期内设计车道标准荷载累计作用次数计算如下：Ne鍨香 g t 6 5gNsy鍨647（万次）属于特重交通等级，故在设计路面应加厚考虑。2.2.初初拟拟路路面面结结构构安全等级为三级的道路对应的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级与中级 变异水平等级，初拟如下两个方案：方案一：24cm 混凝土面层+18cm 水泥稳定粒料基层+15cm 无机结合料稳定土 方案一：30cm 混凝土面层+20cm 水泥稳定粒料基层两方案中普

9、通混凝土板的平面尺寸为 4.5m5.0m，纵缝为设拉杆的平缝，横缝为设传力杆的平缝。3.3.方方案案一一设设计计校校核核(24cm(24cm 混混凝凝土土面面层层+18cm+18cm 水水泥泥稳稳定定粒料粒料基基层层+15cm+15cm 无无机机结结合合料料稳稳定定土土)(1)路面材料参数的确定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。由于施工路段处于江苏 IV 类区划，故土基模量取 36MPa，无机结合料稳定土垫层回弹模量取 600MPa，水泥稳定粒料基层取 1300MPa。基层顶面当量回弹模量计算如下：Ex鍨2h2E香 h2E22h香 h2鍨8

10、2 香6 52 82 香 52鍨 M P a路 基 路 面 工 程 课 程 设 计6hEhE22 2Dx鍨 香 2香4香h 香 h22EhE2h2鍨 8 2香6 5 2香 5 香 8 24香 8 6 5a鍨622 5 E鍨257MNmhx鍨 2Dx/Ex鍨 2 mEx 4 5鍨4 2 8b鍨 4 4 EEx 5 5鍨 7 7 bE鍨 ahEtxEx/E77鍨428 26/6鍨 84 5 M P a普通混凝土面层的相对刚度半径：鍨 5 7 h Ec/Et鍨 5 7 24/845鍨 759(2)荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载：ops鍨 77 6h 2 鍨 7 7 759 6 24 2

11、鍨 MPa由于纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 K 鍨 8 7 ，考虑设计期内荷载应e力累计疲劳作用的疲劳应力系数 K 鍨Nv鍨(6 4 6)5 7 鍨244，根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳破坏影响的综合系数 Kc鍨 2 。故疲劳荷载应力为：opr鍨KKKcops鍨 8 7 244 2 鍨289MPa(3)温度疲劳应力IV 区最大温度梯度取 92(/m)。板长 5m，l 鍨5759鍨6588,查表可知 Bx鍨 6 8 ，故最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为：tm鍨cEchTg2Bx鍨 5 249 2 268鍨2 2 M P a.计算温度疲劳应力系数时，由自然区划

12、IV 得参数 a鍨 8 4 ，b鍨 5 8 ,c鍨 2.tmKt鍨oarotmcr5 52 2 2 b鍨2 2 8 4 5 8 鍨 5 故温度疲劳应力：tr鍨Kttm鍨 5 2 2鍨 2 MPa(4)结构可靠度判别二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度 为 85%，确定可靠度系数 yr鍨 。由于有yropr香 tr鍨 289香 2 鍨466MPar 鍨5 M P a即所设计的路基路面结构可以承受设计基准期内荷载应力与温度应力的综合疲劳作用，因此设计合理。结构示意图如下：-普通混凝土面层240 mm-水泥稳定粒料180 mm-石灰粉煤灰土150 mm-土基4

13、.4.方方案案一一设设计计校校核核（30cm30cm 混混凝凝土土面面层层+20cm+20cm 水水泥泥稳稳定定粒料粒料基基层层）(1)路面材料参数的确定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。由 于施工路段处于江苏 IV 类区划，故土基模量取 E鍨6MPa，水泥稳定粒料基层取 E鍨MPa。Ex鍨 E鍨 MPahE2Dx鍨 鍨 2 鍨 4 7hx鍨 2Dx/Ex鍨 7 ma鍨622 5 E路 基 路 面 工 程 课 程 设 计Ex 4 5鍨4 5 b鍨 4 4 EEx 5 5鍨 7 8 bE鍨 ahEtxEx/E鍨4 5 2 7 8 6 /6鍨2

14、866MPa普通混凝土面层的相对刚度半径：鍨 5 7 h Ec/Et鍨 5 7 /2866鍨 9 (2)荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载：ops鍨 7 7 6h 2 鍨 77 9 6 2 鍨 88MPa由于纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 K 鍨 8 7 ，考虑设计期内荷载应e力累计疲劳作用的疲劳应力系数 K 鍨Nv鍨(6 4 6)5 7 鍨244，根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳破坏影响的综合系数 Kc鍨 2 。故疲劳荷载应力为：opr鍨KKKcops鍨 8 7 244 2 88鍨26MPa(3)温度疲劳应力IV 区最大温度梯度取 92(/m)。板长 5m，

15、l 鍨5759鍨6588,查表可知 Bx鍨 6 8 ，故最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为：tm鍨cEchTg2Bx鍨 5 9 2 268鍨2 9 M P a计算温度疲劳应力系数时，由自然区划 IV 得参数 a鍨 8 4 ，b鍨 5 8 ,c鍨 2.tmKt鍨oarotmcr5 b鍨2 9 8 4 2 9 2 5 5 8 鍨 6 6故温度疲劳应力：tr鍨Kttm鍨 6 6 2 9 鍨76MPa(4)结构可靠度判别二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度8.为 85%，确定可靠度系数 yr鍨 。由于 有yropr香 tr鍨 2 6 香 7 6 鍨4 2MP

16、ar 鍨5 M P a即所设计的路基路面结构可以承受设计基准期内荷载应力与温度应力的综合疲劳作用，因此设计合理。结构示意图如下：-普通混凝土面层300 mm-水泥稳定粒料200 mm-土基二二、路路基基边边坡坡稳稳定定性性设计设计一、一、确确定定路路基基边边坡率坡率由于本例中设计的路基属于高路基，根据规范要求应采用折线性边坡。其中上段坡高 8m，坡比 1:1.5；下段坡高 17m，坡比 1:1.75。路基边坡示 意图图如右图所示：路 基 路 面 工 程 课 程 设 计10二、二、稳稳定定性性验验算算1.1.当当量量土土柱柱换换算算将公路级汽车荷载换算成当量土柱高。路基宽度内能并排两辆重车，则车

17、辆荷载(公 路级荷载的重车为 550kN)换算土柱高为：yLBh鍨 G鍨255 9 2 55 2 8鍨 8 m2.2.绘绘制制滑滑动动曲曲线线用 4.5H 法确定圆心辅助线。将坡顶和坡脚连成一直线，如图中虚线所示。根据该连线的坡比，从书中表 4-1 查得边坡角为 鍨 5448，辅助角 鍨255，2 鍨 5，分 别自坡脚作 和坡顶点作 2，两直线相交于 O 点；在坡脚 A 点作垂线 AD=H=25m，过 D 作 连接 OE，滑动曲线圆心即在 EO 的延长线上，如下图所示。并依此绘出不同位置的过坡脚的滑动曲线。本计算以第 1 条滑动曲线为例，R=47.5m。图 2 滑动面计算示意图3.3.分分条条

18、计计算算稳稳定定系系数数将圆弧土体分段。本例按第一条滑动曲线分为 16 段，每个垂直土条的平均宽度为 3.025m。计算每一分段面积时，将曲线形底部近似取直线，各分段图形简化成矩形、梯形或三角形，进而求出其近似面积。其中计算面积包括换算土柱部分的面积。各分条的抗滑力矩：MRi鍨 RNi香 cLi鍨 QiRtani香 cRi滑动力矩：图 1 路基边坡示意图.MTi鍨 RTi鍨 QiRsini MTi边坡稳定性系数：K鍨 MRi鍨 Ni香 c LTi其中，摩擦系数 鍨 tan鍨 5 9 9现将计算结果汇于下表：土土条条力力矩矩计计算表算表表 5土条 号土条宽Bi土条中 心高Hi土条重Qi土条对应的

19、圆心角isinicosi抗滑力矩MRi滑动力矩MTi12.162.6107.831.00100.8420.5393675.2424312.54922.006.4245.760.93740.8060.5926029.8189408.92232.7510.31544.370.85720.7560.65511865.3119548.2542.7513.21697.490.77400.6990.71515749.3423158.3551.0014.1270.720.71950.6590.7527243.9478474.21364.0014.81136.640.65100.6060.79527030.8

20、32718.1874.0014.81136.640.54920.5220.85328683.5328182.9984.0014.41105.920.44780.4330.90129257.5622746.0194.0013.61044.480.36180.3540.93528514.4617562.93104.0012.6967.680.27240.2690.96327058.6212364.53114.0011.4875.520.18610.1850.98324847.827693.632124.009.8752.640.10120.1010.99521501.793610.79132.80

21、8.1435.460.00300.0031.00012391.4962.05248143.206.4393.22-0.0340-0.0340.99911108.96-635.044154.004.3330.24-0.1102-0.1100.9949113.361-1725.5163.751.5108.00-0.1779-0.1770.9842664.085-908.01MTi鍨 4，符合 K 值在 1.251.50 之间的要求。故可认按上表数据计算 K鍨MRi为边坡稳定。12路 基 路 面 工 程 课 程 设 计其余各不同的滑动面计算过程与上类似，且计算所得 K 值均符合在 1.251.50

22、之间的要 求，故认为边坡设计合理。三三、课课程程设计设计总总结结通过两周时间的课程设计，我初步掌握了沥青路面与混凝土路面的设计方法，了解了如 何进行交通量换算与轴载当量换算，也对二级公路路基路面结构的选取有了一个初步的认识。通过对路基路面软件 HPDS2003 的学习,也基本理解了软件设计与对层底拉应力、弯沉值校核 的要点。这两周的时间里，通过实践更深刻的理解了以往抽象的理论知识，同时为将来的设 计工作奠定了一定的基础。路面路基工程课程设计是路面路基工程课程的最后一个重要教学环节，也是本专业第一次也是最重要的一次较全面地运用一年来所学各方面知识进行实践性训练的重要环节。本次 课程设计不仅牵涉到

23、了本学期所学路基路面工程课程的内容，还牵涉到了以前所学习的材料力学、结构力学等课程内容，可以说它是对一年多来前面所学各课程的一个很好 总结，对不同科目的融会贯通提出了新的要求。两周的时间，是短暂而又漫长的。由于路基路面材料与结构的选取部分内容具有一定的 难度，需要花费相当一部分时间去查找资料以及学习了解相关规范，在加上校核的反复性，使得整个课程设计的节奏相当紧凑。两周的课程设计，要谈感受，没有人说自己认识不深刻的，它不但花去了我们大量的劳 力精力，更耗费了大量的脑力精力，但相应的，我们得到的也很多。通过这次课程设计，使 我们学到了很多仅靠课本不能学到的知识，还学到了些以前没有讲过的知识；另外，加深了 对以前学过的相关机械设计方面的知识，对今后的社会实践及就业无疑起到重要作用。一周 的时间，大家是繁忙的，但更是充实的。路基路面工程作为一门工程学科的分支，在我国随着交通运输的发展，正在以较快的速度接近国外同类学科的前沿。在本世纪不论是在中国亦或是其他国家，都将会是一个重要的科技 领域。