路基路面工程课程算书.doc

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1、路基路面工程课程设计计算书目录一、 轴载分析二、拟定路面结构组合方案及厚度三、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。四、设计指标的确定五、确定设计层的厚度六、层底弯拉应力验算七、验算防冻厚度八、心得体会 路面结构设计的计算基本资料:新建高速公路地处3区，为双向四车道（单向路面宽为11.5m，中间带宽3m，沿线土质为中液限粘土，填方路基高3m，地下水位为地面以下-1.0m，地表长期积水距路床0.7m，属中湿状态，年降雨量为470mm，最高气温38，最低气温-26，多年最大冻深为120mm，平均冻结指数为700，最大冻结指数为1150。此地有大量碎石集料，并有石灰水泥供应。沥青路面设

2、计年限（基准期）为15年。一、轴载分析1、预测交通量组成表序号汽车型号前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数轮组数轮距（m）交通量（辆/日）1小客车16.5020.31双027002交通SH14125.5555.101双08003四平SPK61503877.82双45304北京BJ13013.5527.21双017005解放28.768.21双06106东风EQ14023.7069.201双08507黄河JN-15049.00101.601双08508日野KB22250.20104.301双06009拖挂五十铃8378.52双258路基为中湿，E=35MPa，交通量年平均增长率8.9%。（1） 当

3、以弯沉值和沥青底层拉应力为设计指标时 当25KN时，省略不算轴载换算表（弯沉）车型（KN）CCN(次/d)CC(/P)(次/d)合计（次/d）交通SH141前轴25.5516.480013.633067.26后轴55.101180059.85四平SPK6150前轴3816.453051.2后轴77.8211530355.69北京BJ130前轴13.5516.417000后轴27.21117005.9解放CA50前轴28.716.461017.38后轴68.211610115.42东风EQ140前轴23.7016.48500后轴69.2011850171.35黄河JN-150前轴49.0016.

4、4850244.32后轴101.6011850910.77日野KB222前轴50.2016.4600191.60后轴104.3011600720.59拖挂车五十铃前轴8316.458165.04后轴278.52.215844.52设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：设计年限为t=15年，=8.9%，双向四车道，故车道系数取0.45.故（2）以半刚性材料结构层底拉应力为设计指标时轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）车型（KN）CCN(次/d)CC(/P)(次/d)合计（次/d）交通SH141前轴25.55118.580002502.99后轴55.10118006.8四平SPK615

5、0前轴38118.55300后轴77.8211530142.28北京BJ130前轴13.55118.517000后轴27.21117000解放CA50前轴28.7118.56100后轴68.21161028.55东风EQ140前轴23.70118.58500后轴69.201185044.7黄河JN-150前轴49.00118.585052.26后轴101.6011850965.09日野KB222前轴50.20118.560044.77后轴104.3011600 840.28拖挂车五十铃前轴83118.558241.67后轴278.52.2158136.59设计年限内一个方向上一个车道的累计当量

6、轴次的计算：=3652502.990.45=13300000次（3）采用以弯沉值和沥青底层拉应力为设计指标计算的，即设计年限内，一个车道累计标准轴次为1330万次，属重交通等级。二、拟定路面结构组合方案及厚度 组合方案，拟定了两种，其简图如下所示：方案一：细粒式沥青混凝土 h=4cm中粒式沥青混凝土 h=6cm粗粒式沥青混凝土 h=8cm水泥稳定碎石 h=30cm5%石灰土 h=? cm方案二：细粒式沥青混凝土 h=4cm中粒式沥青混凝土 h=8cm粗粒式沥青混凝土 h=10cm石灰稳定碎石 h=？cm级配碎石 h=18cm三、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。1）确定各层材

7、料的抗压模量与劈裂强度。查表可得下列这几参数，会表如下：材料名称抗压回弹模量（MPa）15劈裂强度（MPa）2015细粒式沥青混凝土140020001.5中粒式沥青混凝土120017001.0粗粒式沥青混凝土90012000.8石灰稳定碎石90035000.35水泥稳定碎石150020000.5二灰土80025000.3四、设计指标的确定。 对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。1、 设计弯沉值的计算：L=600NAAA 该公路为高速公路，故公路等级系数A=1.0，且是沥青混凝土面层，故面层类型系数A=1.0， A=1.0。故L=600NAAA=600164

8、160571.01.01.0=21.63mm2、各层材料的容许拉应力计算如下表所示：材料名称K(MPa)(MPa)细粒式沥青混凝土K=3.471.50.432中粒式沥青混凝土K=3.471.00.288粗粒式沥青混凝土K=3.470.80.231水泥稳定碎石K=2.1750.50.230石灰稳定碎石K=2.1750.350.161二灰土K=2.7960.30.107五、确定设计层的厚度。1、方案一计算：（采用三层体系为计算体系）1）令实际弯沉,则弯沉综合修正系数F=1.63（）（）=1.63()=0.486弹性体系的实际弯沉=1000故理论弯沉系数=4.1872）将多层体系照弯沉等效的原则换算

9、为三层体系，如下图所示：E h=4E h=6E h=8E h=30E h=? EE h=4E H=？E则中层厚度换算公式为：H= h=6+8+30+ h= (46.019+0.845h) cm3) h/= h/=4/10.65=0.38 E/ E =35/1200=0.03 查三层体系表面弯沉系数诺莫图可得K=1.4E/ E=1200/1400=0.86 查诺莫图可得=6.4由三层体系表面弯沉系数诺莫图上的计算理论弯沉的公式可得=KK故K=4.187/(6.41.4)再查诺莫图可得H/=5.4故H=5.410.65=57.51故H=46.019+0.845 h=57.51 由此解得：h=13.

10、6cm方案二计算:（采用三层体系为计算体系）1）令实际弯沉,则弯沉综合修正系数F=1.63（）（）=1.63()=0.495弹性体系的实际弯沉=1000故理论弯沉系数=4.279将多层体系照弯沉等效的原则换算为三层体系，如下图所示：E h=4E h=8E h=10E h=？E h=18 EE h=4E H=？E则中层厚度换算公式为：H= 8+10+ + 18= (32.07+0.927) cm3) h/= h/=4/10.65=0.38 E/ E =35/1200=0.03查三层体系表面弯沉系数诺莫图可得K=1.4E/ E=1200/1400=0.8 查诺莫图可得=6.4由三层体系表面弯沉系数

11、诺莫图上的计算理论弯沉的公式可得=KK故K=4.1816/(5.81.46)=0.478再查诺莫图可得H/=5.2故H=5.210.65=55.38故H=32.07+0.927 =55.38 由此解得：=26cm六、层底弯拉应力验算。公路为高速公路，故对沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层都应进行拉应力的验算。 1、方案一的层底拉应力的验算。（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1） 验算细粒式沥青混凝土面层底层的弯拉应力。 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E h=4E h=6E h=8E h=30E h=14EE h=4E H=59.17EH= h+=6+

12、8+30+ 14=59.17由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得h/=4/10.65=0.38 H/=59.17/10.65=5.556E/ E=1200/1400=0.857 E/ E=35/1200=0.03查诺莫图可得： 为负，表明该层层底弯曲压应力，自然满足。2) 验算中粒式沥青混凝土面层底层的弯拉应力。 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E h=4E h=6E h=8E h=30E h=14EE h=10.16E H=73.20E= h= 6+4=10.16= h+= 8+30+14=73.20由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得=h/

13、=10.61/10.65=0.996 H/=73.20/10.65=6.87E/ E=1200/1400=0.85 E/ E=35/1200=0.029查诺莫图可得 为负，表明该层层底弯曲压应力，自然满足。3） 验算粗粒式沥青混凝土面层底层的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所E h=4E h=6E h=8E h=30E h=14EE h=18.91E H=36.96E示： = h+= 8+4+6=18.91 = = 30+14=36.96由三层体系上层底面最大拉应力系数计算：h/=18.91/10.65=1.78 H/=36.96/10.65=3.47 E/

14、E=1500/900=1.67 E/ E=35/1500=0.023诺莫图可得为负，表明该层层底弯曲压应力，自然满足。4） 验算水泥稳定基层层底层的弯拉应力。体系转换：E h=4E h=6E h=8E h=30E h=14EE h=46.65E H=14E= += 30+4+6+8=46.65 = 14由三层体系上层底面最大拉应力系数计算：h/=46.65/10.65=4.38 H/=14/10.65=1.31E/ E=800/1500=0.53 E/ E=35/275=0.044诺莫图可得：a=0.58 ， =1.114 ， =0.22=pa=0.102 MPa=0.230 MPa，即满足要

15、求。5）验算二灰土垫层层底层的弯拉应力。体系转换：E h=4E h=6E h=8E h=30E h=14EE h=46.64E H=14E= += 30+4+6+8=46.64 = 14由三层体系中层底面最大拉应力系数计算：h/=46.64/10.65=4.38 H/=14/10.65=1.31E/ E=800/1500=0.53 E/ E=35/800=0.044诺莫图可得：a=0.56， =1.14 ， =0.23=pa=0.103MPa=0.107 MPa ，即满足要求。方案二的层底拉应力计算。（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1） 验算细粒式沥青混凝土面层底层的弯拉应力。

16、将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：H= h+= 8+10+26+18=47.97E h=4E h=8E h=10E h=26E h=18EE h=4E H=47.97E由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得h/=4/10.65=0.38 H/=47.97/10.65=4.5E/ E=1200/1400=0.857 E/ E=35/1200=0.03查诺莫图可得： 为负，表明该层层底弯曲压应力，自然满足。2) 验算中粒式沥青混凝土面层底层的弯拉应力。 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：= h= 8+4=12.16= h+= 10+2

17、6+ 18=55.02E h=4E h=8E h=10E h=26E h=18EE h=12.16E H=55.02E由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得=h/=12.16/10.65=1.14 H/=55.02/10.65=5.17E/ E=900/1200=0.75 E/ E=35/1000=0.035查诺莫图可得 为负，表明该层层底弯曲压应力，自然满足。3）验算粗粒式沥青混凝土面层底层的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示： = h+= 10+4+8=23.06 = = 26+18=40.04E h=4E h=8E h=10E h=26E h=

18、18EE h=23.06E H=40.04E由三层体系上层底面最大拉应力系数计算：h/=23.06/10.65=2.17 H/=40.04/10.65=3.76 E/ E=1000/900=1.11 E/ E=35/1000=0.035查诺莫图可得 为负，表明该层层底弯曲压应力自然满足。4）验算石灰稳定基层层底层的弯拉应力。5） 体系转换：E h=4E h=8E h=10E h=26E h=18EE h=49.08E H=18E= += 26+4+8+10=48.46 = 18由三层体系上层底面最大拉应力系数计算：h/=48.46/10.65=4.55 H/=18/10.65=1.69E/ E

19、=800/1000=0.80 E/ E=35/800=0.044诺莫图可得：a=0.06， =1.65 ， =1.14=pa=0.079MPa=0.165MPa，即满足要求。E h=4E h=8E h=10E h=26E h=18EE h=46.64E H=18E6)验算二灰土垫层层底层的弯拉应力。体系转换：= += 26+4+8+10=48.46 = 18由三层体系中层底面最大拉应力系数计算：h/=48.46/10.65=4.55 H/=18/10.65=1.69E/ E=800/1000=0.80 E/ E=35/800=0.044诺莫图可得：为负，自然满足要求。综上所算的结果，绘制成下表

20、：方案类型层位底面最大拉应力（MPa）容许拉应力（MPa）方案一细粒式沥青混凝土面层负0.432中粒式沥青混凝土面层负0.288粗粒式沥青混凝土面层负0.231水泥稳定基层0.1020.230二灰土垫层0.1030.107方案类型层位底面最大拉应力（MPa）容许拉应力（MPa）方案二方案二 细粒式沥青混凝土面层负0.452中粒式沥青混凝土面层负0.301粗粒式沥青混凝土面层负0.241石灰稳定基层0.0790.165二灰土负0.109由表可知，方案一和方案二各层底弯拉应力都满足容许层底弯拉应力的要求。七、验算防冻厚度方案一：沥青层厚度18 ，总厚度为62，最小防冻厚度4045方案二：沥青层厚度22 ，总厚度为66，最小防冻厚度4550，粗粒式沥青混凝土10cm八、心得体会 .忽略此处.