《路基路面工程》课程设计.docx
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1、路基路面工程课程设计路基路面工程课程设计一、工程概况及基本设计资料拟设计道路路线位于微丘区,公路自然区划为II5区。地震烈度为六级。设计标高243.50m,地下水位为路面下7.5m。所经地区多处为粉性土。根据最新路网规划,预测使用初期2012年年平均日交通量见下表,年平均增长率为9%。车型解放CA10B黄河JN150日野KF3000斯柯达706R依士兹TD50交通SH141长征XD980小汽车辆/d40021016090508070600二、路基横断面设计(一)确定公路等级:将车辆都折算成小客车车型解放CA10B黄河JN150日野KF300D斯柯达706R依士兹TD50交通SH141长征XD9
2、80小汽车交通量辆/d40021016090508070600载重力/t408.2610.677.37.674.3310.0车辆折算系数1.52.02.02.02.01.52.00.5标准车辆数600420320180100120140300所以每日交通量=600+420+320+180+100+120+140+300=2180 辆/d计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式:计算式中 :远景设计年平均日交通量,辆/ 日;起始年平均日交通量,辆/日;年平均增长率,取9%;n远景设计年限,取15年所以:根据公路路线设计规范JTG D2001-2006 之2.1.1规定,远景设计年平均日交通量为728
3、5辆,介于辆之间,故拟定该条道路为双车道的二级公路。(二)确定路基宽度参数根据公路路线设计规范JTG D2001-2006 之2.1.3规定,设计车速采用60km/h 。根据公路路线设计规范 JTG D2001-2006 之3.1.3规定,设计采用的服务水平为三级,采用整体式路基。根据公路路线设计规范 JTG D2001-2006条文说明的有关规定,路基宽度设计为10m(6.1.2规定)。行车道宽(6.2.1规定):23.5=7m;硬路肩(6.4.1规定): 20.75=1.5m;土路肩(6.4.1规定): 20.75=1.5m。其宽度参数列表如下:二级公路、双向两车道、60 Km/h行车道宽
4、度(m)硬路肩(m)土路(m)23.50.750.75所以路基宽度为:7+1.5+1.5=10m。根据公路路线设计规范JTG D2001-2006 之6.5.4规定,路拱坡度采用2%;根据6.5.5规定,硬路肩坡度采用与车道横坡值相同,即2%;土路肩横坡值采用比车道横坡值大1%的坡度,即3%。得路基横断面图如图1.1所示(三)确定路基高度根据公路路基设计规范JTG D30-2004之3.2及3.3有关规定,设路堤填土高度为2.5m,路基填料为细粒土,最小压实度为95%。由规范之表3.3.4取路基边坡坡率为11.5,则边坡宽度。 规范之表3.3.4填料类别边坡坡率上部高度(H8m)下部高度(H1
5、2m)细粒土11.511.75粗粒土11.511.75巨粒土11.311.75(四)道路横断面排水设计边沟设置:边沟的排水量不大,一般不需进行水文和水力计算。依据沿线情况,选用标准横断面形式。根据公路路基设计规范JTG D30-2004之4.2.4规定,边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形,内测边坡坡率为11.5,外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。梯形边沟的底宽和深度都采用0.6m。边沟采用浆砌片石铺砌,砌筑用砂浆强度采用M5。边沟断面如图所示:三、沥青路面设计(一)标准轴载及轴载换算设计采用现行路面设计规范中(即公路沥青路面设计规范JTG D50-2006)规定的标准轴载BZZ-1
6、00KN,p=0.7MPa ,d=21.30cm,设计使用年限为12年(规范3.1.3规定)。 1、依据规范之3.1.2规定,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。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; 被换算车型的各级轴载换算次数(次/日); 标准轴载(); 各种被换算车型的轴载(); 轴数系数;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: 轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38; 被换算车型的轴
7、载级别。各种汽车当量轴次计算见表:车型()(次/日)解放CA10B前轴19.416.4400后轴60.851140046.09黄河JN150前轴4916.42106036后轴101.611210225.01 日野KF300D前轴40.516.416020.08后轴7912.2160126.25斯柯达706R前轴5016.49028 .25后轴90119056.91 依士兹TD50前轴42.216.4507.50后轴90115031.62 交通SH141前轴25.5516.4801.35后轴55.1118030.31长征XD980前轴37.116.4705.99后轴72.6512.27038.3
8、6 N678.08则其设计年限内一个车道上的累计量轴次: 式中 设计年限内一个车道的累计当量次数; t 设计年限,由材料知,t=12年; 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次; 设计年限内的交通量平均增长率,由材料知,=9%; 车道系数,由规范知=0.65。则: 次。属于中等交通。(2)依据规范之3.1.2规定,当进行半刚性基层层底拉应力验算时,凡轴载大于50kN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数ni,按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N: 式中:被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时,按单独的一个轴计算,轴数系数即为轴数m;当轴间距小于3m时,双轴或多轴的轴数系数为;被
9、换算轴载的轮组系数,单轮组为18.5,双轮组为1.0,四轮组为0.09。注:上述轴载换算公式仅适用于单轴轴载小于130kN的轴载换算。各种汽车当量轴次计算见表:车 型Pi(kN)C1,iC2,iC1,i C2,i (Pi/P)8ni次/日nbi次/日解放CA10B后轴60.85310.05640022.4前轴19.4318.5400黄河JN150后轴80.0310.503210105.63前轴51.4318.50.27021056.7日野KF300D后轴79.0310.45516072.8前轴40.75318.5160斯柯达706R后轴90.0311.29190116.19前轴50.0318.
10、50.2179019.53依士兹TD50后轴80.0310.5035025.15前轴42.2318.550交通SH141后轴55.1210.017801.36前轴25.55318.580长征XD980后轴72.65310.2327016.24前轴37.10318.570 注:当计算半刚性基层层底拉应力时,轴载换算系数;总(车辆)换算系数后轴换算系数前轴换算系数;当量轴次交通量总换算系数。在设计年限内,一个车道上的累计当量轴次按照式进行计算: 式中:Ne设计年限内一个车道上的累计当量轴次,次;t设计年限,二级公路取12年;N1路面营运第一年双向日当量轴次,次/d;设计年限内交通量的平均年增长率,
11、为9%;车道系数,取0.65。代入公式得: 属于轻交通。(二)确定土基回弹模量根据设计资料可知,路线位于II5区,路基设计标高为243.50m。所经过的地区大多为粉性土。设填方的高度为2.5m。地下水位是1.5m。所以有H=1.5+2.5=4.0m。根据路基路面工程教材P18可知,HH1 时路基的干湿类型为干燥类。通过表1-7可知Wc大于1.04取Wc=1.05;根据路基路面工程P395可知土基回弹模Eo=46.5MPa。(三)结构组合与材料选取根据公路沥青路面设计规范JTG D50-2006,并考虑公路位于微丘区,路面结构层采用沥青混凝土10cm,基层采用二灰碎石,底基层采用二灰土。采用两层
12、式沥青混凝土面层,上面层采用中粒式密集配沥青混凝土5cm,下面层采用粗粒式密集配沥青混凝土5cm。(四)利用软件HPDS2003A计算结果如下 * *新建路面设计成果文件汇总* *轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 解放CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 400 2 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 210 3 日野KF300D 40.75 79 2 双轮组 3 160 4 斯柯达706R 50 90 1 双轮组 90 5 依士兹TD50 42.2 80 1 双轮组 50
13、6 交通SH141 25.55 55.1 1 双轮组 80 7 长征XD980 37.1 72.65 2 双轮组 3 70 设计年限 12 车道系数 0.65 交通量平均年增长率 9 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 644 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3077281 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 406 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1940025 公路等级 二级公路公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 33.3 (0.01mm)层位 结 构
14、层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.64 2 中粒式沥青混凝土 1 0.46 3 水泥稳定碎石 0.7 0.45 4 石灰土 0.2 0.1 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 33.3 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 1500 .6
15、4 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1300 .46 3 水泥稳定碎石 18 900 900 .45 4 石灰土 ? 500 500 .1 5 土基 46.5 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 33.3 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 36.8 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 33.3 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 25 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25 cm(第 3 层
16、底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25 cm ( 4 )= 0.103 MPa H( 4 )= 30 cm ( 4 )= 0.089 MPa H( 4 )= 26 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 25 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 26 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 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 18
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