路基路面课程教学设计-沥青路面结构设计.doc

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《路基路面工程》课程设计考核体系及评分参考标准 评价指标 优秀 良好 中等 及格 不及格 100~90分 89~80分 79~70分 69~60分 60分以下 一 平时表现 ①学习态度 遵守纪律，认真设计 遵守纪律，认真设计 纪律较好，较认真 纪律一般，不太重视 纪律松散经常缺席 ②主动性 积极思考，独立完成 积极讨论，完成任务 参与讨论，完成主要工作 应付，有时参与讨论 很少参与讨论 ③工作量 完成全部设计工作 完成89% ~80%的设计工作 完成79% ~70%的设计工作 完成79% ~60%的设计工作 完成少于60%的设计工作 二 设计说明书 ①基本概念 概念清晰 概念清楚 概念比较清楚 了解设计过程 概念不清 ②理论计算 计算准确 计算正确 计算比较正确 计算无原则性错误 计算错误多 ③说明书 结构层次分明，文字精炼，书写认真，撰写格式符合规范化要求 结构层次较分明，文字通顺，书写认真，撰写格式符合规范化要求 问题叙述基本清楚，书写比较认真，书写认真，撰写格式基本符合规范化要求 能够说明问题，书写尚可，撰写格式基本符合规范化要求 条理不清思路混乱书写潦草雷同，撰写格式不符合规范化要求 三 答辩情况 ①自述 叙述条理清晰 叙述表达清楚 叙述表达比较清楚 表达基本清楚 思路混乱表达不清楚 ②回答问题 完整、准确 较完整、正确 大多数问题比较完整 少数问题，无大错误 回答错误 《路基路面工程》课程设计任务书 一、设计的目的与意义： 通过本课程设计，学生能够根据已知的设计资料及使用要求完成高速公路的沥青砼路面结构组合设计及沥青路面改建设计，掌握沥青路面结构设计的一般方法，具备初步的独立设计能力；熟记路面的结构组合设计的基本原理；掌握多层弹性体系厚度换算方法（包括以弯沉为设计指标的厚度换算及以层底弯拉应力为验算指标的厚度换算）及沥青砼路面的厚度设计；了解老路调查的方法和内容，全面掌握旧路补强设计的流程。提高综合运用所学理论知识，具备独立分析问题和解决问题的能力。 二、设计题目： （一）高速公路沥青路面结构设计 1、基本设计资料： 辽宁某两地预修建一条四车道的高速公路，路基宽度26米，设中央分隔带，计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交，设计交通量按20年预测，根据调查研究预计通车后，公路沿线年交通量平均增长率：前十年为γ=6%，后十年为3%。该地区处于Ⅱ2区，为粘质土，稠度为1.0。路线位于平原微丘区，填土高度平均为2.50米。本次设计最小填土高度为1.50m，最大填土高度4.0m，地下水位位于路基设计标高以下2m。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。沿线有多个石灰厂及水泥厂，产量大、质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。调查及勘探中，未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。地区属季节性冰冻地区，土基冻深为50cm。预测该路竣工后第一年的交通组成如下页表。 要求根据以上设计资料，设计计算确定合理的半刚性沥青路面结构。 2、设计依据： （1）交通部颁《公路沥青路面设计规范》JTJD50-2006，北京：人民交通出版社 (2)交通部颁《公路工程技术标准》JTG B01-2003，北京：人民交通出版社 (3)交通部颁《公路与城市道路设计手册》及其它相关书籍 （4） 《路基路面工程》教材 （5） 预测交通组成表 序号 车型 前轴重（KN） 后轴重 （KN） 载重 （KN） 后轴数 后轴轮组数 后轴距 交通量/（次/日） 1 五十铃 21 21 2 解放CA10B 19.4 60.85 50 1 双轮组 ---- 308 3 黄河JN151 49 101.6 85 1 双轮组 ---- 208 4 黄河JN163 59.5 115 100 1 双轮组 ---- 208 5 江淮HF150 49.2 96.3 120 1 双轮组 ---- 108 6 长征CE160 45.2 83.7 60 2 双轮组 ≤3m 308 7 交通SH361 60.0 110.0 150 2 双轮组 ≤3m 408 3、设计方法与设计内容 （1）轴载分析。完成设计年限内一个车道的累计当量轴次换算分析； （2）设计指标的确定；包括设计弯沉的确定和各层材料层底拉应力的确定； （3）结构组合与材料选取。根据设计资料，确定合理的面层类型（包括面层材料级配类型）； （4）拟定两种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数（抗压模量与劈裂强度）； （5）土基回弹模量的确定； （6）根据《公路沥青路面设计规范》验算拟定的路面结构，进行厚度计算。 （7）结构层底弯拉应力验算。 4、设计提交成果要求： 在规定的设计时间内认真、独立的完成课程设计，提交真实的设计成果，达到预定的学习目的。具体要求： （1）总体要求：根据设计资料，初步拟定2种路面方案，并对这2种方案进行经济技术比较（经济技术比较以初始修建费为依据，每种材料的单价见附录表） （2）要求给出计算代表车型的轴载换算过程（共两种：一种以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时的轴载换算，另一种为进行半刚性基层层底拉应力验算时的轴载换算） （3）拟定路面结构方案，应明确标示出每种材料的名称、厚度和设计时使用的模量值，并列出路面结构计算及验算过程。 5、附录（材料价钱） 材料名称 单位 材料单价（元） 材料名称 单位 材料单价（元） SMA沥青混合料 m3 780.12 二灰土 m3 82 OGFC沥青混合料 m3 800 水稳碎石 m3 147.22 细粒式沥青砼 m3 687.25 石灰稳定碎石 m3 91.72 细粒式沥青砼（改性） m3 753 二灰碎石 m3 146.75 中粒式沥青砼 m3 571.23 级配碎石 m3 86.3 粗粒式沥青砼 m3 521.36 5%石灰土（土基处治） m3 18.0 (二)、老路补强设计 1设计资料 某二级公路，其中K1+000-K1+800段老路结构为水结碎石层上的3cm沥青表处。用“黄河”JN-150标准装载车（相当于BZZ-100）实测的回弹弯沉值如下表： 桩号 左轮弯沉（0.01mm） 右轮弯沉（0.01mm） 左右轮 平均弯沉 初读数 终读数 弯沉值 初读数 终读数 弯沉值 K1+000 45 24 67 35 100 57 24 65 41 200 61 39 54 32 300 72 47 63 50 400 73 52 54 32 500 36 17 47 18 600 53 20 66 37 700 45 18 52 30 800 57 22 45 21 S = 现经上级机关批准改建，有关补强设计资料收集如下： （1） 现有交通量换算为BZZ-100的N1=93.2量/日（以考虑的车道系数）； （2） 经调查得交通量年平均增长率为10%； （3） 交通量按15年预测； （4） 路基宽12m，路面宽9m，土质为粉质低液限粘土，干湿类型为中湿。 （5） 测定弯沉时路表温度与前5个小时平均气温之和为T0=20℃ （6） 季节影响系数取为1.1；湿度影响系数为1.3 （7） 补强采用双层结构，上层为沥青混凝土，下层为水泥稳定碎石。 2设计要求 （1） 拟定补强层厚度，确定材料设计参数。 （2） 计算设计弯沉系数 （3） 求算弯沉控制设计时的老路综合回弹模量 （4） 求算路面结构层回弹模量 三、时间安排： 总时间为2周，共10天；其中包括讲授，计算与答疑辅导等环节，时间分配根据实际情况确定。 一般情况安排： 1.设计准备及讲授1天 2.新建路面结构设计计算，方案比较4天 3.改建路面结构设计计算2天 4.整理计算书和设计文件2天 5.答辩1天 6.全程由教师答疑指导 四、课程设计计算说明书撰写规范 1．说明书格式 说明书手写、打印均可，手写用黑色或蓝黑色墨水工整书写，打印用5号字，B5纸，上下左右各留20mm。 2．说明书结构及要求 (1) 封面 (2) 任务书 (3) 目录：目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”。 (4) 正文：正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论述清楚，文字简练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、表不能徒手绘制和书写。 (5) 参考文献：参考文献必须是学生在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列，各类文献的书写格式如下： a 图书类的参考文献 序号 作者名.书名.(版次).出版单位，出版年：引用部分起止页码。 b翻译图书类的参考文献 序号 作者名.书名.译者.(版次).出版单位，出版年：引用部分起止页码。 c期刊类的参考文献 序号 作者名.文集名.期刊名.年，卷（期）：引用部分起止页码。 五、课程设计答辩 答辩是课程设计一个重要的教学环节，通过答辩可使学生进一步发现设计中存在的问题，进一步搞清尚未弄懂的、不甚理解的或未曾考虑到的问题，从而取得更大的收获，圆满地达到课程设计的目的与要求。 1．答辩资格 按计划完成课程设计任务，经指导教师审查通过并在其设计图纸、说明书或论文等文件上签字者，方可获得参加答辩资格。 2．答辩 答辩中，学生须报告自己设计的主要内容（约5分钟），并回答老师提问的3~4个问题或回答考签上提出的问题。每个学生答辩时间约10分钟。答辩过程中，由指定教师进行纪录，供评定成绩时参考。 3．课程设计成绩评定 课程设计的成绩由指导教师和答辩小组两部分评分组成，两部分的权重各占50%。 课程设计的成绩分为：优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级。优秀者一般不超过答辩人数的20%。 答辩不及格者，或有抄袭、雷同现象，视为本次课程设计不合格，必须重修。 目录 一、高速公路沥青路面结构计.......................................................................................................................9 1.1轴载分析.....................................................................................................................................................9 1.1.1半刚性基层层底拉应力验算................................................................................................................9 1.1.2设计年限内一个车道上的累计当量轴次数.......................................................................................10 1.2.设计指标的确定........................................................................................................................................11 1.3拟定路面结构组合方案及厚度................................................................................................................12 1.4路基回弹模量的确定................................................................................................................................12 1.5厚度的计算和层底弯拉应力的计算........................................................................................................13 1.5.1方案一设计...........................................................................................................................................13 1.5.1.1厚度的计算....................................................................................................................................14 1.5.1.2各层层底的弯拉应力计算......................... ..................................................................................15 1.5.2方案一设计...........................................................................................................................................19 3.5.2.1厚度的计算....................................................................................................................................19 3.5.2.2各层层底的弯拉应力计算......................... ..................................................................................20 1.6双方案比选................................................................................................................................................24 二、原有道路补强设计..................................................................................................................................25 1设计资料.......................................................................................................................................................25 2.初拟路面设计...............................................................................................................................................26 2.1补强方案....................................................................................................................................................26 2.2弯沉计算....................................................................................................................................................26 2.3轴载换算....................................................................................................................................................27 2.4计算加铺层厚度........................................................................................................................................27 2.4.1理论法...............................................................................................................................................27 参考文献 1、 高速公路沥青路面结构计 1轴载分析 以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，换算为标准轴P的当量轴次N根据《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006由以下公式计算 路面设计采用双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ—100表示 车型 P1（KN） C1 C2 Ni 解放CA10B 前轴 19.4 1 6.4 308 1.57 后轴 60.85 1 1 35.49 黄河JN151 前轴 49 1 6.4 208 59.78 后轴 101.6 1 1 222.87 黄河JN163 前轴 59.5 1 6.4 208 139.12 后轴 115 1 1 382.03 江淮HF150 前轴 49.2 1 6.4 108 31.60 后轴 96.3 1 1 91.66 长征CE160 前轴 45.2 1 6.4 308 62.31 后轴 83.7 1 2.2 312.48 交通SH361 前轴 60 1 6.4 408 283.01 后轴 110 1 2.2 1358.75 2980.67 1.1.1进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算为标准轴P的当量轴次N C1为轴系系数 C2为轮组系数：双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。 C2为轴数系数：以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算： C2=1+2（m-1） 车型 P1（KN） C1 C2 Ni 解放CA10B 前轴 19.4 1 18.5 308 0.014 后轴 60.85 1 1 5.79 黄河JN151 前轴 49 1 18.5 208 12.79 后轴 101.6 1 1 236.16 黄河JN163 前轴 59.5 1 18.5 208 60.45 后轴 115 1 1 636.28 江淮HF150 前轴 49.2 1 18.5 108 6.86 后轴 96.3 1 1 79.88 长征CE160 前轴 45.2 1 18.5 308 9.93 后轴 83.7 1 3 222.57 交通SH361 前轴 60 1 18.5 408 126.78 后轴 110 1 3 2623.75 4021.25 1.1.2设计年限内一个车道上的累计当量轴次数 拟建公路为一级公路，路面的设计年限为20年，使用期内交通量的平均增长率为4.5%，按双向四车道设计，车道系数取η=0.5。 a.以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次数： = b.当进行半刚性基层层底拉应力验算时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次数： 累计当量轴次数大于1200万次/车道，交通等级为重交通，应属于高级路面。 1.2.1设计指标的确定： （1）设计弯沉值计算： 根据《规范》8.05： 对高级，一级公路，公路等级系数Ac=1.0；沥青混凝土路面，面层类型系数As=1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数Ab=1.0 （2）各层容许拉应力： 根据《规范》 沥青混凝土层： 细粒式沥青混凝土： 中粒式沥青混凝土： 粗粒式沥青混凝土： 水泥稳定碎石： 石灰土： 二灰土 1.3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： 方案二： 细粒式沥青混凝土 h=5cm 中粒式沥青混凝土 h=5cm 粗粒式沥青混凝土 h=6cm 水泥稳定碎石 h=20cm 石灰土 h=? 级配碎、砾石 h=12cm 土基 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=？ 二灰土 h=16cm 填隙碎石 h=10cm 土基 1.4路基回弹模量的确定 土质为黏质土，地区所在的自然区为Ⅱ2区，地下水位位于路基设计标高以下2m处，根据《规范》附录F，由路基土的平均稠度ωc=1，自然区划和土质，得土基回弹模量E0=26Mpa。 此时的设计资料整理 层位 结构层材料名称 厚度cm) 20℃抗压模量（MPa） 劈裂强度（MPa） 容许应力（MPa） 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 1.4 0.40 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1.0 0.28 3 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1.0 0.28 4 水泥稳定碎石 20 1500 0.5 0.23 5 石灰土 ? 550 0.225 0.08 6 级配碎石 15 225 — — 7 二灰土 16 750 — 0.25 8 新建路基 — 40 — — 1.5厚度的计算和层底弯拉应力的计算 1.5.1按方案一设计：采用三层体系为计算模型 1.5.1.1厚度的计算 令实际弯沉，则弯沉综合修正系数 对于BZZ-100，式中=1.47，p=0.7，δ=10.65 弹性三层体系的实际弯沉值 故理论弯沉系数为 将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示 =1400MPa =5 =1200MPa =5 =1000MPa =6 =1500MPa =20 =1200MPa =？ =550MPa =？ =225MPa =12 则中层的厚度为 = =（）cm 查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得 查诺谟图可得α=5.8 由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得： 所以 再查诺谟图可得可得H=5.510.65=58.58 cm 3.5.1.2各层层底的弯拉应力计算 a、 细粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力 将多层体系转换为三层体系 =1400MPa =5 =1200MPa =5 =1000MPa =6 =1500MPa =20 =？ =550MPa =28 =225MPa =12 =49.16 查三层体系诺谟图得<0,表明该层层底受弯曲压应力，满足要求。 b、 中粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力 将多层体系转换为三层体系 =1400MPa =5 =1200MPa =5 =1000MPa =6 =1500MPa =20 =550MPa =28 =225MPa =12 查三层体系诺谟图得<0 所以满足要求 c、 粗粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力 将多层体系转换为三层体系 =1400MPa = 4 =1200MPa =5 =1000MPa =6 =1500MPa =20 =550MPa =28 =225MPa =12 查三层体系诺谟图得<0 所以满足要求 d、 水泥稳定碎石层底的弯拉应力 将多层体系转换为三层体系 =1400MPa =5 =1200MPa =5 =1000MPa =6 =1500MPa =20 =550MPa =28 =225MPa =12 查三层体系诺谟图得 =0.17 =1.3 查三层体系诺谟图得 =0.83 <0.23 所以 e、 石灰土和级配碎石层底的弯拉应力 将多层体系转换为三层体系 =1400MPa =5 =1200MPa =5 =1000MPa =6 =1500MPa =20 =550MPa =28 =225MPa =12 查三层体系诺谟图得 =0.075 =1.18 查三层体系诺谟图得 =1.18 <0.8 所以 级配碎石层底的弯拉应力 根据上述的值查诺谟图得=0.09 =1.11 =0.83 <0.88 所以 1.5.2方案二计算：(采用三层体系为计算体系） 1.5.2.1厚度的计算 将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示 =1400MPa =4 =1200MPa =6 =1000MPa =8 =1500MPa =？ =1400MPa =5 =750MPa =16 =225MPa =10 则中层的厚度为 = =（）cm 查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得 查诺谟图可得α=5.8 由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得： 所以 再查诺谟图可得可得H=610.65=63.9cm cm 1.5.2.2层底弯拉英里的计算 a细粒式沥青混凝土层层底的弯拉应力 将多层体系转换为三层体系 =1400MPa =4