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1、山东交通学院道路工程课程设计院(系)别土木工程学院专业土木工程班级土木 11 级学号姓名指导教师成绩二一四年六月课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书题题目目新建沥青路面（水泥混凝土路面）设计新建沥青路面（水泥混凝土路面）设计旧路改建路面设计旧路改建路面设计系系(部部)土木工程学院土木工程学院专专业业土木工程土木工程班班级级学生姓名学生姓名学学号号6 6月月2 2日至日至6 6月月6 6日日共共1 1周周指导教师指导教师(签字签字)系系 主主 任任(签字签字)20142014 年年 6 6 月月 2 2 日日一、一、设计内容及要求：设计内容及要求：1、路基干湿类型及路基回弹模量的确定；2、沥
2、青路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；3、水泥混凝土路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；4、旧路改建路面结构方案的确定及加铺层厚度的计算。二、二、设计原始资料：设计原始资料：平原微丘区某一级公路，近年来由于大吨位车辆的增加，个别路段不能适应交通运输的需要，对下列路段的路面作如下处理：0+5003+500 段，改线需在新路基上铺路面；3+5005+000 段，旧路面强度不足，需进行补强设计；5+0006+300 段，接近城镇为改线路段，在新路基上铺水泥混凝土路面。路状调查资料如下：交通调查：交通调查资料为 2007 年，设计年限的起算年为2010 年。在不利季节调查的双向平均日交通量：车 型
3、解放 CA10 B黄河 JN150日野 KB222太脱拉 138东风 KM340黄河 JN362日野 FC 164总重（KN）后轴重（KN）19.44950.251.424.66323.960.85101.6104.38067.812771后轴数1112（轴距3）111辆/日12004603001741230510750预计未来十年，交通量年平均增长率为 8%，10 年后增长率为 4%。原有路面厚度为25 cm 天然砂砾垫层，20cm 石灰土基层，2.5cm 沥青表处面层。该路段地处2区，沿线土质为粉质轻亚粘土，WL=40%，wp=18%，当地多年平均最大冻深为 0.8 米。（气象部门调查的田
4、野冻深）。0+500 3+500 段，路槽底距地下水位 2.6 米；3+5005+000 段，测得路槽底以下 80 cm 分层含水量为：20%、18.90%、19.78%、21.40%、21.64%、20.10%、20.66%、19.90%（0 80cm,每 10cm 为一层）5+0006+300 段，路基填土高度为 0.8 米，调查得地下水埋深为 1.4 米。对 3+5005+000 段，测定时路表温度与前5H 平均气温之和为 56.0C，在冻前进行路面弯沉实测弯沉值为：97、105、136、100、147、67、121、115、86、78、99、165、120、83、67、162、87、1
5、16、92、123、125、78、97、56、87、69、88、102、108、110。（单位为 1/100mm）土基回弹模量为 40MPa。材料调查：沿线可采集各种砂、石料；附近有矿渣、炉渣可利用；水泥、石灰、沥青等材料当地可供应。06cm 沥青贯入20cm 石灰土25cm 天然砂砾三、设计完成后提交的文件和图表三、设计完成后提交的文件和图表1 1计算说明书部分：计算说明书部分：1.1 路基干湿类型及路基回弹模量的确定；当进行新路设计时，土基的回弹模量：此时路基尚未建成，土基的回弹模量，要通过预估某路段路基修筑后，可能出现的路基土的平均稠度，辩证地确定土基的回弹模量值。实际中是适用查表法。由
6、路床表面至地下水位的高度 H、地区所在的自然区划及土质查沥青路面设计规范，确定土基的干湿类型。由土基的干湿类型，查设计规范得路基土的平均稠度C。由路基土的平均稠度，查设计规范得土基回弹模量E0。如果是高等公路，由沥青路面设计规范说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量 E0提高 15%-30%。根据公路所处地区及路基填土土质、路基填土高度情况，确定路基干湿类型及回弹模量。1.2、沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；根据所给交通量和交通组成，计算累计轴载作用次数，结合公路等级，确定路面等级，计算设计弯沉值；根据当地筑路材料情况及自然气候特点，拟定路面结构方案，确定路面材料的设计参数；根据设计
7、弯沉值计算路面厚度。需要时应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，采取相应措施进行调整后再重新计算。上述计算应采用弹性多层体系理论编制的程序进行。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，应验算防冻厚度是否满足要求。根据公路等级情况，需要时还应确定路肩的路面结构。1.3、水泥混凝土路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；根据所给交通量和交通组成，计算累计轴载作用次数；初步拟定路面结构：初选路面结构层次、类型和材料组成，拟定各层的厚度、面板和接缝构造；确定材料参数，包括混凝土的设计弯拉强度和回弹模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量；计算荷载疲劳应力；计算温度疲劳应力；检
8、验初拟路面结构是否满足设计要求，如不满足要求，则采取相应的调整措施，重新拟定路面结构，进行设计。1.4、旧路改建路面结构方案的确定及加铺层厚度的计算。旧路改建以沥青路面的改建为主，主要设计内容包括：旧路的代表弯沉值的计算，根据所给的旧路弯沉调查资料，计算确定旧路面的代表弯沉值；旧路面当量回弹模量的计算；拟定改建路面的补强结构方案，进行补强层厚度的计算1.5、要求应附厚度计算，拉应力验算的微机计算结果。2 2图纸部分：图纸部分：绘制路面结构，设计施工图一张。四、进程安排四、进程安排序号（一）（二）（三）（四）（五）项目新建沥青路面设计新建水泥混凝土路面设计旧路改建路面设计编写设计计算说明书施工图
9、绘制及装订成册时间(天)1210.50.5五、主要参考资料：五、主要参考资料：参考教材：道路建筑材料第三版严家伋编著公路工程，人民交通出版社，张正林主编。道路工程，武汉工业大学出版社，于书翰主编。参考资料：1、公路工程技术标准（JTG B012003）2、公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002）3、沥青路面设计规范（JTGD50-2004）4、公路路面基层施工技术规范（JTJ034-2000）5、公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）6、公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30-2003）目目录录1 新建沥青路面设计.11.1 确定累计当量轴次和设计弯沉.11
10、.1.1 将不同轴重的各种车辆换算成BZZ-100 标准轴重的当量轴次.11.1.2 计算累计当量轴次.41.1.3 路面设计弯沉值的计算.61.2 确定各路段土基弹性模量.71.2.1 确定土基干湿类型.71.2.2 确定路基土的平均稠度.71.2.3 确定土基回弹模量.71.3 初拟路面结构，确定材料的参数.81.4 各层材料的容许层底拉应力.81.5 计算机运算结果.102 路面补强设计.212.1 设计原始资料.212.2 计算机运算结果.223 新建水泥混凝土路面设计.303.1 轴载换算并计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数 Ne.303.2 初拟路面结构.333.3 确定基层
11、顶面的当量回弹模量 Et.343.4 确定混凝土的设计弯拉强度和弯拉弹性模量 Ec.363.5 计算作用于在板边缘中点处产生的温度疲劳应力t.363.6 计算荷载疲劳应力.383.7 应力复合.39设计体会及改进意见.41致谢.41参考文献.42附 图.43一一.新建沥青路面设计新建沥青路面设计1.11.1确定累计当量轴次和设计弯沉确定累计当量轴次和设计弯沉在 2007 年不利季节调查的双向平均日交通量：车 型解放 CA10 B黄河 JN150日野 KB222太脱拉 138东风 KM340黄河 JN362日野 FC 164总重（KN）后轴重（KN）19.44950.251.424.66323.
12、960.85101.6104.38067.812771后轴数1112（轴距3）111辆/日120046030017412305107501.1.11.1.1 将不同轴重的各种车辆换算成将不同轴重的各种车辆换算成 BZZ-100BZZ-100 标准轴重的当量轴次。标准轴重的当量轴次。1.1.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时,各种车辆的前、后轴均应按以下公式换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N。N C1 C2ni(i 1KPi4.35)P式中：N标准轴载的当量轴次（次/d）n i 被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）P 标准轴载（KN）。Pi被换算车型的各级轴载（KN）C 1轴数系数：
13、当轴间距大于 3m 时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1=m（轴数）；当轴间距小于 3m 时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式 C1=1+1.2（m-1）计算。C 2轮组系数：双轮组为1，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38。2.2.当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时,各种车辆的前、后轴均应按公式换算成标准轴载 P 的当量作用次数N。1PNc1c2niii 1Pk8式中：C1轴数系数。当轴间距大于 3m 时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数 C1=m（轴数）；当轴间距小于 3m 时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式C1=1+2（m-1）计算。C2 轮组系数：双轮组为 1，单轮组为
14、 18.5，四轮组为 0.09车型解放 CA10B前轴后轴黄河 JN150前轴后轴日野 KB222前轴后轴太脱拉138前轴后轴东风 KM340前轴后轴黄河 JN362前轴后轴日野 FC164前轴后轴轴载换算结果（弯沉和沥青层层底拉应力）轴载换算结果（弯沉和沥青层层底拉应力）Pi（KN)C1C219.416.412006.1360.85111200138.274916.4460132.22101.611460492.8850.216.430095.8104.311300360.2951.416.417461.58802.21174145.0224.616.4123017.6567.8111230
15、226.866316.4510437.4127115101442.523.916.47509.497111750169.06累计3735.152轴载换算结果（半刚性材料层的拉应力）轴载换算结果（半刚性材料层的拉应力）车型PiC2解放CA10B黄河JN150日野KB222太脱拉138东风KM340黄河JN362日野FC164前轴后轴前轴后轴前轴后轴前轴后轴前轴后轴前轴后轴前轴后轴19.460.8549101.650.2104.351.48024.667.86312723.97111111113111111累计18.5118.5118.5118.5118.5118.5118.51120012004
16、60460300300174174123012305105107507500.0422.5628.28522.2822.38420.1415.6887.580.3154.92234.133451.440.1548.434908.32综合上述计算可得出综合上述计算可得出:当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时,标准轴载P 的当量作用次数N=3735.2(次/日）。当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时，标准轴载 P 的当量作用次数N=4908.3（次/日）。31.1.21.1.2 计算累计当量轴次计算累计当量轴次设计交通量是根据不同公路等级的设计年限、第一年双向日平均当量轴次(N1)、年平均交通
17、量增长率、车道系数及该公路交通特点，计算的设计年限内一个方向一个车道的累计当量轴次，按公式计算：Ne(1)t1 365 N1式中：Ne 设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次（次）；t 设计年限（年）；N1 路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；r 设计年限内交通量的平均年增长率(%)。根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15 年，四车道的车道系数是0.4-0.5，取 0.45。交通调查资料为 2007 年，设计年限的起算年为 2010 年。预计未来十年，交通量年平均增长率为 8%，10 年后增长率为 4%。验算弯沉和沥青层层底拉应力的累计当量轴次验算弯沉和沥青层层底拉应力的累
18、计当量轴次从调查年 2007 年到设计年限的起算年2010 年，有三年。所以N33 N(1)3735.2(10.08)4705.3次1N2 N(1)10 3735.2(10.08)10 8064.0次因为设计年限因为设计年限 1515 年内，前年内，前 7 7 年交通量年平均增长率为年交通量年平均增长率为 8%8%，后，后 8 8 年的交通量年平均增年的交通量年平均增长率为长率为 4%4%。Ne11 r 1 365 Nt71 0.08tr 110.08=6895948.6 次Ne2 365 4705.3 0.4 52r810.0413658064.00.450.04=12204353.2 次1
19、r1365N所以设计年限所以设计年限 1515 年间的累计当量轴次：年间的累计当量轴次：Ne=Ne1 Ne2=6895948.6+12204353.2=19100301.8 次4验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次从调查年 2007 年到设计年限的起算年2010 年，有三年。33所以N1 N(1)4908.3(10.08)6183.0次N N(1)10 4908.3(10.08)1010596.7次因为设计年限因为设计年限 1515 年内，前年内，前 7 7 年交通量年平均增长率为年交通量年平均增长率为 8%8%，后，后 8 8 年的交通量年平均增年
20、的交通量年平均增长率为长率为 4%4%。2Ne11 r 1 365 Nt71 0.08r 110.08=9061622.1 次Ne1 365 6183.0 0.4 521 r 1 365 Nt81 0.04r 10.04=16037434.3 次 365 10596.7 0.4 5所以设计年限所以设计年限 1515 年间的累计当量轴次：年间的累计当量轴次：Ne=Ne1 Ne2=9061622.1+16037434.3=24999056.4 次交通等级交通等级BZZ-100KN 累计标准轴次 Ne(万次/车道)2500交通等级ABCDE特轻交通轻交通中交通重交通特重交通中型以上货车及大客车（日/
21、辆）10000由上表格可见，属于 D 级重交通等级。51.1.31.1.3 路面设计弯沉值的计算路面设计弯沉值的计算高速、一级、二级公路的路面结构设计，应以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层层底拉应力(拉应变)及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。1 轮隙中心处（A 点）路表计算弯沉值lS小于或等于设计弯沉值ld，即：lS ld2 轮隙中心（C 点）或单圆荷载中心处（B 点）的层底拉应力m应小于或等于容许拉应力R，即：mRh1h2Bhn-1AccE1E2En-1En=E0pBrA(c)路面荷载及计算点图示设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按下公式计确定。0.2ld
22、 600NeAcAsAb式中：ld 设计弯沉值（0.01mm）；Ne 设计年限内一个车道累计当量轴次；Ac 公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为 1.1，三、四级公路为 1.2；As 面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；中、低级路面为 1.2。Ab 基层类型系数，对半刚性基层Ab=1.0；柔性基层Ab=1.6；对于混合式基层采用线性内插确定基层类型系数：Ab（HF 2）/206式中：HF 为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；因为初拟定面层为沥青混凝土面层，基层为半刚性基层，所以：取As1.0，Ab1
23、.0，Ac1.0ld 600Ne0.2AcAsAb 60019100301.8-0.21.01.01.0 20.99（0.01mm）1.21.2 根据路基土类与干湿类型，确定土基弹性模量根据路基土类与干湿类型，确定土基弹性模量1.2.11.2.1 确定土基干湿类型确定土基干湿类型该路段地处2区，沿线土质为粉质轻亚粘土，WL=40%，wp=18%，当地多年平均最大冻深为 0.8 米。（气象部门调查的田野冻深）0+500 3+500 段，路槽底距地下水位 2.6 米，即 H=2.6m查路基临界高度参考值表 2-2-3（道路工程），H1=3.4mH2=2.6mH2HH1可知，路基一般处于中湿状态1.
24、2.21.2.2 确定路基土的平均稠度确定路基土的平均稠度利用公路沥青路面设计规范表 5.1.4-1 和表 5.1.4-2 及附录 F 论证得到各路段土的平均稠度 wc 值。wc=0.91.2.31.2.3 确定土基回弹模量确定土基回弹模量根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度，可参考附录 F 估计路基回弹模量设计值。采用重型击实标准时，路基回弹模量设计值可较表列数值提高15%30%。Eo=24.5（10.25）30.6MPa.71.31.3 初拟路面结构，确定材料的参数初拟路面结构，确定材料的参数由 1.1.2 计算得设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为 1910 万次左右。根据规范
25、推荐结构，并考虑到沿线可采集各种砂、石料；附近有矿渣、炉渣可利用；水泥、石灰、沥青等材料当地可供应。方案一：方案一：路面结构面层采用沥青混凝土(15cm)，基层采用水泥稳定碎石(取25cm)，底基层采用水泥石灰砂砾土(厚度待定)。规范规定一级公路的面层由二至三层组成。材料名称厚度细粒式沥青混过凝土3cm中粒式沥青混凝土5cm粗粒是沥青混凝土7cm水泥稳定碎石25cm水泥石灰砂砾土待定方案二：方案二：路面结构面层采用沥青混凝土（27cm),基层采用水泥稳定沙砾（待定）底基层采用级配沙砾（18cm),见下表材料名称厚度细粒式沥青混过凝土4cm中粒式沥青混凝土8cm粗粒式沥青碎石15cm水泥稳定沙砾
26、待定级配沙砾18cm查表得到各层材料的抗压模量和劈裂强度，抗压模量取20的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到 20的抗压模量和各层材料的劈裂强度（单位均为 MPa）：材料的抗压模量和劈裂强度材料的抗压模量和劈裂强度材料抗压模量劈裂强度材料抗压模量劈裂强度细粒式沥青混凝土14001.4粗粒式沥青碎石12500.8中粒式沥青混凝土12001.0水泥稳定沙砾13000.5粗粒式沥青混凝土10000.8级配沙砾175水泥稳定碎石15000.5水泥石灰砂砾土10000.3581.41.4 各层材料的容许层底拉应力各层材料的容许层底拉应力沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层以弯拉应力为设计指标时
27、，材料的容许拉应力R应按下列公式计算：、RSKS式中：R 路面结构层材料的容许拉应力(MPa);S 沥青混凝土或半刚性材料的极限抗拉强度(MPa)；KS 抗拉强度结构系数。1 对沥青混凝土的极限抗拉强度，系指 15时的极限抗拉强度；对水泥稳定类材料龄期为 90d 的极限抗拉强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类的材料龄期为 180d 的极限抗拉强度(MPa)。2 对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数，宜按下式计算：0.22KS0.09Ne/Ac0.11对无机结合料稳定集料类：KS 0.35Ne/Ac0.11对无机结合料稳定细粒土类：KS 0.45Ne/Ac方案一方案一:细粒式沥青混凝土：Ks=
28、0.09Ne0.22/Ac=0.0919100301.8.22/1.0=3.60s=s/Ks=1.4/3.60=0.39MPa中粒式沥青混凝土:Ks=0.09Ne0.22/Ac=0.0919100301.8.22/1.0=3.60s=s/Ks=1.0/3.60=0.28MPa粗粒式沥青混凝土:Ks=0.09Ne0.22/Ac=0.0919100301.8.22/1.0=3.60R=s/Ks=0.8/3.60=0.22MPa水泥稳定碎石:Ks=0.35Ne0.11/Ac=0.3524999056.40.11/1.0=2.28R=s/Ks=0.5/2.28=0.22MPa水泥石灰砂砾土:Ks=0.
29、45Ne0.11/Ac=0.4524999056.40.11/1.0=2.93R=s/Ks=0.35/2.93=0.12MPa9设计弯沉值为设计弯沉值为 21.02(0.Olmm)，相关设计资料汇总如下表:材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土h(cm)3572525-15模量20模量劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）1800160012001500100014001200100015001000401.41.00.80.50.35-0.390.280.220.220.12-水泥稳定碎石水泥石灰砂砾土土基由公路路面设计程序系统计算新建路面各结构层底面最大拉应力：第 1 层
30、底面最大拉应力 (1)=-.208(MPa)0.39第 2 层底面最大拉应力 (2)=-.081(MPa)0.28第 3 层底面最大拉应力 (3)=-.048(MPa)0.22第 4 层底面最大拉应力 (4)=.053(MPa)0.22第 5 层底面最大拉应力 (5)=.096(MPa)0.12负号表示沥青面层的层底均受压应力。该一级公路处季冻区，多年平均最大冻深为80cm，故尚应用HPDS2003 公路路面设计程序系统验算防冻厚度是否符合要求。查道路工程（徐家钰 程家驹编著）335 页表 2-3-6（最小防冻层厚度）可知中湿类路基当土质为粉质轻亚粘土，道路冻深为 50100cm 时，砂石类和
31、稳定土类的最小防冻厚度取为 40cm。1.51.5计算机运算结果如下：计算机运算结果如下：10111213方案一方案一：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轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算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 CA10B19.460.851双轮组15122黄河 JN15049101.61双轮组5793日野 KB22250.2104.31双轮组3784太脱拉 13851.4802双轮组32195东风 KM34024.667.81双轮组15496黄河 JN362631271
32、双轮组6427日野 FC16423.9711双轮组945设计年限15车道系数.45序号分段时间(年)交通量年增长率178 284 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:14路面竣工后第一年日平均当量轴次:4703设计年限内一个车道上累计当量轴次:1.863926E+07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:6179设计年限内一个车道上累计当量轴次:2.448904E+07公路等级一级公路公路等级系数1面层类型系数1基层类型系数1路面设计弯沉值:21.1(0.01mm)层位结 构 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
33、.392中粒式沥青混凝土1.283粗粒式沥青混凝土.8.24水泥稳定碎石.5.225水泥石灰砂砾土.35.12新建路面结构厚度计算：公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:20.99(0.01mm)路面设计层层位:5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)(MPa)(20)(15)1细粒式沥青混凝土3140018002中粒式沥青混凝土5120016003粗粒式沥青混凝土7100012004石灰土稳定碎石25150015005水泥石灰砂砾土?100010006土基30.6按设计弯沉值计算设计层厚度
34、:LD=20.99(0.01mm)H(5)=30 cmLS=21.2(0.01mm)15容许应力.39.28.22.22.12H(5)=35 cmLS=19.4(0.01mm)H(5)=30.6 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(5)=30.6 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H(5)=30.6 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H(5)=30.6 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H(5)=30.6 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H(5)=30.6 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(5)=30.6 cm(仅考虑弯沉)H(
35、5)=30.6 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40 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,最后得到路面结构设计结果如下:-细粒式沥青混凝土 3 cm -中粒式沥青混凝土 5 cm -粗粒式沥青混凝土 7 cm -石灰土稳定碎石 25 cm -水泥石灰砂砾土 31 cm -土基16竣工验收弯沉值和层底拉应力计算竣工验收弯沉值和层底拉应力计算:公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100层位结 构 层 材 料 名 称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)计算信息(20)(15)1细粒式沥青混凝土314001800计
36、算应力2中粒式沥青混凝土512001600计算应力3粗粒式沥青混凝土710001200计算应力4石灰土稳定碎石2515001500计算应力5水泥石灰砂砾土3110001000计算应力6土基30.6计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=20.8(0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=22.1(0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=24.3(0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=27.7(0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=69.1(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS=376.
37、1(0.01mm)(根据“基层施工规范”第88 页公式)LS=304.4(0.01mm)(根据“测试规程”第 56 页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第 1 层底面最大拉应力 (1)=-.208(MPa)第 2 层底面最大拉应力 (2)=-.081(MPa)第 3 层底面最大拉应力 (3)=-.048(MPa)第 4 层底面最大拉应力 (4)=.053(MPa)第 5 层底面最大拉应力 (5)=.096(MPa)17方案二：方案二：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 CA10B19.460.851双轮组
38、15122黄河 JN15049101.61双轮组5793日野 KB22250.2104.31双轮组3784太脱拉 13851.4802双轮组32195东风 KM34024.667.81双轮组6黄河 JN362631271双轮组7日野 FC16423.9711双轮组设计年限15车道系数.45序号分段时间(年)交通量年增长率178 284 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:4703设计年限内一个车道上累计当量轴次:1.863926E+07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:6179设计年限内一个车道上累计当量轴次:2.448
39、904E+07公路等级一级公路公路等级系数1面层类型系数1基层类型系数1路面设计弯沉值:21.1(0.01mm)层位结 构 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1.4.392中粒式沥青混凝土1.283粗粒式沥青碎石4水泥稳定砂砾.5.225级配砂砾181549642945新建路面结构厚度计算公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:20.99(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)1细粒式沥青混凝土414001
40、8002中粒式沥青混凝土8120016003粗粒式沥青碎石15100012504水泥稳定砂砾?150015005级配砂砾185505506土基30.6按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=20.99(0.01mm)H(4)=30 cmLS=21.2(0.01mm)H(4)=35 cmLS=19.3(0.01mm)H(4)=30.6 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(4)=30.6 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H(4)=30.6 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H(4)=30.6 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H(4)=30.6 cm(仅
41、考虑弯沉)H(4)=30.6 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40 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,最后得到路面结构设计结果如下:-19(15).39.28.22细粒式沥青混凝土 4 cm -中粒式沥青混凝土 8 cm -密集配沥青混凝土 15 cm -水泥稳定砂砾 31 cm -级配砂砾 18 cm -土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)计算信息(20)(15)1细粒式沥青混凝土414001800计算应力2中
42、粒式沥青混凝土812001600计算应力3粗粒式沥青碎石1510001250不算应力4水泥稳定砂砾3115001500计算应力5级配砂砾18550550不算应力6土基30.6计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=20.8(0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=22.7(0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=26.8(0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=37(0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=179.6(0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS=376.1(0.01mm)(根据
43、“基层施工规范”第88 页公式)LS=304.4(0.01mm)(根据“测试规程”第 56 页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:第 1 层底面最大拉应力 (1)=-.181(MPa)第 2 层底面最大拉应力 (2)=-.023(MPa)第 4 层底面最大拉应力 (4)=.097(MPa)20二旧路面补强设计二旧路面补强设计2.12.1 设计原始资料：设计原始资料：3+5005+000 段，旧路面强度不足，需进行补强设计。交通资料在 0+5003+500 段铺筑新建沥青路面时已经计算完毕。在 3+5005+000 段，测得路槽底以下 80 cm 分层含水量为：20%、18.90%、19.
44、78%、21.40%、21.64%、20.10%、20.66%、19.90%（080cm,每 10cm 为一层）。对 3+5005+000 段，测定时路表温度与前 5H 平均气温之和为 56.0C0，在冻前进行路面弯沉实测弯沉值为：97、105、136、100、147、67、121、115、86、78、99、165、120、83、67、162、87、116、92、123、125、78、97、56、87、69、88、102、108、110。（单位为 1/100mm）土基回弹模量为 40MPa。6cm 沥青贯入20cm 石灰土25cm 天然砂砾原有路面厚度为 25 cm 天然沙砾底基层，20cm
45、石灰土基层，6cm 沥青贯入。212.22.2 计算机运算结果为：计算机运算结果为：22232425轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算：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 CA10B19.460.851双轮组15122黄河 JN15049101.61双轮组5793日野 KB22250.2104.31双轮组3784太脱拉 13851.4802双轮组7m行车道宽7m纵缝边缘处0.170.220.340.390.540.62该公路为一级公路，车辆轮迹横向分布系数取该公路为一级公路，车辆轮迹横向分布系数取 0.20.
46、2，且设计年限设计年限 3030 年内，前年内，前 7 7年交通量年平均增长率为年交通量年平均增长率为 8%8%，后，后 2323 年的交通量年平均增长率为年的交通量年平均增长率为 4%4%。Ne11 1 365 Nt1 0.080.0817 1 365 31074.94 0.2=20241117.27次Ne 21 1 365 Nt1 0.04223 10.04 365 53256.99 0.2=142361572.4 次32所以设计年限所以设计年限 3030 年间的累计当量轴次：年间的累计当量轴次：Ne=Ne1Ne2=20241117.27+142361572.4=162602689.7次水
47、泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为 4 级，分级范围如下表。交通分级交通分级交通等级设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）特重2000重1002000中等3100轻3由表可知该公路为特重交通等级。3.23.2 初拟路面结构初拟路面结构根据路基土质和水温状况、路面材料性质与供应情况以及交通繁重程度，初拟路面结构断面，包括结构层次、类型选择和厚度。混凝土面层的厚度依据交通等级可参照下表所列的范围选择。水泥混凝土面层厚度的参考范围水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级公路等级变异水平等级高速低特重一级中250低二级中交通等级公路等级变异水平等级面层
48、厚度（mm）二级高240210中中等三、四级高230200三、四级中220200高230轻三、四级中220240高速低270240中260230重一级低二级中250220面层厚度（mm）260查得特重交通等级的一级公路的变异水平等级为中，得初拟水泥混凝土面层厚为得初拟水泥混凝土面层厚为0.26m0.26m。基层类型宜依照交通等级按下表选用。混凝土预制块面层应采用沥青混凝土基层适宜各交通等级的基层类型适宜各交通等级的基层类型交通等级特重交通重交通中等或轻交通33基层类型贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层基层类型贫混凝土
49、或碾压混凝土基层水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层沥青混凝土基层厚度适宜的范围（mm）1202001502504060查上表，拟定基层为碾压混凝土基层厚度为查上表，拟定基层为碾压混凝土基层厚度为 0.12m0.12m半刚性垫层采用低剂量无机结合料稳定粒料半刚性垫层采用低剂量无机结合料稳定粒料,厚度为厚度为 0.20m0.20m普通混凝土板的平面尺寸为宽 4.5m，长 5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。查道路工程工程（徐家钰 编著）358 页表 2-4-6（混凝土弯拉强度和弹性模量）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 30MPa。路基回弹模量取
50、40MPa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取 600MPa，碾压混凝土基层回弹模量取 27000MPa。3.33.3 确定基层顶面的当量回弹模量确定基层顶面的当量回弹模量Et公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002 中，对水泥混凝土路面荷载应力分析计算，采用了弹性三层体系模型，即地基、基层和面层板。当面层板下设有基层和底基层时，依据“等弯曲刚度”的原则将基层和底基层换算为回弹模量和厚度当量的单层结构，而用一个基层顶面当量回弹模量和基层当量厚度来替代。基层和垫层的当量模量基层和垫层的当量模量 ExEx，当量厚度，当量厚度 hx:hx:混凝土面板混凝土面板EcEc混凝土面板混凝土面板