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1、课程名称：路基路面工程设计题目： 路面设计 院 系： 土木工程 专 业： 铁道工程2班 年 级： 2010级 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩 指导教师 (签章)年 月 日西南交通大学峨眉校区目录第1章 任务书和指导书1第2章 沥青路面设计21.标准轴载及轴载当量换算22.预估路基回弹模量43.路面结构组合及材料参数确定44.材料参数：回弹模量、劈裂强度、容许拉应力45.材料参数汇总56.计算值和实际值比较6第3章 普通水泥混凝土路面设计71.标准轴载及轴载当量换算72.初拟路面结构83.确定材料参数84.计算荷载疲劳应力95.计算温度疲劳应力9参考文献11第1章 任务书和指导书拟从昆明
2、到攀枝花修建一条二级公路，宽9m，所在地区的自然区划属V4区，采用沥青混凝土路面或水泥混凝土路面。已知资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平均年增长率为r（见表1和表2）。方向分配系数为0.6。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。任务：可行性研究阶段，设计沥青路面和水泥混凝土路面各1种方案。表1 第一年双向平均日交通量车型前轴重（kN）前轴数前轴轮组数后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量（辆/日）黄河QD35258.01单951双-1交通SH-14140.01单2892双2.6mQ2东风EQ14452.
3、01单2982双3.1mQ3罗曼SQ925165.01单31253双2.4mQ4 表2交通量以及年平均增长率学号末尾2位数kQ1Q2Q3Q4r(%)00-33440-k440-k380-k85-k5.6+0.01k34-66450-k390-k420-k14+k5.9-0.01k67-99310+k330+k350+kk6.3-0.01k第2章 沥青路面设计1. 标准轴载及轴载当量换算我国路面设计以单轴双轮组100KN为标准轴载。1）当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，式中，N标准轴载的当量轴次ni被换算车型的各级轴载作用次数P标准轴载Pi被换算车型的各级（单根）轴载C1，i被换算车型的
4、各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3米时，即为轴数m，当轴间距小于3米，C1，i=1+1.2*（m-1）C2，i被换算轴载的轮组系数。单轮组6.4，双轮组1，四轮组0.38.N1=16.4387（58/100）4.35+11387(95/100)4.35=541.24N2=16.4327（40/100）4.35+2.21327(89/100)4.35=472.2N3=16.4357（52/100）4.35+21357(98/100)4.35=786.81N4=16.477（65/100）4.35+1177(125/100)4.35=766.74车型轴位轴重（KN）轮组系数轴数系数交通量（辆/日）
5、当量轴次（辆/日）黄河QD352前58.06.41387541.24后9511交通SH-141前40.06.41327472.20后8912.2东风EQ144前52.06.41357786.81后9812罗曼SQ9251前65.06.4177766.74后12513.4N=C1，iC2,ini(PiP)4.35=541.24+472.2+786.81+766.74=2567次Ne=1+0.-13650.052725670.6=908.93万次2）当以半刚性层层底拉应力为设计指标时，式中，N标准轴载的当量轴次ni被换算车型的各级轴载作用次数P标准轴载Pi被换算车型的各级（单根）轴载C1，i被换算
6、车型的各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3米时，即为轴数m，当轴间距小于3米，C1，i=1+2*（m-1）C2，i被换算轴载的轮组系数。单轮组18.5，双轮组1，四轮组0.09.N1=118.5387（58/100）8+11387(95/100)8=348.43N2=118.5327（40/100）8+31327(89/100)8=390.14N3=118.5357（52/100）8+21357(98/100)8=642.75N4=118.577（65/100）8+5177(125/100)8=2340.17车型轴位轴重（KN）轮组系数轴数系数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）黄河QD352前5
7、8.018.51387348.43后9511交通SH-141前40.018.51327390.14后8913东风EQ144前52.018.51357642.75后9812罗曼SQ9251前65.018.51772340.17后12515N=C1，iC2,ini(PiP)4.35=348.43+390.14+642.75+2340.17=3721.5次Ne=1+0.-13650.05273721.50.6=1317.7万次2. 预估路基回弹模量路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。所在地区的自然区划属V4区。得到相应的粉质土地下水位临界高度H1=1
8、.92.5米，H2=1.31.6米， H3=0.50.7米。知地下水位距离路床顶面H=1+0.8=1.8米，H2HH1，所以属中湿类型。Wc=1.0,取土基回弹模量32.5*1.3=42.25Mpa。3. 路面结构组合及材料参数确定根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，根据结构层的最小施工厚度以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：结构层材料适宜厚度cm拟定厚度上面层中粒沥青混凝土586下面层粗粒沥青混凝土81210基层水泥稳定碎石182038底基层二灰土1820？4. 材料参数：回弹模量、劈裂强度、容许拉应力计算抗拉强度结构系数及确定容许拉应力:沥青混凝土层
9、：Ks=0.09Ne0.22/Ac=0.09*(908.93*104)0.22/1.1=2.778无机结合料稳定集料类：Ks=0.35Ne0.11/Ac=1.9313材料名称抗压回弹模量(Mpa)劈裂强度（Mpa）弯沉计算用拉应力计算用中粒沥青混凝土10001400160020000.81.2粗粒沥青混凝土8001200100014000.61.0水泥稳定碎石13001700300042000.40.6二灰土600900200028000.20.3容许拉应力按下式计算：r=spKs式中 ： 路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）； 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉
10、应力（Mpa）； 抗拉强度结构系数。材料名称劈裂强度(Mpa)抗拉强度结构系数容许拉应力(Mpa)中粒沥青混凝土1.02.7780.360粗粒沥青混凝土0.82.7780.288水泥稳定碎石0.51.93130.259二灰土0.251.93130.1295. 材料参数汇总材料名称抗压回弹模量容许拉应力厚度弯沉计算用拉应力计算用中粒沥青混凝土120018000.3606粗粒沥青混凝土100014000.28810水泥稳定碎石150036000.25938二灰土75024000.129？由东南大学的软件计算可知：材料名称抗压回弹模量容许拉应力厚度弯沉计算用拉应力计算用中粒沥青混凝土12001800
11、0.3606粗粒沥青混凝土100014000.28810水泥稳定碎石150036000.25938二灰土75024000.12918计算设计弯沉值：式中： 设计弯沉值 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 公路等级系数，一级公路为1.0 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 基层类型系数，半刚性基层为1.0Ld=600Ne-0.2AcAsAb=600*(908.93*104)(-0.2)*1.1*1*1=26.78(0.01mm)6. 计算值和实际值比较实际弯沉值和设计弯沉值比较：Ld=21.5658（0.01mm）Ld=26.78（0.01mm）故，满足要求。 实际拉应力和设计拉应力比较：
12、材料名称抗压回弹模量容许拉应力实际拉应力厚度弯沉计算用拉应力计算用中粒沥青混凝土120018000.36006粗粒沥青混凝土100014000.288010水泥稳定碎石150036000.259009238二灰土75024000.1290.12518满足要求。第3章 普通水泥混凝土路面设计1. 标准轴载及轴载当量换算我国路面设计以单轴双轮组100KN为标准轴载。Ns=Ni(PiP)16式中： 100KN的单轴双轮组标准轴数的通行次数； 各类轴轮型级轴载的总重（KN）； 各类轴轮型i级轴载的通行次数；N1=387（58100）16+387（95100）16=170.39N2=327（40100）
13、16+327（89100）162=101.35N3=357（52100）16+357（98100）162=516.80N4=77（65100）16+77（）163=8206.85车型前轴重（kN）前轴数后轴重（kN）后轴数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）黄河QD35258.01951387170.39交通SH-14140.012892327101.35东风EQ14452.012982357516.80罗曼SQ925165.0131253778206.85=8995.390.60.7=3778.06式中： 标准轴载累计当量作用次数； t 设计基准年限； 交通量年平均增长率，由材料知，=0.05
14、27； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取0.36。2. 初拟路面结构因为交通量1001041689.151042000104次，故可知交通属于重交通。由以上可知相应于安全等级为三级的变异水平等级为中级，根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为260mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为200mm；垫层为150mm的级配碎石。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m；长为5m。此时，lb=54.5=1.111.3 且，A=lb=54.5=22.5m225m2符合要求。3. 确定材料参数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；
15、由沥青混凝土路面设计可知，路基回弹模量为42.25Mpa；级配碎石的回弹模量取250Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取2000Mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下： Et=(ExE0)aE0=251.112Mpa取Et=250Mpa普通混凝土面层的相对刚度半径为：4. 计算荷载疲劳应力标准轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为： 面层荷载疲劳应力、面层最大荷载应力为 式中 混凝土板的相对刚度半径（m）； H 混凝土板的厚度（m）； Ec 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）； p 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）； kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的
16、平缝，kr=0.87 0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 0.84，； kc 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-3；表3-3 综合系数kc 公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10 5. 计算温度疲劳应力由现行规范相应图表可知，IV区最大温度梯度取90/m。综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数。 面层最大温度应力：温度疲劳系数 ，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查下表 3-4。表3-4 回归系数a，b和c系数公路自然区a0.8280.8550.841
17、0.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270 =则温度疲劳应力： 结构极限状态校核：综合，二级公路的安全等级为二级，相应于安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数。，故满足要求。参考文献1新编路基路面工程，刘黎萍.同济大学出版社出版，2012 2公路沥青路面设计规范（JTJ D50-2006），中交公路规划设计院.人民交通出版社，20063公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ D40-2011），中交公路规划设计院.人民交通出版社，2011