路基路面课程设计谢人杰Word文档格式.docx
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五十铃NPR595G
600~980
东风SP9135B
600~820
江淮HF140A
800~970
五十铃EXR181L
640~870
东风M340
750~1200
小汽车
7000~10000
表2交通量年增长率
期限
增长率γ(%)
2015~2020
6.0
2025~2030
4.5
2020~2025
5.5
1.2.5设计标准
高速公路按照交通量确定车道数量,按照规范确定行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。
计算行车速度推荐100Km/h,全线全封闭全立交。
要求根据以上设计资料,首先确定路面的类型,然后至少两个方案进行比选,沥青路面计算确定路面的各层厚度,并验算层底弯拉应力指标,路面材料的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。
本着因地制宜,就地取材的原则,选择合理的路基横断面型式和边坡坡度,并采取有效地防护措施,确保路基的强度和稳定。
本次设计最小填土高度为1.50m。
路基横断面布置,包括一般填方,半填半挖,全挖和陡坡路堤断面,路基的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。
考虑路基和路面的排水问题,因未提供地形图,所以不进行排水的系统设计,但要设计路基边沟、排水沟和截水沟;
路面采用中央分隔带排水和拦水带。
1.3参考书目
1.《路基路面工程》和《道路勘测设计》教材
2.《公路工程技术标准》JTGB01-2003
3.《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006
4.《公路路基设计规范》JTGD30-2004
5.《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD4013-2002
6.《公路设计手册》及其它相关书籍
7.《公路排水设计规范》JTGTD33-2012
1.4提交成果
1.设计计算书(手写或打印)
2.路面结构方案图
3.标准路基横断面设计图
4.道路排水设计图
1.5时间安排
总时间为1.5周,共10天;
其中包括讲授,计算,上机绘图与答疑辅导等环节,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.结构计算,方案比较2天
3.上机绘图4天
4.设计总结1天
5.整理计算书和设计文件1天
6.机动1天
1.6设计要求
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,具体要求请参考设计指导书。
2公路技术等级的确定
2.1确定交通资料
根据工程可行性研究报告选定近期交通组成与交通量如表3所示,交通量年增长率如表4所示。
表3近期交通组成与交通量
编号
交通量(辆/日)
1
1000
2
五十铃NPR595
900
3
850
4
1100
5
6
700
7
五十铃EXR181
8
9000
表4交通量年增长率
年增长率γ(%)
分段时间(年)
2015-2020
2020-2025
2025-2030
2.2确定公路等级
2.2.1车辆折算系数
查《公路工程技术标准》JTGB01-2003,确定各汽车车型换算成小客车车型的折算系数如表5。
表5各车型折算系数
车辆折算系数
1.5
东风KM340
2.0
3.0
1.0
2.2.2交通量计算
近期折合成小客车交通量按下式计算:
远景设计年平均日交通量按下式计算:
由《道路勘测与设计》(第二版)的规定,设计速度为100km/h四车道高速公路适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为35000—50000辆/日,故高速公路全线按四车道高速公路标准设计行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。
路基宽度26.0米,双向行车双车道2×
2×
3.75米,中间分隔带宽2.0米,左侧路缘带0.75米,右侧硬路肩总宽3.25米,土路肩宽0.75米。
计算行车速度100Km/h,全线全封闭全立交。
3沥青路面设计
3.1新建沥青路面厚度设计理论与步骤
我国沥青路面设计方法:
采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论,以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性和刚性材料基层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。
设计完成后,路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。
具体设计步骤为:
(1)根据设计任务书的要求按设计回弹弯沉和容许弯拉应力两个指标,分别计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次,确定交通等级,面层类型,并计算设计弯沉值
和容许弯拉应力
。
公路行驶车辆的型号多种多样,而路面设计采用统一的标准轴载表示,各种车型应按规定的法则作当量换算,得到当量的标准轴载次数。
轴载小于40KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计,所以不纳入当量换算。
由于不同力学参数的疲劳等效效应不同,我国规范规定,沥青混凝土路面的当量轴载换算N按以下三种情况进行。
当以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时:
当以半刚性材料层底拉应力为设计指标时:
当以贫混凝土基层层底拉应力为设计指标时:
设计年限累计当量标准轴载数
:
路面设计弯沉值
结构层容许弯拉应力
沥青面层抗拉强度结构系数K:
无机结合料稳定集料抗拉强度结构系数K:
无机结合料稳定细粒土抗拉强度结构系数K:
贫混凝土基层抗拉强度结构系数K:
(2)按路基土类与干湿类型及路基横断面形式,沿线将路基划分为若干路段,确定各路段的路基回弹模量
(该课程设计中所要设计的公路所处路段的土基强弱悬殊,其计算回弹模量
有两个代表值分别为30MPa和60MPa)。
(3)参考本地区工程经验,拟定若干个路面结构组合与厚度方案,根据所选用的材料进行配合比设计,测定各结构层材料的抗压回弹模量与抗拉强度,确定各结构层的设计参数
、
(4)计算路面结构表面弯沉值
以及结构层层底弯拉应力
(5)根据设计指标,采用多层弹性层状体系理论设计程序计算路面结构设计层的厚度,即:
若式
不能满足,则可以调整路面结构组合,更换强度更高的结构层或更换材料及配合比,重新试验确定各项参数,再由上式做验算,直至满足两式的要求为止。
(6)对于季节性冰冻地区,应验算防冻层厚度是否满足要求。
若不能满足,则可增加防冻层厚度,达到规定厚度,以满足防冻要求。
(7)进行技术经济比较,选定最佳路面结构方案。
3.2确定标准轴载累计交通量
根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量,如表3所示,交通量年增长率如表4所示。
公路设计等级为高速公路,设计基准年为2014年,设计使用年限为15年。
双向四车道,车道系数取为0.45,沥青混凝土面层系数为1.0,半刚性基层系数为1.0,新建路面为五层,面层三层、基层一层、底基层一层。
根据设计资料计算累计轴次,结果如表6所示:
表6标准轴载换算与累计轴载
汽车类型
前轴重(KN)
后轴重
后轴数
后轴轮组数
后轴距(m)
日交通量(辆/d)
30
51
双轮组
23.5
44
18.9
41.8
24.6
67.8
45.1
101.5
20.2
72.3
>
60
100
换算方法
弯沉及沥青层拉应力指标
半刚性层拉应力指标
累计交通轴次
1844.776万次
1485.135万次
设计年限
15
车道系数
0.45
3.3初步拟定路面结构类型
根据设计任务书中的地质资料与筑路材料相关信息,可知该线路位于路线位于山岭重丘区,当地沿线碎石产量丰富,石料质量良好,可考虑用水泥稳定碎石作基层;
沿线有多个石灰厂,产量大质量好;
考虑到实际工程中常用水泥稳定碎石做底基层,故选定以下方案:
方案
路面类型
上面层
中面层
下面层
基层
底基层
土基回弹模量
方案一
柔性路面
沥青玛蹄脂碎石
中粒式沥青混凝土
粗粒式沥青混凝土
密级配沥青碎石
级配碎石
30MPa
60MPa
方案二
半刚性路面
水泥稳定碎石
石灰粉煤灰土
3.4路面结构类型计算
3.4.1方案一:
路面结构:
细粒式沥青玛蹄脂碎石+中粒式沥青混凝土+粗粒式沥青混凝土+密级配沥青碎石+级配碎石。
沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算:
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
4997
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.846994E+07路面设计交通等级为重交通等级
公路等级:
高速公路公路等级系数:
面层类型系数:
1路面结构类型系数:
1.6
路面设计弯沉值:
33.8(0.01mm)
层位
结构层材料名称
劈裂强度(MPa)
容许拉应力(MPa)
细粒式沥青玛蹄脂碎石
0.42
0.28
0.8
0.22
◆土基回弹模量代表值30MPa时
新建路面结构厚度计算:
高速公路新建路面的层数:
新建路面的层数:
5标准轴载:
BZZ-100
33.8(0.01mm)路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
10(cm)
厚度(cm)
抗压模量(MPa)
(20℃)
(15℃)
容许应力(MPa)
1400
1800
1200
?
22
250
-
新建路基
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=33.8(0.01mm)
H(4)=210mmLS=35(0.01mm)
H(4)=230mmLS=33.2(0.01mm)
H(4)=223mm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H(4)=223mm(第1层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=223mm(第2层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=223mm(第3层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=223mm(第4层底面拉应力计算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=223mm(仅考虑弯沉)
H(4)=223mm(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50cm
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:
----------------------------------------
细粒式沥青玛蹄脂碎石40mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土60mm
粗粒式沥青混凝土80mm
密级配沥青碎石230mm
级配碎石220mm
新建路基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算:
标准轴载:
计算信息
计算应力
23
计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:
第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=33.2(0.01mm)
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=37.6(0.01mm)
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=45.5(0.01mm)
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=58.9(0.01mm)
第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=201(0.01mm)
路基顶面交工验收弯沉值:
LS=310.5(0.01mm)(根据“公路沥青路面设计规范”公式计算);
LS=383.1(0.01mm)(根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)。
计算新建路面各结构层底面最大拉应力(未考虑综合影响系数):
第1层底面最大拉应力σ
(1)=-0.239(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-0.044(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(3)=0.019(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=0.191(MPa)
◆土基回弹模量代表值60MPa时
5
标准轴载:
BZZ-100路面设计弯沉值:
路面设计层层位:
4设计层最小厚度:
10(cm)
粗粒式沥青碎石
-
LD=33.8(0.01mm)
H(4)=120mmLS=33.9(0.01mm)
H(4)=140mmLS=31.9(0.01mm)
H(4)=121mm(仅考虑弯沉)
H(4)=153mm(第1层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=153mm(第2层底面拉应力计算满足要求)
H(4)=153mm(第3层底面拉应力计算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=121mm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度:
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
密级配沥青碎石200mm
级配碎石200mm
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算:
公路等级:
高速公路新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
细粒式沥青玛蹄脂碎石
20
25
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=26.2(0.01mm)
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=29.5(0.01mm)
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=35.5(0.01mm)
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=46.2(0.01mm)
第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=117.7(0.01mm)
路基顶面交工验收弯沉值LS=155.3(0.01mm)(根据“公路沥青路面设计规范”公式计算);
LS=200(0.01mm)(根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)。
计算新建路面各结构层底面最大拉应力(未考虑综合影响系数):
第1层底面最大拉应力σ
(1)=-0.22(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-0.27(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(4)=-0.01(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=0.179(MPa)
3.4.2方案二:
半刚性路面:
沥青玛蹄脂碎石+中粒式沥青混凝土+粗粒式沥青混凝土+水泥稳定碎石+石灰粉煤灰土。
一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=2835,属重交通等级。
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
4997
1.846994E+07属重交通等级。
当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:
4022
1.486614E+07属重交通等级。
路面设计交通等级为重交通等级。
高速公路
公路等级系数:
1
路面结构类型系数:
路面设计弯沉值:
21.1(0.01mm)
路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算:
劈裂强(MPa)
1.50
1.00
0.80
0.50
0.23
0.20
0.07
◆土基回弹模量代表值30MPa时:
新建路面结构厚度计算:
21.1(0.01mm)
20(cm)
厚度(mm)
抗压模量(MPa)(20℃)
抗压模量(MPa)(15℃)
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- 路基 路面 课程设计 人杰