1、河南城建学院路基路面工程课程设计说明书河南城建学院路基路面课程设计说明书课 程 名 称: 路基路面 题 目: 路基路面课程设计 专 业: 交通工程 学 生 姓 名: 曹延 学 号: 071410211 指 导 教 师: 尹振羽 张会远 史乐君 开 始 时 间: 2013 年 1 月 3 日完 成 时 间: 2013 年 1 月 6 日课程设计成绩：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20） 创新（5） 说明书撰写质量（45）总 分（100）等级指导教师签名： 年 月 日河南城建学院路基路面工程课程设计说明书目录1. 课程设计任务书 - 1 -1.1、设计时间和地点 - 1 -1.2、
2、设计目的和要求 - 1 -1.3、设计资料 - 1 -1.4、 设计依据 - 1 -1.5、设计方法和步骤 - 1 -1.6、设计成果的编制 - 2 -1.7、评分标准及成绩评定 - 2 -1.8、设计指导教师及分组情况 - 3 -2. 基本设计资料 - 4 -3.沥青路面设计 - 5 -3.1 轴载分析 .- 5 -3.2 结构组合与材料选取 - 7 -3.3 新建路面结构厚度计算 .- 8 -3.4 路面设计层厚度 .- 10 -3.5 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 .- 11 -4.水泥混凝土路面设计 - 12 -4.1 交通量分析 - 12 -4.2 初拟路面结构 -
3、13 -4.3 确定材料参数 - 14 -4.4 计算荷载疲劳应力 - 14 -4.5 计算温度疲劳应力 - 15 -4.6 防冻厚度检验 .- 15 -5.设计小结 - 16 -参考文献 .- 18 -河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 0 -1.课程设计任务书1.1、设计时间和地点1时间：2012-2013 学年第二学期第 18 周2地点：各班所在教室 10#B503、6051.2、设计目的和要求1目的：路基路面工程课程设计是交通工程专业教学的一个重要环节，通过本次设计，使学生对所学本课程专业知识进行一次全面的、系统的综合运用，能进行道路路基、路面结构的设计和计算。进而对所学知识加深
4、理解、巩固和融会贯通。2要求：在给定条件下，依据标准和规范合理进行路基、路面结构设计，写出计算书，并绘制相关图纸。1.3、设计资料1、道路沿线地质情况；2、交通量及道路等级；3、以上资料进行了分组，见附表（设计资料分组表） ，请每位同学根据自己的班级和学号选择对应的资料进行设计。1.4、 设计依据1、 公路工程技术标准JTG B01-20032、 公路路基设计规范JTG D30-2004；3、 公路沥青路面设计规范JTG D50-2006；4、 公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-20025、 路基路面工程教材 邓学钧主编6、公路路基设计手册，人民交通出版社， 1996. 北京 7、公路
5、设计手册 - 路面人民交通出版社， 1999 北京。 1.5、设计方法和步骤1、沥青路面设计计算标准轴载的作用次数；确定道路的交通等级，选定设计年限及车道系数；计算使用年限内累计当量轴次；确定设计弯沉值 Ld；确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值；路面结构组合设计；按三层体系理论计算路面厚度，确定采用方案，并验算防冻厚度；绘制路面结构图。2、水泥混凝土路面设计水泥标准荷载的作用次数；确定交通量分级，选定设计年限及轮迹横向分布系数；计算设计使用年限内累计当量轴次；初拟路面结构，包括结构层次、类型和材料组成，各层的厚度、面板平面尺寸和接缝构造；确定材料参数，确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量
6、，基层垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量；河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 1 -计算荷载疲劳应力（查应力计算图得最大荷载应力；定接缝传荷系数，综合系数；计算荷载疲劳应力；计算温度应力） ；由自然区划选最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的翘曲温度应力，最后计算温度疲劳应力；检验初拟路面结构（按 r（pr+tr）fr 公式检验，如不满足，重拟路面结构，重新计算，直到满足要求为止。计算厚度取整至厘米。 ） ；画出最后选定的路面结构图。1.6、设计成果的编制1、设计计算书：整理设计过程中的计算形成设计计算书，并辅以必要的文字说明以及相关的示意图和表
7、格。2、绘制结构图纸：路面结构布置图。1.7、评分标准及成绩评定课程设计成绩根据平时考勤、设计成果质量按五级记分评定方法评定。凡成绩不及格者，必须重修。平时考查主要检查学生的出勤情况、学习态度、是否独立完成设计等几方面。设计成果的检查，着重检查设计图纸和计算书的完整性和正确性。课程设计的成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级评定。参考标准如下：考核单元名称考核内容考核方法 考核标准计算部分路基路面结构设计计算书内容检查批改优秀：工程计算内容全面、正确，书写整洁无误，独立完成，符合设计规范要求。良好：基本达到上述要求中等：能够完成计算要求及内容。及格：基本完成计算要求及内容。不及格：未达到上述
8、要求绘图部分标准横断面 图、路面结构图；构造详图检查批改优秀：设计方案合理， 图纸完整无误，图面整洁，独立完成，较好符合制图标准要求。良好：基本达到上述要求中等：能够完成绘图要求及内容。及格：基本完成绘图要求及内容。不及格：未达到上述要求河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 2 -1.8、设计指导教师及分组情况1、尹振羽 158934477652、张会远 13523750076 3、史乐君 13939954608综合部分 对知识理解 答辩优秀：基本概念清楚、设计思路清析、熟悉国家规程和规范。良好：基本达到上述要求中等：对概念、规范有所了解，一般了解设计过程。及格：在老师引导下基本达到上述要
9、求不及格：概念模糊、不能掌握规范的相关内容河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 3 -2. 基本设计资料该路段设计年限 15 年，交通量年平均增长 7%，车道系数 =0.5，该路段处于中国公路自然区划 II2 区，当地多年平均最大冻深为 1.1 米，地下水位 1.5 米，有翻浆。行车道为四车道且处于中湿路段。路基土为粉质亚粘性土，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。序号 车型名称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 交通量1 解放 CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 2302 解放 CA30A 29.5 36.75 2 双轮组 1603 东风
10、EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 1504 黄河 JN150 49 101.6 1 双轮组 905 黄河 JN162 59.5 115 1 双轮组 1406 黄河 JN360 50 110 2 双轮组 1657 长征 XD160 42.6 85.2 2 双轮组 1908 交通 SH141 25.55 55.1 1 双轮组 110河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 4 -3.沥青路面设计 3.1 轴载分析我国沥青路面设计以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载，表示为 BZZ-100。标准轴载的计算参数按表 3-1 确定。表 2-1 标准轴载计算参数标准轴载名称 BZZ-100 标
11、准轴载名称 BZZ-100标准轴载 P（KN） 100 单轮当量圆直径 d（mm） 21.30轮胎接地压强 P（Mpa） 0.70 两轮中心距（cm） 1.5d1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 。i inPN35.421)(pCNiiKi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） ；in 标准轴载（ ） ；PkN 各种被换算车型的轴载（ ） ；i kC1 轮组系数，单轮组为 6.4,双轮组为 1.0,四轴组为 0.38；C2
12、 轴数系数。 被换算车型的轴载级别。K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： 1.21m式中：m轴数。河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 5 -表 2-2 轴载换算结果则其设计年限内一个车道上的累计量轴次 ：eN1(1)365teN式中 设计年限内一个车道的累计当量次数；et 设计年限，由材料知，t=15 年； 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；1N 设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，=0.07； 车道系数，由材料知 =0.5。则：次。105.643.1907.6)1(3651)( 615 NNte车型（iP
13、kN）1C2（次/ 日）in4.3512()ipCn前轴 - 1 6.4 230 -解放 CA10B后轴 60.85 1 1 230 26.50前轴 29.50 1 6.4 160 5.06解放 CA30A后轴 236.75 1 1 160 4.12前轴 - 1 6.4 150 -东风 EQ140后轴 69.20 1 1 150 30.23前轴 49.00 1 6.4 90 25.87黄河 JN150后轴 101.00 1 1 90 93.98前轴 59.50 1 6.4 140 93.63黄河 JN162后轴 115.50 1 1 140 262.03前轴 50.00 1 6.4 165 5
14、1.78黄河 JN360后轴 2110.0 1 1 165 499.54前轴 42.60 1 6.4 190 29.7长征 XD160后轴 285.20 1 1 190 189.32前轴 25.55 1 6.4 110 1.86交通 SH141后轴 55.10 1 1 110 8.23N 1321.85河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 6 -2验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于 50KN 的各级轴载 的作用次数 均按下式换算成标准轴载 的当量作用次数 。iPinPN821 )(pCNiKi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
15、的各级轴载换算次数（次/日） ；in 标准轴载（ ） ；PkN 各种被换算车型的轴载（ ） ；i k轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09。1C轴数系数；23.2 结构组合与材料选取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 交通量1 解放 CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 2302 解放 CA30A 29.5 36.75 2 双轮组 1603 东风 EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 1504 黄河 JN150 49 101.6 1 双轮组 905 黄河 JN162 59.5 115
16、 1 双轮组 1406 黄河 JN360 50 110 2 双轮组 1657 长征 XD160 42.6 85.2 2 双轮组 1908 交通 SH141 25.55 55.1 1 双轮组 110设计年限 15 车道系数 .5 交通量平均年增长率 7 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 : 1392 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 6383777 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 7 -路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1825 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 8369535 公路等级 高速公
17、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 : 26.1 (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 .5 2 中粒式沥青混凝土 1 .35 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .26 4 石灰土稳定碎石 .4 .2 5 级配碎石6 煤渣图一轴载换算河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 8 -3.3 新建路面结构厚度计算公路等级 : 高速公路新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 26.1 (0.01mm)路面设计层层位 : 1 设计层最小厚度 : 4 (
18、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 1400 2000 .5 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 .35 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 .26 4 石灰土稳定碎石 20 1500 1500 .2 5 级配碎石 25 550 550 6 煤渣 15 150 150 7 土基 36 按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 26.1 (0.01mm)H( 1 )= 4 cm LS= 26 (0.01mm)由于设计层厚度 H( 1 )=Hmin 时 LS7m二级及二级以下公路行
19、车道宽7m0.340.390.540.62=22545204.93 次，故可知交通属于特重交通。3651)(tseN4.2 初拟路面结构由表可知相应于安全等级为一级的变异水平等级为低级，根据高速公路、重交通等级和低级变异水平等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为 240mm；基层选用碾压水泥混凝土，厚为 160mm，底基层选用水泥稳定粒料（水泥用量 5%） ，厚180mm；垫层为 150mm 的石灰粉煤灰土。水泥混凝土上面层板的平面尺寸长为 4.0 m，宽从中央分隔带至路肩依次为 4.0m、3.75m；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。碾压混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距 4.0 m。河
20、南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 13 -4.3 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；碾压水泥混凝土弯拉强度标准值为 4.0Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为27Gpa 路基回弹模量为 30Mpa；石灰粉煤灰土垫层回弹模量去 600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取 1300Mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下：=212hEEx2230.1860.513MPa121213 )(4)(hEDx=33 110.860.5.805()2430.86.5= 2.57MNm= =0.312m 31)(XxxEDh13.57()0= =
21、4.293)(.2.645.0ax 0.451362.5()=5.0)(4.1Ebx 0.513.()792=30)(ahExbt10.7923.2()6MPa4.4 计算荷载疲劳应力普通混凝土面层与碾压混凝土基层组成分离式复合式面层。此时 ku=0，h x=0。复合式混凝土面层的截面总刚度，按式计算为233102011020334.7.6.98cccg ucEhhEhDKMNm河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 14 -复合式混凝土面层的相对刚度半径为： 11334.928.2.0.765gtDmE标准轴载在复合式混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为 0.6 0.611200.6
22、0.62 1.247. .9785 .5016.7 0.538428cpsgcxupsgghr MPaK MPaD 普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 ；碾压混凝7.rk土不设纵缝，不考虑接缝传荷载能力的应力折减系数 。r水泥混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；62.93.254057.verNk碾压混凝土基层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 1065.ver根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合 30.1rk普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为：=2.620.871.300.927=2.746MPa
23、pscrfprk1普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为：=3.011.300.538=2.105MPapscfpr24.5 计算温度疲劳应力由路基路面工程知，II 区最大温度梯度取 83/m。普通混凝土面层板长4.0m，L/r=4.0/0.738=5.42 ；已知混凝土板厚 0.24m，得 Cx=0.71 Bx=0.56。最大温度梯度时普通混凝土上面层的温度翘曲应力计算为0101220.328.51 .7chELnxC1.963xB5011 01.24830.6192cgtmxhTBMPa普通混凝土面层温度疲劳应力系数 ，自然区划为 II 区，查表得 kt河南城建学院路基路面工程课程设计说明书- 15 -0.82,.41,.32abc1.325.09804.9895tmrttrfKabf则温度疲劳应力： .4.6ttmk分离式复合式路面中碾压混凝土基层的温度翘曲应力可忽略不计。综合，高速公路的安全等级为一级，相应的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为 95。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。1.3普通混凝土面层y 1.33(2.746+0.946)=4.91(JTGB012003)5、
