路基路面課程設(shè)計計算

一、設(shè)計資料廣東省某二級公路，原路面寬12 m，土路肩2*3.0m，根據(jù)建設(shè)方的要求，改建后為一級路面的寬度為42 m，硬路肩2*2.5 m，雙向8車道，近期交通量如表一所示，交通量年增長率為10%，該路段路基屬于干燥類型，在不利季節(jié)（干季）用黃河JN150車測得的路段30個測點的彎沉值如表2，測定時路表溫度與前5H平均氣溫之和為76.05C，原路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。土基回彈模量為40MPa,基層、底基層選用6%水泥穩(wěn)定石粉（E=600MPa，劈裂強(qiáng)度為0.6MP，彎拉回彈模量為2800MPa）、4%水泥穩(wěn)定石粉（E=350MPa，劈裂強(qiáng)度為0.4MPa，彎拉回彈模量為1500MPa）。 表1車型黃河JN150交通SH141太脫拉138上海SH130輛/d4201200150120實測彎沉值（單位：mm） 表248 110 40 51 33 107 81 36 75 36 35 83 40 32 39 49 41 80 35 47 34 42 41 99 89 31 43 73 30 79 圖1 原路面結(jié)構(gòu)圖 表3材料名稱抗壓回彈模量（MPa）彎拉回彈模量（MPa）劈裂強(qiáng)度（MPa）20C15C細(xì)粒試瀝青混泥土140018001.4中粒試瀝青混泥土120016001.0粗粒試瀝青混泥土100014000.86%水泥石粉60028000.64%水泥石粉35015000.4二、設(shè)計1、新建柔性路面 （1）交通量的計算根據(jù)柔性路面設(shè)計彎沉值作為設(shè)計指標(biāo)時計算的當(dāng)量交通量由相關(guān)規(guī)定可以得出下表4，由 得 表4車型交通量前軸（單輪）后軸總換算系數(shù)當(dāng)量軸次前軸重（KG）軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)換算系數(shù)后軸重（KG）軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)換算系數(shù)黃河JN15042049.016.40.287101.6111.0711.358570交通SH141120025.616.40.01755.1110.0750.092110太脫拉13815051.416.40.3542*802.210.8331.187178上海SH13012016.5/23.0/858 其中在路基路面工程查表12-1得t=15,r=10%，=0.3（2）確定土基回彈模量值 由設(shè)計資料可以得到其土基回彈模量值E0=40MPa（3）路面等級以及路面類型的確定 由建設(shè)方要求其道路等級為一級道路，路面等級選為一級公路，路面類型為瀝青混凝土。（4）基層類型的確定 根據(jù)設(shè)計需要，基層設(shè)置如下 ：基層、底基層分別用6%的水泥穩(wěn)定石粉同4%水泥穩(wěn)定石粉。（5）確定路面結(jié)構(gòu)層次、初擬各結(jié)構(gòu)層厚度 查路基路面工程表12-3，參考其各材料的施工最小厚度，初步擬定厚度如圖2所示 圖2 初擬結(jié)構(gòu)層以及其厚度（6）計算確定路面設(shè)計彎沉值ld根據(jù)路基路面工程表12-9、12-10、12-11得Ac=1.0、As=1.0、Ab=1.0由此計算ld， （7）計算待求層厚度 根據(jù)ls=ld，求理論彎沉系數(shù)由、代入數(shù)據(jù)，即、 計算基層高度h4 把此多層體系換算成三層體系，如下圖3所示，計算方法如下： 圖3 換算當(dāng)量三層體系圖（8）驗算整體性材料層底部的最大彎拉應(yīng)力確定各土層底部的容許拉應(yīng)力 因有，則a、 細(xì)粒式瀝青混凝土的容許拉應(yīng)力 ；b、 粗粒式瀝青混凝土的容許拉應(yīng)力 ；c、 6%水泥穩(wěn)定石粉；d、 4%水泥穩(wěn)定石粉 ； 其中為半剛性路面路面時，由車輛資料得到到的累計當(dāng)量軸次，其由下表計算可以得到， 表5車型交通量前軸（單輪）后軸總換算系數(shù)當(dāng)量軸次前軸重（KG）軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)換算系數(shù)后軸重（KG）軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)換算系數(shù)黃河JN15042049.0/101.6111.1351.135478交通SH141120025.6/55.1110.0080.00810太脫拉13815051.4118.50.0902*80310.5030.59389上海SH13012016.5/23.0/577 確定各層層底拉應(yīng)力（說明：計算層層底以上層的回彈模量E取彎拉回彈模量，而因為細(xì)粒式瀝青混凝土同粗粒式瀝青混凝土的彎拉回彈模量無給出，則選的抗壓回彈模量，如計算層層底以下各層的回彈模量E取抗壓回彈模量）a、確定細(xì)粒式瀝青混凝土層層底的彎拉應(yīng)力將多層體系換算成當(dāng)量三層體系，如下圖；查表12-18，得，表明該層層底受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。b、確定粗粒式瀝青混凝土層層底的彎拉應(yīng)力將多層體系換算成當(dāng)量三層體系，如下圖；c、確定6%水泥石粉層底的彎拉應(yīng)力將多層體系換算成當(dāng)量三層體系，如下圖；d、確定4%水泥石粉層底的彎拉應(yīng)力2、舊柔性路面上的瀝青加鋪層設(shè)計 （1）確定計算彎沉值 計算所測彎沉值平均值及標(biāo)準(zhǔn)差 說明：JN150并非標(biāo)準(zhǔn)車，但其與標(biāo)準(zhǔn)車的軸載相差不大，故不再換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載就算 其所測彎沉值平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。 確定計算彎沉值 （2）確定容許彎沉值 （3）初擬結(jié)構(gòu)層厚度 因為,而需要補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計，初步擬定為面層為細(xì)粒試瀝青混泥土h1=3cm，基層為粗粒試瀝青混泥土。如下圖示 初擬補(bǔ)強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)圖（4）計算加鋪層厚度 a、經(jīng)驗法 查表12-12，得，代入 b、理論法（解析法） 原路面當(dāng)量回彈模量計算 確定容許彎沉值 計算理論彎沉系數(shù)反算厚度h2 因其為當(dāng)量三層體系，則有：由兩種方法計算得出的H值相差不大，都去H=8cm（5）驗算整體性材料層底部的最大彎拉應(yīng)力 確定容許拉應(yīng)力見右圖：細(xì)粒式瀝青混凝土的容許拉應(yīng)力 ；粗粒式瀝青混凝土的容許拉應(yīng)力 ；確定細(xì)粒式瀝青混凝土層層底的彎拉應(yīng)力查表12-18，得，表明該層層底受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求。確定粗粒式瀝青混凝土層層底的彎拉應(yīng)力因其直接與原路面接觸，所以Et需要另外求，利用公式：完全滿足要求，驗算完畢。3、新建剛性路面（1）交通量的計算計算剛性路面累計當(dāng)量軸次利用公式計算各軸型標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次。其中?，F(xiàn)將各車型的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次列于下表。車型交通量前軸（單輪）后軸總換算系數(shù)當(dāng)量軸次前軸重（KG）軸數(shù)系數(shù)換算系數(shù)后軸重（KG）軸數(shù)系數(shù)換算系數(shù)黃河JN15042049.011.1101.611.291.29543交通SH141120025.6/55.117.227.220太脫拉13815051.412*802.162.62.60上海SH13012016.5/23.0/543由此其中：因=543的交通等級為重交通，則按表14-8得=0.2（2）剛性補(bǔ)強(qiáng)A、水泥板的尺寸選擇為3.75m5m,和4.25m5 mB、確定材料參數(shù) 按照表14-7，初步估計板厚h=24cm，取混凝土的設(shè)計彎拉強(qiáng)度為fcm=5.0MPa；參照表14-10，取混凝土彎拉彈性模量Ec=30 MPa；用下式計算原路面頂部的當(dāng)量回彈模量。計算原路面頂面當(dāng)量回彈模量滿足基層頂部的當(dāng)量回彈模量的要求（>100MPa）因此不需要補(bǔ)強(qiáng),直接在原路面加鋪24cm的水泥板。計算荷載應(yīng)力時的模量修正系數(shù)：計算地基的計算回彈模量：C、計算荷載疲勞應(yīng)力由由查圖14-13可得板縱邊中部的最大應(yīng)力D、計算溫度疲勞應(yīng)力計算板的相對剛度半徑：板縱邊緣中部的溫度翹曲應(yīng)力為:F、檢驗初擬板的尺寸由此知驗算通過。（3）新建剛性路面設(shè)計按照表14-7，初步估計板厚h=24cm，取混凝土的設(shè)計彎拉強(qiáng)度為fcm=5.0MPa；參照表14-10，取混凝土彎拉彈性模量Ec=30 MPa；計算基層頂部的當(dāng)量回彈模量由設(shè)計資料可以知道，土基的回彈模量為<100 MPa因此需要補(bǔ)強(qiáng),初步擬定為6%的水泥穩(wěn)定石粉,厚度h=18cm(>15cm),按照有關(guān)規(guī)范取材料回彈模量為E1=600MPa則可知符合要求。計算荷載應(yīng)力時的模量修正系數(shù)：計算地基的計算回彈模量：計算荷載疲勞應(yīng)力由由查圖14-13可得板縱邊中部的最大應(yīng)力計算溫度疲勞應(yīng)力計算板的相對剛度半徑：板縱邊緣中部的溫度翹曲應(yīng)力為:F、檢驗初擬板的尺寸由此知驗算通過。