路基路面課程設(shè)計(jì)計(jì)算

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1、 一、設(shè)計(jì)資料 廣東省某二級(jí)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(jí)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(gè)測點(diǎn)的彎沉值如表2，測定時(shí)路表溫度與前5H平均氣溫之和為76.05`C，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）。

2、 表1 車型 黃河JN150 交通SH141 太脫拉138 上海SH130 輛/d 420 1200 150 120 實(shí)測彎沉值（單位：mm） 表2 48 110 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

3、 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） 20C 15C 細(xì)粒試瀝青混泥土 1400 1800 1.4 中粒試瀝青混泥土 1200 1600 1.0 粗粒試瀝青混泥土 1000 1400 0.8 6%水泥石粉 600 2800 0.6 4%水泥

4、石粉 350 1500 0.4 二、設(shè)計(jì) 1、新建柔性路面 （1）交通量的計(jì)算 根據(jù)柔性路面設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)計(jì)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JN150 420 49.0 1 6.4 0.287 101.6 1 1 1.071 1.358 570

5、 交通SH141 1200 25.6 1 6.4 0.017 55.1 1 1 0.075 0.092 110 太脫拉138 150 51.4 1 6.4 0.354 2*80 2.2 1 0.833 1.187 178 上海SH130 120 16.5 / / / 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(jì)資料可以得到其土基回彈模量值E0=40MPa （3）路面等級(jí)以

6、及路面類型的確定 由建設(shè)方要求其道路等級(jí)為一級(jí)道路，路面等級(jí)選為一級(jí)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(jì)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(jì)算確定路面設(shè)計(jì)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

7、=1.0 由此計(jì)算ld， （7）計(jì)算待求層厚度 ①根據(jù)ls=ld，求理論彎沉系數(shù) 由、 代入數(shù)據(jù)，即 、 ②計(jì)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(jì)算方法如下： 圖3 換算當(dāng)量三層體系圖 （8）驗(yàn)算整體性材料層底部的最大彎拉應(yīng)力 ①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

8、泥穩(wěn)定石粉 ； 其中為半剛性路面路面時(shí)，由車輛資料得到到的累計(jì)當(dāng)量軸次，其由下表計(jì)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JN150 420 49.0 / / / 101.6 1 1 1.135 1.135 478 交通SH141 1200 25.6 / / / 55.1 1 1 0.008 0.008 10 太脫拉138 150 51.4 1 18.5

9、 0.090 2*80 3 1 0.503 0.593 89 上海SH130 120 16.5 / / / 23.0 / / / / / 577 ②確定各層層底拉應(yīng)力（說明：計(jì)算層層底以上層的回彈模量E取彎拉回彈模量，而因?yàn)榧?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(jì)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；

10、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(jì) （1）確定計(jì)算彎沉值 ①計(jì)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。 ②確定計(jì)算彎沉值 （2）確定容許彎

11、沉值 （3）初擬結(jié)構(gòu)層厚度 因?yàn)?而需要補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，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(jì)算加鋪層厚度 a、經(jīng)驗(yàn)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(jì)算 確定容許彎沉值 計(jì)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(jì)算得出的H值相差不大，都去H=8cm （5）驗(yàn)算整體性材料層底部的最大彎拉應(yīng)力 ①確定容許拉應(yīng)力

12、 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(yàn)算完畢。 3、新建剛性路面 （1）交通量的計(jì)算 計(jì)算剛性路面累計(jì)當(dāng)量軸次 利用公式計(jì)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

13、軸重（KG） 軸數(shù)系數(shù) 換算系數(shù) 黃河JN150 420 49.0 1 1.1 101.6 1 1.29 1.29 543 交通SH141 1200 25.6 / / 55.1 1 7.22 7.22 0 太脫拉138 150 51.4 1 2*80 2.16 2.6 2.6 0 上海SH130 120 16.5 / / 23.0 / / / / 543 由此 其中：因=543的交通等級(jí)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4.25m

14、5 m B、確定材料參數(shù) 按照表14-7，初步估計(jì)板厚h=24cm，取混凝土的設(shè)計(jì)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(jì)算原路面頂部的當(dāng)量回彈模量。 計(jì)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(jì)算荷載應(yīng)力時(shí)的模量修正系數(shù)： 計(jì)算地基的計(jì)算回彈模量： C、計(jì)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(jì)算溫度疲勞應(yīng)力 計(jì)算板的相對(duì)剛度半徑： 板縱邊緣中部的溫度翹曲應(yīng)力為: F、

15、檢驗(yàn)初擬板的尺寸 由此知驗(yàn)算通過。 （3）新建剛性路面設(shè)計(jì) 按照表14-7，初步估計(jì)板厚h=24cm，取混凝土的設(shè)計(jì)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(jì)算基層頂部的當(dāng)量回彈模量 由設(shè)計(jì)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(jì)算荷載應(yīng)力時(shí)的模量修正系數(shù)： 計(jì)算地基的計(jì)算回彈模量： 計(jì)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(jì)算溫度疲勞應(yīng)力 計(jì)算板的相對(duì)剛度半徑： 板縱邊緣中部的溫度翹曲應(yīng)力為: F、檢驗(yàn)初擬板的尺寸 由此知驗(yàn)算通過。