道路工程課程設(shè)計(jì)

1、道路工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)資料廣州地區(qū)新建XXX 級(jí)公路，經(jīng)調(diào)查沿線路基土質(zhì)為高液限粘土，填方路基高1.2m, 地下水位距路床1.62.6m根據(jù)學(xué)號(hào)循環(huán)選定一個(gè)值），沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤 灰、石灰、水泥等材料供應(yīng)。本公路位于廣東省境內(nèi)，是我國(guó)重要的公路干線之一，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)和國(guó)防 意義。路基寬度按雙向四車道設(shè)計(jì)，試分別設(shè)計(jì)水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面的結(jié)構(gòu) 層次，并計(jì)算出結(jié)構(gòu)層的合理厚度，水泥混凝土路面還需進(jìn)行接縫設(shè)計(jì)。1. 交通組成近期交通量如下：預(yù)測(cè)該路竣工后第一年的交通組成如下表，使用期內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率為：_%車型車輛數(shù)車型車輛數(shù)2路用材料沿線地方材料：礫石

2、、砂、石灰、碎石、電廠粉煤灰、礦渣外購(gòu)材料：瀝青、水泥、礦粉各材料工程性質(zhì)由試驗(yàn)確定。二、設(shè)計(jì)要求（一）瀝青路面設(shè)計(jì)1、推算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次；2、擬定路面結(jié)構(gòu)組合（選用兩種結(jié)構(gòu)作比較）；3、確定路面設(shè)計(jì)彎沉值；4、確定路面土基回彈模量值；5、路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)（進(jìn)行路表彎沉、層底應(yīng)力計(jì)算） ；6、方案比選；7、編制設(shè)計(jì)說明書。（二） 水泥路面設(shè)計(jì)1、 確定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和標(biāo)準(zhǔn)軸累計(jì)作用次數(shù)；2、確定交通等級(jí)；3、確定板的平面尺寸并初擬路面結(jié)構(gòu)組合和板厚；4、確定材料的力學(xué)參數(shù)；5、確定基層頂面的當(dāng)量回彈模量；6、計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力和重載最大應(yīng)力；7、計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力；8、檢查設(shè)計(jì)和驗(yàn)算

3、標(biāo)準(zhǔn)，確定路面結(jié)構(gòu)；9、編制設(shè)計(jì)說明書。三、個(gè)人設(shè)計(jì)參數(shù)選?。▎稳藛晤}） 每位同學(xué)按一級(jí)公路重交通及以上公路標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備交通資料中的車型、車輛數(shù)和交通 增長(zhǎng)率，然后通過班長(zhǎng)組織的抽簽方式選用其他同學(xué)提供的交通資料進(jìn)行路面設(shè)計(jì)。要求 至少選取五種車型，必須保證其中至少一種車型后軸距大于 3m,至少一種車型后軸距小 于3m,其它自定。交通量年平均增長(zhǎng)率按 3-7%考慮。四、需提交的文件和圖紙一）詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算書1、瀝青混凝土路面： 確定結(jié)構(gòu)方案； 確定設(shè)計(jì)參數(shù)； 計(jì)算待求層厚度； 彎拉應(yīng)力驗(yàn)算。2、水泥混凝土路面 確定結(jié)構(gòu)方案； 確定設(shè)計(jì)參數(shù)； 初擬混凝土板尺寸； 應(yīng)力驗(yàn)算； 接縫設(shè)計(jì)。）提交如下設(shè)

4、計(jì)圖 （A3 圖幅，比例自定，最好用計(jì)算機(jī)繪制）1、路面結(jié)構(gòu)圖；2、水泥混凝土路面平面設(shè)計(jì)、接縫構(gòu)造圖和配筋圖。五、考核要求和標(biāo)準(zhǔn)1、 按指導(dǎo)教師的要求按時(shí)到設(shè)計(jì)教室獨(dú)立、認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)，平時(shí)表現(xiàn)占總成績(jī) 的 30% ；2、 課程設(shè)計(jì)中內(nèi)容詳盡、方案合理、計(jì)算準(zhǔn)確、圖表規(guī)范、文字表述流暢等方面占 70%。道路工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書1.設(shè)計(jì)資料廣州地區(qū)新建XXX 級(jí)公路，經(jīng)調(diào)查沿線路基土質(zhì)為高液限粘土，填方路基高1.2m, 地下水位距路床2.6m，沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應(yīng)。本公路位于廣東省境內(nèi)，是我國(guó)重要的公路干線之一，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)和國(guó)防 意義。路基寬度按雙向

5、四車道設(shè)計(jì)，試分別設(shè)計(jì)水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面的結(jié)構(gòu) 層次，并計(jì)算出結(jié)構(gòu)層的合理厚度，水泥混凝土路面還需進(jìn)行接縫設(shè)計(jì)。1.1交通量近期交通量如下：預(yù)測(cè)該路竣工后第一年的交通組成如下表，使用期內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率為：5%序 號(hào)車型前軸重（kN）后軸重（kN）后軸 數(shù)后軸輪組 數(shù)后軸距（m）車輛數(shù)（輛/ 日）1奔馳LPK70922.0044.0012015002亞洲ZQ660015.5027.501209003大力SH126160.00100.002228004太脫拉11138.7074.002227505黃海DD69056.00104.002247201.2路用材料沿線地方材料：礫石、砂

6、、石灰、碎石、電廠粉煤灰、礦渣 外購(gòu)材料：瀝青、水泥、礦粉各材料工程性質(zhì)由試驗(yàn)確定。2.瀝青路面設(shè)計(jì)2.1軸載分析計(jì)算2.1.1以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，換算為標(biāo)準(zhǔn)軸P的當(dāng)量軸次N根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD50-2006由以下公式計(jì)算：Cdi(訐5標(biāo)準(zhǔn)軸載P=100kNC為輪組系數(shù)：雙輪組為1，單輪組為6.4，四輪組為0.38。G為軸數(shù)系數(shù)：當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，應(yīng)按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算；當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按以下公式計(jì)算：C2=1+1.2(m-1)。車型R(kN)GC2G C2 門1(善)4.35奔馳前軸22.006.41150013.24LPK709

7、后軸44.0011150042.18亞洲前軸15.506.419001.73ZQ6600后軸27.50119003.28大力前軸60.006.41800554.92SH1261后軸100.0012.28001600.00太脫拉前軸38.706.4175077.23111后軸74.0012.2750404.81黃海前軸56.006.41720369.94DD690后軸104.00127201878.67乞 C1 C2n-i (P1)4.354945.992.1.2進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，換算為標(biāo)準(zhǔn)軸P的當(dāng)量軸次NC1C2 n)8PG為輪組系數(shù)：雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0

8、.09。C2為軸數(shù)系數(shù)：以拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下式計(jì)算：C2=1+2（ m-1）車型R(kN)GC2n1C1 C2 門1（卡）奔馳前軸22.0018.5115000.15LPK709后軸44.001115002.11亞洲前軸15.5018.519000.01ZQ6600后軸27.50119000.03大力前軸60.0018.51800248.58SH1261后軸100.00138002400.00太脫拉前軸38.7018.517506.98111后軸74.0013750202.32黃海前軸56.0018.51720128.83DD690后軸104.00127201970.

9、74Z C1 C2 n1 (學(xué))84959.742.1.3設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次數(shù)擬建公路為一級(jí)公路，路面的設(shè)計(jì)年限為15年，使用期內(nèi)交通量的平均增長(zhǎng)率為 5% 按雙向四車道設(shè)計(jì)，車道系數(shù)取 n =0.4。a.以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng) 量軸次數(shù)：Ne =365 (1 r)tN1，65(1 5%)154945.99 0.4 = 15582194 次5%嚴(yán) H r)_1rN1b.當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次數(shù):365 (1 5%)14959.74 0.4 =15625513 次5%累計(jì)當(dāng)量軸次數(shù)大于

10、1200萬(wàn)次/車道，交通等級(jí)為重交通，應(yīng)屬于高級(jí)路面2.2路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一2.2.1結(jié)構(gòu)組合與材料選取根據(jù)規(guī)范表4.1.3-1和表4.1.5選定路面結(jié)構(gòu)：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土 + 6cm中 粒式瀝青混凝土 + 8cm粗粒式瀝青混凝土 + 20cm水泥穩(wěn)定碎石基層+石灰土底基層，以 石灰土底基層為設(shè)計(jì)層。2.2.2各層材料的抗壓模量與劈裂模量查公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50 2006)附錄表E,得到各層材料的抗壓回彈 模量和劈裂強(qiáng)度如下：各層材料的抗壓回彈模量和劈裂強(qiáng)度材料名稱細(xì)粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土水泥穩(wěn)定碎石石灰土底基層20 C抗壓回/p>

11、01500550模量E(MPa)劈裂強(qiáng)度1.41.01.00.50.225d (Mpa)2.2.3路基回彈模量的確定土質(zhì)為高液限粘土，地區(qū)所在的自然區(qū)為W7,根據(jù)規(guī)范附錄F,得：干燥、中濕和潮濕狀態(tài)下的路基臨界高度分別為：H 1 = 1.7 1.8 ; H 2 = 1.41.5 ; H 1.11.2路床表面至地下水位的高度 H=2.6m根據(jù)規(guī)范表5.1.4-2得土基的干濕類型為干燥。 根據(jù)規(guī)范表5.1.4-1，由土基的干濕類型和土質(zhì)查得，土基的平均稠度3 c=1.10。根據(jù)規(guī)范附錄F,由路基土的平均稠度，自然區(qū)劃和土質(zhì)，得土基回彈模量丘=40Mpa2.2.4設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定：(1) 設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)

12、算：根據(jù)規(guī)范8.05 :幣=600“/.2代乓人對(duì)一級(jí)公路，公路等級(jí)系數(shù) A=1.0 ;瀝青混凝土路面，面層類型系數(shù) As=1.0，半剛性 基層，底基層總厚度大于20cm基層類型系數(shù)A=1.0Id =600Nr2AcAA =600 15582194 2 1.0 1.0 1.0=21.86 (0.01mn)(2) 各層容許拉應(yīng)力：根據(jù)規(guī)范8.06 :sKs瀝青混凝土層:0.450 110.45011KsNe=5582194=2.78Ac1.00.225、- R= 0.08MPaRKs2.780.090.220.09155821940.223.44細(xì)粒式瀝青混凝土：61.4= 0.41MPaRKs

13、3.44中粒式瀝青混凝土：6a R =1.0= 0.29MPaKs3.44粗粒式瀝青混凝土：6C7 r 1.0-0.29MPaRKs3.44sAcNe1 .0水泥穩(wěn)定碎石:Ks 選 n詈 15582194 0.11 = 2-16二r = s = 0.5 =0.23MPaKs 2.16石灰土:2.2.5設(shè)計(jì)資料總結(jié)層 位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度mm)20 C抗壓模量(MPa劈裂強(qiáng)度(MPa容許應(yīng)力(MPa1細(xì)粒式瀝青混凝土4014001.40.412中粒式瀝青混凝土6012001.00.293粗粒式瀝青混凝土8010001.00.294水泥穩(wěn)定碎石20015000.50.235石灰土?5500.225

14、0.086新建路基402.2.6 確定石灰土層厚度運(yùn)用HPDS200公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算機(jī)計(jì)算成果如下:(1)按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 :LD= 21.8 (0.01mm)LS= 23.2 (0.01mm)LS= 21.6 (0.01mm)僅考慮彎沉 )H( 5 )= 300 mmH( 5 )= 350 mmH( 5 )=343 mm(第 1層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求H( 5 )=343 mm(第2層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求H( 5 )=343 mm(第3層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求H( 5 )=343 mm(第4層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求H( 5 )=343 mm(第5層底面拉應(yīng)力計(jì)算

15、滿足要求路面設(shè)計(jì)層厚度 :)僅考慮彎沉 ) 同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力 )H( 5 )= 343 mm( 按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 :細(xì)粒式瀝青混凝土40 mm中粒式瀝青混凝土60 mm粗粒式瀝青混凝土80 mm水泥穩(wěn)定碎石碎石200 mm石灰土350 mmH( 5 )= 343 mm(H( 5 )= 343 mm( 通過對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改 最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下 :新建路基2)交工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值LS= 21.6 (0.01mm)LS= 23.6 (0.01mm)LS= 26.8 (0.01mm)第 1

16、層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值第5層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 70.6 (0.01mm) 路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 232.9 (0.01mm)計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力:(未考慮綜合影響系數(shù))(T ( 1 )=-.177 (MPa)(T ( 2 )=-.056 (MPa)(T ( 3 )=-.042 (MPa)(T ( 4 )= .103 (MPa)(T ( 5 )= .062 (MPa)第1層底面最大拉應(yīng)力 第2層底面最大拉應(yīng)力 第3層底面最大拉應(yīng)力 第4層底面最大拉應(yīng)力 第5層底面最大拉應(yīng)力通過計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)得

17、到確定石灰土層的厚度為 35cm實(shí)際路面結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)彎沉值為21.8 (0.01mm v 21.86 (0.01mm ,水泥穩(wěn)定碎石層層底的最大拉應(yīng)力為0.103Mpav 0.23Mpa,石灰土層層底的拉應(yīng)力為 0.062Mpav 0.08Mpa,上述計(jì)算結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求2.3路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案二2.3.1結(jié)構(gòu)組合與材料選取選定路面結(jié)構(gòu)：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土 +8cm中粒式瀝青混凝土 +10cm粗粒式瀝青混凝土 +粗粒式半開級(jí)配瀝青碎石+20cm級(jí)配碎石底基層，以粗粒式班開級(jí)配瀝青碎石為設(shè) 計(jì)層。2.3.2設(shè)計(jì)資料總結(jié)層 位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度mm)20 C抗壓模量(MPa劈裂強(qiáng)度(MPa容許應(yīng)

18、力(MPa1細(xì)粒式瀝青混凝土4014001.40.412中粒式瀝青混凝土8012001.00.293粗粒式瀝青混凝土10010001.00.294粗粒式半開級(jí)配瀝青碎石?700-5級(jí)配碎石200220-6新建路基402.2.3確定粗粒式半開級(jí)配瀝青層厚度(1)按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：LD= 21.8 (0.01mm)H( 4 )= 80 mm LS= 3 (0.01mm)由于設(shè)計(jì)層厚度 H( 4 )=Hmin 時(shí)LSCL 0.131(1CL) =1.77e.4824 匯0.713 0.131(10.713) = 0.393計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:fmax 二 cEchcTg Bl 二11 1031000 0.24 92 0.3