南京工业大学路基路面工程课程设计

南京工业大学路基路面工

程课程设计

Prepared on 22 November 2020

路面结构与路基边坡稳定性设计

交通1001 朱天南

一、路面结构设计

（一）沥青路面设计

1.交通组成与轴载当量计算

车辆车型与日交通量的选用如下表所示：

交通组成表 表1

设计年限末年日平均交通量为14367，符合二级公路对日平均交通量5000—15000的要求。

(1) 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时： 设计年限末年日平均当量轴次：

N =∑

C 1C 2K

i=1

n I (P i

)4.35=3663

设计年限内一个车道上累计当量轴次：

N e =[(1+r )t −1]×365

r

·N ·η=622.13（万次）

(2) 当进行半刚性基层层底拉应力验算时： 设计年限末年日平均当量轴次：

N =∑

C 1′C 2′K

i=1

n I (P i

P )8=4665

设计年限内一个车道上累计当量轴次：

N e =[(1+r )t −1]×365

r

·N ·η=792.31（万次）

综上，沥青路面交通属于中等交通等级。 2. 路面材料及路面结构的选取与土基模量的确定

由于该二级公路路面属于中等交通等级，故采用以下两种方案备选： 方案一：双层式沥青面层+半刚性基层 方案二：单层式沥青面层+半刚性基层+垫层 由于江苏处于IV 类区划，故土基模量取36MPa 。 3. 设计弯沉值与容许拉应力的确定 路面设计弯沉值 l d 按下式计算：

l d =600N e −0.2

A C A S A

B =28.9(0.01mm)

结构层容许弯拉应力 σR 按下式计算：

σR =

σSP

S

其中，对沥青混凝土面层： K S =0.09N e 0.22

/A C

对无机结合料稳定集料： K S =0.35N e 0.11

/A C 对无极结合料稳定细粒土：K S =0.45N e 0.11/A C

通过查表计算得：

细粒式沥青混凝土：σR =0.47MPa 中粒式沥青混凝土：σR =0.36MPa 水泥稳定碎石： σR =0.33MPa 4. 结构层厚度确定于结构分析 (1) 方案一

4cm 细粒式沥青混凝土+6cm 中粒式沥青混凝土+35cm 水泥稳定碎石，如下图所示。 --------------------------------------

细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 6 cm ---------------------------------------

水泥稳定碎石 35 cm

---------------------------------------

土基

路面结构表面弯沉值 l s与结构层层底弯拉应力按下式计算：

l s=10002Pδ

E1

αc F

σm=pσ̅m

现将结果汇于下表：

结构层层底应力与完成值计算表

表2

s d

计合理。

(2) 方案二

10cm细粒式沥青混凝土+22cm水泥稳定碎石+20cm水泥砂砾土，如下图所示：

---------------------------------------

细粒式沥青混凝土 10 cm

---------------------------------------

水泥稳定碎石 22 cm

---------------------------------------

水泥砂砾土 20 cm

---------------------------------------

土基

路面结构表面弯沉值 l s与结构层层底弯拉应力计算方法同方案一，并汇于下表：

结构层层底应力与完成值计算表

表3

s d

计合理。

（二）混凝土路面设计

1.交通分析

车辆车型与日交通量的选用如下表所示：

交通组成表

表4

设计年限末年日平均交通量为14367，符合二级公路对日平均交通量5000—15000的要求。

二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取，交通量年平均增长率取5%。由设计车道使用初期标准轴载日作用次数13473，设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数计算如下：

N e=[(1+g r)t−1]×365

g r

·N s·η=6341.7（万次）

属于特重交通等级，故在设计路面应加厚考虑。

2. 初拟路面结构

安全等级为三级的道路对应的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级与中级变异水平等级，初拟如下两个方案：

方案一：24cm混凝土面层+18cm水泥稳定粒料基层+15cm无机结合料稳定土

方案一：30cm混凝土面层+20cm水泥稳定粒料基层

两方案中普通混凝土板的平面尺寸为×，纵缝为设拉杆的平缝，横缝为设传力杆的平缝。

3. 方案一设计校核(24cm 混凝土面层+18cm 水泥稳定粒料基层+15cm 无机结合料稳定土)

(1) 路面材料参数的确定

取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa 。由于施工路段处于江苏IV 类区划，故土基模量取36MPa ，无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa ，水泥稳定粒料基层取1300MPa 。

基层顶面当量回弹模量计算如下：

E x =ℎ12E 1+ℎ22

E 1ℎ12+ℎ2

2=1300×0.182+600×0.152

0.182+0.152=1013MPa D x =ℎ13E 112+ℎ23

E 212+(ℎ1+ℎ2)24(1E 1ℎ1+1E 2ℎ2

)−1

=1300×0.18312+

600×0.153

12

+(0.15+0.18)24(11300×0.18+1600×0.15

)−1

=2.57MN ·m

ℎx =√12D x /E x 3

=0.312m a =6.22[1−1.51(E x 0

)−0.45

]=4.128

b =1−1.44(E x E 0

)−0.55

=0.770

E t =aℎx b

E 0(E x E 0)1/3

=4.128×0.3120.77×36×(101336

)1/3=184.35MPa

普通混凝土面层的相对刚度半径：

r =0.573ℎ√E c /E t 3

=0.573×0.24×√31000/184.353

=0.759

(2) 荷载疲劳应力

标准轴载在临界荷位处产生的荷载：

σps =0.077r 0.6ℎ−2=0.077×0.7590.6×0.24−2=1.133MPa