路基路面工程课程设计------武汉天河机场第二公路通道工程路面结构设计

路基路面工程课程设计------武汉天河机场第二公路通道工程路面结构设计内容摘要：

推荐的结构， 并考虑到公路沿途有大量碎石 、砂砾、石灰、水泥等材料供应，路面结构层采用沥青混凝土（ AC） 15cm，基层采用水泥稳定碎石（ CGA） 25cm，底基层采用石灰土（ LS），厚度待定。 规范规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。 查规范中的第四节沥青路面的 高级路面中的表 “沥青混合料类型的选择（方孔筛）”， 采用三层式 沥青 面层，表面层采用防滑表层（厚度 4cm） ，中面层采用中粒式密集配沥青混凝土（厚度 5cm） ，下面层采用 粗 粒式密级配沥青混凝土（厚度 6cm）。 a) 确定路基土以及各层材料的设计参数 ① 确定各层材料的抗压模量和劈裂强度 查表得到 各层材料的抗压模量和劈裂强度 ， 抗压模量取 20℃模量。 13 / 31 表 35 各层材料的设计参数 材料名称 抗压模量 （ MPa） 劈裂强度 （ MPa） 面层 细粒式密集配沥青混凝土 1400 中粒式密集配沥青混凝土 1200 粗粒式密集配沥青混凝土 1000 基层 水泥稳定碎石 1500 底基层 低剂量水泥稳定碎石 1500 ② 路基填土高度 ，即为矮路堤。 地下水位。 故填方临街高度 H=+=。 已知路基土为黏性土（存在地下水情况），查表得： 𝐻1 = ~， 𝐻1 = ~， 𝐻1 = ~ 𝐻 𝐻1，查表 得：路基干湿类型属于干燥状态，路基平均稠度 ω̅𝑐 ≥ 𝜔𝑐1，查表得Ⅳ区的黏性土： 𝜔𝑐0 = ， 𝜔𝑐1 = ， 𝜔𝑐2 = ，𝜔𝑐3 =。 ω̅𝑐在 ~，取 ω̅c =。 查表得， Ⅳ 2区黏性土， ω̅c = 𝐸0 = b) 确定设计指标的设计标准 对于一级公路，规范规定要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层拉应力验算。 ① 路面设计弯沉值根据公式： 𝑙d = 600𝑁e。 𝐴C𝐴S𝐴B计算。 该公路为一级公路，公路等级系数取 𝐴C =。 面层类型系数取 𝐴S = ，半刚性基层、底基层总厚度大于 20cm，基层类型系数取 𝐴B =。 设计弯沉值为： 𝑙d = 600 15652948。 = （ ） ② 各层材料的容许层底拉应力为： R sp/𝐾s 细粒式密集配沥青混凝土 ： 𝐾s = 𝐴𝑎𝑁𝐴C = R = sP/𝐾s = （ MPa） 14 / 31 中粒式密集配沥青混凝土 ： 𝐾s = 𝐴𝑎𝑁𝐴C = R = sP/𝐾s = （ MPa） 粗粒式密集配沥青混凝土 ： 𝐾s = 𝐴𝑎𝑁𝐴C = R = sP/𝐾s = （ MPa） 水泥稳定碎石 ： 𝐾s = 𝑁𝐴C = R = sP/𝐾s = （ MPa） 石灰土： 𝐾s = 𝑁𝐴C = R = sP/𝐾s = （ MPa） 设计资料总结： 设计弯沉值为 （ ），相关设计资料汇总如下表： 表 36 相关设计资料汇总表 材料名称 / m 15℃ 模量 20℃ 模量 劈裂强度 /MPa 容许拉应力 R/MPa 细粒式密集配沥青混凝土 4 1800 1400 中粒式密集配沥青混凝土 6 1600 1200 粗粒式密集配沥青混凝土 8 1200 1000 水泥稳定集料 25 1500 低剂量水泥稳定碎石。 1500 土基 — 30 — — c) 路面结构厚度设计与验算 i. 路面结构厚度设计 ① 计算设计弯沉 𝑙d = 600 15652948。 = （ ） 15 / 31 ② 令 𝑙s = 𝑙d，求弯沉综合修正系数 F 𝐹 = ( 𝑙s2020𝛿)(𝐸0𝑃) 查《公路沥青路面设计规范》表 知，当量圆半径： 𝛿 = 𝑑2 = = （ m） 标准车型轮胎接地压强 𝑃 = 又有 𝐸0 = ，则： 𝐹 = ( 𝑙s2020𝛿)(𝐸0𝑃 ) = ( )( )= ③ 计算实际弯沉系数： 𝛼 = 𝑙s𝐸12020𝑃𝛿 = 14002020 = ④ 理论弯沉系数： 𝛼𝑐 = 𝛼 𝐹 = = ⑤ 由 ℎ𝛿、 ℎ𝛿、 ℎ𝛿，查图，求 𝛼， 𝐾1 把多层体系转化成三层连续体系，各层结构示意图如下： 1 = 4 m 𝐸1 = 1400MPa 1 = 4 m 𝐸1 = 1400MPa 2 = 6 m 𝐸2 = 1200MPa =。 𝐸2 = 1400MPa 3 = 8 m 𝐸3 = 1000MPa 4 = 25 m 𝐸4 = 1500MPa 5 =。 𝐸5 = 1500MPa 𝐸0 = 𝐸0 = 当量厚度计算公式为： 𝐻 = ∑ 𝑖𝑛。 1𝑖2 √𝐸𝑖𝐸2 =6 √ +8 √ +25 √ + 5 √ 16 / 31 已知： ℎ1𝛿 = = ， 𝐸2𝐸1= 12020400 = ， 𝐸0𝐸2= = 查三层体系表面弯沉系数诺莫图，得 𝛼 = ， 𝐾1 = 则： 𝐾2 = 𝛼c𝛼𝐾1= = 再由 𝐾2 = ， ℎ1𝛿 = ， 𝐸0𝐸2= 查三层体系表面弯沉系数诺莫图，得： 𝐻𝛿 = ， 𝐻 = 𝛿 = （ m） 即： 𝐻 = ∑ 𝑖𝑛。 1𝑖2 √𝐸𝑖𝐸2 =6 √ +8 √ +25 √ + 5 √ =（ 𝑐𝑚） 求得： 5 = m，取 28cm。 ii. 验算 ① 基层、底基层层底弯拉应力验算 1 = 4 m 𝐸1 = 1400MPa 𝐻 =。 𝐸1 = 1500MPa 2 = 6 m 𝐸2 = 1200MPa 3 = 8 m 𝐸3 = 1000MPa 4 = 25 m 𝐸4 = 1500MPa 5 = 28 m 𝐸5 = 1500MPa 5 = 25 m 𝐸2 = 1500MPa 𝐸0 = 𝐸0 = 当量厚度计算公式为： = ∑ 𝑖𝑛。 2𝑖1 √ 𝐸𝑖𝐸𝑖。 2=4 4 √140015004+ 6 √120205004+ 8 √100015004+25= m 17 / 31 𝐻 = ∑ 𝑖𝑛。 1𝑖2 √𝐸𝑖𝐸2 可求得： 𝐸0𝐸2 =1500 = ，𝐸2𝐸1 =15001500 = 1， ℎ𝛿 = = ，𝐻𝛿 =28 = 查图得： ̅ = ， 𝑚1 = ， 𝑚2 = ̅𝑚 = 𝑚1𝑚2 ̅ = = （ MPa） 查图得： ̅ = ， 𝑛1 = ， 𝑛2 = ̅𝑚 = 𝑛1𝑛2 ̅ = = （ MPa） 验算通过，即 5 = 28 m ② 第一层层底弯拉应力： 将第一层转化为 𝐸1 = 1400MPa，第二、第三、第四和第五层转化为 𝐸2 = 1200MPa代入计算，如图所示： 1 = 4 m 𝐸1 = 1400MPa 1 = 4 m 𝐸1 = 1400MPa 2 = 6 m 𝐸2 = 1200MPa =。 𝐸2 = 1200MPa 3 = 8 m 𝐸3 = 1000MPa 4 = 25 m 𝐸4 = 1500MPa 5 = 28 m 𝐸5 = 1500MPa 𝐸0 = 𝐸0 = 𝑖 = 1， 𝑛 = 6， = 4， 𝐸1 = 1400MPa， 𝐸2 = 1200MPa 𝐻 = ∑ 𝑖5𝑖2 √𝐸𝑖𝐸2 18 / 31 = 6 +8 √1000120。