路基路面工程课程设计 指 导 书 华东交通大学土木建筑学院 二○一○年十仲春 一、路基回弹模量确定 1、主要内容 土基回弹模量E0是路面结构设计的重要参数，其取值的大小对路面结构厚度有较大影响，要正确地确定E0是十分重要的。土基回弹模量值与土的性质、密实度、含水量、路基所处的干湿状态以及测试方法有密切的关系。 在无实测条件时，按查表法猜测土基回弹模量值E0。即根据已定的路基设计高度，确定路基的干湿类型，一般要求其处于干燥或中湿状态，然后确定其回弹模量值E0。 2、土基回弹模量值E0确定 1）确定临界高度 临界高度指在不利季节，土基分别处于干燥、中湿或湿润状态时，路床表面距地下水位或地表积水水位的最小高度。可根据土质、天气条件按当地经验确定。当缺乏实际资料时，干燥、中湿或湿润状态的路基临界高度(H1、H2、H3）可参考《路基路面工程》书中表14-11选用。 2）拟定土的均匀稠度 在新建公路的初步设计中，因无法实测求得的均匀稠度，可根据当地经验或路基临界高度，判定各路段土基的干湿类型，利用《路基路面工程》书中表14-9或表14-10论证得到各路段土的均匀稠度w0值。 3）猜测土基回弹模量 当采用重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值进步15％～30％。 3、留意事项 如路基所处路段地址条件较差，可先对地基进行处理，处理后方可进行路基填筑或路堑开挖，以保证路基的强度值满足该等级道路的要求。 二、沥青路面设计 1、任务 沥青路面设计的任务是根据使用要求及天气、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，设计确定经济公道的路面结构，使之能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公路相应的承载能力，耐久性、舒适性、安全性的要求。 2、主要内容 路面设计包括原材料的选择、混合料配合比设计和设计参数的测试与确定，路面结构层组合与厚度计算，以及路面结构的方案比选等内容。 3、设计步骤 1）根据设计任务书的要求，确定路面的面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。 2）按路基土类与干湿类型，确定土基的回弹模量值。 3）根据已有经验合规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面组合与厚度方案。见图1。 h1 细粒式沥青混凝土 h2 中粒式沥青混凝土 h3 粗粒式沥青混凝土 h4 二灰碎石 h5 石灰土 路基 图1 路面结构层组合样例 在进行路面结构组合时，各结构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，以使各结构层材料的效能得到充分发挥。同时就施工工艺、材料规格和强度形成原理而言，层数又不宜过多，也就是不能使结构层的厚度过小，设计时可参考教材中表14-5。 路面设计时，沥青面层厚度与公路等级、交通量及组成、沥青品种和质量有关，沥青面层推荐厚度列于表14-6，设计时应根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥青质量等因素，综合考虑确定沥青层厚度。基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，发挥压实机具的功能以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。 4）参考相应规范，确定路面材料设计参数值，主要有抗压回弹模量值和劈裂抗拉强度值。要留意用弯沉进行计算和验算层底拉应力所采用的回弹模量值标准温度有区别。 5）沥青路面厚度计算 厚度计算是沥青路面结构设计的核心。 我国新建公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，采用设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层底进行层底拉应力的验算。我国城市道路设计规范规定在弯沉和拉应力两项指标之外，增加一项剪应力指标。 首先，按结构设计所确定的路面面层、基层及底基层的类型计算设计弯沉值； 其次，按轴载换算公式，把路面上的不同车辆轴载换算为标准轴载，要留意按设计弯沉值指标计算和进行半刚性基层层底拉应力验算时，两者的计算公式有区别。 再次，确定路面材料设计参数值。 图2 沥青路面结构图 最后，进行层底拉应力验算。如为城市道路，还需进行剪应力验算。假如验算不满足要求，或变更路面结构层组合、或调整路面结构层厚度、或调整材料配合比，进步材料极限抗拉强度，再重新计算，直到所设计路面符合要求为止。 设计资料汇总见表1。沥青路面结构图见图2。 表1 设计资料汇总表 h/cm 材料名称 20℃模量/Mpa 15℃模量/Mpa 劈裂强度/Mpa 容许拉应力/Mpa 4 细粒式沥青混凝土 1400 1500 1.4 0.456 5 中粒式沥青混凝土 1200 1300 1 0.3257 6 粗粒式沥青混凝土 1000 1200 0.8 0.2367 25 二灰碎石 900 0.7 0.2439 ？ 石灰土 500 0.2 0.0856 路基 35 4 留意事项 在进行各步骤计算时，留意温度的区别。 三、水泥混凝土路面设计 1、主要内容 水泥混凝土路面设计主要包括路面结构层组合设计、混凝土路面板厚设计、混凝土路面板的平面尺寸与接缝设计、路肩设计和普通混凝土路面的钢筋配筋率设计等内容。 2、水泥混凝土路面板设计步骤 1）收集并分析交通参数——收集日交通量和轴载组成数据，确定轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通等级，井进而选定设计年限、选定文通量年均匀增长率，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。 3 水泥混凝路面构图 2）初拟路面结构——初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。分别见图3、图4、图5。 3）确定材料参数——试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面确当量回弹模量。 4）计算荷载疲惫应力——计算得到标准轴载作用下板边中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作用次数计算得到疲惫应力系数；按交通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲惫应力σpr。 5）计算温度应力——由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划、σtm和fr确定温度应力累计疲惫作用 系数；由此计算确定温度疲惫应力σtr。 6）检验初拟路面结构——按下述条件检验：γr（σtr +σtr）≤fr 上述检验条件如不符合，则重新拟定路面结构或板平面尺寸，按第2-5步重新计算，直到满足为止。
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