新建沥青混凝土路面设计课程设计.docx
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新建沥青混凝土路面设计课程设计
一、新建沥青混凝土路面设计····························2
1.交通分析及设计弯沉值的确定·····························2
1.1轴载分析·········································2
1.2路面设计弯沉值的计算·······························7
2.土基回弹模量的确定························8
3.结构组合与材料的初选定······························8
4.各层材料抗压模量与劈裂强度的确定····················8
5.设计指标的确定································9
6.设计资料总结·········································10
7.确定石灰煤渣矿渣层厚度································11
二、旧路面（沥青混凝土路面）补强设计····························15
三、新建水泥混凝土路面设计····························19
1.交通分析·····································19
2.初拟路面结构··························22
3.路面材料参数确定·····························23
4.荷载疲劳应力计算·····························24
5.温度疲劳应力计算·····························24
6.应力复合······································25
四、相关图纸····················································26
五、心得体会····················································30
六、主要参考资料·················································31
一、新建沥青混凝土路面设计
1、交通分析及设计弯沉值的确定。
1.1轴载分析
设计年限内一个车道的累计当量轴次数计算（确定路面等级）。
车型
总重（KN）
后轴重（KN）
后轴数
辆/日
解放CA10B
19.4
60.85
1
900
黄河JN150
49
101.6
1
360
日野KB222
50.2
104.3
1
123
太脱拉138
51.4
80
2（轴距≤3）
74
东风KM340
24.6
67.8
1
1030
黄河JN362
63
127
1
21
日野FC164
23.9
71
1
350
1.1.1当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，各级轴载Pi的作用次数ni，匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。
匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。
根据《公路沥青路面设计规范》公式3.1.2-1
①解放CA10B
（次）
②黄河JN150
（次）
③日野KB222
（次）
④太脱拉138
由于后轴距≤3，故
=1+1.2（m-1）=2.2
（次）
⑤东风KM340
（次）
⑥黄河JN362
（次）
⑦日野FC164
（次）
N总=108.30+489.21+187.00+87.86+204.75+77.41+83.32=1237.85（次）
1.1.2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各级轴载Pi的作用次数ni，匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N‘。
按《道路公程》2.3.7得
1解放CA10B
（次）
②黄河JN150
（次）
③日野KB222
（次）
④太脱拉138
由于后轴距≤3，故
=1+2（m-1）=3
（次）
⑤东风KM340
（次）
⑥黄河JN362
（次）
⑦日野FC164
（次）
N总=16.95+430.88+181.44+43.92+46.25+151.76+22.67=893.87（次）
1.1.3N和N'汇总得下表：
车型
Pi（kn）
ni（辆/日）
N（次）
（次）
C1
C2
C'1
C'2
解放CA10B
前轴
19.4
900
1
6.4
4.60
1
18.5
0.03
后轴
60.85
900
1
1
103.70
1
1
16.92
黄河JN150
前轴
49
360
1
6.4
103.47
1
18，5
22.13
后轴
101.6
360
1
1
385.74
1
1
408.75
日野KB222
前轴
50.2
123
1
6.4
39.28
1
18.5
9.18
后轴
104.3
123
1
1
147.72
1
1
172.26
太脱拉138
前轴
51.4
74
1
6.4
26.19
1
18.5
6.67
后轴
80
74
2.2
1
61.67
3
1
37.25
东风KM340
前轴
24.6
1030
1
6.4
14.78
1
18.5
0.26
后轴
67.8
1030
1
1
189.97
1
1
45.99
东风KM340
前轴
63
21
1
6.4
18.01
1
18.5
9.64
后轴
127
21
1
1
59.40
1
1
142.12
日野FC164
前轴
23.9
350
1
6.4
4.43
1
18.5
0.07
后轴
71
350
1
1
78.89
1
1
22.60
合计
----
----
----
----
1237.85
-----
-----
893.87
1.1.4计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数
拟建二级公路，路面的设计年限为12年，车道系数η，见徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第329页表2-3-1,取η=0.5。
因为在设计年限内交通量年增长率不一样，2017年前是9%，之后是3%。
所以计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数是要分开计算。
1.1.4.1计算路面设计弯沉及验算沥青层层底拉应力时用的设计年限内一个车道上的累计当量轴次数。
年增长率为9%时的计算
起算年
（次）所以：
2010-2016年的轴载次数是
年增长率为3%时的计算
设计年限起算年2017年的轴载次数
（次）
Ns总=2691648.12+2683057.92=5374706.04次
（次）
故应属于高级路面。
1.1.4.2计算半刚性基层层底拉应力验算时用到的设计年限内一个车道上的累计当量轴次数。
年增长率为9%时的计算
起算年
（次）所以：
2010-2016年的轴载次数是
年增长率为3%时的计算
设计年限起算年2017年的轴载次数
（次）
Ns总=1943685.44+1937476.07=3881164.51次
1.2路面设计弯沉值的计算
按徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第329页的公式进行计算
AC：
公路等级系数二级公路取1.10;
AS：
面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0:
沥青表面处治为1.2；中、低级路面为1.3；
Ab基层类型系数，对于半刚性基层为1.0;
Ne：
设计年限内一个车道上的累计当量轴次数=5374706.04次。
2、土基回弹模量的确定
按路基土类与干湿类型，确定该路段土基弹性模量。
2.1由原始材料可知：
路床表面至地下水位的高度H=2.1m，土质为粉质轻压粘土，地区所在的自然区为Ⅱ2。
查徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第308页表2-2-3得2.7m〉H〉2.0m得5+000—6+300段：
土基的干湿类型属中湿类型。
2.2由土基的干湿类型，查徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第306表2-2-1得其分界稠度：
1.10〉ωC》0.95,内插算出土基的平均稠度ωC=0.97
2.3由路基土的平均稠度，查徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第313页2-2-5表得平均稠度为0.90对应的土基回弹模量E0为25.0Mpa。
3、结构组合与材料的初选定
因为设计年限内一个车道上的累计当量轴次数大于400
按徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第337页表2-3-7b的路面组合为
---------------------------------------
面层沥青混凝土8-10cm
-----------------------------------------
基层二灰稳定集料20cm
-----------------------------------------
底基层?
-----------------------------------------
拟订路面组合与厚度为
----------------------------------------
细粒式沥青混凝土3cm
-----------------------------------------
中粒式沥青混凝土5cm
----------------------------------------
水泥稳定碎石20cm
-----------------------------------------
石灰煤渣矿渣？
cm
-----------------------------------------
4、各层材料抗压模量与劈裂强度的确定
查徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第342页表2-3-9，得到各种材料的抗压模量和劈裂强度，见下表：
材料
数值
抗压模量/MPa
劈裂强度/MPa
20℃
15℃
细粒式密级配沥青混凝土
1400
2000
1.4
中粒式密级配沥青混凝土
1200
1800
1.0
水泥稳定碎石
1500
1500
0.5
石灰煤渣矿渣
750
750
0.23
5、相关设计指标的确定
对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。
1）设计弯沉值
=29.75cm（0.01mm）
2）各层材料的容许层底拉应力为
相关公式见徐家钰和程家驹编著的《道路工程》第331-332页
其中，
:
沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期（MPa）
：
抗拉强度结构系数；Aa：
沥青混凝土级配类型系数细、中粒式沥青混凝土为1.0；粗粒式为1.1；Ac：
公路等级系数，二级公路取1.10；Ne=5374706.04次（用于沥青混凝土面层的计算）；
=3881164.51次（用于半刚性材料的计算）
细粒式、中粒式Ks
水泥稳定碎石及石灰煤渣矿渣Ks
带入公式计算其容许拉应力。
细粒式沥青混凝土：
中粒式沥青混凝土：
水泥稳定碎石
石灰煤渣矿渣
6、设计资料总结：
材料
数值
厚度/cm
20℃模量/MPa
15℃模量/MPa
劈裂强度/MPa
容许拉应力/MPa
细粒式密级配沥青混凝土
3
1400
2000
1.4
0.57
中粒式密级配沥青混凝土
5
1200
1800
1.0
0.40
水泥稳定碎石
20
1500
1500
0.5
0.30
石灰煤渣矿渣
？
750
750
0.23
0.14
7、确定石灰煤渣矿渣层厚度
运用HPDS2003公路路面设计程序系统进行计算。
计算机计算成果如下：
**************************
*新建路面设计成果文件汇总*
**************************
轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算
序号车型名称前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量
1解放CA10B19.460.851双轮组1165.53
2黄河JN15049101.61双轮组466.21
3日野FC16423.9711双轮组453.26
4太脱拉13851.4802双轮组<395.83
5东风KM34024.667.81双轮组1333.88
6黄河JN362631271双轮组27.2
7日野KB22250.2104.31双轮组159.29
设计年限12车道系数.5
序号分段时间（年）交通量年增长率
179％
253％
当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:
路面竣工后第一年日平均当量轴次:
1603
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
5374538
当进行半刚性基层层底拉应力验算时:
路面竣工后第一年日平均当量轴次:
1158
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
3882542
公路等级二级公路
公路等级系数1.1面层类型系数1基层类型系数1
路面设计弯沉值:
29.7（0.01mm）
层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）
1细粒式沥青混凝土1.4.57
2中粒式沥青混凝土1.4
3水泥稳定碎石.5.3
4石灰煤渣矿渣.23.14
新建路面结构厚度计算
公路等级:
二级公路
新建路面的层数:
4
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
29.7（0.01mm）
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
15（cm）
层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）抗压模量（MPa）容许应力（MPa）
（20℃）（15℃）
1细粒式沥青混凝土314002000.57
2中粒式沥青混凝土512001800.4
3水泥稳定碎石2015001500.3
4石灰煤渣矿渣?
750750.14
5土基29
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=29.7（0.01mm）
H（4）=30cmLS=31.8（0.01mm）
H（4）=35cmLS=28.6（0.01mm）
H（4）=33.3cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=33.3cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=33.3cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=33.3cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=33.3cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=33.3cm（仅考虑弯沉）
H（4）=33.3cm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度45cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,
最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土3cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土5cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石20cm
---------------------------------------
石灰煤渣矿渣34cm
---------------------------------------
土基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公路等级:
二级公路
新建路面的层数:
4
标准轴载:
BZZ-100
层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）抗压模量（MPa）计算信息
（20℃）（15℃）
1细粒式沥青混凝土314002000计算应力
2中粒式沥青混凝土512001800计算应力
3水泥稳定碎石2015001500计算应力
4石灰煤渣矿渣34750750计算应力
5土基25
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=29.2（0.01mm）
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=31.6（0.01mm）
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=35.6（0.01mm）
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=78.7（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值LS=454.6（0.01mm）（根据“基层施工规范”第88页公式）
LS=372.6（0.01mm）（根据“测试规程”第56页公式）
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1层底面最大拉应力σ
（1）=-.273（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-.118（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=.092（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=.112（MPa）
通过计算机设计得到确定石灰煤渣矿渣层的厚度为34cm，实际路面结构的实测弯沉值为29.2cm（0.01mm）〈29.7cm，沥青面层的层底均受压应力，水泥稳定碎石层层底的最大拉应力为0.092Mpa<0.30Mpa，石灰煤渣矿渣层层底的拉应力为0.112Mpa<0.14Mpa，上述计算结果均满足设计要求。
最终验算通过确定采用该路面结构方案。
二、旧路（沥青混凝土路面）补强设计
运用HPDS2003公路路面设计程序系统进行计算。
程序设计结果如下：
**************************
*旧路补强设计成果文件汇总*
**************************
轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算
序号车型名称前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量
1解放CA10B19.460.851双轮组1165.53
2黄河JN15049101.61双轮组466.21
3日野KB22250.2104.31双轮组159.294太脱拉13851.4802双轮组<395.83
5东风KM34024.667.81双轮组1333.88
6黄河JN362631271双轮组27.2
7日野FC16423.9711双轮组453.26
设计年限12车道系数.5
序号分段时间（年）交通量年增长率
179％
253％
当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:
路面竣工后第一年日平均当量轴次:
1603
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
5374538
当进行半刚性基层层底拉应力验算时:
路面竣工后第一年日平均当量轴次:
1158
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
3882542
公路等级二级公路
公路等级系数1.1面层类型系数1基层类型系数1
路面设计弯沉值:
29.7（0.01mm）
层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）
1细粒式沥青混凝土1.4.57
2中粒式沥青混凝土1.4
3水泥稳定碎石.5.3
改建路段原路面当量回弹模量计算
原路面实测弯沉值（0.01mm）
123120113110136131129115106128
9916519014314811214412614589
9710010510811997115112111106
舍去的过大或过小弯沉值为:
L（13）=190
L（12）=165
原路面有效弯沉数:
28
原路面平均弯沉值:
117（0.01mm）
原路面弯沉值标准差:
16（0.01mm）
测定汽车轴载100kN
改建公路等级二级公路
保证率系数1.5
原沥青面层厚度2.5（cm）
季节影响系数1.2湿度影响系数1温度修正系数1
原路面计算弯沉值:
169（0.01mm）
原路面当量回弹模量:
97（MPa）
改建路面补强厚度计算
公路等级:
二级公路
加铺路面的层数:
3
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
29.7（0.01mm）
路面设计层层位:
3
设计层最小厚度:
15（cm）
层层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）抗压模量（MPa）容许应力（MPa）
（20℃）（15℃）
1细粒式沥青混凝土314002000.57
2中粒式沥青混凝土512001800.4
3水泥稳定碎石？
15001500.3
4改建前原路面97
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=29.7（0.01mm）
H（3）=20cmLS=35.6（0.01mm）
H（3）=25cmLS=29.2（0.01mm）
H（3）=24.6cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（3）=24.6cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（3）=24.6cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（3）=24.6cm（第3层底面拉应力验算
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