沥青与水泥混凝土路面铺面工程课程设计汇编.docx
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铺面工程课程设计
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道路与机场工程材料
1、沥青路面结构设计
1）设计资料
某平原微丘地区新建双向四车道高速公路，设计年限为15年。
该公路所处地区属于Ⅳ7区，最高气温35℃，最低气温2℃。
沿线土质为高液限粘土，填方路基高1.8m，地下水位距路床2.4m。
年降雨量为620mm。
公路沿线有可开采碎石、砂砾，并有水泥、粉煤灰、石灰供应。
根据工程可行性报告得知，近期交通组成与交通量、不同车型的交通参数见表1，交通量年增长率为：
前五年为7.0%，之后五年为6.2%，最后五年为4.0%。
近期交通组成与交通量、车辆交通参数表1
车型
前轴重
（kN）
后轴重（kN）
后轴数
后轴
轮组数
后轴距
（m）
交通量
（辆/日）
江淮HF150
45.1
101.5
1
2
0
950
东风KM140
23.6
69.3
1
2
-
1100
太脱拉138
51.4
80
2
2
2
660
五十铃EXR181L
60.0
100.0
3
2
4
850
2）设计任务
该公路拟采用沥青路面结构，面层要求采用沥青混凝土，试设计沥青路面结构和厚度。
3）设计要求
（1）设计说明书中需写出相关取值依据及标准轴载累计作用次数计算、设计弯沉值和抗拉强度结构系数计算等详细过程。
（2）不同方案进行技术经济比较，确定设计方案。
1.1交通量的计算
1.1.1根据柔性路面设计弯沉值作为设计指标时计算的当量交通量由相关规定可以得出下表，由得：
当量轴次换算
代表车型
位置
轴重/KN
C1
C2
后轴数
后轴轮组数
交通量辆/日
标准轴载Ni/次
江淮HF150
前轴
45.1
1
6.4
1
2
950
190.36
后轴
101.5
1
1
1013.56
东风KM140
前轴
23.6
1
6.4
1
2
1100
0
后轴
69.3
1
1
223.14
太脱拉138
前轴
51.4
1
6.4
2
2
660
233.57
后轴
80
2.2
1
550.06
五十铃EXR181L
前轴
60
1
6.4
3
2
850
589.60
后轴
100
3
1
2550.00
合计Ni
5350.29
注：
轴载小于25KN的轴载作用不计。
Ne=1+γt-1×365γ×Ni×η；当γ取7.0%，6.2%，4.0%时Ne1，Ne2，Ne3，Ne=Ne1+Ne2+Ne3=2.31×107,其中t=5,η=0.5,
1.1.2为半刚性路面时计算的当量交通量，由得：
当量轴次换算
代表车型
位置
轴重/KN
C1
C2
后轴数
后轴轮组数
交通量辆/日
标准轴载Ni/次
江淮HF150
前轴
45.1
1
18.5
1
2
950
30.08
后轴
101.5
1
1
1070.17
东风KM140
前轴
23.6
1
18.5
1
2
1100
0.00
后轴
69.3
1
1
58.51
太脱拉138
前轴
51.4
1
18.5
2
2
660
59.49
后轴
80
3
1
332.19
五十铃EXR181L
前轴
60
1
18.5
3
2
850
264.12
后轴
100
3
1
2550.00
合计Ni
4364.56
注：
轴载小于25KN的轴载作用不计。
Ne=1+γt-1×365γ×Ni×η；当γ取7.0%，6.2%，4.0%时Ne1，Ne2，Ne3，
Ne=Ne1+Ne2+Ne3=1.91×107;其中t=5,η=0.5,
一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=1780,属重交通等级
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
5350.29
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
2.31×107,属重交通等级
当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
4364.56；设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.91×107,属重交通等级
即路面设计交通等级为重交通等级
2、路面结构组合层组合
2.1方案一：
2.1.1结构组合与材料选取
由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为2.03×107次左右，根据规范推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土（22cm）、基层采用水泥稳定碎石（20cm）、底基层采用水泥石灰砂砾土（厚度待定）。
规范规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成，查规范，采用三层沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚4cm），中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚8cm），下面层采用粗粒式沥青混凝土（厚10cm）。
2.1.2各层材料的抗压模量与劈裂强度
查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20℃）、15℃抗压模量与劈裂强度
材料名称
H（mm）
20℃抗压模量
15℃抗压模量
劈裂强度
细粒式沥青混凝土
40
1400
2000
1.2
中粒式沥青混凝土
80
1200
1800
1.0
粗粒式沥青混凝土
100
1000
1200
0.8
水泥稳定碎石
200
1500
3600
0.6
水泥石灰砂砾土
？
1000
1800
0.4
土基
—
40
—
2.1.3路面结构层厚度的确定及强度验算
2.1.3.1土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅳ7区，为高液限粘性土，地下水位距路床2.4m，属于干燥类型。
查相关表的土基回弹模量为40MPa。
----------------------------------------
细粒式沥青混凝土40mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土80mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土100mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石200mm
----------------------------------------
水泥石灰砂砾土?
mm
----------------------------------------
新建路基
2.1.3.2设计指标的确定
对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。
Ⅰ、设计弯沉值（高速公路）
该公路为高速公路，路面等级系数取1.0，面层是沥青混凝土路面取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数。
设计弯沉值为：
=600×（2.03×107）-0.2×1.0×1.0×1.0=20.7（0.01mm）
Ⅱ、各层材料的容许层底拉应力
⑴细粒式沥青混凝土
σR=σSPKS=0.32MPa
⑵中粒式沥青混凝土
σR=σSPKS=0.27MPa
⑶粗粒式沥青混凝土
σR=σSPKS=0.21MPa
水泥稳定碎石
σR=σSPKS=0.27MPa
⑷水泥石灰砂砾土
σR=σSPKS=0.14MPa
2.1.3.3设计资料总结
设计弯沉值为20.7（0.01mm）相关资料汇总如下表：
材料名称
H（mm）
20℃抗压模量
15℃抗压模量
容许拉应力（）
细粒式沥青混凝土
40
1400
2000
0.32
中粒式沥青混凝土
80
1200
1800
0.27
粗粒式沥青混凝土
100
1000
1200
0.21
水泥稳定碎石
200
1500
3600
0.27
水泥石灰砂砾土
？
1000
1800
0.14
土基
—
40
—
2.1.3.4确定水泥碎石层厚度（换算成三层体系）
取设计弯沉值等于计算弯沉值为20.7（0.01mm）
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=20.2（0.01mm）
H（5）=250mmLS=20.4（0.01mm）
H（5）=300mmLS=18.7（0.01mm）
H（5）=255mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=255mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=255mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=255mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=255mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=255mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=255mm（仅考虑弯沉）
H（5）=255mm（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500mm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
（未考虑综合影响系数）
材料名称
H（mm）
20℃抗压模量
15℃抗压模量
层底拉应力（）
容许拉应力（）
细粒式沥青混凝土
40
1400
2000
-0.156
0.32
中粒式沥青混凝土
80
1200
1800
-0.002
0.27
粗粒式沥青混凝土
100
1000
1200
-0.067
0.21
水泥稳定碎石
200
1500
3600
0.094
0.27
水泥石灰砂砾土
255
1000
1800
0.122
0.14
土基
—
40
—
----------------------------------------
细粒式沥青混凝土40mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土80mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土100mm
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