昆明到攀枝花二级公路路基路面设计.docx
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昆明到攀枝花二级公路路基路面设计
课程名称：
路基路面工程
设计题目：
路面设计
院
系：
土木工程
专
业：
铁道工程2班
年
级：
2010级
姓
名：
学
号：
指导教师：
成绩指导教师（签章）
年月日
西南交通大学峨眉校区
第1章任务书和指导书1
第2章沥青路面设计2
1.标准轴载及轴载当量换算2
2.预估路基回弹模量4
3.路面结构组合及材料参数确定4
4.材料参数：
回弹模量、劈裂强度、容许拉应力4
5.材料参数汇总5
6.计算值和实际值比较6
第3章普通水泥混凝土路面设计7
1.标准轴载及轴载当量换算7
2.初拟路面结构8
3.确定材料参数8
4.计算荷载疲劳应力9
5.计算温度疲劳应力9
参考文献10
第1章任务书和指导书
拟从昆明到攀枝花修建一条二级公路，宽9m，所在地区的自然区划属V4区，采用
沥青混凝土路面或水泥混凝土路面。
已知资料如下：
预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。
经过调查，预期交通量平均年增长率为r（见表1和表2）。
方向分
配系数为0.6。
路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。
任务：
可行性研究阶段，设计沥青路面和水泥混凝土路面各1种方案。
表1第一年双向平均日交通量
车型
前轴重
（kN）
前
轴
数
前轴
轮组数
后轴重
（kN）
后
轴
数
后轴
轮组数
后轴
轴距
交通量
（辆/
日）
黄河QD352
58.0
1
单
95
1
双
-
Ｑ1
交通SH-141
40.0
1
单
2×89
2
双
2.6m
Q2
东风EQ144
52.0
1
单
2×98
2
双
3.1m
Q3
罗曼SQ9251
65.0
1
单
3×125
3
双
2.4m
Q4
表2交通量以及年平均增长率
学号末尾2
位数k
Q1
Q2
Q3
Q4
r（%）
00-33
440-k
440-k
380-k
85-k
5.6+0.01k
34-66
450-k
390-k
420-k
14+k
5.9-0.01k
67-99
310+k
330+k
350+k
k
6.3-0.01k
第2章沥青路面设计
1.标准轴载及轴载当量换算
我国路面设计以单轴双轮组100KN为标准轴载。
1）当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，
K
NC1C2ni（pip）4.35
式中，N——标准轴载的当量轴次
ni——被换算车型的各级轴载作用次数
P——标准轴载
Pi——被换算车型的各级（单根）轴载
C1，i——被换算车型的各级轴载的轴数系数。
当轴间距大于3米时，即为轴数m，当轴间
距小于3米，C1，i=1+1.2*（m-1）
C2，i——被换算轴载的轮组系数。
单轮组6.4，双轮组1，四轮组0.38.
N1=1
6.4
387
N2=1
6.4
327
N3=1
6.4
357
N4=1
6.4
77
58/100）^4.35+11
40/100）^4.35+2.2
52/100）^4.35+21
65/100）^4.35+11
387（95/100）^4.35=541.24
1327（89/100）^4.35=472.2
357（98/100）^4.35=786.81
77（125/100）^4.35=766.74
车型
轴位
轴重（KN）
轮组系数
轴数系数
交通量（辆
/日）
当量轴次（辆/日）
黄河
前
58.0
6.4
1
387
541.24
QD352
后
95
1
1
交通
前
40.0
6.4
1
327
472.20
SH-141
后
89
1
2.2
东风
前
52.0
6.4
1
357
786.81
EQ144
后
98
1
2
罗曼
前
65.0
6.4
1
77
766.74
SQ9251
后
125
1
3.4
N=
=541.24+472.2+786.81+766.74=2567次
2）当以半刚性层层底拉应力为设计指标时，
式中，N——标准轴载的当量轴次ni——被换算车型的各级轴载作用次数
P——标准轴载
Pi——被换算车型的各级（单根）轴载
C1，i——被换算车型的各级轴载的轴数系数。
当轴间距大于3米时，即为轴数m，当轴间
距小于3米，C1，i=1+2*（m-1）
C2，i——被换算轴载的轮组系数。
单轮组18.5，双轮组1，四轮组0.09.
N1=1
18.5
387
（58/100）^8+11387
（95/100）^8=348.43
N2=1
18.5
327
（40/100）^8+31327
（89/100）^8=390.14
N3=1
18.5
357
（52/100）^8+21357
（98/100）^8=642.75
N4=1
18.5
77
（65/100）^8+5177（125/100）^8=2340.17
车型
轴位
轴重（KN）
轮组系数
轴数系数
交通量（辆
/日）
当量轴次（辆/日）
黄河
前
58.0
18.5
1
387
348.43
QD352
后
95
1
1
交通
前
40.0
18.5
1
327
390.14
SH-141
后
89
1
3
东风
前
52.0
18.5
1
357
642.75
EQ144
后
98
1
2
罗曼
前
65.0
18.5
1
77
2340.17
SQ9251
后
125
1
5
N=
=348.43+390.14+642.75+2340.17=3721.5次
2.预估路基回弹模量
路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。
所在地区的自然区划属V4区。
得到相应的粉质土地下水位临界高度H1=1.9~~2.5米，H2=1.3~~1.6米，H3=0.5~~0.7米。
知地下水位距离路床顶面H=1+0.8=1.8米，H2HH1，所以属中湿类型。
Wc=1.0,取土基回弹模量32.5*1.3=42.25Mpa。
3.路面结构组合及材料参数确定
根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，根据结构层的最小施工厚度以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：
结构层
材料
适宜厚度cm
拟定厚度
上面层
中粒沥青混凝土
5~8
6
下面层
粗粒沥青混凝土
8~12
10
基层
水泥稳定碎石
18~20
38
底基层
二灰土
18~20
？
4.材料参数：
回弹模量、劈裂强度、容许拉应力
计算抗拉强度结构系数及确定容许拉应力:
沥青混凝土层：
Ks=0.09Ne^0.22/Ac=0.09*（908.93*10^4）^0.22/1.1=2.778
无机结合料稳定集料类：
Ks=0.35Ne^0.11/Ac=1.9313
材料名称
抗压回弹模量（Mpa）
劈裂强度（Mpa）
弯沉计算用
拉应力计算用
中粒沥青混凝土
1000~1400
1600~2000
0.8~1.2
粗粒沥青混凝土
800~1200
1000~1400
0.6~1.0
水泥稳定碎石
1300~1700
3000~4200
0.4~0.6
二灰土
600~900
2000~2800
0.2~0.3
容许拉应力按下式计算：
式中：
R—路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）；
s—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯
拉应力（Mpa）；
ks—抗拉强度结构系数。
材料名称
劈裂强度（Mpa）
抗拉强度结构系数
容许拉应力（Mpa）
中粒沥青混凝土
1.0
2.778
0.360
粗粒沥青混凝土
0.8
2.778
0.288
水泥稳定碎石
0.5
1.9313
0.259
二灰土
0.25
1.9313
0.129
5.材料参数汇总
材料名称
抗压回弹模量
容许拉应力
厚度
弯沉计算用
拉应力计算用
中粒沥青混凝土
1200
1800
0.360
6
粗粒沥青混凝土
1000
1400
0.288
10
水泥稳定碎石
1500
3600
0.259
38
二灰土
750
2400
0.129
？
由东南大学的软件计算可知：
材料名称
抗压回弹模量
容许拉应力
厚度
弯沉计算用
拉应力计算用
中粒沥青混凝土
1200
1800
0.360
6
粗粒沥青混凝土
1000
1400
0.288
10
水泥稳定碎石
1500
3600
0.259
38
二灰土
750
2400
0.129
18
计算设计弯沉值：
ld600Ne0.2AcAsAb
式中：
ld—设计弯沉值
Ne—设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数
Ac—公路等级系数，一级公路为1.0
As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0
Ab—基层类型系数，半刚性基层为1.0
Ld=600Ne^-0.2AcAsAb=600*（908.93*10^4）^（-0.2）*1.1*1*1=26.78（0.01mm）
6.计算值和实际值比较
实际弯沉值和设计弯沉值比较：
Ldˊ=21.5658（0.01mm）Ld=26.78（0.01mm）故，满足要求。
实际拉应力和设计拉应力比较：
材料名称
抗压回弹模量
容许拉应力
实际拉应力
厚度
弯沉计算用
拉应力计算用
中粒沥青混凝土
1200
1800
0.360
0
6
粗粒沥青混凝土
1000
1400
0.288
0
10
水泥稳定碎石
1500
3600
0.259
0．092
38
二灰土
750
2400
0.129
0.125
18
满足要求。
第3章普通水泥混凝土路面设计
1.标准轴载及轴载当量换算
我国路面设计以单轴双轮组100KN为标准轴载。
Ns=
式中：
P—100KN的单轴—双轮组标准轴数的通行次数；
Pi—各类轴—轮型级轴载的总重（KN）；
Ni—各类轴—轮型i级轴载的通行次数；
N1=387
（
）
+387
（
）
=170.39
N2=327
（
）
+327
（
）
=101.35
N3=357
（
）
+357
（
）
=516.80
N4=77
（
）
+77（
）
=8206.85
车型
前轴重（kN）
前轴数
后轴重（kN）
后轴数
交通量（辆/
日）
当量轴次（辆/日）
黄河
QD352
58.0
1
95
1
387
170.39
交通
SH-141
40.0
1
2×89
2
327
101.35
东风
EQ144
52.0
1
2×98
2
357
516.80
罗曼
SQ9251
65.0
1
3×125
3
77
8206.85
Ns=
NeNs[
（1）t1]3651689.15万次
式中：
Ne—标准轴载累计当量作用次数；
t—设计基准年限；
γ—交通量年平均增长率，由材料知，γ=0.0527；
2.初拟路面结构
444
因为交通量100×104<1689.15×104<2000×104次，故可知交通属于重交通。
由以上
水平等级。
查规范知：
初拟普通混凝土面层厚为260mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为200mm；
垫层为150mm的级配碎石。
普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m；长为5m。
a0.860.26lnhx0.860.26ln0.350.587
取Et=250Mpa
普通混凝土面层的相对刚度半径为：
DcEch32310000.226348.43MNm
12（1c2）12（10.152）
DbEbhb3220000.2231.39MNm
12（1b2）12（10.22）
1
Dc3
l1.21（）30.694mEt
Db1
lgl
（1）30.701mDc
4.计算荷载疲劳应力
标准轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为：
ps1.3710lg0.65h2Ps0.941.186Mpa
ps1Db/Dc
1.37100.6520.94
pmlghPs1.686Mpa
pm1Db/Dc
面层荷载疲劳应力、面层最大荷载应力为
prkrkfkcps0.872.5821.051.1862.797Mpa
p,maxkrkcpm0.871.051.6861.54Mpa
5.计算温度疲劳应力
Lsinh（2.378）cos（2.378）cosh（2.378）sin（2.378）
H0.187
3lcos（2.378）sin（2.378）sinh（2.378）cosh（2.378）
H
CL11
L
3l0.837
BL1.77e4.48hCL0.131（1CL）0.441
面层最大温度应力：
cEchTg
t,max2BL1.759Mpa
温度疲劳系数
3-4。
表3-4回归系数a，b和c
系数
公路自然区
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
a
0.828
0.855
0.841
0.871
0.837
0.834
b
0.041
0.041
0.058
0.071
0.038
0.052
c
1.323
1.355
1.323
1.287
1.382
1.270
51.7591.287
frtmc[0.871（）1.2870.071]0.444
ktfr[a（tm）cb]=1.7595
tmfr
则温度疲劳应力：
trktt,max0.4441.7590.781MPa
结构极限状态校核：
综合，二级公路的安全等级为二级，相应于安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为
85﹪。
再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数1.13。
prtr1.132.7970.7814.043MPafr5.0MPa，
p,maxt,max1.131.541.7593.728MPafr5.0MPa
故满足要求。
参考文献
[1]《新编路基路面工程》，刘黎萍.同济大学出版社出版，2012
[2]《公路沥青路面设计规范》（JTJD50-2006），中交公路规划设计院.人民交通出版社，2006
[3]《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJD40-2011），中交公路规划设计院.人民交通出版社，2011
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