路基路面工程课程设计.docx
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路基路面工程课程设计
三江学院
《路基路面工程》课程设计
院系：
土木工程学院
专业：
路桥
学生姓名：
陆云涛
学号：
02
2015年06月
路基路面课程设计任务书……………………………………………………………
第一部分：
交通分析
一、交通资料………………………………………………………………………………
二、确定道路等级
1、折算交通量…………………………………………………………………………
2、计算远景年平均日交通量…………………………………………………………
第二部分：
路基设计
一、原地面处理……………………………………………………………………………
二、路基断面形式的确定…………………………………………………………………
三、路基尺寸的确定
1、路基宽度……………………………………………………………………………
2、路基高度……………………………………………………………………………
3、边坡坡度……………………………………………………………………………
四、路基填料的选择………………………………………………………………………
五、路基干湿类型的确定…………………………………………………………………
六、土基回弹模量的确定…………………………………………………………………
七、路基施工
1、施工前准备工作…………………………………………………………………
2、施工要点…………………………………………………………………………
八、边坡防护………………………………………………………………………………
第三部分：
路面设计
一、初拟路面结构组合方案………………………………………………………………
二、确定交通等级
1、A方案………………………………………………………………………………
2、B方案………………………………………………………………………………
三、A方案路面结构详细设计
1、初拟结构层厚度…………………………………………………………………
2、确定设计参数……………………………………………………………………
3、路面结构层厚度设计……………………………………………………………
4、验算防冻层厚度…………………………………………………………………
四、B方案路面结构详细设计
1、初拟路面结构……………………………………………………………………
2、路面材料参数确定………………………………………………………………
3、荷载疲劳应力……………………………………………………………………
4、温度疲劳应力……………………………………………………………………
5、接缝构造及配筋设计……………………………………………………………
五、路面施工
1、路面基层施工……………………………………………………………………
2、沥青路面面层施工………………………………………………………………
第四部分：
方案技术工程比较
一、经济性…………………………………………………………………………………
二、使用性能………………………………………………………………………………
第五部分：
附属工程设计
一、绿化设计………………………………………………………………………………
二、排水设计
1、路基排水设计……………………………………………………………………
2、路面排水设计……………………………………………………………………
参考文献…………………………………………………………………………………
第一部分：
交通分析
一、交通资料
根据最新路网规划，近期交通组成与交通量见下表1，交通量年平均增长率见表2。
近期交通组成与交通量表1
车型
解放CA10B
尼桑CK20L
东风EQ140
菲亚特650E
太脱拉138
日野KB222
吉尔130
依发H6
斯柯达706R
小轿车
辆/日
200
160
310
200
100
160
200
150
110
800
交通量年增长率γ表2
期限
增长率γ（%）
期限
增长率γ（%）
30年的前五年
6.5
30年内的5-15年
6.0
30年的前15-25年
5.7
30年的后5年
5.0
γ=（6.5%*5+6.0%*4）/10=6.25%
二、确定道路等级
折算交通量:
累计交通量200+160+310+200+100+160+200+150+110+800=2390
根据《公路工程技术标准》，确定公路等级的各汽车代表车型和车辆折算系数规定如下表所示
表3
汽车代表车型
车辆折算系数
说明
小客车
1.0
≤19座的客车和载质量≤2t的货车
中型车
1.5
＞19座的客车和载质量＞2t~≤7t的货车
大型车
2.0
载质量＞7t~≤14t的货车
拖挂车
3.0
载质量＞14t的货车
折算交通量表4
序号
汽车车型
日交通量
折算系数
折算交通量
1
解放CA10B
200
1.5
300
2
尼桑CK20L
160
2.0
320
3
东风EQ140
310
2.0
620
4
菲亚特650E
200
2.0
400
5
太脱拉138
100
2.0
200
6
日野KB222
160
1.5
240
7
吉尔130
200
2.0
400
8
依发H6
150
1.0
150
9
斯柯达706R
110
1.5
165
10
小轿车
800
1.0
800
合计
3395
折算交通量系数如表所示，所得折算交通量为：
远景年平均日交通量ADT=
辆/日
第二部分：
路基设计
一、原地面处理：
采用换填土层法，将基底下一定深度范围的是软土层挖去，换以强度较大的碎石，并予以压实。
二、路基填料的选择：
由题知，此地区土质是素填土层，下层粘性土，公路沿线有小型采石场和石灰厂，并查书表6-10，可选用粒径10~15cm的碎石和适量石灰拌合作为路基填料
三、路基断面形式的确定
四、路基尺寸的确定
1、路基宽度：
《公路工程技术标准》JTGB01—2003规定：
一级级公路、设计车速为100km/h、车道数为双向四车道时，路基宽度一般值为26.00m。
故拟定路基宽度为26.00m。
2、路基高度：
路堤填高确定为2.5m。
3、边坡坡度：
考虑路基稳定性和工程经济等因素确定路基边坡坡度为1:
1.5。
五、路基干湿类型的确定：
由地质资料可知，该区为
区，粘性土，地下水埋深4.5m，设计路基高度为2.5m，因此路基临界高度H的范围为4.5-7.5m，Hmin=4.5m。
查书本《路基路面工程》可知，该地区H1=1.7—1.9m，可见H>H1，确定路基干湿类型为干燥。
六、土基回弹模量的确定：
查书表3-4，知V区干燥状态的粘质土的
，取
。
查书得，确定
区粘质土
时的土基回弹模量为39.5MPa，采用重型击实标准，提高20%，
，取土基回弹模量
。
七、路基施工：
1、施工前准备工作
（1）组织准备工作：
建立和健全施工队伍和管理机构，明确施工任务，制定必要的规章制度，确立施工所能达到的目标等；
（2）技术准备工作：
施工单位在熟悉设计文件和设计交底的基础上进行施工现场勘查，核对并在必要时修改设计文件，发现问题及时根据有关程序提出修改建议，编制施工计划，恢复路线，施工放样与清除施工场地，做好临时工程的各项工作；
（3）物质准备工作：
包括各种材料与机具设备的购置、采集、加工、调运与储存以及生活后勤供应等。
2、施工要点
（1）做好排水，保持施工现场干燥；
（2）路基填筑范围内的地表障碍物应予以清理拆除；
（3）确定路堤填筑方案为：
分层平铺，逐层压实，竖向填筑；
（4）施工前先进行击实试验以确定填土的最佳含水量，施工时应确保填土在最佳含水量状态；
（5）采用静碾压式压实机具压实，对于压不倒的边角应辅以人力或小型机具压实；
（6）压实过程遵循“先轻后重，先慢后快，先边缘后中间”的原则；
（7）压实程度应达到规范规定的压实度。
据规范，一级公路填方的土质路堤压实度标准如表3.1所示
表5
压实度标准
路床顶面以下深度（cm）
压实度（%）
0~80
≥96
80~150
≥94
>150
≥93
八、路基压实：
查书表15-36，初压采用钢筒式压路机以3km/h的速度匀速压实，复压采用钢筒式压路机以4km/h的速度匀速压实，终压采用钢筒式压路机以5km/h的速度匀速压实。
九、边坡防护：
根据气象资料，该路所处自然区划为Ⅴ3区，所处地区气候属亚热带湿润季风气候区,气候干燥炎热,冬无严寒,少云多日照,年平均气温为15.3-19.6℃,年月平均最高气温在26.90℃，月平均最低气温在5.70℃，雨水充沛,雨季主要集中在4～10月，雨量多集中在1100-1300毫米之间,年平均降雨量为1179.90毫米。
灾害性气候主要为干旱和暴雨。
为了保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变过程，保护路基边坡的整体稳定性，宜采用种草、铺草皮、植树等植物防护措施防护坡面，同时还可美化路基和协调自然环境。
第三部分：
路面设计
一、初拟路面结构组合方案:
初步设计采用两种方案
A方案：
半刚性基层沥青路面
B方案：
水泥混凝土路面
二、计算标准轴载累计交通量
，确定交通等级：
1.A方案：
半刚性基层弯拉应力验算
计算表表6
车辆
前轴
后轴
日交通量
解放CA10B
1.0
1.0
19.40
1.0
1.0
60.85
200
尼桑CK20L
1.0
1.0
49.85
1.0
1.0
100.00
160
东风EQ-140
1.0
1.0
23.70
1.0
1.0
69.20
310
菲亚特650E
1.0
1.0
33.00
1.0
1.0
72.00
200
太脱拉138
1.0
1.0
51.40
1.0
3.0
80.00
100
日野KB-222
1.0
1.0
50.20
1.0
1.0
104.30
160
吉尔130
1.0
1.0
25.75
1.0
1.0
59.50
200
依发H6
1.0
1.0
45.50
1.0
1.0
86.50
150
斯柯达706R
1.0
1.0
50.00
1.0
1.0
90.00
110
小轿车
1.0
1.0
15
1.0
1.0
25
800
由表6计算
：
小轿车换算标准轴载作用次数过小，可以忽略不计
标准轴载作用次数为
累计标准轴载作用次数
查表6-11得，为轻交通
2.B方案：
水泥混凝土路面的轴载换算
，由表6计算
小轿车换算标准轴载作用次数过小，可以忽略不计
查书表6-12得为重交通
三、A方案路面结构详细设计
1、初拟结构层厚度
4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+?
水泥稳定碎石基层+天然砂砾垫层16cm,以水泥稳定碎石基层为设计层
2、确定设计参数
表7路面结构层设计参数
材料名称
20℃抗压回弹模量
E（MPa）
15℃弯拉模量
（MPa）
15℃弯拉强度
（MPa）
细粒式沥青混凝土
1500
2100
1.5
中粒式沥青混凝土
1300
1900
1.1
粗粒式沥青混凝土
1000
1300
0.9
水泥稳定碎石基层
1600
3800
0.6
天然砂砾
180
-
-
3、路面结构层厚度设计
I、计算路面设计弯沉值
其中，
II、计算容许弯拉应力
，其中，
表8结构层容许应力表
材料名称
极限弯拉强度
结构强度系数
容许弯拉应力
细粒式沥青混凝土
1.5
1.90
0.79
中粒式沥青混凝土
1.1
1.90
0.58
粗粒式沥青混凝土
0.9
1.90
0.47
水泥稳定碎石基层
0.6
1.61
0.37
天然砂砾
-
-
-
III、计算路表弯沉和层底拉应力
h=4cm,
H=?
其中
令
查诺谟图得
计算
查诺谟图得
，
IV、计算上层底面弯拉应力（垫层不计算）
换算公式：
表9路面厚度设计表
2100MPa4cm
1900MPa6cm
1300MPa8cm
3800MPa17.2cm
①.第一层换算作一层，下三层换算作一层
2100MPahcm
1900MPaHcm
h=4cm
查诺谟图，
不存在，满足要求
②.第一第二层换算作一层，第三第四层换算做一层
1900MPahcm
1300MPaHcm
查诺谟图，
不存在，满足要求
③第一第二第三层换算做一层，第四层换算做一层
1300MPahcm
3800MPaHcm
查诺谟图，
不存在，满足要求
表10结构厚度计算结果
序号
材料名称
抗压模量
（MPa）
弯拉模量
（MPa）
弯拉强度
（MPa）
厚度
（cm）
劈裂强度
容许弯拉应力
（MPa）
1
细粒式沥青混凝土
1500
2100
1.5
4
1.2
0.79
2
中粒式沥青混凝土
1300
1900
1.1
6
1.0
0.58
3
粗粒式沥青混凝土
1000
1300
0.9
8
0.8
0.47
4
水泥稳定碎石基层
1600
3800
0.6
17.2
0.6
0.37
5
天然砂砾
180
-
-
16
-
-
6
土基
40
-
-
-
-
-
4、验算防冻层厚度
该地区最低气温为5.70°C，且气候干燥炎热，冬无严寒，所以不需要防冻验算
四、B方案路面结构详细设计
1、初拟路面结构
根据规范，初拟水泥混凝土面板为0.24m，基层为0.18m水泥稳定料，垫层为0.15m石灰粉煤灰稳定土
水泥混凝土面板0.24m
水泥稳定料0.18m
石灰粉煤灰稳定土0.15m
普通混凝土板的平面尺寸为：
宽3.75m，长4.5m
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
2、路面材料参数确定
交通等级为重交通，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应的弯拉弹性模量标准值为29000MPa，路基回弹模量取45MPa。
低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取800MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1600MPa。
泊松比取0.15
基层顶面当量回弹模量：
地基综合回弹模量
3、荷载疲劳应力
普通混凝土面层得相对刚度半径：
设计轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力：
确定三个修正系数
路面材料为普通混凝土，
计算荷载疲劳应力
4、温度疲劳应力
由书表9-8得，V区温度梯度最高取88°C；板长为5m，
板厚h=0.24m，查诺谟图得
最大温度应力：
根据书表9-28得
，表9-8得
温度疲劳应力系数
温度区为V区，
计算温度疲劳应力：
5、接缝构造及配筋设计
混凝土面层是由一定厚度的混凝土面板组成的，具有热胀冷缩的性质。
由于一年四季气温的变化，混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。
而在一昼夜后，白天气温升高，混凝土板顶面温度较低面为高，这种温度坡差会使板的中部形成隆起的趋势。
夜间气温降低，混凝土板顶面温度较低面为低，会使板的周围和角隅发生翘起的趋势。
这种变形会受到面板与基础质检的摩阻力和黏结力，以及板自重和车轮荷载等得约束，致使板内产生过大的应力，造成板的断裂或拱胀等破坏。
为了避免这些缺陷，水泥混凝土路面不得不在纵横两个方向设置许多接缝。
把整个路面分割成为许多板块。
水泥混凝土路面的接缝可分为纵缝和横缝两大类。
与路线中线平行的接缝为纵缝，与路线垂直的接缝为横缝。
接缝设计应能：
①控制收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置；②通过接缝提供足够的荷载传递；③防止坚硬的杂物落入接缝缝隙内。
①纵缝接缝
纵向接缝的布设视路面宽度和施工铺筑而定：
因一次铺筑宽度小于路面宽度，设置纵向施工缝。
纵向施工缝采用平缝形式，上部锯切槽口，深度为30mm，宽度为8mm，槽内灌塞填缝料。
纵向接缝的拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚的中央，并对拉杆中部100mm范围内做防锈处理，拉杆直径为10mm，长度为700mm，间距为700mm。
最外侧拉杆距横向接缝距离为100mm。
构造如下图所示：
②横缝接缝
每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。
施工缝采用加传力杆的平缝形式。
横向缩缝采用假缝等间距设置。
传力杆采用光面钢筋，传力杆直径为32mm，长度为450mm，间距为300mm。
最外则拉杆距自由边的距离为150mm。
横向接缝的细部构造见下图所示：
五、路面施工
1、路面基层施工
①、材料控制
进场的原材料必须是级配碎石（0—40），并严格控制碎石含泥重，材料进场后必须进行试验，并进行粒经级配试验。
②、拌和、运输
水泥稳定碎石混合料，采用750型搅拌机拌和，搅拌配合比严格按照试验配合比配料，自动配料斗计量进料，（重量比）自卸汽车运输，并直接运入施工现场。
③、摊铺和碾压
A、水泥稳定碎石层采用挖机摊铺，人工配合整平，测定高度，摊铺厚度。
B、摊铺时厚度要根据试验后确定压实度多少，来测定摊铺实际厚度，摊铺时应掌握“宁高勿低、宁铲勿补”的原则，摊铺后的混合料必须在2小时内碾压完毕，采用CA14振动式压路机压实。
雨水井周围用平板震动器或人工整实，碾压时要掌握先静后振，先边后中，轮迹重叠应1/3，碾压遍数根据现场试验后确定（但不能少于3静3振）。
混合料的碾压时间应掌握在接近最佳含水量时进行，严禁在刚压实或正在碾压的路段上进行压路机或送料车的转弯、调头、急刹车等，保证基层质量。
④、质量及平整度控制
A、路中及两侧位置分别每5米打一高程桩，设立方格网，方格网更有利于检测和发现偏差情况。
B、严格掌握搅拌时水灰比，因为水灰比的大小直接对压实平整有直接因果关系。
C、每层初压后用3米直尺检查平整段，并及时进行铲修整平。
D、摊铺时采用半幅路基一次成型方案。
避免纵向接缝，若不可避免产生时，要采用直接缝，并压实接缝线上严禁斜接，上下层的垂直接缝要错开，横向接缝亦采用垂直接缝形式，严禁斜接，垂直接缝的制作要严格按规范执行。
⑤、养生
水泥稳定碎石层碾压成型后，采用阳模覆盖，必须保持洒水养护，时间不少于7天，以利强度得到正常发展，特别是在施工后1周内，稳定层表面要保持湿润，养生期间严禁一切车辆通行。
2、沥青路面面层施工
（1）施工准备与施工温度控制
铺筑试验路段：
通常为100～200m，并选择在正线上铺筑
施工温度控制：
普通沥青结合料的施工温度宜通过135℃及?
175℃条件下测定的粘度－温度曲线按书上表15-28的规定确定。
沥青标号为90号，沥青结合料的加热温度和改性沥青的加工温度不得超过175℃。
（2）沥青混合料拌和?
沥青混合料必须在沥青拌和厂采用拌和机械拌和，拌和机械采用间歇式拌和机。
（3）沥青混合料的运输
热拌沥青混合料应采用较大吨位的运料车运输，但不得超载运输，或急刹车、急弯掉头。
（4）沥青混合料的摊铺
采用沥青摊铺机缓慢、均匀、连续不间断地摊铺。
不要停下摊铺机，不要碰撞摊铺机。
（5）沥青路面的压实成型
压路机的碾压路线及碾压方向不应突然改变，碾压区长度应大体稳定。
碾压温度应符合要求。
初压：
初压应紧跟摊铺机后碾压，保持较短的初压区长度；通常采用钢轮压路机静压1~2遍，注意碾压顺序；初压后应检查平整度、路拱。
复压：
密级配沥青混凝土复压宜采用重型的轮胎压路机；粗集料为主的较大粒径的混合料复压优先采用振动压路机；采用三轮钢筒式压路机时，总质量不小于12t，相邻碾压带重叠宽度应符合要求；大型压路机难于碾压的部位，可采用小型振动压路机或振动夯板补充碾压。
终压：
终压可选双轮钢筒式压路机或关闭振动的振动压路机碾压，遍数一般不少于2遍。
第四部分：
方案技术工程比较
一、经济性
1.A方案：
4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+17.2cm水泥稳定碎石基层+天然砂砾垫层16cm
沥青平均价格：
水泥稳定碎石价格：
砂砾价格
沥青密度：
水泥稳定碎石密度：
每公里沥青体积：
每公里水泥稳定碎石体积：
每公里砂砾体积：
每公里价格：
2.B方案：
24cm水泥混凝土板+18cm水泥稳定料+15cm石灰粉煤灰稳定土
每立方米水泥混凝土各材料用量：
水：
175kg水泥：
461kg砂：
512kg石子：
1252kg水价格
水泥价格
砂价格
石子价格
水泥稳定料价格：
石灰粉煤灰稳定土价格
每公里公路价格：
比对AB方案经济性，发现B方案造价低，故选择B方案
二、使用性能
该地区气候干燥炎热,冬无严寒,少云多日照,年平均气温15.3～19.6℃,年月平均最高气温26.90℃，月平均最低气温5.70℃，雨水充沛，养护较为方便。
第五部分：
附属工程设计
一、绿化设计
该一级公路的绿化设计主要包括边坡防护绿化以及道路边沟外与道路界内平台绿化。
针对该二级功率的绿化设施主要应具有以下功能：
视线诱导和指路；
稳固路基、保护边坡；
补充公路景观，调整工程中难以避免的景色影响；
调节路面温度，防止路面老化；
调节周围小气候，净化空气，降低噪音。
方案设计：
路基边坡坡度为1:
1.5，坡长为
2.7m,坡度较缓，坡长较短，宜采用草本地被防护绿化。
草坪质量应能达到建成90天后覆盖率≥90%，根颈以上距地表5cm处草层覆盖度不低于40%，所选草种以低矮缓生的下繁草为主。
金叶榆+丁香+黑麦草作为草种混合播种组合方案。
土路肩上种植长青花灌木，路基护坡道上种植路树，边沟外侧种植黑麦草。
二、排水设计
1、路基排水设计
根据该地区的地质特点及气象特点，该路基地面排水主要应设置边沟。
边沟如图设计
2、路面排水设计
根据该地区的地质特点及气象特点，必须设置排水沟、截水沟、拦水带、涵洞等设施，保证雨水快速、安全的排到路外。
参考文献
（1）黄晓明等.《路基路面工程》.北京.人民交通出版社.2014.8
（2）中华人民共和国交通部.《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）.北京.人民交通出版社.2006.12
（3）中交公路规划设计院.《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）.北京.人民交通出版社.2003.5
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