路基路面工程课程设计新建沥青混凝土路面设计.docx

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路基路面工程课程设计新建沥青混凝土路面设计

山东交通学院

路基路面工程课程设计

院（系）别　xxxxxxxxxx 

专业　xxxxxxxxxxxxxx 

班级xxxxxxx

学号　xxxxxxxxx

姓名　xxx

指导教师　xxxx

成绩

二○○九年六月

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

前轴重

后轴重

后轴数

后轴组轮数

后轴距

交通量

黄河JN150

49

101.6

1

双轮组

620

日野KB222

50.2

104.3

1

双轮组

110

太脱拉138

5104

80

2

双轮组

<3

69

东风EQ140

23.7

69.2

1

双轮组

400

跃进NJ131

20.2

38.2

1

双轮组

600

三湘CK6560

13

25.6

1

双轮组

1058

金陵JL6121S

48.3

50.2

2

双轮组

>3

280

交通调查资料为2013年，设计年限起算年为2015年，交通量年平均增长率为7%

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

N为交通调查年的日交通量

所以设计起算年的日交通量为

N1=N（1+γ）2

=1297×（1+7%）2

=1485（次/日）

计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数

拟建高速公路，路面的设计年限为15年，车道系数η，见万德臣编著的《路基路面工程》第354页表16.2.3,取η=0.5。

所以2015年——2030年的轴载次数是

1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

1.1.2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各按《道路公程》2.3.7得

N为交通调查年的日交通量

所以设计起算年的日交通量为

N2=N（1+γ）2

=1157×（1+7%）2

=1325（次/日）

所以2015年——2030年的轴载次数是

1.2路面设计弯沉值的计算

根据万德臣编著的《路基路面工程》364页的路面设计弯沉值公式（16.6.3公式）计算。

该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0.

ld=600Ne-0.2AcAsAb

=600×6810279-0.2×1×1×1

＝25.79（0.01mm）

AC：

公路等级系数高速公路去1.0;

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6810279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=2.2m，土地区所在的自然区为Ⅱ2，地段地质组为泥质砂岩，夹石英砂岩，上覆亚黏土。

查万德臣编著的《路基路面工程》第19页表2.2.4得2.7m〉H〉2.0m，土基的干湿类型属中湿类型。

查表2.2.2得土的稠度约为1.05。

由表16.6.2“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值为28.0ＭＰ

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约为700万次左右，路面结构面层采用沥青混凝土（15cm），基层采用二灰稳定集料（？

），底基层采用石灰土（25cm）

---------------------------------------

面层沥青混凝土15cm

-----------------------------------------

基层二灰稳定集料？

-----------------------------------------

底基层石灰土25cm

-----------------------------------------

拟订路面组合与厚度为

----------------------------------------

细粒式沥青混凝土4cm

-----------------------------------------------

中粒式沥青混凝土5cm

-----------------------------------------------

粗粒式沥青混凝土6cm

----------------------------------------------

石灰粉煤灰碎石？

---------------------------------------------

石灰土25cm

-----------------------------------------

4、各层材料抗压模量与劈裂强度的确定

查万德臣编著的《路基路面工程》第342页表16.6.5，得到各种材料的抗压模量和劈裂强度，见下表：

材料

名称

沥青针入度/（0.1mm）

抗压模量/MPa

劈裂强度/MPa

20℃

15℃

细粒式密级配沥青混凝土

≤90

1400

2000

1.4

中粒式密级配沥青混凝土

≤90

1200

1800

1.0

粗粒式密级配沥青混凝土

≤90

1000

1400

0.8

石灰粉煤灰碎石

——

1500

1500

0.65

石灰土

——

550

550

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

=25.79（0.01mm）

2）各层材料的容许层底拉应力为

相关公式见万德臣编著的《路基路面工程》第371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=6810279次（用于沥青混凝土面层的计算）；

=

次（用于半刚性材料的计算）

细粒式、中粒式密集配沥青混凝土Ks

粗粒式密集配沥青混凝土Ks

石灰粉煤灰碎石Ks

石灰土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：

粗粒式沥青混凝土：

石灰粉煤灰碎石

石灰土

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

4

1400

2000

1.4

0.49

中粒式密级配沥青混凝土

5

1200

1800

1.0

0.39

粗粒式密级配沥青混凝土

6

1000

1400

0.8

0.25

石灰粉煤灰碎石

？

1500

1500

0.65

0.33

石灰土

25

550

550

0.23

0.09

7、确定石灰粉煤灰碎石层厚度

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黄河JN15049101.61双轮组710

2东风EQ14023.769.21双轮组458

3跃进NJ13120.238.21双轮组687

4日野KB22250.2104.31双轮组126

5太脱拉13851.4802双轮组<379

6三湘CK65601325.61双轮组1211

7金陵JL6121S48.350.22双轮组>3321

设计年限15车道系数.5交通量平均年增长率7％

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:

1486

设计年限内一个车道上累计当量轴次:

6814865

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:

1127

设计年限内一个车道上累计当量轴次:

5168475

公路等级高速公路

公路等级系数1面层类型系数1基层类型系数1

路面设计弯沉值:

25.8（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1.4.49

2中粒式沥青混凝土1.35

3粗粒式沥青混凝土.8.25

4石灰粉煤灰碎石.65.34

5石灰土.23.09

新建路面结构厚度计算

公路等级:

高速公路

新建路面的层数:

5

标准轴载:

BZZ-100

路面设计弯沉值:

25.79（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414002000.49

2中粒式沥青混凝土512001800.39

3粗粒式沥青混凝土610001400.25

4石灰粉煤灰碎石?

15001500.33

5石灰土25550550.09

6土基36

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD=25.79（0.01mm）

H（4）=20cmLS=28（0.01mm）

H（4）=25cmLS=24.8（0.01mm）

H（4）=23.5cm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力验算设计层厚度:

H（4）=23.5cm（第1层底面拉应力验算满足要求）

H（4）=23.5cm（第2层底面拉应力验算满足要求）

H（4）=23.5cm（第3层底面拉应力验算满足要求）

H（4）=23.5cm（第4层底面拉应力验算满足要求）

H（4）=23.5cm（第5层底面拉应力验算满足要求）

路面设计层厚度:

H（4）=23.5cm（仅考虑弯沉）

H（4）=23.5cm（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50cm

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4cm

-----------------------------------------------

中粒式沥青混凝土5cm

-----------------------------------------------

粗粒式沥青混凝土6cm

----------------------------------------------

石灰粉煤灰碎石24cm

---------------------------------------------

石灰土25cm

-----------------------------------------

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公路等级:

高速公路

新建路面的层数:

5

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414002000计算应力

2中粒式沥青混凝土512001800计算应力

3粗粒式沥青混凝土610001400计算应力

4石灰粉煤灰碎石2415001500计算应力

5石灰土25550550计算应力

6土基36

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=25.4（0.01mm）

第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.1（0.01mm）

第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=31.8（0.01mm）

第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=36.7（0.01mm）

第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=111.3（0.01mm）

土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9（0.01mm）（根据“基层施工规范”第88页公式）

LS=258.8（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）=-.219（MPa）

第2层底面最大拉应力σ

（2）=-.082（MPa）

第3层底面最大拉应力σ（3）=-.035（MPa）

第4层底面最大拉应力σ（4）=.124（MPa）

第5层底面最大拉应力σ（5）=.074（MPa）

通过计算机设计得到确定石灰煤渣矿渣层的厚度为24cm，实际路面结构的实测弯沉值为25.4cm（0.01mm）〈25.8cm，沥青面层的层底均受压应力，石灰粉煤灰碎石底面的最大拉应力为0.124Mpa<0.33Mpa，石灰土层层底的拉应力为0.074Mpa<0.09Mpa，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、新建水泥混凝土路面设计

1.交通分析

由万德臣编著的《路基路面工程》417页表18.3.2，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。

由418页表18.3.4，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.39。

交通量的年增长率为9%，按式（18.3.5）计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为

Ne=

Ne=

=16029284（次）

属于重交通

2.初拟路面结构

由万德臣编著的《路基路面工程》417页表18.3.2，相应于安全等级的变异水平等级为中级。

根据二级公路、重交通等级和中级变异等级，根据表18.3.5，初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。

基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.18m。

垫层为0.15m石灰粉煤灰稳定土。

普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5.0m。

纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

3.路面材料参数的确定

按万德臣编著的《路基路面工程》420页表18.3.6，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为30GPa

路基回弹模量取30MPa。

低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。

按万德臣编著的《路基路面工程》419页（式18.3.6）计算基层顶面当量回弹模量如下：

Ex=

=

MPa

=1013MPa

Dx=

=

MN·m

=0.57MN·m

hx=

=

m

=0.312m

MPa

普通水泥混凝土面板的相对刚度半径按式（18.3.20）

m

4、荷载疲劳应力

按式（18.3.19），标准轴载在临界荷位产生的荷载应力计算为：

MPa

接缝传荷能力的应力折减系数kr=0.87考虑设计基准期内疲劳作用的疲劳应力系数kf=

。

根据公路等级，由表18.3.10，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合的因素kc=1.20，

MPa

5、温度疲劳应力

由表（18.3.11），Ⅲ区最大温度梯度取95℃/m，板长为5m，l/r=5/0.699=7.15，由图18.3.2可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0.66。

按式（18.3.21），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：

Mpa

温度疲劳应力系数

，查表（18.3.12）得自然区Ⅲ区的回归系数a=0.855、b=0.041、c=1.355按式（18.3.23）计算为：

再由式（18.3.22）计算温度疲劳应力为：

（Mpa）

6、应力复核

查表18.3.2，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%，再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表18.3.13，确定可靠度系数γr=1.08。

按式（3.0.3）

因而，所选混凝土面层厚度（0.22m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

说明：

若非特别指出，该设计过程中所用到的公式和表格都来之《公路水泥混凝土路面设计范》（JTGD40-2002）

三、旧路（沥青混凝土路面）改建设计

轴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黄河JN15049101.61双轮组520

2交通SH14125.5555.11双轮组1200

3太脱拉13851.4802双轮组<3360

4东风EQ14023.769.21双轮组220

设计年限12车道系数0.5交通量平均年增长率10％

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:

1291

设计年限内一个车道上累计当量轴次:

5038298

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:

858

设计年限内一个车道上累计当量轴次:

3348458

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:

30.1（0.01mm）

层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）

1中粒式沥青混凝土10.41

2粗粒式沥青混凝土0.80.3

3水泥稳定碎石0.50.3

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）

15811016015413897811377556

9583150139136591418214577

14414614969897893736079

146978985679656788990

10169908070

原路面有效弯沉数:

45

原路面平均弯沉值:

101（0.01mm）

原路面弯沉值标准差:

33（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10（cm）

测定时路表温度与测定前5d日平均气温的平均值之和85（℃）

原路面基层类型:

粒料类或沥青稳定类基层

季节影响系数1.2湿度影响系数1温度修正系数.75

原路面计算弯沉值:

135（0.01mm）

原路面当量回弹模量:

121.5（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:

30.1（0.01mm）

路面设计层层位:

3

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中粒式沥青混凝土412001800.41

2粗粒式沥青混凝土610001400.3

3水泥稳定碎石?

15001500.3

4改建前原路面40

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD=30.1（0.01mm）

H（3）=35cmLS=31.1（0.01mm）

H（3）=40cmLS=26.9（0.01mm）

H（3）=36.2cm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力验算设计层厚度:

H（3）=36.2cm（第1层底面拉应力验算满足要求）

H（3）=36.2cm（第2层底面拉应力验算满足要求）

H（3）=36.2cm（第3层底面拉应力验算满足要求）

路面设计层厚度:

H（3）=36.2cm（仅考虑弯沉）

H（3）=36.2cm（同时考虑弯沉和拉应力）

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:

---------------------------------------

中粒式沥青混凝土4cm

---------------------------------------

粗粒式沥青混凝土6cm

---------------------------------------

水泥稳定碎石36cm

---------------------------------------

改建前原路面

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公路等级:

二级公路

加铺路面的层数:

3

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中粒式沥青混凝土412001800计算应力

2粗粒式沥青混凝土610001400计算应力

3水泥稳定碎石3615001500计算应力

4改建前原路面40

计算改建路面各加铺层顶面竣工验收弯沉值:

第1