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课程设计指导书

道路工程课程设计指导书

1新建沥青路面设计步骤

1.1根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型、设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。

序号

汽车车型

前轴重KN

后轴重KN

后轴数

后轴组数

后轴距m

作用次数

次／日

1

北京BJ130

13.4

27.4

1

双

200

2

解放SP3101

26.0

67.1

1

双

150

3

黄河JNl63

58.6

114.0

1

双

100

4

尼桑CWA52

74.0

75.0

2

双

≤3

120

5

东风EQ140

23.0

84

2

双

>3

80

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，应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。

式中：

N——标准轴载的当量轴次（次/d）

ni——被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）

P——标准轴载（KN）。

Pi——被换算车型的各级轴载（KN）

C1——轴数系数：

当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1=m（轴数）；当轴间距小于3m时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式C1=1+1.2（m-1）计算。

C2——轮组系数：

双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。

计算设计年限起算年2005年的轴载次数

从调查年2002至通车年2005，有3年。

计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数

拟建一级公路，路面的设计年限为15年，车道系数η，见表2-3-1,取η=0.5。

其中：

N1——路面竣工通车后第一年双向日平均当量轴次（次/日）

——设计年限内交通量的年平均增长率（%）

η——车道系数，见表2-3-1

T——设计年限，按表2-3-2确定。

1.1.2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载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‘。

式中：

C1´——轴数系数。

当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1´=m（轴数）；当轴间距小于3m时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式C1´=1+2（m-1）计算。

C2´——轮组系数：

双轮组为1，单轮组为18.5，四轮组为0.09。

计算设计年限起算年2005年的轴载次数

从调查年2002至通车年2005，有3年。

计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数

1.1.3路面设计弯沉值

式中:

AC——公路等级系数。

高速公路、一级公路为1.0；二级公路为1.1；三、四级公路为1.2；

AS——面层类型系数。

沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面、沥青表面处治为1.1；

Ab——路面结构类型系数。

半刚性基层沥青路面为1.0；柔性基层沥青路面为1.6。

1.2按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不应小于500米_）确定各路段土基弹性模量。

1.2.1由路床表面至地下水位的高度H、地区所在的自然区划及土质查沥青路面设计规范，确定土基的干湿类型。

1.2.2由土基的干湿类型，查得路基土的平均稠度ωC。

1.2.3由路基土的平均稠度，查表得土基回弹模量E0。

1.2.4如果是高等公路，由沥青路面设计规范说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量E0。

3可参考推荐结构，拟订几种可能的路面组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验及测定各材料的抗压会弹模量、抗拉强度，确定各结构材料设计参数。

4根据设计弯沉值计算路面厚度。

对高速公路、一级公路、二级公路还应验算其层底拉应力。

上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行。

对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。

5进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。

2路面补强设计步骤

2.1对原有公路进行技术调查，掌握设计资料；

2.2按设计任务书的要求或调查交通量的有关资料，确定公路等级、面层与基层类型，计算设计弯沉值与各补强层的容许拉应力;

2.3按土基干湿类型和土质，以及路段弯沉值比较接近的因素对全线进行分段，确定各路段原路面的计算弯沉和当量回弹模量。

（季节系数取1.2，湿度系数取1.0）

式中：

Et——原路面的当量回弹模量（MPa）

p、δ——轮胎的接地压强（MPa）和当量圆半径（cm）

l0——原路面的计算弯沉值（0.01mm）

m1——用标准轴载的汽车在原地面上测得的弯沉值与用承载板在相同压强条件下所测的回弹变形之比。

即“轮板比”

m2——原路面当量回弹模量扩大系数：

①当计算与原路面接触的补强层层底拉应力时：

②当计算弯沉值及其它补强层层底拉应力时：

m2=1.0

式中：

K1——季节影响系数

K2——湿度影响系数

K3——温度影响系数

K4——轴载换算系数

2.4拟定几种可能的结构组合与设计层，并确定各补强层的材料参数;

2.5根据补强的设计方法计算设计层厚度。

对季节性冰冻地区的潮湿、过湿路段还应验算防冻厚度;

2.6根据各方案的计算结果，进行技术经济比较，确定采用的补强方案。

补强厚度计算时，若补强单层时，以双层弹性体系为设计计算的力学模型，补强n-1层时以n层弹性体系为力学模型计算。

3新建水泥混凝土路面设计步骤

3.1计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne

通过调查、预测确定初期交通量和交通组成，以及设计使用年限内交通量的年平均增长率。

并换算成设计使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne。

公路等级

纵缝边缘处

高速公路、一级公路、收费站

0.17～0.22

二级及二级以下公路

行车道宽>7m

0.34～0.39

行车道宽≤7m

0.54～0.62

利用当地交通量观测和统计资料，获得所设计公路的的车型、轴型和轴载组成数据，分析计算设计车道使用初期的标准轴载日作用次数。

分析计算可采用轴载当量换算系数法。

*NS——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；

*Pi——单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重（KN）；

*n——轴型和轴载级位数；

*Ni——各类轴型i级轴载的作用次数；

*δi——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，δi=1；单轴-单轮、双轴-双轮组、三轴-双轮组分别按相应公式计算。

各种汽车的额定轴重和轴型，可参阅有关资料

标准轴载累计作用次数

设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数Ne可按下式计算。

*Ne——标准轴载累计作用次数；

*t——设计基准期；

*γ——交通量年平均增长率；

*η——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按下表选用。

交通（交通量和轴载大小）是路面设计的基本依据。

为了区分使用年限、混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等各项要求在程度上的差别，按相应的设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ne，将交通划分为特重、重、中等和轻四级。

车辆轮迹横向分布系数表

交通等级

特重

重

中等

轻

设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）

＞2000

100-2000

3-100

＜3

水泥混凝土面层厚度的参考范围

交通等级

特重

重

公路等级

高速

一级

二级

高速

一级

二级

变异水平等级

低

中

低

中

低

中

低

中

面层厚度（mm）

≥260

≥250

≥240

270～240

260～230

250～220

交通等级

中等

轻

公路等级

二级

三、四级

三、四级

三、四级

变异水平等级

高

中

高

中

高

中

面层厚度（mm）

240～210

230～200

220～200

≤230

≤220

3.2初拟路面结构断面

根据路基土质和水温状况、路面材料性质与供应情况以及交通繁重程度，初拟路面结构断面，包括结构层次、类型选择和厚度。

混凝土面层的厚度依据交通等级可参照表所列的范围选择。

3.3确定基层顶面的当量回弹模量Et

通过野外和室内试验，或者利用表列数值，确定路基、垫层和基层的回弹模量，确定基层顶面的当量回弹模量Et。

规范规定基层顶面的当量回弹模量

交通等级

特重

重

中等

轻

当量回弹模量Et（MPa）

120

100

80

60

3.4确定混凝土的设计弯拉强度，再计算确定混凝土的弯拉弹性摸量Ec

对混凝土混合料进行配合比设计，通过试验确定混凝土的设计弯拉强度，再计算确定混凝土的弯拉弹性摸量Ec。

交通等级

特重、重

中等、轻

设计弯拉强度（MPa）

5.O

4.5

弯拉弹性模量Ec（×103MPa）

30

28

设计弯拉强度（MPa）

5.O

4.5

4

弯拉弹性模量Ec（×103MPa）

RCCFRCC

3533

RCCFRCC

3331

RCCFRCC

3129

3.5计算作用于在板边缘中点处产生的温度疲劳应力σt。

最大温度梯度标准值Tg

公路自然区划

II、V

III

IV、VI

VII

最大温度梯度Tg（℃／cm）

83～88

90～95

86～92

93～98

温度应力系数Bx图

3.6计算荷载疲劳应力

根据基层顶面计算回弹模量Et与混凝土的弯拉弹性模量Ec以及初拟的面板厚度h，计算相应的荷载应力，选取综合影响系数Kc。

接缝应力折减系数Kr和荷载累计疲劳应力系数Kf，并与相乘即可得到荷载疲劳应力。

kr——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr=0.87～0.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，kr=1.0；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76～0.84；

公路等级

高速公路

一级公路

二级公路

三、四级公路

kc

1.3

1.25

1.2

1.10

3.7应力复核

水泥混凝土路面水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用下式

可靠度系数表

变异水平等级

目标可靠度（％）

95

90

85

80

低

1.20～1.33

1.09～1.16

1.04～1.08

—

中

1.33～1.50

1.16～1.23

1.08～1.13

1.04～1.07

高

—

1.23～1.33

1.13～1.18

1.07～1.11

荷载疲劳应力，与温度疲劳应力之和不得超过混凝土板的设计弯拉强度，则初设板厚可作为设计板厚h。

否则，需要重新初设板厚，或改变板的平面尺寸，或改变垫、基层结构，重新进行计算，直至满足上述要求为止。