长安大学高速公路沥青路面设计.docx
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长安大学高速公路沥青路面设计
长安大学
公路学院道路工程专业
《路基路面工程》课程设计任务书
设计题目：
高速公路沥青路面设计
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
目录
一、设计资料··········································03
二、预测交通量组成····································03
三、设计年限内一个车道的累计当量轴次··················04
四、确定路面等级和面层类型····························06
五、土基回弹模量的确定································06
六、路面结构方案设计··································06
路基干燥，E＝50MPa
方案一···········································06
方案二···········································09
路基中湿，E＝35MPa
方案一···········································11
方案二···········································14
七、方案经济技术比选··································16
八、交工验收弯沉值和层底拉应力计算····················16
九、材料组成及材料用量计算····························18
十、施工要求··········································18
主要参考资料······································19
路基路面课程设计
一：
设计资料
新建高速公路地处Ⅳ3区，为双向四车道，沿线土质为中液限粘土，填方路基高3m，地表长期积水距路床0.7m，属中湿状态，年降雨量为470mm，最高气温38℃，最低气温-26℃，多年最大冻深为120mm，平均冻结指数为700℃，最大冻结指数1150℃．D。
此地有大量碎石集料，并有石灰水泥供应。
二：
预测交通量组成
代表车型的技术参数
序号
汽车型号
前轴重（KN）
后轴重（KN）
后轴数
轮轴数
轴距（CM）
交通量（次/日）
1.
小客车
16.50
20.3
1
双
0
2700
2
黄河JN-150
49.00
101.60
1
双
0
800
3
斯柯达706R
50.00
90.00
1
双
0
530
4
解放CA50
28.70
68.20
1
双
0
1700
5
日野KB222
50.20
104.30
1
双
0
610
6
长征CZ-361
47.60
2×90.70
2
双
132.0
850
7
东风EQ140
23.70
69.20
1
双
0
850
8
日野KF300D
40.75
2×79.00
1
双
127.0
600
9
太脱拉T-138S
49.00
2×83.5
2
双
132.0
58
10
交通量年平均增长率（%）
8.9
三：
设计年限内一个车道的累计当量轴次
根据《公路沥青路面设计规范》规定，路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。
1.以设计弯矩值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次
轴载换算采用如下计算公式（小于25KG的不计）：
轴载换算结构汇总表（以弯沉为标准时）
汽车型号
小客车
前轴
16.50
1
6.4
2700
6.8
后轴
23.00
1
6.4
2700
28.9
黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4
800
229.9
后轴
101.60
1
1
800
857.2
斯柯达706R
前轴
50.0
1
6.4
530
166.3
后轴
90.0
1
1
530
335.1
解放CA50
前轴
28.7
1
6.4
1700
47.7
后轴
68.2
1
1
1700
321.7
日野KB222
前轴
50.20
1
6.4
610
194.8
后轴
104.30
1
1
610
732.6
长征CZ-361
前轴
47.60
1
6.4
850
215.4
后轴
2×90.70
2.2
1
850
1223.0
东风EQ140
前轴
23.70
1
6.4
850
10.3
后轴
69.20
1
1
850
171.3
日野KF300D
前轴
40.75
1
6.4
600
77.3
后轴
2×79.00
2.2
1
600
473.4
太脱拉T-138S
前轴
49.00
1
6.4
58
16.7
后轴
2×83.5
2.2
1
58
58.3
5167
公路设计年限为20年，四车道的折减系数为0.4～0.5，取0.5
则设计使用期累计当量轴次为：
2.验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次
各级轴载换算采用以下公式（小于50KG的轴载不计）：
轴载换算结构汇总表（半刚性基层基底拉应力演算）
汽车型号
小客车
前轴
16.50
1
18.5
2700
0.03
后轴
23.00
1
18.5
2700
0.39
黄河JN150
前轴
49.00
1
18.5
800
49.2
后轴
101.60
1
1
800
908
斯柯达706R
前轴
50.0
1
18.5
530
38.3
后轴
90.0
1
1
530
228
解放CA50
前轴
28.7
1
18.5
1700
1.5
后轴
68.2
1
1
1700
79.6
日野KB222
前轴
50.20
1
18.5
610
45.5
后轴
104.30
1
1
610
854
长征CZ-361
前轴
47.60
1
18.5
850
41.4
后轴
2×90.70
3
1
850
1168
东风EQ140
前轴
23.70
1
18.5
850
0.16
后轴
69.20
1
1
850
44.7
日野KF300D
前轴
40.75
1
18.5
600
8.4
后轴
2×79.00
3
1
600
273
太脱拉T-138S
前轴
49.00
1
18.5
58
3.6
后轴
2×83.5
3
1
58
41.1
3786
则半刚性基层基底拉应力验算的累计当量轴次为：
四：
确定路面等级和面层类型
路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。
路面等级、面层类型的选择应根据公路等级与使用要求、设计年限内标准轴载的累积当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因素按下表确定。
公路等级
路面等级
面层类型
高速公路
一级公路
高级路面
沥青混凝土
二级公路
高级路面
沥青混凝土
次高级路面
沥青碎石混合料、沥青贯入式
三级公路
次高级路面
路拌沥青碎石混合料、沥青表面处治
四级公路
中级路面
水结碎石、泥结碎石、级配碎石
低级路面
粒料改善土
公路等级为高速公路，路面等级为高级，面层类型为沥青混凝土，设计年限为20年。
五：
土基回弹模量的确定
新建高速公路地处Ⅳ3区，沿线土质为中液限粘土，填方路基高3m，地表长期积水距路床0.7m，属中湿状态，年降雨量为470mm，最高气温38℃，最低气温-26℃，多年最大冻深为120mm，平均冻结指数为700℃，最大冻结指数1150℃。
根据设计要求，取土基回弹模量为：
干燥状态：
；中湿状态：
六：
路面结构方案设计
路基干燥，E＝50MPa
方案一
1.初拟路面结构组合设计
在上面的计算得到设计年限内一个车道的累计标准轴次为4.77
次，根据规范推荐结构，并考虑到此地有大量碎石集料，并有石灰水泥供应。
故提出组合设计方案一。
路面结构采用沥青混凝土（厚18cm），采用三层式结构，即表层采用5cm厚细粒式密集配沥青混凝土，中层采用6cm厚中粒式密集配沥青混凝土，下面层采用7cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。
基层与底层分别采用水泥稳定类碎石基层（厚20cm）与水泥石灰砂砾土基层（厚度待定）
细粒式沥青混凝土AC-13
5cm
中粒式沥青混凝土AC-20
6cm
粗粒式沥青混凝土AC-25
7cm
水泥稳定碎石
20cm
水泥石灰砂砾土
？
土基
2.设计参数确定
1）由规范材料设计参数参考资料得：
各层材料的抗压模量与劈裂强度
结构组合参数表
层次
材料名
厚度
（cm）
抗压回弹模量
强度劈裂
（Mpa）
15°C模量
20°C模量
1
细粒式沥青混凝土
5
2000
1400
1.4
2
中粒式沥青混凝土
6
1800
1200
1.0
3
粗粒式沥青混凝土
8
1200
1000
0.8
4
水泥稳定碎石
20
1500
1500
0.5
5
水泥石灰砂砾土
待定
1000
1000
0.35
6
土基
—
50
50
—
设计弯沉：
1）设计弯沉
设计弯沉按公式：
该公路为高速公路，取
=1.0，面层为沥青混凝土层，取
=1.0,半刚性基层，
=1.0则设计弯沉为：
17.5（0.01mm）
2）设计参数汇总
经HPDS2006公路路面结构设计系统软件的计算，路面设计弯沉为17.5（0.01mm），路
对沥青混凝土面层
=0.09Ne0.22/
=4.4
对水泥稳定碎石（无机结合料稳定集料）
=0.35Ne0.11/
=2.44
对石灰稳定土（无机结合料稳定土）
=0.45Ne0.11/
=3.15
面各级计算参数如下图：
材料名称
厚度（cm）
20
抗压回弹模量（Mpa）
15
抗压回弹模量（Mpa）
容许拉应力（Mpa）
细粒式密集配沥青混凝土
5
1400
2000
0.32
中粒式沥青混凝土
6
1200
1800
0.23
粗粒式密集配沥青混凝土
7
1000
1200
0.18
水泥碎石
20
1500
0.21
水泥石灰砂砾土
？
1000
0.11
土基
-
50
-
3.通过软件计算设计层厚度
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:
17.5（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
150（mm）
按设计弯沉值计算设计层厚度:
设计弯沉=17.5（0.01mm）
H（5）=300mmLS=18（0.01mm）
H（5）=350mmLS=16.6（0.01mm）
H（5）=317mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=317mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=317mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=317mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=317mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=317mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=317mm（仅考虑弯沉）
H（5）=317mm（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450mm
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50mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土80mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石200mm
----------------------------------------
水泥石灰稳定砂砾320mm
----------------------------------------
新建路基
方案二
1.路面结构组合设计
在上面的计算得到设计年限内一个车道的累计标准轴次为4.77
次，根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途大量的可开采砾石，碎石，粉煤灰，沥青供应。
故提出组合设计方案一。
路面结构采用沥青混凝土（厚15cm），采用三层式结构，即表层采用4cm厚沥青码蹄脂碎石，中层采用5cm厚中粒式密集配沥青混凝土，下面层采用6cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。
基层与底层分别采用水泥稳定类碎石基层（待定）与石灰碎石土（40cm）
沥青码蹄脂碎石SMA-13
4cm
中粒式沥青混凝土AC-20
5cm
粗粒式沥青混凝土AC-25
6cm
水泥稳定碎石
？
石灰碎石土
40
土基
2.设计参数确定
结构组合参数表
层次
材料名
厚度
（cm）
抗压回弹模量
强度劈裂
（Mpa）
15°C模量
20°C模量
7
沥青码蹄脂碎石SMA
4
1800
1400
1.65
8
中粒式沥青混凝土AC-20
5
1800
1200
1.0
9
粗粒式沥青混凝土AC-25
6
1200
1000
0.8
10
水泥稳定碎石
待定
1500
1500
0.5
11
石灰土碎石
40
900
900
0.35
12
土基
—
50
50
—
设计弯沉：
1）设计弯沉
设计弯沉按公式：
该公路为一级公路，取
=1.0，面层为混凝土，取
=1.0,半刚性基层，取
=1.0。
则设计弯沉为：
17.5（0.01mm）
2）设计参数汇总
经HPDS2006公路路面结构设计系统软件的计算，路面设计弯沉为17.5（0.01mm），路
面各级计算参数如下图：
材料名称
厚度（cm）
20
抗压回弹模量（Mpa）
15
抗压回弹模量（Mpa）
容许拉应力（Mpa）
沥青码蹄脂碎石SMA
4
1400
1800
0.375
中粒式沥青混凝土AC-20
5
1200
1800
0.23
粗粒式沥青混凝土AC-25
6
1000
1200
0.18
水泥稳定碎石
？
1500
0.21
石灰土碎石
40
900
0.11
土基
-
50
-
3.通过软件计算水泥稳定碎石
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:
17.5（0.01mm）
路面设计层层位:
4
设计层最小厚度:
150（mm）
按设计弯沉值计算设计层厚度:
设计弯沉=17.5（0.01mm）
H（4）=150mmLS=18.5（0.01mm）
H（4）=200mmLS=16.8（0.01mm）
H（4）=179mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（4）=179mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=179mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=179mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=179mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=179mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=179mm（仅考虑弯沉）
H（4）=179mm（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450mm
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:
----------------------------------------
中粒式沥青玛蹄脂碎石40mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土50mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石180mm
----------------------------------------
石灰碎石土400mm
----------------------------------------
新建路基
路基中湿，E＝35MPa
路面结构方案设计
方案一
4.初拟路面结构组合设计
在上面的计算得到设计年限内一个车道的累计标准轴次为4.77
次，根据规范推荐结构，并考虑到此地有大量碎石集料，并有石灰水泥供应。
故提出组合设计方案一。
路面结构采用沥青混凝土（厚18cm），采用三层式结构，即表层采用5cm厚细粒式密集配沥青混凝土，中层采用6cm厚中粒式密集配沥青混凝土，下面层采用7cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。
基层与底层分别采用水泥稳定类碎石基层（厚20cm）与水泥石灰砂砾土基层（厚度待定）
细粒式沥青混凝土AC-13
5cm
中粒式沥青混凝土AC-20
6cm
粗粒式沥青混凝土AC-25
7cm
水泥稳定碎石
20cm
水泥石灰砂砾土
？
土基
5.设计参数确定
2）由规范材料设计参数参考资料得：
各层材料的抗压模量与劈裂强度
结构组合参数表
层次
材料名
厚度
（cm）
抗压回弹模量
强度劈裂
（Mpa）
15°C模量
20°C模量
13
细粒式沥青混凝土
5
2000
1400
1.4
14
中粒式沥青混凝土
6
1800
1200
1.0
15
粗粒式沥青混凝土
8
1200
1000
0.8
16
水泥稳定碎石
20
1500
1500
0.5
17
水泥石灰砂砾土
待定
1000
1000
0.35
18
土基
—
35
35
—
设计弯沉：
3）设计弯沉
设计弯沉按公式：
该公路为高速公路，取
=1.0，面层为沥青混凝土层，取
=1.0,半刚性基层，
=1.0则设计弯沉为：
17.5（0.01mm）
4）设计参数汇总
经HPDS2006公路路面结构设计系统软件的计算，路面设计弯沉为17.5（0.01mm），路
对沥青混凝土面层
=0.09Ne0.22/
=4.4
对水泥稳定碎石（无机结合料稳定集料）
=0.35Ne0.11/
=2.44
对石灰稳定土（无机结合料稳定土）
=0.45Ne0.11/
=3.15
面各级计算参数如下图：
材料名称
厚度（cm）
20
抗压回弹模量（Mpa）
15
抗压回弹模量（Mpa）
容许拉应力（Mpa）
细粒式密集配沥青混凝土
5
1400
2000
0.32
中粒式沥青混凝土
6
1200
1800
0.23
粗粒式密集配沥青混凝土
7
1000
1200
0.18
水泥碎石
20
1500
0.21
水泥石灰砂砾土
？
1000
0.11
土基
-
35
-
6.通过软件计算设计层厚度
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:
17.5（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
150（mm）
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=17.5（0.01mm）
H（5）=350mmLS=19（0.01mm）
H（5）=400mmLS=17.5（0.01mm）
H（5）=400mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=400mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=400mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=400mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=400mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=400mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=400mm（仅考虑弯沉）
H（5）=400mm（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450mm
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50mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土80mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石200mm
----------------------------------------
水泥石灰砂砾土400mm
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