路基路面课程设计报告.docx
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路基路面课程设计报告
路基路面课程设计
第一部分：
设计任务
第二部分：
路基设计
第三部分：
路面结构设计计算
柔性路面设计
第四部分：
方案比选
第五部分：
参考文献
第六部分：
设计论文
第七部分：
设计图纸
1：
路面结构方案图
2：
典型路基断面图
3：
路基路面排水图
第一部分
一.设计题目
某高速公路的沥青路面机构计算与路基设计
二.设计资料：
1.设计任务书
河南某公路设计等级为高速公路，设计基准年为2007年，设计使用年限为15年，拟比选采用沥青路面结构或水泥混泥土路面，需进行路面结构设计。
2．气象资料
该公路处于II5区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。
年气温在14度到14.5度，一月份气温最低，月平均气温为-0.2度到0.4度，七月份气温27度左右，历史最高气温为40.5度，历史最低气温为-17度，年平均降雨量为525.4毫米~658.4毫米，雨水多集中在6~9月份，约占全年降雨量50%以上。
平均初霜日在11月上旬，终霜日在次年3月中下旬，年均无霜日为220天~266天。
地面最大冻土深度为20厘米，夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在3.0米/秒左右。
3．地质资料与筑路材料
路线位于平原微丘区，调查及勘察中发现，该地区属第四系上更新统，岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲积，倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂隙发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。
应注意发生不均匀沉陷的可能。
其他未发现有影响工程稳定的不良地质现象。
当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量有两个代表值分别为30和60Mpa。
沿线有多个石灰厂，产量大质量好。
另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏沙砾。
4．交通资料
根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示，交通量年增长率如表二所示，不同车型的交通量参数见课本。
近期交通组成与交通量表一
车型
交通量（辆/日）
车型
交通量（辆/日）
三菱FR415
500
江淮HF150
600
五十铃NPR595G
500
东风SP9135B
450
江淮HF140A
600
五十铃EXR181L
600
东风KM340
500
交通量年增长率
期限
增长率r（%）
期限
增长率r（%）
2008~2012
9.0
2018~2022
5.5
2013~2017
7.5
5．设计标准
高速公路全线按六车道高速公路标准设计行车道，路缘带，中间带，硬路肩和土路肩。
路基宽度35.0米，双向三行车道2*3*3.75米，中间分隔带宽3.0米，左侧路缘带0.75米，右侧硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。
计算行车速度100Km/h,全线封闭全立交。
要求根据以上设计资料，首先确定路面的类型，然后至少两个方案进行比选，沥青路面计算确定路面各层的厚度，并验算层底弯拉应力指标，路面材料的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。
本着因地制宜，就地取材的原则，选择合理的路面横断面和边坡坡度，并采取有效的防护措施，确保路基的强度和稳定性。
本次设计最小填土高度为1.5米，填土高度平均为2.50。
路基横断面布置，包括一般填方，半填半挖，全挖和陡坡路堤端面，路基的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。
考虑路基和路面排水问题，因未提供地形图，所以不进行排水的系统设计，但要设计路基边沟，派水沟和截水沟；路面采用中央分隔带排水和拦水带。
第二部分：
路基设计
一．路基设计
1．路基横断面布置
该高速公路路线位于平原微丘区，处于II5区，在该设计中采用最小填土高度为1.50米。
查路基临界高度参考值可知，最小填土高度和临界高度相比，处于II5区的粘性土均处于干燥和中湿情况，则选用1.50米作为填土高度合适。
由横断面设计（查《公路工程技术标准》（JTGB01—2003））部分可知，路基宽度为35.0m，其中路面跨度为22.5m，中间带宽度为4.5m，其中中央分隔带宽度为3.0m，左侧路缘带宽度为0.75×2=1.5m，硬路肩宽度为3.25×2=6.5m，土路肩宽度为0.75×2=1.5m。
；路面横坡为2%，土路肩横坡为4%
2．路基最小填土高度
由前面纵断面设计可知，本段公路路基最小填土高度为1.5m.路基边坡由横断面设计可知（查《公路路基设计规范》（JTJ013—95））本公路路基边坡：
查路堤边坡表可得，填料为沙类及粘性土时，边坡的全部高度为20米，上部高度8米，下部高度12米。
边坡坡度上部高度为1：
1.5，下部高度1：
1.75。
路基压实标准：
路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）表4.0.4的要求
路基压实度表4.0.4
填挖类别
路床顶面以下深度（m）
路基压实度
（高速公路、一级公路）
零填即挖方
0~0.30
0~0.80
—
≥96
填方
0~0.80
0.80~1.50
＞１.50
≥96
≥94
≥93
公路用地宽度：
根据路基不止形式，填土高度及边坡形式计算路基用地范围，《规范》要求的公路用地宽度界限为公路路堤两侧排水沟外边缘以外不小于1m范围内的土地；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，此处设置为3m。
路基填料：
沿线筑路用土采用备土形式，取土以利用低产田和被公路分割的边角地以及开挖河道、鱼塘等解决，在填土较高、沉降较大的地段可以利用工业废渣（粉煤灰等）做路基填料。
填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。
砾（角砾）类土，砂类土应优先选作路床填料，由于项目所在地域较缺乏沙砾，可采用土质较差的细粒土可填于路基底部，用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均采用同类填料。
细粒土做填料，当土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时，应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。
高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表3.3.1.4的规定，砂类土填筑。
路基填料最小强度和最大粒径要求表3.3.1.4
项目分类
路面底面以下深度（cm）
填料最小度（CBR）（%）
填料最大粒径（mm）
高速公路
填
方
路
基
上路床
0~30
8
10
下路床
30~80
5
10
上路堤
80~150
4
15
下路堤
150以下
3
15
零填及路堑路床
0~30
8
10
注：
①.当路床填料CBR值达到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料处理
②.粗粒土（填石）填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3
路基处理
⑴一般路基处理原则：
路基河塘地段，先围堰清淤、排水，然后将原地面开挖成台阶状，台阶宽1.0m，内倾3%，，并回填5%灰土至原水面（标高按1.0m控制），路基底部30cm采用5%石灰土处理，路床顶面以下0~80cm采用7%石灰土处理；路基高度≤2.0m路段，清楚耕植后，将原地面挖至25cm深压实后才可填筑，路床顶面以下均采用掺7%石灰土处理；路基高度>2.0m的路段，路床顶面以下0~60cm采用7%石灰土处理层,立即底部设3%土拱,土拱设30cm5%石灰土处理层,对于路基中部填土的掺灰,又施工建立根据具体情况,在保证路基压实度的前提下,决定处理的土层及掺灰量。
⑵ 路床处理（（JTJ013—95）《公路路基设计规范》）
①.路床土质应均匀、密实、强度高，上路床压实度达不到要求时，必须采取晾晒，掺石灰等技术措施。
路床顶面横坡应与路拱坡度一致。
②.挖方地段的路床为岩石或土基良好时，可直接利用作为路床，并应整平，碾压密实。
地质条件不良或土质松散，渗水，湿软，强度低时，应采取防水，排水措施或掺石灰处理或换填渗水性土等措施，处理深度可视具体情况确定。
③.填方路基的基底，应视不同情况分别予以处理
基底土密实，地面横坡缓于1：
5时，路基可直接填筑在天然地面上，地表有树根草皮或腐殖土土应予以处理深除。
路堤基底范围内由于地表水或地下水影响路基稳定时，应采取拦截，引排等措施，或在路堤底部填筑不易风化的片石，块石或砂、砾等透水性材料。
路堤基底为耕地或土质松散时，应在填筑前进行压实，高速公路、一级公路和二级公路路堤基底的压实度（重型）不应小于85%，路基填土高度小于路床厚度（80cm）时，基底的压实度不宜小于路床的压实度标准；基底松散土层厚度大于30cm时，应翻挖再回填分层压实。
水稻田，湖塘等地段的路基，应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、掺灰及其它加固措施进行处理，当为软土地基说，应按特殊路基处理。
路基土的掺灰剂量，可根据当地情况实验确定，一般粘质土采用石灰或二灰处理，粗粒土可以采用325号水泥处理。
⑶.特殊路基处理（河塘路基的处理）
路基河塘地段，先围堰，进行放水或排水挖除淤泥，然后将原地面开挖成台阶状，台阶宽≥1.0m，内倾3%，并回填5%灰土至原水面（标高按1.0m来控制），路基底部30cm采用5%石灰土处理，路床顶面以下0~80cm采用7%石灰土处理。
路基防护（（查JTJ013—95）《公路路基设计规范》）
⑴路基填土高度H<3m说，采用草坪网布被防护，为防止雨水，对土路肩边缘及护坡道的冲刷，草坪网布被在土路肩上铺入土路肩25cm，在护坡道上铺到边沟内侧为止。
而对于高等级道路，则采用六角形空心混凝土预制块防护，本段公路采用六角形空心混凝土预制块。
⑵路基填土高度H>3m，时，采用浆砌片石衬砌拱防护，当3≤H≤4m时，设置单层衬砌拱，当4＜H≤6m时，设置双层衬砌拱，拱内铺设草坪网布被为保证路面水或坡面水不冲刷护坡道，相应于衬砌拱拱柱部分的护坡道也做铺砌，并设置20号混凝土预制块至边沟内侧。
20号混凝土预制块的规格分为两种，拱柱及护脚采用5cm×30cm×50cm的长方体预制块，拱圈部分采用5cm×30cm×65cm的弧形预制块（圆心角30度，内径125cm，外径130cm），预制块间用7.5号砌浆灌注。
⑶路线经过河塘地段时，采用浆砌片石满铺防护，并设置勺形基础，浆砌片石护坡厚30cm，下设10cm砂垫层，基础埋深60cm,底宽80cm，个别小的河塘全部填土。
⑷桥梁两端各10cm及挖方路段采用浆砌片石满铺防护，路基两侧边沟全部浆砌片石满铺防护，厚25cm。
二、路基路面排水设计
路基排水设计
路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽，各类地段排水沟应高出设计水位0~2m以上。
截水沟横断面可采用梯形，边坡视土质而定，一般采用1:
10~1:
1.5，深度及宽度不宜小于0.5m，沟底纵坡不宜小于0.5%，水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽，应采用浆砌片石或水拧混凝土预制块砌筑，边墙应高出设计水位0.2m以上，其横断面形式为矩形，槽底应做成粗糙面，厚度为0.2~0.4m，混凝土为0.1~0.3m，跃水的台阶高度可采用0.3~0.6m，台面坡度应为2%~3%，急流槽以纵坡不宜陡于1:
1.5，急流槽过长时应分段修筑，每段长度不宜超过10m。
1.一般路堤：
路基边坡坡度：
查路堤边坡坡度表可知，填料为沙类或粘性土时，边坡的最大高度全部高度为20米，上部高度为8米，下部高度为12米。
边坡坡度上部高度为1：
1.5，下部高度为1：
1.75。
边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为1:
1.0~1:
1.5,梯形宽和深度为0.4~0.6米，边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于0.5%，边沟可采用浆砌片石，水泥混凝土预制块防护，边沟长度不宜超过500m，排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2米。
1.陡坡路堤
路基宽度，路基高度，路基压实，路基排水和一般路基相同，只在路基边坡坡度和填方上不同，陡坡路堤可采用砌石填方，砌石顶宽0.8米，基底以1：
5的坡率向路基内侧倾斜。
砌石高度为2~15米。
2.全挖路基
路基排水：
边沟采用梯形，内侧边坡1：
1.0~1：
1.5。
梯形底宽和深度0.4~0.6米。
在边坡坡顶设截水沟，采用梯形1：
1.0~1：
1.5。
沟宽>0.5米，沟深>0.5米。
长度200~500米。
排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2米。
路面排水设计
本公路的路面排水主要是采用集中排水方式，路面雨雪水流随拦水带汇集，每30~40米在路基一侧设置水簸萁将路面集水引至路侧排水沟。
超高路段路面排水在中央分隔带设置排水沟，弯道外侧的半幅路面水汇入排水沟，通过跌水井和横向排水管将路面集水沟内的水引入路侧排水沟。
中央分隔带排水采用5cm厚水泥混凝土密封表面做成与路面相同的横坡，将水引入路侧排水沟。
⑴.路肩排水设施的纵坡应与路面的纵坡一致，当路面纵坡小于0.3%时，可采用横向分散排水方式将路面水排出路基，但路基填方边坡应进行防护。
路堤边坡较高，采用横向分散排水不经济时，应采用纵向集中排水方式，在硬路肩边缘设置排水带，并通过急流槽将水排出路基。
拦水带可采用水泥混凝土预制块或沥青混凝土筑成，拦水带高出路肩12cm,顶宽8~10cm。
急流槽的设置距按路肩排水的容许容量计算确定以20m~50m为宜，急流槽可设置在凹形曲线底部及构造物附近，并考虑到地形、边坡状态及其它排水设施的联接。
⑵ 中央分隔带排水
中央分隔带排水设施由纵向排水沟（明沟、暗沟）、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管等组成。
在设置超高路段，路面水由中央分隔带排水设施排出，在干旱少雨地区，采用凸形中央分隔带，可设开口明槽，雨水流向下半幅路面排出，开口明槽可采用封闭式，横断面尺寸为高×宽=15cm×20cm，间距宜为3~5m。
中央分隔带纵向排水沟（管）与横向排水管联接时可采用集水井的形式，横向排水管直径一般采用20~60cm水泥混凝土管成塑料排水管，管底纵坡不应小于1%，出口应采取防护措施。
设置超高段的中央分隔带的排水沟可设雨水井，雨水井的设置间距应根据流量计算确定，一般为10~30m。
矩形雨水井尺寸采用长×宽×深=60cm×40cm×60cm，边墙采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑。
相邻雨水井间用直径20~40cm的水泥混凝土管纵向联接，管底最小纵坡不应小于0。
3%，雨水井回击雨水可直接排入桥涵或通过横向排水管排出。
多雨地区的中央分隔带，表面不作封闭时，可设地下排水渗沟，排水渗沟两侧可用沥青砂、沥青土工布或粘土封闭，排水渗沟顶与路床顶面齐平，渗沟宜采用直径5cm~8cm的硬塑料管将水引致路基边坡以外。
第三部分公路路面结构设计计算
柔性路面设计：
1）.轴载分析
路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载
⑴.以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。
a）.轴载换算
轴载换算采用如下的计算公式：
式中：
N—标准轴载当量轴次，次/日
—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日
P—标准轴载，KN
—被换算车辆的各级轴载，KN
K—被换算车辆的类型数
—轴载系数，
，m是轴数。
当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应考虑轴数系数。
：
轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。
第一种沥青路面结构设计：
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
三菱FR415
30
51
1
双轮组
400
2
五十铃NPR595
23.5
44
1
双轮组
450
3
江淮HF140A
18.9
41.8
1
双轮组
560
4
东风KM340
24.6
67.8
1
双轮组
550
5
江淮HF150
45.1
101.5
1
双轮组
580
6
东风SP9135
20.2
72.3
2
双轮组
>3
500
7
五十铃EXR181
60
100
3
双轮组
>3
540
设计年限15车道系数0.4
序号
分段时间（年）
交通量年增长率（%）
1
5
9
2
5
7.5
3
5
5.5
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:
3154
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.230912E+07
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:
2562
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
9998723
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:
22.9（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
1.3
0.4
2
中粒式沥青混凝土
1
0.31
3
粗粒式沥青混凝土
0.8
0.22
4
水泥稳定碎石
0.5
0.24
5
水泥粉煤灰矿渣
0.5
0.24
30Mpa土基：
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:
22.9（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）（20℃）
抗压模量（MPa）（15℃）
容许应力（MPa）
1
细粒式沥青混凝土
3
1400
2000
0.40
2
中粒式沥青混凝土
5
1200
1600
0.31
3
粗粒式沥青混凝土
7
900
1200
0.22
4
水泥稳定碎石
？
1500
1500
0.24
5
水泥粉煤灰矿渣
25
550
550
0.24
6
土基
30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.9（0.01mm）
H（4）=30cmLS=24.2（0.01mm）
H（4）=35cmLS=21.8（0.01mm）
H（4）=32.7cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=32.7cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=32.7cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=32.7cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=32.7cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=32.7cm（第5层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=32.7cm（仅考虑弯沉）
H（4）=32.7cm（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3cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土5cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土7cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石33cm
---------------------------------------
水泥粉煤灰矿渣25cm
---------------------------------------
土基
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）（20℃）
抗压模量（MPa）（15℃）
计算信息
1
细粒式沥青混凝土
3
1400
2000
计算应力
2
中粒式沥青混凝土
5
1200
1600
计算应力
3
粗粒式沥青混凝土
7
900
1200
不算应力
4
水泥稳定碎石
33
1500
1500
计算应力
5
水泥粉煤灰矿渣
25
550
550
不算应力
6
土基
30
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=21（0.01mm）
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=22.2（0.01mm）
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=24.4（0.01mm）
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=27.4（0.01mm）
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=123.5（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值LS=383.1（0.01mm）（根据“基层施工规范”第88页公式）
LS=310.5（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）=-0.221（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.076（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.094（MPa）
60Mpa的土基
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:
22.9（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）（20℃）
抗压模量（MPa）（15℃）
容许应力（MPa）
1
细粒式沥青混凝土
3
1400
2000
0.40
2
中粒式沥青混凝土
5
1200
1600
0.31
3
粗粒式沥青混凝土
7
900
1200
0.22
4
水泥稳定碎石
？
1500
1500
0.24
5
水泥粉煤灰矿渣
25
550
550
0.24
6
土基
60
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.9（0.01mm）
H（4）=20cmLS=23.1（0.01mm）
H（4）=25cmLS=20.5（0.01mm）
H（4）=20.4cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=20.4cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20.4cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20.4cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20.4cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20.4cm（
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