东南大学路基路面课程设计报告.docx
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东南大学路基路面课程设计报告
沥青路面厚度设计
计
算
书
学号：
姓名：
班级：
成绩：
日期：
2014年9月
沥青路面厚度设计
A、基本情况
某地拟新建一条二级公路省道，路线总长21km，双向四车道，路面宽度为16m，该地属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土土质，填方路基最大高度2.1m，路床顶距地下水位平均高度1.4m，属中湿状态，根据室内试验法确定土基回弹模量50MPa，年降雨量1200mm，最高气温39℃，最低气温-10℃。
拟采用沥青混凝土路面，根据规范规定，查表得其设计使用期12年。
B、交通荷载情况
根据区域交通分析预测近期交通组成和交通量如表1所示，交通量年平均增长率为4%。
表1近期交通组成与交通量
车型分类
代表车型
数量（辆/d）
小客车
桑塔纳2000
2280
中客车
江淮AL6600
220
大客车
黄海DD680
450
轻型货车
北京BJ130
260
中型货车
东风EQ140
660
重型货车
黄河JN163
868
铰接挂车
东风SP9250
330
要求：
试根据交通荷载等级，选择相应的基层（和底基层）材料进行组合设计，并根据进行沥青路面厚度设计计算，编制计算书（计算书格式及编目示例附后）。
一、基本设计条件与参数
依题意得，基本设计条件如下：
新建二级公路，双向四车道，路面宽度16m，公路自然区划IV区，低液限粘土土质，填方路基最大高度2.1m，路床顶距地下水位平均高度1.4m，中湿状态，年降雨量1200mm，最高气温39℃，最低气温-10℃。
基本参数如下：
土基回弹模量50MPa，设计使用期12年，交通量年平均增长率为4%。
二、交通量分析
本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示。
1.当设计弯沉值为指标时，当量轴次计算公式及计算结果如下：
汽车车型
Pi（kN）
C1
C2
ni（次/日）
C1C2ni（Pi/P）4.35次/日
黄海DD680
前轴
49.00
1
1
450
20.2100
后轴
91.50
1
1
450
305.7696
东风EQ140
后轴
69.20
1
1
660
133.0471
黄河JN163
前轴
58.6
1
1
868
84.8935
后轴
114.00
1
1
868
1534.8143
东风SP9250
前轴
50.70
1
1
330
17.1909
后轴
113.30
3.4
1
330
1931.4922
（P=100kN）
4027.418
注：
轴载小于25kN的轴载作用不计
查《规范》得该公路车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：
属于中等交通。
2.以半刚性基层层底拉应力为指标计算当量轴次
汽车车型
Pi（kN）
C1’
C2’
ni（次/日）
C1’C2’ni（Pi/P）8次/日
黄海DD680
后轴
91.50
1
1
450
221.0962
东风EQ140
后轴
69.20
1
1
660
34.7051
黄河JN163
前轴
58.6
1
1
868
12.0698
后轴
114.00
1
1
868
2476.045
东风SP9250
前轴
50.70
1
1
330
1.4407
后轴
113.30
5
1
330
4480.4664
（P=100kN）
7225.823
注：
轴载小于50kN的轴载作用不计
查《规范》得车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：
属于重交通。
由1、2计算可得，该设计道路的累积轴载情况属于重交通级别。
3、结构组合设计
1.初拟结构组合和材料选取
参照《规范》，本道路设计选用6层基本层位，路面结构面层采用沥青混凝土（18cm），其中表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度6cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度8cm）；基层采用水泥稳定碎石（厚度取20cm）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度40cm。
2.各层材料的抗压模量与劈裂强度
查表得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。
抗压回弹模量取20℃的模量，得到20℃的抗压回弹模量：
细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，水泥碎石为1500MPa，石灰土550MPa。
弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取15℃的值，分别为2000MPa、1800MPa、1200MPa、3550MPa、1480MPa。
各层材料的劈裂强度：
细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。
3.土基回弹模量的确定
依题意得土基回弹模量为50MPa。
四、弯沉计算
本公路为二级公路，公路等级系数取1.1，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。
该路面结构属于弹性层状体系，计算较复杂，因此借助计算机软件完成计算任务，计算结果如下：
路面设计弯沉
五、层底拉应力计算
通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：
层位
厚度（cm）
类型
层底拉应力（MPa）
容许拉应力
（MPa）
1
4
细粒式密级配沥青砼
-0.2330
0.5071
2
6
中粒式密级配沥青砼
-0.0397
0.3622
3
8
粗粒式密级配沥青砼
-0.0204
0.2898
4
20
水泥稳定碎石
0.2537
0.2537
5
40
石灰土
0.0888
0.8888
六、设计极限状态验证
极限状态验证如下：
路面厚度验证如下：
因此方案一符合设计要求。
七、设计成果优化
由于设计道路等级仅为二级公路，出于节省沥青用料的目的，新的方案从减少沥青层厚度的角度考虑，同时加厚水泥稳定碎石基层厚度，在保证路面承载能力和满足最小防冻厚度的要求，底基层厚度也可得到一定的缩减。
设计方案如下：
1.初拟结构组合和材料选取
路面结构面层采用沥青混凝土（15cm），其中表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度6cm）；基层采用水泥稳定碎石（厚度取30cm）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度30cm。
2.各层材料的抗压模量与劈裂强度与设计弯沉计算同方案一。
路面设计弯沉
五、层底拉应力计算
通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：
层位
厚度（cm）
类型
层底拉应力（MPa）
容许拉应力
（MPa）
1
4
细粒式密级配沥青砼
-0.2331
0.5071
2
6
中粒式密级配沥青砼
-0.0689
0.3622
3
8
粗粒式密级配沥青砼
-0.0433
0.2898
4
20
水泥稳定碎石
0.2537
0.2537
5
40
石灰土
0.0888
0.8888
六、设计极限状态验证
极限状态验证如下：
路面厚度验证如下：
因此方案二符合设计要求。
综上，方案二和方案一都能满足强度和弯沉指标的要求，但方案二中路面结构层总厚度和沥青面层厚度降低，造价更加低廉，因此，在道路要求不高的条件下，可选择方案二。
普通水泥混凝土路面板厚设计
计
算
书
学号：
姓名：
班级：
成绩：
日期：
2014年9月
普通水泥混凝土路面板厚设计
A、基本情况
某地拟新建一条二级公路省道，路线总长21km，双向四车道，路面宽度为16m，该地属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土，路床顶距地下水位平均高度1.4m，本地石料以砂岩为主。
拟采用普通水泥混凝土路面，根据规范规定，查表得其设计基准期20年，目标可靠度85%。
综合以往工程情况，结合施工企业一般技术、设备和工艺水平，确定其变异水平等级为“中”。
B、交通荷载情况
根据区域交通分析确定：
设计车道初始年平均日标准轴载作用次数Ns为3775，交通量年平均增长率为4%；设计荷载选定为单轴双轮100kN，单次极限荷载经调研选定为单轴双轮170kN。
C、其他已知情况
选定平面尺寸：
5m长，4m宽。
接缝：
缩缝为设传力杆的假缝，纵缝为带拉杆的平头真缝。
路肩：
基层材料与路面相同，面层采用与面层同厚度水泥混凝土，与路面板间设拉杆连接。
要求：
试根据交通荷载等级，选择相应的基层（和底基层）材料进行组合设计，并根据初估板厚进行板厚设计计算，编制计算书（计算书格式及编目示例附后）。
1、基本设计条件与参数
依题意得：
设计道路为二级公路，路面宽度16m，属公路自然区划IV区，路基为低液限粘土，路床顶距地下水位平均高度1.4m，设计基准期20年，目标可靠度85%，变异水平等级为“中”；设计车道初始年平均日标准轴载作用次数Ns为3775，交通量年平均增长率为4%；设计荷载选定为单轴双轮100kN，单次极限荷载经调研选定为单轴双轮170kN。
2、交通量分析
由题意可知年交通量平均增长率为4%，由《规范》得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数为0.39。
计算设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数如下：
查表得设计道路交通量等级属于重交通。
三、结构组合设计
参照《规范》，根据二级公路、重交通和中级变异水平，查表得初拟定路面结构组合如下：
面层选用普通混凝土，厚度为0.25m；基层选用水泥稳定碎石，厚度为0.20m，底基层选用水泥稳定碎石，厚度为0.20m。
普通混凝土板的尺寸选定为长5m，宽4m。
4、路基参数计算
1.参数选择
查表得取重交通荷载等级要求路基综合回弹模量该值为80MPa。
查表得水泥混凝土弯拉强度标准值5.0MPa，相应弯拉模量31GPa，泊松比取0.15，线胀系数为1.010-5/℃。
查表得取水泥稳定碎石基层回弹模量为2500MPa，水泥稳定碎石底基层为1500MPa，7d浸水抗压强度分别为5.5MPa和2.5MPa，上层的泊松比取为0.20。
2.综合回弹模量计算
因双层水泥稳定碎石基层，故选择分离式双层板模型。
因除路基外只有单层基层，所以：
五、荷载应力计算
1.上层板在设计荷载作用下的荷载应力计算
上层板弯曲刚度：
下层板弯曲刚度：
双层板总的刚度半径：
标准轴载在临界荷位处产生的的荷载应力按下式计算：
下层板材料为水稳碎石，无需计算其荷载应力。
2.计算荷载疲劳应力
查《规范》得应力折减系数kr=0.87；二级公路kc=1.05；荷载疲劳应力系数kf：
荷载疲劳应力：
3.计算轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力
设计轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力：
最重轴载在面层板临界荷位处产生的荷载应力计算公式与σps相同，但要用最重轴载Pm代替式中的设计轴载Ps。
最重轴载在临界荷位产生的最大荷载应力：
六、温度应力计算
1.最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力
计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL：
面板计算与弹性地基单层板模型相比，温度翘曲应力系数
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