路基路面课程设计.docx
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路基路面课程设计
目录
1设计资料----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5
1.1工程概况----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5
1.2设计资料----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5
1.3设计目的任务--------------------------------------------------------------------------------------------------------------5
2交通量分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6
3沥青路面设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6
3-1设计年限内车道的累计轴次-------------------------------------------------------6
3.1.1轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析）----------------------------------------------6
3.1.2轴载换算（半刚性层弯拉应力分析）---------------------------------------------------7
3.1.3设计弯沉的确定---------------------------------------------------------------------------8
3.2确定路面等级和面层类型---------------------------------------------------------8
3.3土基回弹模量的确定--------------------------------------------------------------8
3.4路面结构方案设计---------------------------------------------------------------------------8
3.4.1方案一---------------------------------------------------------------------------------------------------9
3.4.1方案二--------------------------------------------------------------------------------------------------12
4水泥混凝土路面设计----------------------------------------------------------------------------------------------------16
4.1混凝土路面设计基准期-----------------------------------------------------------------------------------------------16
4.2标准轴载交通量分析-----------------------------------------------------------------------------------------------16
4.3拟定路面结构-------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
4.4方案一的计算（手算）--------------------------------------------------------------------------------------------------18
4.4.1确定材料参数---------------------------------------------------------------------------------------------------18
4.4.2计算荷载、温度疲劳应力------------------------------------------------------------------------------------19
4.5方案二的计算（软件计算）-----------------------------------------------------------------------------------------20
4.6接缝设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------23
5方案比选------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------25
6总结体会------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------26
7参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------27
1设计资料
1.1工程概况
拟设计路面属某段高速公路（双向四车道）.路段位于平原微丘区,公路自然区划为Ⅱ2区,地震烈度为六级,设计标高255.50m,地下水位距路床顶面为1.45m。
1.2设计资料
1.2.1土质
所经地区多处为粘性土。
1.2.2交通量及组成
根据最新路网规划,预测使用初期2013年平均日交通量见下表：
车型
双向交通量
小客车SH—130
880
大客车SH—141
163
跃进牌NJ—130
596
东风牌EQ—140
360
黄河牌JN—150
370
日野KB222
87
太拖拉138
85
交通量年平均增长率（％）
7.12
表1-2-1交通组成及交通量表
1.3设计目的任务
（1）根据所给资料,利用HPDS2011公路路面设计程序系统进行路面结构的设计（沥青路面、水泥路面至少各2种不同的路面结构设计，其中水泥路面结构手工完成一个方案的计算）。
（2）编写设计说明书,包括水泥混凝土路面及沥青路面结构,厚度设计,水泥混凝土路面结构组合设计、板厚度设计、接缝设计等。
（3）对所选定的路面结构方案,绘制路面结构图,包括沥青路面结构设计图,水泥混凝土路面结构设计图及其接缝设计图等.需用A3图纸打印。
2交通量分析·
《公路工程技术标准》规定：
四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交
通量25000-55000辆
六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交
通量45000-80000辆
八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交
通量60000-100000辆
车型
小客车SH-130
大客车SH-141
跃进牌NJ-131
东风牌EQ-140
黄河牌JN-150
日野KB222
太拖拉138
交通量（辆/日）
880
163
596
360
370
87
85
换算系数
1.0
1.5
1.5
2.0
2.0
2.0
2.0
换算交通量（pcu/d）
880
245
894
720
740
174
170
表2-1交通量及换算系数
将上表折成小客车，对所给交通量进行换算：
N=880+163×1.5+596×1.5+（360+370+87+85）×2=3823,设计年限为30年时，N=Nd=N0×（1+γ）n-1远期交通量28096辆，故设计为四车道高速公路即可满足交通量要求。
3沥青路面设计
3.1设计年限内车道的累计轴次
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。
标准轴载的计算参数按表3-1确定
表3-1标准轴载计算参数
标准轴载名称
BZZ-100
标准轴载名称
BZZ-100
标准轴载P（KN）
100
单轮当量圆直径d（mm）
21.30
轮胎接地压强P（Mpa）
0.70
两轮中心距（cm）
1．5d
3.1.1轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析）
当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大于25kN的各级轴载
的作用次数
均换算成标准轴载
的当量作用次数
。
已知参数：
设计年限15年车道系数0.45交通量平均年增长率7.12％
式中：
—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；
—被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；
—标准轴载（
）；
—各种被换算车型的轴载（
）；
C1—轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38；
C2—轴数系数。
—被换算车型的轴载级别。
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，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：
式中：
m—轴数。
则其设计年限内一个车道上的累计量轴次
：
式中
—设计年限内一个车道的累计当量次数；
t—设计年限，由材料知，t=15年；
—设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；
—设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，γ=0.0712；
—车道系数，由材料知η=0.45。
则：
次
3.1.2轴载换算（半刚性层弯拉应力分析）
验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN的各级轴载
的作用次数
均按下式换算成标准轴载
的当量作用次数
。
式中：
—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；
—被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；
—标准轴载（
）；
—各种被换算车型的轴载（
）；
—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。
—轴数系数；
则其设计年限内一个车道上的累计量轴次
为：
次。
3.1.3设计弯沉的确定
设计弯沉：
：
设计弯沉
：
设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数
：
公路等级系数，高速公路为1.0
:
面层类型系数，沥青面层为1.0
:
路面结构类型系数刚性基半刚性基层沥青路面为1.0
通过软件计算：
ld=29.4（0.01mm）
3.2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。
3.3土基回弹模量的确定
路段位于平原微丘区,公路自然区划为Ⅱ2区,地震烈度为六级,设计标高255.50m,地下水位距路床顶面为1.45m。
由《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006附录F知此高度为H2（2.0），属于中湿路基又因该路段的土质为粘质土，查规范可得：
土基回弹模量19—33.5（mpa）
3.4路面结构方案设计
3.4.1方案一**************************
*新建路面设计成果文件汇总*
**************************
（1）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
交通SH141
25.55
55.1
1
双轮组
>3
163
2
亚洲ZQ6560
15.7
27
1
双轮组
880
4
跃进NJ131
20.2
38.2
1
双轮组
596
5
东风EQ140
23.7
69.2
1
双轮组
360
6
黄河JN150
45.1
101.5
1
双轮组
370
7
日野KB222
50.2
104.3
1
双轮组
87
8
太脱拉138
51.4
80
2
双轮组
<3
85
设计年限15车道系数0.45
表3-2车型载重
序号分段时间（年）交通量年增长率
157.12％
257.12％
357.12％
一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=479,属轻交通等级
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
855
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
3561753属中等交通等级
当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
645
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
2686937属轻交通等级
路面设计交通等级为中等交通等级
公路等级高速公路
公路等级系数1面层类型系数1路面结构类型系数1
路面设计弯沉值:
29.4（0.01mm）
表3-3劈裂强度容许拉应力
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
0.56
2
中粒式沥青混凝土
1.0
0.4
3
粗粒式沥青混凝土
0.8
0.32
4
水泥稳定碎石
0.6
0.34
5
级配碎石
0
6
粗砂
0
（2）新建路面结构厚度计算
新建路面的层数:
6
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
29.4（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
150（mm）
表3-4厚度计算
层位
结构层材料名称
厚度（mm）
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
30
1400
2000
0.56
2
中粒式沥青混凝土
40
1200
1600
0.4
3
粗粒式沥青混凝土
60
900
1200
0.32
4
水泥稳定碎石
200
1500
1500
0.34
5
级配碎石
?
550
550
6
粗砂
150
100
150
7
新建路基
31
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=29.4（0.01mm）
H（5）=200mmLS=32（0.01mm）
H（5）=250mmLS=29.1（0.01mm）
H（5）=244mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=244mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=244mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=244mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=244mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=244mm（仅考虑弯沉）
H（5）=244mm（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500mm
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30mm
----------------------------------------
中粒式沥青混凝土40mm
----------------------------------------
粗粒式沥青混凝土60mm
----------------------------------------
水泥稳定碎石200mm
----------------------------------------
级配碎石250mm
----------------------------------------
粗砂150mm
----------------------------------------
新建路基
（3）交工验收弯沉值和层底拉应力计算
表3-5弯沉值和层底拉应力
层位
结构层材料名称
厚度（mm）
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
30
1400
2000
0.56
2
中粒式沥青混凝土
40
1200
1600
0.4
3
粗粒式沥青混凝土
60
900
1200
0.32
4
水泥稳定碎石
200
1500
1500
0.34
5
级配碎石
250
550
550
6
粗砂
150
100
150
7
新建路基
150
31
计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:
第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=29.1（0.01mm）
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=31.6（0.01mm）
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=35.1（0.01mm）
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=40.2（0.01mm）
第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=96.8（0.01mm）
第6层路面顶面交工验收弯沉值LS=357.5（0.01mm）
路基顶面交工验收弯沉值：
LS=300.5（0.01mm）（根据“公路沥青路面设计规范”公式计算）
LS=371.5（0.01mm）（根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算）
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
（未考虑综合影响系数）
第1层底面最大拉应力σ
（1）=-0.273（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.119（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.058（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.132（MPa）
3.4.2方案二
**************************
*新建路面设计成果文件汇总*
**************************
（1）轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算
表3-6轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力
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
交通SH141
23
63.5
1
双轮组
>3
163
2
跃进NJ131
20.2
38.2
1
双轮组
596
3
东风EQ140
23.7
69.2
1
双轮组
360
4
亚洲ZQ6560
15.7
27
1
双轮组
880
5
黄河JN150
45.1
101.5
1
双轮组
370
6
日野KB222
50.2
104.3
1
双轮组
87
7
太脱拉138
51.4
80
2
双轮组
<3
85
设计年限15车道系数0.45
序号分段时间（年）交通量年增长率
157.12％
257.12％
357.12％
一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=479,属轻交通等级
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
855
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
3561753属中等交通等级
当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:
路面营运第一年双向日平均当量轴次:
645
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
2686937属轻交通等级
路面设计交通等级为中等交通等级
公路等级高速公路
公路等级系数1面层类型系数1路面结构类型系数1
路面设计弯沉值:
29.4（0.01mm）
表3-7裂强度容许拉应力
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
0.56
2
中粒式沥青混凝土
1.0
0.4
3
水泥碎石土
0.8
0.35
4
石灰土
0.6
0.26
5
粗砂
（2）新建路面结构厚度计算
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
29.4（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
150（mm）
表3-8结构厚度
层位
结构层材料名称
厚度（mm）
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
40
1400
2000
0.56
2
中粒式沥青混凝土
80
1200
1600
0.4
3
水泥碎石土
150
900
1200
升级会员 