沥青水泥路面设计教学文稿.docx
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沥青水泥路面设计教学文稿
水泥混凝土路面结构设计计算书
一、设计资料
公路自然区划Ⅳ去拟新建一条水泥混凝土路面一级公路，路基为含杀低液限粘土。
据交通调查得知，交通量年平均增长率为8%，设计年限使用初期标准轴载日作用次数为15000。
二、设计内容
1、累计当量轴次计算
由表16-20（教材P479），一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级。
由表16-3（教材P459）横向分布系数为0.20。
交通量年平均增长率8%。
则设计基准期内设计车道标准轴载累积作用次数为
查（表16-4教材P459）可知路面面层等级为特重交通。
2、初拟路面结构
由表16-17（教材P477）查得，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.239m,基层选用沥青混凝土（中粒式），厚为h1=0.05m。
底基层厚度为h2=0.20m的石灰粉煤灰稳定碎石。
普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。
3、材料参数的确定
（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量
由表16-11（教材P474）取普通混泥土面层的弯拉强度标准值
相应弯拉弹性模量标准值为
。
（2）土基的回弹模量
路基回弹模量取
。
由表16-14（教材P474）可得沥青混凝土基层回弹模量取
，石灰粉煤灰稳定碎石基层回弹模量取
。
按式16-53（教材P481），计算基层顶面当量回弹模量如下：
4、荷载疲劳应力计算
普通混凝土面层的相对刚度半径按16-52b（教材P481）计算为
按式16-52a（P481），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为
因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数
。
考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数
。
根据公路等级，由《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数
。
按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为
5、温度疲劳应力计算
由表16-28（教材P483），Ⅳ区最大温度梯度区88℃/
。
板长
，
。
由图16-14（教材P483）可查普通混凝土板厚
按式16-56（教材P483），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为
温度疲劳应力系数
，由表16-29（教材P484）可得，自然区划为Ⅳ区，式中：
a=0.834,b=0.052,c=1.270.按式16-57（教材P483）计算为
再由式16-55（教材P483）计算温度疲劳应力为
6、可靠度计算
查表16-20（教材P479），一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为90%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查表16-22（教材P480），确定可靠度系数
，按式（16-48教材P480）可得：
因而所选的普通混凝土面层厚度
，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳应力。
7、用HPD2003公路路面设计程序系统进行验算
验算结果见下页。
水泥混凝土路面设计
设计内容:
新建单层水泥混凝土路面设计
公路等级:
一级公路
变异水平的等级:
中级
可靠度系数:
1.18
面层类型:
普通混凝土面层
序路面行驶单轴单轮轴载单轴双轮轴载双轴双轮轴载三轴双轮轴载交通量
号车辆名称组的个数总重组的个数总重组的个数总重组的个数总重
（kN）（kN）（kN）（kN）
1标准轴载001100000015000
行驶方向分配系数1车道分配系数1
轮迹横向分布系数.22交通量年平均增长率8％
混凝土弯拉强度5MPa混凝土弯拉模量31000MPa
混凝土面层板长度5m地区公路自然区划Ⅳ
面层最大温度梯度88℃/m接缝应力折减系数.87
基（垫）层类型----新建公路土基上修筑的基（垫）层
层位基（垫）层材料名称厚度（mm）回弹模量（MPa）
1水泥稳定粒料1801300
2石灰粉煤灰土150600
3土基30
基层顶面当量回弹模量ET=165.5MPa
HB=220r=.676SPS=1.26SPR=3.98
BX=.71STM=2.12KT=.5STR=1.06
SCR=5.04GSCR=5.95RE=19%
HB=246r=.756SPS=1.08SPR=3.4
BX=.61STM=2.05KT=.49STR=1
SCR=4.4GSCR=5.19RE=3.8%
HB=252r=.775SPS=1.04SPR=3.29
BX=.58STM=2KT=.48STR=.96
SCR=4.25GSCR=5.01RE=.2%
HB=254r=.781SPS=1.03SPR=3.25
BX=.58STM=2.01KT=.48STR=.97
SCR=4.22GSCR=4.98RE=-.4%
设计车道使用初期标准轴载日作用次数:
15000
路面的设计基准期:
30年
设计基准期内标准轴载累计作用次数:
1.364496E+08
路面承受的交通等级:
特重交通等级
基层顶面当量回弹模量:
165.5MPa
混凝土面层设计厚度:
254mm
通过对设计层厚度取整,最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
普通混凝土面层239mm
---------------------------------------
水泥稳定粒料180mm
---------------------------------------
石灰粉煤灰土150mm
---------------------------------------
土基
参考文献：
1、《路基路面工程》（第三版），邓学均编著，人民交通出版社，2007年
2、《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），北京：
人民交通出版社，2004年
沥青混凝土路面结构设计计算书
一、设计资料
某高速公路地处Ⅱ2区，为双向四车道，设计年限15年，拟采用沥青路面结构进行施工图设计；一般路基处于中湿路段，土质为中液限粘土，填方路基高1.8m，地下水位距路床2.4m；沿线有碎石场，附近河流有中、粗砂，筑路材料丰富；根据现有交通量调查，使用年限内交通量年平均增长率8%，预计路面竣工后第一年的交通量及车辆组成如下表（下表中的数据为双向双车道调查的结果），现拟定路面结构为：
4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+水泥稳定碎石？
+16cm天然砂砾，试计算设计层厚度。
车型
前轴重（KN）
后轴重（KN）
后轴数
后轴距
辆/日
黄河JN151
48.3
100.3
1
/
300
解放CA15
21.0
70.4
1
/
400
黄河JN163
58.6
114.0
1
/
600
江淮HFF3150
49.2
96.3
1
/
300
东风EQ155
26.5
56.7
2
≤3m
400
日野ZH433C
60.0
110.0
2
≤3m
200
二、设计内容
1、轴载当量换算（换算方法:
弯沉及沥青层拉应力指标）
汽车类型
前轴重（kN）
后轴重（kN）
黄河JN151
48.3
100.3
1
1
300
317
解放CA15
21
70.4
1
1
400
87
黄河JN163
58.6
114
1
1
600
1120
江淮HFF3150
49.2
96.3
1
1
300
268
东风EQ155
26.5
56.7
2.2
1
400
77
日野ZH433C
60
110
2.2
1
200
714
2583
2、设计年限累计当量标准轴载数
高速公路设计年限取15年，双向四车道的车道系数取0.5。
按式14-6（教材379）得：
图1-3大学生偏爱的手工艺品种类分布3、计算设计弯沉值
由设计资料可得,
则由式14-21（教材390）得:
4、材料参数的确定
（2）文化优势本路段地处
区，需验算最小防冻厚度，根据书中389页表格，取防冻厚度为60cm；
根据书中399页表格，取各层抗拉模量和抗压模量如下表；
据了解，百分之八十的饰品店都推出“DIY饰品”来吸引顾客，一方面顺应了年轻一代喜欢与众不同、标新立异的心理；另一方面，自制饰品价格相对较低，可以随时更新换代，也满足了年轻人“喜新厌旧”的需要，因而很受欢迎。
路面材料名称
图1-1大学生月生活费分布厚度（cm）
抗压模量
创新是时下非常流行的一个词，确实创新能力是相当重要的特别是对我们这种经营时尚饰品的小店，更应该勇于创新。
在这方面我们是很欠缺的，故我们在小店经营的时候会遇到些困难，不过我们会克服困难，努力创新，把我们的小店经营好。
抗拉模量
细粒式沥青混凝土
4
加拿大ｂｅａｄｗｏｒｋｓ公司就是根据年轻女性要充分展现自己个性的需求，将世界各地的珠类饰品汇集于“碧芝自制饰品店”内，由消费者自选、自组、自制，这样就能在每个消费者亲手制作、充分发挥她们的艺术想像力的基础上，创作出作品，达到展现个性的效果。
1400
月生活费人数（频率）百分比2000
标题：
大学生“负债消费“成潮流2004年3月18日中粒式沥青混凝土
二、大学生DIY手工艺制品消费分析5
1200
1600
粗粒式沥青混凝土
7、你喜欢哪一类型的DIY手工艺制品？
6
900
1200
水泥稳定碎石
?
1500
1500
天然沙砾
16
550
550
根据《规范》，面层推荐最小厚度为12-18cm，故取15cm；
5、用HPDS2003公路路面设计程序进行设计计算
计算结果以及验算结果见下页汇总。
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:
21.9（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）抗拉模量（MPa）容许应力（MPa
（20℃）（15℃）
1细粒式沥青混凝土414002000.8
2中粒式沥青混凝土512001600.7
3粗粒式沥青混凝土69001200.6
4水泥稳定碎石?
15001500.14
5天然砂砾16550550
6土基36
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=21.9（0.01mm）
H（4）=35cmLS=22.8（0.01mm）
H（4）=40cmLS=20.5（0.01mm）
H（4）=37cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=37cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=37cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=37cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=37cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=37cm（仅考虑弯沉）
H（4）=37cm（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,最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土4cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土5cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土6cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石37cm
---------------------------------------
天然砂砾16cm
---------------------------------------
土基
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黄河JN15148.3100.31双轮组300
2解放CA1520.9770.381双轮组400
3江淮HFF3150C49.296.31双轮组300
4东风EQ15526.556.72双轮组<3400
5日野ZM4430601102双轮组<3200
6黄河JN16358.61141双轮组600
设计年限15车道系数.5
序号分段时间（年）交通量年增长率
158％
258％
358％
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:
3141
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.556447E+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:
3816
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.890928E+07
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:
21.9（0.01mm）
层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）
1中粒式沥青混凝土1.29
2粗粒式沥青混凝土.8.21
3细粒式沥青混凝土1.4.41
4水泥稳定碎石.6.27
5天然砂砾
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）抗压模量（MPa）计算信息
（20℃）（15℃）
1细粒式沥青混凝土414002000计算应力
2中粒式沥青混凝土512001600计算应力
3粗粒式沥青混凝土69001200计算应力
4水泥稳定碎石4015001500计算应力
5天然砂砾16550550不算应力
6土基36
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=20.5（0.01mm）
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=22.3（0.01mm）
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=24.6（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=183.3（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9（0.01mm）（根据“基层施工规范”第88页公式）
LS=258.8（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）=-.189（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-.058（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-.046（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=.105（MPa）
参考文献：
1、《路基路面工程》（第三版），邓学均编著，人民交通出版社，2007年
2、《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），北京：
人民交通出版社，2004年
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