沥青及混凝土路面设计5.docx
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沥青及混凝土路面设计5
目录
第一部分设计资料3
一设计题目3
二设计资料3
第二部分公路路基设计5
一路基横断面布置5
二路基《规范》相关要求7
第三部分公路路面结构设计及比拟7
一交通量相关计算10
二半刚性基层沥青路面10
三新建复合式水泥混凝土路面15
第四部分路基路面排水设计22
第五部分参考书目23
附注：
路基路面设计及计算样图（A3）
一般填方路基标准横断面（A3）
挖方路基常见断面形式（A3）
路堤标准断面图（A3）
路面结构层次图（A3）
第一部分设计资料
1.设计任务书要求
某公路设计等级为高速公路，设计基准年为2010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凝土路面，需进行路面结构设计和路基结构设计。
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。
年气温平均在14℃∽14.5℃，一月份气温最低，月平均气温为-0.2℃∽0.4℃，七月份气温27℃左右，历史最高气温为40.5℃，历史最低气温为-17℃，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，约占全年降雨量的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∽266天。
地面最大冻土深度位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
路线地处平原微丘区，调查及勘察中发现，该地区属于第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲击、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，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工程地质现象。
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E0有两个代表值分别为30MPa和60MPa。
沿线有多个石灰厂，产量大质量好。
另外，附进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砂砾。
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规范。
表一近期交通组成与交通量
车型
交通量（辆/日）
车型
交通量（辆/日）
三菱FR415
500
江淮HF150
650
五十铃NPR595G
600
东风SP9135B
600
江淮HF140A
600
五十铃EXR181
600
东风M340
600
表二交通量年增长率
期限
增长率r（%）
期限
增长率r（%）
2011∽2015
8.0
2022∽2026
5.5
2016∽2020
6.5
表三不同车型的交通参数
汽车车型
前轴重（kN）
后轴重（kN）
后轴数
后轴轮组数
后轴距（m）
日交通量（辆/日）
东风M340
24.6
67.8
1
2
—
600
江淮HF150
45.1
101.5
1
2
0
650
东风SP9135B
20.1
72.6
2
2
4
600
五十铃EXR181L
60
100
3
2
4
600
江淮HF140A
18.9
41.8
1
2
0
600
五十铃NPR595G
23.5
44
1
2
0
600
三菱FR415
30
51
1
2
0
500
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，双向三车道2*3*3.75米，中间分隔带宽3.0米，路缘带0.75米，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。
第二部分公路路基设计
1.路基横断面布置
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35m，其中路面跨度为22.5m，中间带宽度为3.00m，其中中央分隔带宽度为1.5m，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
本段公路路基最小填土高度为1.5m，填土高度平均为2.50m。
3.路基边坡
由横断面设计可知（查《公路路基设计规范》（JTJ013—2004））本公路路基边坡由于路基填土高度均小于8m，且路提边坡采用1：
1.5的坡度，路堑边坡采用1：
05的坡度。
护坡道为1.0m，且由于该段公路非高填土，故不需要进行边坡稳定性验算。
5.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
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
由于路线地处平原微丘区，该地区属于第四系，岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡前和山前冲击、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，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。
5.公路用地宽度、
根据路基布置形式，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。
6.路基填料
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E0有两个代表值分别为30MPa和60MPa。
沿线有多个石灰厂，产量大质量好。
另外，附件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砂砾。
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
项目分类
路面底面以下深度（m）
填料最小度（CBR）（%）
填料最大粒径（m）
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
第三部分公路路面结构设计及比拟
按《规范》3.1.1条，路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。
其计算参数如下表所示
路面设计计算参数
标准轴载名称
BZZ-100
标准轴载名称
BZZ-100
标准轴载P（kN）
100
轮胎接地压力p（Mpa）
0.7
两轮中心距（cm）
1.5d
单轮当量圆直径d（cm）
21.30
1.轴载换算
（1）当以弯沉值和沥青层的层低拉应力为设计指标时，轴载换算采用该计算公式：
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。
（2）当以半刚性材料结构层的层低拉应力为设计指标时，轴载换算采用该公式：
式中：
—轴树系数
—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09.
（3）设计年限累计当量标准轴载数：
式中：
—设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次
t—设计年限（年）
—路面营运第一年的双向日平均当量轴次（次/日）
r—设计年限内交通量平均增长率
—与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。
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
（m）
后轴距
日交通量（辆/日）
1
东风KM340
24.6
67.8
1
双轮组
600
2
江淮HF150
45.1
101.5
1
双轮组
650
3
东风SP9135B
20.1
72.6
2
双轮组
>3
600
4
五十铃EXR181L
60
100
3
双轮组
>3
600
5
江淮HF140A
18.9
41.8
1
双轮组
600
6
五十铃NPR595G
23.5
44
1
双轮组
600
7
三菱FR415
30
51
1
双轮组
500
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
8.0％
2
5
6.5％
3
5
5.5％
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=1660,属中等交通等级
a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:
3545
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.29866E+07
属重交通等级
b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:
2863
设计年限内一个车道上的累计当量轴次:
1.048819E+07
属重交通等级
路面设计交通等级为重交通等级。
初拟路面采用两种路面结构
1）、半刚性基层沥青路面
2）、复合式刚性基层沥青路面
①、半刚性基层沥青路面
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:
22.7（0.01mm）
层位
（MPa）
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
0.42
2
中粒式沥青混凝土
1.0
0.30
3
粗粒式沥青混凝土
0.8
0.22
4
水泥稳定石屑
0.5
0.19
5
石灰碎石土
0.3
0.11
1.当E0-30MPa时
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:
22.7（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
（mm）
20℃平均抗压
模量（MPa）
标准差
（MPa）
15℃平均抗压
模量（MPa）
标准差
容许应力
1
细粒式沥青混凝土
40
1400
0
2000
0
0.42
2
中粒式沥青混凝土
50
1200
0
1600
0
0.30
3
粗粒式沥青混凝土
60
900
0
1200
0
0.22
4
水泥稳定石屑
?
1500
0
1500
0
0.19
5
石灰碎石土
250
800
0
800
0
0.11
6
土基
30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.7（0.01mm）
H（4）=250mmLS=24.8（0.01mm）
H（4）=300mmLS=22.3（0.01mm）
H（4）=292mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（4）=292mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=292mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=292mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=292mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（4）=292mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=292mm（仅考虑弯沉）
H（4）=292mm（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40mm
---------------------------
中粒式沥青混凝土50mm
---------------------------
粗粒式沥青混凝土60mm
---------------------------
水泥稳定石屑300mm
---------------------------
石灰碎石土250mm
---------------------------
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
压
（mm）
20℃平均抗
模量（MPa）
标准差
（MPa）
15℃平均抗压
模量（MPa）
标准差
（MPa）
综合影响系数
1
细粒式沥青混凝土
40
1400
0
2000
0
1
2
中粒式沥青混凝土
50
1200
0
1600
0
1
3
粗粒式沥青混凝土
60
900
0
1200
0
1
4
石灰粉煤灰土
200
1500
0
1500
0
1
5
石灰土
250
800
0
800
0
1
6
土基
30
1
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=22.3（0.01mm）
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=24.3（0.01mm）
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.9（0.01mm）
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=30（0.01mm）
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=103.5（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）=-0.196（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.061（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.047（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.08（MPa）
第5层底面最大拉应力σ（5）=0.085（MPa）
2.当E0=60MPa时
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:
22.7（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
（mm）
20℃平均抗压
模量（MPa）
标准差
（MPa）
15℃平均抗压
模量（MPa）
标准差
容许应力
1
细粒式沥青混凝土
40
1400
0
2000
0
0.42
2
中粒式沥青混凝土
50
1200
0
1600
0
0.30
3
粗粒式沥青混凝土
60
900
0
1200
0
0.22
4
水泥稳定石屑
?
1500
0
1500
0
0.19
5
石灰碎石土
250
800
0
800
0
0.11
6
土基
60
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.7（0.01mm）
H（4）=15cmLS=23.7（0.01mm）
H（4）=20cmLS=21（0.01mm）
H（4）=16.9cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=16.9cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=16.9cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=16.9cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=16.9cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=16.9cm（第5层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=169mm（仅考虑弯沉）
H（4）=169mm（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40mm
---------------------------
中粒式沥青混凝土50mm
---------------------------
粗粒式沥青混凝土60mm
---------------------------
水泥稳定石屑200mm
---------------------------
石灰碎石土250mm
---------------------------
土基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
层位
结构层材料名称
厚度
压
（mm）
20℃平均抗
模量（MPa）
标准差
（MPa）
15℃平均抗压
模量（MPa）
标准差
（MPa）
综合影响系数
1
细粒式沥青混凝土
40
1400
0
2000
0
1
2
中粒式沥青混凝土
50
1200
0
1600
0
1
3
粗粒式沥青混凝土
60
900
0
1200
0
1
4
石灰粉煤灰土
200
1500
0
1500
0
1
5
石灰土
250
800
0
800
0
1
6
土基
60
1
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
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=23（0.01mm）
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=25.9（0.01mm）
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=29.5（0.01mm）
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=69.9（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值:
LS=200（0.01mm）（根据“基层施工规范”第88页公式）
LS=155.3（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:
（未考虑综合影响系数）
第1层底面最大拉应力σ
（1）=-0.202（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.058（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.04（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.086（MPa）
第5层底面最大拉应力σ（5）=0.092（MPa）
②、新建复合式水泥混凝土路面设计
公路等级:
高速公路
变异水平的等级:
低级
可靠度系数:
1.33
上面层类型:
沥青混凝土上面层
下面层类型:
普通混凝土下面层
车辆类型及交通参数
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单后轴货车124.6267.800000600
2单后轴货车145.12101.50000650
3拖挂车220.1272.600000600
4拖挂车360.02100.00000600
5单后轴货车118.9241.800000600
6单后轴货车123.5244.000000600
7单后轴货车130.0251.000000500
期限
增长率r（%）
期限
增长率r（%）
2011∽2020
8.0
2031∽2041
5.5
2021∽2031
6.5
各段交通量及其增长率
行驶方向分配系数1
车道分配系数.7
轮迹横向分布系数.22
沥青混凝土上面层厚度80mm
混凝土弯拉强度5MPa
混凝土弯拉模量31000MPa
混凝土下面层板长度5m
地区公路自然区划Ⅱ
面层最大温度梯度85℃/m
接缝应力折减系数.9
当E0=30MPa时
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
碾压混凝土
160
27000
2
多孔隙水泥碎石
120
1500
3
级配碎砾石
150
240
4
土基
30
混凝土基层材料弯拉强度FJ=5MPa
基层顶面当量回弹模量（不包栝混凝土基层）ET=118.3MPa
HB=200rg=.778SPS1=1.15SPR1=3.47
BX1=.73STM1=1.92KT=.5STR1=.96
SCR1=4.43GSCR1=5.89RE1=17.8%
SPS2=.8SPR2=3.06GSPR2=4.07RE2=-18.6%
HB=222rg=.839SPS1=1.06SPR1=3.19
BX1=.64STM1=1.86KT=.49STR1=.91
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