课程设计路基路面工程课程设计计算书.docx
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课程设计路基路面工程课程设计计算书
路基路面工程课程设计计算书
指导老师：
专业年级：
班级，学号：
学生姓名：
完成时间：
2010年6月24日
路面结构设计的计算
基本资料：
某地区规划修建一条四车道的一级公路，沿线筑路材料的情况：
石料：
本地区
山丘均产花岗岩、流纹岩和凝灰熔岩；储量丰富，岩体完整。
石料强度高。
砂：
海岛沿岸多处沙滩可供取砂，运输较方便。
土料：
沿线丘岗均有砖红色亚粘土和黄褐色砂砾质粘土可供路基用土。
此公路的设计年限为20年，拟采用沥青路面结构进行设计。
一、轴载分析。
”+篦+丫3+丫4
1设计年限内交通量的平均增长率：
=-一23一4
4
由主要预测年交通量表可算得：
2000年到2005年的年增长率：
12266（1•J5=18293，可算得：
^8.3%
5
2005年到2010年的年增长率：
18293（1，2）=26204，可算得：
2=7.5%
5
2010年到2015年的年增长率：
26204（1，3）=35207，可算得：
3=6.1%
5
2015年到2020年的年增长率：
35207（1•4）=55224，可算得：
4=9.4%
故12348.3%7.5%6.1%9.4%
-4~4
2、设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算。
P
N=：
严2叶4.35
预测交通组成表
车
二型
前轴重
（KN）
前轴重
（KN）
后轴数
后轴轮组数
后轴距
（m）
交通量
（辆/日）
跃进
NJ130
16.20
38.30
1
双轮组
702
解放
CA10B
19.40
60.85
1
双轮组
962
黄河
JN150
49.00
101.60
1
双轮组
661
对于跃进NJ130:
前轴：
R=16.20KN<25KN，省略不算
后轴：
C1=1,C2=1,P=38.30KN，P=100KN,n=702
P43538.30435
N=C1C2ni（l）511702（）=3彳0.8次/d
P100
对于解放CA10B:
前轴：
R=19.40KN<25KN,省略不算。
后轴：
C1=1,C2=1,R=60.85KN,P=100KN,n=962
^C1C2ni（P^）4.3tl1962（^O^）4*11O.8次加对于黄河JN150:
前轴：
C1=1,C2=6.4,R=49.00KN,P=1OOKN,ni=661
N=GC2n（弓）4.'5仆6.处661"4900）4=3190.0次/dP100
后轴：
C1=1,C2=1,R=101.60KN,P=100KN,ni=661
N=C1C2ni（-P^）4.3=11661（101.60）4=3708.3次/dP100
最终可汇成下表：
轴载换算结果表（弯沉）
车型
P（KN）
G
C2
ni（次/日）
CGn（卫广35
P
跃进NJ130
前轴
16.20
1
6.4
702
0
后轴
38.30
1
1
702
10.8
解放CA10B
前轴
19.40
1
6.4
962
0
后轴
60.85
1
1
962
110.8
黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4
661
190.0
后轴
101.60
1
1
661
708.3
合计
N=送C1C2nj（旦）4.35
i二P
1019.9
t=20年,
设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：
设计年限为=7.8%，双向四车道，故车道系数选为0.4。
故
0.078
N』
（1）j]365N1」19078）20T]3651019.0.4=6665106次
2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算成标准轴载P的当量作用次数N的公式
同理，计算结果可如下表所示:
轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）
车型
P（KN）
C1
C2
n（次/日）
C1C2ni（~p）
跃进NJ130
前轴
16.20
1
1.85
702
0
后轴
38.30
1
1
702
0
解放CA10B
前轴
19.40
1
1.85
962
0
后轴
60.85
1
1
962
18.1
黄河JN150
前轴
49.00
1
1.85
661
0
后轴
101.60
1
1
661
750.5
合计
n=迟com（旦）8
yp
768.6
设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算:
细粒式沥青混凝土
h1=4cm
细粒式沥青混凝土
h1=4cm
中粒式沥青混凝土
h2=5cm
中粒式沥青混凝土
h2=6cm
粗粒式沥青混凝土
h3=6cm
粗粒式沥青混凝土
h3=8cm
水泥稳定碎石
h4=20cm
水泥稳定碎石
h4=?
石灰土
h5=?
一灰土
h5=16cm
级配碎、砾石
h6=12cm
填隙碎石
h6=10cm
万案一:
、拟定路面结构组合方案及厚度。
组合方案，拟定了两种，其简图如下所示:
方案一：
土基
土基
三、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。
1）确定各层材料的抗压模量与劈裂强度。
查表可得下列设计参数，汇表如下:
材料名称
抗压回弹模量（MPa）
15C劈裂强度
（MPa）
20C
15C
细粒式沥青混凝土
1400
2000
1.4
中粒式沥青混凝土
1200
1400
1.0
粗粒式沥青混凝土
1000
1200
0.8
水泥稳定碎石
1500
0.5
石灰土
550
0.225
二灰土
750
0.25
级配碎、砾石
225
填隙碎石
250
2）确定土基的回弹模量。
该路段处于IV7区，为黏质土，且稠度为1.00。
查《公路沥青路面设计规范》可得
土基回弹模量为34.5MPa
四、设计指标的确定。
对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。
1、设计弯沉值的计算：
02
Ld=600^AcAsAb
该公路为一级公路，故公路等级系数Ac=1.0，且是沥青混凝土面层，故面层类型系数
As=1.0。
方案一：
半刚性基层上设置40mm+50mm+60mm=150mm<160mml沥青混合料结构层，
Ab=1.0o
故Ld=600肌亠.2代人乓=600666510611.21.01.01.0=25.91mm
方案二：
半刚性基层上设置40mm+60mm+80mm=180mm,介于160mm和260mm之间的
沥青混合料结构层，故由线性内插可求得代=1.12o
故Ld=600Ne』.2AcAsAb=6006665106^.21.01.01.12=29.01mm
2、各层材料的容许层底拉应力的计算。
CT
容许拉应力二R=
Ks
计算结果列于下表:
各层材料的容许拉应力
材料名称
CTsp（MPa）
K
J（MPa）
细粒式沥青混凝土
1.4
2.68
0.5224
中粒式沥青混凝土
1.0
2.68
0.3731
粗粒式沥青混凝土
0.8
2.95
0.2712
水泥稳定碎石
0.5
1.91
0.2618
石灰土
0.225
2.46
0.0915
二灰土
0.25
2.46
0.1016
五、确定设计层的厚度。
1、方案一计算:
（采用三层体系为计算体系）
1）令实际弯沉Is=ld，则弯沉综合修正系数
ls.0.38,E00.36
…63（曲）（；）
=1.63（塑严（竺广36".52
2000x10.650.7
弹性三层体系的实际弯沉
ls=1000^2^:
F
E1
故理论弯沉系数:
！
IsE1
25.911400
2000p、F
4.68
20000.710.650.52
2）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示:
E1
h1
E2
h2
E3
h3
E4
h4
E5
h5
E6
h6
E0
E1h1
E2H
E0
则中层厚度的换算公式为:
6
Hf飞
k=3
=h2h3
hs
=562.41000202.415000
1200
1200
1200122
225
=（38.50.7%）测
3）IA=410.65巾38
=34煌00
-0.
03
由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得:
故K21便0.56
:
K15.81.44
再查诺谟图可得H必8
故H=4.810.65=51.1cm
故H=38.50.7h5=51.1
由此可解得：
h5=18cm
2、方案二计算:
（采用三层体系为计算体系）
1）令实际弯沉
Is=Id，则弯沉综合修正系数
ls0.38En0.36
F=1.63（20006
29.01038
-1.63（）.
200010.65
s）T
p
34.50.36（）=0.54
0.7
弹性三层体系的实际弯沉"1000瞥/
29.011400
E1
故理论弯沉系数r□5.04
2000F2000汉0.7汉10.65汉0.54
2）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示:
E1
h1
E2
h2
E3
h3
E4
h4
E5
h5
E6
h6
E。
E1
h1
E2
H
E0
则中层厚度的换算公式为:
6
H七八hk2
k二
2.4
=人2+人32.4
E3^4
1000厂
=6■82；4■h4
1200
=（31.81.1h4）cm
鳥162.47501024
0.65=0.38
查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得
馆2.4
E6
E2
E5
E2
E:
h52
1200'■1200
=0.
03
E2e^1200140^0.9，查诺谟图可得:
=5.8由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得:
的5.04
故K2-0.60
:
K15.81.44
再查诺谟图可得%=4.3
故H=4.310.65=45.8cm
故H=31.8•1.1h4=45.8由此可解得：
13cm
六、层底弯拉应力验算。
公路为一级公路，故对沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层都应进行拉应力的验算。
1、方案一的层底拉应力的验算。
（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）
1）验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：
查诺谟图可得：
mi?
=0.78
又因为%=27.%0.65=2.6
故沥青混凝土面层底面的最大拉应力
:
;gm?
=0.70.131.090.78=0.0774MPa:
:
容许拉应力0.2712MPa
E1
h1
E2
h2
E3
h3
E4
h4
E5
h5
E6
h6
2）验算半刚性基层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系,
E。
如下图所示：
E4
h
E5
h
E。
Ek
E4
4
h八hk
k=1
=4.14005
1500
1500
二33.2cm
h八6吨
k=5■.E5
E2h3
2h2
E3h4
E4
E4
E4
1200
E6
E5
=hj.9号+h60.9
5
225
550__
=180.9——：
-120-9——
550
550
=22.4cm
1500
1500
6100020
1500
由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得,
—3.210.65弋.1E0E2半E5亠务
厂550150。
74
查诺谟图可得：
m,=1.3，
--0.14
又因为日厂22.410.65W
故半刚性基层底面的最大拉应力
查诺谟图可得：
m2=0.93
二=pcm1m^0.70.141.30.93=0.1185MPa:
:
容许拉应力0.2618MPa
3）验算底基层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示:
Eo
由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，二p二m1m2
查诺谟图可得：
m=1.08，-=0.08
又因为%=h%=1%065=1.1查诺谟图可得：
0=1.18
故半刚性基层底面的最大拉应力
二二p二mm2=0.70.081.11.18=0.0727MPa:
容许拉应力0.0915MPa
2方案二的层底拉应力的验算。
（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）
1）验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。
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E1
h1
E2
h2
E3
h3
E4
h4
E5
h5
E6
h6
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系,
Eo
Ek
E3
E1■
E3
h2
E3
=4
14006
1000
3
h八hk
kA
二hi
12008
1000
1000
1000
=19.3cm
z：
4z：
：
—人40
E4
E
E3
h
E4
H
如下图所示:
建抚资殊下戎就崔域无風
Eo
“1500no750n250
二13°.9:
160.9:
100
1500
15001500
=21.8cm
由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得,
=15%00"5
」19.310.65十
查诺谟图可得：
m=1.27，
:
-0.11
又因为H=21.810.65=2.0
故沥青混凝土面层底面的最大拉应力
查诺谟图可得：
m2=1.0
-p二叶叫=0.70.111.271.0=0.0978MPa:
容许拉应力0.2712MPa
2）验算半刚性基层底面的弯拉应力。
3）
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示:
Eo
二28.8cm
E6
E5
=16°.97501009250
'■750:
750
=19.0cm
由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得,
厂-p二m1m2=0.70.131.351.18=0.1450MPa:
容许拉应力0.2618MPa
3）验算底基层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示:
Eo
由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得,
查诺谟图可得：
m,=1.09，厂-0.1
又因为%=h%=1%065=0.9查诺谟图可得：
m2=1.17
故半刚性基层底面的最大拉应力
:
;gm?
=0.70.11.091.17=0.0893MPa:
容许拉应力0.1016MPa
方案类型
底面最大拉应力
容许拉应力
万案一
沥青混凝土面层
0.0774
0.2712
半刚性基层
0.1185
0.2618
底基层
0.0727
0.0915
万案二
沥青混凝土面层
0.0978
0.2712
半刚性基层
0.1450
0.2618
底基层
0.0893
0.1016
由表可知，方案一和方案二都满足层底弯拉应力的要求。
综上可得：
路面结构设计的方案一和方案二均可行。
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