路基路面工程沥青路面课程设计.docx
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路基路面工程沥青路面课程设计
《路基路面工程》课程设计
专业：
道路工程
班级：
2014级5班
学生姓名：
周治勇
学号：
p141914394
指导教师：
王睿老师
一、新建沥青路面结构设计计算
1、设计资料
a、甘肃定西地区某新建双向2车道二级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为中液限粘土，路基填土高度1.2m，地下水位距路床2.3m，属中湿状态；多年最大道路冻深160cm。
b、经过OD调查及论证2012年底的交通组成情况如下表：
车型
黄河JN-150
解放CA10B
长征CZ160
上海SH130
小汽车
辆/日
820
1500
380
160
200
C、该公路按二级公路标准修建，设计道路横断面为双向两车道。
经OD调查：
该公路自2013年通车后前五年交通量增长率为4.5%，其后设计年限内交通量增长率为6%。
车道系数：
二级公路双向两车道在0.6~0.7，取0.7二级公路设计年限为12年
车道数：
2车道
设计速度：
60km/h
路基宽度：
10m
车道宽度：
3.5m
γ=0.05375
2、确定交通等级
我国沥青路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，表示为BZZ-100。
标准轴载的计算参数按下表确定。
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
车辆参考表
车型
前轴重
（KN）
后轴重
（KN）
后轴数
后轴轮组数
后轴距
交通量
（次/日）
黄河JN-150
49.00
101.60
1
2
0
820
解放CA10B
19.40
60.85
1
2
0
1500
长征CA160
45.2
83.7
2
2
2
380
耶尔奇315MD3
57
107
1
2
0
160
标准轴载BZZ100
0
100
1
2
0
200
（1）、计算标准轴载累计计算交通量Ne
A．当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时
式中：
N——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轴次（次／d）;
ni——被换算车型的各级轴载作用次数（次／d）;
P一一标准轴载（KN）;
Pi——被换算车型的各级轴载（KN）
C1——被换算车型的轴数系数
C2——被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38;
K一一被换算车型的轴载级别
当轴间距大于3米时，应按单独的一个轴载计算；当轴间距小于3米时，双轴或多轴的轴载系数应按以下公式计算：
C1=1+1.2（m-1）
设计年限内一个车道累计当量轴次：
计算公式：
累计当量轴次：
试中：
r——设计年限内交通量的平均年增长率%
t——设计年限
N——运营第一年双向日平均当量轴次（次/d）
N——车道系数
轴载换算结果
车型
Pi（KN）
C1
C2
ni（辆/日）
黄河JN-150
前轴
49.00
1
6.4
820
235.69
后轴
101.60
1
1
878.62
解放CA10B
前轴
19.40
1
6.4
1500
7.66
后轴
60.85
1
1
172.83
长征CA160
前轴
45.20
1
6.4
380
76.88
后轴
83.70
1
1
175.24
耶尔奇315MD3
前轴
57
1
6.4
160
75.01
后轴
107
1
1
196.83
标准轴载BZZ100
前轴
0
1
6.4
200
0
后轴
100.
1
1
200
轴载小于25KN的轴载作用可以不计。
2013.1
通过计算软件得到
当以设计弯沉值和沥青层底拉应力为设计指标时，设计年限内一个车道上累计当量轴次
，属中度交通等级；
B．以弯拉应力为指标的标准轴载的当量轴次（次/d）
式中：
—以弯拉应力为指标的标准轴载的当量轴次（次/d）;
ni—被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；
P—标准轴载（KN）；
Pi—被换算车型的各级轴载（KN）；
—轴数系数；
—轮组系数，单轮组18.5，双轮组1，四轮组,0.09;
K—被换算车型的轴载级别。
当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载进行计算，此时轴数为m=1；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴进行计算，轴数系数为：
式中：
m—轴数
轴载换算结果
车型
Pi（KN）
C1
C2
（辆/日）
黄河JN-150
前轴
49.00
1
18.5
820
50.41
后轴
101.60
1
1
931.03
解放CA10B
前轴
19.40
1
18.5
1500
0.05
后轴
60.85
1
1
0.35
长征CA160
前轴
45.2
1
18.5
380
12.25
后轴
83.7
1
1
91.5
耶尔奇315MD3
前轴
57
1
18.5
160
24.79
后轴
107
1
1
236.39
标准准轴BZZ100
前轴
0
1
18.5
200
0
后轴
100
1
1
200
轴载小于50KN的轴载作用可以不计。
1509.33
当以半刚性材料结构层层底拉压力为设计指标时，设计年限内一个车道上累计当量轴次
=
=7412135（次），属中度交通等级。
二、沥青路面结构推荐与选择（确定面层类型）
根据交通等级和已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案。
方案一：
双层式沥青面层，上面层选用中粒式沥青混凝土AC-16，厚度为60mm；下面层采用粗粒式沥青混凝土AC-25，厚度为100mm；基层用石灰土稳定碎石，厚度为250mm；底基层选用石灰粉煤灰砂砾，厚度待定
方案二：
双层式沥青面层，上层选用中粒式沥青混凝土AC-13，厚度50mm；下面层采用中粒式密级配沥青混凝土AC-20，厚度为80mm；基层采用二灰碎石，厚度为250mm；底基层采用二灰土，厚度待定
三、路面结构厚度验算
1、土基回弹模量的计算
该路段位于Ⅲ3区，当地冻深1.6m，土质为中液限粘土。
由规范JTG-D50可得稠度为1.10-0.95，取1.05。
查表“土击回弹模量参考值（MPa）”得土基回弹模量为36.5MPa。
2.路面结构厚度的确定
初拟路面结构层及力学计算表如下：
由规范JTG-D50附录E查
方案一抗压回弹模量
材料名称
h
（mm）
15℃抗压回弹模量（MPa）
20℃抗压回弹模量（MPa）
劈裂强度σ
（MPa）
AC-16
60
1800
1300
1.0
AC-25
100
1300
1000
0.8
石灰土稳定碎石
250
2400
2400
0.4
石灰粉煤灰砂砾
待定
3500
3500
0．4
方案二抗压回弹模量
材料名称
h
（mm）
15℃抗压回弹模量（MPa）
20℃抗压回弹模量（MPa）
劈裂强度σ
（MPa）
AC-13
50
2000
1400
1.4
AC-20
80
1600
1400
0.8
二灰碎石
250
3000
3000
0.5
二灰土
待定
2800
2800
0.3
各基层的模量比推荐范围由规范JTG-D504.2.2
1．基层与沥青面层之间的模量比宜在1.5-3之间；
2．基层与底基层之间的模量不宜大于3.0:
；
3．底基层与土基之间的模量比宜在2.5-12.5之间。
各基层的模量比验算
方案一：
1）基层与沥青面层之间的模量比为：
1.84满足规范；
2）基层与底基层之间的模量比为：
0.69满足规范。
方案二：
1）基层与沥青面层之间的模量比为：
1.88满足规范；
2）基层与底基层之间的模量比为：
1.1满足规范。
a设计弯沉值的计算：
Ld=600Ne-0.2AcAsAb单位0.01mm
Ac——公路等级系数
As——面层类型系数
Ab——路面结构类型系数
计算弯沉值（路表弯沉值）：
Ls=1000*2po/E1*ac*F
P、o——标准车轴载轮胎接地压力和当量圆半径
F——弯沉综合修正系数
ac——理论弯沉系数
本公路为二级公路，公路等级系数为1.1；面层是沥青混凝土，面层类型系数为1.0；半刚性基层，路面结构类型系数为1.0。
即：
Ld=600*1.1*1.0*1.0*1.07*10（-0.2*7）=26.7（mm）
方案一：
由软件计算可得：
ls=19.3（mm）
因为：
19.3mm≤26.7mm
即：
ls≤ld
故满足要求
方案二：
由软件计算可得：
ls=18（mm）
因为：
18mm≤26.7mm
即：
ls≤ld
故满足要求
b确定待定层厚度
通过程序设计计算得到，石灰土的厚度为19.4cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为26.7mm，沥青面层的层底均受压应力，中粒式密级配沥青混凝土层底的最大拉应力为-0.109MPa，粗粒式密级配沥青混凝土层底的最大拉应力为-0.074MPa，石灰土稳定碎石层底的最大拉应力为0.018MPa，石灰粉煤灰砂砾层底的最大拉应力为0.215MPa。
上述设计结果满足指标要求，故石灰粉煤灰砂砾厚度为20cm。
方案二：
通过程序设计计算得到，水泥稳定砂砾土的厚度为23.7cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为26.7mm，沥青面层的层底均受压应力，细粒式沥青混凝土的最大拉应力为-0.142MPa，粗粒式沥青混凝土层底的最大拉应力为-0.093MPa，二灰碎石层底的最大拉应力为0.058MPa，二灰土层底的最大拉应力为0.199MPa。
上述设计结果满足指标要求，故二灰土层厚度为24cm。
2、防冻层厚度验算
Or=Osp/Ks
Or——容许拉应力
Osp——极限抗拉强度
Ks——抗拉强度结构系数
Ks=0.09Ne0.22/Ac——沥青混凝土面层
Ks=0.35Ne0.11/Ac——无机结合料稳定集料基层
Ks=0.45Ne0.11/Ac——无机结合料稳定细粒土基层
Ks=0.25Ne0.05/Ac——贫混凝土基层
方案一：
（1）中粒式密级配沥青混凝土：
σR=σsp/（0.09*Ne-0.22*Ac）=0.36MPa
σm=-0.109MPa即：
σm≤σR满足要求。
（2）粗粒式密级配沥青混凝土：
σR=σsp/（0.09*Ne-0.22*Ac）=0.29MPa
σm=-0.074MPa即：
σm≤σR满足要求。
（3）石灰土稳定碎石：
σR=σsp/（0.35*Ne-0.11*Ac）=0.22MPa
σm=0.018MPa即：
σm≤σR满足要求。
（4）石灰粉煤灰砂砾：
σR=σsp/（0.35*Ne-0.11*Ac）=0.22MPa
σm=0.215MPa即：
σm≤σR满足要求。
方案二：
（1）细粒式密级配沥青混凝土：
σR=σsp/（0.09*Ne-0.22*Ac）=0.5MPa
σm=-0.142MPa即：
σm≤σR满足要求。
（2）中粒式密级配沥青混凝土：
σR=σsp/（0.09*Ne-0.22*Ac）=0.29MPa
σm=-0.093MPa即：
σm≤σR满足要求。
（3）二灰碎石：
σR=σsp/（0.35*Ne-0.11*Ac）=0.28MPa
σm=0.058MPa即：
σm≤σR满足要求。
（4）二灰土：
σR=σsp/（0.35*Ne-0.11*Ac）=0.23MPa
σm=0.199MPa即：
σm≤σR满足要求。
设计资料汇总表
方案一：
材料名称
h
（mm）
20℃弯沉计算模量（MPa）
15℃弯沉计算模量（MPa）
层底拉应力
（MPa）
容许拉应力
（MPa）
（AC-16）
60
1300
1800
-0.109
0.36
（AC-25）
100
1000
1300
-0.074
0.29
石灰土稳定碎石
250
2400
2400
0.018
0.22
石灰粉煤灰砂砾
200
3500
3500
0.215
0.22
方案二：
材料名称
h
（mm）
20℃弯沉计算模量（MPa）
15℃弯沉计算模量（MPa）
层底拉应力
（MPa）
容许拉应力
（MPa）
（AC-13）
50
1400
2000
-0.142
0.5
（AC-20）
80
1400
1600
-0.093
0.29
二灰碎石
250
3000
3000
0.058
0.28
二灰土
240
2800
2800
0.199
0.23
方案一沥青层厚度16cm，总厚度61cm。
根据公路路基设计规范（JTGD30-2004）规定，最小防冻层厚度为40~50cm，故符合要求。
方案二沥青层厚度13cm，总厚度62cm。
根据根据公路路基设计规范（JTGD30-2004）规定，最小防冻层厚度为40~50cm，故符合要求。
四、方案比选
五、计算图纸的绘制
六、路面工程数量计算
1、土基填挖方量的计算
2、道路基层和垫层工程量的计算
3、道路面层工程量的计算
七、参考资料
《路基路面工程》第四版黄晓明主编人民交通出版社；
《公路沥青路面设计规范》JTJ014-2003；
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