《路基路面》课程设计说明书某高速公路的路面结构计算与路基设计.docx
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《路基路面》课程设计说明书某高速公路的路面结构计算与路基设计
郑州大学水利与环境学院
《路基路面》课程设计说明书
专业：
道路桥梁与渡河工程
学生姓名：
学号：
完成时间：
2012年1月14日
附注
1、一般路堤断面图01
2、高路堤断面图02
3、矮路堤断面图02
4、全挖路堤断面图03
5、挡土墙与护坡路堤断面图04
6、路面结构方案图05
7、路基路面排水图06
第一篇设计任务书
一、设计题目：
某高速公路的路面结构计算与路基设计
二、设计资料：
1、设计任务书要求
河南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。
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天~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
路线位于平原微丘区，调查及勘探中发现，该地区属第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲积、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂隙发育，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。
其它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，附近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课本。
近期交通组成与交通量表一
车型
交通量
（辆/日）
车型
交通量
（辆/日）
三菱FR415
400~600
江淮HF150
580~750
五十铃NPR595G
500~650
东风SP9135B
560~700
江淮HF140A
510~650
五十铃EXR181L
520~700
东风M340
520~660
交通量年增长率表二
期限
增长率γ（％）
期限
增长率γ（％）
2011～2015
8.0
2021～2025
5.5
2016～2020
6.5
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，双向三行车道2×3×3.75米，中间分隔带宽3.0米，左侧路缘带0.75米，右侧硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。
计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交。
要求根据以上设计资料，首先确定路面的类型，然后至少两个方案进行比选，沥青路面计算确定路面的各层厚度，并验算层底弯拉应力指标，路面材料的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。
本着因地制宜，就地取材的原则，选择合理的路基横断面型式和边坡坡度，并采取有效地防护措施，确保路基的强度和稳定。
本次设计最小填土高度为1.50m，填土高度平均为2.50米，。
路基横断面布置，包括一般填方，半填半挖，全挖和陡坡路堤断面，路基的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。
考虑路基和路面的排水问题，因未提供地形图，所以不进行排水的系统设计，但要设计路基边沟、排水沟和截水沟；路面采用中央分隔带排水和拦水带。
第二篇：
设计具体内容
第一部分：
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）），高速公路双向六车道设置断面组成，路基宽度为35m，其中路面跨度为22.5m，中央分隔带宽度为3.00m，其中中间带宽度为1.5m，左侧路缘带宽度为0.75×2=1.5m，右侧硬路肩宽度为3.25×2=6.5m，右侧路缘带宽度0.75×2=1.5m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、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或路堑坡顶截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。
3、路基最小填土高度
该高速公路路线位于平原微丘区，处于Ⅱ5区，在该设计中采用最小填土高度为1.50m。
查路基临界高度参考值可知，最小填土高度和临界高度相比，处于Ⅱ5区的粘性土均处于干燥或中湿情况，则选用1.50m作为填土高度合适。
4、路基边坡与排水
1）一般路堤：
路基边坡坡度：
查路堤边坡坡度表可得，填料为砂类及粘性土时，边坡的最大高度全部高度为20m,上部高度8m，下部高度12m。
边坡坡度上部高度1：
1.5，下部高度1：
1.75。
路基排水：
由于平均雨量比较大，边沟采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：
1.0~1：
1.5，梯形低宽和深度为0.4~0.6，纵坡度采用0.6%，一般来说每隔300米设置出水口。
排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。
2）陡坡路堤
路基宽度、路基高度、路基压实、路基排水和一般路基相同，只是在路基边坡坡度和填方上不同，陡坡路堤可采用砌石填方，砌石顶宽0.8m，基底以1:
5的坡率向路基内侧倾斜。
砌石高度2~15m。
3）全挖路基
路基排水：
边沟采用梯形，内侧边坡1：
1.0~1:
1.5。
梯形低宽和深度0.4~0.6。
在边坡坡顶设截水沟，采用梯形1:
1.0~1:
1.5。
沟宽>0.5m，沟深>0.5m。
长度200~500m。
排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。
5、稳定性
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。
为了增加路堤稳定性，可配置宽为1.0m护坡道，由于该段公路非高填土，故不需要进行边坡稳定性验算。
6、路基压实标准
1）路基开挖后要分层压实，使之达到一定的密实度，做击实实验，在最佳含水率下压实。
2）路基压实采用重型压实标准击实实验，确定击实标准。
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
7、地基评价
根据地质特性，作出地基评价与处理措施。
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。
8、路基填料的考虑
考虑内容：
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填料，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
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
9．基层及基层填料的考虑
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30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。
10．路堤的防护
防风害，防水的冲刷，可以在边坡植草。
这里从略。
第二部分．排水设计
1、路基排水设计
路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽等，各类地段排水沟应高出设计水位0.2m以上。
一般路基排水：
边沟采用梯形，梯形边沟内测边坡为1：
1.0∽1：
1.5，梯形底宽和深度为0.4∽0.6。
排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。
陡坡路堤排水:
和一般路基排水相同。
全挖路基排水：
边沟采用梯形，内测边坡1：
1.0∽1：
1.5。
梯形低宽和深度0.4∽0.6。
在边坡坡顶设截水沟，采用梯形1：
1.0∽1：
1.5。
沟宽>0.5m,沟深>0.5m。
长度200∽500m。
排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。
2、路面排水
路面排水采用集中排水方式，路面雨雪水流随拦水带汇集，每30∽40米在路基一侧设置水簸箕将路面积水引至路侧排水沟。
超高路段路面排水在中央分隔带设置排水沟，弯道外侧的半幅路面水汇入排水沟，通过跌水井和横向排水管道将路面积水沟内的水引入路侧排水沟。
3、中央分隔带排水
中央分隔带用5cm厚水泥混凝土密封表面做成与路面相同的横坡，将水引入路侧排水沟。
第三部分公路路面结构设计
一．路面结构组合设计分析
1．拟定路面结构组合方案
已知材料中“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，附近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。
”
所以
1）．用沥青混凝土，基层可以用两种方案
1）半刚性基层沥青路面其中用水泥稳定石屑和石灰稳定土为基层
2）组合式基层沥青路面其中用水泥粉煤灰碎石和石灰稳定碎石为基层
3）刚性基层沥青路面其中用贫混凝土掺加粉煤灰做基层
4）柔性基层沥青路面其中用沥青处治的级配碎石做基层
2）．用混凝土路面
1）基层可以用沥青稳定碎石基层，水泥稳定粒料基层，用连续配筋混凝土面层
2）用低等级混凝土作为基层，面板与基层连续摊铺，面层与基层视为复合式路面
每种结构的土基计算回弹模量E0有两个代表值分别为30MPa和60MPa。
二．路面结构组合设计计算
第一节：
半刚性基层沥青路面
A:
用水泥稳定石屑和石灰稳定土为基层
1．沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算
已知数据：
高速公路等级，十五年设计年限，增长率分三段，七种车辆类型如上表，沥青混凝土面层类型系数为1，半刚性基层类型系数1，路面结构为五层
用沥青混凝土面层，水泥稳定石屑和石灰稳定土为基层。
结果如下
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交通量
1三菱FR41530511双轮组500
2五十铃NPR59523.5441双轮组600
3江淮HF140A18.941.81双轮组600
4东风KM34024.667.81双轮组600
5江淮HF15045.1101.51双轮组600
6东风SP9135B20.172.62双轮组>3650
7五十铃EXR181601003双轮组>3600
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
9
2
5
7.5
3
5
5.5
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:
3506
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.284373E+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:
2813
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.030503E+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:
22.7（0.01mm）
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1.40.42
2中粒式沥青混凝土10.3
3粗粒式沥青混凝土0.80.22
4水泥稳定石屑0.60.23
5石灰碎石土0.30.11
2．用程序计算路基厚度设计结果
当E=30mpa时计算结果
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:
20（cm）
层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）抗压模量（MPa）容许应力
（20℃）（15℃）
1细粒式沥青混凝土4140020000.4
2中粒式沥青混凝土6120016000.3
3粗粒式沥青混凝土790012000.2
4水泥稳定石屑?
150015000.14
5石灰碎石土255505500.11
6土基30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.7（0.01mm）
H（4）=30cmLS=23.3（0.01mm）
H（4）=35cmLS=21（0.01mm）
H（4）=31.3cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=31.3cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=31.3cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=31.3cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=31.3cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=31.3cm（第5层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=31.3cm（仅考虑弯沉）
H（4）=31.3cm（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，最后得到路面设计结果如下
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土4cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土6cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土7cm
---------------------------------------
水泥稳定石屑32cm
---------------------------------------
石灰碎石土25cm
---------------------------------------
土基E=30Mpa
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算结果
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612001600计算应力
3粗粒式沥青混凝土79001200计算应力
4水泥稳定碎石2015001500计算应力
5石灰碎石土25550550计算应力
6土基30
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=29.3（0.01mm）
第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=32.6（0.01mm）
第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=38.5（0.01mm）
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=45.6（0.01mm）
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=123.5（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）=-0.235（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.054（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.032（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.134（MPa）
第5层底面最大拉应力σ（5）=0.085（MPa）
当E=60mpa时计算结果
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:
20（cm）
层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）抗压模量（MPa）容许应力
（20℃）（15℃）
1细粒式沥青混凝土4140020000.4
2中粒式沥青混凝土6120016000.3
3粗粒式沥青混凝土790012000.2
4水泥稳定石屑?
150015000.14
5石灰碎石土255505500.11
6土基60
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.7（0.01mm）
H（4）=20cmLS=22（0.01mm）
由于设计层厚度H（4）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H（4）=20cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=20cm（第1层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20cm（第2层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20cm（第3层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20cm（第4层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=20cm（第5层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=20cm（仅考虑弯沉）
H（4）=20cm（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6cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土7cm
---------------------------------------
水泥稳定石屑20cm
---------------------------------------
石灰碎石土25cm
---------------------------------------
土基E=60Mpa
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612001600计算应力
3粗粒式沥青混凝土79001200计算应力
4水泥稳定石屑2015001500计算应力
5石灰碎石土25550550计算应力
6土基60
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（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=28.2（0.01mm）
第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=33.4（0.01mm）
第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=82.8（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:
第1层底面最大拉应力σ
（1）=-0.209（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-0.04（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.028（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=0.119（MPa）
第5层底面最大拉应力σ（5）=0.066（MPa）
B:
组合式基层沥青路面
即用石灰粉煤灰碎石石灰土稳定碎石做基层时：
1、轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算结果
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:
2762
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
1.011819E+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:
2119
设计年限内一个车道上累计当量轴次:
7762655
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:
23.8（0.01mm）
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1.40.45
2中粒式沥青混凝土10.32
3粗粒式沥青混凝土0.80.23
4石灰粉煤灰碎石0.60.3
5石灰土稳定碎石0.40.2
2
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