路基路面课程设计.docx

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路基路面课程设计

道路等级确定：

原则

公路根据功能和适应的交通量分为以下五个等级。

1）高速公路为专供汽车分向分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。

四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000--55000辆。

六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量45000--80000辆。

八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量60000--100000辆。

2）一级公路为供汽车分向分车道行驶并可根据需要控制出入的多车道公路。

四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000--30000辆。

六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000--55000辆。

3）二级公路为供汽车行驶的双车道公路。

双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000--15000辆。

4）三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路。

双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2000--6000辆。

5）四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。

双车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2000辆以下。

单车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量400辆以下。

交通量资料：

1）表2-1近期交通量

车型

数量（辆/年平均日）

小客车（包括小汽车、小货车、吉普车等）

江淮AL6600型

450

北京130型轻型货车

350

载重汽车（包括中货车、大货车、大客车等）

东风EQ140型

400

黄河JN163型

600

东风LZ141

600

黄海DD680型长途客车

500

太湖XQ643

400

解放CA390载货车

300

金陵JL6121S

400

2）交通增长率：

11%。

根据《公路工程技术标准》各级公路设计交通量的预测应符合下列规定：

高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测；具集散功能的一级公路以及二三级公路的设计交通量应按15年预测；四级公路可根据实际情况确定。

交通量换算采用小客车为标准车型确定公路等级的各汽车代表车型和车辆折算系数规定如表3-1。

表2-2各汽车代表车型与车辆折算系数

汽车代表车型

车辆折算系数

说明

小客车

1.0

≤19座的客车和载质量≤2t的货车

中型车

1.5

＞19座的客车和载质量＞2t的货车

大型车

2.0

载质量＞7t~≤14t的货车

拖挂车

3.0

载质量＞14t的货车

各种车型交通量及车辆折算系数见表3-2

表3-2各种车型交通量及车辆折算系数

车型

数量（辆/年平均日）

车辆折算系数

江淮AL6600型

450

1.0

北京130型轻型货车

350

1.0

东风EQ140型

400

1.5

黄河JN163型

600

1.5

东风LZ141

600

2.0

黄海DD680型长途客车

500

1.5

太湖XQ643

400

1.5

CA390载货车

300

2.0

金陵JL6121S

400

1.5

交通量计算

式中：

——远景设计年平均日交通量（辆/日）；

——起始年平均日交通量（辆/日）；

r——年平均增长率；

n——远景设计年限。

代入数值：

初始年交通量：

N

=（450+350）×1.0+（500+400+600+400+400）×1.5+（600+300）×2.0

=6050（辆/日）

确定公路等级：

假设该公路远景设计年限为15年，则远景设计年限交通量

：

=6050×（1+0.11）=43944（辆/日）

根据《公路路线设计规范JTGD20-2006》，六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000--55000辆。

所以，本设计方案道路等级确定为一级公路六车道。

交通资料

根据工程可行性研究报告知路段所在区域近期交通量组成如表6-1所示：

表6-1代表车型的技术参数

汽车车型

前轴重（kN）

后轴重（kN）

后轴数

后轴轮组数

后轴距（m）

交通量（辆/d）

江淮AL6600

17

26.5

1

双轮组

450

北京BJ130

13.55

27.2

1

双轮组

350

东风EQ140

23.7

69.2

1

双轮组

400

黄河JN163

58.6

114

1

双轮组

600

东风LZ141

26

69.1

1

双轮组

600

黄海DD680

49

91.5

1

双轮组

500

太湖XQ643

24.5

80.5

1

双轮组

400

解放CA390

35

70.15

1

双轮组

300

金陵JL6121S

48.3

50.2

2

双轮组

>3

400

换算方法

弯沉及沥青层层底拉应力指标

半刚性层底应力指标

交通增长率为11%。

交通等级的确定

1、轴载换算和累计轴载计算

（1）以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:

当量轴载计算：

计算结果：

车型

Pi

C1

C2

（Pi/P）^4.35

ni

当量轴次N

江淮AL6600

前轴

17

1

6.4

0.000449214

450

1.293734906

后轴

26.5

1

1

0.003098272

450

1.39422243

北京130

前轴

13.55

1

6.4

0.00016747

350

0.375131862

后轴

27.2

1

1

0.003470362

350

1.214626569

东风EQ140

前轴

23.7

1

6.4

0.001906142

400

4.879724132

后轴

69.2

1

1

0.201586531

400

80.63461231

黄河JN163

前轴

58.6

1

6.4

0.097803552

600

375.5656414

后轴

114

1

1

1.768219205

600

1060.931523

东风LZ141

前轴

26

1

6.4

0.002851898

600

10.95129021

后轴

69.1

1

1

0.200322396

600

120.1934376

黄海DD680

前轴

49

1

6.4

0.044911023

500

143.7152737

后轴

91.5

1

1

0.67948795

500

339.7439748

太湖XQ43

前轴

24.5

1

6.4

0.00220228

400

5.63783592

后轴

80.5

1

1

0.389235174

400

155.6940697

解放CA390

前轴

35

1

6.4

0.010391925

300

19.9524955

后轴

70.15

1

1

0.21390473

300

64.17141896

金陵JL6121S

前轴

48.3

1

6.4

0.042186162

400

107.9965754

后轴

50.2

2

1

0.049895476

400

43.90801882

合计

2538.253608

累计当量轴数计算：

根据设计规范，高速公路双向四车道沥青路面的设计年限为15年，交通增11，车道系数η取0.40。

（2）以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时

当量轴载计算：

计算结果：

车型

Pi

C1'

C2'

（Pi/P）^8

ni

当量轴次N

江淮AL6600

前轴

17

1

18.5

6.97576E-07

450

0.005807318

后轴

26.5

1

1

2.43202E-05

450

0.010944086

北京130

前轴

13.55

1

18.5

1.13636E-07

350

0.00073579

后轴

27.2

1

1

2.99607E-05

350

0.010486228

东风EQ140

前轴

23.7

1

18.5

9.95375E-06

400

0.073657757

后轴

69.2

1

1

0.052583411

400

21.03336445

黄河JN163

前轴

58.6

1

18.5

0.013905318

600

154.3490309

后轴

114

1

1

2.852586422

600

1711.551853

东风LZ141

前轴

26

1

18.5

2.08827E-05

600

0.231798042

后轴

69.1

1

1

0.051978576

600

31.18714571

黄海DD680

前轴

49

1

18.5

0.003323293

500

30.74046078

后轴

91.5

1

1

0.491324875

500

245.6624376

太湖XQ43

前轴

24.5

1

18.5

1.29816E-05

400

0.09606394

后轴

80.5

1

1

0.176346581

400

70.53863223

解放CA390

前轴

35

1

18.5

0.000225188

300

1.249790842

后轴

70.15

1

1

0.058643705

300

17.5931116

金陵JL6121S

前轴

48.3

1

18.5

0.002961945

400

21.91839583

后轴

50.2

3

1

0.004033014

400

4.839616884

合计

2311.093333

累计轴数计算：

路面设计交通等级为重交通等级

设计方案

根据提供的路用材料，拟定两个方案，初步确定路面结构与各层厚度如下：

方案一：

细粒式沥青玛蹄脂碎石4cm+中粒式沥青混凝土5cm+粗粒式沥青混凝土cm+水泥稳定碎石25cm+级配碎石20cm（半刚性性基层沥青路面结构）;

方案二：

细粒式沥青混凝土4cm+中粒式沥青混凝土6cm+中粒式沥青混凝土8cm+水泥稳定碎石？

cm+水泥石灰砂砾土25cm（半刚性基层沥青路面结构）;

结构层材料设计参数

面层材料采用沥青混合料，基层材料可采用沥青碎石、水泥稳定碎石、水泥稳定砂砾、级配碎石、级配砂砾等材料。

沥青材料、半刚性材料的抗压回弹模量见表

表2沥青材料抗压回弹模量

材料名称

20℃抗压回弹（MPa）

15℃抗压回弹模（MPa）

Ep

Ep

细粒式沥青混凝土

1200~1600

1800~2200

中粒式沥青混凝土

1000~1400

1600~2000

粗粒式沥青混凝土

800~1200

1000~1400

沥青碎石

1200~1600

1600~2000

表3半刚性材料抗压回弹模量测试结果

材料名称

抗压回弹模量（MPa）

Ep

水泥稳定碎石

1300~1700

水泥石灰砂砾土

800~1200

水泥稳定砂砾

1100~1500

级配碎石

200~250

《规范》劈裂强度如表4所示：

表4路面材料劈裂强度

材料名称

劈裂强度（MPa）

细粒式沥青混凝土

1.2~1.6

中粒式沥青混凝土

0.8~1.2

粗粒式沥青混凝土

0.6~1.0

沥青碎石

1.4~1.9

水泥稳定碎石

0.4~0.6

水泥石灰砂砾土

0.3~0.4

级配碎石

——

道路防冻层厚度的确定

由设计资料和规范知，本设计道路需要考虑路基的防冻。

查阅公路自然区域划分，道路位于东部温润季冻区，气候为中湿土质为黏性土，稳定土类垫层，道路冻深1.5m左右，按照《规范》，取防冻层厚度为450mm。

土基回弹模量的确定

该路段处于Ⅱ5区，为黏质土，中湿状态，稠度取1.03，《路基路面工程》（第三版，邓学钧编）查表14-11“二级自然区划个土组土基回弹模量参考值（MPa）”查得土基回弹模量为40.3MPa。

HPDS2006-UR-S软件结构厚度计算：

******************************

*公路新建路面设计成果文件汇总*

******************************

方案一：

一、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江淮AL66001726.51双轮组450

2北京BJ13013.5527.21双轮组350

3东风EQ14023.769.21双轮组400

4黄河JN16358.61141双轮组600

5东风LZ1412669.11双轮组600

6黄海DD6804991.51双轮组500

7太湖XQ64324.580.51双轮组400

8解放CA3903570.151双轮组300

9金陵JL6121S48.350.22双轮组>3400

设计年限15车道系数0.4交通量平均年增长率11％

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=1280,属中等交通等级

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:

2534

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

1.272874E+07

属重交通等级

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:

2309

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

1.159853E+07

属中等交通等级

路面设计交通等级为重交通等级

公路等级一级公路

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:

22.8（0.01mm）

层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）

1细粒式沥青玛蹄脂碎石1.40.43

2中粒式沥青混凝土10.3

3粗粒式沥青混凝土0.70.21

4水泥稳定碎石0.50.24

5级配碎石

二、新建路面结构厚度计算

新建路面的层数:

5

标准轴载:

BZZ-100

路面设计弯沉值:

22.8（0.01mm）

路面设计层层位:

3

设计层最小厚度:

180（mm）

层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力

（mm）模量（MPa）（MPa）模量（MPa）（MPa）（MPa）

1细粒式沥青玛蹄脂碎石40140020118002000.43

2中粒式沥青混凝土50120010516001870.3

3粗粒式沥青混凝土?

1000551400600.21

4水泥稳定碎石250150023026002300.24

5级配碎石2002500800

6新建路基40.3

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD=22.8（0.01mm）

H（3）=180mmLS=1.8（0.01mm）

由于设计层厚度H（3）=Hmin时LS<=LD,

故弯沉计算已满足要求.

H（3）=180mm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力计算设计层厚度:

H（3）=180mm（第1层底面拉应力计算满足要求）

H（3）=180mm（第2层底面拉应力计算满足要求）

H（3）=180mm（第3层底面拉应力计算满足要求）

H（3）=180mmσ（4）=0.246MPa

H（3）=200mmσ（4）=0.231MPa

H（3）=188mm（第4层底面拉应力计算满足要求）

路面设计层厚度:

H（3）=180mm（仅考虑弯沉）

H（3）=188mm（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450mm

验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.

三、交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20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差综合影响系数

（mm）模量（MPa）（MPa）模量（MPa）（MPa）

1细粒式沥青玛蹄脂碎石40140020118002001

2中粒式沥青混凝土50120010516001871

3粗粒式沥青混凝土1881000551400601

4水泥稳定碎石250150023026002301

5级配碎石20025008001

6新建路基40.31

计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:

第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.8（0.01mm）

第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=2（0.01mm）

第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=2.2（0.01mm）

第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=3.7（0.01mm）

第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=13（0.01mm）

路基顶面交工验收弯沉值LS=231.2（0.01mm）

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）=-0.203（MPa）

第2层底面最大拉应力σ

（2）=-0.037（MPa）

第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.008（MPa）

第4层底面最大拉应力σ（4）=0.24（MPa）

方案二：

一、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江淮AL66001726.51双轮组450

2北京BJ13013.5527.21双轮组350

3东风EQ14023.769.21双轮组400

4黄河JN16358.61141双轮组600

5东风LZ1412669.11双轮组600

6黄海DD6804991.51双轮组500

7太湖XQ64324.580.51双轮组400

8解放CA3903570.151双轮组300

9金陵JL6121S48.350.22双轮组>3400

设计年限15车道系数0.4交通量平均年增长率11％

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=1280,属中等交通等级

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:

2534

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

1.272874E+07

属重交通等级

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:

2309

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

1.159853E+07

属中等交通等级

路面设计交通等级为重交通等级

公路等级一级公路

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:

22.8（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1.40.43

2中粒式沥青混凝土10.3

3粗粒式沥青混凝土0.80.24

4水泥稳定碎石0.50.24

5水泥石灰砂砾土0.30.11

二、新建路面结构厚度计算

新建路面的层数:

5

标准轴载:

BZZ-100

路面设计弯沉值:

22.8（0.01mm）

路面设计层层位:

4

设计层最小厚度:

180（mm）

层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力

（mm）模量（MPa）（MPa）模量（MPa）（MPa）（MPa）

1细粒式沥青混凝土40140020120003440.43

2中粒式沥青混凝土60120010516001870.3

3粗粒式沥青混凝土801000551200600.24

4水泥稳定碎石?

150023026002300.24

5水泥石灰砂砾土250100025012002500.11

6新建路基40.3

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD=22.8（0.01mm）

H（4）=280mmLS=24.1（0.01mm）

H（4）=330mmLS=22（0.01mm）

H（4）=310mm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力计算设计层厚度:

H（4）=310mm（第1层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=310mm（第2层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=310mm（第3层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=310mm（第4层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=310mm（第5层底面拉应力计算满足要求

路面设计层厚度:

H（4）=310mm（仅考虑弯沉）

H（4）=310mm（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450mm

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:

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细粒式沥青混凝土40mm

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