路基路面.docx
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路基路面
华东交通大学理工学院
路基路面课程设计
题目:
路基路面课程设计
专业:
11道路桥梁与渡河工程
班级:
桥渡2班
学号:
姓名:
起止日期:
5.20-5.25
指导教师:
易家亮
一、设计内容及要求
设计内容：
根据所提供的各项资料及交通量，交通组成等确定合理的路面结构组成，选择适用的路面材料并进行材料组成设计，确定土基回弹横量值和路面材料设计参数，并计算确定路面结构计算层的厚度。
对沥青路面设计验算各层的层底拉应力，计算施工质量控制的检测验收弯沉值，绘制路面结构施工图。
设计要求：
运用相关资料完成各项计算内容，提交一个路面结构设计图
2、设计原始资料：
1、工程概况
南昌某地计划修建一条沥青道路（桥渡1班为一级公路，2班为二级公路，设计时速及车道数自选）。
据调查和设计要求，地温地貌类型属冲积平原，地势平坦，土质为粘性土，路床表面距地下水位平均为1.8m。
交通量按交通量年增长率为10%考虑。
路面结构按五层考虑。
2、交通资料
序
号
汽车车型
前轴重
后轴重
后轴数
后轴距（双轮）
交通量
次／日
1
红岩CO30290
62.0
119.0
2
-
300
2
江淮HF150
45.1
101.5
2
>3m
400
3
黄河SPP200
50.7
113.3
3
-
100/200/300
4
湘江HQP40
2.3.1
73.2
2
>3m
350
5
尼龙克2766
67.0
102.5
3
>3m
250
6
三菱T653B
29.3
48
1
-
450
3、其它设计参数可参照规范进行选用。
另据研究资料表明，各设计模量比规范所提供的数值中值略偏低。
三、设计完成后提交的文件和图表
1．设计说明部分：
路面结构设计计算说明书一份，若打印时，正文采用小4号宋体，文中标题采用小三号宋体加粗。
2．图纸部分：
沥青路面结构设计图
3．设计结构及要求
（1）封面，包括题目、班级、学生姓名、学号、指导教师及时间
（2）正文，正文应按照目录所定的顺序依次撰写，要求计算准确，论述清楚、简练、通顺，插图清晰，书写整洁。
文中图、表及公式应规范地绘制和书写（标注出图表及公示的出处）。
解：
1.轴载分析
路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。
（1）分别以设计弯沉值及沥青层层底拉应力为计算目标进行轴载换算并进行计算累计当量轴次
①轴载换算
轴载换算采用如下的计算公式：
【课本公式9-55】
计算结果如表1-1
表1-1轴载换算结果表（弯沉）
序号
汽车车型
Pi（KN）
C1
C2
ni（次/d）
C1C2ni（Pi/P）4.35（次/d）
1
红岩C030209
前轴
62.0
1
6.4
300
240.0
2
后轴
119.0
2.2
1
300
1406.6
3
江淮HF150
前轴
45.1
1
6.4
400
80.2
4
后轴
101.5
2
1
400
853.5
5
黄河SPP200
前轴
50.7
1
6.4
100
33.3
6
后轴
113.3
3.4
1
100
585.3
7
湘江HPQ40
后轴
73.2
2
1
350
180.2
8
尼龙克2766
前轴
67.0
1
6.4
250
280.2
9
后轴
102.5
3
1
250
835.0
10
三菱T653B
前轴
29.3
1
6.4
450
13.8
11
后轴
48.0
1
1
450
18.5
12
N
4526.7
注：
轴载小于25kN的轴载作用不计。
②累计当量轴次
设计一条采用双向四车道的二级沥青公路，根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》规定：
二级公路沥青路面的设计年限取12年，有特殊使用要求时可适当延长，双向四车道的车道系数是0.4～0.5，取0.45。
累计当量轴次：
【课本公式6-14】
式中：
--------设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次（次）；
t--------设计年限（年）；
--------路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；
--------设计年限内交通量的平均年增长率（%）；
（2）验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次
①验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式：
【课本公式9-56】
计算结果如表1-2
表1-2轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
序号
汽车车型
Pi（KN）
C1'
C2'
ni（次/d）
C1'C2'ni（Pi/P）8（次/d）
1
红岩C030209
前轴
62.0
1
18.5
300
121.2
2
后轴
119.0
3
1
300
3619.2
3
江淮HF150
后轴
101.5
2
1
400
901.2
4
黄河SPP200
前轴
50.7
1
18.5
100
8.1
5
后轴
113.3
5
1
100
1357.7
6
湘江HPQ40
后轴
73.2
2
1
350
57.7
7
尼龙克2766
前轴
67.0
1
18.5
250
187.8
8
后轴
102.5
3
1
250
913.8
9
N'
7166.7
注：
轴载小于50kN的轴载作用不计。
②累计当量轴次
参数取值同上，设计年限是12年，车道系数取0.45.
累计当量轴次：
【课本P245】
2.结构组合与材料选取
由上面的计算得到设计年限内一个行车道的累计标准轴次为2500万左右。
根据规范推荐结构沥青混凝土适用于各级公路的面层。
设计二级路面结构面层时采用沥青混凝土结构，根据规范规定：
当采用半刚性基层沥青路面时，二级公路的沥青层厚度宜为60~120mm；设计厚度取120mm。
基层采用水泥碎石（取250mm）,底基层采用石灰土（厚度待定）。
规范规定高速公路、一级、二级公路的面层一般由二层至三层组成，本次设计采用三层式沥青面层，表面采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度25mm）,中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度35mm）下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度60mm）。
3.各层材料的抗压模量与劈裂强度
查表9-3、9-4，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。
弯沉计算时，抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20℃的抗压模量：
细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa,中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa,粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa,水泥碎石为1500MPa,石灰土550MPa。
各层材料的劈裂强度：
细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa,中粒式密级配混凝土为1.0MPa,粗粒式密级配混凝土为0.8MPa,水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。
4.土基回弹模量的确定
根据调查和设计要求，南昌地区地温地貌类型属冲积平原，地势平坦，土质为粘性土，路床表面距地下水位平均为1.8m。
根据规范中“路基临界高度参考值”和该路段一般特征，确定该路段处于Ⅳ5区，为粘性土，稠度为1.00，查规范中“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”得土基回弹模量为36MPa。
5.设计指标的确定
对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。
（1）路面设计弯沉值根据规范公式【课本9-52】计算。
设计二级公路，公路等级系数取1.1，而面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。
设计弯沉值为：
【课本9-52】
式中：
-------路面设计弯沉值（0.01mm）
-------设计年限内一个车道上累计当量轴次（次/车道）
-------公路等级系数
-------面层类型系数
-------基层类型系数
（2）各层材料的容许底层拉应力：
【课本9-62】
细粒式密级配沥青混凝土：
中粒式密级配沥青混凝土：
粗粒式密级配沥青混凝土：
水泥碎石：
石灰土：
6.总结设计资料
设计弯沉值为21.77（0.01mm）相关设计汇总如表6-1。
表6-1设计资料汇总表
序号
材料名称
h（cm）
15℃抗压模量（Mpa）
20℃抗压模量（Mpa）
容许拉应力（Mpa）
1
细粒式沥青混凝土
2.5
2000
1400
0.4023
2
中粒式沥青混凝土
3.5
1800
1200
0.2874
3
粗粒式沥青混凝土
6
1200
1000
0.2299
4
水泥碎石
25
1500
1500
0.2415
5
石灰土
？
550
550
0.0843
6
土基
/
36
36
/
7.确定石灰土层厚度
通过计算机设计计算得到如下内容：
交工验收弯沉值和层底拉应力计算
公路等级:
二级公路
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细粒式沥青混凝土2514000200001
2中粒式沥青混凝土3512000180001
3粗粒式沥青混凝土6010000120001
4水泥稳定碎石25015000150001
5石灰土250550055001
6新建路基361
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=26.8（0.01mm）
第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=28.2（0.01mm）
第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=31.2（0.01mm）
第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=35.5（0.01mm）
第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=111.3（0.01mm）
路基顶面交工验收弯沉值LS=258.8（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）=-.304（MPa）
第2层底面最大拉应力σ
（2）=-.144（MPa）
第3层底面最大拉应力σ（3）=-.069（MPa）
第4层底面最大拉应力σ（4）=.131（MPa）
第5层底面最大拉应力σ（5）=.081（MPa）
新建路面结构厚度计算
公路等级:
二级公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
21.77（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
20（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251400020000.4023
2中粒式沥青混凝土351200018000.2874
3粗粒式沥青混凝土601000012000.2299
4水泥稳定碎石2501500015000.2415
5石灰土?
55005500.0843
6新建路基36
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=21.77（0.01mm）
H（5）=20mmLS=3（0.01mm）
由于设计层厚度H（5）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H（5）=20mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=20mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=20mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=20mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=70mmσ（4）=.246MPa
H（5）=120mmσ（4）=.198MPa
H（5）=75mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=225mmσ（5）=.086MPa
H（5）=275mmσ（5）=.076MPa
H（5）=234mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=20mm（仅考虑弯沉）
H（5）=234mm（同时考虑弯沉和拉应力）
通过分析上述数据得到，石灰土的厚度为234mm,实际路面结构的路表实测弯沉值为26.8（0.01mm）,沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.131MPa,石灰土层底最大拉应力为0.081MPa。
上述设计结果满足设计要求。
8.附图
自然区划
Ⅳ5
路面类型
沥青混凝土路面
行车道设计参数
累计标准轴载作用次数Ne=15899439（次）
路基土组
粘性土
干湿类型
中湿
行车道及硬路肩路面结构图示
图例
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