某高速公路沥青路面课程设计(平原微丘区)

1、某高速公路沥青路面课程设计第一部分设计资料一 设计题目某高速公路的沥青路面的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2017 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5 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1414.5 ， 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， 约占全年降雨量的50%以上。平

2、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220 266 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由于路线地处平原微丘5 区，调查及勘察中发现，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。其他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

3、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。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规范。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FR415400江淮HF150600五十铃NPR595500东风SP9135B600江淮HF140A600五十铃EXR181700东风KM340600交通量年增长率表二期限增长率r(%)期限增长率r(%)2008 20129.02018 20225.52013 201

4、77.55. 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，双向三车道2X3X3.75米，中间分隔带宽3.0 米，路缘带0.75 米，硬路肩总宽3.25 米，土路肩宽0.75 米。计算行车速度100Km/h，全线封闭全立交。第二部分：路基设计一、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) )部分可知，路基宽度为35m，其中路面跨度为22.5m，中间带宽度为3.00m，其中中央分隔带宽度为1.5m，路缘带宽度为0.75× 2=1.5m，硬路肩宽度为3.25 × 2=6.5m

5、，土路肩宽度为0.75 × 2=1.5m。 ；路面横坡为2%，土路肩横坡为4%第 24 页共 20 页路基宽度（35）路肩（4.75）行车道及路缘带（12）中间带（3.00） 行车道及路缘带（12）路肩（4.75）硬路肩3.75硬路肩3.75土右车车车左中左车车车右土路侧道道道侧央侧道道道侧路肩路3.753.753.75路分路3.753.753.75路肩0.75缘缘隔缘缘0.75带带 带 带带0.750.75 1.5 0.750.75公路路基宽度示意图（单位：）2、路基最小填土高度由前面纵断面设计可知，本段公路路基最小填土高度为1.5m3、路基边坡由横断面设计可知（查公路路基设计规范

6、（ 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。护坡道为1.0m，且由于该段公路非高填土，故不需要进行边坡稳定性验算。4、路基压实标准路基压实采用重型压实标准，压实度应符合公路工程技术标准（ JTGB 01 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）00.30零填即挖方00.80 9600.80 960.801.50 94填方>.50 93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

7、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。5、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。6、路基填料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。高速公

8、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，砂类土填筑。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）高速公路填上路床030810方下路床3080510路上路堤80150415基下路堤150 以下315零填及路堑路床030810注：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粗粒土（填石）填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3二、路基路面排水设计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

9、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200500m。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

10、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计算交通组成表序号车型名 称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮 组数后轴距(m)交通量1三菱FR41530511双轮组4002五十铃NPR59523.5441双轮组5003江淮HF140A18.941.81双轮组6004东风KM34024.667.81双轮组6005江淮HF15045.1101.51双轮组6006东风20.172.62双轮组>3600SP9135B7五十铃EXR181

11、601003双轮组>3700设计年限15车道系数0.4轴载分析路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。a）. 轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：N C1C2 Ni Pi12iP式中： N 标准轴载当量轴次，次/ 日ni 被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日P标准轴载，KNpi 被换算车辆的各级轴载，KNK被换算车辆的类型数c1 轴载系数，c1 1 1.2（m 1）， m是轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应考虑轴数系数。c2：轮组系数，单轮组为6.4, 双轮组为1，四轮组为0.38。序号

12、分段时间（ 年 ）交通量年增长率（ %）159257.5355.5路面竣工后第一年日平均当量轴次: 3838设计年限内一个车道上累计当量轴次: 1.497857E+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: 3136设计年限内一个车道上累计当量轴次: 1.223887E+07初拟路面采用两种路面结构( 1) 、半刚性基层沥青路面( 2) 、组合式基层沥青路面一、半刚性基层沥青路面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 (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1.40.412中

13、粒式沥青混凝土1.00.293粗粒式沥青混凝土0.80.214水泥稳定石屑0.60.225石灰碎石土0.30.111、当E0=30Mp时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 (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) (20 )抗压模量 (MPa) (15 )容许应力(MPa)1细粒式沥青 混凝土4140020000.412中粒式沥青 混凝土6120016000.293粗粒式沥青 混凝土790012000.214水泥稳定石 屑?1500150

14、00.225石灰碎石土255505500.116土基30按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 22 (0.01mm) H( 4 )= 30 cmLS= 23.3 (0.01mm) H( 4 )= 35 cmLS= 21 (0.01mm) H( 4 )= 32.8 cm( 仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 32.8cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 32.8cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 32.8 cm( 第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 32.8cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 32.8 cm( 第 5

15、层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H( 4 )= 32.8 cm( 仅考虑弯沉)H( 4 )= 32.8 cm( 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50 cm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: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33 cm石灰碎石土25 cm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)(20 )抗压模量

16、(MPa)(15 )1细粒式沥青混 凝土4140020002中粒式沥青混 凝土6120016003粗粒式沥青混 凝土790012004水泥稳定石屑33150015005石灰碎石土255505506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= 21.9 (0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=23.8(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.8(0.01mm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=30.5(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.

17、01mm)LS= 310.5 (0.01mm)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 ( 1 )=-.195 (MPa)第2层底面最大拉应力第3层底面最大拉应力第4层底面最大拉应力第5层底面最大拉应力( 2 )=-.042 (MPa)( 3 )=-.038 (MPa)( 4 )= .098 (MPa)( 5 )= .058 (MPa)2、当E0=60Mp时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 (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 (M

18、Pa) (20 )抗压模量 (MPa) (15 )容许应力 (MPa)1细粒式沥青 混凝土4140020000.412中粒式沥青 混凝土6120016000.293粗粒式沥青 混凝土790012000.214水泥稳定石 屑?150015000.225石灰碎石土255505500.116土基60按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 22 (0.01mm) H( 4 )= 20 cmLS= 22 (0.01mm)H( 4 )=Hmin 时 LS<=LD,故弯沉计算已满足要求.H( 4 )= 20 cm( 仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度H( 4 )= 20 cm( 第 1 层底面拉应力验

19、算满足要求)H( 4 )= 20 cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 20 cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 20 cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 20 cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H( 4 )= 20 cm( 仅考虑弯沉)H( 4 )= 20 cm( 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50 cm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:细粒式沥青混凝土4 cm中粒式沥青混凝土6 cm粗粒式沥青混凝土7 cm水泥稳

20、定石屑20 cm石灰碎石土25 cm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) (20 )抗压模量(MPa) (15 )容许应力(MPa)1细粒式沥青 混凝土4140020000.412中粒式沥青 混凝土6120016000.293粗粒式沥青 混凝土790012000.214水泥稳定石 屑20150015000.225石灰碎石土255505500.116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

21、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)LS= 200 (0.01mm)LS= 155.3 (0.01mm)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 ( 1 )=-.209 (MPa)第2层底面最大拉应力第3层底面最大拉应力第4层底面最大拉应力第5层底面最大拉应力( 2 )=-.04 (MPa)( 3 )=-.028 (MPa)( 4 )= .119 (MPa)( 5 )= .066 (MPa)

22、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 (0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)(MPa)容许拉应力1细粒式沥青混凝土1.40.412中粒式沥青混凝土10.293粗粒式沥青混凝土.80.214石灰粉煤灰土.60.225石灰土.250.91、当E0=30Mps时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层位结构层材料名称厚度 (cm)抗 压 模 量 (MPa) (20 )抗压模量 (MPa)(15 )容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝 土414002000.412中粒式沥青混凝 土6120016

23、00.293粗粒式沥青混凝 土109001200.214石灰粉煤灰土?15001500.225石灰土25550550.096土基30路面设计弯沉值: 22 (0.01mm)路面设计层层位:4设计层最小厚度:15(cm)按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 22 (0.01mm)H( 4 )= 30 cmLS= 22.2 (0.01mm)H( 4 )= 35 cm仅考虑弯沉)LS= 20.2 (0.01mm) H( 4 )= 30.5 cm(按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 30.5 cm(H( 4 )= 30.5 cm(H( 4 )= 30.5 cm(H( 4 )= 30.5 cm(H

24、( 4 )= 30.5 cm( 路面设计层厚度H( 4 )= 30.5 cm(H( 4 )= 30.5 cm(验算路面防冻厚度:路面最小防冻厚度50 cm第1层底面拉应力验算满足要求)第2层底面拉应力验算满足要求)第3层底面拉应力验算满足要求)第4层底面拉应力验算满足要求)第5层底面拉应力验算满足要求)仅考虑弯沉)同时考虑弯沉和拉应力)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:细粒式沥青混凝土4 cm6 cm粗粒式沥青混凝土10 cm石灰粉煤灰土31 cm石灰土25 cm土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公 路

25、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) (20 )抗 压 模 量 (MPa) (15 )1细粒式沥青混凝土4140020002中粒式沥青混凝土6120016003粗粒式沥青混凝土1090012004石灰粉煤灰土31150015005石灰土255505506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= 21.8 (0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 23.7 (0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 26.8 (0.01mm)第4层路

26、面顶面竣工验收弯沉值LS= 32.2 (0.01mm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 123.5 (0.01mm)LS= 383.1 (0.01mm)LS= 310.5 (0.01mm)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 ( 1 )=-.194 (MPa)第2层底面最大拉应力第3层底面最大拉应力第4层底面最大拉应力第5层底面最大拉应力( 2 )=-.038 (MPa)( 3 )=-.028 (MPa)( 4 )= .096 (MPa)( 5 )= .056 (MPa)2、当E0=60Mp时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 : BZ

27、Z-100路面设计弯沉值:22 (0.01mm)路面设计层层位:4设计层最小厚度:20 (cm)按设计弯沉值计算设计层厚度层位结构层材料名称厚度 (cm)抗 压 模 量 (MPa) (20 )抗压模量 (MPa) (15 )容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土414002000.412中粒式沥青混凝土612001600.293粗粒式沥青混凝土109001200.214石灰粉煤灰土?15001500.225石灰土25550550.096土基60LD= 22 (0.01mm H( 4 )= 20 cmLS= 21 (0.01mm)由于设计层厚度H( 4 )=Hmin 时 LS<=LD,故弯沉

28、计算已满足要求.H( 4 )= 20 cm( 仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 20 cm( 第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 20 cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 20 cm( 第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 20 cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 20 cm(第5层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H( 4 )= 20 cm( 仅考虑弯沉)H( 4 )= 20 cm( 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50 cm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4 cm中粒式沥青混凝土6 cm粗粒式沥青混凝土10 cm石灰粉煤灰土20 cm石灰土2