路基路面设计案例

1、华东交通大学课程设计（论文）计算说明书课题名称：路面结构设计院 （系）：土木建筑学院专 业：交通工程班 级：20051姓名：华鑫城2008年06月30日至2008年07月04日 共1周目录1设计题目·································

2、83;·················································

3、83;·········12设计目的和任务·······································

4、··········································13设计资料一：沥青路面设计·····

5、3;·················································

6、3;·····13.1基本资料···········································&#

7、183;···········································13.2设计方法与设计内容····&

8、#183;·················································&

9、#183;···············1 1）根据设计资料要求，确定路面等级和面层类型··························1 2）计算设计年限内一个车道累计当量轴次和设计弯

10、沉···················1 3）确定各路段土基回弹模量值····························&

11、#183;························3 4）初拟路面结构组合与厚度方案······················&#

12、183;··························4 5）确定各结构层材料抗压回弹模量，抗拉强度及参数··················5 6）根据

13、设计弯沉值计算路面厚度················································&

14、#183;5 7) 结构厚度计算结果···············································

15、···················6 8）验算防冻厚度·····························&#

16、183;···········································6 9）修正后各方案计算表····&

17、#183;·················································&

18、#183;········7 10）方案技术经济比较·······································

19、·························8 11）优选方案沥青路面结构设计图（方案b）·····················&

20、#183;········84设计资料二：水泥混凝土路面设计······································&#

21、183;········94.1基本资料········································

22、·········································9 4.2设计方法与设计过程······

23、3;·················································

24、3;·········91）换算标准轴载计算使用年限内标准轴载的累计作用次数···········92) 拟定路面结构·······················

25、83;················································103) 方案A

26、的计算·················································

27、83;·····················11 a.计算基层顶面当量回弹模量·························

28、3;························11 b.计算混凝土板的荷载疲劳应力······················

29、3;·······················14 c. 计算混凝土板的温度疲劳应力·······················

30、83;····················14 d.验算防冻厚度···························

31、3;··········································15 4)方案B的计算······

32、;··················································

33、;···················16 a.计算基层顶面当量回弹模量····························

34、·····················16 b.计算混凝土板的荷载疲劳应力··························

35、···················18 c. 计算混凝土板的温度疲劳应力····························

36、;················19 d.验算防冻厚度································

37、······································21 5）方案技术经济比较··········

38、;··················································

39、;·······21 6）最后路面结构设计图（方案A）·······································

40、3;·······225 主要参考文献·········································

41、··········································22附：路基路面课程设计辅助软件输出文本····

42、3;·······················23附1 沥青路面设计方案a························&#

43、183;····································23附2 沥青路面设计方案b···········

44、··················································

45、27附3 沥青路面设计方案c···············································

46、3;·············31附4 水泥混凝土路面设计方案A··································

47、;················35附5 水泥混凝土路面设计方案B·······························

48、···················37一、设计题目：路面结构设计二：设计目的和任务目的：任务： 进行路面结构组合设计和应力分析计算。即根据所给的交通量和材料供应等资料，先提出不同的路面组合，并进行受力分析计算，然后推荐一种路面结构。三、设计资料一：沥青路面设计3.1基本资料 南京地区二级公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1.2m，路基填土高度0.5m。近期交通量：东风EQ140 130辆

49、/日，解放CA10B车730辆/日，黄河JN150车80辆/日，依士兹TD50车54辆/日，小汽车30辆/日，年平均增长率10%。沿河可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。设计依据：公路沥青路面设计规范（JTJ014-97）3.2设计方法与设计内容1）根据设计资料要求，确定路面等级和面层类型；由设计资料可得：路面等级为二级面层类型选用：沥青混凝土面层2）计算设计年限内一个车道累计当量轴次和设计弯沉；车辆及交通参数表1序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数交通量1东风EQ14023.769.21双轮组1302解放CA10B19.460.851双轮组7303黄河JN

50、15049101.61双轮组804依士兹TD5042.2801双轮组54A 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 : 253 式中：N 标准轴载的当量轴次（次/日）； ni 各种被换算车辆的作用次数（次/日）；P 标准轴载（KN）；Pi 各种被换算车型的轴载（KN）；C1 轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38 C2轮轴系数。当轴间距大于3米时，轮轴系数为1，当轴间距小于3米时，C2=1+1.2（m1），m为轴数。设计年限内一个车道上累计当量轴次 : =1382312 式中：Ne 设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标当量轴次（次）；

51、t 设计年限，12年；N 路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；r 设计年限内交通量平均增长率（%）； 车道横向分布系数，取0.7。B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 : 126 式中： 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09；轮轴系数，同C2 。设计年限内一个车道上累计当量轴次 : =688424式中符号意义同前。计算设计弯沉ld和结构强度系数 39 (0.01mm)式中：Ac 公路等级系数，二级公路为1.1；As 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0。结构强度系数1.842（用于细、中沥青层、粗颗粒层为2.0）1.39（用于水泥

52、稳定碎石、石灰土稳定沙砾、水泥石灰稳定碎石） 1.77（用于石灰粉煤灰土、石灰粉煤灰碎石土）3）根据路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段确定各路段土基回弹模量值由地下水位1.2m，路基填土高度0.5m，路基为粉质中液限粘土，按查表法确定路基回弹模量E0= 32 MPa4）初拟路面结构组合与厚度方案根据道路附近材料的供应拟订以下三种路面结构组合a.方案表2层位结构层材料名称厚度(cm)1细粒式沥青混凝土32中粒式沥青混凝土43粗粒式沥青混凝土64水泥稳定碎石?5石灰粉煤灰土25以水泥稳定碎石为设计层b.方案表3层位结构层材料名称厚度(cm)1细粒式沥青混凝土32中粒式沥青混凝土43粗粒式沥青

53、混凝土64石灰土稳定砂砾?5碎石土25以石灰土稳定砂砾为设计层c.方案表4层位结构层材料名称厚度(cm)1细粒式沥青混凝土32中粒式沥青混凝土43粗粒式沥青混凝土64水泥石灰稳定碎石?5石灰粉煤灰碎石土25以水泥石灰稳定碎石为设计层5）确定各结构层材料抗压回弹模量，抗拉强度及参数。参考材料设计参数表确定各结构层材料参数如下表表5层位结构层材料名称抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)弯拉强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土140020001.40.762中粒式沥青混凝土120016001.00.543粗粒式沥青混凝土90012000.80.44水泥稳定碎石15

54、0015000.50.365石灰粉煤灰土5505500.250.146石灰土稳定砂砾150015000.50.367碎石土5505508水泥石灰稳定碎石150015000.50.369石灰粉煤灰碎石土5505500.30.17表中计算：6）根据设计弯沉值计算路面厚度用通用计算机程序计算，输入各项参数后可得到计算结果，先假定设计层初始厚度为20cm，如果计算不能满足下列不等式，则调整厚度，直到满足。7) 结构厚度计算结果a方案设计层水泥稳定碎石厚度 H( 4 )= 15 cm设计弯沉 Ld= 39 (0.01mm)路表计算弯沉 Ls= 36 (0.01mm)b方案设计层石灰土稳定砂砾厚度 H(

55、4 )= 15 cm设计弯沉 Ld= 39 (0.01mm)路表计算弯沉 Ls= 36 (0.01mm)c方案设计层水泥稳定碎石厚度 H( 4 )= 15 cm设计弯沉 Ld= 39 (0.01mm)路表计算弯沉 Ls= 36 (0.01mm)8）验算防冻厚度根据规范所列的路面最小防冻厚度要求与该路况作对比。南京处于1区，沿线土质为粉质中液限粘土，一般路基处于中湿状态，地区比表中植减少15%，所以路面最小防冻厚度为64cm。三个方案总厚度为都为53 cm，均小于防冻厚度，所以进行调整为设计层厚度H( 4 )= 20cm，H( 5 )= 35 cm。修改后防冻厚度符合要求。9）修正后各方案计算表

56、a方案计算表 表6层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土314000.2620.762中粒式沥青混凝土412000.1130.543粗粒式沥青混凝土69000.0570.44水泥稳定碎石2015000.1190.365石灰粉煤灰土355500.0750.146土基32b方案计算表 表7层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土314000.2620.762中粒式沥青混凝土412000.1130.543粗粒式沥青混凝土69000.0570.44石

57、灰土稳定砂砾2015000.1190.365碎石土355506土基32c方案计算表 表8层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土314000.2620.762中粒式沥青混凝土412000.1130.543粗粒式沥青混凝土69000.0570.44水泥石灰稳定碎石2015000.1190.365石灰粉煤灰碎石土355500.0750.176土基3210）方案技术经济比较本地区降雨量大，容易引起水损害，同时考虑路面长期使用效能，所建设道路的交通等级属于低交通等级。建议采用b方案，此方案没有用到水泥和粉煤灰，所有材料就地取材

58、，造价会低于其余两个方案。11）优选方案沥青路面结构设计图（方案b）四、设计资料二：水泥混凝土路面设计4.1基本资料：5区某二级公路，拟建水泥混凝土路面，其中一段路基，土的平均稠度为0.8。土基为粘性土，交通组成为JN150车600辆/日，CA10B车1000辆/日，EQ 140 车300辆/日, 年平均增长率6%。沿河可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。设计依据：公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002）4.2设计方法与设计过程1) 换算标准轴载计算使用年限内标准轴载的累计作用次数设计车道设计基准期初期的标准轴载日作用次数Ns777式中， 各种轴型不同轴载级位的标

59、准当量换算系数；ni 每1000辆车2轴6轮以上客、货车中i种轴型出现的次数；Pij i种轴型j 级轴载的频率（以分数计）标准轴载当量换算 式中，Ns 100kN的单轴双轮组标准轴载的通行次数； Pi 各类轴轮型i级轴载的总重（kN）； n 轴型和轴载级位数； Ni 各类轴轮型i级轴载的通行次数；轴轮型系数单轴双轮组：=1.0单轴单轮组：双轴双轮组：三轴双轮组：计算使用年限内标准轴载的累计作用次数4068705式中：Ne 标准轴载累计当量作用次数； t 设计基准期（年）； N 路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；gr交通量平均增长率（%）；临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，取0.39。

60、2)拟定路面结构：初估混凝土面板厚由表16-20相应于安全等级三级的变异水平的等级为中级。根据二级公路重交通等级和中级变异水平等级，查表16-17，初拟普通混凝土面层厚度为h=220mm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m。拟定各结构层厚方案A，基层选用水泥稳定粒料，厚h1=250mm，由于路基为过湿类型，须设垫层，垫层为级配碎砾石，厚h2=200mm。方案B，基层选用贫混凝土，厚200mm，垫层为多孔隙水泥碎石，厚250Cmm确定材料弹性模量方案A 表9层位基（垫）层材料名称厚度(mm)回弹模量(MPa)1水泥稳定粒料25013002级配碎砾石2002503土基26.5方案B 表10

61、层位基（垫）层材料名称厚度(mm)回弹模量(MPa)1贫混凝土200150002多孔隙水泥碎石25013003土基26.53)方案A的计算a.确定混凝土设计弯拉强度及弹性模量，计算基层顶面当量回弹模量混凝土面层弯拉强度 5 MPa 弯拉模量 31000 MPa计算基层顶面当量回弹模量式中， 基层顶面的当量回弹模量（MPa）； 路床顶面的回弹模量（MPa），查表得26.5MPa；基层和垫层的当量回弹模量（MPa）；， 基层和垫层的回弹模量（MPa）； 基层和垫层的当量厚度（m）； 基层和垫层的当量弯曲刚度（MN-m）；，基层和垫层的厚度（m）； a, b 与有关的回归系数。普通混凝土棉层的相对刚

62、度半径计算b.计算混凝土板的荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87 。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 ，是与混合料有关的指数，普通混凝土为0.057。根据公路等级，由表16-24，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc=1.20 。荷载疲劳应力计算为c.计算混凝土板的温度疲劳应力5区温度梯度取83 /m 。板长5m，l/r=5/0.669=7.474，由图16-14可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0.71。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为计算温度疲劳应力系数Kt，查表得

63、自然区划区，a=0.828 ，b=0.041，c=1.323。因此温度疲劳应力为查表16-20，二级公路的安全等级为三级，变异水平为中等，目标可靠度为85%。从而查表确定可靠度系数=1.13因而，所选普通混凝土面层厚度（0.22m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的 综合疲劳作用。d.验算防冻厚度由规范查得此区划范围路面最小防冻厚度为650 mm新建基(垫)层总厚度 450 mm面层厚度为 220mm验算结果表明, 路面总厚度670mm650 mm满足路面防冻要求 .4)方案B的计算a.确定混凝土设计弯拉强度及弹性模量，计算基层顶面当量回弹模量混凝土面层弯拉强度 5 MPa 弯拉模量 3

64、1000 MPa贫混凝土弯拉强度 2.5 MPa 弯拉模量 21000 MPa计算基层顶面当量回弹模量式中各符号意义同上。b.计算混凝土板的荷载疲劳应力普通混凝土面层与贫混凝土基层组成分离式复合式面层。此时Ku=0，hx=0.复合式混凝土面层得截面总刚度为：复合式混凝土面层的相对刚度半径为标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生得荷载应力计算为标准轴载在贫混凝土基层临界荷位处产生得荷载应力计算为普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87 。贫混凝土基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数Kr。普通混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系

65、数 ，是与混合料有关的指数，普通混凝土为0.057。根据公路等级，由表16-24，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc=1.20 。普通混凝土面层荷载疲劳应力计算为：贫混凝土基层荷载疲劳应力计算为：c.计算混凝土板的温度疲劳应力5区温度梯度取83 /m 。板长5m，l/r=5/0.669=7.474，由图16-14可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0.71。Cx=1.06.最大温度梯度时普通混凝土面层的温度翘曲应力计算为普通混凝土面层温度疲劳应力系数Kt，查表得自然区划区，a=0.828 ，b=0.041，c=1.323。温度疲劳应力为分离式复合式路面中贫混凝土基层得温度

66、翘曲应力可忽略不计。查表16-20，二级公路的安全等级为三级，变异水平为中等，目标可靠度为85%。从而查表确定可靠度系数=1.13普通混凝土面层贫混凝土基层因而，拟定的由0.22m厚的普通混凝土面层和0.2m厚的贫混凝土基层组成得分离式复合式路面，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。d.验算防冻厚度由规范查得此区划范围路面最小防冻厚度为650 mm新建基(垫)层总厚度 450 mm 面层厚度为 220mm验算结果表明, 路面总厚度670mm650 mm满足路面防冻要求 .5）方案技术经济比较本地区是东部温润季冻期，主要问题是防止翻浆和冻胀，路基土平均稠度是0.8，是过湿类型，

67、同时考虑路面长期使用效能，所建设道路的交通等级属于重交通等级。建议采用方案A，此方案采用水泥稳定粒料做基层，级配碎砾石做垫层，可以有效防止地下水上升损害路基，所有材料就地取材，从施工和造价来考虑都优于B方案。6）最后得到路面结构设计结果如下:五、主要参考文献1、邓学均.路基路面工程M.北京：人民交通出版社，2000.2、公路沥青路面设计规范（JTJT014-97）.北京：人民交通出版社，1997.3、公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002）S. 北京：人民交通出版社，20024、姚祖康.公路设计手册-路面M. 北京：人民交通出版社，2000.附：路基路面课程设计辅助软件输出文本附

68、1 沥青路面设计方案a *新建路面设计成果文件汇总*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 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 130 2 解放CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 730 3 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 80 4 依士兹TD50 42.2 80 1 双轮组 54 设计年限 12 车道系数 0.7 交通量平均年增长率 10 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 : 253 设计年限内一个车道上累计当量轴次 :

69、1382312 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 : 126 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 688424 公路等级 二级公路公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 39 (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 1.4 0.76 2 中粒式沥青混凝土 1 0.54 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.4 4 水泥稳定碎石 0.5 0.36 5 石灰粉煤灰土 0.25 0.14 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 :

70、 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 39 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (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)(MPa) 1 细粒式沥青混凝土3 1400 2000 0.76 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 0.54 3 粗粒式沥青混凝土6 900 1200 0.4 4 水泥稳定碎石? 1500 1500 0.36 5 石灰粉煤灰土25 550 550 0.14 6 土基 32 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 39 (0.01mm) H

71、( 4 )= 15 cm LS= 36 (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 )= 15 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 15 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 15 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 15 cm(仅考虑弯沉) H

72、( 4 )= 15 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 64 cm 验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 11 cm , 程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足 . 通过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面 最下层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 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 20 cm - 石灰粉煤灰土 35 cm - 土基竣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

73、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 3 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力 4 水泥稳定碎石 20 1500 1500 计算应力 5 石灰粉煤灰土 35 550 550 计算应力 6 土基 32 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= 26.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.1

74、(0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 30.9 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 78.9 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 360.6 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 291.1 (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 ( 1 )=-0.262 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.113 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.

75、057 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.119 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.075 (MPa)附2 沥青路面设计方案b*新建路面设计成果文件汇总*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 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组130 2 解放CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 730 3 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 80 4 依士兹TD50 42.2 80 1 双轮组 54 设计年限 12 车道系数 0.7 交通量平均年增长率 10 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 : 253 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1382312 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 : 126 设计年限内一个车道上累计当量轴次