(完整word版)某高速公路路基路面课程设计

1、目录一、设计题目：3二、设计资料：31设计任务书要求32气象资料33地质资料与筑路材料44交通资料45设计标准6三、路基设计61填土高度62横断面设计63一般路堤设计74陡坡路堤75路基压实标准86公路用地宽度97路基填料91四、路基路面排水设计111路基排水设计112路面排水设计113中央分隔带排水设计12五、沥青路面设计分析与计算121轴载分析132. 方案一152.1 当 E0=30Mp时 .152.2 、当 E0=60MPa时.203第二方案：253.1 当 E0=30MPa时.253.2 当 E0=60MPa时.30六、水泥混凝土路面结构分析与计算351. 当 EO=30MPa时35

2、2. 当 EO=60MPa时41七、方案比较45八、参考书目47九、附图482一、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 69

3、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。3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

4、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 MPa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。4近期交通组成与交通量表一交通量交通量车型（辆/ 日）车型（辆/ 日）三菱 FR415400600江淮 HF150580750五十铃500650东风 SP9135B560700NPR595G江淮 HF140A510650五十铃 EXR181L520700东风 M34052

5、0660交通量年增长率表二增长期限期限增长率 （）率 （）201120158.0202120255.5201620206.555、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233.75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。三、路基设计1、填土高度该高速公路路线位于平原微丘区，处于5 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5 区的粘性土均处于干燥

6、或中湿情况，则选用 1.50m 作为填土高度合适。2、横断面设计由横断面设计（查公路工程技术标准（JTGB012003）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，土路肩宽度为0.75 62=1.5m。；路面横坡为 2%，土路肩横坡为4%3、一般路堤设计路基边坡坡度：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 。4、陡坡路堤路基宽度、路

7、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7宽 0.8m，基底以 1:5 的坡率向路基内侧倾斜。砌石高度215m。5、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（JTG B012003）表的要求路基压实度路基压实路床顶面度填挖类别以下深度（ m）（高速公路、一级公路）00.30零填即挖方00.809600.80960.801.594填方 .5093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8平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，厚度变化大，承

8、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。6、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。7、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。高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应

9、符合表的规定，砂类土填筑。9路基填料最小强度和最大粒径要求填料最小路面底度（ CBR）填料项目分类面以下深度（%）最大粒径（cm）（cm）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 2/310四、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。一般路基排水：边沟采用梯形， 梯形边沟内测边坡为1：1.0 1

10、：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、路面排水设计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 3040 米在路基一侧设置水簸箕将路面积水引11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

11、路面积水沟内的水引入路侧排水沟。3、中央分隔带排水设计中央分隔带用 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。五、沥青路面设计分析与计算交通组成表序号车 型前轴重后轴重后轴数后轴轮后轴距交通量名称(kN)(kN)组数(m)1三菱30511双轮组500FR4152五十铃23.5441双轮组600NPR5953江淮18.941.81双轮组60012HF140A4东风24.667.81双轮组650KM3405江淮45.1101.51双轮组700HF1506东风20.172.62双轮组3700SP9135B7五十铃601003双轮组3700EXR181设计年限15车道系数 0

12、.41、轴载分析路面设计以双轮组单轴载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134 .33轴载换算采用如下的计算公式：NC1C2 NiPiP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 。序号分段时间交通量年( 年)增长率（

13、 %）158256.5355.5当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:14路面竣工后第一年日平均当量轴次: 4038设计年限内一个车道上累计当量轴次:1.479264E+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: 3270设计年限内一个车道上累计当量轴次:1.197918E+072. 方案一4cm细粒式沥青混凝土 +6cm中粒式沥青混凝土 +8cm粗粒式沥青混凝土 +38cm水泥稳定碎石基层 +？水泥石灰沙砾土层，以水泥石灰沙砾土为设计层。2.1 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: 515标准轴载 : BZZ-100

14、路面设计弯沉值: 22.1 (0.01mm)路面设计层层位: 4设计层最小厚度: 20(cm)层位结构厚度抗压抗压容许层材料名(cm)模量 (MPa)模量 (MPa)应力 (MPa)称(20 )(15 )1细粒3140020000.41式沥青混凝土2中粒4120016000.29式沥青混凝土3粗粒690012000.21式沥青混凝土4水泥?150015000.29稳定碎石16基层5水泥255505500.09粉煤灰土6土基30按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 22.1 (0.01mm)H( 4 )= 35 cmLS= 22.5 (0.01mm)H( 4 )= 40 cmLS= 20.4 (0

15、.01mm)H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 36 cm(第 1层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 36 cm(第 2层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 36 cm(第 3层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 36 cm(第 4层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 36 cm(第 5层底面拉应力验算满足要求 )路面设计层厚度 :H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉 )H( 4 )= 36 cm(同时考虑弯沉和拉应力 )验算路面防冻厚度：17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

16、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36 cm-水泥粉煤灰土25 cm-土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:高速公路18新建路面的层数 : 5标准轴载 : BZZ-100层结构层材料名称厚抗压模抗压位度(cm)量(MPa)模量 (MPa)(20 )(15 )细粒式沥青3140020001混凝土中粒式沥青4120016002混凝土粗粒式沥青690012003混凝土水泥稳定碎36150015004石水泥粉煤灰255505505土土基306计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:19第

17、 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.1 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.4 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.2 (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( 1 )=-.227 (M

18、Pa)第 2层底面最大拉应力( 2 )=-.099 (MPa)第 3层底面最大拉应力( 3 )=-.058 (MPa)第 4层底面最大拉应力( 4 )= .101 (MPa)第 5层底面最大拉应力( 5 )= .06 (MPa)2.2、当 E0=60MPa时新建路面结构厚度计算公路等级:高速公路20新建路面的层数: 5标准轴载 : BZZ-10路面设计弯沉值: 22.1 (0.01mm)路面设计层层位: 4设计层最小厚度: 20 (cm)层位结构层厚度抗压模抗压模容许应材料名称(cm)量(MPa)量(MPa)力(MPa)(20 )(15 )1细粒式3140020000.41沥青混凝土2中粒式4

19、120016000.29沥青混凝土3粗粒式690012000.21沥青混凝土4水泥稳?150015000.29定碎石5水泥粉255505500.0921煤灰土6土基60按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 22.1 (0.01mm)H( 4 )= 20 cmLS= 24 (0.01mm)H( 4 )= 25 cmLS= 21.2 (0.01mm)H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 23.4 cm(第 1层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 23.4 cm(第 2层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 23.4 cm(第 3 层底面拉

20、应力验算满足要求 )H( 4 )= 23.4 cm(第 4层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 23.4 cm(第 5层底面拉应力验算满足要求 )路面设计层厚度 :H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉 )H( 4 )= 23.4 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 .22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24 cm-水泥粉煤灰土25 cm-土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公路等级:高

21、速公路新建路面的层数 : 5标准轴载 : BZZ-10023层结构层材料名称厚抗压模抗压位度(cm)量(MPa)模量 (MPa)(20 )(15 )细粒式沥青3140020001混凝土中粒式沥青4120016002混凝土粗粒式沥青690012003混凝土水泥稳定碎24150015004石水泥粉煤灰土255505505土基606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= 21.7 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.7 (0.01mm)24第 4 层路面顶

22、面竣工验收弯沉值 LS= 29.2 (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 ( 1 )=-.242 (MPa)第 2层底面最大拉应力( 2 )=-.103 (MPa)第 3层底面最大拉应力( 3 )=-.053 (MPa)第 4层底面最大拉应力( 4 )= .119 (MPa)第 5层底面最大拉应力( 5 )= .066 (M

23、Pa)3、第二方案：4cm细粒式沥青混凝土 +8cm中粒式沥青混凝土 +20cm粗级配沥青碎石 +？水泥稳定沙砾 +20cm级配沙砾碎垫层，以水泥稳定沙砾为设计层。3.1 当 E0=30MPa 时新建路面结构厚度计算公路等级:高速公路25新建路面的层数 : 5标准轴载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 22.1 (0.01mm)路面设计层层位 : 4设计层最小厚度 : 20 (cm)层位结构厚度抗压抗压容许层材料名(cm)模量 (MPa)模量 (MPa)应力 (MPa)称(20 )(15 )1细粒4140020000.41式沥青混凝土2中粒5120016000.29式沥青混凝土3粗粒790

24、012000式沥青碎石4石?150015000.29灰粉煤灰26碎石5石灰255505500.09粉煤灰土6土基30按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 22.1 (0.01mm)H( 4 )= 35 cmLS= 22.5 (0.01mm)H( 4 )= 40 cmLS= 20.4 (0.01mm)H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 36 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 36 cm(第 2层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 36 cm(第 4层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 36 cm(第 5层底面拉应

25、力验算满足要求 )路面设计层厚度:H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉 )H( 4 )= 36 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 .27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5 cm-粗粒式沥青碎石7 cm-石灰粉煤灰碎石36 cm-石灰粉煤灰土25 cm-土基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-10028层结构层材料名称厚抗压模抗压位度(cm)量(MPa)模

26、量 (MPa)(20 )(15 )细粒式沥青4140020001混凝土中粒式沥青5120016002混凝土粗粒式沥青790012003碎石石灰粉煤灰36150015004碎石石灰粉煤灰土255505505土基306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 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.7 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25 (0.01mm)29第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 123.5 (0.01mm)

27、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( 1 )=-.189 (MPa)第 2层底面最大拉应力( 2 )=-.056 (MPa)第 4层底面最大拉应力( 4 )= .094 (MPa)第 5层底面最大拉应力( 5 )= .055 (MPa)3.2 当 E0=60MPa 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 : 22.1 (0.01mm)

28、路面设计层层位 : 430设计层最小厚度 : 20 (cm)层位结构厚度抗压模抗压容许层材料名(cm)量(MPa)模量 (MPa)应力 (MPa)称(20 )(15 )1细粒4140020000.41式沥青混凝土2中粒5120016000.29式沥青混凝土3粗粒790012000.式沥青碎石4石?150015000.29灰粉煤灰碎石5石灰255505500.09粉煤灰土316土基60按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 22.1 (0.01mm)H( 4 )= 20 cmLS= 24 (0.01mm)H( 4 )= 25 cmLS= 21.2 (0.01mm)H( 4 )= 23.4 cm(仅考

29、虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 23.4 cm(第 1层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 23.4 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 23.4 cm(第 4层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 23.4 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度:H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉 )H( 4 )= 23.4 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,32最后得到路面结构设计结果如下:-细粒式沥

30、青混凝土4 cm-中粒式沥青混凝土5 cm-粗粒式沥青碎石7 cm-石灰粉煤灰碎石24 cm-石灰粉煤灰土25 cm-土基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层结构层材料名称厚抗压模抗压33位度(cm)量(MPa)模量 (MPa)(20 )(15 )细粒式沥青4140020001混凝土中粒式沥青5120016002混凝土粗粒式沥青790012003混凝土石灰粉煤灰24150015004碎石石灰粉煤灰土255505505土基606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= 20.5 (0.01

31、mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.1 (0.01mm)34第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.2 (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 ( 1 )=-.199 (MPa)第 2层底面最大拉应力( 2 )=-.055 (MPa)第 4层底面最大拉应力( 4 )= .11 (MPa)第 5层底面最大拉应力( 5 )= .06 (MPa)六、水泥混凝土路面结构分析与计算设置单层混凝土路面， 选择普通混凝土作为面层， 下面分别垫上水泥稳定粒料和石灰粉煤灰土。现进行分析计算：1. 当 EO=30MPa时水泥混凝土路面设计设计内容 :新建单层水泥混凝土路面设计35公路等级:高速公路变异水平的等级:中