路基路面工程

铜陵学院课程设计任务书课程名：路基路面工程班级：11学号：姓名：指导老师：谢中友老师1.1普通水泥混凝土路面设计III用普通混凝土路面，路面宽16m双向四车道，经交通调查与预测知设计车道使用初期标准32005%，试设计该路面厚度。交通分析47916-2020年，安全等级为三级。由课本45916-30.39。已知交通量年平均增长率为5％。按下式可计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为365N1

365x3200Ne= [(1+-1]= [(1+0.0520-1]0.39=15.06x1616-4可知属重交通等级。

0.05表A．2．2车辆轮迹横向分布系数公路等级 纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站 0.17～0.22二级及二级以下公

行车道宽>7m 0.34～0.39路 行车道宽≤7m 0.54～0.62初拟路面结构479页重交通等级和中级变异水平等级，查表16-17（课本477页，初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。基层选用水泥稳定粒料(5％)0.18m0.15m低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。路面材料参数确定按表16-23课本480481页5.0MPa，31GPa。混凝土弯拉强度标准值交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值5.05.04.54.0（MPa）钢纤维混凝土的弯拉强度标准值6.06.05.55.0（MPa）30MPa16-2（482页600MPa1300MPa。按式16-53（课本482页）计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径按式16-52b（课本481页）计算为荷载疲劳应力16-52（481页，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kf

Nne

(15.06106)0.0572.565。根据公路等级，由表16-24，kc=1.20按式（16-4，荷载疲劳应力计算为pr=KrKfKcps=0.87×2.565×1.20×1.259=3.37（MPa)温度疲劳应力由表16-28，Ⅱ区最大温度梯度取88(℃／m)。板长5m，l/r =5／0.677=7.39，由图16-14查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0.71。按式16-56，最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲力计算为kt16-57再由式(B.2.1)(16-55)计算温度疲劳应力为可靠度为8516-2r=1.1按式因而，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。沥青路面结构设计及计算一：设计目的通过本设计掌握高速公路沥青路面设计的基本过程和计算方法。二：设计题目1.1m0.5m。25000辆/12所示，交通量年平层沥青路面结构。三：设计资料表1某路段混合交通组成车型分类 一类二类三类车 四类车五类车六类车车车代表车型 桑塔纳五十铃解放 黄河CA10B黄河JN162交通SH361比重（%）24.5742.3022.04 9.011.890.18表2代表车型的技术参数序汽车总重载重前轴后轴后轴轮组轴距出号型号（Kn）（Kn）重（Kn）重（Kn）数数（cm）产国1桑塔纳212五十铃423解放CA10B80.2540.0019.4060.851双中国4黄河JN150150.6082.6049.00101.601双中国5黄河JN162174.50100.0059.50115.001双中国6交通SH361280.00150.0060.002×2双130中110国表3武汉地区2010材料单价表材料名称单位材料单价（元）4cm中粒式沥青砼M225.4605cm中粒式沥青砼M228.5906cm粗粒式沥青砼M232.2208cm粗粒式沥青砼M242.95035cm二灰稳定碎石M251.36230cm二灰土M224.6035cm水泥稳定碎石M251.29030cm碎石灰土M227.00四：设计过程25knPi的作用次数ni均换算成标准轴载pN。（1）轴载换算Nk

CC

P4.35 i计算公式：

i1

1 2iP计算数据如下表1-1前轴19.4016.46237.320后轴60.85116237.32718.6733819前轴49.0016.42549.83732.8990328后轴101.60112549.832732.1142475前轴59.5016.4534.87357.7478353后轴115.0011534.87982.3898014前轴60.0016.450.9435.3343294后轴2*1102.2150.943458.55347465车型P车型P（kN）iC1C2n（次/日）1 2 iiCCn(pip)4.35CA10BJN150JN162SH361∑N=8128.713=10%，双向六车道，故车道系数选为0.35。故1t365 110%15365N

8128.7130.3532993914次II)e 10%i50kN（包括车辆的前后轴）pip8NCCn ii的作用次数i

n，均按如下公式换算成标准轴载

p的当量作用次数N，

1 2 i

p .计算结果如下表4所示：解放CA10B前轴19.411.856237.320后轴60.85116237.32117.24185635黄河JN150前轴4911.852549.8315.67658982后轴101.60112549.832792.89595753黄河JN162前轴59.5011.85534.8715.54374611后轴115.0011534.871636.17955848车型P（kN）iC1Cn（次/日）1 2 iiCCn(pip)4.352∑N=4823.2676交通SH361前轴60.0011.8551.31.594后轴2*11021车型P（kN）iC1Cn（次/日）1 2 iiCCn(pip)4.352∑N=4823.2676交通SH361前轴60.0011.8551.31.594后轴2*1102151.3244.136N，

4823.2670.3519577325次方e案一：

10%AC-16 5cmAC-20 5cmAC-25 8cm二灰稳定碎石 二灰土 待土基III）土基回弹模量的确定该路段路基为粉质中质中液限土，地下水位1.1米，路基回填土高度0.5米。h1>1.6>h2所以可以确定该土基为中湿。查土基干湿状态的稠度建议值表得：该路段土路基的平均稠度1.05c0.90，取c=1.00根据IV3E0=36MPa。IV）200C150C1AC-16130019001.02AC-20120018001.03AC-25110013000.84二灰稳定碎石150015000.65二灰土8008000.26土基36.0-土基及路面材料设计参数层位标号材料名称土基及路面材料设计参数层位标号材料名称抗压弹性模量E劈裂强度y错误!未找到引用源。MPa（1）设计弯沉值ldAcAsAb1.0。l 600Nd

0.2AAAc s

60036796429.340.218.3cms 根据lls BZZ-100P=0.7MPa，δ=

21.32

=10.65cm，s 根据ll，利用式12-15，求理论弯沉系数cs 2p

l 0.38

0.36l F,Fs

0s E 1

P对于BZZ-100，p=0.7MPa得 3.47c计算待求层厚度2，其中中层厚度Hh2,h3,h4,h5其计算方法如下：AC-16h1=5cmAC-20h2=5cm连续E1=1200MPah1AC-25h3=8cm二灰碎石h4=35cmH二灰土h5=？连续E2=800MPa土基土基E0=36MPa（a）实际路面结构 （b）当量三层体系h 5 E 1200

E 36(3计算H 由 =0.469, 2y =0.923 查图得

=5.7又0 0.03 10.65 E1y

1300 E2y

1200K=1.65,1

K1

K得K2

Kc 0.369K1查表得H

=7.6 H=7.6×10.65=80.94cm150012008001200由公式计算150012008001200

Hh2

2.4h3

2.4E3E3E24

2.4EE4EE42E5E2511001200得 80.94511001200

2.4

2.4

2.4所以h5

=28.09cm 故取h5

=30cm。验算整体性材料底部的最大弯拉应力(1）确定容许拉应力R计算各层材料的容许底层拉应力公式为 /KR sp s本式中： 指路面结构层材料的容许拉应力；R 指结构层材料的极限抗拉强度；spK 指抗拉强度结构系数，s对AC-16K 0.09As

N0.22/Ae

0.091.0367964290.22/1.04.16 /KR1 sp

1.0/4.160.24MPa对AC-20K 0.09As

N0.22/Ae

0.091.0367964290.22/1.04.16 /KR2 sp

1.0/4.160.24MPa对AC-25K 0.09As

N0.22/Ae

0.091.1367964290.22/1.03.78 /KR3 sp

0.8/3.780.21MPa对二灰稳定碎石K 0.35s

,0.11/Ae

0.35367964290.11/1.02.38 /KR4 sp

0.6/2.380.25MPa对二灰土K 0.45s

,0.11/Ae

0.35367664290.11/1.02.38 /KR5 sp

0.3/2.380.12MPa材料名称s（MPa）材料名称s（MPa）ks（MPa）RAC-161.04.160.24AC-201.04.160.24AC-250.83.780.21二灰稳定碎石0.62.380.25二灰土0.32.380.12定中粒式沥青混凝土AC-16层底弯拉应力将多层结构换算为当量三层体系，如图1-7所示中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm1中粒式沥青混凝土AC20粗粒式沥青混凝土AC-25h 5cm2=h=8cm3连续E1=1800MPah1二灰碎石h=35cm4H二灰土土基h5=30cm连续E2=1400MPa=36MPa土基E0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系图1 多层结构当量换算h=h1=5cm1200140015001200140015001400

80014008001400H5.08.0

35 30

65.78cmh 5

1400

E 36由 10.65

0.469 E1

18000.78 E02

1400

0.026查表得0，表明该层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。AC-20层底弯啦应力1中粒式沥青混凝土AC-16 h=5cm12= 1中粒式沥青混凝土AC20 h 5cm 连续E=1400MPa h2= 13粗粒式沥青混凝土AC-25 h=8cm34二灰碎石 h=35cm H42二灰土 h5=30cm 连续E=1200MPa20土基 土基E=36MPa0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系1400120015001200图1400120015001200h55

11.54cm H8.0

0.9

0.9

74.64cm0.90.91400

E 1200

E 36 ,0由

2y 0.86，

0 0.0312-18，查得

，表明 10.65 E1y

1400 E2y

1200该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。AC-25层底弯拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm1中粒式沥青混凝土AC20h 5cm2=连续E=1200MPa1h1粗粒式沥青混凝土AC-25h=8cm3二灰碎石二灰土h=35cmh5=30cm连续E=1500MPa2H土基 土基E=36MPa0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系00.9

图3多层结构当量换算1800120014001800120014001200

90015009001500h85 5

21.46cm H3530

52.01cmh 21.46

E 1500

E 36

,0由 =2.015，2y 1.25，0 0.024，由图12-18，查得 ，表 10.65 E1y

1200 E2y

1500明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。确定二灰碎石层底弯拉应力0中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm0中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm1中粒式沥青混凝土AC20h 5cm2=连续E=1500MPa1h1粗粒式沥青混凝土AC-25h=8cm3二灰碎石二灰土h=35cmh5=30cm连续E=900MPa2H土基 土基E=36MPa（a）实际路面结构 （b）当量三层体系1800150018001500h35

0.9

0.95

0.914001500120015001400150012001500

52.02cmh 52.02

E 900

E 36由 =4.885，2y

0.6，0 0.0412-18,0.12

=1.47, 10.65 E1y

1500 E2y

900 1H=2.8,得m

=0.75所以

=p,mm4 1

m=0.7×0.12×1.47×0.75=0.09MPa<2 R

0.25MPa,满足要求。确定二灰碎石层底弯拉应力中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm1中粒式沥青混凝土AC20h 5cm2=连续E=1500MPa1h1粗粒式沥青混凝土AC-25h=8cm3二灰碎石二灰土h=35cmh5=30cm连续E=900MPa2H土基 土基E=36MPa0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系01800150018001500h35

0.9

0.95

0.914001500120015001400150012001500

52.02cmh 52.02

E 900

E 36E由10.65=4.885，2y1500E1y

0.6，0 0.04查得E 9002yn=1.15,n1

=0.45所以

m5=p,n1

n=0.7×0.31×1.15×0.45=0.11MPa<2 R5

0.12MPa,满足通过计算可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即如图6132=中粒式沥青混凝土AC-16h中粒式沥青混凝土AC20h粗粒式沥青混凝土AC-25h132=4二灰碎石 h=35cm4二灰土 h5=30cm图6 结构组合方案方案二：(1）确定路面结构方案1342=中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm中粒式沥青混凝土AC20h5cm粗粒式沥青混凝土AC-25h=6cm水泥碎石 h1342=碎石灰土 ？2）确定路面设计弯沉值eN。e1tN

1365N由式12-31： e 由题意，取η=0.35图71t365 110%15365N

8128.7130.3532993914次e 10%d2确定路面设计弯沉值ld查表得A

1.0 Ac，sc，

1.0 A，b，

1.0l 600d

0.2AAAe c s

18.32mm03E值000

=36.0MPa(3)计算待求层厚度5土基及路面材料设计参数5土基及路面材料设计参数层位标号材料名称E劈裂强度抗压弹性模量y错误!未找到引用源。MPa200C150C1AC-16120018001.02AC-2080014001.03AC-25100012000.84水泥碎石150015000.55水泥石灰土8008000.36土基36.0-s ①根据ll，利用式12-15，求理论弯沉系数 s 2p

l 0.38

0.36l F,Fs

0s E 1

P对于BZZ-100，p=0.7MPa,②计算待求层厚度

21.310.65cm l l2 s

18.41cm 得c

3.21Hh2,h3,h4,h5计算方法如下：中粒式沥青混凝土AC-16h1=5cm中粒式沥青混凝土AC20h2=5cm连续E1=1500MPah1粗粒式沥青混凝土AC-25h3=6cm4水泥碎石 h=35cm H40碎石灰土 连续E2=900MPa土基 土基E0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系图7多层结构当量换算h 5 E 800

E 36计算H 由 =0.469, 2y =0.667 查图得

=8.2，又0 0.03 10.65 E1y

1200 E2y

1200K=1.42,1

K1

K,得K2

Kc 0.3008K1查表得H

=8.1 H=8.1×10.65=86.27cm1000800150080080080010008001500800800800

Hh2

2.4h3

2.4E3E3E24

2.4EE4EE42E5E25得 86.275

2.4

2.4

2.4所以h5

=29.11cm 故取h5

=30cm。(4)验算整体性材料底部的最大弯拉应力R①确定容许拉应力RR sp 计算各层材料的容许层底拉应力 /R sp 对AC-16K 0.09As

N0.22/Ae

0.091.036764290.22/1.04.16 /KR1 sp

1.0/4.160.24MPa对AC-20K 0.09As

N0.22/Ae

0.091.0367964290.22/1.04.16 /KR2 sp

1.0/4.160.24MPa对AC-25K 0.09As

N0.22/Ae

0.091.1367964290.22/1.03.78 /KR3 sp

0.8/3.780.21MPa对水泥碎石K 0.35s

,0.11/Ae

0.35367964290.11/1.02.38MPa /KR4 sp

0.8/2.380.21MPa对碎石灰土K 0.45s

,0.11/Ae

0.45367964290.11/1.03.06MPa /KR5 sp

0.3/3.060.10MPa材料名称

（MPa） ks s

（MPa）R②确定AC-16层底拉应力m1

AC-16AC-20AC-25水泥碎石碎石灰土

1.01.00.80.50.3

4.164.163.782.383.06

0.240.240.210.210.10中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm1中粒式沥青混凝土AC20h 5cm2=连续E=1800MPa1h1粗粒式沥青混凝土AC-25h=6cm3水泥碎石h=35cmH碎石灰土 h5=30cm 连续E2=1400MPa0土基 土基E=36MPa0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系120014001500140012001400150014008001400h=h1

=5.0cm，H5.0

0.9

0.9

0.9

63.96cmh 5

1400

E 36由 =0.48，2y 0.778，0 0.026，由图12-18， 10.65 E1y

1800 E2y

1400查得

,0，表明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。m2确定AC-20层底拉应力 将多层结构换算为当量三层体系，如图m2中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm1中粒式沥青混凝土AC-20h 5cm2=连续E=1400MPa1h1粗粒式沥青混凝土AC-25h=6cm3水泥碎石h=35cmH碎石灰土 h5=30cm 连续E2=1200MPa0土基 土基E=36MPa0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系4h55

图9多层结构当量换算1800140011.5318001400H6.0

0.9

0.9

69.97cm15001200800150012008001200

E 1200 E 36由得

=1.13，210.65 E1y0，

1400

0.86，0 0.03， 12-18，查E 12002y表明该底层层底承受弯曲压应力， 自然满足要求。m3AC-25m31中粒式沥青混凝土AC-16 h=5cm12= 1 中粒式沥青混凝土AC20 h 5cm 连续E=1200MPa h2= 1 3粗粒式沥青混凝土AC-25 h=6cm34水泥碎石 h=35cm H4碎石灰土 h5=30cm 连续E2=1500MPa0土基 土基E=36MPa0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系图10多层结构当量换算8001200h68001200

0.9

18001200180012005

19.46cm H35

0.9

49.92cm80015008001500

E 1500

E 36

,0E由10.65=1.81，2y1200E1y

1.25，0 0.024，由图12-18，查得 ，表E 15002y明该底层层底承受弯曲压应力，自然满足要求。m4⑤确定水泥碎石层底拉应力m4中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm中粒式沥青混凝土AC-16h=5cm1中粒式沥青混凝土AC20h 5cm2=连续E=1500MPa1h1粗粒式沥青混凝土AC-25h=6cm3水泥碎石碎石灰土h=35cmh5=30cm连续E=800MPa2H土基 土基E=36MPa0（a）实际路面结构 （b）当量三层体系01800150018001500h35

0.9

0.91200150012001500

0.91000150010001500

49.02cmh 49.02

E 800

E 36由10.65

=4.66，2yE 15001y

0.53，0 0.4512-18，查得,0.13，E 8002ym1

H=2.8,得m

=0.9所以

m4=p,m

m=0.7×0.13×1.46×0.9=0.12MPa<2R42

0.21MPa,满足1⑥确定石灰土碎石土层底拉应力1m5将多层结构换算为当量三层体系，如图121中粒式沥青混凝土AC-16 h=5cm12= 1 中粒式沥青混凝土AC20 h 5cm 连续E=1500MPa h2= 1 3粗粒式沥青混凝土AC-25 h=6cm34水泥碎石 h=35cm H40碎石灰土 h5=30cm 连续E2=800MPa土基 土基E0（a）实际路面结构 当量三层体系图12多层结构当量换算h 49.02

E 800

E 36 H由10.65

=4.66，2yE 15001y

0.5314，0 0.45E 8002y

=2.8，得,0.12n=1.22,n=0.51 2所以 =p,nn=0.7×1.22×0.5×0.12=0.05MPa< 0.10MPa,满足m5 1 2 R5通过计算可以确定本方案所拟定路面结132=中粒式沥青混凝土AC-16h中粒式沥青混凝土AC20h粗粒式沥青混凝土AC-25h132=4水泥碎石 h=35cm4碎石灰土 h5=30cm解法二由沥青路面设计电算程序计算。方案一新建路面结构厚度计算公 路 等 级: 高速公新建路面的层数: 5标 准 轴 载: BZZ-100路面设计弯沉值: 18.32路面设计层层位: 5设计层最小厚度: 10(mm)层位结容许应力构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)1中粒式沥青混凝土50130001900012中粒式沥青混凝土50120001800013粗粒式沥青混凝土801100013000.84水泥稳定碎石3501500015000.65石灰粉煤灰土?80008000.26新建路基按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=18.32(0.01mm)36H(5)=210mmLS=18.8(0.01mm)H(5)=260mmLS=17.5(0.01mm)H(5)=228mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度:H(5)=228mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第2层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第3层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第4层底面拉应力计算满足要求)H(5)=228mm(第5层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度H(5:)=228mm(仅考虑弯沉)H(5)=228mm(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500mm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:中粒式沥青混凝土50mm中粒式沥青混凝土50mm粗粒式沥青混凝土80mm水泥稳定碎石 350mm石灰粉煤灰土 230mm新建路基方案二新建路面结构厚度计算公 路 等 级新建路面的层数::高速公路5标 准 轴 载:BZZ-100路面设计弯沉值:18.32(0.01mm)路面设计层层位:5设计层最小厚度:10(mm)层位结容许应力(MPa)1构层材料名中粒式沥青混凝土称厚度(mm)5020℃平均抗压模量