路基路面工程课程设计总说明书

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1、 沥青路面设计 2\o"CurrentDocument"1.1.对交通组成进行分析，了解不同车型的轴重 2\o"CurrentDocument"1.2以100KN作为标准轴载，进行轴载换算 3\o"CurrentDocument"1.3计算设计年限内的一个车道上的累计标准当量轴次 4\o"CurrentDocument"1.4路面材料的选取及路面结构的确定 5\o"CurrentDocument"1.5土基模量的确定 51.6计算设计弯沉值 51.7计算沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层的容许层拉应力....6\o"CurrentDocument"1.8确定路面结构各层的厚度 7\o"CurrentDocument"1.9对所确定的路面结构进行分析 8\o"CurrentDocument"2、 水泥混凝土路面设计 9\o"CurrentDocument"2.1对交通组成进行分析，了解不同车型的轴重 9\o"CurrentDocument"2.2以100KN作为标准轴载，进行轴载换算 9\o"CurrentDocument"2.3计算设计基准期内设计车道标准轴载的累计作用次数 10\o"CurrentDocument"2.4初拟路面结构 10\o"CurrentDocument"2.5确定路面材料参数 11\o"CurrentDocument"2.6计算基层顶面当量回弹模量值 11\o"CurrentDocument"2.7计算荷载疲劳应力 13\o"CurrentDocument"2.8计算温度疲劳应力 14\o"CurrentDocument"2.9确定可靠度系数 152.10对计算结果进行分析，以便确定所设计的路面结构是否合理..16

1、沥青路面设计1・1•对交通组成进行分析，了解不同车型的轴重查表可得我国部分常用汽车路面设计参数如下:我国常用汽车路面设计参数 表1序号汽车型号总重力(kN)载重力(kN)前轴重力(kN)后轴重力(kN)后轴数轮组数轴距(cm)出产国1黄河JN162174.50100.0059.50115.001双0.0中国2黄河JN162A178.50100.0062.28116.221双0.0中国3解放CA10B80.2540.0019.4060.851双0.0中国4解放CA1591.3550.0020.9770.381双0.0中国5解放CA30A103.0046.5026.502*36.752双0.0中国6东风EQ14092.9050.0023.7069.201双0.0中国7延安SX161237.00135.0054.642*91.252双135.0中国8长征XD160213.00120.0042.602*85.202双0.0中国9长征XD980182.40100.0037.102*72.652双122.0中国10交通SH14180.6543.2525.5555.101双0.0中国11南阳351146.0070.0048.7097.301双0.0中国12日野KB222154.5080.0050.20104.301双0.0日本13日野ZM440260.00152.0060.002*100.002双127.0日本14菲亚特682N3140.0075.0040.00100.001双0.0意大利15菲亚特650E105.0067.0033.0072.001双0.0意大利16三菱T653B77.3040.0029.3048.001双0.0日本17黄河JN163150.6080.0049.00101.601双0.0中国18江淮HF150146.6070.0045.10101.501双0.0中国19解放SP9200109.3046.0078.0031.301双0.0中国20湘江HQP4096.3050.0023.1073.201双0.0中国21东风EQ15583.2043.0026.5056.701双0.0中国22|桑塔纳3000 16.30|12.20| 8.20 &10 | 1 双|0.0|德国根据《公路工程技术标准》有关二级公路应满足的交通量大小的规定并依据所提供的交通流的车型组成，自行选择各种车型的数量，选择路段所在区近期交通组成与交通量如下表所示：（在道路使用年限内，交通量的年增长率为5%。近期交通组成与交通量 表2车型分类代表车型交通量（量/日）小客车桑塔纳30002280中客车解放SP9200220大客车南阳351450轻型货车交通SH141260中型货车解放CA15660重型货车黄河JN163860铰接挂车黄河JN162A330按交通量年平均增长率5%计，乘以折算系数得设计年年初日平均交通量为8000,设计年限末年日平均交通量为14367,符合二级公路对日平均交通量5000—15000的要求。1.2以100KN作为标准轴载，进行轴载换算当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，轴载当量换算为：N=兰C•C?n§）4.35i=1当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，轴载当量换算为:N=^C‘•C'n§）8i=1

轴载换算与当量轴次计算结果如下表所示：轴载换算与当量轴次计算表 表3前轴重力后轴重力后轴数轮组数轴距交通量当量轴次当量轴次汽车车型(kN)(kN)(cm)(量/日)12桑塔纳30008.208.10120128000解放SP920078.0031.30120220324448南阳35148.7097.301201407262890交通SH14125.5555.10120903516解放CA1578.0031.30120220324448黄河JN16349.00101.601201307723440黄河JN162A62.28116.22120110136811337换算方法1.弯沉及沥青层拉应力指标2.半刚性层拉应力指标当量轴次3549次18580次1.3计算设计年限内的一个车道上的累计标准当量轴次设计年限内一个车道通过的累计标准轴次计算公式为:沥青路面累计设计标准轴次按二级公路双向两车道计算，设计年限为12年，交通量的年平均增长率为5%。两种换算方法的一个车道的累计标准当量轴次计算结果如下表所示:每车道累计标准当量轴次计算表换算方法弯沉及沥青层拉应力指标半刚性层拉应力指标累计标准当量轴次1237万次6476万次因为弯沉及沥青层拉应力指标下的累计标准当量轴次为1237万次/车道，所以，沥青路面交通等级属于重交通。1.4路面材料的选取及路面结构的确定根据江苏地区的路用材料，结合已有工程经验和典型结构，拟定了两种结构组合方案。按计算方法确定方案一和方案二的路面厚度。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：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+?水泥石灰砂砾土层，以水泥石灰砂砾土为设计层方案二：4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+15cm密级配沥青碎石+？水泥稳定砂砾+18cm级配砂砾垫层，以水泥稳定砂砾为设计层1.5土基模量的确定江苏二级区划属于IV］自然区，设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘质土，根据自然区划各土组土基回弹模量参考值，确定土基回弹模量设计值为25.5MPa1.6计算设计弯沉值路面设计弯沉值计算公式为：l=600N-0.2AAAd ecsB方案一路面设计弯沉值为：l二600x12370000-0.2xl.lx1.0x1.0二25.18mmd方案二路面设计弯沉值为：l=600x12370000-0.2x1.1x1.45x1.0=36.51mmd1.7计算沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层的容许层拉应力利用路基路面计算软件，求得两个方案的各结构层容许拉应力如下表所示：方案一各结构层容许拉应力 表5层位结构层材料劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.200.542中粒式沥青混凝土1.000.453粗粒式沥青混凝土0.800.334水泥石灰稳定碎石0.600.365水泥石灰砂砾土0.400.19方案二各结构层容许拉应力 表6层位结构层材料劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.200.542中粒式沥青混凝土1.000.453密级配沥青碎石0.600.274水泥稳定砂砾0.500.305级配砂砾——1.8确定路面结构各层的厚度(1)方案一结构厚度计算该结构为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉值为25.18mm，利用路基路面计算软件，计算出同时满足弯沉要求和底层拉应力要求的水泥石灰砂砾土层厚度为 15cm，路表面弯沉值为17.1mm，满足设计弯沉值。路面各结构层厚度如下表所示：方案一各结构层厚度 表7层位结构层材料厚度(cm)1细粒式沥青混凝土4.002中粒式沥青混凝土6.003粗粒式沥青混凝土8.004水泥石灰稳定碎石38.005水泥石灰砂砾土15.00(2)方案二结构厚度计算该结构为柔性基层与半刚性基层组合，沥青层较厚。根据工程经验,按内插法确定沥青路面的基层类型系数为1.45，设计弯沉值为36.51mm，利用路基路面计算软件，计算出同时满足弯沉要求和底层拉应力要求的水泥石灰砂砾土层厚度为15cm，路表面弯沉值为28.5mm，满足设计弯沉值。路面各结构层厚度如下表所示：方案二各结构层厚度 表8层位结构层材料厚度(cm)1细粒式沥青混凝土4.002中粒式沥青混凝土8.003密级配沥青碎石15.004水泥稳定砂砾20.005级配砂砾15.00

1.9对所确定的路面结构进行分析利用路基路面计算软件，检验各结构层层底拉应力是否满足容许拉应力的要求。两种方案的路面各结构层的验算结果如下表所示：方案一各结构层容许拉应力 表9层位结构层材料20度抗压模量(MPa)15度抗压模量(MPa)劈裂强度(MPa)厚度(cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土199126801.204.00-0.140.542中粒式沥青混凝土142521751.006.00-0.010.453粗粒式沥青混凝土97813200.808.00-0.070.334水泥石灰稳定碎石318831880.6038.000.120.365水泥石灰砂砾土159115910.4015.000.100.19方案二各结构层容许拉应力 表10层位结构层材料20度抗压模量(MPa)15度抗压模量(MPa)劈裂强度(MPa)厚度(cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土199126801.204.00-0.220.542中粒式沥青混凝土142521751.008.00-0.010.453密级配沥青碎石124817150.6015.00-0.050.374水泥稳定砂砾261726170.5020.000.150.305级配砂砾250——15.00——方案一和方案二路面各结构层的层底拉应力均小于其容许拉应力,所以可以认为两种设计方案都是合理的。2、水泥混凝土路面设计2.1对交通组成进行分析，了解不同车型的轴重我国常用汽车路面设计参数（详见表1）。为了满足二级公路的要求，选择路段所在区近期交通组成与交通量（详见表2）按交通量年平均增长率5%计，乘以折算系数得设计年年初日平均交通量为8000，设计年限末年日平均交通量为14367,符合二级公路对日平均交通量5000—15000的要求。2.2以100KN作为标准轴载，进行轴载换算水泥混凝土路面结构设计以100kN单轴双轮组荷载为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数换算公式为：n PN=r5N（亠）16s ii100i=1轴载换算与当量轴次计算结果见下表：轴载换算与当量轴次 表11前轴重力后轴重力后轴数轮组数轴距交通量（量当量轴次汽车车型(kN)(kN)(cm)/日）桑塔纳30008.208.1012012800解放SP920078.0031.301202200南阳35148.7097.3012014036交通SH14125.5555.10120900解放CA1578.0031.301202200黄河JN16349.00101.6012013067黄河JN162A62.28116.22120110487换算方法仪/>rt-+-H-M、.、r丄一、/合计591次单轴双轮组荷载为标准轴载

2.3计算设计基准期内设计车道标准轴载的累计作用次数设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计标准k+gk+g)r——]-x365xqN=e水泥混凝土路面累计设计标准轴次按二级公路双向两车道计算，设计年限为20年，安全等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.38，交通量年平均增长率取5%。一个车道的累计标准当量轴次计算结果为：“ 591xk+0.05》0一1] "1CCU、宀N= x365x0.38=2710472.5次e 0.05累计标准当量轴次为271万次/车道，所以水泥混凝土路面交通等级属于重交通2.4初拟路面结构根据江苏地区的路用材料，结合已有工程经验和典型结构，以及二级公路、重交通等级、安全等级为三级和中变异水平等级，拟定了两种路面结构组合方案。初步确定路面结构组合与各层厚度如下：方案一：普通混凝土面层厚度为0.22m，基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚度为0.18m，垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土，普通混凝土板的平面尺寸为5*4.5m，纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝方案二：

普通混凝土面层厚度为0.24m,碾压混凝土厚度为0.16m,底基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%）,厚度为0.18m,垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土，水泥混凝土板上面层板的平面尺寸长为4m，宽从中央分隔带至路肩依次为4m、4m、3.75m,纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝，碾压混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距（板长）为4m2.5确定路面材料参数（1） 方案一路面材料参数根据混凝土弯拉强度标准值和水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa,相应的弯拉弹性模量标准值为31GPa。根据稳定粒料基层和土基弯拉强度和抗压回弹模量，取路基回弹模量为30MPa。根据垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围，取低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量为600MPa,水泥稳定粒料基层回弹模量为1300MPa（2） 方案二路面材料参数根据混凝土弯拉强度标准值和水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa,相应的弯拉弹性模量标准值为31GPa，碾压混凝土弯拉强度标准值为4.0MPa，相应的弯拉弹性模量标准值为27GPa。根据稳定粒料基层和土基弯拉强度和抗压回弹模量，取路基回弹模量为30MPa。根据垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围，取低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量为600MPa,水泥稳定粒料基层回弹模量为1300MPa2.6计算基层顶面当量回弹模量值（1）方案一基层顶面当量回弹模量厂h2E+h2EE二 _1 2_厂h2E+h2EE二 _1 2_2-x h2 +h21 20.182+0.152

Eh3 Eh3 (h+h)2(1―1-^+―+―1 2—— 12 12 4 (Eh1丫1+ Eh丿2271300x0.18312600x0.153 (0.18+15)2++12 + 1300x0.18600x0.15丿二2.57MN-mh=312D/E=312x2.57/1013=0.312mx xxa=6.221-1.51，ExIE、01丫1+ Eh丿2271300x0.18312600x0.153 (0.18+15)2++12 + 1300x0.18600x0.15丿二2.57MN-mh=312D/E=312x2.57/1013=0.312mx xxa=6.221-1.51，ExIE、0b=1-1.44(E'-0.55=6.221-1.51f1013)=1-1.44-0.45I30丿(1013'-o-55=4.293=0.792(E'1/3(1013' x1E丿=4.293x0.3120.792x30x:而丿30丿E0丿1/3=165MPaE=ahbEt x0普通混凝土面层的相对刚度半径为:r=0.537hvE/E%ct=0.537x0.22x^31000/165=0.677m（2）方案二基层顶面当量回弹模量h2E+h2E 1300x0.182+600x0.152—11 2_2h2+h21 20.182+0.152=1013MPa1300x0.183 +12Eh3Eh3(h+h)2D=—+ + 1 2-x12 12600x0.153*(0.18+15)212-1Eh11、-111300x0.18 600x0.15丿=2.57MN-mh=3.12D/E=312x2.57/1013=0.312mx xxa=6.221-1.51'E、 xIE'07-0.45=6.22I30丿-0.45=4.293b=1-1.44(E'-0.55xIE丿'oy=1-1.44(1013'-0.5530丿=0.792E=ahbEt x(1/3=4.293x0.3120.792x30x(1013'30丿1/3=165MPa2.7计算荷载疲劳应力（1）方案一荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力为：b=0.077r0.6h-2=0.077x0.677o.6x0.22-2=1.259MPaps因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力折减系数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K=N=13047540.057=2.231•f ev根据公路等级的综合系数，考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数Kc=1.20。荷载疲劳应力计算为：b=KKKb=0.87x2.231x1.2x1.259=2.93MPapr rfcps（2）方案二荷载疲劳应力普通混凝土面层与碾压混凝土基层组成分离式复合式面层。此时Ku=0，hx=0，复合式混凝土面层的截面总刚度计算为：小Eh3Eh3 EhEh(h+h)2TOC\o"1-5"\h\zD=—e!01+—c202+—e!01_&20201 02Kg12 12 4(Eh+Eh) “cl01 c20231000x0.243 27000x0.16331000x0.24x27000x0.16x(0.24+0.16)2门= + + x012 12 4x(31000x0.24+27000x0.16)=44.928MPa复合式混凝土面层的相对刚度半径计算为：r=1.23JD/E=1.23x寸44.928/165=0.797m标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为:bps1=bps1=0.077r0.6gEhc1 0112D=0.077x0.7970.6x31000x0.24=0.927MPa12x44.9280077E(0.5h+hK)b 二0.077r0.6—C2 02 x_ups2 g 6Dg27000x(0.5x0.16+0x0)6x44.928二0.077x0.7970.6x 6x44.928普通混凝土面层，因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87,碾压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。水泥混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf二Nev=2710472°.057=2.326，碾压混凝土基层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf=Nev=2710472o.Q65=2.619o根据公路等级综合系数，考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数Kc=1.20普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为：b二KKKb二0.87x2.326x1.2x0.972二2.360MPapr1 rfcps碾压混凝土基层的荷载疲劳应力计算为：b二KKb二2.619x1.2x0.538二1.691MPapr2 fcps2.8计算温度疲劳应力（1）方案一温度疲劳应力江苏二级区划属于IV自然区，根据最大温度梯度标准值，最大温1度梯度取86度/米，板长5m，l/r=5/0.677=7.39,根据温度应力系数曲线图，查得普通混凝土板厚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：tmaEhT—ctmaEhT—c_c—4B1x10-5x31000x0.22x86

2x0.71=2.08MPa江苏二级区划属于IV自然区，根据回归系数，可得a=0.841，1b=0.058,c=1.323,温度疲劳应力系数Kt的计算为:K=-

tGtm K=-

tGtm tmf丿r0.841x1.323-0.058=0.494计算温度疲劳应力为:g=Kg=0.494x2.08=1.03MPatr ttm(2)方案二温度疲劳应力江苏二级区划属于IV自然区，根据最大温度梯度标准值，最大温1度梯度取86度/米，板长4m,l/rg=4/0.798=5.02,根据温度应力系数曲线图，查得普通混凝土板厚h01=0.24m，Bx=0.56,Cx=0.94。最大温度梯度时混凝土板的温度