交通路基路面工程课程设计——某沥青路面设计子题目.docx

交通与汽车工程学院
课程设计说明书

课 程 名 称: 交通路基路面工程课程设计
课 程 代 码: 8234920
题 目: 遂宁市绕城高速沥青路面设计

课程设计成绩：
学习态度及平时成绩（30）
技术水平与实际能力（20）
创新（5）
说明书（计算书、图纸、分析报告）撰写质量（45）
总 分（100）

指导教师签名： 年 月 日

交通路基路面工程课程设计任务书

学院名称： 交通与汽车工程学院 课程代码：___8234920_________
专业： 交通工程 年级： 2009

一、设计题目
交通路基路面工程课程设计——某沥青路面设计子题目（自拟）
二、主要内容
针对某一新建路面，通过调查查出路基土性质，地下水位状况，给出路基高度及调查的交通量情况、当地路用材料情况，例如：
成都某地区拟建一条公路，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0.8m。近期交通量：东风EQ140车350辆/日，解放CA10B车780辆/日，黄河JN150车89辆/日，太脱拉138车56辆/日，小汽车95辆/日，年平均增长率8~15％。沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。
根据所给的资料，拟定路面设计方案，进行路面结构厚度计算，要求设计计算条理清晰，符合要求，并确定路面方案。
设计车辆在这里选择，其中交通量增长率，在8%-15%这个区间中自己选定，
三、具体要求及应提交的材料
具体要求：
1：熟悉设计资料，认真查阅规范，获取相关参数。
2：按照设计要求进行相关计算。
3：可利用程序计算。
4：绘制路面结构图。
5：将设计计算资料整理装订成册，上交。
提交材料：
1.课程设计说明书一份
2.电子文档（用姓名和学号建立压缩文件夹,每个小组1份）
3.路面结构图一份（CAD图）
四、主要技术路线提示
1.确定公路等级、路面等级、面层和基层类型。
2.计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。
3.确定路基干湿类型、土基回弹模量值。
4.拟定可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的抗压回弹模量。
5.确定各层劈裂强度，计算抗拉强度结构系数，容许拉应力。
6.计算路面厚度。（可用程序计算）
五、进度安排
1、第16周周四：开设计动员大会，分组并下发设计资料，与指导老师进行见面；
2、第17周周一～17周周三：收集相关资料，初步选定题目并进行题目论证；
3、第17周周四～18周周三：进行方案设计；
4、第18周周四～18周周五：完成并提交设计报告、图纸。
六、推荐参考资料(不少于3篇)
1、《路基路面工程》教材（邓学均；梁富权）；
     2、《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），北京：人民交通出版社，2004年；
     3、《公路路基设计手册》，北京：人民交通出版社，1996年；
     4、《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006），北京：人民交通出版社，2006年；
     5、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002），北京：人民交通出版社，2002年；
     6、《公路路面设计手册》，北京：人民交通出版社，1994年

指导教师签名 日期 2011年 12 月 10 日

目 录

摘 要 - 4 -
1 任务分析及目的 - 5 -
1.1 任务分析 - 5 -
1.2目的 - 5 -
2路基路面工程基本知识 - 5 -
3遂宁绕城高速基本情况 - 6 -
3.1自然条件 - 6 -
3.2土基回弹模量的确定 - 6 -
4轴载计算 - 7 -
4.1代表轴载 - 7 -
4.2轴载换算 - 7 -
4.2.1弯层值和沥青层的层底拉力设计标准 - 7 -
4.2.2半刚性基层、基底层应力设计标准 - 8 -
5.1路面结构 - 10 -
5.2路面材料配合比设计与设计参数的确定 - 10 -
5.2.1材料的确定 - 10 -
5.2.2路面材料抗压回弹模量的确定 - 10 -
6验算拟定方案 - 12 -
6.1参数计算 - 12 -
6.1.1计算各方案的弯层值 - 12 -
6.1.2计算各方案容许拉应力 - 13 -
6.2路面结构层厚度的确定 - 14 -
6.3方案总结 - 20 -
结 论 - 21 -
致 谢 - 22 -
参考文献 - 23 -

摘 要
路面结构是高速公路基础设施的重要组成部分，它承受着过往交通的全部车辆载荷，通过它再将荷载传递给路基或桥涵构造物。因此，路面结构是一种承重结构体系。它必须具备承重结构所必备的各项条件，如在各种车辆荷载下路面结构应具有一定的强度和抗变形能力。
本次课程设计针对遂宁市新建绕城高速进行路面设计，通过对交通量的预测求出15年后车辆的行车荷载，根据荷载的大小确定道路等级及路面结构，对路面结构的承受力进行检验。

关键词：高速公路 路面结构 检验
1 任务分析及目的
1.1 任务分析
遂宁市准备新建绕城高速，据调查，近期交通量如表1-1-1所示。根据此交通量，设计出此路段的道路等级，并根据15年后的交通量确定路面结构。
遂宁市修建道路近期交通量 表1-1-1
车型名称
起始年日
交通量（辆）
东风EQ140
1000
解放CA10B
700
黄河JN150
800
太脱拉138
30
小汽车
500

1.2目的
根据行车载荷确定遂宁市绕城高速的路面结构，设计出两种方案，并对此两种方案进行各参数验证，然后进行比较，确定出既能适应此交通量的发展，又经济实惠的路面。
2路基路面工程基本知识
路基和路面是道路的主要工程结构物。路基是在天然地表面按照道路的设计线性和设计横断面的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。路基是路面结构的基础，坚固而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保障，路面结构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。
3遂宁绕城高速基本情况
3.1自然条件
新建高速公路位于V2区，为双向四车道，拟定采用沥青路面结构进行施工图设计，沿线为粉质中液限粘土，稠度1.15，属于润湿状态，年降雨量达1000mm，七月平均气温大于30，年最低气温〉-9.03.2土基回弹模量的确定
设计路段路基处于中湿状态，为中液限粘土，运用查表法确定土基回弹模量，查二级自然区划土基回弹模量表得设计值为43.0MPa。
3.3交通量验算
预计遂宁市绕城高速的交通量增长率为10%，设计年限为15年。
根据《道路勘测设计》公路分级要求：
高速公路：是具是有特别重要的政治经济意义的公路，有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带、全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高速行驶的专用公路。能适应年平均日交通量（AADT）25000辆以上。
遂宁市绕城高速设计速度120km/h，为双向四车道高速公路。主线路基断面设计为：中央分隔带2m+左侧路缘带2×0.75 m +车行道2×2×3.75 m +紧急停靠2×2m+硬路肩2×3 m +土路肩2×0.75 m = 30m。

起始年日交通量表 表3-3-1
序号
车型名称
起始年日
交通量（辆）

增长率

第15年交通量（辆/天）

1
东风EQ140
1000
10%
3797.5
2
解放CA10B
700
10%
2658.2
3
黄河JN150
800
10%
3038.0
4
太脱拉138
30
10%
113.9
5
小汽车
500
10%
1898.7

4轴载计算
4.1代表轴载
上述车辆轴载如下表：
车辆轴载表 表3-4-1
序号
车辆类型

前轴重力（KN）
后轴重力（KN）
后轴数
轮组数
后轮距（cm）
交通量（辆/天）
1
东风EQ140
23.70
69.20
1
双
—
1000
2
解放CA10B
19.40
60.85
1
双
—
700
3
黄河JN150
49.00
101.60
1
双
—
800
4
太拖拉138
51.40
2×80.00
2
双
132.0
30
5
小汽车
—
—
1
双
—
500
4.2轴载换算
轴载换算以弯层值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的底层拉力为设计标准。
4.2.1弯层值和沥青层的层底拉力设计标准

式中：N — 相当于标准轴载100KN的作用次数；
ni — 各级轴载的作用次数；
Pi — 各种被换算车型的轴载（KN）；
C1 — 轴数系数，C1 = 1 + 1.2（m – 1），m 为轴数；
C2 — 轮组系数，单轮组C2 = 6.4；双轮组C2 = 1.0；四轮组C2 = 0.38（轴距小于3m）。

注：当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或者多轴按C1 + 1.2（m – 1）计算，m为轴数。

沥青底层拉力换算表 表4-2-1
车型

Pi
（KN）
C1
C2
ni
（次/天）
N
（次/天）

东风EQ140
前轴
23.70
—
—
—
—
后轴
69.20
1
1
1000
201.6

解放CA10B
前轴
19.40
—
—
—
—
后轴
60.85
1
1
700
80.7

黄河JN150
前轴
49.00
1
1
800
35.9
后轴
101．60
1
1
800
857.2

太拖拉138
前轴
51.40
1
1
30
1.7
后轴
2×80.00
2.2
1
30
509.9

1687.0
轴载小于25KN的特轻轴重忽略不计

4.2.2半刚性基层、基底层应力设计标准

式中： — 轴数系数；
— 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。
轴间距的划分如上，对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：

= 1 + 2（m – 1）
式中：m — 轴数。

半刚性基层、基底层应力换算表 表4-2-2
车型

Pi
（KN）

ni
（次/天）
N
（次/天）

东风EQ140
前轴
23.70
—
—
—
—
后轴
69.20
1
1
1000
52.6

解放CA10B
前轴
19.40
—
—
—
—
后轴
60.85
1
1
700
13.2

黄河JN150
前轴
49.00
1
1
800
2.7
后轴
101．60
1
1
800
908.3

太拖拉138
前轴
51.40
3
1
30
0.5
后轴
2×80.00
3
1
30
3865.5

4842.8
轴载小于40KN的特轻轴重忽略不计

4.2.3设计年限累计当量标准轴载数
设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数Ne按下式计算：

式中：Ne — 设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次）；
t — 设计年限（年）；
N1 — 路面运营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（%）；
—车道系数，双向四车道高速公路取0.45。

= 8.8 ×106次

= 2.5 ×107次
查表可知，此道路交通量属于重交通。
5 初拟路面结构
5.1路面结构
结合以往工作经验与构造，拟定以下三个方案，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因素，初步确定路面结构组合及厚度如下：
方案一：3cm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+37cm水泥稳定碎石基层+？cm水泥石灰沙砾土层，以水泥石灰沙砾土为设计层。
方案二：3cm细粒式沥青混凝土+7cm中粒式沥青混凝土+15cm密级配沥青碎石+20cm水泥稳定砂砾+？cm水泥稳定碎石。
5.2路面材料配合比设计与设计参数的确定
5.2.1材料的确定
半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A级90号，技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）相关规定。
5.2.2路面材料抗压回弹模量的确定
（1）路面材料抗压回弹模量的确定
根据《路基路面工程》表14-15拟定材料20和15的抗压回弹模量，见表5-2-1：

沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值 表5-2-1

材料名称
20
15

Ep
方差
Ep - 2

Ep
方差
Ep - 2
Ep + 2

Epa

Ep代
细粒式沥青混凝土
1990
200
1590
3665
340
1985
3365
中粒式沥青混凝土
1420
100
1220
2170
185
1800
2540
粗粒式沥青混凝土
970
55
860
1315
60
1195
1435
密级配沥青碎石
1245
115
1015
1710
155
1400
2020

（2）半刚性材料及其他材料抗压回弹模量的确定
根据《路基路面工程》表14-16和相关计算拟定材料抗压回弹模量，见表5-2-2：

半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 表5-2-2

材料名称
抗压模量
Ep
方差
Ep - 2
Ep + 2

Ep代
水泥稳定碎石
2500
200
2100
2900
水泥石灰砂砾土
1700
150
1400
2000
水泥稳定砂砾
2200
175
1850
2550
级配碎石
400

级配砂砾
250

（3）路面材料劈裂强度测定
根据《路基路面工程》表14-15和表14-16确定材料劈裂强度，见表5-2-3

路面材料劈裂强度 表5-2-3
材料名称
细粒式沥青混凝土
中粒式沥青混凝土
粗粒式沥青混凝土
水泥稳定碎石
水泥稳定砂砾
水泥稳定砂砾土
二级稳定砂砾
劈裂强度
1.2
1.0
0.8
0.6
0.5
0.4
0.6
6验算拟定方案
6.1参数计算
6.1.1计算各方案的弯层值
根据我国《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）规定路面设计弯层值ld 由下式计算：

式中：—设计弯层值（0.01mm）；
—设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数：
—公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.0；
—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；
—路面结构层系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则介于两者之间通过线性内插决定。

计算各方案弯层值：
方案一：为半刚性基层，路面系数取1.0
= 600 × × 1.0 × 1.0 ×1.0
= 24.51mm
方案二：为柔性基层，路面系数取1.6
= 600 × × 1.0 × 1.0 ×1.6
= 39.21mm

各方案弯层值 表6-1-1
方案
方案一
方案二

24.51mm
39.21mm
6.1.2计算各方案容许拉应力
承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加载的次数之间的关系如下：

式中： —路面结构的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准实验方法测得；
— 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（MPa）；
— 抗拉结构强度系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算值。
= （沥青混凝土面层）
= （无机结合料稳定集料）
= （无机结合料稳定细粒土）
= （贫混凝土）
由以上两公式可得弯拉应力设计控制指标容许拉应力为：

(1)抗拉结构系数的计算：
①沥青混凝土面层：
= = 3.03
②无机结合料稳定集料
= = 2.03

③无机结合料稳定细粒土
= = 2.61

④贫混凝土
= = 0.56

结构层容许弯拉应力 表6-1-2
材料名称
（Mpa）

（Mpa）
细粒沥青混凝土
1.2
3.03
0.40
中粒沥青混凝土
1.0
3.03
0.33
粗粒沥青混凝土
0.8
3.03
0.26
密级配沥青碎石
0.6
3.03
0.20
水泥稳定碎石
0.6
2.03
0.30
水泥稳定砂砾
0.5
2.03
0.25
水泥石灰砂砾土
0.4
2.61
0.15
二级稳定砂砾
0.6
2.61
0.23

6.2路面结构层厚度的确定
理论弯沉系数的确定：

式中：F— 弯沉综合修正系数，按下式计算：
；
ls— 设计弯沉值（0.01mm）；

F — 弯层综合修正系数；
— 理论弯层系数；
或 — 路基回弹模量（MPa）；
、— 标准车载轮胎接地压力（MPa）和当量圆半径（cm），由以下公式求得：

P — 作用在车轮上的荷载；
注：我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ — 100的轮载P = 100/4KN，p = 700KPa，可得：
m=10.65cm
（1） 检验方案一
①理论弯层系数的确定：
0.548

②确定设计层厚度：
采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。
，；
查三层体系表面弯层系数诺谟图得=8.05；
，
查三层体系表面弯层系数诺谟图得；
，，
根据以上数据查三层体系表面弯层系数诺谟图得6.90，H= 10.65×6.90=74.49cm；

，取整。
③验算弯拉应力
a验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力
沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二、三、四、五层换算成当量三层体系的中层，土基作为当量三层体系的下层。
当量三层体系中层当量厚度：

由，E2/E1=1420/1990=0.71，，=43/1420=0.030，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间滑动））得： ， ， ；

计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：

计算沥青混凝土容许弯拉应力：

由此可知：>，所以该路面设计满足要求满足要求。
b验算底面的弯拉应力
由于水泥稳定碎石水泥，故作为当量三层体系的中层，第一、二、三、四层换算成当量三层体系的上层，土基作为当量三层体系的下层。
上层当量厚度为；

中层当量厚度为： cm
,,,
按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间连续））得：， ，
最大弯拉应力：

计算基层抗弯拉结构强度系数：

计算容许弯拉应力：

可知：>,所以该方案满足要求。

（2） 检验方案二

①理论弯层系数的确定：
0.877

②确定设计层厚度：
采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。
，；
查三层体系表面弯层系数诺谟图得=8.05；
，
查三层体系表面弯层系数诺谟图得；
，，
根据以上数据查三层体系表面弯层系数诺谟图得6.45，H= 10.65×6.45=68.69cm；

，取整。
③验算弯拉应力
a验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力
沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二、三、四、五层换算成当量三层体系的中层，土基作为当量三层体系的下层。
当量三层体系中层当量厚度：

由，E2/E1=1420/1990=0.71，，=43/1420=0.030，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间滑动））得： ， ， ；

计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：

计算沥青混凝土容许弯拉应力：

由此可知：>，所以该路面设计满足要求满足要求。
b验算水泥稳定碎石底面的弯拉应力
由于，故作为当量三层体系的中层，第一、二、三、四层换算成当量三层体系的上层，土基作为当量三层体系的下层。
上层当量厚度为；

中层当量厚度为： cm
,,,
按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间连续））得：， ，
最大弯拉应力：

计算基层抗弯拉结构强度系数：

计算容许弯拉应力：

可知：>,所以该方案满足要求。
6.3方案总结
方案一沥青厚度为13cm，总厚度为67cm；
方案二沥青厚度为25cm，总厚度为66cm。

从承载能力评价，方案二优于方案一 ，具有较高的承载能力，更适合车辆行驶；
从经济性评价，方案二明显比方案一造价高。
在都能满足行车要求的情况下，尽量选择方案一；如果资金充裕，从长远利益来看，尽可能选择方案二。

结 论
通过对车辆行车荷载的计算，得出此道路为重交通，由此设定两种路面设计方案，并对这两种方案进行检验，确定此两种方案都能满足交通量增长的需求。
在满足适应交通量增长的条件下，对两种方案进行比较，选择适合遂宁市经济发展和交通量发展的方案。
致 谢
历时一周多的时间终于将这个课程设计做完，在制作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的课程设计指导老师—李慧老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助课程设计的修改和改进。
另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！
感谢我的同学和朋友，在我制作课程设计的过程中给予我了很多学问素材，还在课程设计的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。
由于我的学术水平有限，所写内容难免有不足之处，恳请各位老师、学友批评和指正。
参考文献
[1] 交通部．JTG B01-2003 公路工程技术标准．北京：人民交通出版社，2003
[2] 交通部．JTG D20-2006 公路路线设计规范．北京：人民交通出版社，2006
[3] 交通部．JTG D30-2004 公路路基设计规范．北京：人民交通出版社，2004
[4] 交通部．JTG F10-2006 公路路基施工技术规范．北京：人民交通出版社，2006
[5] 交通部．JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范．北京：人民交通出版社，2006
[6] 交通部．JTG D40-2002 《公路水泥混凝土路面设计规范》．北京：人民交通出版社，2002
[7] 交通部．JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范．北京：人民交通出版社，2004
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