路面工程课程设计.docx

录目
《路面工程》课程设计任务书 1
一、设计资料 1
二、设计内容 1
三、设计要求 1
四、设计时间 1
五、参考文献 2
路面工程课程设计 2
第一部分 公路等级确定 2
第二部分 沥青路面设计 2
一、标准轴载作用次数换算分析 2
二、交通等级及路面等级确定 4
三、结构组合与材料选取 4
四、设计参数的确定 4
五、设计指标的确定 5
七、路面结构层厚度确定 6
八、验算防冻厚度 8
九、方案比选 8
第三部分 水泥混凝土路面设计 9
一、交通分析 9
二、初拟路面结构 9
三、路面材料参数的确定 9
四、荷载应力 10
五、温度应力 11
六、结构极限状态校核 12

《路面工程》课程设计任务书
一、设计资料
青海某省级干线公路，交通调查如下：小客车600辆/日，中型车380辆/日，大型车220辆/日，交通量平均增长率为6%，土质为中液限粘土，平均稠度为1.08，土基回弹模量E0=39MPa,季节性冰冻地区，冰冻深度为1.2米。详细交通组成表如下：
车型
Pi
C1
C2
小客车
前轴
19.4
1
1
后轴
60.85
1
1
中型车
前轴
43.70
1
1
后轴
89.20
1
1
大型车
前轴
49.00
1
1
后轴
112.60
1
1
二、设计内容
1、根据设计资料要求，确定公路等级、路面等级和面层等级；
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、拟定三种可能的路面结构组合与厚度方案（其中一种为水泥混凝土路面），确定各结构层材料的抗压回弹模量；
4、确定各层所用材料及设计参数；
5、根据设计弯沉值计算路面厚度；
6、验算确定的厚度是否满足要求；
7、验算防冻厚度是否符合要求。
三、设计要求
1、设计计算条理清晰，内容完整；
2、设计步骤合理；
3、根据自己的三种路面方案进行技术比较；
4、要求用A4纸，字迹工整、整洁。
四、设计时间
要求在一周内独立完成。
五、参考文献
［1］邓学钧.路基路面工程【M】.北京：人民交通出版社，2008.4,第三版
［2］中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）【S】.
北京：人民交通出版社，2006.10
［3］中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）

路面工程课程设计
第一部分 公路等级确定
各级公路车辆折算系数
车型编号
代表车型
折算系数
1
小客车
1.0
2
中型车
1.5
3
大型车
2.0
1、交通量分析
由设计资料可知，新建公路为省级干线公路，由国家及省属干级公路应按15年预测，则预测年限为15年。
由《城规》规定可知：
换算成小客车后各车型的交通量：
小客车：600辆/日
中型车：380×1.5=570辆/日
大型车：220×2.0=440辆/日。
起始年双车道平均日交通量ADT=（600+570+440）×2=3220辆/日
设计交通量辆/日
由《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） 二级公路：为供汽车行驶的双车道公路。双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的平均日交通量为5000~15000辆。
可知该公路为双向双车道二级公路。
第二部分 沥青路面设计
一、标准轴载作用次数换算分析
（1）、以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力为设计指标时

轴载换算结果表（弯沉）
车型
（）

（次/日）

小客车
后轴
60.85
1
1
600
69.13
中型车
前轴
43.70
1
1
380
10.37
后轴
89.20
1
1
380
231.14
大型车
前轴
49.00
1
1
220
9.88
后轴
112.60
1
1
220
368.65

689.17
注：轴载小于25的轴载作用不计；
累计当量轴次：
由《公路沥青路面设计规范》，可知二级公路沥青路面的设计年限取12年，两车道的车道系数是0.6~0.7，取0.65。

（2）、以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时

轴载换算结果表（半刚性材料结构层的层底拉应力）
车型
（）

（次/日）

小客车
后轴
60.85
1
1
600
11.28
中型车
后轴
89.20
1
1
380
152.30
大型车
后轴
112.60
1
1
220
568.50

732.08
注：轴载小于50kN的轴载作用不计；
累计当量轴次：
由《公路沥青路面设计规范》，可知二级公路沥青路面的设计年限取12年，两车道的车道系数是0.6~0.7，取0.65。

二、交通等级及路面等级确定
沥青路面交通量等级的划分按两种方法：第一种是设计年限内一个车道通过的标准当量轴次；第二种是大客车及中型以上各种货车在一个车道上的日平均车数来确定路面等级，，取两者较高的作为沥青路面的交通等级。根据上述条件可知该沥青路面交通等级为中等交通，路面等级选用高级路面：面层为沥青混泥土。
三、结构组合与材料选取
由前面的计算可知设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为280万次左右，且交通等级为中等交通，公路等级为二级公路，二级公路一般采用双层式沥青路面，即上面层和下面层。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。
初拟采用两种路面结构均不设垫层：
A：细粒料密集配沥青混凝土 3cm
中粒式密集配沥青混凝土 8cm
沥青碎石混合料 ？
碎石灰土 22cm 以沥青碎石混合料层为设计层
B：细粒料密集配沥青混凝土 4cm
粗粒式密集配沥青混凝土 8cm
二灰碎石 20cm
水泥石灰砂砾土 ？ 以水泥石灰砂砾土层为设计层。
四、设计参数的确定
材料名称
抗压回弹模量（MPa）
劈裂强度（MPa）

细粒式沥青砼
1400
2000
1.2
中粒式沥青砼
1200
1800
1.0
粗粒式沥青砼
1000
1200
0.8
沥青碎石混合料
800
—
碎石灰土
750
0.3
二灰碎石
1500
0.65
水泥石灰砂砾土
1000
0.35
土基
39
—
五、设计指标的确定
A方案：

？

—

设计弯沉：
其中，由于公路为二级公路取；面层类型为沥青混凝土取；基层是由柔性材料层与半刚性材料层组合而成，则介于两者之间，通过线性内插得。
计算各层材料容许层底拉应力：
细粒料密集配沥青混凝土 ：

中粒料密集配沥青混凝土 ：

碎石灰土：

B方案：

？

设计弯沉：
其中，由于公路为二级公路取；面层类型为沥青混凝土取；基层采用的是半刚性材料取。
计算各层材料容许层底拉应力：
细粒料密集配沥青混凝土 ：

粗粒料密集配沥青混凝土 ：

二灰碎石：

水泥石灰砂砾土：

七、路面结构层厚度确定
（1） 、A方案的结构厚度计算
该结构层为柔性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉之为37.39（0.01mm）。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的沥青碎石混合料层厚度为15cm~20cm之间。设计厚度取沥青碎石混合料层为18cm。路面结构的实测弯沉值33.97cm (0.01mm)。
各结构层的验算结果见下表
材料名称
抗压回弹模量（MPa）
劈裂强度（MPa）
厚度（cm）
层底拉应力（MPa）
容许拉应力（MPa）

细粒式沥青砼
1400
2000
1.2
3
0
0.56
中粒式沥青砼
1200
1800
1.0
8
0.15
0.47
沥青碎石混合料
800
—
18
0.15
—

碎石灰土

750
0.3
22
0.13
0.14
土基
39
—
—
—
—
计算结果：
路面设计弯沉值：
路面结构的实测弯沉值：
第一结构层顶面施工控制弯沉值33.97（0.01mm）
第二结构层顶面施工控制弯沉值34.45（0.01mm）
第三结构层顶面施工控制弯沉值34.57（0.01mm）
第四结构层顶面施工控制弯沉值34.15（0.01mm）
土基层顶面施工控制弯沉值238.86（0.01mm）
（2） 、B方案的结构厚度计算
该结构层为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉之为33.99cm（0.01mm）。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥石灰砂砾土层厚度为20~25cm之间，设计厚度取水泥石灰砂砾土层为20cm。路面结构的实测弯沉值28.52cm (0.01mm) 。各结构层的验算结果见下表

材料名称
抗压回弹模量（MPa）
劈裂强度（MPa）
厚度（cm）
层底拉应力（MPa）
容许拉应力（MPa）

细粒式沥青砼
1400
2000
1.2
4
0
0.56
粗粒式沥青砼
1000
1200
0.8
8
0
0.37

二灰碎石

1500
0.65
20

0.40
水泥石灰砂砾土

1000
0.35
20
0.15
0.17
土基
39
—
—
—
—
计算结果：
路面设计弯沉值：
路面结构的实测弯沉值：
第一结构层顶面施工控制弯沉值28.52（0.01mm）
第二结构层顶面施工控制弯沉值30.31（0.01mm）
第三结构层顶面施工控制弯沉值28.96（0.01mm）
第四结构层顶面施工控制弯沉值30.76（0.01mm）
土基层顶面施工控制弯沉值238.86（0.01mm）
八、验算防冻厚度
由于青海为季节性冰冻区，冰冻深度为1.2m左右，则方案A沥青面层厚度11㎝，基层厚度为40cm，总厚度 51㎝。根据《公路沥青路面设计规范》，最小防冻层厚度为40～45㎝；方案B沥青面层厚度 12㎝，基层厚度为40cm，总厚度 52㎝。根据《公路沥青路面设计规范》，最小防冻层厚度为40～45㎝。
以上路面结构均满足最小防冻层厚度要求。
九、方案比选
由施工控制弯沉值与设计弯沉值的对比方案A和方案B的控制弯沉值都小于设计弯沉值，而方案A的各层的施工控制弯沉值都大于方案B的施工控制设计弯沉值，A方案的基层材料较贵，所以最后得出结论是方案B的实施比方案B好。
第三部分 水泥混凝土路面设计
一、交通分析
标准轴载换算表
车型
（）

（次/日）

小客车
后轴
60.85
1
600
0.21
中型车
前轴
43.70
1
380

后轴
89.20
1
380
61.04
大型车
前轴
49.00
1
220

后轴
112.60
1
220
1469.05

1530.31
注：小于40kN的单轴和80kN的双轴不计

标准轴载累计当量作用次数：公路为二级公路，故取t=20年，。

属于重交通等级。
二、初拟路面结构
该公路为二级公路，安全等级为二级，施工质量变异水平选择中级。根据二级公路、重交通荷载等级和中级变异水平，初拟水泥混凝土面层厚度为24cm，基层选用水泥稳定碎石厚为20cm，垫层用15cm厚的低剂量无机结合料稳定土。水泥混凝土板的平面尺寸为长4.5m×3.75m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝，路肩面层与行车道面层等厚并设拉杆相连。
三、路面材料参数的确定
查《公路沥青路面设计规范》，取水泥混凝土面层的弯拉强度指标值为5MPa，即，相应弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0.15。粗集料为花岗岩的混凝土线膨胀系数。
由设计资料可知土基回弹模量为39MPa，查《公路沥青路面设计规范》附表，水泥稳定碎石基层的弹性模量取2000Mpa，泊松比取0.20，回弹模量取1300Mpa，低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量取600Mpa 。
（1）、计算板底地基当量回弹模量

板底地基当量回弹模量取为182Mpa。
(2)、计算水泥混凝土面层的弯曲刚度、半刚性基层板的弯曲刚度、路面结构总相对刚度半径 ：

四、荷载应力
（1）、计算设计轴载和最重荷载在临界荷位处产生的荷载应力

（2）、计算荷载疲劳应力和最大荷载疲劳应力

其中：接缝传荷能力的应力折减系数；综合系数；疲劳应力系数。
五、温度应力
查《公路沥青路面设计规范》，青海省属于Ⅲ区，最大温度梯度取。
（1）计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数

(2)、计算最大温度应力ξ

（3、）温度疲劳应力系数

(4)、计算温度疲劳应力

六、结构极限状态校核
查《公路沥青路面设计规范》，二级公路、中等变异水平条件下的可靠度系数取1.13。
校核路面结构极限状态是否满足要求

显然，拟定的由计算厚度24cm的普通混凝土面层组成的路面结构满足要求，可以承受设计基准期内设计轴载和温度梯度的综合疲劳作用，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次极限作用。取设计厚度为24cm。

路面工程课程设计

姓 名

学 号
0905305121

指导教师
李栓
所在院系
土木工程学院
日 期
2012-7-1