路基路面工程课程设计新建沥青混凝土路面设计.doc

山东交通学院

路基路面工程 课程设计

院(系)别　 xxxxxxxxxx 
专 业　 xxxxxxxxxxxxxx 
班 级 xxxxxxx
学 号　 xxxxxxxxx
姓 名　 xxx
指导教师　 xxxx
成 绩

二○○九年六月

目录
一.新建沥青混凝土路面设计 1
1、交通分析及设计弯沉值的确定。 1
1.1轴载分析 1
1.2路面设计弯沉值的计算 3
2、土基回弹模量的确定 4
3.结构组合与材料的初选定 4
4、各层材料抗压模量与劈裂强度的确定 5
5.相关设计指标的确定 5
6、设计资料总结： 7
7、确定石灰粉煤灰碎石层厚度 7
二、新建水泥混凝土路面设计 12
1.交通分析 12
2.初拟路面结构 13
3.路面材料参数的确定 13
4、荷载疲劳应力 14
5、温度疲劳应力 14
6、应力复核 15
三 、旧路（沥青混凝土路面）改建设计 16
四.相关图纸 22
五.设计心得体会 28

一.新建沥青混凝土路面设计
1、交通分析及设计弯沉值的确定。
1.1轴载分析
设计年限内一个车道的累计当量轴次数计算（确定路面等级）。
车型
前轴重
后轴重
后轴数
后轴组轮数
后轴距
交通量
黄河JN150
49
101.6
1
双轮组

620
日野KB222
50.2
104.3
1
双轮组

110
太脱拉138
5104
80
2
双轮组
<3
69
东风EQ140
23.7
69.2
1
双轮组

400
跃进NJ131
20.2
38.2
1
双轮组

600
三湘CK6560
13
25.6
1
双轮组

1058
金陵JL6121S
48.3
50.2
2
双轮组
>3
280

交通调查资料为2013年，设计年限起算年为2015年，交通量年平均增长率为7%
1.1.1 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，各级轴载Pi的作用次数ni，匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。根据《公路沥青路面设计规范》公式 3.1.2-1

N为交通调查年的日交通量
所以设计起算年的日交通量为
N1=N（1+γ）2
=1297×（1+7%）2
=1485（次/日）
计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数
拟建高速公路，路面的设计年限为15年， 车道系数η，见万德臣编著的《路基路面工程》第354页表16.2.3 ,取η=0.5 。
所以2015年——2030年的轴载次数是

1级轴载Pi的作用次数ni，匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N
1.1.2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各按《道路公程》2.3.7 得

N为交通调查年的日交通量
所以设计起算年的日交通量为
N2=N（1+γ）2
=1157×（1+7%）2
=1325（次/日）
所以2015年——2030年的轴载次数是

1.2路面设计弯沉值的计算
根据万德臣编著的《路基路面工程》364页的路面设计弯沉值公式（16.6.3公式）计算。
该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0.
ld=600Ne-0.2Ac As Ab
=600×6810279-0.2×1×1×1
＝25.79（0.01mm）
AC ：公路等级系数 高速公路去1.0;
AS：面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0:沥青表面处治为1.2；中、低级路面为1.3；
Ab基层类型系数，对于半刚性基层为1.0;
Ne：设计年限内一个车道上的累计当量轴次数6810279次。
2、土基回弹模量的确定
按路基土类与干湿类型，确定该路段土基弹性模量。
2.1由原始材料可知：路床表面至地下水位的高度H= 2.2 m，土地区所在的自然区为Ⅱ2，地段地质组为泥质砂岩，夹石英砂岩，上覆亚黏土。查万德臣编著的《路基路面工程》第19页表2.2.4得 2.7 m〉 H 〉2.0 m，土基的干湿类型属中湿类型。查表2.2.2得土的稠度约为1.05。由表16.6.2“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值为28.0ＭＰ
3.结构组合与材料的初选定
因为设计年限内一个车道上的累计当量轴次数约为700万次左右，路面结构面层采用沥青混凝土（15cm），基层采用二灰稳定集料（？），底基层采用石灰土（25cm）
---------------------------------------
面层 沥青混凝土 15cm
-----------------------------------------
基层 二灰稳定集料 ？
-----------------------------------------
底基层 石灰土25cm
-----------------------------------------
拟订路面组合与厚度为
----------------------------------------
细粒式沥青混凝土 4 cm
-----------------------------------------------
中粒式沥青混凝土 5 cm
-----------------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 6 cm
----------------------------------------------
石灰粉煤灰碎石 ？
---------------------------------------------
石灰土 25cm
-----------------------------------------

4、各层材料抗压模量与劈裂强度的确定
查万德臣编著的《路基路面工程》第342页表16.6.5，得到各种材料的抗压模量和劈裂强度，见下表：
材料
名称
沥青针入度/（0.1mm）
抗压模量/MPa
劈裂强度/MPa
20℃
15℃
细粒式密级配沥青混凝土
≤90
1400
2000
1.4
中粒式密级配沥青混凝土
≤90
1200
1800
1.0
粗粒式密级配沥青混凝土
≤90
1000
1400
0.8
石灰粉煤灰碎石
——
1500
1500
0.65
石灰土
——
550
550
0.23
5.相关设计指标的确定
对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。
1） 设计弯沉值
= 25.79 (0.01 mm)
2)各层材料的容许层底拉应力为
相关公式见万德臣编著的《路基路面工程》第371页

其中， : 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期（MPa） ：抗拉强度结构系数 ； Aa：沥青混凝土级配类型系数 细、中粒式沥青混凝土为1.0；粗粒式为1.1 ； Ac ：公路等级系数 ，二级公路取1.10； Ne=6810279 次（用于沥青混凝土面层的计算） ；=次（用于半刚性材料的计算）
细粒式、中粒式密集配沥青混凝土Ks

粗粒式密集配沥青混凝土Ks

石灰粉煤灰碎石Ks

石灰土Ks

带入公式计算其容许拉应力。
细粒式沥青混凝土：

中粒式沥青混凝土：

粗粒式沥青混凝土：

石灰粉煤灰碎石

石灰土

6、设计资料总结：
材料
数值
厚度/cm
20℃模量/MPa
15℃模量/MPa
劈裂强度/MPa
容许拉应力/MPa
细粒式密级配沥青混凝土
4
1400
2000
1.4
0.49
中粒式密级配沥青混凝土
5
1200
1800
1.0
0.39
粗粒式密级配沥青混凝土
6
1000
1400
0.8
0.25
石灰粉煤灰碎石
？
1500
1500
0.65
0.33
石灰土
25
550
550
0.23
0.09
7、确定石灰粉煤灰碎石层厚度
运用HPDS2003公路路面设计程序系统进行计算。
计算机计算成果如下
**************************
*新建路面设计成果文件汇总*
**************************
轴轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量
1 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 710
2 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 458
3 跃进NJ131 20.2 38.2 1 双轮组 687
4 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 126
5 太脱拉138 51.4 80 2 双轮组 <3 79
6 三湘CK6560 13 25.6 1 双轮组 1211
7 金陵JL6121S 48.3 50.2 2 双轮组 >3 321

设计年限 15 车道系数 .5 交通量平均年增长率 7 ％

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1486
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 6814865

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 : 1127
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 5168475

公路等级 高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值 : 25.8 (0.01mm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa)
1 细粒式沥青混凝土 1.4 .49
2 中粒式沥青混凝土 1 .35
3 粗粒式沥青混凝土 .8 .25
4 石灰粉煤灰碎石 .65 .34
5 石灰土 .23 .09
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 : 25.79 (0.01mm)
路面设计层层位 : 4
设计层最小厚度 : 15 (cm)

层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .49
2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 .39
3 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1400 .25
4 石灰粉煤灰碎石 ? 1500 1500 .33
5 石灰土 25 550 550 .09
6 土基 36

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 25.79 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 28 (0.01mm)
H( 4 )= 25 cm LS= 24.8 (0.01mm)

H( 4 )= 23.5 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 4 )= 23.5 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 23.5 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 23.5 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 23.5 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 23.5 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度 :
H( 4 )= 23.5 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 23.5 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,
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
-----------------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 6 cm
----------------------------------------------
石灰粉煤灰碎石 24 cm
---------------------------------------------
石灰土 25cm
-----------------------------------------

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

层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应力
2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 计算应力
3 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1400 计算应力
4 石灰粉煤灰碎石 24 1500 1500 计算应力
5 石灰土 25 550 550 计算应力
6 土基 36

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= 25.4 (0.01mm)
第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.1 (0.01mm)
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.8 (0.01mm)
第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 36.7 (0.01mm)
第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 111.3 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS= 258.8 (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 σ( 1 )=-.219 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.082 (MPa)
第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.035 (MPa)
第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .124 (MPa)
第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .074 (MPa)
通过计算机设计得到确定石灰煤渣矿渣层的厚度为24cm，实际路面结构的实测弯沉值为25.4cm（0.01mm）〈25.8cm，沥青面层的层底均受压应力，石灰粉煤灰碎石底面的最大拉应力为0.124Mpa<0.33Mpa，石灰土层层底的拉应力为0.074Mpa<0.09Mpa，上述计算结果均满足设计要求。最终验算通过确定采用该路面结构方案。

二、新建水泥混凝土路面设计
1.交通分析
由万德臣编著的《路基路面工程》417页表18.3.2，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。由418页表18.3.4，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.39。交通量的年增长率为9%，按式（18.3.5）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
Ne= Ns1+γt-1×365γη
Ne= 23201+9%20-1×3659%0.39
=16029284（次）
属于重交通
2.初拟路面结构
由万德臣编著的《路基路面工程》417页表18.3.2，相应于安全等级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异等级，根据表18.3.5，初拟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0.18m。垫层为0.15m石灰粉煤灰稳定土。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。
3.路面材料参数的确定
按万德臣编著的《路基路面工程》420页表18.3.6，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0 MPa，相应弯拉弹性模量标准值为30 GPa
路基回弹模量取30 MPa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600 MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300 MPa。
按万德臣编著的《路基路面工程》419页（式18.3.6）计算基层顶面当量回弹模量如下：
Ex= h12E1+h22E2h12+h22
=1300×0.182+600×0.1520.182+0.152 MPa
=1013 MPa
Dx= E1h13+E2h2312+h1+h2241E1h1+1E2h2-1
=1300×0.183+600×0.15312+0.18+0.152411300×0.18+1600×0.15 MN·m
=0.57MN·m
hx=12DxEx1/3
=312×2.57/1013 m
=0.312 m

MPa
普通水泥混凝土面板的相对刚度半径按式（18.3.20）
m
4、荷载疲劳应力
按式（18.3.19），标准轴载在临界荷位产生的荷载应力计算为：
MPa
接缝传荷能力的应力折减系数kr=0.87考虑设计基准期内疲劳作用的疲劳应力系数kf=。根据公路等级，由表18.3.10，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合的因素 kc=1.20，
MPa
5、温度疲劳应力
由表（18.3.11），Ⅲ区最大温度梯度取95℃/m，板长为5m，l/r=5/0.699=7.15，由图18.3.2可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=0 .66。

按式（18.3.21），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：
Mpa
温度疲劳应力系数 ，查表（18.3.12）得自然区 Ⅲ区的回归系数a=0.855、b=0.041、c=1.355 按式（18.3.23）计算为：

再由式（18.3.22）计算温度疲劳应力为：
（Mpa）
6、应力复核
查表18.3.2，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%，再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表18.3.13，确定可靠度系数γr=1.08。
按式（3.0.3）

因而，所选混凝土面层厚度（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。

说明 ：若非特别指出，该设计过程中所用到的公式和表格都来之《公路水泥混凝土路面设计范》（JTG D40-2002）

三 、旧路（沥青混凝土路面）改建设计
轴轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量
1 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 520
2 交通SH141 25.55 55.1 1 双轮组 1200
3 太脱拉138 51.4 80 2 双轮组 <3 360
4 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 220

设计年限 12 车道系数 0.5 交通量平均年增长率 10 ％

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1291
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 5038298

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 : 858
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3348458

公路等级 二级公路

公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值 : 30.1 (0.01mm)

层位 结构层材料名称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa)
1 中粒式沥青混凝土 1 0.41
2 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.3
3 水泥稳定碎石 0.5 0.3

改建路段原路面当量回弹模量计算

原路面实测弯沉值(0.01mm)
158 110 160 154 138 97 81 137 75 56
95 83 150 139 136 59 141 82 145 77
144 146 149 69 89 78 93 73 60 79
146 97 89 85 67 96 56 78 89 90
101 69 90 80 70

原路面有效弯沉数 : 45
原路面平均弯沉值 : 101 (0.01mm)
原路面弯沉值标准差 : 33 (0.01mm)

测定汽车轴载 100 kN

改建公路等级 二级公路
保证率系数 1.5
原沥青面层厚度 10 (cm)
测定时路表温度与测定前5d日平均气温的平均值之和 85 (℃)
原路面基层类型 : 粒料类或沥青稳定类基层

季节影响系数 1.2 湿度影响系数 1 温度修正系数 .75

原路面计算弯沉值 : 135 (0.01 mm)

原路面当量回弹模量 : 121.5 (MPa)
改建路面补强厚度计算
公 路 等 级 : 二级公路
加铺路面的层数 : 3
标 准 轴 载 : BZZ-100
路面设计弯沉值 : 30.1 (0.01mm)
路面设计层层位 : 3
设计层最小厚度 : 15 (cm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)
(20℃) (15℃)
1 中粒式沥青混凝土 4 1200 1800 .41
2 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1400 .3
3 水泥稳定碎石 ? 1500 1500 .3
4 改建前原路面 40

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 30.1 (0.01mm)
H( 3 )= 35 cm LS= 31.1 (0.01mm)
H( 3 )= 40 cm LS= 26.9 (0.01mm)

H( 3 )= 36.2 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 3 )= 36.2 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 3 )= 36.2 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 3 )= 36.2 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度 :
H( 3 )= 36.2 cm(仅考虑弯沉)
H( 3 )= 36.2 cm(同时考虑弯沉和拉应力)
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:

---------------------------------------
中粒式沥青混凝土 4cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 6 cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石 36 cm
---------------------------------------
改建前原路面
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公 路 等 级 : 二级公路
加铺路面的层数 : 3
标 准 轴 载 : BZZ-100

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息
(20℃) (15℃)
1 中粒式沥青混凝土 4 1200 1800 计算应力
2 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1400 计算应力
3 水泥稳定碎石 36 1500 1500 计算应力
4 改建前原路面 40

计算改建路面各加铺层顶面竣工验收弯沉值 :

第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 30.1 (0.01mm)
第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.8 (0.01mm)
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 39.8 (0.01mm)

计算改建路面各加铺层底面最大拉应力 :

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.236 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.096 (MPa)
第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )= .167 (MPa)

四.相关图纸

五.设计心得体会

一周的课程设计，很快就要结束了。在这里我感到我学到了很多东西，同时认识到了自己的很多不足。
我学会了有关于沥青路面的设计以及用计算机计算的步骤，学会了设计水泥混凝土路面和沥青路面的补强设计。再设计过程中我发现自己有好多的不足，对于很多的公式都不能熟练运用，在画图的时候，大家都在用CAD画图，他们用的很熟练，而我用的很陌生，我几乎从没有练习过CAD，所以用的很不熟练，作为新一代的大学生，信息时代的材料学生，不能熟练运用CAD令我感到很是羞愧。书到用时方恨少，平时虽然认真学习，但是一实际运用就看出了问题。设计的时候才发现原来以前都是是是而非，似懂非懂。而且自己的实践经验也少的可怜，于是在设计过程中在对材料的选用，结构的选用上都有很多不合理的地方。所以作为新一代的大学生，作为处于信息时代的大学生，我们要不断学习，不断充实自己，将自己学到的理论与实际相结合，做到真正的技术性学术人才。跟上时代的脚步，做新一代的技术性人才。
目 录
第一章 总论 1
一、项目概况 1
二、项目提出的理由与过程 6
三、项目建设的必要性 8
四、项目的可行性 12
第二章 市场预测 15
一、市场分析 15
二、市场预测 16
三、产品市场竞争力分析 19
第三章 建设规模与产品方案 22
一、建设规模 22
二、产品方案 22
三、质量标准 22
第四章 项目建设地点 25
一、项目建设地点选择 25
二、项目建设地条件 25
第五章 技术方案、设备方案和工程方案 28
一、技术方案 28
二、产品特点 30
三、主要设备方案 32
四、工程方案 32
第六章 原材料与原料供应 35
一、原料来源及运输方式 35
二、燃料供应与运输方式 35
第七章 总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程 37
一、总图布置 37
二、 运输 38
三、总体布局 38
四、公用辅助工程 39
第八章 节能、节水与安全措施 44
一、主要依据及标准 44
二、节能 44
三、节水 45
四、消防与安全 45
第九章 环境影响与评价 47
一、法规依据 47
二、项目建设对环境影响 48
三、环境保护措施 48
四、环境影响评价 49
第十章 项目组织管理与运行 50
一、项目建设期管理 50
二、项目运行期组织管理 52
第十一章 项目实施进度 55
第十二章 投资估算和资金筹措 56