路路基路面课程设计.doc

目录1.路基路面工程课程设计任务书31.1设计资料31.2设计要求42.轴载计算42.1情况说明42.2轴载换算42.2.1以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次42.2.2验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次62.2.3累计交通轴次综合表73初拟路面结构74路面材料配合比设计和设计参数的确定84.1沥青材料抗压回弹模量的确定84.2半刚性极其他材料抗压回弹模量的确定94.3材料劈裂强度的测定95验算拟定方案105.1计算弯沉值105.1.1设计弯沉值105.1.2各层材料按容许层底拉应力105.2计算方案验算125.2.1验算方案一125.2.2验算方案二175.2.3验算方案三206方案比对236.1各层材料价格236.2方案对比选择236.3每公里造价概算237心得体会24参考文献251.路基路面工程课程设计任务书1.1设计资料 华北某地（II4）拟建一级公路，全长40km（K0k40），除由于 K31150k33350路段纵坡较大（一般为5%左右），采用沥青类路面，有关资料如下： （ 1）公路技术等级为一级公路，路基宽度为25.5m，其路幅划分为2.0m（中央分隔带）+20.75(路缘带)+223.75m(行车道)+23.0m（硬路肩）+20.50（土路肩）。（2）交通状况，经调查交通量为4100辆/日，交通组成如表2所示，交通量年平均增长率= 5%。 交通组成 表1黄河JN150解放 CA10B东风EQ140太脱拉138小汽车25%50%15%3%7%汽车参数 表2 车 型总重(KN)载重(KN)前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轮轮组数前轮轮组数轴 距(cm)JN150150.682.649101.6l双单CA10B80.254019.4060.851双单EQ14092.9050.0023.7069.201双单太脱拉138211.4120.0051.402802双单132 （ 3）路基土质为粘性土，干湿状态为潮湿，道路冻深为160cm。 1.2设计要求（1）根据自然区划、土基类型等确定土基回弹模量； （2）计算设计年限内一个车道的当量轴载作用次数及设计弯沉值； （3）根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料的级配类型）； （4）拟定路面结构，并说明选用该种路面结构的原因；确定材料参数； （5）计算或验算路面结构层厚度；拟定几种沥青路面厚度，采用计算机计算，分析沥青面层变化对基层厚度的影响，基层厚度变化对底基层厚度的影响； （6）绘制路面结构图； （7）编写设计说明书。 2.轴载计算2.1情况说明新建一级公路为双向四车道（车道系数0.50），拟定采用沥青路面结构进行施工图设计，处于区，沿线为黏性土，稠度0.91。设计路段路基处于潮湿状态，黏性土，运用查表法确定土基回弹模量，设计值为28Mpa和30Mpa. 2.2轴载换算 标准轴载计算参数（BZZ-100） 2.2.1以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次轴载换算采用如下的计算公式： 计算结果如表1所示表1 轴载换算结果表（弯沉）车型黄河JN150前轴491.06.41025294.61后轴101.61.01.010251098.25解放CA10B前轴19.041.06.420509.65后轴60.851.01.02050236.20东风EQ140前轴23.701.06.46157.50后轴69.201.01.0615123.98太脱拉138前轴51.41.06.412343.53后轴802.21.0123102.51总和1916.23注：小于25KN的轴载不计。累计当量轴次。（换算结果上入取整，取1317）根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，双向四车道的车道系数是0.40.5,取0.5，交通量平均增长系数5%。=7549314次式中： Ne 设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次（次）； t 设计年限（年）； N1 路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）； 设计年限内交通量的平均年增长率(%)； g 车道系数。双车道有分隔取0.5。 h2.2.2验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为计算结果如表2所示。表2 轴载换算结果表（弯沉）车型黄河JN150前轴491.018.5102563.02后轴101.61.01.010251163.79解放CA10B前轴19.041.018.520500.07后轴60.851.01.0205038.53东风EQ140前轴23.701.018.56150.11后轴69.201.01.061532.34太脱拉138前轴51.41.018.512311.09后轴803.01.012361.91总和1370.85累计当量轴次（换算结果上入取整，取1371）=5399118次2.2.3累计交通轴次综合表 表3-1换算方法弯沉值和沥青层的层底拉力半刚性材料的层底拉力累计交通轴次7549314次5399118次3初拟路面结构细粒式沥青混凝土最小厚度2.5cm； 中粒式沥青混凝土最小厚度4cm； 粗粒式沥青混凝土最小厚度5cm； 沥青石屑最小厚度 1.5cm； 沥青碎石混合料2.5cm。华北4区是地处东部温湿季冻区，该地区的突出问题是冻胀和翻浆。因此路基路面结构组合设计中，应使路基填土高度符合要求，结合当地自然条件，应采取隔温、排水、阻断毛细水上升，以防止冻胀翻浆。利用水温性冻稳性好的材料做路面的基层，在水文土质不良的路段，可设置排水垫层，促进水排出，提高路基路面整体强度。另外，该地区缺乏砂石材料，所以在选择材料时，应该尽量避免这类材料的选用。为了避免这个缺点，一般采用稳定土基层。结合已有工程经验与经典构造，拟定了三个结构方案，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与各厚度如下：方案一：_3cm细粒式沥青混凝土；7cm粗粒式沥青混凝土；25cm石灰粉煤灰碎石； +？cm石灰粉煤灰土； 基层28MPa与30 MPa 方案二：_4cm细粒式沥青混凝土；6cm粗粒式沥青混凝土；25cm水泥稳定石； ？cm石灰土； 基层28MPa与30 MPa 方案三_4cm中粒式沥青混凝土；6cm粗粒式沥青混凝土；25cm水泥粉煤灰碎石； ？cm石灰土； 基层28MPa与30 MPa 4路面材料配合比设计和设计参数的确定4.1沥青材料抗压回弹模量的确定 根据路基路面表14-15等拟定20和15的抗压回弹模量 沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值 表4-1材料名称20抗压回弹模量（Mpa）15抗压回弹模量（Mpa）方差方差细粒式沥青混凝土19871991578266533919883362粗粒式沥青混凝土97254861131559118714294.2半刚性极其他材料抗压回弹模量的确定根据路基路面表14-16和相关计算拟定材料抗压回弹模量，见表4-2 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 表4-2材料名称抗压模量（Mpa）方差水泥稳定碎石318078016204750水泥石灰沙砾土159025010902090级配碎石4004.3材料劈裂强度的测定根据路基路面表14-15和表14-16确定材料劈裂强度，见表4-3 路面材料劈裂强度 表4-3材料名称细粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土石灰粉煤灰碎石水泥稳定碎石水泥粉煤灰碎石水泥石灰沙砾土石灰土劈裂强度1.20.80.60.60.50.250.255验算拟定方案5.1计算弯沉值5.1.1设计弯沉值公路为一级，则公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数取1.0。式中： 设计弯沉值 设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数 公路等级系数，一级公路为1.0 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 基层类型系数，半刚性基层为1.0所以 5.1.2各层材料按容许层底拉应力按下列公式计算： 式中 ： 路面结构材料的极限抗拉强度（Mpa）； 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）； 抗拉强度结构系数。 对细粒式沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数： 对粗粒式沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数： 对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数： 细粒式沥青混凝土： =1.4/2.59=0.54MPa粗粒式沥青混凝土： =1.4/2.85=0.28MPa石灰粉煤灰碎石：=0.6/1.79=0.35MPa水泥粉煤灰碎石： =0.5/1.79=0.29MPa水泥稳定碎石：=0.6/1.79=0.35MPa石灰土：=0.25/2.30=0.11 MPa石灰粉煤灰土：=0.25/2.30=0.11 MPa5.2计算方案验算5.2.1验算方案一回弹模量取28MPa表5-2-1 结构层容许弯拉应力材料名称（Mpa）（Mpa）细粒沥青混凝土1.42.590.54粗粒沥青混凝土0.82.850.28石灰粉煤灰碎石0.61.790.35石灰粉煤灰土0.252.300.111理论弯沉系数的确定式中： 当量圆半径；F 弯沉综合修正系数， 。因此： F=1.6328.5/2000/10.65 0.38(28/0.70) 0.36=0.50 =28.52000/(200010.650.70.50)=7.652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。h/=3/10.65=0.282 E2/E1=1200/2000=0.6；由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.24。h/=3/10.65=0.282 =28/1200=0.023；由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.08。又因为K2= /(K1）=7.65/（6.241.08）=1.14，=0.023，由上查表得：H/=5.72，H= 10.655.72=60.9由可知：H =16.87+1.7h4，因为H=60.9cm，可知h4=25.9cm，故取h4=26cm。如图所示： _ h1=3cm E1=2000MPa h2=7cm E2=1200MPa h3=25cm E4=1433MPa h4=26cm E5=750MPa E0 =28 MPa 沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算1沥青混凝土面层层底拉应力验算_ h1=3cm E1=2000MPa h2=7cm E2=1200MPa h3=25cm E4=1433MPa h4=25cm E5=750MPa E0 =28 MPa h=10.4H=25(1433/1433)1/0.9+25(750/1433)1/0.9=37.18cmh/=1/10.65=0.98 E2/E1=1433/1200=1.19查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知，故=0.32满足要求。2石灰粉煤灰碎石层层底拉应力验算_ h1=3cm E1=2000MPa h2=7cm E2=1200MPa h3=25cm E4=1433MPa h4=25cm E5=750MPa E0 =28 MPa h=34.96cm ， =25cm由H/=25/10.65=2.35, =28/750=0.04,查表得=0.291MpaH/=2.35, E2/E1=750/1433=0.52,查表得n1=2.10H/=3.286385, h/=34.96/10.65=3.28,查表得 n2=0.646由公式=P*n1 *n2得=0.7*0.291*2.10*0.646=0.276Mpa =0.35Mpa满足要求。3二灰土土层层底拉应力验算_ h1=3cm E1=2000MPa h2=7cm E2=1200MPa h3=25cm E3=1433MPa h4=25cm E5=750MPa E0 =28 MPa =34.96cm 由H/=2.43，=281200=0.023，可知=0.112Mpa； 由H/=2.43，E2/E1=750/1433=0.52，可知； 由H/=2.43，E2/E1=750/1433=0.52，h/=34.96/10.65=3.28，可知n2=0.646公式= P*n1 *n2得=0.70*0.112*0.646*2.47=0.128Mpa=0.11Mpa，不满足要求。调整二灰土厚度，26.5cm得=0.098Mpa满足要求 。25.9cm与26.5cm取大，得厚为27cm回弹模量取30MPa理论弯沉系数的确定式中： 当量圆半径；F 弯沉综合修正系数， 。因此： F=1.6328.5/2000/10.65 0.38(30/0.70) 0.36=0.51 =28.52000/(200010.650.70.51)=7.50采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/=3/10.65=0.282 E2/E1=1200/2000=0.6；由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.24。h/=3/10.65=0.282 =30/1200=0.025；由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.18。又因为K2= /(K1）=7.50/（6.241.18）=1.02，=0.025，由上查表得：H/=5.58，H= 10.655.58=59.4由可知：H =16.87+1.7h4，因为H=59.8cm，可知h4=24.4cm，故取h4=25cm。如图所示： _ h1=3cm E1=2000MPa h2=7cm E2=1200MPa h3=25cm E4=1433MPa h4=25cm E5=750MPa E0 =28 MPa 二灰土土层层底拉应力验算_ h1=3cm E1=2000MPa h2=7cm E2=1200MPa h3=25cm E3=1433MPa h4=25cm E5=750MPa E0 =28 MPa =34.96cm 由H/=2.43，=301200=0.025，可知=0.114Mpa； 由H/=2.43，E2/E1=750/1433=0.52，可知； 由H/=2.43，E2/E1=750/1433=0.52，h/=34.96/10.65=3.28，可知n2=0.646公式= P*n1 *n2得m=0.70*0.114*0.646*2.47=0.125Mpa=0.11Mpa，不满足要求。调整二灰土厚度，25.8cm得=0.1Mpa满足要求 。24.4cm与25.8cm取大，得厚为26cm同理其余二个方案同理 。5.2.2验算方案二回弹模量取28MPa 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)劈裂强度层底拉应力(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4140020001.4-0.2330.542粗粒式沥青混凝土6100012000.8-0.0960.283水泥稳定碎石25170017000.60.1230.354石灰土?7007000.250.1060.115土基28按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.5 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 31.6 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 28.5 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 25 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 25 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 25 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 57 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .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= 28.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.6 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 114.6 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 408.7 (0.01mm) LS= 332.7 (0.01mm)回弹模量取30MPa 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)劈裂强度层底拉应力(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4140020001.4-0.2330.542粗粒式沥青混凝土6100012000.8-0.0950.283水泥稳定碎石25170017000.60.1340.354石灰土?7007000.250.1070.115土基30按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.5 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 30.6 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 27.6 (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)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 57 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .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= 28.2 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 116.1 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 383.1 (0.01mm) LS= 310.5 (0.01mm)5.2.3验算方案三回弹模量取28MPa 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)劈裂强度层底拉应力(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4140020001.4-0.2330.542粗粒式沥青混凝土6100012000.8-0.090.283水泥粉煤灰碎石25156615660.50.1160.294石灰土?7007000.250.1050.115土基28按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.5 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 28.9 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 26.2 (0.01mm) H( 4 )= 25.7 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 25.7 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.7 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.7 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.7 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 25.7 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 25.7 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 57 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 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= 28.3 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.4 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 109 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 408.7 (0.01mm) LS= 332.7 (0.01mm) 回弹模量取30MPa 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)劈裂强度层底拉应力(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4140020001.4-0.2330.542粗粒式沥青混凝土6100012000.8-0.090.283水泥粉煤灰碎石25156615660.50.1180.294石灰土?7007000.250.1050.115土基30按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.5 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 31.1 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 28 (0.01mm) H( 4 )= 24.2 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 24.2 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 24.2 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 24.2 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 24.2 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 24.2 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 24.2 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 57 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .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= 28 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.2 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.5 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 110.3 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 383.1 (0.01mm) LS= 310.5 (0.01mm)6方案比对6.1各层材料价格 表6-1材料单位价格(元)细粒式沥青混凝土t450粗粒式沥青混凝土t400石灰粉煤灰碎石t98水泥t350 粉煤灰m3240碎石m328石灰m3200沥青t39006.2方案对比选择从经济方面考虑，可选取厚度最小的方案二、方案三、；方案三弯沉值（25.7mm）较大，方案一弯沉值（25.8mm）最大，刚度较小，影响使用寿命，方案一、经济投入更大；通过比较方案二和方案三，两方案沥青层厚度相同，方案二弯沉值小，从长远应用方面考虑，方案二最合适。6.3每公里造价概算按选定的方案二，其中，细粒式沥青混凝土密度为：2.351g/,粗粒式沥青混凝土密度为：2.384g/,水泥稳定类碎石中水泥含量为6%，密度为3g/,根据方案二可得：细粒式沥青混凝土每公里造价： 0.04*18*1000=720 600*2.351=1693t 1693*450=761850粗粒式沥青混凝土每公里造价：0.06*18*1000=1080 1080*2.384=2575t 2575*400=1030000水泥稳定类碎石每公里造价： 0.25*18*1000=4500 4500*6%*3=810 810*350=283500 4500*94%*28=118440石灰土每公里造价 ： 0.235*18*1000=4230 4230*200=846000由上可得每公里造价=761850+1030000+283500+118440+846000=30397907心得体会通过这次课程设计，使我对新建一级道路设计，有了大体程序的了解，这不但弥补了道路勘测课程设计，让我了解到路面结构的组成，面层、基层、底基层、公路面层类型的组成和材料要求等等；单独进行弯沉值考虑厚度要求；同时考虑弯沉和拉应力的厚度要求，通过学习这些知识使我可以完成这次课程设计，对大四的毕业设计甚至是以后工作的帮助也将是巨大的。另外，在这次课程设计中，也发现了我的不足之处。但通过自己不断的摸索，最终将课程设计完成，同时我学到了认真严谨的做事态度，在工作中应该细心而有耐心，结合实际，只有这样我们才能交给自己和社会一份满意的答卷。参考文献1 邓学钧，路基路面工程，人民交通出版社，2005；2 严家伋，道路建筑材料，人民交通出版社，2003；3 交通部行业标准，沥青路面设计规范JTGD50-2004，人民交通出版社，1997；4 交通部行业标准，公路工程技术标准JTG B01-2003，人民交通出版社，2004；5 交通部行业标准，公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004，人民交通出版社，2005；6交通部行业标准，公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002，人民交通出版社，2003；7交通部行业标准，公路路基设计规范JTG D30-2004，人民交通出版社，2005；8交通部第二公路勘察设计院主编路基（第二版）北京：人民交通出版社，1996。