路基路面工程课程设计(沥青混凝土路面).doc

某一级公路路面综合设计

目 录
第一章
1.1基本设计资料……………………………………………………3
第二章
2.1轴载分析…………………………………………………………3
2.2轴载换算…………………………………………………………4
2.3结构组成与材料选取……………………………………………7
2.4各层材料的抗压模量和劈裂强度………………………………8
2.5设计指标的确定…………………………………………………8
2.6利用弯沉法计算路面结构呈厚度………………………………9
2.7利用结构层的层底拉应力计算路面结构层的厚度……………11
2.8确定路面结构……………………………………………………11
2.9防冻厚度检验……………………………………………………12
第三章
3.1交通量分析………………………………………………………12
3.2路面结构及材料参数……………………………………………13
3.3应力计算…………………………………………………………15
3.4防冻厚度检验……………………………………………………16
3.5接缝设计…………………………………………………………16
参考文献………………………………………………………………18

第一章 设计资料
1.1基本设计资料
该路面设计使用年限20年，交通量年平均增长率为8.7%，车道系数为η=0.5，该路段处于中国公路自然区划分区，路面宽度B=24.5ｍ，行车道为四车道2×7.5ｍ，此公路设有一个收费站，且处于中湿路段，要求收费站采用水泥混凝土路面，其他路段采用沥青混凝土路面，路基土为粉质中夜限土，潮湿路段，E。=19mpa，一中湿路段E。=30mpa，沿线有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供应。
表1-1 交通组成及交通量表
车型
双向交通量
解放CA340
461
解放CA10B
675
黄河JN150
55
长征XD250
535
依土兹TD50
1715
菲亚特650E
475
太脱拉138
12

第二章 沥青路面设计
2.1轴载分析
我国沥青路面设计以双轮组轴载100KN为标准轴载，表示为BZZ-100标准轴载计算参数如（表2-1）：
表2-1 标准轴载计算参数
标准轴载
BZZ-100
标准轴载
BZZ-100
标准轴载P（KN）
100
单轮传压面当量圆直径d(cm)
21.3
轮胎接地压强（MPa）
0.7
两轮中心距（cm）
1.5d
2.2轴载换算
1.（1）当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时，凡是轴载大于25KN的各级轴载（包括车辆的前后轴载）的作用次数，应按下式换算或标准轴载P的当量作用次数N

N-标准轴载的当量轴次
-被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）
p-标准轴载p=100KN
-轴数系数，当轴间距大于3m时，接单独的一个轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按式=1+1.2（m-1）计算，其中m是轴数。
-轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
表2-2 轴载换算结果
车型

(次/日)

解放CA340
前轴
22.10
1
1
461
0.65
后轴
56.60
1
1
461
38.77
解放CA10B
前轴
19.40
1
1
675
0.54
后轴
60.85
1
1
675
77.77
黄河JN150
前轴
49.00
1
1
55
2.47
后轴
101.60
1
1
55
58.93
长征XD250
前轴
37.80
1
1
535
7.77
后轴
2×72.60
1
1
535
2709.62
依土兹TD50
前轴
42.20
1
1
1715
40.21
后轴
90.00
1
1
1715
1084.47
菲亚特650E
前轴
33.00
1
1
475
3.82
后轴
72．00
1
1
475
113．79
太脱拉138
前轴
51.40
1
1
12
203.95
后轴
2×80.00
2.2
1
12
203.95

4343.42
（2）设计年限内一个车道上的累积量轴次

-设计年限内一个车道的累计当量次数
t-设计年限，由基本设计资料知t=20年
-设计端竣工后一年双向日平均当量轴次
-设计年限内的交通量平均日增长率，由基本设计资料知=0.087
-车道系数，由基本资料知=0.5

2．当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡是轴载大于50KN的各
级轴载（包括车辆前后轴），的作用次数 应按下式换算成
标准轴载p的当量作用次数N

-轴数系数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此
时轴数系数为1，当轴间距小于3m时，双轴或多轴的组数
系数按式=1+2（m-1）计算，其中m为轴数。
-轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1，四轮组为0.09。

表2-3 轴载换算结果
车型
（KN）

(次/日)

解放CA340
后轴
56.60
1
1
461
4.86
解放CA10B
后轴
60.85
1
1
675
12.69
黄河JN150
后轴
101.60
1
1
55
62.45
长征XD250
后轴
2×72.60
1
1
535
10570.29
依土兹TD50
后轴
90.00
1
1
1715
738.25
菲亚特650E
后轴
72.00
1
1
475
34.30
太拖拉138
前轴
51.40
1
1
12
0.06
后轴
2×80.00
3
1
12
1546.19

12969.09
累计当量轴次的计算
次
2.3结构组成与材料选取
由上面的计算得到涉及年限内一个车行道上的累计标准轴载次
数大于5255万次，属于特重交通。根据规范推荐结构，考虑到公路
沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，路面结构层采用沥青混凝
土（18cm），基层采用水泥碎石（厚度待定），底层采用石灰土（35cm），
采用三层式沥青混凝土面层，表面采用细粒式密级配沥青混凝土（
4cm），中间面层采用中粒式密级配沥青混凝土（6cm），下面层采用
粗粒式密级配沥青混凝土（8cm）。
2.4各层材料的抗压模量和劈裂强度
土基回弹模量的确定可查表，各层材料的抗压模量和劈裂强度，
由规范查得，以路面设计值计算路面结构厚度时，采用20℃的抗压
模量，验算底层拉应力是用15℃的抗压模量为标准温度。各层材料
的抗压模量和劈裂强度如表2-4
表2-4 各层材料的抗压模量和劈裂强度
层次
材料名
厚度（cm）
抗压回弹模量
强度劈裂（Mpa）
15℃模量
20℃模量
①
细粒式沥青混凝土
4
2000
1589
1.2
②
中粒式沥青混凝土
6
1800
1215
1.0
③
粗粒式沥青混凝土
8
1200
868
0.8
④
石灰水泥综合稳定碎石
？
3600
1624
0.6
⑤
二灰土
35
2400
715
0.3
⑥
土基
-
30
36
-
2.5设计指标的确定
2.5.1设计弯沉值
公路为一级，其等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层
类型整体系数也取1.0，半刚性基层总厚度大于20 cm，基层类型

-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
2.5.2各层材料容许拉应力
1.各层材料容许层底拉应力，按下列公式计算：

-路面结构层材料的容许拉应力（Mpa）
-沥青混凝土和半刚性材料的极限劈裂强度（Mpa），对沥青混凝
土是15℃的劈裂强度，二灰稳定类材料龄期为180天劈裂强
度
-抗拉强度结构系数
对无机结合料稳定类集类：
对沥青混凝土面层：
对无机结合料稳定类：
（1） 细粒式密级配沥青混凝土：
（2） 中粒式密级配沥青混凝土：
（3） 粗粒式密级配沥青混凝土:
（4） 石灰水泥综合稳定碎石:
（5） 石灰土：

2.6利用弯沉法计算路面结构层厚度
h１=4cm E1=1589Mpa h1=4cm E1=1589Mpa
h2=6cm E2=1215Mpa
h3=8cm E3=868Mpa H=? E2=1215Mpa
h4=? E4=1624Mpa
h5=35cm E5=715Mpa
E0=36Mpa E0=36Mpa
2.6.1确定理论弯沉系数

2.6.2确定设计层厚度
h/δ=4/10.65=0.376 =1215/1589=0.76
由三层体系表面弯沉系数诺模图查得α=6.8
h/δ=4/10.65=0.376 =36/1215=0.03
查表得=1.42
因此=4.5/(6.8×1.42)=0.466
又因为,经查诺模图H/δ=5.6 H=10.65×5.6=59.64

则=16.48 cm，所以取20 cm。
2.7利用结构层的层底拉应力计算路面结构层厚度
h１=4cm E1=1589Mpa
h2=6cm E2=1215Mpa
h3=8cm E3=868Mpa h=? E1=1624Mpa
h4=? E4=1624Mpa
h5=35cm E5=715Mpa H=35cm E2=715Mpa
E0=36Mpa E0=36Mpa

H/δ=35/10.65=3.29 =36/715=0.05
由三层连续体系中层底面拉应力系数诺模图查得=0.24
=715/1624=0.44 H/δ=35/10.65=3.29
由三层连续体系中层底面拉应力系数诺模图查得=1.09
由拉应力计算公式σ=P求得 由三层连续体系中层底面拉应力系数诺模图查得h/δ=3.1,即h=10.65×3.1=33.015cm。而
所以=33.015-15=18.015cm，可取20cm。
2.8确定路面结构
所以，最后路面结构层采用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，20cm水泥稳定碎石基层，35cm水泥石灰砂砾土层。
2.9防冻厚度检验
因路面结构总厚度为73cm，最小防冻层厚度为70cm,可不考虑防冻层。
第三章 普通水泥混凝土路面设计
因为路中设有一收费站，要求采用水泥混凝土路面，故进行普通水泥混凝土路面设计。
3.1交通量分析
3.1.1标准轴载与轴载换算
我国公路水泥混凝土路面设计规范规定的汽车轴重为100KN的单中轴落载作为设计标准轴载，表示为BZZ-100，凡是前后轴载大于40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数。

-100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数
-单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重（KN）
-各类轴型i级轴载的作用次数
-轴-轮型系数，单轴-双轮组时=1；双轴-双轮组按式计算，三轴-双轮组时按式计算。
表3-1 交通参数
车型
（KN）

解放CA10B
前轴
19.40
1
675
-
后轴
60.85
1
675
0.24
黄河JN150
前轴
49.00
1
55
-
后轴
101.60
1
55
70.90
长征XD250
前轴
37.80
1
535
-
后轴
2×72.60

535
0.75
依土兹TD50
前轴
42.20
1
1715
0.00
后轴
90.00
1
1715
317.79
菲亚特650E
前轴
33.00
1
475
-
后轴
72.00
1
475
2.48
太脱拉138
前轴
51.40
1
12
0.00
后轴
2×80.00

12
0．08
解放CA340
前轴
22.10
1
461
-
后轴
56.60
1
461
0.05
ΣN
392.29
3.1.2设计基准期内混凝土面板临界荷载所承受的标准轴载累计当量作用次数Ne

3.2路面结构及材料参数
3.2.1初拟路面结构
由于次，故属于重交通。面层：由规范查得推荐厚度25cm，长度5m，宽为3.75m。基层：采用水泥稳定材料20cm。垫层：采用天然砂砾20cm。
3.2.2确定材料参数
1.由上可知，交通量为3541665.552次，为重交通，其混凝土弯拉强度为5.0Mpa，混凝土弯拉弹性模量为31Gpa，拉压强度为41.8Mpa，拟定结果如下图：
面板25cm E=29Gpa
水泥稳定材料20cm E1=1300Mpa
天然砂砾20cm E2=600Mpa
2.计算基层顶面的当量回弹模量
Et
水泥稳定材料（20cm） E1=1300Mpa
天然砂砾（20cm） E2=600Mpa
基层顶面的当量回弹模量：

则
普通混凝土面层的相对刚度半径
3.3应力计算
3.3.1计算荷载疲劳应力
荷载疲劳应力:

设纵缝为拉杆的平缝，接缝传递能力的应力折成系数=0.87，考虑基准期内荷载应力累积疲劳应力系数根据公路等级，由表16-24考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，则：
=0.87×2.4×1.25×1.03=2.69Mpa
3.3.2计算温度疲劳应力
由规范查得区最大温度梯度取88℃/m，板长5m，L/r=5/0.74=6.76，h=0.25，=0.63，温度疲劳应力;
-混凝土的温度线膨胀系数（1/℃），通常可取/℃
-最大温度梯度，=88℃/m
-综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数
-最大温度梯度时土板的温度翘区应力（Mpa）

由规范得：a=0.828 b=0.041 c=1.323
则： 式中:a，b，c为回归系数

3.3.3检验初拟路面结构
由规范查得，一级路面的安全等级为二级，取相应于二级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为90%。由规范确定目标可靠度系数，（5.0Mpa）满足要求。
3.4防冻厚度检验
由规范知，水泥混凝土路面房东厚度50cm，路面总厚度25+20+20=65cm>50cm满足要求。
3.5接缝设计
为避免由温度产生的应力破坏，故在混凝土板中设置横缝与纵缝，此路为特重交通，故缝中设拉杆，拉杆长50cm，直径22cm，每隔40cm设置一个。
1.横向胀缝：缝隙宽0.2cm，缝隙上部5cm，深度内浇填缝料，拉杆的半段固定在混凝土内，另一半涂以沥青，套上约10cm的塑料套筒，筒底与杆端之间留有3cm的空隙，用木屑与弹性材料填充。
2.横向缩缝：缩缝采用假缝，缩缝缝隙宽0.5cm，深度为5cm。
3.施工缝:施工缝采用平口缝构造形成，缝上部深为5cm，宽为0.5cm的沟内浇灌填料缝。
4.横缝的布置：缩缝间距为4.5cm，在沥青混凝土路面和水泥混凝土路面间设置胀缝。
5.在平行于行车方向设置纵缝，缝间距3.75cm，设置为企口缝带拉杆形式，上部留有0.5cm的缝隙，其内部浇填缝料，内设拉杆。长度如前纵缝与横纵缝做成垂直正交，使混凝土板具有90°的角隅。

参考文献

1.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
2.《公路水泥混凝土路面设计规范》
3.《公路沥青路面设计规范》
4.《公路路基设计手册》

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