路面工程课程设计

1、课程名称：路面工程设计题目： 路面设计 院 系： 土木工程 专 业： 铁道工程 年 级： 09级 姓 名： 高万林 学 号： 200912177 指导教师： 刘红坡 成 绩 指导教师 (签章)年 月 日目 录第1章 任务书和指导书11.1 设计任务书11.2 设计指导书21.2.1沥青路面设计的步骤21.2.2普通混凝土路面设计的步骤2第2章 沥青路面设计4第3章 普通水泥混凝土路面设计5参考文献6第1章 任务书和指导书1.1 设计任务书拟从昆明到攀枝花修建一条二级公路，所在地区的自然区划属v4区，采用沥青混凝土路面。已知资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平

2、均年增长率为r（见表1和表2）。沥青路面设计中，车道系数选用0.45。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。任务：可行性研究阶段，设计沥青路面和水泥混凝土路面各2种方案。表1 第一年双向平均日交通量车型前轴重（kn）前轴数前轴轮组数后轴重（kn）后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量（辆/日）黄河qd35249.81单95.81双-377交通sh-14123.01单282.52双2.6m397东风eq14425.701单290.12双3.1m437罗曼sq925150.01单3111.33双2.4m77 表2交通量以及年平均增长率学号末尾2位数kq1q2

3、q3q4r(%)00-33450-k440-k380-k80-k5.2+0.01k34-66400-k380-k400-k10+k5.9-0.01k67-99300+k320+k350+kk5.211.2 设计指导书设计按照我国现行的公路沥青路面设计规范jtg d502006和公路水泥混凝土路面设计规范jtg d402002进行。1.2.1沥青路面设计的步骤根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。 按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设

4、计值。（采用临界高度法）参考本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的材料设计参数。根据拉应力设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。高速公路、一级公路、二级公路路面结构，以弯沉和沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层的拉应力为设计指标。三级公路和四级公路路面结构，以弯沉为设计指标。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，选用极限抗拉强度高的材料，再重新计算，直到满足要求为止。对于季节性冰冻地区冰冻区各级公路的中湿、潮湿路段，应迸行防冻厚度

5、验算是否符合要求。进行技术经济比较，确定路面结构方案。1.2.2普通混凝土路面设计的步骤(1)收集并分析交通参数收集日交通量和轴载组成数据，确定方向系数和车道系数，进行标准轴载换算，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通分级，选定设计年限、交通量年平均增长率和轮迹横向分布系数，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。(2)初拟路面结构初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。(3)确定材料参数进行材料试验或查表确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，从而确定基层顶面的当量回弹模量。(4)计算荷载疲劳应力由应力计算图或公式得到标

6、准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数，按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按公路等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力。(5)计算温度疲劳应力由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划和tm/fr确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力。(6)检验初拟路面结构当荷载疲劳应力同温度疲劳应力之和与可靠度系数的乘积小于且接近于混凝土弯拉强度标准值时，则初选厚度可作为混凝土板的计算厚度。否则，应改选混凝土板厚度，拟定新的结构，重新计算，直到满足要求为止。第2章 沥青路面设计 (

7、1)、轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100kn为标准轴载 n=c1c2ni (pi/p)4.35车型前轴重轴数c1c2交通量n=c1c2ni (pi/p)4.35（pi /kn）（辆/日）黄河qd352前轴49.8116.4377115.9后轴95.812.21377690.8交通sh-141前轴231-3970后轴282.522.21397760.1 东风eq144前轴25.7116.44277.4后轴90.1111427272.5后轴90.1111427272.5罗曼sq9251前轴50111773.8后轴3111.333.40.6977885.7合计：n=c1c2ni (pi/p)4.

8、353008.7二级公路沥青路面的设计年限为12年 ，车道系数选用0.45 则累计当量轴次为：ne=ni=3008.70.45=7953766次半刚性层底拉应力验算车型pi/kn交通量（辆/日）n=c1c2ni (pi/p)8黄河qd352前轴49.8-0后轴95.811377268.88交通sh-141前轴23118.53970.057后轴282.531397513.7 东风eq144前轴25.7118.54270.15后轴90.131427558.9罗曼sq9251前轴50118.5775.70后轴3111.33.40.69771309.2n=c1c2ni (pi/p)82704n=ni=

9、27040.45= 7147552.次(2)、路面结构组合设计经计算，路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次为7.0x106次左右根据表12-1面层宜采用沥青混泥土，由于该路面的等级高，所以承受交通量较重，因此采用四层结构，即表面层采用5cm厚细粒式密级配沥青混泥土，中层采用6cm厚中粒式密级配沥青混泥土，下层采用8cm厚中粒式密级配沥青混泥土。基层采用水泥稳定碎石20cm和二灰土底基层（厚度待计算确定）。（3）、土基的回弹模量的确定该路处于v4区，路槽底距地下水高度平均1.0m+1.5m=2.5m，由上册表1-6知此高度大于h1(2.22.5m)属于中湿路基。由上册表1-4，取，查表128

10、得土基回弹模量mp（4）、各层材料的抗压模量、劈裂强度层位结 构 层 材 料 名 称20平均抗压模量(mpa)15平均抗压模量(mpa)1细粒式沥青混凝土140020002中粒式沥青混凝土120016003粗粒式沥青混凝土80012004水泥碎石25805二灰土300（5）、设计指标的确定设计弯沉按式（1233）计算，二级公路，取ac=1.1，面层为沥青混泥土，取=1.0，半刚性等于20cm取=1.0.设计弯沉ld=acasab=27.56（0.01mm）各验算层材料容许拉应力 细粒式沥青混泥土 =2.19=0.64 mp中粒式沥青混泥土 =2.19=0.54mp粗粒式沥青混泥土 =2.19=

11、0.36mp水泥碎石 =2.32=0.28mp二灰土 =2.32=0.13mp层位(mpa)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1.40.642中粒式沥青混凝土1.00.543粗粒式沥青混凝土0.80.364水泥碎石0.50.285二灰土0.30.1353计算结果 54 路面设计弯沉值(0.01mm) 27.5655 路面结构的实测弯沉值(0.01mm) 27.1840556 路面第 1层厚度(cm) 557 路面第 2层厚度(cm) 658 路面第 3层厚度(cm) 859 路面第 4层厚度(cm) 2060 路面第 5层厚度(cm) 19.0999961

12、设计控制层厚度(cm) 19.0999962 第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 27.1840563 实际路面结构第 1层底最大拉应力(mpa) 064 第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 31.0538465 实际路面结构第 2层底最大拉应力(mpa) 066 第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 30.2374167 实际路面结构第 3层底最大拉应力(mpa) 068 第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 29.3401269 实际路面结构第 4层底最大拉应力(mpa) .115484370 第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 32.5556

13、871 实际路面结构第 5层底最大拉应力(mpa) .106168972 土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 262.4076（6）计算二灰土层的厚度采用沥青路面设计程序，计算二灰土底基层厚20cm（可一次性层铺），此时路面结构路表实测弯沉值27.18 (0.01mm)，二灰土基层的层底最大拉应力为0.106mp，小于容许应力，因此路面厚度满足设计要求。第3章 普通水泥混凝土路面设计（1）轴载分析车型轴位轴重当量系数交通量（辆/日）标准轴次（次/日）黄河qd352前49.811.43e-050.0059193772.2后95.810.5033250.503325377190.76交通sh-

14、141前23576.5146.13e-113.54e-083970后282.58.1e-060.0921077.47e-073970.0002东风eq144前25.7549.6443.62e-101.99e-074270后290.18e-060.3772483e-064270.0012罗曼sq9251前50412.8531.53e-050.0063770.497后3111.32.4e-0816.635813.96e-07773.13e-05合计: 194（2）设计四车道使用初组准轴载日作用次数：=1940.50.9=87次/天=2821044次（3）交通等级的确定交通等级规范表交通等级交通等级

15、特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数（10次）2000100200031003由表中查的984353属于重等交通初拟定路面结构1.面层：面板的长5.0m、宽4.5m；确定接缝的间距，设置纵缝为设拉杆平缝接及横缝为传力杆假缝，面板的厚度参考规范选定查下表：面层厚度220mm。1、交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异等级低中低中低中低中面层厚度mm260250240270-240260-230250-220交通等级中等轻公路等级二级三、四级三、四级三、四级变异等级高中高中高中面层厚度mm240-210230-200220-200230220（2）初拟定路面结构基层类型的选定水泥稳

16、定粒料或沥青稳定碎石基层，基层厚度选用多空隙水泥稳定排水基层150mm（3）初拟路面结构垫层类型的选定以天然沙厚度150mm为垫层厚度3、初拟材料参数 取普通混泥土面层的弯拉强度标准值为5.0mpa，相应弯拉弹性模量标准值为30gpa路基回弹模量取30mpa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取200mpa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1500mpa。基层顶面当量回弹模量值： a =6.221-1.51 b =1-1.44基层顶面的当量回弹模量 基层和底基层或垫层的当量回弹模量路床顶面的当量回弹模量 、基层和底基层或垫层的当量回弹模量基层和底基层或垫层的当量的厚度 -基层和底基层或垫层的厚度基层

17、和底基层或垫层的当量弯曲刚度 a、b与/有关的回归系数ex= 294.36 dx= 0.23 =0.23 a=2.8 b=0.61 =30mpa =109 mpa100 mpa普通混泥土面层的相对刚对半径：4、计算荷载疲劳应力（1）计算荷载效应力 以标准轴载作用在板上的临界荷载位置计算在混泥土板底的最大拉应力。=0.077*=1.52mpa（2）设计基准期内的荷载疲劳应力系数=(9.84353*105 )0.057= 2.22（3）接缝传荷系数因为纵缝为设拉杆的平缝时，接缝传荷能力的应力折减系数综合系数综合系数公路等级高速公路一级公路二级公路三四级公路1.301.251.201.10 根据公路等级，考虑偏载和动载等因数对路面疲劳破坏影响的综合因数=1.20荷载疲劳效应计算为：=2.1951.201.437=3.19mpa5、温度疲劳应力：因为属于v4区规范：3.0.8水泥混泥土面层的最大温度梯度标准值tg，可按照公路所在地的公路自然区划分按下表选用：公路自然区ii、viiiiv、vivii最大温度梯度（）88-8390-9586-9293-98v4最大温度梯度标准值tg取88板长5m，=5/0.744=6.1由下图可查普通混泥土=0.63 =110-530000.22880.630.21/2=1.83mpa由此=0.631.83=1.15