路基路面课程设计—谢人杰

1、路基路面课程设计 谢人杰 20130460128 道路桥梁与渡河工程1班 指导老师：张天航专业：道路桥梁与渡河工程学生姓名： 谢 人 杰 指导教师： 张 天 航 完成时间：2016年7月3号 郑州大学水利与环境学院路基路面工程课程设计43目录1 路基路面工程课程设计任务书11.1 设计题目11.2 设计资料11.2.1 设计任务书要求11.2.2 气象资料11.2.3 地质资料与筑路材料11.2.5 设计标准21.3 参考书目31.4 提交成果31.5 时间安排41.6 设计要求42 公路技术等级的确定42.1 确定交通资料42.2 确定公路等级52.2.1 车辆折算系数52.2.2 交通量计

2、算63 沥青路面设计73.1 新建沥青路面厚度设计理论与步骤73.2 确定标准轴载累计交通量93.3 初步拟定路面结构类型103.4 路面结构类型计算113.4.1 方案一:柔性路面113.4.2方案二：半刚性路面183.5 方案比较选择264 刚性路面设计274.1 水泥混凝土路面设计理论274.2 交通分析274.3 初拟路面结构294.4路面材料参数的确定295 路基设计355.1 横断面设计355.1.1 路基宽度355.1.2 路基高度365.2 边坡坡度设计365.2.1 路堤边坡365.2.2 路堑边坡375.3 路基填料375.4 路基压实度385.5 排水设计395.5.1

3、路基排水设计405.5.2 路面排水设计415.5.3 中央分隔带排水415.6 防护措施416 设计总结417附图43 1 路基路面工程课程设计任务书1.1 设计题目某高速公路路面结构计算与路基、路面、排水设计1.2 设计资料1.2.1 设计任务书要求河南省某公路设计等级为高速公路，设计基准年为2015年，沥青路面设计年限为15年（水泥混凝土路面设计基准期30年），拟比选采用沥青路面结构或水泥混凝土路面，需进行路面结构设计，同时绘制路基、路面、排水等相关图纸。1.2.2 气象资料该公路处于5区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年气温平均在1414.5，一月份气温最低，月平均气温

4、为-101，七月份气温32左右，历史最高气温为40.5，历史最低气温为-17，年平均降雨量为525.4毫米658.4毫米，雨水多集中在69月份，约占全年降雨量50%以上。平均初霜日在11月上旬，终霜日在次年3月中下旬，年均无霜日为220天266天。地面最大冻土深度位50厘米，夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在3.0米/秒左右。1.2.3 地质资料与筑路材料路线位于山岭重丘区，调查及勘探中发现，该地区属第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲积、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂隙发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀

5、沉陷的可能。其它未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，可考虑用水泥稳定碎石作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30 MPa和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。1.2.4 交通资料根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表1所示，交通量年增长率如表2所示，不同车型的交通量参数见课本。表1 近期交通组成与交通量车型交通量（辆/日）车型交通量（辆/日）三菱FR4156001280江淮HF1506801100五十铃NPR595G6009

6、80东风SP9135B600820江淮HF140A800970五十铃EXR181L640870东风M3407501200小汽车700010000表2 交通量年增长率期限增长率（）期限增长率（）201520206.0202520304.5202020255.51.2.5 设计标准高速公路按照交通量确定车道数量，按照规范确定行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。计算行车速度推荐100Km/h，全线全封闭全立交。要求根据以上设计资料，首先确定路面的类型，然后至少两个方案进行比选，沥青路面计算确定路面的各层厚度，并验算层底弯拉应力指标，路面材料的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。本着因地制宜，就

7、地取材的原则，选择合理的路基横断面型式和边坡坡度，并采取有效地防护措施，确保路基的强度和稳定。本次设计最小填土高度为1.50m。路基横断面布置，包括一般填方，半填半挖，全挖和陡坡路堤断面，路基的设计参数详见教材和相关规范及设计手册。考虑路基和路面的排水问题，因未提供地形图，所以不进行排水的系统设计，但要设计路基边沟、排水沟和截水沟；路面采用中央分隔带排水和拦水带。1.3 参考书目1.路基路面工程和道路勘测设计教材2.公路工程技术标准JTG B01-20033.公路沥青路面设计规范JTG D50-20064.公路路基设计规范JTG D30-20045.公路水泥混凝土路面设计规范JTG D4013

8、-20026.公路设计手册及其它相关书籍7.公路排水设计规范JTGT D33-20121.4 提交成果1.设计计算书（手写或打印） 2.路面结构方案图 3.标准路基横断面设计图 4.道路排水设计图1.5 时间安排总时间为1.5周，共10天；其中包括讲授，计算，上机绘图与答疑辅导等环节，时间分配根据实际情况确定。一般情况安排： 1.设计准备及讲授1天 2.结构计算，方案比较2天 3.上机绘图4天 4.设计总结1天 5.整理计算书和设计文件1天 6.机动1天1.6 设计要求在规定的设计时间内认真、独立的完成课程设计，提交真实的设计成果，达到预定的学习目的，具体要求请参考设计指导书。2 公路技术等级

9、的确定2.1 确定交通资料根据工程可行性研究报告选定近期交通组成与交通量如表3所示，交通量年增长率如表4所示。表3 近期交通组成与交通量编号车型交通量（辆/日）1三菱FR41510002五十铃NPR5959003江淮HF140A8504东风M34011005江淮HF1509006东风SP9135B7007五十铃EXR1818508小汽车9000表4 交通量年增长率期限年增长率（%）分段时间（年）2015-20206.052020-20255.552025-20304.552.2 确定公路等级2.2.1 车辆折算系数查公路工程技术标准JTG B01-2003，确定各汽车车型换算成小客车车型的折算

10、系数如表5。 表5 各车型折算系数编号车型车辆折算系数1三菱FR4151.52五十铃NPR5951.53江淮HF140A1.54东风KM3401.55江淮HF1502.06东风SP9135B3.07五十铃EXR1813.08小汽车1.02.2.2 交通量计算近期折合成小客车交通量按下式计算： 远景设计年平均日交通量按下式计算： 由道路勘测与设计（第二版）的规定，设计速度为100km/h四车道高速公路适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为3500050000辆/日，故高速公路全线按四车道高速公路标准设计行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。路基宽度26.0米，双向行车双车道223.75米

11、，中间分隔带宽2.0米，左侧路缘带0.75米，右侧硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交。3 沥青路面设计3.1 新建沥青路面厚度设计理论与步骤我国沥青路面设计方法：采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性和刚性材料基层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。具体设计步骤为：（1）根据设计任务书的要求按设计回弹弯沉和容许弯拉应力两个指标，分别计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次，确定交通等级，面层类型，并计算设计弯沉

12、值和容许弯拉应力。公路行驶车辆的型号多种多样，而路面设计采用统一的标准轴载表示，各种车型应按规定的法则作当量换算，得到当量的标准轴载次数。轴载小于40KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。由于不同力学参数的疲劳等效效应不同，我国规范规定，沥青混凝土路面的当量轴载换算N按以下三种情况进行。当以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时：当以半刚性材料层底拉应力为设计指标时：当以贫混凝土基层层底拉应力为设计指标时：设计年限累计当量标准轴载数：路面设计弯沉值：结构层容许弯拉应力：沥青面层抗拉强度结构系数K：无机结合料稳定集料抗拉强度结构系数K：无机结合料稳定细粒土抗拉强度结构系数K：

13、贫混凝土基层抗拉强度结构系数K： （2）按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，沿线将路基划分为若干路段，确定各路段的路基回弹模量。（该课程设计中所要设计的公路所处路段的土基强弱悬殊，其计算回弹模量有两个代表值分别为30MPa和60MPa)。 （3）参考本地区工程经验，拟定若干个路面结构组合与厚度方案，根据所选用的材料进行配合比设计，测定各结构层材料的抗压回弹模量与抗拉强度，确定各结构层的设计参数、。 （4）计算路面结构表面弯沉值以及结构层层底弯拉应力： （5）根据设计指标，采用多层弹性层状体系理论设计程序计算路面结构设计层的厚度，即：若式、不能满足，则可以调整路面结构组合，更换强度更高的结构层

14、或更换材料及配合比，重新试验确定各项参数，再由上式做验算，直至满足两式的要求为止。（6）对于季节性冰冻地区，应验算防冻层厚度是否满足要求。若不能满足，则可增加防冻层厚度，达到规定厚度，以满足防冻要求。（7）进行技术经济比较，选定最佳路面结构方案。 3.2 确定标准轴载累计交通量根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量，如表3所示，交通量年增长率如表4所示。公路设计等级为高速公路，设计基准年为2014年，设计使用年限为15年。双向四车道，车道系数取为0.45,沥青混凝土面层系数为1.0，半刚性基层系数为1.0，新建路面为五层，面层三层、基层一层、底基层一层。根据设计资料计算累计

15、轴次，结果如表6所示：表6 标准轴载换算与累计轴载汽车类型前轴重（KN）后轴重后轴数后轴轮组数后轴距（m）日交通量（辆/d）三菱FR41530511双轮组01000五十铃NPR59523.5441双轮组0900江淮HF140A18.941.81双轮组0850东风KM34024.667.81双轮组01100江淮HF15045.1101.51双轮组0900东风SP9135B20.272.32双轮组3700五十铃EXR181601003双轮组3850换算方法弯沉及沥青层拉应力指标半刚性层拉应力指标累计交通轴次1844.776万次1485.135万次设计年限15车道系数0.453.3 初步拟定路面结构

16、类型根据设计任务书中的地质资料与筑路材料相关信息，可知该线路位于路线位于山岭重丘区，当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，可考虑用水泥稳定碎石作基层；沿线有多个石灰厂，产量大质量好；另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。考虑到实际工程中常用水泥稳定碎石做底基层，故选定以下方案：方案路面类型上面层中面层下面层基层底基层土基回弹模量方案一柔性路面沥青玛蹄脂碎石中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土密级配沥青碎石级配碎石30MPa60MPa方案二半刚性路面沥青玛蹄脂碎石中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石石灰粉煤灰土30MPa60MPa3.4 路面结构类型计

17、算3.4.1 方案一:柔性路面路面结构：细粒式沥青玛蹄脂碎石+中粒式沥青混凝土+粗粒式沥青混凝土+密级配沥青碎石+级配碎石。沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算：当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 4997设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 1.846994E+07路面设计交通等级为重交通等级公路等级：高速公路 公路等级系数：1面层类型系数：1 路面结构类型系数：1.6 路面设计弯沉值：33.8(0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度（MPa）容许拉应力（MPa）1细粒式沥青玛蹄脂碎石1.50.422中粒式沥青混凝土1.00.283粗粒式沥青混

18、凝土0.80.224密级配沥青碎石10.285级配碎石u 土基回弹模量代表值30MPa时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新建路面的层数：5 标准轴载：BZZ-100路面设计弯沉值：33.8(0.01mm) 路面设计层层位：4 设计层最小厚度 : 10 (cm)层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）（20）抗压模量（MPa）（15）容许应力（MPa）1细粒式沥青玛蹄脂碎石4140018000.422中粒式沥青混凝土6120018000.283粗粒式沥青混凝土8100012000.224密级配沥青碎石？120014000.285级配碎石22250250-6新建

19、路基-30-按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 33.8(0.01mm) H( 4 )= 210 mm LS= 35(0.01mm) H( 4 )= 230mm LS= 33.2(0.01mm) H( 4 )= 223mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 223mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 223mm (第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 223mm (第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 223mm (第 4 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 223mm (仅考虑弯沉) H(

20、 4 )= 223mm (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: - 细粒式沥青玛蹄脂碎石 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 密级配沥青碎石 230 mm - 级配碎石 220 mm - 新建路基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）（20）抗压模量（MPa）（15）计算信息1沥

21、青玛蹄脂碎石414001800计算应力2中粒式沥青混凝土612001800计算应力3粗粒式沥青混凝土810001200计算应力4密级配沥青碎石2312001400计算应力5级配碎石22250250计算应力6新建路基-30-计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 33.2(0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 37.6 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 45.5 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 58.9 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 201

22、(0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值： LS= 310.5(0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)；LS= 383.1 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)。 计算新建路面各结构层底面最大拉应力(未考虑综合影响系数)： 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.239 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.044 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=0.019 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )=0.191 (MPa)u 土基回弹模量代表值60MPa时新建路面结构厚度计算：公路等级：高速公路 新建路面

23、的层数：5 标准轴载：BZZ-100 路面设计弯沉值：33.8(0.01mm)路面设计层层位：4 设计层最小厚度：10(cm)层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）（20）抗压模量（MPa）（15）容许应力（MPa）1沥青玛蹄脂碎石4140018000.422中粒式沥青混凝土6120018000.283粗粒式沥青混凝土8100012000.224粗粒式沥青碎石？120014000.285级配碎石222502506新建路基60按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 33.8 (0.01mm) H( 4 )= 120mm LS= 33.9 (0.01mm) H( 4 )= 140 mm

24、LS= 31.9 (0.01mm) H( 4 )= 121 mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 153mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 153 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 153mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 121 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 121 mm(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

25、下: - 细粒式沥青玛蹄脂碎石 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 密级配沥青碎石 200 mm - 级配碎石 200 mm - 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）（20）抗压模量（MPa）（15）计算信息1细粒式沥青玛蹄脂碎石 414001800计算应力2中粒式沥青混凝土612001800计算应力3粗粒式沥青混凝土810001200计算应力4密级配沥青碎石2012001400计算应力5级配碎石25250250计算应力6新建路

26、基60 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 26.2(0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.5(0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 35.5(0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 46.2(0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 117.7 (0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值 LS= 155.3 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)；LS= 200(0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 。 计算新建路面各

27、结构层底面最大拉应力(未考虑综合影响系数)： 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.22 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.27 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 4 )= -0.01(MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.179(MPa)3.4.2方案二：半刚性路面半刚性路面：沥青玛蹄脂碎石+中粒式沥青混凝土+粗粒式沥青混凝土+水泥稳定碎石+石灰粉煤灰土。一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 2835 ,属重交通等级。当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次： 4997 设计年限内一个车

28、道上的累计当量轴次 : 1.846994E+07 属重交通等级。当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 4022 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 1.486614E+07 属重交通等级。路面设计交通等级为重交通等级。公路等级： 高速公路公路等级系数：1 面层类型系数：1 路面结构类型系数：1 路面设计弯沉值 : 21.1 (0.01mm)路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算：层位结构层材料名称劈裂强(MPa)容许拉应力(MPa)1沥青玛蹄脂碎石1.500.422中粒式沥青混凝土1.000.283粗粒式沥青混凝土0.800.224水泥稳定碎

29、石0.500.235石灰粉煤灰土0.200.07u 土基回弹模量代表值30MPa时： 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：21.1(0.01mm)路面设计层层位：4 设计层最小厚度：20 (cm)层位结构层材料名称厚度(mm)抗压模量(MPa)(20)抗压模量(MPa)(15)容许应力(MPa)1沥青玛蹄脂碎石40140018000.422中粒式沥青混凝土60120018000.283粗粒式沥青混凝土80100012000.224水泥稳定碎石150015000.235石灰粉煤灰土2008008000.076土 基60按设计弯沉

30、值计算设计层厚度 : LD= 21.1 (0.01mm) H( 4 )= 300 mm LS= 22.9 (0.01mm) H( 4 )= 350 mm LS= 20.6 (0.01mm) H( 4 )=339 mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 339 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 339 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )=339 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )=339 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求)H（4）=339mm （5）=0.079MPaH（4）=389mm （5）=0.

31、069MPa H( 4 )=339mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 339 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 384 mm(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：500 mm。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: - 细粒式沥青玛蹄脂碎石 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 水泥稳定碎石 340 mm - 石灰粉煤灰土 340 mm - 新建路基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算： 公路等级：高

32、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)(20)抗压模量(MPa)(15)计算信息1细粒式沥青玛蹄脂碎石414001800计算应力2中粒式沥青混凝土612001800计算应力3粗粒式沥青混凝土810001200计算应力4水泥稳定碎石3415001500计算应力5石灰粉煤灰土34800800计算应力6土 基60计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 17.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 18.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS=

33、 20 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 22.7 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 69.3 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值: LS= 310.5 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 383.1(0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.163 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.015(MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.033 (MP

34、a) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.055 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.059(MPa)u 当E=60MPa时 路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算： 公路等级：高速公路 公路等级系数：1 面层类型系数：1 路面结构类型系数：1层位结构层材料名称劈裂强(MPa)容许拉应力(MPa)1沥青玛蹄脂碎石1.500.422中粒式沥青混凝土1.000.283粗粒式沥青混凝土0.800.224水泥稳定碎石0.500.235石灰粉煤灰土0.200.07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：21.1

35、(0.01mm)路面设计层层位：4 设计层最小厚度：20 (cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)(20)抗压模量(MPa)(15)容许应力(MPa)1沥青玛蹄脂碎石40140018000.422中粒式沥青混凝土60120018000.283粗粒式沥青混凝土80100012000.224水泥稳定碎石？150015000.235石灰粉煤灰土2508008000.076土 基60按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 21.1 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 23.3 (0.01mm) H( 4 )=300 mm LS= 21(0.01mm) H( 4 )=

36、 297 mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 297 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 297 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 297 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 297mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 297 mm (5)=0.79MPa H( 4 )= 247 mm (5)=0.69MPa H( 4 )= 344 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 297 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 244 mm(同时考虑弯沉

37、和拉应力)验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 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: - 细粒式沥青玛蹄脂碎石 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 水泥稳定碎石 300mm - 石灰粉煤灰土 300mm - 新建路基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)(20)抗压模量(MPa)(15)计算信息1沥青玛蹄脂碎石414

38、001800计算应力2中粒式沥青混凝土612001800计算应力3粗粒式沥青混凝土810001200计算应力4水泥稳定碎石3015001500计算应力5石灰粉煤灰土30800800计算应力6土 基60计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS=19.4 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 21 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 23.4(0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 26.9 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 81.7 (0.01mm) 路基顶面

39、交工验收弯沉值 LS= 310.5 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)；LS= 383.1 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)。 计算新建路面各结构层底面最大拉应力(未考虑综合影响系数)： 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.174 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.022 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.034 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.065 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.070 (MPa)3.5 方案比较选择方案一为柔性路面，路

40、面结构为5层从上往下依次为：细粒式沥青玛蹄脂碎石、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土、密级配沥青碎石和级配碎石；方案二为半刚性路面，路面结构从上往下依次为：细粒式沥青玛蹄脂碎石、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土、水泥稳定碎石和石灰粉煤灰土。二者结构厚度的设计对比如下表7、表8所示。表7 方案对比（土基强度30MPa）比较指标路面设计弯沉值（0.01mm）沥青层厚度（cm）总厚度（cm）方案一33.81863方案二21.11886表8 方案对比（土基强度60MPa）比较指标路面设计弯沉值（0.01mm）沥青层厚度（cm）总厚度（cm）方案一33.81863方案二21.11878 由上表可知：半

41、刚性路面比柔性路面稍厚；方案一和方案二的共同点：都采用沥青玛蹄脂碎石做路面结构的表面层，其具有抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲劳、高温抗车辙、低温抗开裂的优点，较适宜高速公路的表面层。方案一和方案二的不同点：一方面考虑到当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，两种方案都充分利用碎石；当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，且石灰和粉煤灰储量丰富，方案二从分利用当地有利条件，就地取材，总体比较经济；我国近年来处于经济快速发展时期，超载车较多，柔性路面的承载能力与半刚性路面相比较弱，且稳定性和耐久性较差易发生裂缝、车辙等病害，不符合我国的交通现状，虽然半刚性路面也会因基层的温度变化和冻胀而产生反射裂缝到面层，但半

42、刚性路面较适宜高速公路的需求。综上所述，从路面的使用性能和经济方面比较，方案二优于方案一。4 刚性路面设计4.1 水泥混凝土路面设计理论我国水泥混凝土路面设计方法采用单轴双轮组100KN标准轴载作用下的弹性半空间地基有限大矩形薄板理论有限元解为理论基础，以路面板纵缝边缘荷载与温度综合疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚度设计。设计完成后，路面板的综合疲劳弯拉应力应满足以目标可靠度为依据的极限状态平衡方程式。4.2 交通分析该公路的近期交通组成以及交通量年增长率如表9和表10所示。表9 近期交通组成序号汽车类型前轴数前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数拖挂部分轴数拖挂部分轴重（KN）日交通量（辆/d）1三菱FR4151305110010002五十铃NPR595123.5441009003江淮HF140A118.941.81008504东风KM340124.667.810011005江淮HF150145.1101.51009006东风SP9135B120.172.62007007五十铃EXR181160100300850表10 交通量年增长率序号期限（年）年增长率（%）156.0255.53204.5 该公路的设计等级为高速公路，查公路水泥混凝土路面设计规范可