新建沥青路面（水泥混凝土路面）设计旧路改建路面设计课程设计论文

1、课 程 设 计 任 务 书题 目 新建沥青路面水泥混凝土路面设计 旧路改建路面设计 系 (部) 土木工程学院 专 业 土木工程系 班 级 土木093桥一 学生姓名 罗绪昌 学 号 090711235 6 月 4 日至 6 月 9 日 共 1 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 2021 年 6月 10日 设计内容及要求：1、路基干湿类型及路基回弹模量确实定；2、沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；3、水泥混凝土路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；4、旧路改建路面结构方案确实定及加铺层厚度的计算。 设计原始资料： 新建沥青路面1，根本设计资料某公路设计为高速公路，设计年限为15年，拟

2、采用沥青路面结构，设计车速为120KM/H，车辆荷载按公路I级荷载。2，气象，地质资料公路地属高原，西南潮暖区4区，路段地质组为泥质砂岩，夹石英砂岩，上覆亚粘土。路床顶面距地下水位。3，交通资料交通调查资料为2002年见下表，设计年限的起算年为2005年，交通量年平均增长率为7%，2005年后的交通量增长率为13%。 车型与交通量表序号汽车车型前轴重KN后轴重KN后轴数后轴组数后轴距 m作用次数次日1江淮AL6600171双10502会客JT69121双1803跃进牌NJ1311双7004东风牌EQ1401双5005黄河牌JN-150491双5006日野KB2221041 双1207太脱拉13

3、851802双32802、新建水泥混凝土路面设计资料公路自然区划II4 区拟新建一条二级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路面宽9m。路床顶面距地表长期积水位2.3m。经交通调查得知，设计车道使用初期标准轴载日作用次数为1800。交通量年增长率为10%，试设计该路面。3、 旧路改建资料广东省某二级公路，交通调查资料调查年为2003年，数值见表1所示，设计年限的起算年为2006年，交通量年增长率为10%，该路段路基属于枯燥类型，在不利季节干季用标准轴测得的路段40个测点的弯沉值如表2，测定时路表温度与前5H平均气温之和为85C，原路面结构如图1所示, 原有路面厚度为 36 cm 石灰土底层

4、，15cm水泥稳定砂砾基层，6cm 沥青混凝土。土基回弹模量为40MPa。表1车型黄河JN150交通SH141太脱拉138东风SP9135辆/d5201200360220实测弯沉值单位：0.01 mm 表258 110 60 54 38 97 81 37 75 56 45 83 50 39 36 59 41 82 45 47 44 46 49 69 89 78 53 73 60 79 46 57 89 45 67 46 56 78 89 90三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书局部：1.1 路基干湿类型及路基回弹模量确实定；当进行新路设计时，土基的回弹模量：此时路基尚未建成，土基的回弹模

5、量，要通过预估某路段路基修筑后，可能出现的路基土的平均稠度，辩证地确定土基的回弹模量值。实际中是适用查表法。 由路床外表至地下水位的高度H、地区所在的自然区划及土质查沥青路面设计标准，确定土基的干湿类型。由土基的干湿类型，查设计标准得路基土的平均稠度C。由路基土的平均稠度，查设计标准得土基回弹模量E0。如果是高等公路，由沥青路面设计标准说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量E0提高15%-30%。根据公路所处地区及路基填土土质、路基填土高度情况，确定路基干湿类型及回弹模量。1.2、沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；根据所给交通量和交通组成，计算累计轴载作用次数，结合公路等级，确定路面等

6、级，计算设计弯沉值；根据当地筑路材料情况及自然气候特点，拟定路面结构方案，确定路面材料的设计参数；根据设计弯沉值计算路面厚度。需要时应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，采取相应措施进行调整后再重新计算。上述计算应采用弹性多层体系理论编制的程序进行。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，应验算防冻厚度是否满足要求。根据公路等级情况，需要时还应确定路肩的路面结构。1.3、水泥混凝土路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；根据所给交通量和交通组成，计算累计轴载作用次数； 初步拟定路面结构：初选路面结构层次、类型和材料组成，拟定各层的厚度、面板和接缝构造；确定材料参数，包括混凝土的设计弯

7、拉强度和回弹模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量；计算荷载疲劳应力；计算温度疲劳应力；检验初拟路面结构是否满足设计要求，如不满足要求，那么采取相应的调整措施，重新拟定路面结构，进行设计。1.4、旧路改建路面结构方案确实定及加铺层厚度的计算。旧路改建以沥青路面的改建为主，主要设计内容包括：旧路的代表弯沉值的计算，根据所给的旧路弯沉调查资料，计算确定旧路面的代表弯沉值；旧路面当量回弹模量的计算；拟定改建路面的补强结构方案，进行补强层厚度的计算 1.5、要求应附厚度计算，拉应力验算的微机计算结果。2图纸局部：绘制路面结构，设计施工图一张。四、进程安排序号项 目时间(天)一新建沥青

8、路面设计1二新建水泥混凝土路面设计2三旧路改建路面设计1四编写设计计算说明书五施工图绘制及装订成册五、主要参考资料：参考教材：?道路建筑材料?第三版 严家伋编著?公路工程?，人民交通出版社，张正林主编。?道路工程?，武汉工业大学出版社，于书翰主编。参考资料：1、?公路工程技术标准?JTG B0120032、?公路水泥混凝土路面设计标准? JTG D40-20023、?沥青路面设计标准?JTGD50-20044、?公路路面基层施工技术标准?JTJ034-20005、?公路沥青路面施工技术标准?JTG F40-20046、?公路水泥混凝土路面施工技术标准? JTG F30-2003第1章 新建沥青

9、路面设计1.1 确定路面等级和面层类型1.1.1 以设计弯沉为指标及沥青层层底拉应力验算轴载换算轴载换算采用如下公式： 汽车型号PiC1C2ni 江淮AL6600 前轴 1711050_后轴111050会客JT6912 前轴1180后轴1118028.8跃进牌NJ131 前轴1700_后轴11700东风牌EQ140 前轴1500_后轴11500黄河牌JN-150 前轴491500后轴11500日野KB222 前轴1120后轴10411120太脱拉138 前轴511280后轴801280当量轴载累计1340根据设计标准，一级公路的沥青路面设计年限为15年，车道系数取。交通调查资料为2002年，设

10、计年限的起算年为2005年，交通量年平均增长率为7%，2005年后的交通量增长率为13% 2005年的交通量为：N1=次=次10897874.14000故属于高级路面，该值可以用来计算路面的设计弯沉及沥青层底拉应力。1.1.2 半刚性基层层底拉应力验算1. 轴载换算轴载换算采用如下公式：汽车型号Pini江淮AL6600 前轴 1711050_后轴111050_会客JT6912 前轴 1180_后轴11180跃进牌NJ131 前轴 1700_后轴11700_东风牌EQ140 前轴 1500_后轴11500黄河牌JN150 前轴 491500_后轴11500日野KB222 前轴 1120后轴104

11、11120太脱拉138 前轴 511280后轴8031280当量轴载累计累积当量轴次。a. 2005年的交通量为N1=设计年限内一个车道的累积当量轴次为：=次故该值可用来计算半刚性基层层底的拉应力验算。1.1.3 路面的设计弯沉值的计算;1.2 土基回弹模量确实定按路基土类与干湿类型，将路基划分为假设干路段(在一般情况下路段长度不应小于500米)确定各路段土基弹性模量。1.2.1 路基干湿类型确实定公路地属高原，西南潮暖区4区，路段地质组为泥质砂岩，夹石英砂岩，上覆亚粘土。路床顶面距地下水位查?道路工程?表2-2-3路基临界高度参考值表得：粘性土路基的临界高度为: 查?道路工程?表2-2-2路

12、基路基干湿类型表得所以路基干湿类型为枯燥。1.2.2 路床外表以下80cm深度内平均稠度查?道路工程?表2-2-1土基干湿状态的稠度建议值表得：该路段的分界稠度为： 1.2.3 土基回弹模量确实定?道路工程?表2-2-5得土基的回弹模量为由沥青路面设计标准说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量提高15%-30%。1.3 路面结构的组合与厚度方案方案一路面结构方案初定及初定方案各层拉应力计算路面结构见表表路面结构细粒式沥青砼中粒式沥青砼粗粒式沥青砼石灰粉煤灰碎石石灰土劈裂强度路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下到达临界破坏状态时容许的最大拉应力。式中：容许拉应力Mpa；

13、沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期的劈裂强度MPa； 抗拉强度结构系数对于沥青混凝土面层： 对于无机结合料稳定集料类： 对于无机结合料稳定细粒土类： 细粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算： =中粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：=粗粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：=石灰粉煤灰碎石层底容许拉应力计算：/=石灰土层底容许拉应力计算：=1.3.2 新建沥青路面方案的电算过程附图1.3.2.1 交通量年增长率分段数据 132.2 沥青路面车辆与交通量参数13沥青路面材料参数13沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序 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

14、(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 江淮AL6600 17 26.5 1 双轮组 1286.3 2 会客JT6912 31.2 65.6 1 双轮组 220.5 3 跃进NJ131 20.2 38.2 1 双轮组 857.5 4 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 612.5 5 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 612.5 6 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 147 7 太脱拉138 51.4 80 2 双轮组 3 343 设计年限 15 车道系数 .45 交通量平均年增长率 13 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :

15、 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1664 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.104658E+07 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 : 1194 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 7926451 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 : 23.4 (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 .44 2 中粒式沥青混凝土 1 .31 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .23 4 石灰粉煤灰碎石 .6 .3 5 石灰土

16、.25 .1 13沥青路面设计程序13沥青路面结构参数调整 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 : 23.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 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 .8 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1600 .7 3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 .6 4 石灰粉煤灰碎石 22 1500 1

17、500 .14 5 石灰土 ? 550 550 .08 6 土基 50.6 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 23.1 (0.01mm) H( 5 )= 20 cm LS= 23.9 (0.01mm) H( 5 )= 25 cm LS= 22.1 (0.01mm) H( 5 )= 22.2 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 5 )= 22.2 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.2 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.2 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.2 cm(第 4 层底面

18、拉应力验算满足要求) H( 5 )= 22.2 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 22.2 cm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 22.2 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 40 cm 验算结果说明 ,路面总厚度满足防冻要求 .13竣工验算设计程序13沥青路面结构参数调整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

19、青混凝土 4 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 计算应力 4 石灰粉煤灰碎石 22 1500 1500 计算应力 5 石灰土 22.2 550 550 计算应力 6 土基 50.6 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= 23.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.9 (0.01m

20、m) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 104 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 234.6 (0.01mm)(根据“基层施工标准第88页公式) LS= 184.1 (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 ( 1 )=-.211 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.042 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.027 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .121 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .069 (MPa)新建沥青路面结构

21、附图石灰土石灰粉煤灰碎石22cm粗粒式沥青混凝土8cm中粒式沥青混凝土6cm细粒式沥青混凝土4cm 图1.3.2-1 路面结构 1.4 路面结构的组合与厚度方案方案二路面结构方案初定及初定方案各层拉应力计算路面结构见表1.3.1-1 表路面结构细粒式沥青砼中粒式沥青砼粗粒式沥青砼石灰粉煤灰砂砾土石灰碎石土劈裂强度路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下到达临界破坏状态时容许的最大拉应力。式中：容许拉应力Mpa； 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期的劈裂强度MPa； 抗拉强度结构系数。对于沥青混凝土面层： 对于无机结合料稳定集料类： 对于无机结合料稳定细粒土类： 细粒式沥

22、青混凝土层底容许拉应力计算：中粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：粗粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：石灰粉煤灰砂砾土底容许拉应力计算： 石灰碎石土底容许拉应力计算：1.4.2 新建沥青路面方案的电算过程附图1.4.2.1 交通量年增长率分段数据1.4.2.2 沥青路面车辆与交通量参数沥青路面材料参数沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序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 江淮AL6600 17 26.5 1 双轮组 1196.3 2 会客JT6912 31.2 65.6 1 双轮组 235.9

23、3 跃进NJ131 20.2 38.2 1 双轮组 797.5 4 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 655.4 5 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 569.64 6 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 157.3 7 太脱拉138 51.4 80 2 双轮组 150030重 200150030中等 520020轻 7m行车道宽7m 20000000次2.2 初拟路面结构断面方案一根据路基土质和水温状况，路面材料的性质与供给情况以及交通的繁重程度初拟路面结构为： 面层 水泥混凝土 250mm基层 级配碎砾石 160mm E1=350垫层 石灰粉煤灰土

24、200mm E2=700混凝土板的平面尺寸为宽，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2.2.1 确定基层顶面的当量回弹模量 式中： 基层顶面的当量回弹模量(MPa); 路床顶面的回弹模量(MPa); 基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa); 基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa) ; 基层和底基层或垫层的当量厚度(m)算; 基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MN-m); 基层和底基层或垫层的厚度(m);a,b与有关的回归系数计算。满足要求2.2.2 荷载疲劳应力的计算地基的计算回弹模量式中 n-地基回弹模量修正系数，计算荷载应力时，h-混凝土板厚cm)Et-地基基层顶面当量回弹

25、模量Etc-地基基层顶面当量回弹模量计算可得普通混凝土面层相对刚度半径为r考虑行车荷载重复作用疲劳损耗的荷载应力，标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力由下式计算： 式中：标准轴载在临界荷位处产生的未考虑接缝传荷能力的荷载应力Mpa； 考虑接缝传荷能力的应力折减系数。纵缝为设拉杆的平缝或缩缝时，可取为0.87-0.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；不设拉杆的平缝或自由边时，为； 考虑设计使用年限内荷载应力的累积疲劳作用的疲劳应力系数； 设计使用年限内标准轴载累积作用次数次； 考虑超载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数。按交通等级由表取用。表2.4.1 综合影响系数交通等级特

26、重重中等轻因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 。根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数见表荷载疲劳应力计算为：2.2.3 温度疲劳应力的计算 区最大温度梯度见表2.5.1 表2.5.1-1 最大温度梯度计算值公路自然区划，取板长为5m 由图可查到普通混凝土板厚，图2.5.1-1 温度应力系数Bx图混凝土路面板内的温度梯度历经着周期性的日变化和年变化，温度引起的板内应力也相应的变化，对板产生疲劳损耗。所以，温度疲劳应力的计算公式为： 式中：最大温度梯度时混凝土板的温度应力Mpa 混凝土的线膨胀系数,通常可取为

27、混凝土弯拉弹性模量Mpa；h混凝土板的厚度cm；所在地的混凝土面板的最大温度梯度。考虑温度沿板厚的非线性分布的温度应力系数。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：温度疲劳应力系数表2.5.1-2 回归系数a、b、c系数公路自然区划abc计算的温度疲劳应力为：表2.6-1 可靠度系数变异等级目标可靠度%95908580低-中高-2.2.4 应力验算通过查表得一级公路的平安等级为二级，相对于二级的平安等级的变异水平等级为“中目标的可靠度为90%，再查表目标可靠度和变异水平等级，可得可靠度系数为因而，所选普通混凝土面层厚度(0.25m)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。2.

28、3初拟路面结构断面方案二根据路基土质和水温状况，路面材料的性质与供给情况以及交通的繁重程度初拟路面结构为： 面层 水泥混凝土 240mm 基层 水泥稳定碎石 180mm 垫层 石灰土 200mm 混凝土板的平面尺寸为宽，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。确定基层顶面的当量回弹模量 满足要求。荷载疲劳应力的计算地基的计算回弹模量式中 n-地基回弹模量修正系数，计算荷载应力时，h-混凝土板厚cm)Et-地基基层顶面当量回弹模量Etc-地基基层顶面当量回弹模量计算可得Etc=8.35Et=1530普通混凝土面层相对刚度半径为r考虑行车荷载重复作用疲劳损耗的荷载应力，标准轴载在临界荷位处

29、产生的荷载疲劳应力由下式计算： 式中：标准轴载在临界荷位处产生的未考虑接缝传荷能力的荷载应力Mpa； 考虑接缝传荷能力的应力折减系数。纵缝为设拉杆的平缝或缩缝时，可取为0.87-0.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；不设拉杆的平缝或自由边时，为； 考虑设计使用年限内荷载应力的累积疲劳作用的疲劳应力系数； 设计使用年限内标准轴载累积作用次数次； 考虑超载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数。按交通等级由表取用。表2.4.1 综合影响系数交通等级特重重中等轻因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 。根据公路等级，考虑偏载

30、和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数见表荷载疲劳应力计算为：2.2.3 温度疲劳应力的计算 区最大温度梯度见表2.5.1 表2.5.1-1 最大温度梯度计算值公路自然区划，取板长为5m 由图可查到普通混凝土板厚，图2.5.1-1 温度应力系数Bx图最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：温度疲劳应力系数表2.5.1-2 回归系数a、b、c系数公路自然区划abc计算的温度疲劳应力为：2.3.4 应力验算通过查表得一级公路的平安等级为二级，相对于二级的平安等级的变异水平等级为“中目标的可靠度为90%，再查表目标可靠度和变异水平等级，可得可靠度系数为表2.6-1 可靠度系数因而，所选普通混凝土面层厚度(0.28m)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。方案一水泥混凝土240cm石灰土200cm土基水泥稳定碎石180cm土基石灰粉煤灰土200cm级配碎砾石160cm水泥混凝土250cm 第3章 旧路改建路面结构方案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