东北某地(II4)拟建二级沥青公路路基路面课程设计

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。东北某地(II4)拟建二级沥青公路路基路面课程设计东北某地(II4)拟建二级沥青公路路基路面课程设计路基路面工程课程设计班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期： 目 录1 路基路面课程任务书11.1设计目的11.2 设计资料11.3设计要求21.4提交设计文件22路面结构图33 轴载计算43.1当地调查43.2轴载换算43.1.1以弯沉值和沥青层的层底拉力为设计标准43.1.2以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标53.1.3累计交通轴次综合表54 初拟路面结构65 路面材料配合比设计和设计参数的确

2、定75.1沥青材料抗压回弹模量的确定75.2半刚性极其他材料抗压回弹模量的确定75.3材料劈裂强度的测定76验算拟定方案86.1计算各方案弯沉值86.2设计方案验算96.2.1验算方案一96.2.2验算方案二136.2.3验算方案三157方案对比167.1河北省材料价格167.2方案对比选择178心得体会179参考资料17路面工程课程设计任务书一、设计资料 东北某地（II4）拟建二级公路，全长40km（K0k40），除由于 K31150k33350路段纵坡较大（一般为5%左右），采用水泥混凝土路面外，其余均采用沥青类路面，其中K15600k22440路段为老路改造，采用补强措施，有关资料如下：

3、 1公路技术等级为一级公路，路面宽度为9.0m。 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= 4.9%。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138211.4120.0051.402×802双单132 3路基土质

4、为粘性土，干湿状态为潮湿，道路冻深为160cm。 4K15+600K22440路段原路面为沥青路面，沥青面层厚度h3cm，路面实测弯沉值分别为：72、81、78、64、66、65、68、75、72、71、66、73、68、77、74、74、81、82、78、79（0.01mm）等共20测点，弯沉测定采用标准轴载，测定时路表温度为27.5，前5小时的平均温度为25（注：季节影响系数以kl=1.08，温度影响系数K2=1.0）。二、设计要求 1交通分析； 2拟定路面结构，并说明选用该种路面结构的原因；确定材料参数及水泥混凝土路面板的平面设计； 3计算或验算路面结构层厚度；沥青路面可采用手工计算和计

5、算机计算两种方式之一，并分析其结果以及说明理由；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；对于水泥混凝土路面采用手工计算； 4绘制路面结构图及水泥混凝土路面平面布置图，接缝构造图； 5编写设计说明书。三、提交的设计文件 1路面结构图； 2水泥混凝土路面平面布置图，接缝构造图； 3设计计算说明书。3轴载计算3.1当地调查新建二级公路为双向两车道（车道系数0.60），拟定采用沥青路面结构进行施工图设计，处于区，河北省邯郸市北部，沿线为黏性土，稠度0.91，邯郸市位于华北平原中部,属于干旱半干旱地区,暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候,全市

6、多年平均降水量548·9 mm(19622012年系列)。降水量时空分布不均,年际变化悬殊是其主要特征。该地区地形地貌特征差异明显,对华北地区而言具有代表性。地区年降水量的70%80%集中在69月属于潮湿状态，春季风多干旱，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥，年平均气温13.5，最冷月份（一月）平均气温-2.3，极端最低气温-19，最热月份（七月）平均气温26.9，极端最高气温42.5，全年无霜期200天，年日照2600小时。平均最大冻土深度的空间分布特征：河北省各站累年平均最大冻土深度由南向北逐渐加深。长城以南地区在80cm以下，邢台、邯郸地区以及衡水中南部小于30cm，邯郸

7、北部地区最大冻土深度160cm。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.已建路面结构4cm细粒式沥青混凝土；6cm粗粒式沥青混凝土；25cm水泥稳定石；26cm石灰土； 3.2轴载换算 标准轴载计算参数（BZZ-100） 3.1.1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491.06.41025294.62后轴101.61.01.010251098.28解放CA10B前轴19.041.06.420509.65后轴60.851.

8、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1916.27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，二级公路沥青路面的设计年限取12年，二车道的车道系数是0.60.7,取0.6，交通量平均增长系数4.9%。3.1.2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491.0

9、18.5102563.02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）3.1.3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6643823次4751529次4初拟路面结构细粒式沥青混凝土最小厚度2

10、.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。东北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

11、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 5 路面材料配合比设计和设计参数的确定5.1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

12、回弹模量 沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值 表5-1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97254861131559118714295.2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5-2 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 表5-2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4005.3材料劈裂强度的测定根据路基路面表14-15和表14

13、-16确定材料劈裂强度，见表5-3 路面材料劈裂强度 表5-3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1.20.80.60.60.50.250.256验算拟定方案6.1计算弯沉值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 2各层材料按容许层底拉应力，按下列公

14、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

15、土：=0.25/2.30=0.11 MPa石灰粉煤灰土：=0.25/2.30=0.11 MPa6.2计算方案验算6.2.1验算方案一回弹模量取28MPa表6-2-1 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=1.63×28.5/2000/10.65 0.38(28/0.70) 0.36=0.50 =28.5×2000/(2000×10.65&

16、#215;0.7×0.50)=7.642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：=6.22。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）=4.48/（6.22×1.08）=0.667，=0.023，由上查表得：H/=5.72，H= 10.65×5.72=60.9由可知：H =16.87+1.7h4，因为H=60.9cm，可知h4=25.9cm，故取h4=

17、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=0.9

18、8 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m<R=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

19、n2=0.646由公式m=P*n1 *n2得m=0.7*0.291*2.10*0.646=0.276Mpa<R=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n

20、2=0.646公式m= P*n1 *n2得m=0.70*0.112*0.646*2.47=0.128Mpa<R=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=1.63×28.5/2000/10.65 0.38(30/0.70) 0.36=0.51 =28.5×2000/(2000×10.65×0.7×0.51)=7.60采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设

21、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：=6.22。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）=4.48/（6.22×1.18）=0.610，=0.025，由上查表得：H/=5.58，H= 10.65×5.58=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

22、=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m= P*n1 *n2得m=0.7

23、0*0.114*0.646*2.47=0.125Mpa<R=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 。6.2.2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

24、.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

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)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS

26、= 332.7 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)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

27、)= 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

28、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)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 310.5 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)6.2.3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(MP

29、a) (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 :

30、 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.

31、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)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 332.7 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式) 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.

32、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 :