路基路面课程设计-一级公路路面结构设计

公路自然区划区一级路路面结构设计TheTheRoadSurfaceOfAHighwayInRankForHighway目

录引言.....................................................................................................................................新建沥路面设计及算....................................................................................................2.1基本资料....................................................................................................................3自然地理件..................................................................................................3土基回弹量..................................................................................................3交通量及年增率和设年限.................................................................3设计轴载.........................................................................................................32.2初拟路面结构............................................................................................................2.3路面材料配合设计与计参数的确.................................................................6试验材料确定..............................................................................................6路面材料合比计略)...............................................................................6路面材料压回模量的定......................................................................路面材料裂强测定..................................................................................2.4路面结构层厚确定.................................................................................................方案一的构厚计算..................................................................................验算防冻度.................................................................................................10计算机计过程对比....................................................................................3、建普通凝土路面设及计算...................................................................................3.1基本资料..................................................................................................................自然地理件................................................................................................14土基回弹量................................................................................................14交通量及年增率和设年限...............................................................14设计轴载.......................................................................................................143.2初拟路面结构..........................................................................................................163.3路面材料参数定...................................................................................................173.4荷载疲劳应力..........................................................................................................183.5温度疲劳应力..........................................................................................................183.6可靠度系数确......................................................................................................193.7极限状态方程算...................................................................................................19附图.......................................................................................................................................致.......................................................................................................................................22参考文献...........................................................................................................................1公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计公路自然划IV区级公路路结构设计1引言某地（IV区）拟建一级公路，设计年限为年，土基为粉质土，确定土基的稠度为，回弹模量取路基干湿状态为中湿状态。有关资料如下：1.初始条件：在双轮组（或轮组）货车型号中自行选取，型号不少于7种（如表1），日交量自拟，保证计算的交通等级属于重交通或特重交通。表1交通成型号三T653B黄江HF150解CA150湘东EQ140东EQ155

菱河淮放江风风

前轴载(KN)29.349.045.128.723.123.726.5

后轴载(48.068.273.269.256.7

轴数

后111

组数

轮双双双双双双双

轴距(------

交通量辆/日)．公路技术等级为一级，为双向四车道。．交通组成如表1示例）所示，交通量年增长率：γ=6%。拟采用沥青路面结构和混凝土路面结构两种路面类型进行施工图设计。-2-kiki河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书2新建沥路面设计计算2.1本料2.1.1自然地理件新建一级公路地处IV区，为双向四车道，拟采用沥青路面结构进行施工图设计；沿线土质为粉质土，属中湿状态。2.1.2土基回弹量设计路段路基处于中湿状态，路基土为粉质土，土基的稠度1.10，根据室内实验法确定土基回弹模量设计值为36MPa。2.1.3交通量及年增长率和计年限根据工程可行性研究报告可知该路段所在地区近期交通组成与交通量，见表2-1。预测交通量增长率为6.0%。沥青路面累计标准轴次按年计。表2-1近期交组成与交通型号交通日野KB222江淮HF150解放湘江HQP40沃洛沃N8648黄河

前轴载(KN)

后轴载(KN)

后轴数

轮组数2

后轴距m)>32

交通量(/)2.1.4设计轴载（1）当以弯沉值和沥底拉为设计指标时，按P378,式N=12i

i

计算：式中：N标准轴载的当量轴次(次/日——————-3-1后2后3后4后5后6后7后tr1后2后3后4后5后6后7后tr公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计

i

——————

各种被换算车辆的作用次数次/日)Pi

——————

各种被换车型的轴载（kN

——————

标准轴载（kN）

——————

轴数系数

轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为，四轮组为0.38。——————N=1×6.4×750(1前

)=12.69，N××750()4.35；100100N=1×6.4×(2前

104.30)=408.69，=1×1×(100100

)4.35；N=1×6.4×(3前

101.5)，N××1500()4.35；100N=1×6.4×960(4前N=1×6.4×8005前

)=30.35，N××960()=27.14；100100=8.73，×[1×800(4.35100100N=1×6.4×335(6前

120.00)=159.15，=1×335(100100

)

=740.43；N7

前

=1×6.4450(

)=213.78，=××450()100100

=164.42N=+iii

i后

=5696查

，取车道系数η，按式N×365·N·η计算：e=式中：N

——————

设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次）t

设计年限（年）——————N

——————

路面营运第一年双向且平均当量轴次r

设计年限内交通量平均增长率（）——————η

——————

与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数15累计当量轴次：Ne=

6%)

15

×365××≈-4-k8i1后23后4后5后7后(1r)trk8i1后23后4后5后7后(1r)tr河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书（2）半结底力为设标时，P379,式N=1i

2

n

i

计算：式中：N——————

标准轴载的当量轴次(次/日

i

——————

各种被换算车辆的作用次数次/日)Pi

——————

各种被换车型的轴载（kN

——————

标准轴载（kN）

——————

轴数系数C

轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。——————N=1×18.5×7501前

25.55，N××750)=6.37；100100(N=1×18.5×前

)

=94.25，××1300(2后

100

)

8

=1820.61N=1×18.5×(3前

45.1

)=47.50，N××1500()8；N=1×18.5×960(4前

29.508=5.25，N××960)100100

8

；N=1×18.5×8005前

23.1100

8

，N×[11×)100

8

N6

前

=1×18.5×(

100

8

，N××335(6后

100

)

8

；N7

前

=1×18.5×(

66.00，N=××450)100100

8

=48.61N=+iii

i

=5408查P379,表14-3

[1]

，取车道系数η。按式N×5N·η计算可e=得：15累计当量轴次：N

(16%)

15

×365×0.45=20675206.11≈2068万×

7

＜21782068万＜2.5×10

7

，属于重交通。--公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计累计轴次计算结果见表2-2。表2-2轴载换与累计轴次型号交通日野KB222江淮HF150解放湘江HQP40

前轴载(KN)

后轴载KN)

后轴数

轮组数

后轴距m)>3

交通量(/)沃洛沃N864855.00

黄河

55.00

66.00

2

2

2

换算方法累计交通轴次

弯沉以及沥青层底拉应力指标万

半刚性层底拉应力指标万2.2拟面构根据本地区的路用材料合已有工程经验与典型结构定了三个结构组合方案。按计算法确定方案一、方案二的路面厚度；按验算法验算方案三的结构厚度。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：方案一：细粒式沥青混凝土+中粒式沥青混凝土+粗粒式沥青混凝土+40cm水泥石灰沙砾土+？水泥稳定碎石层，以水泥稳定碎石层为设计层。方案二：细粒式沥青混凝土+中粒式沥青混凝土密级配沥青碎石+水泥稳定砂砾+20cm级砾石垫层，以水泥稳定砂砾为设计层。方案三4cm粒式沥青混凝土8cm中粒式沥青混凝土+×密级配沥青碎石+35cm级配碎石。2.3面料合设与计数确2.3.1试验材料确定半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A90号，上面层采用改性沥青技术指标据符《公路沥青路面施工技术规范F40相关规定。2.3.2路面材配合设计()-6-河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书2.3.3路面材料压回弹模量确定（1）根据设计配合比，选取工程用各种原材料制作，测定设计参数。按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（05794）中规定的项目顶面法测定半刚性材料的抗压回弹模量。（2）按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（052—2000中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量测定℃℃的抗压回弹模量各种材料的试验结果与设计参数见表2-3和表。表2-3沥青材抗压弹模量定与数取值℃压回弹模量MPa）

15抗压回弹模量MPa）材料名称

方差σ

﹣2EPa

方差σ

﹣2σ

P代

+2σ细粒式沥青混凝土细粒式沥青混凝土细粒式沥青混凝土密级配沥青碎石

表半刚材料及他材抗压回模量测定与数取值抗压模量（MPa材料名称

方差σ

﹣2σ

P代

+2σ水泥稳定碎石水泥石灰沙砾土水泥稳定沙砾

级配碎石级配沙砾

2.3.4路面材料裂强度测定根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定规定温度和龄期的材料劈裂强度。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》与《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中规定的方法进行测定，结果见表2-5表2-5路面材劈裂度材料名称

细粒式沥

中粒式沥

粗粒式沥

密级配

水泥稳

水泥稳

水泥石灰

二灰稳-7-ee公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计劈裂强（

青混凝土1.2

青混凝土1.0

青混凝土0.8

沥青碎石0.6

定碎石0.6

定沙砾0.5

沙砾土0.4

定沙砾0.62.4面构厚确2.4.1方案一的构厚度计算该结构为半刚性基层，沥青路面的公路等级系数为1.0，面层类型系数，基层类型系数为，用l600Nd

计算设计弯沉值可得：cs式中:l—设计弯沉值（d—设计年限内一个车道累积当量标准轴载通行次数；—公路等级系数，高速公路、一级公路，二级公路为1.1，三、四级公c路为1.2；—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌青碎石、s上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为；A

B

—路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面1.0，柔性基层沥青路面为。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则其介于两者之间总过线性内插决定。l

×c

×××1.0=20.44（0.01mm）故设计弯沉值为20.44（0.01mm）。用KK0.09SKNSKNS

eee

0.110.11

/C/AC/AC

(沥青混凝土面层（无机结合料稳定集料）（无机结合料稳定细粒土）式中

spR

—路面结构材料的极限抗拉强（由实验室按标准试验方法测得；—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年N次加载的疲劳弯拉应力（Mpa）；—抗拉强度结构系数。s计算容许拉应力可得：细粒式沥青混凝土：-8-层底拉应力（层底拉应力（河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书

R1

s

0.09

sp

Ac

1.2

（MPa）中粒式沥青混凝土：

R

2

N

Ac

（MPa）粗粒式沥青混凝土：

3

3N

Ac

0.80.22

=0.22（）水泥石灰沙砾土：

R

sp44

N

sp4

Ac

0.45*0.11

=0.14（）水泥稳定碎石层：

R

sp

5N

Ac

0.6

=0.27（）计算机计算过程如图所示：利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥石灰沙砾土层厚度为15cm；满足层底拉应力要求的水泥石灰沙砾土层厚度为15cm。设计厚度取水泥石灰沙砾土层为15cm，路表计算弯沉为（0.01mm）。表2-6结构厚计算结果序号

结构层材料名称

20℃抗压模量（MPa均值标准差

15℃抗压模量（均值标准差

劈裂强度（）

厚度容许拉应（）力（MPa）

细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥石灰

199114259781591

20110555250

2608217513201591

34418760250

1.21.00.80.4

440

－0.1860.013－0.030.025

-9-公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计沙砾土

水泥稳定碎石土基

318836

7820

3188—

782—

0.6—

15—

0.158—

—2.4.2算防冻厚因所设计路面结构位于公路自然区划Ⅳ区——东南湿热区，气温高，热季长，不会出现冻胀和翻浆现象，故不需进行防冻厚度验算。2.4.3算机计算程对比使用计算件计算果：***************************建路面设计成果文件汇总***************************一、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

交通25.551日野KB22250.2104.3江淮HF15045.11解放CA30A29.536.75湘江HQP4023.173.22沃洛沃1黄河66

双轮组双轮组双轮组双轮组双轮组双轮组双轮组

75013001500960800335450设计年限

15

车道系数

.45

交通量平均年增长率

6％当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:路面竣工后第一年日平均当量轴次:5700设计年限内一个车道上累计当量轴次:2.179154E+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:5406设计年限内一个车道上累计当量轴次:2.066756E+07-10河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书公路等级

一级公路公路等级系数

1

面层类型系数

1

基层类型系数

1路面设计弯沉值:20.4(0.01mm)层位

结构层材名

劈裂强度(MPa)

容许拉应力(MPa)

细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥石灰砂砾土水泥稳定碎石二、新建路面结构厚度计算

1.21.2.14.27公

路

等

级:

一级公路新建路面的层数:标

准

轴

载:路面设计弯沉值:20.44路面设计层层位:设计层最小厚度:15层位结构层料名称

厚度(cm)抗压模量(MPa)

抗压模量(MPa)

容许应力(MPa)

细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥石灰砂砾土水泥稳定碎石土基

℃)℃)41991268061425217579781320.84015911591.4?3188318836按设计弯沉值计算设计层厚度:20.44H(5)=cmLS=由于设计层厚度H(5)=Hmin时LS<=LD,故弯沉计算已满足要求H(5)=cm(仅虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度:H(5)=cm(第层底面拉应力验算满足要)-11公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计H(5)=cm(第层底面拉应力验算满足要)H(5)=cm(第层底面拉应力验算满足要)H(5)=cm(第层底面拉应力验算满足要)H(5)=cm(第层底面拉应力验算满足要)路面设计层厚度H(5)=cm(仅虑弯沉)H(5)=cm(同考虑弯沉和拉应力)验算路面防冻厚度路面最小防冻厚度50cm验算结果表明,路面总厚度满足防冻要通过对设计层厚度取整最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------粗粒式沥青混凝土---------------------------------------中粒式沥青混凝土---------------------------------------粗粒式沥青混凝土---------------------------------------水泥石灰砂砾土---------------------------------------水泥稳定碎石---------------------------------------土基三、竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

4cmcm4015公

路

等

级:一级公路新建路面的层数:5标

准

轴

载:层位结构层料名称

厚度(cm)抗压模量(MPa)

抗压模量(MPa)

计算信息℃)℃)

细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土

419912680614252175

计算应力计算应力-12河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书

粗粒式沥青混凝土石灰粉煤灰碎石石灰土土基

797813204015911591253188318836

计算应力计算应力计算应力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=第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=土基顶面竣工验收弯沉值LS=根据“基层施工规范”第88公式)258.8根据“测试规程”第56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σ(1第2层底面最大拉应力σ(2)=.022第3层底面最大拉应力σ(3第4层底面最大拉应力σ(4)=.004第5层底面最大拉应力σ(5)=.121-13iiii公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计3、新建普通混凝土面设计及算3.1本料3.1.1自然地理件新建一级公路地处IV区，为双向四车道，拟采用普通混凝土路面结构进行施工图设计；沿线土质为粉质土，属中湿状态。3.1.2土基回弹量设计路段路基处于中湿状态，路基土为粉质土，土基的稠度1.10，根据室内实验法确定土基回弹模量设计值为36MPa。3.1.3交通量及年增长率和计年限根据工程可行性研究报告可知该路段所在地区近期交通组成与交通量，见表预测交通量增长率前十年为8.0%，中十年为7.0%，后十年。混凝土路面累计标准轴次按30计。表3-1近期交组成与交通型号交通日野KB222江淮HF150解放湘江HQP40沃洛沃N8648黄河

前轴载(KN)

后轴载(KN)

后轴数

轮组数2

后轴距m)>32

交通量(/)3.1.4设计轴载（1）按P457,式N

Pi）i式中：N—100kN的单轴—双轮组标准轴载的通行次数；P

i

—各类轴—轮型i级轴载的总重（kN）；n—轴型和轴载级位数；-14N

i

河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书—各类轴—轮型i级轴载的通行次数；—轴—轮型系数。i单轴—双轮组：

i单轴—单轮组：

i

=2.×

3

i

双轴—双轮组：

×10i

-5

i

-0.22三轴—双轮组：

i

=2.24×10

-8

i

-0.22计算可得：N1

前

=×

×

）×750(

25.55100

)

16

=3.8×

，N1

后

=1×750(

55.10100

)

16

×

-2N2

前

=××

）×1300(

50.20100

)

16

=8.7，N2

后

=1×(

104.30100

)

16

=2549.7；N=（2.22××45.10.433前

）×1500(

45.1

)，N=1×15003后

101.5100

16=1903.5；N=（2.22××29.500.434前

）×960(

29.50100

)×-3N=2×[（×10×0.224后

）×960(

36.75100

)16×-9；N=（2.22××23.10.435前

）×800

100

16×10，N=2×[（×105后

×73.2

）×800(

100

16

]=4.5×

；N=（2.22×6前

×

）×335(

55.00100

)

16

=9.3，N6

后

=1×335(

100

)

=5193.6；N7

前

=×

×

）×450(

55.00100

)

16

，--公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计N=2×[（×10×0.22后

）×450(

66.00100

)]=5.0×-6由于公路通行车辆在横断面上分布是不均匀的，根据统计规律，车道数不同，分布概率也不一样，为安全考虑，将分布概率集中的车道作为设计车道。因此，上述调查获得的双向年平均日货车交通量，还应乘以方向系数（通常为）和车道分布系数才能得到设计车道在设计基准期初期的年平均日货车交通量。车道分布系数查16-2[1]，取。

P458，表××si前ii

i后

）×0.8×9679=3871.6查16-3取车道系数，按N—标准轴载累计当量作用次数；—设计基准期（年）t—交通量年平均增长率；r

N)t-1]rr

中：—临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数计算可得：30累计当量轴次：N=e

6%)30

×365××0.17=18992367.861899

4由于100×4＜1899＜2000×104，故属于重交通，累计轴次计算结果见表。表3-2轴载换与累计轴次型号交通日野KB222江淮HF150解放湘江HQP40沃洛沃N8648黄河

前轴载(KN)

后轴载KN)

后轴数

轮组数2

后轴距m)>32

交通量(/)累计交通轴次3.2拟面构

万-162223b2223b河南理工大学《路基路面工程》课程设计说明书由表16-20

可知，一级公路对应的变异水平等级为低中级。根据一级公路，重交通等级和低中级变异水平等级，查，表16-17

[1]

，初拟普通混凝土面层厚度为0.242m考虑到排水需求，基层选用多孔隙水泥碎石，0.15m。垫层为天然砂砾。普通混凝土板的尺寸为宽4.5m长5m纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3.3面料数定按表16-23

[1]

和P481，表

[1]

，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为，相应弯拉弹性模量标准值为。已知路基回弹模量为Mpa表

[1]

多孔隙水泥碎石基层回弹模量取1450MPa，天然砂砾垫层回弹模量取160MPa。按式[1]计算基层顶面当量回弹模量如下：h216011=h0.152

2

Ehh(h)21D=1+2+12（hE112

14500.15124

11（14500.150.16

）=1.01MN·mh=

12/=3x

12763.43（）a=6.22[1－1.51(

EE

x0

)

0.45

×[1－1.51(

36

)

0.45

b=1－1.44(

EE

x0

)

0.55

=1－1.44(

36

)

0.55

=0.732=E(tx0

EE

x)1/=0.2510

763.4336

)1/3=484.76MPa普通混凝土面层的相对刚度半径按P481，r0.537h（ct式中：r—混凝土板的相对刚度半径（）；h—混凝土板的厚度（）；

3—水泥混凝土的弯拉弹性模量（Mpa；c—基层顶面当量回弹模量，分新建公路与归路改建两类。t--公路自然区划Ⅳ区一级公路路面结构设计计算为r/=0.5373ct3.4载劳力

/484.76=0.520m按

ps

0.60h，式中：—标准轴（）在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力。ps标准轴载在临界荷位处差生的荷载应力计算为=0.077r

0.60

0.520

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数K=0.87。考虑荷载基准期内r荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数K=N（1.21×7）=2.533根据公路等f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K=1.25。c按式16