路面工程课程设计

路面工程》课程设计任务书一、课程设计目的及任务本课程设计为柔性路面设计是《路面工程》课程的主要教学环节之一。本设计主要结合公路设计资料，分析工程的特点和当地实际情况，综合运用所学的专业技术知识，完成相应的路面设计。本课程设计的内容是让学生对给定的地质条件、交通量设计计算某公路路面结构，主要路面结构层组合和厚度设计。其目的是让学生更好的掌握《路面工程》课程的内容，系统的巩固所学的理论知识，培养学生将理论知识应用到实践中，初步掌握路面结构设计的基本原理，使学生能熟练道路路面结构设计的方法、步骤和内容，并通过设计过程，培养学生的计算、绘图、独立思考和独立工作的能力。二、设计内容工程概况拟设计道路路线位于微丘区，公路自然区划为III区。设计标高243.50m,地下水位1.5m。平均稠度为1.08，季节性冰冻地区，冻结深度为1.2m，所经地区多处为粉性土。设计为双向六车道的一级公路，设计使用年限为15年。设计资料交通量根据学生班级及学号尾号按照表采用。计算交通量二表中交通量+学号后两位。

交通组成及交通量表车型双向交通量小客车3100风潮HDF650600三菱PV413720黄河JN162A1500江淮HFF3150C07810雷诺JN75750山西SX341800东风YCY-900800尤尼克276680交通量年平均增长率(%)10.2设计任务与内容1)编写设计说明书，沥青路面结构、厚度设计等(使用诺模图计算)。2)对所选定的路面结构方案，要求3个方案。(3)绘制路面结构图(autoCAD绘制，1张A3图纸)。4.cm细粒:式沥青■^擬王(AC-131)館m■题粒式沥青混罐玉〔如-2•币】壮川乳泥千豈定碎石m lKcm二灰碎忑(丁：1$:胃U)石灰粉煤灰土〔〔2;薦$3)机动车道路血结构图三、课程设计要求（1）要求综合应用有关基础课、技术基础课及专业课所学的知识，依照颁布的有关设计规范，独立完成本设计中的各项设计任务。（2）掌握路面设计参数的选用及计算。（3）要求能独立的、认真的完成设计的内容，设计思想正确合理，图纸清晰正确，设计计算无误，纹理通顺，字迹端正。（4）设计文件要求:1）设计部分：设计计算与说明书；2）内容包括：设计内容介绍、指导书、设计计算书等；3）提交设计要求的相关图纸。（5）所要提交的设计文件，应充分考虑施工的可行性，并注重经济性，选择最佳的设计方案，必要时可进行讨论。（6）装订顺序：1）封面（标明姓名、学号、班级等信息）；2）任务书；3）设计说明书；4）路面结构设计图。四、提交成果交稿截止时间：2014年11月15日下午6:00前（1）设计任务书；（2）设计说明书；（3）路面结构CAD设计图。五、参考文献及资料《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006；《路面工程》方福森著人民交通出版社1995年；《路基路面工程》邓学均著人民交通出版社2006年；

路面工程》课程设计说明书基本设计资料该路段道路路线位于微丘区，公路自然区划为III区。设计标高243.50m,地下水位1.5m。平均稠度为1.08，季节性冰冻地区，冻结深度为1.2m，所经地区多处为粉性土。设计为双向六车道的一级公路，设计使用年限为15年。表.1预测交通量及交通组成车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距交通量(辆/昼夜)小客车—————3163风潮HDF65013.5027.00120663二菱PV41349.70101.00222783黄河JN162A62.28116.221201563江淮HFF3150C0749.2096.30120873雷诺JN7530.5058.50120813山西SX34123.7068.70120863东风YCY-90025.0078.20224863尼龙克276667.00102.50422143交通量年平均增长率(%)—10.2

轴载分析以设计弯沉值为设计指标及验算沥青层底层拉应力中的累计当量轴次（1）轴载换算当以弯沉值和沥青底层拉应力为设计指标时，凡前后轴轴载大于25KN的各级轴载P的作用次数n均换算成标准轴载P的当量作用次数N。ii式中：NN仝式中：NN仝CCn12i=1(p、4.35iIP丿标准轴载的当量轴次（次/昼夜）；n——各种被换算的车辆作用次数（次/昼夜）；iP——标准轴载（KN）；P——各种被换算车型的轴载（KN）；1C——轴数系数；1C——轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。2当后轴间距大于3m时，按单独的轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：C=1+1.2（m-1）1式中：m——轴数。计算结果如表.2所示。

表.2轴载换算结果车型P(KN)iC1C2n（次/日）iN=CCn(P/P)、35i 1 2i i小客车————————3163——风潮前轴13.5016.4663——HDF650后轴27.0011663——二菱前轴49.7016.4783239.38PV413后轴101.002.217831798.80黄河前轴62.2816.415631275.13JN162A后轴116.221115633005.60江淮前轴49.2016.4873255.41HFF3150C07后轴96.3011873740.95雷诺前轴30.5016.481329.71JN75后轴58.501181378.93山西前轴23.7016.486310.53SX341后轴68.7011863168.57东风前轴25.0016.486313.28YCY-900后轴78.2021863592.23尼龙克前轴67.0016.4143160.302766后轴102.504.61143732.39N=〉Kni9101.21（2）设计年限累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数N按下面公式计算e（1+Y）-l]x365N= N-ne 丫 1式中：N——设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）

t——设计年限（年）；N1——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/昼夜）；Y——设计年限内交通量平均增长率；n——与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，六车道的车道系数为0.30口0.40，取0.35。累计当量轴次：（1+丫）-l]x365n= ne 丫 1[（[（1+0.102>5-10.102=3.75x107（次）x365 x9101.21x0.352.2验算半刚性基层底层拉应力中的累计当量轴次（1）轴载换算验算半刚性基层底层拉应力的轴载换算公式为：N仝CCn—112zIP丿i=1式中：C'——轴数系数；1C' 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。2轴载小于50KN的忽略不计。当后轴间距大于3m时，按单独的轴计算，此时轴数系数为1;当轴间距小于3m时,双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：C；=1+2（m-1）式中：m——轴数。计算结果如表.3所示。

表.3轴载换算结果表车型P（KN）iC1C2n（次/日）iN=CCn（P/P厂4.35i 1 2i i小客车————————3163——风潮前轴13.50118.5663——HDF650后轴27.0011663——二菱前轴49.70118.5783——PV413后轴101.00317832543.63黄河前轴62.28118.51563654.51JN162A后轴116.221115635202.43江淮前轴49.20118.587355.45HFF3150C07后轴96.3011873645.69雷诺前轴30.50118.5813——JN75后轴58.501181311.15山西前轴23.70118.5863——SX341后轴68.701186342.82东风前轴25.00118.5863——YCY-900后轴78.2021863241.38尼龙克前轴67.00118.5143107.432766后轴102.50711431219.62N=fNi10724.112）设计年限累计当量标准轴载数参数取值同上，设计年限为参数取值同上，设计年限为15年，车道系数取0.35。累计当量轴次：(1+Y)(1+Y)—1]x365N= j e-NF1Y[(1+0.102>5—ljx3650.102=4.42x107(次)xl0724.11x0.35N列表e换算方法沥青层的底层压力计算时半刚性层的底层压力计算时BZZ-100累计标准轴次（次/车道）3.75x1074.42x107由此可得，为特重交通等级。结构组合和材料选取根据《公路交通沥青路面设计规范》，并考虑交通状况，结构层最小施工厚度，施工设备，水文条件，地区材料种类以及经济性，初拟各结构层厚度及材料参数如下：

方案一：层次层数材料名厚度(cm)20°C时抗压回弹模量E(MPa)i15°C时抗压回弹模量E'{MPa)i劈裂度(MPa)面层1细粒式沥青混凝土(AC-13)4140020001.42中粒式沥青混凝土(AC-16)5120018001.03粗粒式沥青混凝土(AC-25)8120012000.8基层4沥青稳定碎石(ATB-40)待定120014000.85水泥稳定碎石20130030000.5垫层6煤渣、矿渣稳定粒料10——————以沥青稳定碎石层为设计层)

方案二：层次层数材料名厚度(cm)20°C时抗压回弹模量E(MPa)i15°C时抗压回弹模量E'{MPa)i劈裂度(MPa)面层1开级配沥青磨耗层(0GFC-13)490012001.02中粒式沥青混凝土(AC-16)5120018001.03粗粒式沥青混凝土(AC-25)8120012000.8基层4沥青稳定碎石(ATB-40)10120014000.85水泥稳定碎石待定130030000.5垫层6煤渣、矿渣稳定粒料10——————以水泥稳定碎石层为设计层)

方案三：层次层数材料名厚度(cm)20°C时抗压回弹模量E（MPa）i15°C时抗压回弹模量E'{MPa）i劈裂度（MPa）面层1细粒式沥青混凝土（AC-13）4140020001.42中粒式沥青混凝土（AC-16）5120018001.03粗粒式沥青混凝土（AC-25）8120012000.8基层4粗粒式沥青混凝土（AC-25）待定120012000.85水泥稳定碎石20130030000.5垫层6煤渣、矿渣稳定粒料10——————以粗粒式沥青混凝土层为设计层）3.1计算设计弯沉值和结构强度系数（1）设计弯沉值路面设计弯沉值根据公式：l=600N-0.2AAA 计算。deCSB式中：l——设计弯沉值；dN——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；eA——公路等级系数，高速公路，一级公路为1.0，二级公路为1.1，C三四级公路为1.2；A——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石，冷拌S沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；

A——路面基层类型结构系数，刚性基层，半刚性基层，沥青路面为B1.0，柔性基层沥青路面为1.6。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则A介于两者之间通过线性内插决定。B设计公路为一级公路，公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0；基层为柔性基层与半刚性基层组合而成，基层类型系数取1.37。即弯沉设计值为：l二600N-0.2AAAdeCSB二600x（3.75x107A2x1.0x1.0x1.37二25.12（0.01mm）2）各层材料容许底层拉应力计算材料容许拉应力，按下列公式计算：—sp式中：g——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa）；sp路面结构材料的容许压应力，即材料能承受设计年限加载的疲劳弯拉应力；K——抗拉强度结构系数。根据材料的不同，按以下公式计算K值。

ssK—K—0.09N0.22/As e CK—0.35N0.11/As e CK—0.45N0.11/As eCK—0.25N0.05/A

s eC（无机结合料稳定集料）无机结合料稳定细粒土）（贫混凝土）即各设计结构层容许弯拉应力如表.4所示。

表.4结构层容许弯拉应力方案一：材料名o(MPa)spKsoR细粒式沥青混凝土(AC-13)1.44.170.34中粒式沥青混凝土(AC-16)1.04.170.24粗粒式沥青混凝土(AC-25)0.84.170.19沥青稳定碎石(ATB-40)0.82.380.34水泥稳定碎石0.52.420.21煤渣、矿渣稳定粒料——————方案二：材料名o(MPa)spKsoR细粒式沥青混凝土(AC-13)1.04.170.24中粒式沥青混凝土(AC-16)1.04.170.24粗粒式沥青混凝土(AC-25)0.84.170.19沥青稳定碎石(ATB-40)0.82.380.34水泥稳定碎石0.52.420.21煤渣、矿渣稳定粒料——————

方案三：材料名b(MPa)spKsbR细粒式沥青混凝土(AC-13)1.44.170.34中粒式沥青混凝土(AC-16)1.04.170.24粗粒式沥青混凝土(AC-25)0.84.170.19粗粒式沥青混凝土(AC-25)0.84.170.190.52.420.21水泥稳定碎石煤渣、矿渣稳定粒料——————(3)土基回弹模量的确定该路段位于微丘区，处于公路自然区划III区，多为粉性土，平均稠度1.08，查表得土基回弹模量E为35MPa。03.2确定设计层厚度1)计算理论弯沉系数l二10002p^aFs Ec、0.38、0.38(E[OX—0式中：F——弯沉综合修正系数，F二1.63(—0式中：F(20005P、5——标准车轴载轮胎接地压力(MPa)和当量圆半径(cm)；E——路基回弹模量；0E——第一层结构层材料回弹模量1理论弯沉系数；l 路边弯沉(0.01mm)，理论上等于/。sd

表.5标准轴载计算参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P(KN)100单轮当量圆直径d(cm)21.30轮胎接地压强(MPa)0.7两轮中心距(cm)1.5代入数值可得：方案一)：(E)—oIP丿(E)—oIP丿25.12 ]<2000x10.65丿=0.510.380.36F=1.63=1.63x0.38135)x〔0.7丿0.36lEa= s_1C1000x2p8-F_ 25.12x1400_1000x2x10.65x0.51_4.54方案二)：(lA0.38、20008丿(lA0.38、20008丿(E)

—0IP丿25.12 ]<2000x10.65丿_0.51F_1.631.63x0.360.38135)x〔0.7丿0.36lEa_ s_1C1000x2p8-F_ 25.12x900_1000x2x10.65x0.51_2.92方案三)：F_1.63F_1.63(l(200080.38(E)°.36—0IP丿((35)0.36<07丿1.63x(25.12 )1.63x、2000x10.65丿lEa= s—iC1000X2p8-F_ 25.12X1400_1000x2x10.65x0.51_4.542）确定设计层厚度方案一）：采用三层体系表面弯沉系数，有莫诺图计算设计层厚度h/8_4/10.65_0.376；E/E_1200/1400_0.85721由三层体系理论弯沉系数诺莫图查得：a_6.22。Ch/8_4/10.65_0.376；E/E_35/1200_0.02902由三层体系弯沉系数莫诺图查得：K_1.38。1a4.54a_KKa，即K_-^_ _0.53c12 2Ka1.38x6.221由k、E、-值查表可得：H_4.8，即H_4.8X10.65_51.12(cm)2E8 82H_h2代1hK2#卡3 2 u° J1200 J1200“ J1300_5+8x2.4 +hX2.4 +20X2_42^1200 42耳1200养1200_51.12(cm)即：h_17.44（cm）。4故沥青稳定碎石基层厚度为18cm，满足最小厚度要求。方案二）：采用三层体系表面弯沉系数，有莫诺图计算设计层厚度h/8_4/10.65_0.376；E/E_1200/900_1.3321由三层体系理论弯沉系数诺莫图查得：a_5.00。C

由三层体系弯沉系数莫诺图查得：K=1.38。1a=KKa，即K=c1al= =0.432Ka1.38x6.2212.925hHh值查表可得：—=5.8，即H由三层体系弯沉系数莫诺图查得：K=1.38。1a=KKa，即K=c1al= =0.432Ka1.38x6.2212.925hHh值查表可得：—=5.8，即H=5.8x10.65561.77(cm)5=61.77(cm)由K、2E 0、E1200 ：13002屛 +hX2.41200 52勺1200即：h=37.49(cm)。5故取水泥稳定碎石基层厚度为38cm，满足最小厚度要求方案三）：采用三层体系表面弯沉系数，有莫诺图计算设计层厚度。h/5=4/10.65=0.376；E/E=1200/1400=0.85721由三层体系理论弯沉系数诺莫图查得：a=6.22。Ch/5=4/10.65=0.376；E/E=35/1200=0.02902由三层体系弯沉系数莫诺图查得：K=1.38。1a=KKa，即K=c1acKa1.38x6.2214.54=0.53551.12(cm)+H=h51.12(cm)+H=h2h5=5+8x2讪 +hx2询 +20X2.4养1200 42.41200 2勺1200=51.12(cm)即：h=18.12(cm)。

故取粗粒式沥青混凝土基层厚度为19cm，满足最小厚度要求。各层层底拉应力验算结构底层拉应力b，按公式a=pamm，a=pann计算。（注意：计

m m 12m 12算弯拉时水泥碎石抗压模量为3000MPa）方案一各层层底拉应力验算细粒式沥青混凝土层层底拉应力h=£hKkh=£hKk=1=4X翥=4(cm)E反芦2+8X0E反芦2+8X0页+17.44x°伫00+20x°』巫1800 °91800 汽1800E，2h仝hKk=12000+5x1800总=9-(cm)H=尸h0K=21800=5X0时=58.57(cm)h/5=4/10.65=0.376；H/5=58.57/10.65=5.53E/E=1800/2000=0.9;E/E=35/1800=0.0192102查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得b<0，故ava=035MPa,mR满足要求。中粒式沥青混凝土层层底拉应力K=3K30000車K=3K30000車+20x12001200H=*ho12001O=8x0 +18x1200=84.72(cm)h/5=9.11/10.65=0.855；H/5=84.72/10.65=7.95

查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得&二0，故GVG=025MPa,mR满足要求。粗粒式沥青混凝土层层底拉应力h二工hKk=1KEh二工hKk=1KE=4x単+5x严+8x41200 41200誥=18.07(cm)H仝1hK=43+20xE'4、h=£+20xE'4、h=£hKk=1=35.39(cm)E' ：2000r=4x+5x4：型°+8x4：凹+181400 41400 41400140014001400=188呷而=64.64(cm)h/5=18.07/10.65=1.70；H/5=64.64/10.65=6.07E/E=1400/1200=1.17;E/E=35/1400=0.0252102查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得G=0，故gVG=020MPa,mR满足要求。沥青稳定碎石层层底拉应力Ek-=20x03000=20(cm)E- 030005h/5=35.39/10.65=3.32；H/5=20/10.65=1.88E/E=3000/1200=2.5;E/E=35/3000=0.0122102MPa，查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得G<0,故MPa，m满足要求。

h/5二35.39/10.65二3.32；H/5二20/10.65二1.88E/E二3000/1200二2.5;E/E二35/3000二0.0122102查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得孑=0.52,n=1.32,n=0.43。12故o=onnp=0.52x1.32x0.43x0.7=0.20=0.21MPa，满足要求。m12R方案二各层层底拉应力验算开级配沥青磨耗层层底拉应力號=4&號=4&)u “ ,'1400 3000=5X0.9 +8X0.9 +10X0.9 +38X0.9091800 0t'1800 091800 091800=84.69(cm)h/5=4/10.65=0.376；H/5=84.69/10.65=7.95E/E=1800/2000=0.9;E/E=35/1800=0.0192102查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得o<0，故ovg=05MPa，mR满足要求。中粒式沥青混凝土层层底拉应力27:E' '1200 1830”()h=h=4x4 +5x4 =8.61(cm丿k4E/ 41800 41800k=1 '2H=匸h0竺+38x01200030001200K=竺+38x01200030001200=8X0£■ +10X00.91200 0=125.05(cm)h/5=8.61/10.65=0.855；H/5=125.05/10.65=11.74

查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得&二0，故GVG=025MPa,mR满足要求。粗粒式沥青混凝土层层底拉应力h二工hKk=1~e'3H仝1hKK=410 .'1400=10X0时+38x：3000%1400h二工hKk=1~e'3H仝1hKK=410 .'1400=10X0时+38x：3000%1400=98.62(cm)h/8=18.07/10.65=1.70；H/5=98.62/10.65=9.26E/E=1400/1200=1.17;E/E=35/1400=0.0252102查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得G=0，故gVG=02）MPa,mR满足要求。沥青稳定碎石层层底拉应力^K=4xE'4、^K=4xE'4、h=£hKk=1=25.85(cm)型+5x4更+8x浮+10x1400 41400 4140014001^0038x0E^_H38x0E^_H=£hK0KK=4册=38（Cm）~E5h/5=25.85/10.65=2.43；H/5=38/10.65=3.57E/E=3000/1200=2.5;E/E=35/3000=0.0122102MPa，查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得G<0,故MPa，m满足要求。

h/5二25.85/10.65二2.43；H/6二38/10.65二3.57E/E二3000/1200二2.5;E/E二35/3000二0.0122102查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得孑=0.31,n=1.25,n=0.52。12故o=onnp=0.31x1.25x0.52x0.7=0.14<c=0.21MPa，满足要求。m12R方案三各层层底拉应力验算细粒式沥青混凝土层层底拉应力鵲=4G鵲=4G)u “ ,'1200 3000=x09面0+x0.9面0+x0冷面0+x咒1800=57.49(cm)h/5=4/10.65=0.376；H/5=57.49/10.65=5.4E/E=1800/2000=0.9;E/E=35/1800=0.0192102查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得o<0，故o<o=05MPa，mR满足要求。中粒式沥青混凝土层层底拉应力h=fhKk=1E，2鵲+h=fhKk=1E，2鵲+5xH=9.1心)H=fhKK=3E/r=4xE。戸3c ：1200“ 1200 “=8x0.9 +19x0.9 +20x00.912001200=82.36(cm)30001200h/5=9.11/10.65=0.855；H/5=82.36/10.65=7.73h二工hKk=1h二工hKk=1