路基路面说明书

1、河南城建学院河南城建学院 路基路面路基路面课程设计说明书课程设计说明书 课 程 名 称: 路基路面工程 题 目:路基路面工程课程设计 专 业: 交通工程 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 设 计 教 室: 开 始 时 间: 完 成 时 间: 课程设计成绩： 学习态度及平时 成绩（30） 技术水平与实际能 力（20） 创新（5）说明书撰写质量（45） 总 分 （100） 等级 指导教师签名： 年 月 日 目 录 1 1. .基本资料基本资料 .1 1 2.2.沥青路面设计沥青路面设计 .1 1 3.3.水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计 .1 12 2 4 4设计小结设计小结 .1

2、 15 5 附附 录录 .1 17 7 1 1. .基本资料 课程设计原始数据： 表 1 原始资料表 气象资料 该公路地处 区当地多年平均冻深为 0.6 2 米 水文情况雨季地表临时积水 地质资料高液限黏土 筑路材料供应状况 沿路附近可采集到砂砾材料，距该路段 20 公里左右，有碎石采石场。沥青、石灰、水 泥、钢筋木材等可根据需求供应。 道路等级高速公里 表 2 近期交通量状况 车型解放 CA10 B 解放 CA30 A 东风 EQ140 黄河 JN150 黄河 JN162 黄河 JN360 长征 XD160 交通 SH141 交通量 平均增 长率 交通量 （辆/ 日） 19020512015

3、01160702002308% 2.沥青路面设计 2.1 车辆轴载计算 表 3 车辆轴载情况 车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组 数 后轴距日交通量 （辆/日） 解放 CA10B 19.4060.851双190 解放 CA30A 29.5036.752双205 东风 EQ140 23.7069.201双120 黄河 JN150 49.00101.601双150 黄河 JN162 59.50115.001双160 黄河 JN360 50.00110.02双70 长征 XD160 42.6085.22双200 交通 SH141 25.5555.101双230 轴载换算以弯沉值和沥青层的层底拉力和半刚性

4、材料的层底拉力为设计标准，通 常分别计算。 2.1.1 当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计标准时： （1）计算标准轴载 35 . 4 2 1 1 P P nCC i i K i N 式中：N标准轴载的当量轴次（次/日） ； 各种被换算车辆的作用次数（次/日） ； i n P标准轴载（KN） ； 各种被换算车型的轴载（KN） ； i P 轴数系数； 1 C 轮组系数，双轮组为 1，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38。 2 C 当轴间距大于 3m 时，按单独的一个轴计算，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式计算：；式中：m轴数。) 1-m(1.21 1 C 根

5、据上述公式可得： 车型一、前轴忽略不计，后轴：N=11190=21.89 4.35 100 60.85 车型二、前轴：N=16.4205=6.48 4.35 100 29.5 后轴：N=21205=5.27 4.35 100 36.75 车型三、前轴忽略不计，后轴：N=11120=24.19 4.35 100 69.2 车型四、前轴：N=16.4150=43.11 4.35 100 49 后轴：N=11150=160.72 4.35 100 101.6 车型五、前轴：N=16.4160=107.02 4.35 100 59.5 后轴：N=11160=293.87 4.35 100 115 车型

6、六、前轴：N=16.470=21.97 4.35 100 50 后轴：N=2170=211.93 4.35 100 110 车型七、前轴：N=16.4200=31.27 4.35 100 42.6 后轴：N=21200=199.28 4.35 100 85.2 车型八、前轴：N=16.4230=3.89 4.35 100 25.55 后轴:N=11230=17.21 4.35 100 55.1 所以：N=1148.1（次） 8n 1i N （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，按下式计算： 1e 365 1-)1( N r r N t 式中：设计年限内一

7、个车道通过的累计标准当量轴次（次） ； e N t设计年限（年） ； 路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日） ； 1 N r设计年限内交通量平均增长率（%） ； 与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数，见下表 表 4 车道系数表 车道特征双向单车道双向两车道双向四车道双向六车道双向八车道 车道系数1.000.600.700.400.500.300.400.2535 在本次课程设计中由于设计道路为高级公路，设计年限为 15 年，为 0.40，具体 如下： 1e 365 1-)1( N r r N t 0.401148.1 8% 365 1-8%)1( 15 =4.55（次） 6 10

8、2.1.2 当以半刚性材料的层底拉力为设计标准 对于轴载小于 50KN 的可以忽略不计，则标准轴载 N： 车型一、前轴忽略不计，后轴：N=11190=3.57 8 100 60.85 车型二、前后均轴忽略不计。 车型三、前轴忽略不计，后轴：N=11120=6.31 8 100 69.2 车型四、前轴忽略不计，后轴：N=11150=170.31 8 100 101.6 车型五、前轴:N=118.5160=46.50 8 100 59.5 后轴：N=11160=489.44 8/ 100 115 车型六、前轴：N=118.570=5.06 8 100 50 后轴：N=2170=300.10 8 1

9、00 110 车型七、前轴忽略不计，后轴：N=21200=111.06 8 100 85.2 车型八、前轴忽略不计，后轴：N=11230=1.95 8 100 55.1 综上：N=1134（次） 8n 1i N 同理： 1e 365 1-)1( N r r N t 0.401134 8% 365 1-8%)1( 15 =4.50（次） 6 10 表 5 累计交通轴次 换算方法弯沉及拉应力指标半刚性层拉应力指标 累计交通轴次 4.55 6 104.50 6 10 由此可根据路基路面工程第 380 页表 14-4 可知，此高速公路为中等交通等级。 2.1.3 计算设计弯沉 B AAA sc 2 .

10、 -0 ed 600Nl 式中：设计弯沉值（0.01mm） ； d l 设计年限内一个车道的累计当量标准轴载通行次数； e N 公路等级系数，高速公路、一级公路为 1.0，二级公路为 1.1，三、四 c A 级公路为 1.2； 面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎 s A 石、上拌下贯入式路面、沥青表面处置为 1.1； 路面结构类型系数，刚性、半刚性基层沥青路面为 1.0，柔性路面为 B A 1.6。 根据上述公式可得： =27.9（0.01mm） B AAA sc 2 . -0 ed 600Nl 结合软件输入原始资料： 图 2-1 沥青路面交通量参数界面 程序输出

11、： *新建路面设计成果文件汇总* 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 后轴重 后轴数后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 解放 CA10B 9.4 60.85 1 双轮组 190 2 解放 CA30A 29.5 36.75 2 双轮组 3 205 3 东风 EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 120 4 黄河 JN150 49 101.6 1 双轮组 150 5 黄河 JN162 59.5 115 1 双轮组 160 6 黄河 JN360 50 110 2 双轮组 3 70 7 长征 XD160 42.6 85.2 2 双轮组 3 200 8 交通 SH14

12、1 25.55 55.1 1 双轮组 230 设计年限：15，车道系数：0.4，交通量平均年增长率：8。 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：1151 设计年限内一个车道上累计当量轴次： 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：1148 设计年限内一个车道上累计当量轴次： 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：27.9 (0.01mm) 可知：手算和软件计算数据基本一致。 2.2 初拟路面结构 根据本地区的路用材料，结合已有工程经验和典型结构，拟定了以下结构组合方 案。

13、按计算法确定其路面厚度。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以 及施工机具的功能因素，初步确定路面结构组合与隔层厚度如下： 4cm 细粒式沥青混凝土6cm 中粒式沥青混凝土8cm 粗历式沥青混凝土30cm 水泥稳定碎石基层？水泥石灰砂砾层，以水泥石灰砂砾层为设计层。 2.3 路面材料配合比设计与设计参数的确定 2.3.1 实验材料的确定 半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用 A 级 90 号，上面层采用 SBS 改性沥青，技术指标均均符合公路沥青路面施工技术规范 （JTG F402004）相关 规定。 2.3.2 路面材料抗压回弹模量的确定 1）根据设计配合比，选取工程用各种

14、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 （JTJ 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 （JTJ 0522000）中规定的方 法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定 20、15的抗压回弹模量，各种材料的实 验结果与设计参数见表 6 和表 7. 表 6 沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值 20抗压回弹模量（MPa）15抗压回弹模量（MPa） 方差 2- p E 方差 2- p E2 p E 材料名称 p E pa E p E 代p E 细粒式沥 青混凝土 199120115892680344199233

15、68 中粒式沥 青混凝土 14251051215217518718012549 粗历式沥 青混凝土 9785586813206012001440 表 7 半刚性材料回弹模量测定及其参数取值 抗压模量（MPa） 方差 2- p E2 p E 材料名称 p E 代p E 水泥稳定碎石基 层 318878216244752 水泥石灰砂砾层159125010912091 2.3.3 路面材料劈裂强度的测定 根据配合比，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 照公路工程无机结合料稳定材料试验规程与公路工程沥青及沥青混合料试验规 程中规定的方法进行，结果见下表： 表 8 路面材料劈裂强

16、度 材料名称细粒式沥青 混凝土 中粒式沥青 混凝土 粗历式沥青 混凝土 水泥稳定碎 石基层 水泥石灰砂 砾土 劈裂强度 （MPa） 1.21.00.80.60.4 2.3.4 路面结构层厚度确定 1）运用应用软件计算容许拉应力输入基本参数和初始资料： 图 2-2 沥青路面材料参数输入界面 程序输出： 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 1.2 0.46 2 中粒式沥青混凝土 1 0.38 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.28 4 水泥稳定碎石 0.6 0.32 5 水泥石灰砂砾土 0 .4 0.16 2）运用软件的第三个程序沥青路

17、面设计程序进行设计层厚度的确定： 图 2-3 沥青路面结构参数界面 注：设计层水泥石灰砂砾土厚度输入的是经验值，程序可根据容许拉应力推荐合 适值。 图 2-4 沥青路面设计主窗口 注：通过分析可知路基属于中湿类型，根据查表知土基回弹模量为 27.0（MPa） 。 程序输出： 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 : 27.9 (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 抗压模量 容许应力 (20) (15) 1 细粒式沥青混凝

18、土 4 1991 2680 0.46 2 中粒式沥青混凝土 6 1425 2175 0.38 3 粗粒式沥青混凝土 8 978 1320 0.28 4 水泥稳定碎石 30 3188 3188 0.32 5 水泥石灰砂砾土 ? 1591 1591 0.16 6 土基 27 按设计弯沉值计算设计层厚度： LD= 27.9 (0.01mm) H( 5 )= 15 cm LS= 19.7 (0.01mm) 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 )= 15 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度： H( 5 )= 15 cm(第 1 层底面拉

19、应力验算满足要求) H( 5 )= 15 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 15 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 15 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 15 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度： H( 5 )= 15 cm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 15 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 验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。 所以：？=15cm 3）根据软件的第四个程序沥青路面及土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算： 图 2-5 沥青路面竣工验收主

20、窗口 输入选择层的参数： 图 2-6 沥青路面结构参数输入界面 程序输出： 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 细粒式沥青混凝土 4 1991 2680 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 6 1425 2175 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 8 978 1320 计算应力 4 水泥稳定碎石 30 3188 3188 计算应力 5 水泥石灰砂砾土 15 1591 1591 计算应力 6 土基 27 计算

21、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= 19.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21.7 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 24.2 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.2 (0.01mm) 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 )=-0.195 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.017 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.074 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.1

22、43 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.127 (MPa) 据可列出结构厚度计算结果表： 表 结构厚度计算表 20抗压模量 （MPa） 15抗压模量 （MPa） 序号结构层 材料名 称均值标准差均值标准差 劈裂强 度 （MPa ） 厚度 （cm ） 层底拉 应力 （MPa ） 容许拉 应力 （MPa ） 1细粒式 沥青混 凝土 199120126803441.24-0.190.46 2中粒式 沥青混 凝土 142510521751871.06-0.0170.38 3 粗粒 式沥青 混凝土 978551320600.88-0.0740.28 4水泥稳 定碎石 3188782

23、31887820.6300.1430.32 5水泥石 灰砂砾 土 159125015912500.4150.1270.16 6土基400 由程序输出结果可知最大拉应力均符合要求小于容许应力。面层、基层 LS 均小于 设计弯沉值 Ld。 3.水泥混凝土路面设计 3.1 基本参数计算 （1）车辆状况 表 车辆轴载情况 车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组 数 后轴距日交通量 （辆/日） 解放 CA10B 19.4060.851双190 解放 CA30A 29.5036.752双205 东风 EQ140 23.7069.201双120 黄河 JN150 49.00101.601双150 黄河 JN162

24、59.50115.001双160 黄河 JN360 50.00110.02双70 长征 XD160 42.6085.22双200 交通25.5555.101双230 SH141 （2）标准轴载及轴载当量换算 水泥混凝土路面结构设计以 100KN 单轴双轮组荷载为标准轴载。换算公式为： n 1i 16 i is 100 P NN 式中：100KN 的单轴双轮组标准轴载的通行次数； s N 各类轴轮型 i 级轴载的总重（KN） ； i P n轴型和轴载级位数； 各类轴轮型 i 级轴载的通行次数； i N 将所给数据代入上式，可得： =2365（次） n 1i 16 i is 100 P NN （3

25、）标准轴载累计作用次数 e N 365 g 1-g1 r t rs e N N 式中：标准轴载累计当量作用次数； e N t设计基准年（年） ； 交通年平均增长率； r g 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数。 将上面所求标准轴载带入上式，可得： 365 g 1-g1 r t rs e N N 22 . 0 365 8% 1-8%12365 30 =2.15（次） 7 10 属于特重交通等级。 3.2 初拟路面结构 由附表 1 知相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。根据高速公路特重交通 等级和低变异水平等级，查附表 2，初拟普通混凝土面层厚度为 0.26m，基层选用水泥 稳定料（水泥用量 5

26、%）厚 0.18m，垫层为 0.15m 低剂量无机结合料稳定土。水泥混凝 土层板尺寸长为 4.0m，宽从中央分隔带至路肩依次为 4m、4m、3.75m，纵缝为设拉杆 平缝，横缝为设传力杆假缝。 3.3 路基材料参数确定 按附表 3 和表 4 取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 5.0MPa；相应弯拉弹性模 量标准值为 31GPa。 查附表 5，路基土回弹模量取 30MPa，查附表 6，低剂量无机结合料稳定土垫层回 弹模量取 1300MPa。 按式 1653 计算基层顶面当量回弹模量如下： =1013MPa 2 2 2 1 2 2 21 2 1 x hh hh EE E 22 22 0.150.

27、18 6000.1513000.18 -1 2211 2 21 3 22 3 11 x h 1 h 1 4 hh 12 h 12 h EE EE D -1 2 33 0.15600 1 0.181300 1 4 0.150.18 12 0.15600 12 0.181300 =2.57MNm =0.312m 3 xx /12Dh X E 3 1013/122.57 =4.293 45.-0 0 x 51 . 1 -122 . 6 a E E 45.-0 30 013 . 1 51 . 1 -122. 6 =0.792 55.-0 0 x 44. 1-1b E E 55.-0 30 1013 4

28、4. 1-1 =165MPa 3/1 0 x 0 b xt ah E E EE 3/1 0.792 30 1013 300.3124.293 普通混凝土面层的相对刚度半径计算为： =0.800 3 tc/ h0.537rEE 3 165/310000.260.537 3.4 计算荷载疲劳应力 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为： =0.996MPa -26 . 0 ps h077r. 0 -26 . 0 0.260.800077 . 0 普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的折减系数，考87. 0 r K 虑基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数： ；618. 21015

29、 . 2 057 . 0 7 v ef NK 根据公路等级，由附表 7，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数 为，荷载疲劳应力计算为：30. 1 c K =0.872.6181.300.996=2.949MPa pscfrpr KKK 3.5 温度疲劳应力 由附表 8，IV 区最大温度梯度取 86（/m） ，普通混凝土面层板长 4m，l/r=4/0.8=5。由路基路面工程书上图 1614 可查普通混凝土板厚 h=0.24m， ，最大温度梯度的混凝土板的温度翘曲应力计算为：55 . 0 x B =1.906MPa x gcc tm 2 hT B E 55 . 0 2 8626. 03

30、1000101 -5 温度疲劳应力系数，查附表 9 可得自然区划分为 IV 区，式中： t K a=0.841，b=0.058，c=1.323，为： t K =0.464 b- f a f c r tm tm r t K 0.058- 5.0 906 . 1 841 . 0 906 . 1 5.0 1.323 再计算温度疲劳应力为： =0.4641.906=0.884MPa tmttr K 查附表 1，高速公路安全等级为一级，目标可靠度为 95%，相应的变异水平等级 为低。再根据此查附表 10 确定可靠度系数，有30 . 1 r 0 . 5f983 . 4 884 . 0 949 . 2 30

31、 . 1 rtrprr 因此，所选普通混凝土面层厚度（0.26m）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。 4.设计小结 经过 1 周的道路基路面课程设计，我经历了从无知到略知再到了解的过程。 开始我以为课程设计很简单，就是简单的计算和画图，随着对一次次错误的发生，渐 渐意识到了课程设计的难度，当然对于课程设计的认识和专业知识的了解也相应增加 了不少。动手之前，我都会主动找同学商量一下大致的思路、过程，然后再进行独立 的计算设计。还真别说，这样一来，错误的次数明显降低了。 同时，还应注意地面排水的问题。开始，我们考虑的都不够周全，往往顾此失彼， 找不到其平衡，不能合理处理出现的

32、冲突问题。无奈，只好一遍遍看课本，查资料， 看的多了，了解的全面了，原来的错误自然就不攻自破了。让我意识到要想从事相关 行业的工作，考虑周全是必不可少的。 通过这次课程设计我学会了很多大概以下几点：（1）善于发现问题分析问题，和 别人意见不一致时，虚心听取他人意见。 （2）多与人沟通，善于听取他人的意见。有 时我们看到的也许是特殊情况，多听取经他人的意见，得到的结论才既符合规范又符 合常理。 （3）善于记录，避免在最后的总结中产生疏漏。 整个课程设计进行完，对于所学的专业理论知识更加系统化、整体化，更进一步 巩固和扩大了所学的专业知识。在设计过程中，通过实际工程设计，结合课程教学， 掌握路面设

33、计的程序和技术方法。使理论知识与实践相结合，熟悉路面设计的步骤和 方法。进一步巩固和加深及运用课堂上所学的原理、标准、方法、理论基础知识，培 养分析问题、解决问题、独立设计的能力，使知识系统化，从而为将来对专业知识的 学习和认识打下基础。 在这次课程设计中我们一次次犯错，又一次次找错，把平时课堂上没有注意的表 格、小文字都进行了详细的研读，使得我由原来的粗枝大叶变得更加细心，考虑更加 周全，涉及到的问题也更加全面。通过课程设计，我了解了对一条道路进行设计的详 细过程以及容易出现的问题。我知道，即使是现在我所考虑的问题还不周全，但是， 毕竟是第一次进行较实际的工程设计。相信以后的日子里我会更加努力学习专业知识， 系统化自己的知识，强化自己的动手能力。 言有尽而意无穷，这次课程设计的所得不是以上言语就可以表达的，更多的是对 自己思想潜移默化的影响。通过这次课程设计的进行，我会更加用功的学习专业知识， 让自己的专业知识在现实中得到运用。 参考文献参考文献 1公路工程技术标准JTG B01-2003 2公路路基设计规范JTG D30-2