水利与环境学院
《路基路面工程》课程设计
（2011—2012年度第一学期）
姓 名： 学 号：
专业班级： 道路桥梁与渡河工程二班 任课教师： 张 天 航
2011年12月 20日
目录
1设计资料 ........................................................................................................................................................... 4 1.1设计任务书要求 .............................................................................................................................................. 4 1.2气象资料 .......................................................................................................................................................... 4 1.3地质资料与筑路材料 ...................................................................................................................................... 4 1.4交通资料 .......................................................................................................................................................... 5 1.5设计标准 .......................................................................................................................................................... 5 2路基设计 ........................................................................................................................................................... 5 2.1路基设计的一般要求 ...................................................................................................................................... 5 2.2路基横断面形式 .............................................................................................................................................. 6 2.3确定自然区划和路基干湿类型 ...................................................................................................................... 6 2.4路基横断面尺寸 .............................................................................................................................................. 6 2.4.1路基宽度 .................................................................................................................................................. 6 2.4.2路基高度 .................................................................................................................................................. 7 2.4.3路基边坡坡度 .......................................................................................................................................... 7 2.4.4路基压实 .................................................................................................................................................. 8 2.4.5路基附属设施 .......................................................................................................................................... 9 3排水设计 ........................................................................................................................................................... 9 3.1路基排水设计 .................................................................................................................................................. 9 3.1.1边沟设计 .................................................................................................................................................. 9 3.1.2截水沟设计 .............................................................................................................................................. 9 3.1.3排水沟设计 ............................................................................................................................................ 10 3.2路面排水设计 ................................................................................................................................................ 10 4沥清路面设计 ................................................................................................................................................. 11 4.1确定标准轴载累计交通量 ............................................................................................................................ 11 4.2初步拟定路面结构 ........................................................................................................................................ 11 4.3方案1结构设计 ............................................................................................................................................ 12 4.3.1路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算 ................................................................................ 12 4.3.2新建路面结构厚度计算 ........................................................................................................................ 12 4.3.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 .................................................................................................... 14 4.4方案2构设计 ................................................................................................................................................ 15 4.4.1路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算 ................................................................................ 15 4.4.2新建路面结构厚度计算 ........................................................................................................................ 15 4.3.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 .................................................................................................... 17 4.5方案3构设计 ................................................................................................................................................ 18
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4.5.1路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算 ................................................................................ 19 4.5.2新建路面结构厚度计算 ........................................................................................................................ 19 4.5.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 .................................................................................................... 21 4.6方案4构设计 ................................................................................................................................................ 22 4.6.1路面材料与参数 .................................................................................................................................... 22 4.6.2新建路面结构厚度计算 ........................................................................................................................ 23 4.6.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 .................................................................................................... 25 5水泥混凝土路面 ............................................................................................................................................. 26 5.1轴载换算 ........................................................................................................................................................ 26 5.1.1公路技术等级与设计基准期 ................................................................................................................ 26 5.1.2可靠度系数 ............................................................................................................................................ 27 5.1.3车辆轮迹横向分布系数 ........................................................................................................................ 27 5.1.4交通量车道分配系数 ............................................................................................................................ 27 5.1.5近期交通信息 ........................................................................................................................................ 27 5.1.6轴载换算结果 ........................................................................................................................................ 28 5.2初拟路面结构 ................................................................................................................................................ 28 5.2.1面层 ........................................................................................................................................................ 28 5.2.2基（垫）层与材料参数 ........................................................................................................................ 29 5.3参数确定 ........................................................................................................................................................ 29 5.3.1水泥混凝土的弯拉强度 ........................................................................................................................ 29 5.3.2混凝土弯拉模量 .................................................................................................................................... 29 5.3.3最大温度梯度 ........................................................................................................................................ 30 5.3.4接缝应力折减系数 ................................................................................................................................ 30 5.3.5最小防冻厚度 ........................................................................................................................................ 30 5.4计算结果 ........................................................................................................................................................ 31 5.4.1基混凝土面层设计厚度 ........................................................................................................................ 31 5.4.2验算路面防冻厚度 ................................................................................................................................ 32 5.5调整后厚度 .................................................................................................................................................... 32 5.6新建基(垫)层及土基顶面竣工验收弯沉值 ................................................................................................ 32 6参考书目 ......................................................................................................................................................... 33 7附图 ................................................................................................................................................................ 34
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1设计资料
1.1设计任务书要求
河南某公路设计等级为高速公路，设计基准年为2010年，设计使用年限为15年，拟比选采用沥青路面结构或水泥混凝土路面，需进行路面结构设计。
1.2气象资料
该公路处于Ⅱ5区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年气温平均在14℃~14.5℃，一月份气温最低，月平均气温为-0.2℃~0.4℃，七月份气温27℃左右，历史最高气温为40.5℃，历史最低气温为-17℃，年平均降雨量为525.4毫米~658.4毫米，雨水多集中在6~9月份，约占全年降雨量50%以上。平均初霜日在11月上旬，终霜日在次年3月中下旬，年均无霜日为220天~266天。地面最大冻土深度位20厘米，夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在3.0米/秒左右。
1.3地质资料与筑路材料
路线位于平原微丘区，调查及勘探中发现，该地区属第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲积、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂隙发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。其它未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30 MPa和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量
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好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。
1.4交通资料
根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示，交通量年增长率如表二所示，不同车型的交通量参数见下表。
近期交通组成与交通量 表1.1
车型 三菱FR415 五十铃NPR595G 江淮HF140A 东风M340 交通量 （辆/日） 400~600 500~650 510~650 520~660 车型 江淮HF150 东风SP9135B 五十铃EXR181L 交通量 （辆/日） 580~750 560~700 520~700 交通量年增长率 表1.2
期限 2011～2015 2016～2020 增长率γ（％） 8.0 6.5 期限 2021～2025 增长率γ（％） 5.5 1.5设计标准
高速公路全线按六车道高速公路标准设计行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。路基宽度35.0米，双向三行车道2×3×3.75米，中间分隔带宽3.0米，左侧路缘带0.75米，右侧硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交。
2路基设计
2.1路基设计的一般要求
公路路基是路面的甚而，它承受头土体本身的自重和路面结构的重力，同时还承受由路面传递下来的行车荷载，所以路基是公路的承重主体。
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路基承受行车荷载作用，主要是在应力区，其深度一般在路基顶面以下0.8m以内。此部分路基可视为路面结构的路床，其强度与稳定性要求，应根据路基路面综合设计的原则确定。坚固的路基，不公是路面强度与稳定性的重要保证，而且能为延长路面使用寿命创造有利条件，所以路基路面的综合设计至为重要。
2.2路基横断面形式
根据填挖情况不同，路基横断面的形式有：路堤、路堑和填挖结合；根据公路曲线的超高、加宽又有两种路基横断面形式(见附图)。本设计主要才用一般路堤形式，按照标准横断面形式进行设计。
2.3确定自然区划和路基干湿类型
由已知资料，根据《公路自然区划标准》可知：该高速公路路线位于平原微丘区，处于Ⅱ5区，属于东部温润季冻区；路基土质为粘性土。
由《路基路面工程》（P17）可得路基湿类型为干燥或中湿状态。
2.4路基横断面尺寸
2.4.1路基宽度
高速公路全线按六车道高速公路标准设计行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。路基宽度35.0米，双向三行车道2×3×3.75米，中间分隔带宽3.0米，左侧路缘带0.75米，右侧硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交。
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2.4.2路基高度
由《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)，设有中央分隔带的高速公路，路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘高程。该高速公路路线位于平原微丘区，处于Ⅱ5区，在该设计中采用最小填土高度为1.50m。查路基临界高度参考值可知，最小填土高度和临界高度相比，处于Ⅱ5区的粘性土均处于干燥或中湿情况，则选用1.50m作为填土高度合适。
2.4.3路基边坡坡度
(1) 路提边坡
路堤边坡坡度 表2.1
边坡坡率 填料类别 细粒土 粗粒土 巨粒土 上部高度h 小于等于8m 1：1.5 1：1.5 1：1.3 下部高度h 小于等于12m 1：1.75 1：1.75 1：1.5 由资料知本地填料为砂类及粘性土，边坡的最大高度全部高度为20m,上部高度8m，下部高度12m。边坡坡度上部高度1：1.5，下部高度1：1.75。 ]
(2)路堑边坡
土质挖方边坡坡度表 表2.2
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土的类别 粘土、粉质粘土、塑性指数大于3的粉土 中密以上的中砂、粗砂、砾砂 胶结和密实 卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土 中密 边坡坡率 1：1 1：1.5 1：0.75 1：1 根据设计资料，本路线位于平原微丘区，调查及勘探中发现，该地区属第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，则路堑边坡坡率选为1：1
2.4.4路基压实
路堤填土需分层压实，使之具有一定的密实祝英台。土质路堑开挖至设计高程后，需检验路基顶面上工作区内天然状态土的密实度。必要是，应在挖开后再分层压实，使之达到一定的密实度。
根据我国《公路路基设计规范》（JTG D30__2004）对高等级公路的压实度要求标准，以下为有重型击实方法得到的路床土最小强度和压实度： 路床土最小强度和压实度
表2.3
项目分类 填方路基 零填及挖方路基 路面底面一下深度（m） 0~0.3 0.3~0.8 0~0.3 0.3~0.8 路床土最小强度（CBR）(%) 8 5 8 5 压实度(%) ≧96 ≧96 ≧96 ≧96 公路路堤除了80cm深度的路床土这外，以下部分的路基一律按重型击实实验法求得的最在干密度控制压实度。 路堤压实度及路堤填土最小强度要求
表2.4
类别 上路堤 路床底一下深度（m） 0.80~1.50 压实度（%） ≧94 8 / 34
填土最小强度（CBR）(%) 4 下路堤 1.50以下 ≧93 3 2.4.5路基附属设施
为了确保路基的强度 、稳定性和行车安全，与一般路基工程有关的设施有：取土坑、弃土堆、护坡道、堆料坪及错车等。
3排水设计
3.1路基排水设计
3.1.1边沟设计
边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.0，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。梯形边沟的底宽与深度取0.5m。
3.1.2截水沟设计
路堑段挖方边坡上设置的截水沟，截水沟最内侧至外边坡的的距离d取5-10m，特殊地带可能取更大。截水沟下方一侧，可堆置挖沟的土方，并做成顶部向沟倾斜2%的土台。
由坡填方路段设置截水沟时，截水色与坡脚之间，要有不小于2.0m的间距，并做成2%的铅沟倾斜横坡。
截水沟的断面采用梯形，沟的边坡坡度，根据当地地质资料选用1：1.5的坡度。沟底宽度b取0.6m，沟深初选0.6m，沟底具有0.3%的纵坡，沟底各沟壁平整密实，不滞流、不渗水。截水沟的长度按地形取200-500m不等。
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3.1.3排水沟设计
排水沟的横断面，采用梯形，尺寸暂时不确定。用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，梯形底宽与深度设置大于0.5m，土沟边坡坡度根据地形约取为1：1-1：1.5。排水沟的位置，可根据需要并结合当地地形条件，离路基尽可能远些，距路基坡脚不宜小于2m，平面上应力求直捷，需要转弯时亦尽量圆顺，做成弧形，半径不小于10-20m，连续长度宜短，不超过500m.排水沟流注入其它沟渠时，使排水沟与原水道两者成锐角相交，有条件可用半么R=10b（b为沟顶宽）的圆曲线朝下游与其他水道相接。
排水沟纵坡一般情况下，可取0.5%-1.0%,不小于0.3%，亦不大于3%。
3.2路面排水设计
路面排水采用集中排水方式，路面雨雪水流随拦水带汇集，每30-40米在路基一侧设置水簸箕将路面积水引至路侧排水沟。
超高路段路面排水在中央分隔带设置排水沟，弯道外侧的半幅路面水汇入排水沟，通过跌水井和横向排水管道将路面积水沟内的水引入路侧排水沟。
拦水带可由沥青混凝土现场浇筑，也可由水泥混凝土预制块铺砌而成。拦水带的顶高略高于水断面的设计水面高。
3.3中央分隔带排水
中央分隔带用5cm厚水泥混凝土密封表面做成与路面相同的横坡，将水引入路侧排水沟。
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4沥清路面设计
4.1确定标准轴载累计交通量
表4.1
序号 1 2 3 4 5 6 7 设计年限 车型名称 三菱FR415 江淮HF150 五十铃NPR595 东风SP9135B 江淮HF140A 五十铃EXR181 东风KM340 15 轴重 (kN) 30 45.1 23.5 20.1 18.9 60 24.6 车道 系数 后轴重 (kN) 51 101.5 44 72.6 41.8 100 67.8 0.4 后轴数 1 1 1 2 1 3 1 后轴轮 组数 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 后轴距(m) >3 >3 交通量 500 650 600 600 600 600 600 表4.2
序号 1 2 3 分段时间(年) 5 5 5 交通量年增长率 8% 6.50% 5.50% 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 : 3545 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 : 2863 设计年限内一个车道上累计当量轴次 :
4.2初步拟定路面结构
由已知资料知道当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30 MPa和60MPa。沿
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线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。现初步拟定以下沥清路面结构:
方案1:柔性基层沥青路面,地基回弹模量方案2:柔性基层沥青路面,地基回弹模量方案3: 半刚性基层沥青路面,地基回弹模量方案4: 半刚性基层沥青路面,地基回弹模量
； ； ；
4.3方案1结构设计
4.3.1路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算
表4.3
公路等级 公路等级系数 1 层位 1 2 3 4 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青碎石 级配碎石 高速公路 面层类型系数 1 劈裂强(MPa) 1.4 1 基层类型系数 1.6 容许拉应力(MPa) 0.42 0.3 路面设计弯沉值 : 36.3 (0.01mm)
4.3.2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 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 36.3 (0.01mm)
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路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 表4.4
层位 结构层材料名称 1 2 3 4 5 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青碎石 级配碎石 土基 厚度抗压模量抗压模量容许应力(cm) (MPa)(20℃) (MPa)(15℃) (MPa) 4 8 20 ? 1400 1200 900 300 30 2000 1600 1200 300 0.42 0.3 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD=36.3(0.01mm)
H(4)=30cm LS=37.6(0.01mm) H(4)=35cm LS=34.9(0.01mm) H(4)=32.4cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H(4)=32.4cm(第1层底面拉应力验算满足要求) H(4)=32.4cm(第2层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :
H(4)= 32.4 cm(仅考虑弯沉)
H(4)= 32.4 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 .
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通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: --------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 8 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青碎石 20 cm --------------------------------------- 级配碎石 33 cm --------------------------------------- 土基
4.3.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
表4.5
公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 4
标 准 轴 载 : BZZ-100
厚度 抗压模量抗压模量层位 结构层材料名称 (cm) (MPa)(20℃) (MPa)(15℃) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 2 中粒式沥青混凝土 8 1200 1600 3 粗粒式沥青碎石 20 900 1200 4 级配碎石 33 300 300 5 土基 30 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :
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计算信息 计算应力 计算应力 不算应力 不算应力 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.9 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 40.8 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 53.4 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 120.4 (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)
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 )=-.273 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.007 (MPa)
4.4方案2构设计
4.4.1路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算
表4.6
公路等级： 高速公路
公路等级系数 1 层位 1 2 3 4 面层类型系数 1 路面设计弯沉值 :36.3 (0.01mm)
结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青碎石 级配碎石 劈裂强度(MPa) 1.4 1 容许拉应力(MPa) 0.42 0.3 基层类型系数 1.6 4.4.2新建路面结构厚度计算
公 路 等 级 : 高速公路
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新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 36.3 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm)
表4.7
层位 1 2 3 4 5 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青碎石 级配碎石 土基 厚度 抗压模量抗压模量容许应力(cm) (MPa)(20℃) (MPa)(15℃) (MPa) 4 8 20 ? 1400 1200 900 300 60 2000 1600 1200 300 0.42 0.3 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 36.3 (0.01mm)
H( 4 )= 15 cm LS= 35.6 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin时 LS<=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 4 )= 15 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 15 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 15 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)
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路面设计层厚度 :
H( 4 )= 15 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 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 .
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 8 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青碎石 20 cm --------------------------------------- 级配碎石 15 cm --------------------------------------- 土基
4.3.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公 路 等 级 : 高速公路
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新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100
表4.8
层位 1 2 3 4 5 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青碎石 级配碎石 土基 厚度(cm) 4 8 20 15 抗压模量(MPa)(20℃) 1400 1200 900 300 60 抗压模量(MPa)(15℃) 2000 1600 1200 300 计算信息 计算应力 计算应力 不算应力 不算应力 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= 35.6 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 41.4 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 57.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 161.6 (0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 200 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS= 155.3 (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 σ( 1 )=-.276 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )= .003 (MPa)
4.5方案3构设计
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4.5.1路面材料选择及设计弯沉值和容许拉应力计算
表4.9
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 容许拉应力(MPa) 0.42 0.3 0.28 0.19 0.19 路面设计弯沉值 22.7 (0.01mm)
劈裂强度结构层材料名称 (MPa) 细粒式沥青混凝土 1.4 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定石屑 水泥粉煤灰碎石土 1 1 0.5 0.5 层位 1 2 3 4 5 4.5.2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 : 22.7 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm)
表4.10
层位 1 2 3 4 5 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定石屑 水泥粉煤灰碎石土 厚度(cm) 4 6 8 ? 25 抗压模量(MPa)(20℃) 1400 1200 900 1500 1400 19 / 34
抗压模量(MPa)(15℃) 2000 1600 1200 1500 1400 容许应力(MPa) 0.42 0.3 0.28 0.19 0.19 6 土基 30 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.7 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 23.1 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 20.8 (0.01mm) H( 4 )= 20.9 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 20.9 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :
H( 4 )= 20.9 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 20.9 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 .
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm
20 / 34
--------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 8 cm --------------------------------------- 水泥稳定石屑 35 cm --------------------------------------- 水泥粉煤灰碎石土 25 cm --------------------------------------- 土基
4.5.3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
表4.11
层位 1 2 3 4 5 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定石屑 水泥粉煤灰碎石土 厚度抗压模量抗压模量(cm) (MPa)(20℃) (MPa)(15℃) 4 6 8 20.9 25 1400 1200 900 1500 1400 2000 1600 1200 1500 1400 计算信息 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力 21 / 34
6 土基 30 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= 22.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 24.9 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.4 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.3 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 79 (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)
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 )=-.198 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.043 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.037 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .039 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .138 (MPa)
4.6方案4构设计
4.6.1路面材料与参数
22 / 34
表4.12
公路等级 高速公路
公路等级系数 1 层位 1 2 3 4 5 面层类型系数 1 劈裂强度(MPa) 1.4 1 1 0.5 0.5 基层类型系数 1 容许拉应力(MPa) 0.42 0.3 0.28 0.19 0.19 路面设计弯沉值 : 22.7 (0.01mm)
结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定石屑 水泥粉煤灰碎石土 4.6.2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 : 22.7 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm)
表4.12
层位 1 2 3 4 5 6 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定石屑 水泥粉煤灰碎石土 土基 厚度(cm) 4 6 8 ? 25 抗压模量(MPa)(20℃) 1400 1200 900 1500 1400 30 抗压模量容许应力(MPa) (MPa)(15℃) 2000 1600 1200 1500 1400 0.42 0.3 0.28 0.19 0.19 按设计弯沉值计算设计层厚度 :
23 / 34
LD= 22.7 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 23.1 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 20.8 (0.01mm) H( 4 )= 20.9 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 20.9 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 20.9 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :
H( 4 )= 20.9 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 20.9 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 .
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm ---------------------------------------
24 / 34
中粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 8 cm --------------------------------------- 水泥稳定石屑 30 cm --------------------------------------- 水泥粉煤灰碎石土 25 cm --------------------------------------- 土基
4.6.3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
表4.13
层位 1 2 3 4 5 6 结构层材料 名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定石屑 水泥粉煤灰碎石土 土基 厚度(cm) 4 6 8 20.9 25 抗压模量(MPa) (20℃) 1400 1200 900 1500 1400 30 抗压模量(MPa) (15℃) 2000 1600 1200 1500 1400 计算信息 计算应力 计算应力 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= 22.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 24.9 (0.01mm)
25 / 34
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.4 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 33.3 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 79 (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)
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 )=-.198 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.043 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.037 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .039 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .138 (MPa)
5水泥混凝土路面
5.1轴载换算
5.1.1公路技术等级与设计基准期
表5.1
公路技术等级 设计基准期（年） 高速公路 30 一级公路 30 二级公路 20 三、四级公路 20 取公路设计基准处为30年.
26 / 34
5.1.2可靠度系数
表5.2
变异水平等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 低 1.20-1.33 1.09-1.16 1.04-1.08 中 1.33-1.50 1.16-1.23 1.08-1.13 1.04-1.07 高 - 1.23-1.33 1.13-1.18 1.07-1.11 变异水平为低,取可靠度系数为1.25.
5.1.3车辆轮迹横向分布系数
表5.3
公路等级 高速、一级公路、收费站 行车道宽＞7m 二级及二级以下公路 行车道宽≤7m 取车辆轮迹横向分布系数:0.2
纵缝边缘处 0.17-0.22 0.34-0.39 0.54-0.62 5.1.4交通量车道分配系数
表5.4
单向车道数 车道分配系数 1 1 2 0.8-1.0 3 0.6-0.8 ≥4 0.5-0.75 车道数为6,取车道分配系数为0.6
5.1.5近期交通信息
表5.5
27 / 34
序 路面行驶车号 辆名称 1 2 3 4 5 6 7 三菱FR415 江淮HF150 五十铃NPR595 东风SP9135B 江淮HF140A 五十铃EXR181 东风KM340 单轴轴载 单轮总重 组的(kN) 个数 1 1 1 1 1 1 1 30 45.1 3.5 20.1 18.9 60 24.6 单轴轴载 双轮总重 组的(kN) 个数 1 1 1 1 1 0 0 100 102 44 72.6 41.8 100 67.8 双轴轴载双轮总重组的(kN) 个数 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 72.6 三轴轴载双轮交通总重组的量 (kN) 个数 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 500 650 600 600 600 600 600 表5.6
序号 1 2 3 行驶方向分配系数 轮迹横向分布系数 分段时间(年) 10 10 10 0.5 0.2 交通量年增长率 8% 6.50% 5.50% 车道分配系数 0.6 5.1.6轴载换算结果
设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 418 路面的设计基准期 : 30 年
设计基准期内标准轴载累计作用次数 : 2873997 路面承受的交通等级 :重交通等级
5.2初拟路面结构
5.2.1面层
表5.7
交通等级 特重 28 / 34
重 公路等级 变异水平等级 面层厚度(cm) 高速 低 260 一级 中 低 250 二级 中 240 一级 二级 中 低 中 260-250-220 230 初拟混凝土面层厚度为240mm。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。普通混凝土板长度取4m。
5.2.2基（垫）层与材料参数
表5.8
层位 1 2 3 基（垫）层材料名称 水泥稳定粒料 石灰粉煤灰土 土基 厚度(mm) 180 150 回弹模量(MPa) 1300 600 30 基层选用水泥稳定粒粒，厚度180mm。垫层为150mm石灰粉煤灰土。
5.3参数确定
5.3.1水泥混凝土的弯拉强度
表5.9
交 通 等 级 水泥混凝土的弯拉强度标准值(Mpa) 钢纤维混凝土弯拉强度标准值(Mpa) 取水泥混凝土的弯拉强度标准值为5Mpa.
特重 5 6 重 5 6 中等 4.5 5.5 轻 4 5 5.3.2混凝土弯拉模量
表5.10
弯拉强度(MPa) 抗压强度(MPa) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 5 7.7 11 14.9 19.3 24.2 29.7 35.8 41.8 48.4 29 / 34
弯拉弹性模量(GPa) 10 15 18 21 23 25 27 29 31 33 取混凝土弯拉模量31Gpa.
5.3.3最大温度梯度
表5.11
公路自然区划 最大温度梯度（℃/m） 取面层最大温度梯度 86 ℃/m
Ⅱ、Ⅴ 83-88 Ⅲ 90-95 Ⅳ、Ⅵ 86-92 Ⅶ 93-98 5.3.4接缝应力折减系数
规范规定
纵缝为设拉杆的平缝时 Kr=0.87-0.92 纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时 Kr=1.0 纵缝为设拉杆的企口缝时 Kr=0.76-0.84 所以取Kr=0.9
5.3.5最小防冻厚度
表5.12
路基干湿 类型 路基土质 0.50-1.00 0.30-0.50 0.40-0.60 0.40-0.60 0.45-0.70 30 / 34
低、中、高液限粘土 中湿路基 粉土、粉质低、中液限粘土 低、中、高液限粘土 潮湿路基 粉土、粉质低、中液限粘土 当地最大冰冻深度(m) 1.01-1.51->2.00 1.50 2.00 0.40-0.50-0.60-0.95 0.60 0.70 0.50-0.60-0.70-1.10 0.70 0.85 0.50-0.60-0.75-1.20 0.70 0.90 0.55-0.70-0.80-1.30 0.80 1.00 取路面最小防冻厚度 400 mm
5.4计算结果
5.4.1基混凝土面层设计厚度
基层顶面当量回弹模量 ET= 165.5 MPa
HB= 240 r= .73 SPS= 1.11 SPR= 3.02 BX= .64 STM= 1.98 KT= .51 STR= 1.01 SCR= 4.03 GSCR= 5.04 RE= .8 %
HB= 242 r= .736 SPS= 1.09 SPR= 2.99 BX= .61 STM= 1.91 KT= .5 STR= .95 SCR= 3.94 GSCR= 4.93 RE=-1.4 % HB-----拟定的混凝土面层厚度(mm) r------混凝土面层板的相对刚度半径(m) SPS----混凝土面层的荷载应力(MPa) SPR----混凝土面层的荷载疲劳应力(MPa) BX-----温度应力系数
STM----混凝土面层的温度应力(MPa) KT-----温度疲劳应力系数
STR----混凝土面层的温度疲劳应力(MPa)
SCR----混凝土面层的综合应力(荷载疲劳应力与温度疲劳应力之和)(MPa) GSCR---可靠度系数与混凝土面层综合应力的乘积(MPa) RE-----GSCR与面层混凝土弯拉强度标准值的相对误差（％）
31 / 34
基混凝土面层设计厚度 : 242 mm
5.4.2验算路面防冻厚度
路面最小防冻厚度 400 mm 新建基(垫)层总厚度 330 mm
验算结果表明, 路面总厚度满足路面防冻要求 .
5.5调整后厚度
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 普通混凝土面层 242 mm --------------------------------------- 水泥稳定粒料 180 mm --------------------------------------- 石灰粉煤灰土 150 mm --------------------------------------- 土基
5.6新建基(垫)层及土基顶面竣工验收弯沉值 新建基(垫)层的层数 : 2
标 准 轴 载 : BZZ-100
表5.13
层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 32 / 34
回弹模量(MPa) 第 1 层顶面竣工验收弯沉值 LS= 45.6 (0.01mm)(根据“沥青路面设计规范”公式计算)
LS= 54.3 (0.01mm)(根据“基层施工技术规范”公式计算)
第 2 层顶面竣工验收弯沉值 LS= 123.5 (0.01mm)(根据“沥青路面设计规范”公式计算)
LS= 170.2 (0.01mm)(根据“基层施工技术规范”公式计算)
土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 310.5 (0.01mm)(根据“路基路面测试规程”公式计算)
LS= 383.1 (0.01mm)(根据“基层施工技术规范”公式计算)
1 2 3 水泥稳定粒料 石灰土 土基 200 250 1500 550 30 6参考书目
1、《路基路面工程》（人民交通出版社第二版）和《道路勘察设计》 2、《公路工程技术标准》JTGB01-2003
3、《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006 4、《公路沥青路面设计规范》JTGD30-2004
5、《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD4013-2002 6、《公路设计手册》（交通部第二版）
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7附图
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