路面工程设计范本 设计论文.doc

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1、课程名称：路面工程设计题目： 路面设计 院 系： 土木工程 专 业： 年 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩 指导教师 (签章)年 月 日西南交通大学峨眉校区目 录第1章 任务书和指导书11.1 设计任务书11.2 设计指导书21.2.1沥青路面设计的步骤21.2.2普通混凝土路面设计的步骤2第2章 沥青路面设计4第3章 普通水泥混凝土路面设计5参考文献6第1章 任务书和指导书1.1 设计任务书拟从昆明到攀枝花修建一条一级公路，所在地区的自然区划属V4区，采用沥青混凝土路面。已知资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平均年增长率为r（见表1和表2）。沥

2、青路面设计中，车道系数选用0.45。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。任务：可行性研究阶段，设计沥青路面和水泥混凝土路面各2种方案。表1 第一年双向平均日交通量车型前轴重（kN）前轴数前轴轮组数后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量（辆/日）黄河QD35249.81单95.81双-1交通SH-14123.01单282.52双2.6mQ2东风EQ14425.701单290.12双3.1mQ3罗曼SQ925150.01单3111.33双2.4mQ4 表2交通量以及年平均增长率学号末尾2位数kQ1Q2Q3Q4r(%)00-33450-k440

3、-k380-k80-k5.2+0.01k34-66400-k380-k400-k10+k5.9-0.01k67-99300+k320+k350+kk6-0.01k1.2 设计指导书设计按照我国现行的公路沥青路面设计规范JTG D502006和公路水泥混凝土路面设计规范JTG D402002进行。1.2.1沥青路面设计的步骤根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。 按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。（采用临界高度法）参考本地区的

4、经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的材料设计参数。根据拉应力设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。高速公路、一级公路、二级公路路面结构，以弯沉和沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层的拉应力为设计指标。三级公路和四级公路路面结构，以弯沉为设计指标。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，选用极限抗拉强度高的材料，再重新计算，直到满足要求为止。对于季节性冰冻地区冰冻区各级公路的中湿、潮湿路段，应迸行防冻厚度验算是否符合要求。进行技术经济比较，

5、确定路面结构方案。1.2.2普通混凝土路面设计的步骤(1)收集并分析交通参数收集日交通量和轴载组成数据，确定方向系数和车道系数，进行标准轴载换算，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通分级，选定设计年限、交通量年平均增长率和轮迹横向分布系数，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。(2)初拟路面结构初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。(3)确定材料参数进行材料试验或查表确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，从而确定基层顶面的当量回弹模量。(4)计算荷载疲劳应力由应力计算图或公式得到标准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力

6、；按接缝类型选定接缝传荷系数，按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按公路等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力。(5)计算温度疲劳应力由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划和tm/fr确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力。(6)检验初拟路面结构当荷载疲劳应力同温度疲劳应力之和与可靠度系数的乘积小于且接近于混凝土弯拉强度标准值时，则初选厚度可作为混凝土板的计算厚度。否则，应改选混凝土板厚度，拟定新的结构，重新计算，直到满足要求为止。第二章 沥青路面设计 1. 半刚性基层拟从昆明到攀枝花修建一

7、条一级公路，所在地区的自然区划属V4区，采用沥青混凝土路面。已知资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平均年增长率为=5.07。沥青路面设计中，车道系数选用0.45。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。表1 第一年双向平均日交通量车型前轴重（kN）前轴数前轴轮组数后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量（辆/日）黄河QD35249.81单95.81双-354交通SH-14123.01单282.52双2.6m334东风EQ14425.701单290.12双3.1m354罗曼SQ925150.01单3111.33

8、双2.4m561）轴载分析路面设计以双轮单轴载100KN为标准轴载。当以设计弯沉为指标及验算沥青层各级轴载换算采用如下公式计算，计算结果如表2所列。 表2 轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）车型P（kN）（次/日）（次/日）黄河QD352前轮49.816.4354109.2后轮95.811354293.7交通SH-141前轮23.016.43343.6后轮282.52.21334318.2东风EQ144前轮25.7016.43546.1后轮290.111354449.9罗曼SQ9251前轮50.016.45617.6后轮3111.33.4156303.3合计1502一级公路沥青路面的设计年限

9、为15年，车道系数为0.45，则累计当量轴次为：当验算半刚性基层层底拉应力时： 各级轴载采用如下公式计算，计算结果如表3所列。表3 轴载换算结果汇总表（半刚性层底拉应力验算）车型P（kN）（次/日）（次/日）黄河QD352前轮49.8118.535424.8后轮95.8113541.3交通SH-141前轮23.0118.53340.05后轮282.531334215.03东风EQ144前轮25.70118.53540.12后轮290.121354153.7罗曼SQ9251前轮50.0118.5564.04后轮3111.35156659合计1054则用于半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：

10、2）路面结构设计经计算，路面设计使用年限内一个车道上的累计标准轴次为470左右，根据表12-1，面层宜选择沥青混凝土（符合要求），又由于该路面等级（一级公路）高，所承受交通量较大，因此宜采用三层式结构，即表面层可采用3cm厚细粒式密级配沥青混凝土，中面层可采用5cm厚中粒式密级配沥青混凝土，下面层可采用6cm粗粒式密级配沥青混凝土。由于沿线有大量碎石和水泥等供应，基层和底基层分别采用二灰碎石（20cm）和石灰土（厚度待计算确定）。3）土基的回弹模量的确定该路处于 路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。则路槽底距地下水位高度平均为1.0+1.5=2

11、.5m,由规范(JTG D502006)可知此高度大于等于（2.2m2.5m）属干燥状态，又因粉质土结合规范可得，取，查表12-8得土基回弹模量4）确定各层材料的抗压模量与劈裂强度由交通量表按设计弯沉计算厚度时的抗压模量，细粒式密级配沥青混凝土；中粒式密级配沥青混凝土；粗粒式密级配沥青混凝土；二灰碎石；石灰土。验算面层底弯拉应力时抗压模量，细粒式密级配沥青混凝土；中粒式密级配沥青混凝土；粗粒式密级配沥青混凝土；二灰碎石；石灰土。各层材料劈裂程度：细粒式密级配沥青混凝土；中粒式密级配沥青混凝土；粗粒式密级配沥青混凝土；二灰碎石；石灰土。5)设计指标的确定设计弯沉设计弯沉按式（12-33）计算，一

12、级公路，取=1.0,面层为沥青混凝土，取=1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20，取=1.0。设计弯沉: 各验算层材料容许拉应力 细粒式密集配沥青混凝土：中粒式密集配沥青混凝土：粗粒式密集配沥青混凝土：二灰碎石：石灰土：6）设计参数汇总经计算路面实际弯沉值为26.91（0.01mm），路面各设计计算参数如表127所示：表12-17 设计参数汇总材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土3140020000.513中粒式沥青混凝土5120018000.366粗粒式沥青混凝土6100014000.266二灰碎石20150036000.37

13、7石灰土？75024000.094土基507）计算是你石灰砂砾土厚度采用沥青路面设计专用程序（验算结果如附表-1所示），在输入设计弯沉值以及以上参数后，计算得二灰土底基层厚39.4cm（可分2层铺），此时路面结构表实际弯沉值为20.94（0.01mm），沥青面层的层底为压应力，二灰碎石基层底面的最大拉应力为，石灰土基层底面最大拉应力为，均小于容许应力，因此路面厚度满足设计要求。 旧路检测轴载及其对应弯沉 轴重(KN) 弯沉(0.01mm) 1 项目类型参数 项目类型 新建项目2 设计弯沉(0.01mm) 已知3 验算内容 验算方式 弯拉应力验算4 弯沉参数设置 设计弯沉(0.01mm) 26.

14、915 交通参数设置 公路等级 一级公路6 路面等级 高级路面7 土基模量参数 土基模量(MPa) 35.58 泊松比 .359 结构组合（基层& 垫层） 层号 110 是否控制层位 否11 材料类型 沥青混凝土类12 材料名称 细粒式密级配沥青混凝土13 15度材料模量(MPa) 200014 20度材料模量(MPa) 140015 材料厚度(cm) 316 泊松比 .2517 容许弯拉应力(MPa) .51318 层号 219 是否控制层位 否20 材料类型 沥青混凝土类21 材料名称 中粒式密级配沥青混凝土22 15度材料模量(MPa) 180023 20度材料模量(MPa) 12002

15、4 材料厚度(cm) 525 泊松比 .2526 容许弯拉应力(MPa) .36627 层号 328 是否控制层位 否29 材料类型 沥青混凝土类30 材料名称 粗粒式密级配沥青混凝土31 15度材料模量(MPa) 140032 20度材料模量(MPa) 100033 材料厚度(cm) 634 泊松比 .2535 容许弯拉应力(MPa) .26636 层号 437 是否控制层位 否38 材料类型 沥青混凝土类39 材料名称 二灰碎石40 15度材料模量(MPa) 360041 20度材料模量(MPa) 150042 材料厚度(cm) 2043 泊松比 .2544 容许弯拉应力(MPa) .37

16、745 层号 546 是否控制层位 是47 材料类型 沥青混凝土类48 材料名称 石灰土49 15度材料模量(MPa) 240050 20度材料模量(MPa) 75051 最小材料厚度(cm) 1652 最大材料厚度(cm) 2053 泊松比 .2554 容许弯拉应力(MPa) .12155 计算结果 56 路面设计弯沉值(0.01mm) 26.9157 路面结构的实测弯沉值(0.01mm) 20.9353958 路面第 1层厚度(cm) 359 路面第 2层厚度(cm) 560 路面第 3层厚度(cm) 661 路面第 4层厚度(cm) 2062 路面第 5层厚度(cm) 39.400026

17、3 设计控制层厚度(cm) 39.4000264 第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 20.9353965 实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa) 066 第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 21.253667 实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa) 068 第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 21.7605869 实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa) 070 第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 22.5985371 实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa) 3.391747E-0272 第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 26

18、.1131673 实际路面结构第 5层底最大拉应力(MPa) .12051374 土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 262.4076 2.混合式基层拟从昆明到攀枝花修建一条一级公路，所在地区的自然区划属V4区，采用沥青混凝土路面。已知资料如下：预计竣工后第一年双向平均日交通量如表1。经过调查，预期交通量平均年增长率为=5.07。沥青路面设计中，车道系数选用0.45。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。表1 第一年双向平均日交通量车型前轴重（kN）前轴数前轴轮组数后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量（辆/日）黄河QD35249.81

19、单95.81双-354交通SH-14123.01单282.52双2.6m334东风EQ14425.701单290.12双3.1m354罗曼SQ925150.01单3111.33双2.4m561）轴载分析路面设计以双轮单轴载100KN为标准轴载。当以设计弯沉为指标及验算沥青层各级轴载换算采用如下公式计算，计算结果如表2所列。 表2 轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时）车型P（kN）（次/日）（次/日）黄河QD352前轮49.816.4354109.2后轮95.811354293.7交通SH-141前轮23.016.43343.6后轮282.52.21334318.2东风EQ144前轮25.701

20、6.43546.1后轮290.111354449.9罗曼SQ9251前轮50.016.45617.6后轮3111.33.4156303.3合计1502一级公路沥青路面的设计年限为15年，车道系数为0.45，则累计当量轴次为：当验算半刚性基层层底拉应力时： 各级轴载采用如下公式计算，计算结果如表3所列。表3 轴载换算结果汇总表（半刚性层底拉应力验算）车型P（kN）（次/日）（次/日）黄河QD352前轮49.8118.535424.8后轮95.8113541.3交通SH-141前轮23.0118.53340.05后轮282.531334215.03东风EQ144前轮25.70118.53540.1

21、2后轮290.121354153.7罗曼SQ9251前轮50.0118.5564.04后轮3111.35156659合计1054则用于半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：2）路面结构设计经计算，路面设计使用年限内一个车道上的累计标准轴次为470左右，根据表12-1，面层宜选择沥青混凝土（符合要求），又由于该路面等级（一级公路）高，所承受交通量较大，因此宜采用三层式结构，即表面层可采用4cm厚细粒式密级配沥青混凝土，中面层可采用6cm厚中粒式密级配沥青混凝土，下面层可采用7cm粗粒式密级配沥青混凝土。由于沿线有大量碎石和水泥等供应，基层和底基层分别采用水泥稳定碎石（20cm）和沥青密集配碎

22、石（厚度待计算确定）。3）土基的回弹模量的确定该路处于 路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度1.5m。则路槽底距地下水位高度平均为1.0+1.5=2.5m,由规范(JTG D502006)可知此高度大于等于（2.2m2.5m）属干燥状态，又因粉质土结合规范可得，取，查表12-8得土基回弹模量4）确定各层材料的抗压模量与劈裂强度由交通量表按设计弯沉计算厚度时的抗压模量，细粒式密级配沥青混凝土；中粒式密级配沥青混凝土；粗粒式密级配沥青混凝土；水泥碎石；沥青密集配碎石。验算面层底弯拉应力时抗压模量，细粒式密级配沥青混凝土；中粒式密级配沥青混凝土；粗粒式密级配沥

23、青混凝土；水泥碎石；沥青密集配碎石。各层材料劈裂程度：细粒式密级配沥青混凝土；中粒式密级配沥青混凝土；粗粒式密级配沥青混凝土；水泥碎石；沥青密集配碎石。5)设计指标的确定设计弯沉设计弯沉按式（12-33）计算，一级公路，取=1.0,面层为沥青混凝土，取=1.0，混合式基层、底基层总厚度大于20，取=1.0。设计弯沉: 各验算层材料容许拉应力 细粒式密集配沥青混凝土：中粒式密集配沥青混凝土：粗粒式密集配沥青混凝土：水泥碎石：沥青密集配碎石：6）设计参数汇总经计算路面实际弯沉值为26.91（0.01mm），路面各设计计算参数如表表12-17 设计参数汇总材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）1

24、5抗压模量（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土4140020000.513中粒式沥青混凝土6120018000.366粗粒式沥青混凝土7100014000.266水泥碎石20150036000.269沥青密集配碎石？120014000.431土基507）计算是你石灰砂砾土厚度采用沥青路面设计专用程序（验算结果如附表-1所示），在输入设计弯沉值以及以上参数后，计算得沥青密集配碎石底基层厚17.5cm（可分2层铺），此时路面结构表实际弯沉值为26.87（0.01mm），沥青面层的层底为压应力，水泥碎石基层底面的最大拉应力为，沥青细级配碎石基层底面最大拉应力为，均小于容许应力，因此路面厚度

25、满足设计要求。轴载及其对应弯沉 轴重(KN) 弯沉(0.01mm) 1 项目类型参数 项目类型 新建项目2 设计弯沉(0.01mm) 已知3 验算内容 验算方式 弯拉应力验算4 弯沉参数设置 设计弯沉(0.01mm) 26.915 交通参数设置 公路等级 一级公路6 路面等级 高级路面7 土基模量参数 土基模量(MPa) 35.58 泊松比 .359 结构组合（基层& 垫层） 层号 110 是否控制层位 否11 材料类型 沥青混凝土类12 材料名称 细粒式密级配沥青混凝土13 15度材料模量(MPa) 200014 20度材料模量(MPa) 140015 材料厚度(cm) 416 泊松比 .2

26、517 容许弯拉应力(MPa) .51318 层号 219 是否控制层位 否20 材料类型 沥青混凝土类21 材料名称 中粒式密级配沥青混凝土22 15度材料模量(MPa) 180023 20度材料模量(MPa) 120024 材料厚度(cm) 625 泊松比 .2526 容许弯拉应力(MPa) .36627 层号 328 是否控制层位 否29 材料类型 沥青混凝土类30 材料名称 粗粒式密级配沥青混凝土31 15度材料模量(MPa) 140032 20度材料模量(MPa) 100033 材料厚度(cm) 734 泊松比 .2535 容许弯拉应力(MPa) .26636 层号 437 是否控制层位 否38 材料