10道桥路基路面课程设计指导书

《路基路面工程课程设计》指导书

10道桥

2012 年  12 月

一、沥青路面设计

（一）课程设计目的

1.复习沥青路面结构的受力状态

2.掌握沥青路面设计原理、步骤和方法；

3.进行设计实践，从中明确各设计参数对沥青路面的影响，从理论角度了解沥青路面结构参数的重要性。

（二）设计内容

      1. 根据自然区划、路基土类型和地下水位高度，确定土基回弹模量值；

      2. 计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值；

      3. 根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料级配类型）；

      4. 拟定2种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数；

      5. 根据《公路沥青路面设计规范》验算拟定的路面结构。

   （三）设计要求

      1．根据设计任务书的要求按设计回弹弯沉和容许弯拉应力两个设计指标，分别计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次，确定交通量等级，面层类型，并计算设计弯沉值和容许弯拉应力；

      2．按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，沿线将路基划分为若干路段，确定各路段的路基回弹模量；

3．参考本地区工程经验，拟定若干个路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比设计，测定各结构层材料的抗压回弹模量与抗拉强度，确定各结构层的设计参数；

4. 计算路面结构表面弯沉值以及结构层层底弯拉应力；

5. 根据设计指标，采用多层弹性体系理论设计程序计算路面结构设计层的厚度；

6. 对于季节性冰冻地区，应验算防冻厚度是否满足要求。若不能满足，则可增加防冻层厚度，达到规定厚度，以满足防冻要求；

7. 进行技术经济比较，选定最佳路面结构方案；

8. 编写设计说明书。

（四）沥青路面设计实例

1、基本资料

甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于Ⅳ7区，为粉质土，稠度为1.0，沿途有大量碎石集料，并有石灰供应。预测该路竣工后第一年的交通组成如表所示，试设计该路面结构。

1）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时 ）

课程设计时此处需将每个轴载的换算过程写出来。

2）轴载换算（半刚性基层弯拉应力分析时 ）

课程设计时此处需将每个轴载的换算过程写出来。

3）累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）

作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时

作半刚性基层弯拉应力验算时：

3、初拟结构组合和材料选取

1） 设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为一千万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土（18cm），基层采用水泥稳定碎石（厚度取30cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。

2）采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度6cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度8cm）。

4、各层材料的抗压模量与劈裂强度

该路段处于Ⅳ7区，为粉质土，稠度为1.0，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”得土基回弹模量为40MPa。

6、设计指标的确定—设计弯沉值

1）本公路为一级公路，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，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0

2）设计弯沉值为：

7、设计指标的确定—容许拉应力（下面的计算中需将数值代入的表达式写出，然后再计算出数值）

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：

水泥稳定碎石：

石灰土：

8、设计资料汇总

设计弯沉值为23.4（0.01mm）。

1）通过程序设计计算得到，石灰土的厚度为26.88cm，实际路面结构的路表实测弯沉23.4（0.01mm），沥青面层的层底最大拉应力为0.0123MPa，水泥稳定碎石层底最大拉应力为0.2413MPa，石灰土层底最大拉应力为0.0845MPa。

2）上述设计结果满足指标要求，取石灰土层厚度27cm。

9、防冻厚度验算

    若是在冰冻区需验算防冻厚度。

二、 水泥混凝土路面课程设计

（一）目的

1.复习普通水泥混凝土路面结构的受力状态

2.掌握普通水泥混凝土路面设计原理、步骤和方法；

3.进行设计实践，从中明确各设计参数对水泥混凝土路面的影响，从理论角度了解水泥混凝土路面构造与结构因素的重要性。

（二）设计内容

      水泥混凝土路面的设计内容主要有：平面尺寸设计、接缝设计和板厚设计。由于平面尺寸和接缝形式都会影响板块受力状态，从而改变板厚设计结果，所以需按以下顺序进行设计：平面尺寸—>接缝—>板厚。

1. 平面尺寸设计

（1）目标：普通水泥混凝土路面存在接缝，将路面划分为多个板块，平面尺寸设计就是确定的板块的平面尺寸，实际上也就是确定接缝（横缝和纵缝）的间距。

（2）设计原则：

①板块在路面设计宽度内均匀布置，横向板块数目为整数；

②有分隔带的，在一侧行车宽度范围内，结合路缘带宽度确定；

③在半填半挖路段，为防止板块纵向开裂，宽度不宜大于4.5m；

④板块最小宽度需兼顾行车道宽度，一般宜大于3.5m；

⑤板块长度一般4~6m，是宽度的1~1.3倍。

      2. 接缝设计

      （1）主要确定纵缝、横缝处的构造、布置和间距（如：胀缝间距等）；

      （2）接缝种类：纵缝（纵向缩缝和纵向施工缝）、横缝（缩缝、胀缝和施工缝）；

      （3）接缝类型：纵缝（设拉杆平口纵缝和设拉杆企口纵缝）、横缝（假缝和设传力杆的假缝）。

图1  接缝构造示意图

      3. 板厚设计

     （1）在板块尺寸和接缝设计之后进行；

     （2）设计理论涉及的参数很多，常采用试算方法：即固定其他参数，试取一个初始厚度计算板块疲劳应力，然后与材料抗弯拉强度比较，小于材料强度的则减小厚度，直到刚好满足设计准则公式为止，反之则增大板厚。

    （二）设计要求

      1．交通分析；

      2．拟定路面结构，并说明选用该种路面结构的原因；确定材料参数；

3．计算基层顶面当量回弹模量，板块的相对刚度半径；

4. 计算荷载应力、修正系数及荷载疲劳应力；

5. 计算温度翘曲应力、温度疲劳应力系数及温度疲劳应力；

6. 可靠度系数的选取；

7. 结构安全性判别、厚度调整与优化；

8. 验证最小防冻厚度要求；

      9. 编写设计说明书。

三、相关知识及参考书目

1、《公路沥青路面设计规范》（.JTG D50-2006）北京：人民交通出版社

2、邓学钧.《路基路面工程》（第三版）.北京：人民交通出版社

3、《水泥混凝土路面设计规范》（.JTG D40-2002）北京：人民交通出版社

四、考核方式:

课程设计成绩以设计成果的质量为主，结合平时的考查进行评定。凡成绩不及格者，必须重修。平时考查主要检查学生的出勤情况、学习态度、是否完成设计等几方面。设计成果的检查，着重检查设计计算书的完整性和正确性。成绩的评定要按课程的目的要求，突出学生解决工程实际问题的能力和创新性的评定。