复件346_路基路面课程设计

（一）设计资料

湖北某地（Ⅳ3）拟建高速公路，采用沥青类路面结构，设计年限为15年，土基为粉质土，确定土基的稠度为1.10，路基干湿状态为干燥状态。有关资料如下：

1.初始条件：

表1 交通组成

    3．交通组成如表1所示，交通量年平均增长率γ= 9%。

  （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；确定材料参数及水泥混凝土路面板的平面设计；

      3．计算或验算路面结构层厚度；

①沥青路面采用手工计算和计算机计算两种方式，并分析其结果以及说明理由；

②拟定几种沥青路面厚度，采用计算机计算，分析沥青面层变化对基层厚度的影响，基层厚度变化对底基层厚度的影响；

     4．编写设计说明书。

（三）提交的设计文件

      1．路面结构图；

      2．设计计算说明书。

（四） 参考资料 

1《路基路面工程》人民交通出版社，2006.北京 

2《公路路基设计规范》（ JTJ D30-2004 ）人民交通出版社， 2004. 北京 

3《公路沥青路面设计规范》 JTJ 014-97), 人民交通出版社， 1997. 北京 

4《公路路基设计手册》，人民交通出版社， 1996. 北京 

5 《公路水泥混凝土路面设计规范》（ JTJ D40-2003 ）人民交通出版社 2003. 北京。 

6《公路设计手册 - 路面》人民交通出版社， 1999.. 北京。

设计内容

一、轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

      序号        分段时间(年)        交通量年增长率

       1              5                    9 ％

       2              5                    7 ％

       3              5                    6 ％

a）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 :  2378 

设计年限内一个车道上累计当量轴次 :  9200695

b)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 :  1477  

设计年限内一个车道上累计当量轴次 :  57146  

二、初步拟定路面组合方案

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 :  24.3 (0.01mm)

方案A

1      细粒式沥青混凝土         3 cm      

   2      中粒式沥青混凝土         4 cm      

   3      粗粒式沥青混凝土         6 cm      

   4      石灰粉煤灰土             ?         

   5      石灰水泥粉煤灰碎石       25 cm     

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           1.4             0.46 

  2        中粒式沥青混凝土           1               0.33 

  3        粗粒式沥青混凝土           0.8             0.24 

  4        石灰粉煤灰土               0.6             0.24 

  5        石灰水泥粉煤灰碎石         0.25            0.13 

方案B

1        细粒式沥青混凝土             3 cm         

  2        中粒式沥青混凝土             4 cm         

  3        粗粒式沥青混凝土             6 cm         

  4        水泥稳定碎石                20 cm         

  5        石灰土稳定碎石               ？           

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           1.4             0.46 

  2        中粒式沥青混凝土           1               0.33 

  3        粗粒式沥青混凝土           0.8             0.24 

  4        水泥稳定碎石               0.6             0.31 

  5        石灰土稳定碎石             0.25            0.13 

方案C    

1      细粒式沥青混凝土            3 cm          

   2      中粒式沥青混凝土            4 cm          

   3      粗粒式沥青混凝土            6 cm          

   4      石灰粉煤灰碎石              ？ cm         

   5      碎石土                      25            

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           1.4              0.45 

 2        中粒式沥青混凝土           1                0.32 

 3        粗粒式沥青混凝土           0.8              0.23 

 4        水泥稳定矿渣               0.6              0.31 

 5        碎石土                     0.25             0.1 

 三、 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 :  24.3 (0.01mm)

            路面设计层层位 :  4 

            设计层最小厚度 :  15 (cm)

方案A

  a)层位  结 构 层 材 料 名 称    厚度(cm)  抗压模量(MPa)  抗压模量(MPa)  容许应力(MPa)

                                            (20℃)         (15℃)

   1    细粒式沥青混凝土         3         1400           2000           0.46 

   2    中粒式沥青混凝土         4         1200           1600           0.33 

   3   粗粒式沥青混凝土         6          900            1200             0.24 

   4   石灰粉煤灰土             ?          1500           1500             0.24 

   5   石灰水泥粉煤灰碎石      25          1300           1300             0.13 

   6      土基                             42.5 

  b)按设计弯沉值计算设计层厚度 :

      LD= 24.3 (0.01mm)

      H( 4 )= 15 cm     LS= 25.3 (0.01mm)

      H( 4 )= 20cm      LS= 22.4(0.01mm)

      H( 4 )= 16.7 cm(仅考虑弯沉)

  按容许拉应力验算设计层厚度 :

      H( 4 )= 16.7 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 4 )= 16.7 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 4 )= 16.7 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 4 )= 16.7 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 4 )= 23.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)

  路面设计层厚度 :

      H( 4 )= 16.7 cm(仅考虑弯沉)

      H( 4 )= 23.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力)

    d)  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         3 cm

          ---------------------------------------

               中粒式沥青混凝土         4 cm

          ---------------------------------------

               粗粒式沥青混凝土         6 cm

          ---------------------------------------

               石灰粉煤灰土             24cm

          ---------------------------------------

               石灰水泥粉煤灰碎石       25 cm

          ---------------------------------------               

土基

方案B

a)层位  结 构 层 材 料 名 称    厚度(cm)  抗压模量(MPa)  抗压模量(MPa)  容许应力(MPa)

                                            (20℃)         (15℃)

   1      细粒式沥青混凝土         3         1400           2000           0.46

   2      中粒式沥青混凝土         4         1200           1600           0.33

   3      粗粒式沥青混凝土         6         900            1200           0.24 

   4      水泥稳定碎石             20        1500           1500           0.31 

   5      石灰土稳定碎石           ？        750            750            0.13 

   6      土基                               42.5

 b) 按设计弯沉值计算设计层厚度 :

      LD= 24.3 (0.01mm)

      H( 5 )= 25 cm      LS= 25.6 (0.01mm)

      H( 5 )= 30 cm      LS= 23.3 (0.01mm)

      H( 5 )= 27.8cm(仅考虑弯沉)

  按容许拉应力验算设计层厚度 :

      H( 5 )= 27.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 5 )= 27.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 5 )= 27.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 5 )= 27.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 5 )= 27.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)

  路面设计层厚度 :

      H( 5 )= 27.8 cm(仅考虑弯沉)

      H( 5 )= 27.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力)

     c) 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         3 cm

          ---------------------------------------

               中粒式沥青混凝土         4 cm

          ---------------------------------------

               粗粒式沥青混凝土         6 cm

          ---------------------------------------

               水泥稳定碎石            20 cm

          ---------------------------------------

               石灰土稳定碎石            28 cm

          ---------------------------------------             

土基

方案C

a)层位  结 构 层 材 料 名 称    厚度(cm)  抗压模量(MPa)  抗压模量(MPa)  容许应力(MPa)

                                            (20℃)         (15℃)

   1      细粒式沥青混凝土         3         1400           2000           0.46 

   2      中粒式沥青混凝土         4         1200           1600           0.33 

   3      粗粒式沥青混凝土         6         900            1200           0.24 

   4      石灰粉煤灰碎石           ?         1500           1500           0.31 

   5      石灰土                  25         800            800 

   6      土基                               42.5 

  b)按设计弯沉值计算设计层厚度 :

      LD= 24.3 (0.01mm)

      H( 5 )= 25 cm      LS= 24.4 (0.01mm)

      H( 5 )= 30 cm      LS= 21.7 (0.01mm)

      H( 5 )= 25.2 cm(仅考虑弯沉)

  按容许拉应力验算设计层厚度 :

      H( 5 )= 25.2 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 5 )= 25.2 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 5 )= 25.2 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

      H( 5 )= 25.2 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

  路面设计层厚度 :

      H( 5 )= 25.2 cm(仅考虑弯沉)

      H( 5 )= 25.2 cm(同时考虑弯沉和拉应力)

      c)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         3 cm

          ---------------------------------------

               中粒式沥青混凝土         5 cm

          ---------------------------------------

               粗粒式沥青混凝土         7 cm

          ---------------------------------------

               石灰粉煤灰碎石             26 cm

          ---------------------------------------

               石灰土                     25cm

          ---------------------------------------

               土基

四、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

方案A

a)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         3         1400           2000        计算应力

   2      中粒式沥青混凝土         4         1200           1600        计算应力

   3      粗粒式沥青混凝土         6         900            1200        计算应力

   4      石灰粉煤灰土             24        1500           1500        计算应力

   5      石灰水泥粉煤灰碎石       25        1300           1300        计算应力

   6      土基                               42.5 

  b)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= 20.5 (0.01mm)

      第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21.8 (0.01mm)

      第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.7 (0.01mm)

      第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.5 (0.01mm)

      第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 67.7 (0.01mm)

      土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 276.3 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

                             LS= 219.2 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

  c)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 )=-0.223 (MPa)

      第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.097 (MPa)

      第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.057 (MPa)

      第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.042 (MPa)

      第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= 0.129 (MPa)

方案B

a)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         3         1400           2000        计算应力

   2      中粒式沥青混凝土         4         1200           1600        计算应力

   3      粗粒式沥青混凝土         6         900            1200        计算应力

   4      水泥稳定碎石         20        1500          1500        计算应力

   5      石灰土稳定碎石       34        750           750         计算应力

   6      土基                           42.5 

  b)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= 24.2(0.01mm)

      第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26 (0.01mm)

      第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.7 (0.01mm)

      第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.6 (0.01mm)

      第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 76.4 (0.01mm)

      土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 276.3 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

                             LS= 219.2 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

  c)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 )=-0.251 (MPa)

      第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.109 (MPa)

      第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.056 (MPa)

      第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.093(MPa)

      第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= 0.098(MPa)

方案C

a)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         3         1400           2000        计算应力

   2      中粒式沥青混凝土         5         1200           1600        计算应力

   3      粗粒式沥青混凝土         7         900            1200        计算应力

   4      石灰粉煤灰碎石           20        1500           1500        计算应力

   5      石灰土                   32        800            800         不算应力

   6      土基                               42.5 

  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= 23.8 (0.01mm)

      第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.6 (0.01mm)

      第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.2 (0.01mm)

      第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.9 (0.01mm)

      第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 101.1(0.01mm)

      土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 276.3 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

                             LS= 219.2 (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 )=-0.248 (MPa)

      第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.108 (MPa)

      第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.057 (MPa)

      第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.121 (MPa)

      第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= 0.071 (MPa)