路基路面工程课程设计-(长安大学)

长安大学路基路面工程课程设计院（系）公路学院道路工程专业专业土木工程班级姓名学号1导师杜老师2013年12月20日目录一、课程设计任务书·······························································02二、路面结构图···································································02三、交通分析·····································································04四、确定路面等级和面层类型·······················································05五、各层材料抗压模量和劈裂强度···················································05六、路面结构方案设计·····························································05方案一·································································05方案二·································································07七、方案经济技术比选·····························································09八、主要参考资料··································································092路基路面工程课程设计任务书课程设计分路基设计和路面设计两部分内容。以教师提供的设计资料为主，学生在查阅相关文献资料的基础上，结合当地的气候条件、地质条件、水文条件以及给定的交通条件，拟定路基路面的设计方案，对路基的稳定性、路面结构厚度的计算和验算。课程设计要求设计计算条理清晰，计算的方法和结果能符合我国现阶段路基路面设计规范的要求。路基路面的课程设计是对路基路面工程课堂教学的必要补充和深化，通过设计让学生可以更加切合实际地和灵活地掌握路基路面的基本理论，设计理论体系，加深对路基路面设计方法和设计内容的理解，进而提高和培养学生分析、解决工程实际问题的能力。高速公路沥青路面设计一、设计目的：通过本设计掌握高速公路新建沥青路面设计的基本过程和方法。二、设计资料东北某地（II4）拟建二级公路，全长40km（K0～k40），均采用新建沥青路面，有关资料如下：1．公路技术等级为二级，路面宽度为9.0m。2．交通状况，经调查交通量为4100辆/日，交通组成如表2所示，交通量年平均增长率γ=4.9%。交通组成表1黄河JN150解放CA10B东风EQ140太脱拉138小汽车25%50%15%3%7%汽车参数表2车型总重(KN)载重(KN)前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轮轮组数前轮轮组数轴距(cm)JN150150.682.649101.6l双单CA10B80.254019.4060.851双单EQ14092.9050.0023.7069.201双单太脱拉138211.4120.0051.402×802双单1323．路基土质为粘性土，干湿状态为潮湿，道路冻深为160cm。三、设计要求1．交通分析，计算累计当量轴次；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．计算或验算路面结构层厚度；①沥青路面可采用手工计算或计算机计算两种方式；②拟定2种路面结构组合和沥青路面厚度方案，进行验算分析比较，确定最优方案；4．绘制路面结构图，明确标出各结构层的材料、厚度和设计时使用的模量值；35．编写设计说明书。四、提交的设计文件（A3装订）1．设计任务书2．路面结构图；3．设计计算说明书。设计计算说明书一、交通分析根据《公路沥青路面设计规范》规定，路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。1、以设计弯矩值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次轴载换算采用如下计算公式（小于25KG的不计）：4.35121kiiiPNCCnP式中：N—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；in—被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）；P—标准轴载（kN）；iP—各种被换算车型的轴载（kN）；C1—轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38；C2—轴数系数。K—被换算车型的轴载级别。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：111.21Cm式中：m—轴数。4车型iP（kN）1C2Cin（次/日）4.3512()iipCCnp黄河JN150前轴4916.41025294.6后轴101.61110251098.3解放CA10B前轴19.4016.42050—后轴60.85112050236.2东风EQ140前轴23.7016.4615—后轴69.2011615124.0太脱拉138前轴51.4016.412343.5后轴802.21123102.5∑N1899.1则其设计年限内一个车道上的累计量轴次eN：1[(1)1]365teNN式中eN—设计年限内一个车道的累计当量次数；t—设计年限，选取t=20年；1N—设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；—设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，γ=0.049；—车道系数，由材料知η=0.5。则：121[1]365[1]365(1)(10.049)1899.10.665817860.049teNN次。二、确定路面等级和面层类型路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。路面等级、面层类型的选择应根据公路等级与使用要求、设计年限内标准轴载的累积当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因素按下表确定。公路等级路面等级面层类型高速公路一级公路高级路面沥青混凝土二级公路高级路面沥青混凝土次高级路面沥青碎石混合料、沥青贯入式三级公路次高级路面路拌沥青碎石混合料、沥青表面处治四级公路中级路面水结碎石、泥结碎石、级配碎石低级路面粒料改善土公路等级为高速公路，路面等级为高级，面层类型为沥青混凝土，设计年限为20年。根据《公路沥青路面设计规范》，并考虑公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供应，采用两层式沥青混凝土面层，采用细粒式密级配沥青混凝土（40mm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（90mm）。5三、各层材料抗压模量和劈裂强度新建高速公路地处（II4）区，沿线土质为粘质土，干湿状态为潮湿，稠度为0.90，道路冻深为160cm，查阅相关表格土基回弹模量为30.0MPa。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已参照规范给出的推荐值确定。见下表结构组合参数层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（Mpa）15°C模量20°C模量①细粒式沥青混凝土4200014001.4②粗粒式沥青混凝土9120010000.8③水泥稳定碎石待定150015000.5④二灰土357507500.25⑤土基—3030—四、路面结构方案设计方案一1.初拟路面结构组合设计在上面的计算得到设计年限内一个车道的累计标准轴次为710次，根据规范推荐结构，并考虑到此地有大量碎石集料，并有石灰水泥供应。故提出组合设计方案一。路面结构采用沥青混凝土（厚12cm），采用两层式结构，即上面层采用5cm厚细粒式密集配沥青混凝土，下面层采用8cm厚粗粒式密集配沥青混凝土。基层与底层分别采用水泥稳定类碎石基层（厚20cm）与水泥石灰砂砾土基层（厚度待定）细粒式沥青混凝土AC-135cm粗粒式沥青混凝土AC-258cm水泥稳定碎石20cm水泥石灰砂砾土？土基2.设计参数确定由规范材料设计参数参考资料得：各层材料的抗压模量与劈裂强度结构组合参数表层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（Mpa）15°C模量20°C模量①细粒式沥青混凝土5200014001.46②粗粒式沥青混凝土8120010000.8③水泥稳定碎石20150015000.5④水泥石灰砂砾土待定100010000.35⑤土基—5050—1)设计弯沉-0.2ecsbdl=600NAAA该公路为高速公路，取cA=1.1，面层为沥青混凝土层，取sA=1.0,半刚性基层，bA=1.0则设计弯沉为：28.57（0.01mm）2)设计参数汇总经HPDS2006公路路面结构设计系统软件的计算，路面设计弯沉为22.24（0.01mm），路对沥青混凝土面层SK=0.09Ne0.22/cA=2.59细粒式沥青混凝土1.40.542.59spRSK粗粒式沥青混凝土0.80.312.59spRSK对水泥稳定碎石（无机结合料稳定集料）SK=0.35Ne0.11/cA=1.790.50.281.79spRSK对石灰稳定土（无机结合料稳定土）SK=0.45Ne0.11/cA=2.30O0.350.152.3spRSK各级计算参数如下表：材料名称厚度（mm）20℃抗压回弹模量（Mpa）15℃抗压回弹模量（Mpa）容许拉应力（Mpa）细粒式密集配沥青混凝土30140020000.51粗粒式密集配沥青混凝土60100012000.31水泥稳定碎石20015000.28水泥石灰砂砾土？10000.15土基-30-3.通过软件计算设计层厚度新建路面结构厚度计算公路等级:二级公路新建路面的层数:4标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:28.57(0.01mm)路面设计层层位:4设计层最小厚度:150(mm)按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=28.57(0.01mm)H(4)=250mmLS=30.1(0.01mm)7H(4)=300mmLS=26.8(0.01mm)H(4)=273mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度:H(4)=273mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(4)=273mm(第2层底面拉应力计算满足要求)H(4)=273mm(第3层底面拉应力计算满足要求)H(4)=273mm(第4层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度:H(4)=273mm(仅考虑弯沉)H(4)=273mm(同时考虑弯沉和拉应力)验算结果表明,路面总厚度满足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30mm----------------------------------------粗粒式沥青混凝土60mm----------------------------------------水泥稳定碎石200mm----------------------------------------水泥石灰稳定砂砾300mm----------------------------------------新建路基方案二：1.路面结构组合设计在上面的计算得到设计年限内一个车道的累计标准轴次为710次，根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途缺乏砂石材料。故提出组合设计方案二。路面结构采用沥青混凝土（9cm），采用三层式结构，即表层采用4cm厚沥青码蹄脂碎石，下层采用5cm厚中粒式密集配沥青混凝土。基层与底层分别采用水泥稳定类碎石基层（待定）与水泥石灰砂砾土（50cm）细粒径沥青码蹄脂碎石SMA-134cm中粒式沥青混凝土AC-205cm水泥稳定碎石？水泥石灰砂砾土50cm土基2、设计参数确定8结构组合参数表层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（Mpa）15°C模量20°C模量1）细粒径沥青码蹄脂碎石SMA3180014001.652)中粒式沥青混凝