路基路面作业打印1

路基路面工程课程设计 沥青路面结构设计任务书

（一） 高速公路沥青路面设计 1、 设计目的

通过本设计掌握高速公路沥青路面设计的基本过程和计算方法。 2、 设计题目 （1） 设计题目

武汉地区某高速公路，其中某段经调查路基为粉质中质中液限土，地下水位1.1米，路基填土高度0.5米。近期混合交通量为28300辆/日交通组成，双向六车道，代表车型的技术参数分别如表1、表2所示，该路沿线可开采砂砾、碎石、粉煤灰、沥青供应。请设计合适的半刚性沥青路面结构。 交通量年平均增长率10%

3、具体材料情况如下，如果采用了其它材料请上网搜索。

表1某路段混合交通组成

表2代表车型的技术参数

（2） 设计依据

《路基路面工程》教材；

1

《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），人民交通出版社，2004年，北京； 《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006），人民交通出版社，2006年，北京； 《公路路面设计手册》，人民交通出版社，1994年, 北京。

4、 设计方法与设计内容

（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； 5、 设计步骤：

1）根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。

2）按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定各路段土基回弹模量值。

3）根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。

4）根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。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，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。

对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否满足要求。 6、 设计要求：

（1） 总体要求：根据设计资料，初步拟定2种路面方案，并对这2种方

案进行经济技术比较（经济技术比较以初始修建费为依据，每种材

2

料的单价见附录中表3所示）；

（2） 要求计算每种代表车型的轴载换算系数（共两种：一种以设计弯沉

值为指标及沥青层层底拉应力验算时的轴载换算系数；另一种为进行半刚性基层层底拉应力验算时的轴载换算系数）。

（3） 拟定的路面结构方案，应明确标示出每种材料的名称、厚度和设计

时使用的模量值，如附录中（2）所示。并列出路面结构验算过程。

（4） 要求采用查表法和程序电算两种方法 7、 附录

（1） 武汉地区2010年材料单价表 表3武汉地区2010材料单价表

路面结构方案图示

路面结构方案示例（图1）

3

上述拟定路面结构参数表

(2)材料设计参数参考

沥青混合料设计参数

4

基层、底基层材料设计参数

5

路基路面工程课程设计 沥青路面结构设计计算书

解法一 查图表近似计算 1．沥青路面设计

1.1轴载分析

我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按下表确定。

标准轴载计算参数

标准轴载名称 标准轴载P（KN） 轮胎接地压强P（Mpa）

﹙1﹚当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大于25kN的各级轴载Pi的作用次数ni均换算成标准轴载P的当量作用次数

N。

BZZ-100 100 0.70 标准轴载名称 单轮当量圆直径d（mm） 两轮中心距（cm） BZZ-100 21.30 1．5d NC1C2ni(i1Kpip)4.35

6

型 号 Ca10b 黄河JN150 黄河JN162 交通SH361

后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴

Pi(kN)

轴数系数C1 1 1 1 1 1 1 2.2

轴数系数C2 6.4 6.4 1 6.4 1 6.4 1

n(次∕日) C1C2ni(pi∕p)4.35

60.85 49 101.6 59.5 115 60 2*110

k6237.32 2549.83 2549.84 534.87 534.87 50.94 50.94

718.67 732.90 2732.11 357.75 982.39 35.33 169.

N=C1C2ni(pi/p)4.35

i15728.79

累计当量轴次：

根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取 15 年，六车道的车道系数是取 0.35，设计年限内交通量年平均增长率为 10%，则累计当量轴次：

Ne(A)

[(1)t1]365[(10.1)151]365N15728.790.3523252783(次)0.1﹙2﹚验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于50KN的各级轴载Pi的作用次数ni均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N'。

NCCni(''1'2i1Kpip)8

7

型号 Ca10b 黄河JN150 黄河JN162 交通SH361

Pi(kN)

轴数系数C1 1

轴数系数

C2 1

n(次∕日) C1C2ni(pi∕p)8

后轴 60.85 6237.32 117.24

后轴 前轴 后轴 前轴 后轴

101.6 59.5 115 60 110

k1 1 1 1 3

1 1.85 1 1.85 1

2549.83 534.87 534.87 50.94 50.94

25.08 15.54 1636.18 1.58 327.58

N=C1C2ni(pi/p)8

i14993.1

则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne'为：

Ne(B)[(1)t1]365[(10.1)201]365N14993.10.3520266666(次)0.1

1.2确定土基的回弹模量

查设计规范《公路沥青路面设计规范JTJ014-97》中武汉地区的土基回弹模量值E0=42.5MPa。 路面结构组合设计：

结合已有工程经验与经典构造，拟定了两个结构方案，根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能因素，初步确定路面结构组合与各厚度如下：

8

方案一：4cm 细粒式SMA

6cm 中粒式AC 8cm 粗粒式AC 二灰碎石 40cm 二灰土 土基

。

方案二：4cm 细粒式AC 5cm 中粒式AC

9cm 大粒径沥青碎石 水泥稳定碎石 30cm 石灰土

土基

2.路面材料配合比设计和设计参数的确定

2.1各层材料抗压回弹模量与劈裂强度

根据相关表格及设计规范，可以得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。规范规定抗压模量取20°C的模量，劈裂强度取15°C的劈裂强度。在设计中各值均取规范给定范围的中值，因此列表表示如下：

材料选用 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 粗粒沥青混凝土 大粒径沥青碎石 二灰稳定碎石 二灰土 水泥稳定碎石 石灰土

9

20°C的抗压模量

（MPa） 1400 1200 1000 1200 1500 750 1500 550

15°C的劈裂强度(MPa)

1.4 1.0 0.8 0.8 0.65 0.25 0.5 0.225

3.路面结构层设计计算

对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。

3.1路面设计弯沉计算

公式为：ld600Ne0.2AcAsAb

公路为一级，则公路等级系数Ac取1.0；面层是沥青混凝土，则面层类型的系数As取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，则路面结构类型系数Ab取1.0。则设计弯沉值：

ld(A)600Ne(A)Ne(B)

0.2AcAsAb60023252783

0.21.01.01.020.18（0.01mm）

ld(B)6000.2AcAsAb600202666660.21.01.01.020.74（0.01mm）

3.2 各层材料的容许底层拉应力

计算各层材料的容许底层拉应力的公式为：

RspKs

Ks0.09Ne0.22/Ac （沥青混凝土面层）

抗拉强度结构系数Ks:

Ks0.35Ne0.11/Ac （无机结合料稳定集料） Ks0.45Ne0.11/Ac （无机结合料稳定细粒土）

10

序号 结构层材料名称 Ne AC 劈裂强度 Ks值 容许拉应力(MPa)

1 细粒式沥青混凝土 2325278

1 1.4 3.76 0.372

3

2 中粒式沥青混凝土 2325278

1 1 3.76 0.266

3

3

大粒径沥青碎石 2325278

1 0.8 3.76 0.213

3

4 粗粒式沥青混凝土 2325278

1 0.8 4.13 0.194

3

5

二灰稳定碎石 2026666

1 0.65 2.23 0.291

6

6

二灰土

20266661 0.25 2.86 0.087

6

7

水泥稳定碎石 2026666

1 0.5 2.86 0.175

6

8

石灰土

20266661 0.225 2.86 0.079

6

4.确定待求层的厚度

4.1理论弯沉系数的确定

ldE1C10002PF

式中： δ— 当量圆半径；

F— 弯沉综合修正系数，F1.63Ld20000.38E0.360p 。

因此： F=1.63×[20.18/2000/10.65]0.38(42.5/0.70) 0.36=0.507

dE1Cl10002PF=20.18×1400/(2000×10.65×0.7×0.4)=3.744.2确定设计层厚度

11

4.2.1将A方案多层体系换成当量三层体系，如下图：

______________________ ______________________ h1=4cm E1=1400MPa h=4cm E1=1400Mpa h2=6cm E2=1200MPa h3=8cm E3=1000MPa H=？cm E2=1200MPa h4=？cm E4=1500MPa h5=40cm E5=750MP E0 =42.5MPa E0=42.5MPa

采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。 h/δ=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857； 由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22。 h/δ=4/10.65=0.376 E0/E2=42.5/1200=0.035； 由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.30。

又因为K2= c/(K1）=3.74/（6.22×1.30）=0.463，

h4E0E20.035，

10.650.376，由上查表得：H/δ=7.48，H= 10.65×7.48=79.66

由Hh2hk2.4k3n1Ek可知： E2h42.415001200402.47501200，因为H=79.66cm，可知

H482.410001200h4=30.40cm，故取h4=35cm。

12

4.2.2将B方案多层体系换成当量三层体系，如下图：

_____________________ ______________________ h1=4cm E1=1400MPa h=4cm E1=1400Mpa h2=5cm E2=1200MPa h3=9cm E3=1200MPa H=？cm E2=1200MPa h4=？cm E4=1500MPa h5=30cm E5=550MP E0 =42.5MPa E0=42.5MPa

采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。 h/δ=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857； 由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.22。 h/δ=4/10.65=0.376 E0/E2=42.5/1200=0.035； 由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.30。

又因为K2= c/(K1）=3.74/（6.22×1.30）=0.463，

h4E0E20.035，

10.650.376，由上查表得：H/δ=7.48，H= 10.65×7.48=79.66

由Hh2hk2.4k3n1Ek可知： E2h42.415001200302.45501200，因为H=79.66cm，可知

H492.412001200h4=40.99，故取h4=45cm

方案A与B的各层厚度比较如下表所示：

13

A方案

抗压模量

材料选用 材料厚

B方案

抗压模量

材料厚

材料选用 （MPa） 度（cm）

（MPa） 度（cm）

细粒式沥细粒沥青1400

青混凝土 1400

4 混凝土 中粒式沥中粒沥青青混凝土 1200

6

混凝土 1200

粗粒式沥大粒径沥青混凝土 1000

8

青碎石 1200

二灰稳定水泥稳定碎石 1500 35 碎石 1500 二灰土

750

40

石灰土

550

42.5MPa

5. 结构层底拉应力验算

5.1A方案各结构层底拉应力验算

5.1.1第一层地面拉压力验算 h1=4cm E1=1400MPa h=4cm E1=1400MPa

h2=6cm E2=1200MPa h3=8cm

E3=1000MPa

H=81.1cm h4=35cm E4=1500MPa E2=1200MPa

h5=40cm E5=750MPa

E0=42.5MPa

4

5

9

45 30

14

h=h1=4cm，

Hhk0.9k25EK12001000150075060.980.9350.9400.981.11cm E21200120012001200EE2120042.5H81.110.86 ，00.0354 ，7.62h40.376 , E11400E21200δ10.65δ10.65查表得，δ<0,即沥青上面层层底受压应力,自然满足要求，

5.1.2第二层地面拉压力验算 h1=4cm E1=1400MPa h1=10.32cm h2=6cm E2=1200MPa E1=1200MPa

h3=8cm

E3=1000MPa

h4=35cm E4=1500MPa H=91.98cm h5=40cm E5=750MPa

E2=1000MPa

E0=42.5MPa

2hhEK14001200k4k1E446410.16cm 2120012005H∑hEKk0.9.91000K3E8031000350.915001000400.9750100091.98cm E2E10000.833,E042.5H91.98E0.043, 8.h10.160.954, 1120021000δ10.65δ10.65查得，δ<0,即该层层底受压应力,自然满足要求，

5.1.3第三层地面拉压力验算

15

h1=4cm H2=6cm E1=1400MPa E2=1200MPa h=19.31cm E1=1000MPa H3=8cm

E3=1000MPa

H4=35cm E4=1500MPa H=53.52cm

H5=40cm E5=750MPa E2=1500MPa

E0=42.5MPa

3hhEKk4k1E44140064120084100018.63cm31000100010005HhEKE350.91500k0.91500400.9750150053.52cm k44E2E150010001.5,E0E42.50.028,H53.525.03,h18.63δ10.651.75 121500δ10.65查图得，δ<0,即沥青上面层层底受压应力,自然满足要求， 。

5.1.4第四层地面拉压力验算 h1=4cm E1=1400MPa h2=6cm E2=1200MPa h=50.76 H3=8cm

E3=1000MPa

E1=1500MPa

H4=35cm E4=1500MPa

H5=40cm E5=750MPa

H=40 E2=750MPa

E0=42.5MPa

4hhEKk4E441400641200841000354150051.83cmk141500150015001500H40cm，

16

E2E7500.5,E042.57500.057,Hδ4010.653.76,hδ51.8310.654.87 11500E2查图得，σ0.10,m11.40,m20.63

由公式mpm1m20.70.101.400.630.062MPaR0.291MPa 满足要求

5.1.5第四层地面拉压力验算 h1=4cm E1=1400MPa h2=6cm E2=1200MPa h=50.76 H3=8cm

E3=1000MPa

E1=1500MPa

H4=35cm E4=1500MPa H5=40cm E5=750MPa

H=40 E2=750MPa

E0=42.5MPa

4hhEK140012001000k0.9k1E40.960.980.9350.9150014.49cm41500150015001500

H40cm，

E2E75015000.5,E0E42.50.057,H403.76,h14.491.36 12750δ10.65δ10.65查图得，σ0.10,n11.08,n20.40

由公式mpn1n20.70.101.080.40.030MPaR0.087MPa 满足要求

5.2 B方案各结构层底拉应力验算

5.2.1第一层地面拉压力验算

17

h1=4cm h2=5cm h3=9cm

E1=1400MPa E2=1200MPa E3=1200MPa

h=4cm E1=1400MPa

H=84.27cm E2=1200MPa

h4=45cm E4=1500MPa h5=30cm E5=550MPa

E0=42.5MPa

h=h1=4cm，

Hhk0.9k25EK12001200150055050.990.9450.9300.984.27cm E21200120012001200E21200E42.5H84.270.86 ，00.035 ，7.91h40.376 , E11400E21200δ10.65δ10.65查表得，δ<0,即沥青上面层层底受压应力,自然满足要求，

5.2.2第二层地面拉压力验算 h1=4cm h2=5cm h3=9cm

E1=1400MPa E2=1200MPa E3=1200MPa

H=79.27cm E2=1200MPa

h=9.16cm E1=1200MPa

h4=45cm E4=1500MPa h5=30cm E5=550MPa

E0=42.5MPa

hhk4k152EK1400120044549.16cm E212001200EK1200150055090.9450.9300.979.27cm E3120012001200Hhk0.9k3EE2120042.5H79.271,00.035, 7.44h9.160.867, E11200E21200δ10.65δ10.65

18

查表得，δ<0,即该层层底受压应力,自然满足要求。 5.2.3第三层地面拉压力验算 h1=4cm E1=1400MPa h2=5cm E2=1200MPa h=17.80cm h3=9cm

E3=1200MPa

E1=1300MPa h4=45cm E4=1500MPa H=53.52cm

h5=30cm E5=550MPa

E2=1500MPa

E0=42.5MPa

3hhEKk4E441400541200941200k1130017.80cm3130013005Hhk0.9EKk4E450.915001500300.9550150054.84cm 4E21500E42.5H54.84h17.80E1.154,00.028,5.15,1.6711300E21500δ10.65δ10.65查图得，δ<0,即沥青上面层层底受压应力,自然满足要求， 。

5.2.4第四层地面拉压力验算 h1=4cm E1=1400MPa h2=5cm E2=1200MPa h=62.17cm h3=9cm

E3=1200MPa

E1=1500MPa

h4=45cm E4=1500MPa h5=30cm E5=550MPa

H=30cm E2=550MPa

E0=42.5MPa

4hhEKk4E441400150054120012001500k11500941500454150062.17cm4

H30cm，

19

E2E5500.367,E042.55500.077,Hδ3010.652.82,hδ62.1710.655.84 11500E2查图得，σ0.057,m11.28,m20.82

由公式mpm1m20.70.0571.280.820.042MPaR0.175MPa 满足要求

5.2.5第五层地面拉压力验算 h1=4cm E1=1400MPa h2=5cm E2=1200MPa h=62.17cm h3=9cm

E3=1200MPa

E1=1500MPa

h4=45cm E4=1500MPa h5=30cm E5=550MPa

H=30cm E2=550MPa

E0=42.5MPa

4hhEK14001200k0.9k1E40.950.990.91200450.9150059.63cm41500150015001500

H30cm，

E2550E42.5H30h59.63E0.367,00.077,2.82,5.60 11500E2550δ10.65δ10.65查图得，σ0.057,n11.05,n20.34

由公式mpn1n20.70.0571.050.340.014MPaR0.079MPa 满足要求

20

6.方案比选

A方案 材料厚

材料选用 度（cm） 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 二灰稳定碎石 二灰土

35 40

51.36 32.8 192.79

8

42.95

6

38.19

4

27.49 每1m²价格（元）

B方案 材料厚

材料选用 度（cm） 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 大粒径沥青碎石 水泥稳定碎石 石灰土

45 30

66. 5.4 176.45

9

48.33

5

28.59

4

27.49 每1m²价格（元）

每m²路面价格 每m²路面价格

方案二经济投入较小，在应力应变传递协调过度方面比较顺利，结构排水良好,故选方案二。

解法二 由沥青路面设计电算程序计算

结构组合： 1

层位 层间条件 回弹模量 拉应力计算模量 泊松比 厚度 层间系数 1 完全连续 1400.000 2000.000 .350 4.000 .000 2 完全连续 1200.000 1800.000 .350 6.000 .000 3 完全连续 1000.000 1200.000 .350 8.000 .000 4 完全连续 1500.000 3600.000 .250 待设计 .000 5 完全连续 750.000 2400.000 .250 40.000 .000 6 路基模量 42.500 .350 荷载 垂直荷载 半径 荷载位置 X Y 1 .7000 10.6500 .0000 .0000 2 .7000 10.6500 31.9500 .0000

********设计交通轴次参数******** 计算弯沉累计轴次 = .2325E+08 验算弯拉应力的累计轴次= .2027E+08

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********拉应力计算材料参数********

序号 材料类型 计算层位 材料强度(MPa) 1 沥青混凝土 1 1.4000 2 沥青混凝土 1 1.4000 3 沥青混凝土 2 1.0000 4 沥青混凝土 2 1.0000 5 沥青混凝土 3 .8000 6 沥青混凝土 3 .8000 7 稳定集料类 8 稳定集料类 9 稳定土类 10 稳定土类

********设计结果********

设计弯沉= .0202 cm 理论弯沉= 容许强度= .3841 MPa 理论强度= 容许强度= .3841 MPa 理论强度= 容许强度= .2743 MPa 理论强度= 容许强度= .2743 MPa 理论强度= 容许强度= .2195 MPa 理论强度= 容许强度= .2195 MPa 理论强度= 容许强度= .2918 MPa 理论强度= 容许强度= .2918 MPa 理论强度= 容许强度= .0873 MPa 理论强度= 容许强度= .0873 MPa 理论强度=

4 4 5 5 .0398 cm -.2834 MPa -.1881 MPa .0271 MPa -.0365 MPa -.0549 MPa -.0424 MPa .2074 MPa .2168 MPa .0873 MPa .0873 MPa .6500 .6500 .2500 .2500 弯沉指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 11.86 cm 强度指标设计厚度= 25.01 cm 强度指标设计厚度= 26.

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