路基路面课程设计

目录

1设计资料 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5

1.1工程概况----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5 1.2设计资料----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5 1.3 设计目的任务--------------------------------------------------------------------------------------------------------------5 2 交通量分析-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6 3 沥青路面设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------6 3-1设计年限内车道的累计轴次-------------------------------------------------------6 3.1.1轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析）----------------------------------------------6

3.1.2 轴载换算（半刚性层弯拉应力分析）---------------------------------------------------7

3.1.3 设计弯沉的确定---------------------------------------------------------------------------8 3.2确定路面等级和面层类型---------------------------------------------------------8 3.3 土基回弹模量的确定--------------------------------------------------------------8 3.4 路面结构方案设计---------------------------------------------------------------------------8 3.4.1方案一---------------------------------------------------------------------------------------------------9 3.4.1方案二--------------------------------------------------------------------------------------------------12

4 水泥混凝土路面设计----------------------------------------------------------------------------------------------------16

4.1 混凝土路面设计基准期-----------------------------------------------------------------------------------------------16 4.2标准轴载交通量分析-----------------------------------------------------------------------------------------------16 4.3 拟定路面结构-------------------------------------------------------------------------------------------------------------17 4.4 方案一的计算(手算) --------------------------------------------------------------------------------------------------18 4.4.1 确定材料参数---------------------------------------------------------------------------------------------------18 4.4.2计算荷载、温度疲劳应力------------------------------------------------------------------------------------19 4.5方案二的计算（软件计算）-----------------------------------------------------------------------------------------20 4.6接缝设计----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------23 5 方案比选------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------25 6 总结体会------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------26 7 参考文献------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------27 1

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1 设计资料

1.1 工程概况

拟设计路面属某段高速公路(双向四车道).路段位于平原微丘区,公路自然区划为Ⅱ2 区,地震烈度为六级,设计标高255.50m,地下水位距路床顶面为1.45m。

1.2 设计资料

1.2.1土质

所经地区多处为粘性土。 1.2.2交通量及组成

根据最新路网规划,预测使用初期2013年平均日交通量见下表：

车型 小客车SH—130 大客车SH—141 跃进牌NJ—130 东风牌EQ—140 黄河牌JN—150 日野KB222 太拖拉138

交通量年平均增长率（％）

表1-2-1交通组成及交通量表

双向交通量

880 163 596 360 370 87 85 7.12

1.3 设计目的任务

(1)根据所给资料,利用HPDS2011公路路面设计程序系统进行路面结构的设计(沥青路面、水泥路面至少各2种不同的路面结构设计，其中水泥路面结构手工完成一个方案的计算)。

(2)编写设计说明书,包括水泥混凝土路面及沥青路面结构,厚度设计,水泥混凝土路面结构组合设计、板厚度设计、接缝设计等。

(3)对所选定的路面结构方案,绘制路面结构图,包括沥青路面结构设计图,水泥混凝土路面结构设计图及其接缝设计图等.需用A3图纸打印。

2

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2 交通量分析·

《公路工程技术标准》规定：

四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交 通量 25000 -55000 辆

六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交 通量 45000 -80000 辆

八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交 通量 60000 -100000 辆 车型 小客车大客车跃进牌东风牌黄河牌日野太拖SH-130 SH-141 NJ-131 EQ-140 JN-150 KB222 拉138 交通量（辆/880 日） 换算系数 1.0 163 1.5 245 596 1.5 4 360 2.0 720 370 2.0 740 87 2.0 174 85 2.0 170 换算交通量880 （pcu/d） 表2-1 交通量及换算系数

将上表折成小客车，对所给交通量进行换算：N= 880+163×1.5+596×1.5+（360+370+87+85）

n-1

×2 =3823,设计年限为30年时，N= Nd= N0×(1+γ)远期交通量28096辆，故设计为四车道高速公路即可满足交通量要求。

3沥青路面设计

3.1设计年限内车道的累计轴次

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。标准轴载的计算参数按表3-1确定

表3-1 标准轴载计算参数 标准轴载名称 标准轴载P（KN） BZZ-100 100 标准轴载名称 单轮当量圆直径d（mm） BZZ-100 21.30 轮胎接地压强P0.70 两轮中心距（cm） 1．5d （Mpa） 3.1.1轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析） 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。

已知参数：

设计年限 15 年 车道系数 0.45 交通量平均年增长率 7.12 ％

3

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NC1C2ni(i1Kpip)4.35

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； ni— 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； P— 标准轴载（kN）；

Pi— 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：

C111.2m1

式中：m—轴数。

则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne：

Ne[(1)t1]365N1

式中

Ne— 设计年限内一个车道的累计当量次数；

t — 设计年限，由材料知，t=15年；

N1— 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=0.0712；

— 车道系数，由材料知η=0.45。

则：Ne[(1)t1]36515[(10.0712)1]365N117200.453561753次次

0.07123.1.2 轴载换算（半刚性层弯拉应力分析）

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C1'C2ni('i1Kpip)8

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；

4

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ni— 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； P— 标准轴载（kN）；

Pi— 各种被换算车型的轴载（kN）；

C1'—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。

' C2—轴数系数；

则其设计年限内一个车道上的累计量轴次Ne'为： Ne[(1)t1]36515[(10.0712)1]365N112950.4526869次。37

0.07123.1.3 设计弯沉的确定 设计弯沉： ld600Ne

0.2ACASAB

ld：设计弯沉

Ne：设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数 Ac：公路等级系数，高速公路为1.0 AS:面层类型系数，沥青面层为1.0

AB:路面结构类型系数 刚性基 半刚性基层 沥青路面为1.0 通过软件计算：ld= 29.4 (0.01mm)

3.2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。

3.3 土基回弹模量的确定

路段位于平原微丘区,公路自然区划为Ⅱ2 区,地震烈度为六级,设计标高255.50m,地下水位距路床顶面为1.45m。

由《公路沥青路面 设计规范》JTG D50-2006附录 F 知此高度为 H2（2.0），属于中湿路基又因该路段的土质为粘质土，查规范可得：土基回弹模量19—33.5（mpa）

3.4 路面结构方案设计

5

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3.4.1方案一 ************************** *新建路面设计成果文件汇总* ************************** （1） 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

表3-2 车型载重

序号 1 2 4 5 6 7 8 车 型 名前轴重后轴重后轴数 称 (kN) (kN) 交通25.55 55.1 1 SH141 亚洲15.7 ZQ6560 跃进20.2 NJ131 东风23.7 EQ140 黄河 45.1 JN150 日野 50.2 KB222 太脱拉 51.4 138 27 38.2 69.2 101.5 104.3 80 1 1 1 1 1 2 后轴轮后轴距交通量 组数 (m) 双轮组 >3 163 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 <3 880 596 360 370 87 85 设计年限 15 车道系数 0.45

序号 分段时间(年) 交通量年增长率

1 5 7.12 ％ 2 5 7.12 ％ 3 5 7.12 ％

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 479 ,属轻交通等级

当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 855

设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3561753 属中等交通等级 当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 5

设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2686937 属轻交通等级

路面设计交通等级为中等交通等级

公路等级 高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1

6

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路面设计弯沉值 : 29.4 (0.01mm)

表3-3 劈裂强度容许拉应力

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1.4 0.56 土 2 中粒式沥青混凝1.0 0.4 土 3 粗粒式沥青混凝0.8 0.32 土 4 水泥稳定碎石 0.6 0.34 5 级配碎石 0 6 粗砂 0

（2）新建路面结构厚度计算 新建路面的层数 : 6

标 准 轴 载 : BZZ-100

路面设计弯沉值 : 29.4 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5

设计层最小厚度 : 150 (mm)

表3-4 厚度计算 层位 结构层材料名称 厚度(mm) 抗压模量抗压模量容许应力(MPa) (MPa) (MPa) (20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝30 1400 2000 0.56 土 2 中粒式沥青混凝40 1200 1600 0.4 土 3 粗粒式沥青混凝60 900 1200 0.32 土 4 水泥稳定碎石 200 1500 1500 0.34 5 级配碎石 ? 550 550 7

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6 7 粗砂 新建路基 150 100 31 150 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 29.4 (0.01mm)

H( 5 )= 200 mm LS= 32 (0.01mm) H( 5 )= 250 mm LS= 29.1 (0.01mm)

H( 5 )= 244 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 :

H( 5 )= 244 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 244 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 244 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 244 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 :

H( 5 )= 244 mm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 244 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :

路面最小防冻厚度 500 mm

验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 。

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 30 mm ----------------------------------------

中粒式沥青混凝土 40 mm ----------------------------------------

粗粒式沥青混凝土 60 mm ----------------------------------------

水泥稳定碎石 200 mm ----------------------------------------

级配碎石 250mm ----------------------------------------

粗砂 150 mm ---------------------------------------- 新建路基

（3）交工验收弯沉值和层底拉应力计算

表3-5 弯沉值和层底拉应力 层位 结构层材料名称 厚度(mm) 抗压模量(MPa) (20℃) 抗压模量(MPa) (15℃) 容许应力(MPa) 8

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1 2 3 4 5 6 7 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 级配碎石 粗砂 新建路基 30 40 60 200 250 150 150 1400 1200 900 1500 550 100 31 2000 1600 1200 1500 550 150 0.56 0.4 0.32 0.34 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 31.6 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 35.1 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 40.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 96.8 (0.01mm) 第 6 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 357.5 (0.01mm)

路基顶面交工验收弯沉值：

LS= 300.5 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 371.5 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.273 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.119 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.058 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.132 (MPa)

3.4.2 方案二

**************************

*新建路面设计成果文件汇总* ************************** （1） 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

表3-6 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力

序号 车 型 名前轴重后轴重后轴数 称 (kN) (kN) 后轴轮后轴距交通量 组数 (m) 9

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1 2 3 4 5 6 7 交通23 63.5 1 双轮组 >3 SH141 跃进20.2 38.2 1 双轮组 NJ131 东风23.7 69.2 1 双轮组 EQ140 亚洲 15.7 27 1 双轮组 ZQ6560 黄河 45.1 101.5 1 双轮组 JN150 日野 50.2 104.3 1 双轮组 KB222 太脱拉 51.4 80 2 双轮组 <3 138 设计年限 15 车道系数 0.45 163 596 360 880 370 87 85 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 7.12 ％ 2 5 7.12 ％ 3 5 7.12 ％

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 479 ,属轻交通等级

当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 855

设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3561753 属中等交通等级 当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 5

设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 2686937 属轻交通等级

路面设计交通等级为中等交通等级

公路等级 高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1

路面设计弯沉值 : 29.4 (0.01mm)

表3-7 裂强度容许拉应力 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 0.56 10

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2 中粒式沥青混凝1.0 0.4 土 3 水泥碎石土 0.8 0.35 4 石灰土 0.6 0.26 5 粗砂 （2）新建路面结构厚度计算

新建路面的层数 : 5

标 准 轴 载 : BZZ-100

路面设计弯沉值 : 29.4 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5

设计层最小厚度 : 150 (mm)

表3-8 结构厚度 层位 结构层材料名称 厚度(mm) 抗压模量抗压模量容许应力(MPa) (MPa) (MPa) (20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝40 1400 2000 0.56 土 2 中粒式沥青混凝80 1200 1600 0.4 土 3 水泥碎石土 150 900 1200 0.35 4 石灰土 200 1500 1500 0.26 5 粗砂 ? 100 150 6 新建路基 31 按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 29.4 (0.01mm)

H( 5 )= 300 mm LS= 29.7(0.01mm) H( 5 )= 350 mm LS= 29(0.01mm) H( 5 )= 321mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 :

H( 5 )= 321 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 321mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求)

H( 5 )= 321 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求)

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H( 5 )= 321 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 :

H( 5 )= 321 mm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 321 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :

路面最小防冻厚度 500 mm

验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .

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 40 mm ----------------------------------------

中粒式沥青混凝土 80 mm ----------------------------------------

水泥碎石土 200 mm ----------------------------------------

石灰土 150 mm ----------------------------------------

粗砂 321 mm ---------------------------------------- 新建路基

（3）交工验收弯沉值和层底拉应力计算

表3-9 弯沉值和层底拉应力

层位 结构层材料名称 厚度(mm) 1 2 3 4 5 6 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 水泥碎石土 石灰土 粗砂 新建路基 40 80 200 150 150 321 抗压模量(MPa) (20℃) 1400 1200 900 1500 550 31 抗压模量(MPa) (15℃) 2000 1600 1200 1500 550 容许应力(MPa) 0.56 0.44 0.35 0.26 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS=32.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 37.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 49.5 (0.01mm)

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第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS=116.1 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 357.5 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值

LS= 300.5 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) LS= 371.5 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 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 )=-0.023 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=0.044 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )=0 .206 (MPa)

4 水泥混凝土路面设计

4.1混凝土路面设计基准期

高速公路设计基准期为30 年

4.2标准轴载交通量分析

我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ—100。凡前、后轴载大于40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：

p NsiNi(i)16

100i1n式中： Ns— 100KN的单轴—双轮组标准轴数的通行次数； Pi— 各类轴—轮型；级轴载的总重（KN）； n— 轴型和轴载级位数；

Ni—各类轴—轮型i级轴载的通行次i—轴—轮型系数。

表4-1 轴载换算结果

车型 亚洲ZQ6560 大客车SH—141 跃进牌NJ—130 东风牌EQ—140 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi（kN） i 1 1 1 1 1 1 1 1 Ni（次/日） iNi(pi16) 10015.7 27 25.55 55.10 20.20 38.20 23.70 69.20 880 880 245 245 4 4 720 720 — 0.01 0.95 13

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黄河牌JN—150 日野KB222 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 太脱拉138 1 1 1 1 1 3.5×10-2×80.00 6 ∑N 49.00 101.60 50.20 104.30 51.40 740 740 174 174 170 170 0.004 541.44 0.001 168.67 0.002 0.61 711.69

则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:Ne式中： Ne— 标准轴载累计当量作用次数(日)；

t — 设计基准年限；

γ — 交通量年平均增长率，由材料知，γ=0.0712；

η — 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下（表4-2）。

表4-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数 Ns[(1)t1]365

公路等级 高速公路、一级公路、收费站 行车道宽>7m 二级及二级以下公路 行车道宽≤7m 纵缝边缘处 0.17～0.22 0.34～0.39 0.54～0.62 NeNs[(1)t1]3654

4

=5014796=501×10次

4

4

因为交通量100×10＜501×10＜2000×10次，故可知交通属于重交通等级

4.3拟定路面结构

由上述及表16-20知相应于安全等级一级的变异水平的等级为低级，根据高速公路重

交通等级和低级变异水平等级查表16-17得初拟普通混凝土面层厚度大于240mm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m，长5m，拟定各结构层厚：

方案一：拟普通混凝土面层厚为260mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为190mm；二级自然区划及规范知垫层为160mm的天然砂砾（表4-3）

方案二:面层初拟255mm，基层选用水泥稳定粒料，厚h1=200mm，垫层选用天然砂砾厚h2=160mm （表4-4）

表4-3 方案一 层位 基（垫）层材料名称 厚度(cm) 回弹模量(MPa) 1 水泥稳定粒料 19 1500 14

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2 3 天然砂砾 土基 表4-4 方案二

16 20 200 30 层位 1 2 3 4 结构层材料名称 中粒式沥青混凝土 水泥稳定粒料 中、粗砂 土基 厚度(cm) 5 18 15 回弹模量(MPa) 1200 1500 90 30 4.4方案一的计算(手算)

4.4.1 确定材料参数

取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa；路基回弹模量为29Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa。

基层顶面当量的回弹模量值计算如下：

表4-5 基层顶面当量的回弹模量 层位 1 2 3 基（垫）层材料名称 水泥稳定粒料 天然砂砾 土基 厚度(cm) 19 16 20 回弹模量(MPa) 1500 200 30 2h12E1h2E215000.1922000.162=Ex220.1920.162h1h2

=960.6 Mpa

3h13E1h2E2(h1h2)21Dx()1

124E1h1E2h215000.1932000.163(0.190.16)211()1

12415000.192000.16=1.81

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12Dx3121.813 hx()=0.283m )=(960.6EXa6.22[11.51(Ex0.45960.60.45)]=4.250 )]=6.22[11.51(30E011 b11.44(Ex0.55960.60.55)=11.44(=0.786 )30E01EEtahE0(x)3

E0bx=4.2500.2830.786960.6330()=150.11 Mpa

3011普通混凝土面层的相对刚度半径为：

E310003)0.825m r0.537h(c)30.5370.26(150Et4.4.2计算荷载疲劳应力

根据高速公路、重交通，初拟普通混凝土面层厚度为0.26m。 由下列公式求得：

0.5373EcEt ps0.0770.6h2

7 pkfkrkcps kfNe0.05

1 式中 γ— 混凝土板的相对刚度半径（m）； H— 混凝土板的厚度（m）；

Ec— 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）；

σp— 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）； kr— 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87 ～

0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 ～0.84，；

kc— 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下

表4-6；

表4-6 综合系数kc 公路等级 kc 高速公路 1.30 一级公路 1.25 二级公路 1.20 三、四级公路 1.10 σps— 标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（MPa）。 ps0.0770.6h2

=0.077(0.825)0.60.262=1.014

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0.057 kfNe0.0575056355=2.411

根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数kc1.30,则荷载疲劳应力为：pkfkrkcps0.872.4111.31.0142.765MPa

4.4.3计算温度疲劳应力 由《路基路面工程》知，II区最大温度梯度取88﹙℃/m﹚。板长4.5mL/r=4.5/0.760=5.92；已知混凝土板厚0.26m，Bx=0.58，则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：

tmcEchTgBx2

式中： αc— 混凝土的温度线膨胀系数 ；

Tg — 最大温度梯度，Tg=88°c/m；

Bx— 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数； σtm— 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。

tmcEchTgBx21.0105310000.26880.582.06MPa

2温度疲劳系数 kt区划查下表4-7。

frtm[a(tmfr)cb]，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然

表4-7 回归系数a，b和c 系数 Ⅱ a b c kt0.828 0.041 1.323 Ⅲ 0.855 0.041 1.355 公路自然区 Ⅳ 0.841 0.058 1.323 Ⅴ 0.871 0.071 1.287 Ⅵ 0.837 0.038 1.382 Ⅶ 0.834 0.052 1.270 frtm[a(tmfr)cb]52.061.323[0.828()0.041]0.52 2.065则温度疲劳应力：

trKttm0.522.061.0712MPa

综合，高速公路的安全等级为一级，相应于一级的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95﹪。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数rr1.25。

rr(prtr)1.25(2.7651.071)4.795fr5.0MPa，故设计的混凝土面层厚为260mm满足要求。由《公路水泥混凝土路面设计规范》知，路面防冻厚度满足要求。

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4.5方案二的计算（软件计算）

*************************

*新建路面设计成果文件汇总* ************************** 水泥混凝土路面设计

设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 高速公路 变异水平的等级 : 低 级 可 靠 度 系 数 : 1.25

面 层 类 型 : 普通混凝土面层

表4-8 轴载交通量 序号 路面行单轴单轴载总单轴双轴载总双轴双轴载总交通量 驶车辆轮组的重 轮组的重 轮组的重 名称 个数 个数 个数 单后轴1 客车 单后轴1 货车 单后轴1 货车 单后轴1 货车 单后轴1 货车 单后轴1 货车 双后轴1 货车 15.7 25.55 20.2 23.7 45.1 50.2 51.4 1 1 1 1 1 1 0 27 55.1 38.2 69.2 101.5 104.3 80 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 160 880 163 596 360 370 87 85 1 2 3 4 5 6 7 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 7.11 ％ 2 5 7.11 ％ 3 5 7.11 ％

行驶方向分配系数 1 车道分配系数 0.9 轮迹横向分布系数 0.22

设计轴载 100 kN 最重轴载 160 kN

路面的设计基准期 : 30 年

设计车道使用初期设计轴载日作用次数 : 141695

设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数 : 2.88355E+08 路面承受的交通荷载等级 :特重交通荷载等级

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混凝土弯拉强度 6 MPa 混凝土弹性模量 30000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 Ⅱ 面层最大温度梯度 88 ℃/m 接缝应力折减系数 .87 混凝土线膨胀系数 10 10-6/℃

基(垫)层类型----新建公路土基上修筑的基(垫)层

表 4-9基(垫)层 层位 1 2 3 4 基（垫）层材料名厚度(mm) 称 中粒式沥青混凝土 40 水泥稳定粒料 中、粗砂 土基 200 150 回弹模量(MPa) 1200 1500 90 60 板底地基当量回弹模量 ET= 65 MPa

中间计算结果 : ( 下列符号的意义请参看“程序使用说明” )

HB= 250 DC= 39.96 DB= 1.05 RG= 1.038 SPS= 1.757 SPM= 2.733 SPR= 5.34 SPMAX= 2.73 CL= 0.683 BL= 0.353 STMAX= 1.16 KT=0 .27 STR= 0.31 SCR= 5.65 GSCR= 7.06 RE= 17.67 % SCM= 3. GSCM= 4.86 REM=-19 %

HB= 277 DC= 54.36 DB= 1.05 RG= 1.147 SPS= 1.538 SPM= 2.392 SPR= 4.67 SPMAX= 2.39 CL=0 .569 BL=0 .235 STMAX=0 .86 KT=0 .16 STR=0 .14 SCR= 4.81 GSCR= 6.01 RE= 0.17 % SCM= 3.25 GSCM= 4.06 REM=-32.33 %

HB= 279 DC= 55.54 DB= 1.05 RG= 1.155 SPS= 1.523 SPM= 2.369 SPR= 4.63 SPMAX= 2.37 CL=0 .561 BL=0 .227 STMAX= .84 KT=0 .15 STR=0 .13 SCR= 4.76 GSCR= 5.95 RE=-0.83 % SCM= 3.21 GSCM= 4.01 REM=-33.17 %

混凝土面层荷载疲劳应力 : 4.63 MPa 混凝土面层温度疲劳应力 : 0.13 MPa

考虑可靠度系数后混凝土面层综合疲劳应力 : 5.95 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）

混凝土面层最大荷载应力 : 2.37 MPa 混凝土面层最大温度应力 : 0 .84 MPa

考虑可靠度系数后混凝土面层最大综合应力 : 4.01 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）

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满足路面结构极限状态要求的混凝土面层设计厚度 : 279 mm 验算结果表明, 路面总厚度满足路面防冻要求 .

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:

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

普通混凝土面层 250 mm ---------------------------------------

中粒式沥青混凝土 40 mm ---------------------------------------

水泥稳定粒料 200 mm ---------------------------------------

中、粗砂 150 mm --------------------------------------- 土基

4.6接缝设置

4.6.1 纵缝的设计

（1）当一次铺筑宽度小于路宽时，应设纵向施工缝。纵向施工缝采用平缝的形式，上部应锯切槽口，深度约为30~40mm，宽度为3~8mm，槽内灌塞填缝材料，构造如下图所示

（2）当一次铺筑宽度小于4.5m时，应设纵向缩缝。纵向缩缝采用假缝的形式，锯切槽口的深度应大于施工缝的槽口深度，构造如下图所示。

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4.6.2 横缝的设计 （1）胀缝的设计

缝隙宽约为20mm，缝隙上部3~4cm深度内浇灌填缝料，下部设置富有弹性的嵌缝板，可有油浸或沥青浸制的软木板制成，为保证混凝土板之间能够有效地传递荷载，防止形成错台，在胀缝板厚设置传力杆。传力杆长40~60mm，直径20~38mm的光圆钢筋，每隔30cm设置一根，杆的半段固定在混凝土内，另半段涂以沥青、套上长约8~10cm的铁皮或塑料套筒，筒底与杆端之间预留3~4cm的空隙，并用木屑或弹性材料填充，以利于板的自由伸缩，构造如下图示。

（2）横向施工缝的设计

施工缝采用平缝的形式，缝上部设置深为3~4cm，宽为5~10cm的沟槽，内浇填缝料，

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在板的设置传力杆，传力杆长约为40mm，直径20mm，半段锚固在混凝土内，另半段涂沥青或润滑油，构造如图所示。

（3）横向缩缝的设计

横向缩缝采用假缝的形式，缝隙宽3~8mm，深度为板厚的1/5~1/4,一般为5~6cm，缝隙内浇灌填缝料，以防止地面水下渗及石砂杂物进入缝内，构造如下图所示。

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5 方案比选

5.1 沥青路面方案比选

方案一面层设三层：分别为细粒式沥青混凝土、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土，面层厚度，层数共6 层，结构总厚度为61.0cm，方案二面层设为二层：细粒式沥青混凝土、中粒式沥青混凝土，层数共5层，结构总厚度为cm，我国沥青路面以弯沉值和弯拉应力为设计指标，回弹弯沉值越大，对路面寿命影响越大，方案一抗弯能力大于方案二，从材料经济角度分析，方案二材料更易获得，比如石灰土肯定比级配碎石容易获得，从施工角度分析，方案二材料少，施工更易于方案二，综上所述在两个方案都能够满足现有交通情况及当地条件下，选方案二更优一些。

5.2 水泥混凝土路面方案比选

方案一路基潮湿故选用砂性材料，砂砾材料来源广，透水性好，层数少，施工方便，且能够保证路面刚度，总的来说方案一优于方案二。

5.3 综合比选

（1） 稳定性，混凝土路面的水稳性、热稳性均较好，特别是它的强度随着时间的延长而逐渐提高，沥青则出现“老化”现象。

（2）舒适性，有高度的减振性，可使车辆平稳而快速行驶，沥青路面的摩阻系数大于水泥路面，汽车耗油更多，水泥混凝土路面有接缝，如果车速过快，给人带来不适。 （3）施工周期，沥青路面在铺筑不久后就可以通车，而 水泥必须经过28 天才能达到一定强度，时间久。

（4）养护方面，两种路面的养护费用比较虽然沥青路面比水泥路面有养护更方便、通车更快的特点，但其养护费用与建造费用是成正比的，目前国内许多高速公路沥青路面出现了建得起、养不起的尴尬局面，路面质量问题严重。

（5） 对周围环境的影响，沥青路面对公路周围的土地、地下水等会造成污染，沥青的自然分解与降解需要几十年，而水泥路面对环境的影响要小得多。我国很多地方生产水泥，选用水利路面可带动地方经济。

（6）在经济成本上比较，随着经济的发展和沥青炼制技术的提高，在造价方面沥青路面已经减少，水泥混凝土路面对水和水泥的需求量大，这给水泥供应不足和缺水地区（北方）带来困难。

综上所述，虽然沥青路面具有修复快，乘坐舒服，对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强等一些特点。但水泥路面稳定性好平整度的保持期长，使用年限长的特点同样突出，在环境问题日益突出的今天，综合考虑，我认为选用水泥混凝土路面更优：最好选用水泥混凝土方案一，除此之外，也可考虑沥青方案二。

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6总结心得

一周的课程设计很短，但对我老说真的算是个实践性的挑战。因为自己电脑上安装不了软件，所以我是在其他同学的帮助下完成的。我觉得《路基路面课程设计》除了知识以外最需要的是就是耐心，体现在每天都需要花费时间一点一点的查规范、翻课本，上网查找相关资料，还需要反复的校核，通过课程设计，我学习了相关软件的应用，虽然比较累，但也受益匪浅。通过这几天的课程设计，收获很多，首先做事情要有严谨认真的态度，比如课程设计，是实践的有效方式，可以说是个难得的机会，以前做课程我都只是为了完成任务而去做，虽然这周事情比较多，但我告诉自己不要乱，一定要认真，不能急，一定要合乎规范，同时，还要有明确的计划，这次课程设计我计划的不是很合理，值得自己反思；课程设计检验了我对知识的熟悉程度，原本我以为自己对课本知识比较熟，但每当查些规范时，总是要翻书，有时还要翻几遍，比如水泥混凝土设计材料厚度选择时，这说明我课本上的知识还是有漏洞，掌握知识大概是没有用的，知识的细节也要花时间领悟，我觉得自己在学习这些知识时，应该抓住重要知识的不同，比如各种基层材料等，这对我以后的学习帮助很大，；理论联系实际的能力不够，缺乏思考。总之，这是我们专业课程的第一次课程设计，虽然遇到了很多问题，但更重要的是有很多收获，也在逐渐培养自己的专业素养，今后我会进一步学习相关知识，丰富自己，为以后工作打好基础。

7参考文献

[1]、《路基路面工程》（人民交通出版社）和《道路勘察设计》 [2]、《公路工程技术标准》JTGB01-2003 [3]、《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006 [4]、《公路沥青路面设计规范》JTGD30-2004 [5]《公路沥青路面施工技术规范》（JFG F40-2004） [6]、《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD4013-2002 [7]、《公路设计手册》（交通部第二版）

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