1、路基路面工程课程设计计算书（第一组）班级： 姓名： 学号： 一、沥青路面设计1.轴载换算（1）以弯沉值及沥青层的层底弯拉应力为设计指标时表一车型 )(KNPi 1C2(次)in35.421)(PnCi东风 EQ140 后轴 69.20 1 1 300 60.48黄河 JN150 前轴 49.00 1 6.4 200 57.49后轴 101.60 1 1 200 214.30黄河 JN162 前轴 59.50 1 6.4 50 33.44后轴 115.00 1 1 50 91.83交通 141 前轴 25.55 1 6.4 250 4.23后轴 55.10 1 1 250 18.70长征 CZ3
2、61 前轴 47.60 1 6.4 70 17.74后轴 90.70 2.2 1 70 100.72延安 SX161 前轴 54.64 1 6.4 60 27.70后轴 91.20 2.2 1 60 88.42北京 BJ130 后轴 27.20 1 1 50 0.17跃进 NJ130 后轴 38.30 1 1 60 0.92注：轴载小于 25KN 的轴载作用不计 kiiPnCN135.421.76)(（2）以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时表二车型 )(KNPi 1C2（次）in821)(PnCi东风 EQ140 后轴 69.20 1 1 300 15.78黄河 JN150 后轴 10
3、1.60 1 1 200 227.08黄河 JN162 前轴 59.5 1 18.5 50 14.53后轴 115.00 1 1 50 91.83交通 141 后轴 55.10 1 1 250 2.12长征 CZ361 后轴 90.70 3 1 70 96.18延安 SX161 前轴 54.64 1 18.5 60 8.82后轴 91.20 3 1 60 86.15注：轴载小于 50KN 的轴载作用不计 kiiPnCN135.4/2 9.2)(已知设计年限内交通量平均增长率 %8r该道路为高速公路，其设计年限 。15t设该高速公路为双向四车道，取车道系数 ，则4.0（1）以弯沉值及沥青层的层底
4、弯拉应力为设计指标时次615 109.345.0176308.)(3651)( NrNte（2）以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时次615 1042.5.04923608.)(3651)(rte2.初拟结构组合和材料选取（1）由以上计算结果得，设计年限线内一个车道上的累计标准轴次为 319 万次，属中等交通，给出以下两种组合方案方案一：路面结构采用沥青混凝土（厚 18cm） ，基层采用水泥碎石（厚 38cm） ，底基层采用水泥石灰沙砾土（厚度待定） ，以水泥石灰沙砾土为设计层。采用三层式沥青面层，表面采用细粒式沥青混凝土（厚 4cm） ，中面层采用中粒式沥青混凝土（厚 6cm） ，下面
5、层采用粗粒式沥青混凝土（厚 8cm）方案二：路面结构采用沥青混凝土（厚 27cm） ，基层采用水泥砂砾（厚度待定） ，底基层采用级配沙砾（厚 18cm） ，以水泥稳定砂砾为设计层。采用三层式沥青面层，表面采用细粒式沥青混凝土（厚 4cm） ，中面层采用中粒式沥青混凝土（厚 8cm） ，下面层采用密集配沥青碎石（厚 15cm）（2）确定各层材料回弹模量与劈裂强度表三材料名称 时抗压回弹模量C20（MPa）时劈裂强度(MPa)C15细粒式沥青混凝土 1.4 1.4中粒式沥青混凝土 1.2 1.0粗粒式沥青混凝土 1.0 0.8密集配沥青碎石 1.2 0.8水泥石灰沙砾土 1.0 0.35水泥碎石
6、1.5 0.5水泥沙砾 1.3 0.5集配沙砾 1.4 0.53.确定土基回弹模量该路段处于 区，粉质土，路基处于干湿状态，稠度取 1.0，查表“二级自然2区划各土组土基回弹模量参考值” ，得土基回弹模量为 29MPa（1）设计弯沉值本公路为高速公路，公路等级系数 ，面层为沥青混凝土，面层系数0.1cA，半刚性基层，基层系数 =1.00.sAB（单位 0.01mm）.2 60.2660(3.9)3.deCSBlNA （2）各层允许拉应力方案一：表四材料名称 SK（MPaSP）(MPa)SPRK细粒式沥青混凝土427.0.1)93(.09. .62. CeAN1.4 0.577中粒式沥青混凝土)
7、( 2.062.0Ce 1.0 0.412粗粒式沥青混凝土427.0.1)93(.09. .62. CeAN0.8 0.330水泥碎石 81)(.35. 2.062.0Ce0.5 0.275水泥石灰沙砾土.0.1)93(.0. 2.62. CeAN0.35 0.193方案二：表五材料名称 SK（MPaSP）(MPa)SPRK细粒式沥青混凝土427.0.1)93(.09. .62. CeAN1.4 0.577中粒式沥青混凝土)( 2.062.0Ce 1.0 0.412密集配沥青碎石427.0.1)93(.09. .62. CeAN0.8 0.330水泥沙砾 81)(.35. 2.062.0Ce0
8、.5 0.275级配沙砾 .0.1)93(.0. 2.62. CeAN0.5 0.2754.资料汇总方案一：表六材料名称 h（cm） 回弹模量C20（MPa） 容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土 4 1400 0.577中粒式沥青混凝土 6 1200 0.412粗粒式沥青混凝土 8 1000 0.330水泥碎石 38 1500 0.275水泥石灰土 ？ 1000 0.193土基 40 方案二：表七材料名称 h（cm） 回弹模量C20（MPa） 容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土 4 1400 0.577中粒式沥青混凝土 8 1200 0.412密集配沥青碎石 15 1200 0.330水泥
9、沙砾 ？ 1300 0.275集配沙砾 18 1400 0.275土基 40 5.方案确定根据东南大学道路计算软件计算得，方案一计算层厚度为 15cm，道路总厚度为 71cm。方案二计算层厚度为 34cm，道路总厚度为 79cm两种方案的其他条件均满足要求，故取总厚度最小的方案为最终方案，即取第一种方案为最终方案。二、混凝土路面设计1.交通量分析根据水泥混凝土路面设计轴载换算方法，忽略小客车和车辆前轴对路面结构计算的影响，计算各车型的轴载换算系数 ，得到标准轴载作用次数，16)0(iP见下表表八车型 通过次数（次 /日） 后轴重（KN） 16)0(iP标准轴次（次 /日） 标准轴次合计 （次/
10、日）东风 EQ140 300 69.20 0.003 0.9解放 JN150 200 101.60 1.289 257.8黄河 JN162 50 115.00 9.358 467.9交通 141 250 55.10 0.00007 0.0175长征 CZ361 70 90.70 7103.85108.延安 SX61 60 91.20 946北京 BJ130 50 27.20 9.跃进 NJ130 60 38.30 7.252726.62查表得，高速公路设计基准期为 30 年。安全等级为一级，临界荷位车辆轮迹横向分布系数取 0.22，交通方向系数取为 0.5，交通车道系数取为 0.9，则设计年限
11、累计当量轴次为： 30 4(1)726.(1.8)3565.20.92710tsreNg次属于中等交通。2.初拟路面结构查表，得安全水平为一级的道路对应的变异水平为低级。初拟普通混凝土面层厚为 24cm，基层选用水泥稳定粒料厚 20cm，底基层为 15cm 低剂量无机结合料稳定类混合材料。普通混凝土板的平面尺寸为宽 4.5m，长 5m，两侧硬路肩与行车道之间砌筑水泥混凝土路缘石。硬路肩与行车道采用相同面层厚度。在设计中设想施工缝为设传力杆平缝，横向缩缝为设传力杆的假缝形式，在临近桥梁或固定建筑物外，或与其他类型路面相连处、小半径曲线和纵坡变换处，应设置横向胀缝。纵缝施工缝和缩缝均为设拉杆的平头
12、缝。纵缝与横缝尽可能垂直正交，避免板块形成错缝和锐角形式。3.路面材料参数确定查表，普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 4.5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为 29GPa。路基回弹模量取 50MPa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取800MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取 1500MPa。计算基层顶面当量回弹模量（土基顶面回弹模量 =40MPa）：0E22210.150.814XXhEMPa3211211233 1()()40.5.(50.8.)()40.280.53.8XhDEhMNm 3312.850.34XXDhmE0.5 0.451286.()6.().23Xa 0.50.541.4
13、()1.()7XbE10.7833 30 2().2()4.8bXtah MPa普通混凝土面层难过的相对刚度半径为： 33 9.57.570.40.6512.8CtEr m4.荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为： 0.620.627.75141.03psrhMPa 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 。考虑设计基准.87rK期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 ，40.57(291)2.vfeN根据公路等级，查表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数,则荷载疲劳应力计算为：3.1CK0.872.513.02.4prfcps5.温度疲劳应力II 区最大
14、温度梯度取 88（ /m） 。板长 5m, ,由图可查普C 57.680.1lr通混凝土板厚为 h=0.24m， 。0.65XB最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为： 5129.48.1.92CgtmXEhT MPa 查表，自然区划为 II 区， ,则温度疲劳应力系数32.,0.,.cba1.32459().8()40.51945ctmrttrfKab温度疲劳应力为: 0.5430trtmMPa查表，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为 95%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表，确定可靠度系数 。则，2.1r().(08.4).184.5
15、rptr Pa因此，所选普通混凝土面层厚度 0.25m 可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。6.路面补强设计根据规范要求和设计几本资料，水泥混凝土路面为重交通等级，平曲线多，所以在混凝土板的自由边缘和角隅处设置两种补强钢筋。（1）边缘钢筋，采用直径 14mm 的螺纹钢筋，设在板 （h 为混凝土板41厚） ，且距离边缘和地板厚度均不小于 5cm，两根钢筋的间距不应小于 10cm，纵向边缘钢筋只设在一块板内，不穿过缩缝，以免妨碍般的翘曲，为加强锚固能力，钢筋两端应向上弯起。（2）角隅钢筋，设在胀缝两侧板的角隅处，用两根直径 14mm 长 2.4m 的螺纹钢筋完成需要的形状，角隅钢
16、筋设在板的上部，距板顶面不小于 5cm，距胀缝和板边缘各为 10cm。7.筑路材料（1）粗集料和细集料使用要求均应符合公路工程集料试验规程的各项要求。面层水泥采用 42.5 级普通硅酸盐水泥，要求养护 3 天龄期的抗压强度和抗折强度分别不小于 22.0MPa 和 7.0MPa，混凝土配合比设计应满足强度、工作性、耐久性技术要求，并且应该满足公路工程水泥混凝土路面施工规范的明确规定。（2）填缝材料胀缝接缝板采用泡沫橡胶板，填缝材料采用常温施工方式，填缝材料为沥青橡胶类。接缝板和填缝材料的技术要求，参见公路工程水泥混凝土路面施工技术规范 。（3）基层材料水泥稳定材料基层中水泥用量控制在 5%7%之间，采用重型击实实验法确定压实度不小于 98%，级配碎石第几层最大粒径控制在 31.5mm 以下，压实度不小于 96%，石料压碎值不大于 30%。（4）土基由于路基土为粉质土，切路基设计可以保证路床处于干燥、中湿状态，故无需进行路基处理。路基土强度、压实度应满足现行公路路基施工技术规范 。
