1、0课程名称：路面工程设计题目： 路面设计 院 系： 土木工程 专 业： 道路工程 年 级： 2007 级 姓 名： 吕 凯 学 号： 20077228 指导教师： 刘红坡 西南交通大学峨眉校区2011 年 10 月 21 日课 程 设 计 任 务 书专 业 铁道工程 姓 名 吕凯 学 号 20077228 开题日期： 2010 年 10 月 20 日 完成日期：2010 年 11 月 21 日题 目 路面设计 一、设计的目的掌握沥青路面和普通水泥混凝土路面的厚度设计过程； 熟悉我国现行的公路沥青路面设计规范JTG D502006 和公路水泥混凝土路面设计规范JTG D402002； 学会使用路
2、面厚度计算软件。 二、设计的内容及要求根据所给的资料，对沥青路面与普通水泥混凝土路面各设计 1 种结构； 进行路面结构厚度计算； 要求设计计算过程详细、条理清晰、符合要求； 参考规范： 公路沥青路面设计规范JTG D502006 公路水泥混凝土路面设计规范JTG D402002 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日目 录设计任务书 .2任务书和指导书 .4沥青路面设计的步骤 .7普通混凝土路面设计的步骤 .11第 1 章 任务书和指导书1.1 设计任务书拟从昆明到攀枝花修建一条一级公路，所在地区的自然区划属 V4 区，采用沥青混凝土路面。已知资料如下：预计竣工后第一年双
3、向平均日交通量如表 1。经过调查，预期交通量平均年增长率为 5.48（见表 1 和表 2） 。沥青路面设计中，车道系数 选用 0.45。路基土质为粉质土，在春季不利季节调查得知地下水位离地面1.0m，路基填土高度 1.5m。任务：可行性研究阶段，设计沥青路面或水泥混凝土路面 1 种方案。表 1 第一年双向平均日交通量车型前轴重（kN）前轴数前轴轮组数后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴轴距交通量（辆/日）黄河QD352 49.8 1 单 95.8 1 双 - 422交通SH-141 23.0 1 单282.5 2 双2.6m 412东风EQ144 25.70 1 单290.1 2 双3.1m 3
4、52罗曼SQ9251 50.0 1 单3111.3 3 双2.4m 52表 2 交通量以及年平均增长率学号末尾 2 位数k Q1 Q2 Q3 Q4 r(%)00-33 450-k 440-k 380-k 80-k 5.2+0.01k34-66 400-k 380-k 400-k 10+k 5.9-0.01k67-99 300+k 320+k 350+k k 6-0.01k1.2 设计指导书设计按照我国现行的公路沥青路面设计规范JTG D502006 和公路水泥混凝土路面设计规范JTG D402002 进行。1.2.1 沥青路面设计的步骤根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的
5、累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。 （采用临界高度法）参考本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的材料设计参数。根据拉应力设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。高速公路、一级公路、二级公路路面结构，以弯沉和沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层的拉应力为设计指标。三级公路和四级公路路面结构，以弯沉为设计指标。如不满足要求
6、，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，选用极限抗拉强度高的材料，再重新计算，直到满足要求为止。对于季节性冰冻地区冰冻区各级公路的中湿、潮湿路段，应迸行防冻厚度验算是否符合要求。进行技术经济比较，确定路面结构方案。1.2.2 普通混凝土路面设计的步骤(1)收集并分析交通参数收集日交通量和轴载组成数据，确定方向系数和车道系数，进行标准轴载换算，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通分级，选定设计年限、交通量年平均增长率和轮迹横向分布系数，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。(2)初拟路面结构初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝
7、构造。(3)确定材料参数进行材料试验或查表确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，从而确定基层顶面的当量回弹模量。(4)计算荷载疲劳应力由应力计算图或公式得到标准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数，按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按公路等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力。(5)计算温度疲劳应力由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划和 tm/fr确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力。(6)检验初拟路面结构当荷载疲劳应力同温度疲劳应力
8、之和与可靠度系数的乘积小于且接近于混凝土弯拉强度标准值时，则初选厚度可作为混凝土板的计算厚度。否则，应改选混凝土板厚度，拟定新的结构，重新计算，直到满足要求为止。一、沥青路面的设计1.计算累计当量轴次（1） 当以设计弯沉值和沥青混合料层层底拉应力为指标的累计当量轴次由公式 ,列表算得 N=112()4.35标准轴载换算表车型 轴位轴重（KN）轮组系数轴数系数换算系数总换算系数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）前 49.8 6.4 1 0.3084黄河QD352 后 95.8 1 1 0.82971.1381 422 480.27前 23.0 6.4 1 0.0107交通SH-141后 82.5
9、 1 2.2 0.95280.9635 412 396.96前 25.70 6.4 1 0.0174东风EQ144 后 90.1 1 2 1.27081.2882 352 453.44前 50.0 6.4 1 0.3138罗曼SQ9251后 111.3 1 3.4 5.41675.7305 52 297.98,=112()4.35=1628.65年平均增长率 ，由于一级公路， ，=60.0171=5.48% =15年，则：=0.45，得 由公式 =3651(1+)1 =5.96106（ 次 年 ）（2） 当以半刚性材料层的拉应力为指标的累计当量轴次由公式 ，列表，得 N=112()8标准轴载换
10、算表车型 轴位轴重（KN）轮组系数轴数系数换算系数总换算系数交通量（辆/日）当量轴次（辆/日）前 49.8 18.5 1 0.0700黄河QD352 后 95.8 1 1 0.7095 0.7794422328.90前 23.0 18.5 1 0.0001交通 SH-141 后 82.5 1 3 0.6438 0.6439412265.28前 25.70 18.5 1 0.0004东风EQ144 后 90.1 1 2 0.8686 0.8690352305.88前 50.0 18.5 1 0.0723罗曼SQ9251 后 111.3 1 5 11.7742 11.846552616.01,=1
11、12()8=1516年平均增长率 ，由于一级公路， ， ，=5.48% =15年 =0.45则：，得 由公式 =3651(1+)1 =5.55106（ 次 年 ）属于中等交通。2.土基回弹模量设计值的确定该地区自然规划为 区，路基土为粉质土，地下水离地面 1.0m，路基填4土高度 1.5m得： H=2.5m查表，得： 区粉质土4 1=2.5,2=1.6,3=0.721所以，该地区属于中湿地区。查表，得： 该土的稠度范围为 1.04-1.12，取 W=1.12，查表，由线性内插法，得：回弹模量 E=35.5MPa3.设计弯沉值或容许拉应力（1）路面设计弯沉值 1）半刚性路面由公式 ,查得 ,得=
12、6000.2 =1,=1,=1=26.73(0.01)2）柔性路面由公式 ,查得 ,得=6000.2 =1,=1,=1.6=42.768(0.01)（2）结构层容许弯拉应力 沥青混凝土： =0.090.22=0.09(5.96106)0.221=2.78无机结合料稳定集料类：=0.350.11=0.35(5.55106)0.111=1.93无机结合料稳定细粒土类：=0.450.11=0.45(5.55106)0.111=2.48材料参数抗压回弹模量（MPa）材料名称 弯沉计算用（20）拉应力计算用（15）劈裂强度（MPa）细粒式混凝土 AC-13 1400 2000 1.4中粒式混凝土 AC-
13、20 1200 1800 1.0粗粒式混凝土 AC-25 1000 1400 0.8二灰稳定碎石 1500 3600 0.65石灰土 1300 3600 0.225容许拉应力 =材料容许拉应力材料名称 劈裂强度（MPa） 抗拉强度结构系数 容许拉应力 （MPa）细粒式混凝土 AC-13 1.4 2.78 0.503中粒式混凝土 AC-20 1.0 2.78 0.359粗粒式混凝土 AC-25 0.8 2.78 0.288二灰稳定碎石 0.65 1.93 0.337石灰土 0.225 2.48 0.0914.路面结构组合拟定（1）半刚性路面1）结构层拟定厚度根据结构层的最小施工厚度以及施工机具的
14、功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：结构层拟定厚度结构层 材料 适宜厚度 （cm） 拟定厚度 （cm）上面层 细粒式混凝土 AC-13 4-6 5中面层 中粒式混凝土 AC-20 6-10 8下面层 粗粒式混凝土 AC-25 8-12 12基层 二灰稳定碎石 18-20 20底基层 石灰土 18-20 ？2）利用公路沥青混凝土路面设计系统计算待确定层厚度 计算结果抗压回弹模量（MPa）材料名称 弯沉计算用（20 ）拉应力计算用（15 ）容许拉应力（MPa）层底计算拉应力（MPa）厚度（cm）细粒式混凝土 AC-13 1400 2000 0.503 0 5中粒式混凝土 AC-20 1200 1800 0.359 0 8粗粒式混凝土 AC-25 1000 1400 0.288 0 12二灰稳定碎石 1500 3600 0.337 0.051 20石灰土 1300 3600 0.091 0.088 30计算结果：计算路面弯沉值 =18.58(0.01)26.73(0.01)计算结果符合要求，故采用该路面结构组合方案。3）防冻厚度验算
