1、黑龙江省某高速公路沥青路面设计南 通 大 学路基路面课程设计任务书题目 黑龙江某公路路面结构设计 学 生 姓 名 吴垚 学 院 建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 土木 101 学 号 1014012009 起 讫 日 期 2013.12.293014.1.3 指导教师 盛晓军 职称 中职 发任务书日期 2013 年 12 月 28 日黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 1 -课题的内容和要求：一、课题内容根据给定设计资料完成路面结构组合设计。二、课题要求1、依据设计资料，按照相应的规范完成 2 种以上路面结构设计方案，并 进行比选。2、熟练应用路面设计软件，完成设计说明书。三、设计资料本公
2、路是黑龙江省公路网化建设中的重要组成部分，地处平原重冻区，公路自然区划属2 区，自然地理环境比 较复杂，地形、地质、水文、气候等约束限制条件多，冻胀、翻浆等公路病害频发。本设计路段 为微丘地形，所 经地区的地表多为较厚的腐殖土或落叶覆盖层，其保温性良好，下层 0.54.0 米多为风化沙砾、碎石土和砾石土，4.0 米以下为风化岩石路线位于东经 1262130 1262029，北 纬 462128462616之间。沿线所处自然区划为2 区。气候：年平均气温 3.5C 降雨量 400mm600mm 冬季主导风向为西北风 年平均风速 3.5m/s 最大冻深 1.2m。水文情况：地表排水一般，地下水位埋
3、深大于 3m。沿线公路主要病害： 冻胀、翻 浆。据调查，2011 年 7 月的交通量与车辆组成如下：车型 小汽车 解放 CA30A 东风 EQ140 太脱拉 130S辆/日 2500 400 200 300车型 日野KB222吉尔 130 解放 CA15 扶桑 FV102N辆/日 300 400 200 100交通量年平均增长率为 6.5%。拟建成年月：2013 年 7 月；本路段设计使用年限为 20 年。黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 2 -1 基本资料的确定1.1 确定公路等级1）计算 2011 年 7 月的折算交通量其中折算系数查公路工程技术指标(JTG B01 2003)，表 2.0
4、.2 各汽车代表车型与车辆折算系数。计算结果如下表：表 1 折算交通量车型序号 车型名称 折算系数交通量（辆/日） 折算后交通量 （辆/日）1 小汽车 1 2500 25002 解放 CA30A 1.5 400 6003 东风 EQ140 1.5 200 3004 太脱拉 130S 2 300 6005 日野 KB222 2 300 6006 吉尔 130 1.5 400 6007 解放 CA15 1.5 200 3008 扶桑 FV102N 3 100 300总计 5800有上表可知，2011 年 7 月的月平均日交通量为 5800 辆/日，近似代替 2011 年的年平均日交通量。2）计算设
5、计交通量 1()nADT黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 3 -其中：AADT 设计交通量（pcu/d） ；ADT 起始年平均日交通量（pcu/d） ； 年平均增长率（%） ；n 预测年限故 2033 年的设计交通量为： 121()580(6.%)76(/)nADT pcud3）确定公路等级根据公路工程技术标准(JTG B01 2003)，将公路根据功能和适应的交通量分为五个等级。1高速公路为专供汽车分向分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路，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 2500055000 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 4
6、500080000 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 60000100000 辆。2一级公路为供汽车分向分车道行驶并可根据需要控制出入的多车道公路，四车道一级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 1500030000 辆；六车道一级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 2500055000 辆。3二级公路为供汽车行驶的双车道公路，双车道二级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 500015000 辆。4三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路，双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量 20006000 辆
7、。5四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路，双车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量 2000 辆以下；单车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量 400 辆以下。由设计交通量和道路的重要性可初步选定道路等级为高速公路，四车道。1.2 拟定路基宽度和设计速度及其他资料1）拟定设计速度为：100km/h；2）根据公路工程技术标准(JTG B01 2003) 表 3.0.11 双向四车道，路基宽度为：26m；3）道路设计使用年限为 20 年；4）拟采用沥青路面结构，设计年限为 15 年；5）沿线土质为粉质土；6）土基回弹模量的确定因无实测条件，由查表法预
8、测土基回弹模量：（1）确定临界高度查路基路面工程邓学均，表 14-6 路基临界高度参考值，公路自然区黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 4 -划属2 区得: =3.4m， = 2.6m， = 1.9m。地下水位埋深大于 3m，所1H23H以填方路段的路基处于干燥状态，挖方路段的路基处于中湿状态。（2）确定平均稠度查路基路面工程邓学均，表 14-7 土基干湿状态的稠度建议值，得：填方路段的平均稠度为 1.05，挖方路段的平均稠度为 1。（3）确定土基回弹模量查路基路面工程邓学均，表 14-9 二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa） ，得：填方路段的土基回弹模量为 31.5Mpa，挖方路段的
9、土基回弹模量为 30.5Mpa。2 轴载计算2.1 代表轴载资料中车辆轴载如下表：表 2 车辆轴载表车型序号 车型名称 前轴重 后轴重 后轴数 后轴轮组数 后轴距1 小汽车 1 2 02 解放 CA30A 29.50 36.75 2 2 23 东风 EQ140 23.70 69.20 1 2 04 太脱拉 130S 50.60 88.90 2 2 25 日野 KB222 50.20 104.30 1 2 06 吉尔 130 25.75 59.50 1 2 07 解放 CA15 20.97 70.38 1 2 08 扶桑 FV102N 54.00 100.00 2 2 22.2 轴载换算我国沥青
10、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表 3 确定。表 3 标准轴载计算参数标准轴载名称 BZZ-100 标准轴载名称 BZZ-100标准轴载 P（KN） 100 单轮当量圆直径 d（mm） 21.30轮胎接地压强 P（Mpa） 0.70 两轮中心距（cm） 15d轴载换算以设计弯沉值和沥青层层底拉力为设计标准或者以半刚性材料层的拉力为黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 5 -设计标准。2.2.1 以设计弯沉值和沥青层层底拉力为设计标准 4.3512()Kiii PNCn式中： 相当于标准轴载 100KN 的作用次数（次/d） ；N 各级轴载
11、的作用次数（次/d） ；in 各种被换算车型的轴载（KN） ；iP标准轴载（KN） 轴数系数；1C 轮组系数，单轮组 = 6.4；双轮组 = 1.0；四轮组 = 0.38;2 2C2C2CK被换算车型的轴载级别。注：当轴间距大于 3m 时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为 1；当轴间距小于 3m 时，双轴或者多轴按 =1 + 1.2（m 1）计算， m 为轴数。1表 4 轴载换算结果表（弯沉）车型 iP(KN)1C2in(次/d)4.3512()iPCn（次/d）前轴 29.50 1.0 6.4 400 13解放 CA30A后轴 36.75 2.2 1.0 400 11东风 EQ140 后轴
12、69.20 1.0 1.0 200 40前轴 50.60 1.0 6.4 300 99太脱拉 130S后轴 88.90 2.2 1.0 300 396前轴 50.20 1.0 6.4 300 96日野 KB222后轴 104.30 1.0 1.0 300 360前轴 25.75 1.0 6.4 400 7吉尔 130后轴 59.50 1.0 1.0 400 42解放 CA15 后轴 70.38 1.0 1.0 200 43前轴 54.00 1.0 6.4 100 44扶桑 FV102N后轴 100.00 2.2 1.0 100 220黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 6 -4.3512()ki
13、i PNCn1371轴载小于 25KN 的轴载作用不计2.2.2 以半刚性材料层的拉力为设计标准 812()Kiii PNCn式中： 以半刚性材料层的拉力为设计指标时的标准轴载的当量轴次（次/d ） ；N 轴数系数；1C 轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09。2其余符号含义参照上式。对于轴间距小于 3m 的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：= 1 + 2（m 1）C式中：m 轴数。表 5 轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型iP(KN)1C2in(次/d) 812()iPCn（次/d）东风 EQ140 后轴 69.20 1.0 1.0 200 11前轴 50.
14、60 1.0 18.5 300 24太脱拉 130S后轴 88.90 3.0 1.0 300 351前轴 50.20 1.0 18.5 300 22日野 KB222后轴 104.30 1.0 1.0 300 420吉尔 130 后轴 59.50 1.0 1.0 400 6解放 CA15 后轴 70.38 1.0 1.0 200 12前轴 54.00 1.0 18.5 100 13扶桑 FV102N后轴 100.00 3.0 1.0 100 300 812()Kiii PNCn1160轴载小于 50KN 的轴载作用不计黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 7 -2.2.3 设计年限累计当量标准轴载数
15、设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数 按下式计算：eNe(1)365N=t 式中： 设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次/车道） ；e 设计年限（年） ；t 路面运营第一年双向日平均当量轴次（次/d） ；N 设计年限内交通量平均增长率（%） ；车道系数，双向四车道高速公路取 0.45。e17()365N(1)1370.456.5t N=6641438 次 e17()365N(1)160.456.5t N=5619305 次根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)P14 表 3.1.8 交通分级可确定轴载等黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 8 -级为：中等交通。3 初
16、拟路面结构3.1 路面结构根据本地区的路用材料，结合已有工作经验与典型构造，拟定以下两个方案。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及厚度如下：方案一：4cm 细粒式密级配沥青混凝土+5cm 中粒式密级配沥青混凝土+8cm 粗粒式密级配沥青混凝土+22cm 密级配沥青碎石+？级配碎石，以级配碎石为设计层。方案二 6cm 细粒式密级配沥青混凝土+10cm 中粒式密级配沥青混凝土+12cm 粗粒式密级配沥青混凝土+？cm 水泥稳定碎石+20cm 石灰土，以水泥稳定碎石为设计层。3.2 路面材料配合比设计与设计参数的确定3.2.1 试验材料的确定半刚
17、性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用 A 级 90 号，技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范 （JTG F402004）相关规定。3.2.2 路面材料抗压回弹模量的确定（1）沥青混合料抗压回弹模量的确定表 6 沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值20抗压回弹模量（MPa） 15抗压回弹模量（MPa）材料名称 pE2pEp2pEpAC-13 1400 0 1400 2000 0 2000 2000AC-20 1200 0 1200 1800 0 1800 1800AC-25 1000 0 1000 1200 0 1200 1200ATB-25 1200 0 1200 1400 0 1400
18、 1400黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 9 -（2）半刚性材料及其他材料抗压回弹模量的确定根据邓学钧编著的路基路面工程表 14-14 和相关计算拟定材料抗压回弹模量 （表 7）：表 7 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值抗压模量/Mpa材料名称 pE2pEp水泥稳定碎石 1500 0 1500 1500石灰土 550 0 550 550级配碎石 350 0 350 350（3）路面材料劈裂强度确定根据邓学钧编著的路基路面工程表 14-13 和表 14-14 确定材料劈裂强度（表 8）：表 8 路面材料劈裂强度材料名称 AC-13 AC-20 AC-25 ATB-25、35 水泥
19、稳定 碎石 石灰土劈裂强度 1.4 10 0.8 0.8 0.5 0.2254 验算拟定方案，并确定各方案的最终设计结果1.根据我国公路沥青路面设计规范 （JTG D502006）规定路面设计弯沉值 由dl下式计算： 0.2decs=6NAbl式中： 设计弯沉值，0.01mm；dl设计年限内一个车道累计当量轴次，次；eN公路等级系数，高速公路、一级公路为 1.0，二级公路为 1.1，三、四级公路cA为 1.2；面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌s下贯或贯入式路面、沥青表面处治为 1.1；路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为 1.0；柔性路面为 1.6。A
20、b黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 10 -2.计算设计方案弯层值：方案一为柔性路面， 1.6,.0,1.bcsAA0.2d160(438) m)l （1）填方路段 土基回弹模量为 31.5Mpa，设计层为级配碎石底基层。利用公路沥青路面设计软件 HPDS2006，得到满足设计弯沉指标要求和各层底拉应力要求的级配碎石底基层厚度为 8cm。层位 结构层材料名称 厚度（mm） 容许拉应力 （MPa）1 AC-13 40 0.492 AC-20 50 0.353 AC-25 80 0.284 ATB-25 220 0.285 级配碎石 80 0验算路面防冻厚度：根据公路沥青路面设计规范 （JTG D
21、502006）表 5.2.4 规定，路面最小防冻厚度 450500mm。验算结果表明 ,路填方段路面总厚度为 470mm 面总厚度满足防冻要求。通过对设计层厚度取整, 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 50 mm-粗粒式沥青混凝土 80 mm-密级配沥青碎石 220 mm-级配碎石 80 mm-新建路基其中密级配沥青碎石层做为上、下基层。上基层为 80mm 厚 ATB-25，下基层为 140mm厚 ATB-35。黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 11 -（2）挖方路段 土基回弹模量为 30.5Mpa，设计层为级配碎石底基层。利用公路沥青路面设计软件
22、 HPDS2006，得到满足设计弯沉指标要求和各层底拉应力要求的级配碎石底基层厚度为 8cm。层位 结构层材料名称 厚度（mm） 容许拉应力 （MPa）1 AC-13 40 0.492 AC-20 50 0.353 AC-25 80 0.284 ATB-25 220 0.285 级配碎石 80 0验算路面防冻厚度：根据公路沥青路面设计规范 （JTG D502006）表 5.2.4 规定，路面最小防冻厚度 450500mm。验算结果表明 ,路填方段路面总厚度为 470mm 面总厚度满足防冻要求。通过对设计层厚度取整, 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
23、 50 mm-粗粒式沥青混凝土 80 mm-密级配沥青碎石 220 mm-级配碎石 80 mm-新建路基其中密级配沥青碎石层做为上、下基层。上基层为 80mm 厚 ATB-25，下基层为 140mm厚 ATB-35。黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 12 -方案二为半刚性基层沥青路面， 1.0,.,1.0bcsAA0.2d260(4138) ml （1）填方路段 土基回弹模量为 31.5Mpa，以水泥稳定碎石为设计层。利用公路沥青路面设计软件 HPDS2006，得到满足设计弯沉指标要求和各层底拉应力要求的水泥稳定碎石层厚度为 15.0cm。层位 结构层材料名称 厚度（mm） 容许应拉力 （Mp
24、a）1 AC-13 60 0.492 AC-20 100 0.353 AC-25 120 0.284 水泥稳定碎石 150 0.265 石灰土 200 0.09验算路面防冻厚度：根据公路沥青路面设计规范 （JTG D502006）表 5.2.4 规定，路面最小防冻厚度 450500mm。验算结果表明 ,路填方段路面总厚度为 630mm 面总厚度满足防冻要求。通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:-细粒式沥青混凝土 60 mm-中粒式沥青混凝土 100 mm-级配沥青碎石 120 mm-水泥稳定碎石 150 mm-石灰土 200 mm-新建路基黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 1
25、3 -（2）挖方路段 土基回弹模量为 30.5Mpa，以水泥稳定碎石为设计层。利用公路沥青路面设计软件 HPDS2006，得到满足设计弯沉指标要求和各层底拉应力要求的水泥稳定碎石层厚度为 15.0cm。层位 结构层材料名称 厚度（mm） 容许应拉力 （Mpa）1 AC-13 60 0.492 AC-20 100 0.353 AC-25 120 0.284 水泥稳定碎石 150 0.265 石灰土 200 0.09验算路面防冻厚度：根据公路沥青路面设计规范 （JTG D502006）表 5.2.4 规定，路面最小防冻厚度 450500mm。验算结果表明 ,路填方段路面总厚度为 630mm 面总厚
26、度满足防冻要求。通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:-细粒式沥青混凝土 60 mm-中粒式沥青混凝土 100 mm-级配沥青碎石 120 mm-水泥稳定碎石 150 mm-石灰土 200 mm-新建路基水泥稳定碎石层做基层的最小施工厚度 150mm，满足施工要求。黑龙江省某高速公路沥青路面设计- 14 -5 方案总结通过以弯层值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的底层拉力为设计标准换算车辆行车荷载，并且计算设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数来确定设计沥青路面交通等级，得出此道路为中等交通。通过采用全寿命周期成本分析方法，并结合设计、施工、养护、投资等综合因素，确定方案二
27、为最终采用的结构方案。致 谢通过设计制作这次路基路面课工程课程设计，基本上了解了沥青路面的设计过程与步骤，知道了设计过程中的重点和难点，从构思到整个方案完成，遇到了不少的问题和困难，但是这些问题和困难都在同学和老师共同讨论中得到解决，并且提出相应的应对方案。在整个过程中，非常感谢盛晓军老师指导我们顺利地完成课程设计，他对我们的指导和帮助，远远超过了一个老师的职责范围，他不厌其烦的帮我们修改和完善课程设计。在此，我想真诚地对盛老师说一句：盛老师你辛苦了！由于我的水平有限，所写内容难免有不足之处，恳请各位老师、学友批评和指正。参考文献1 交通部JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范北京：人民交通出版社，20062 邓学钧 路基路面工程北京：人民交通出版社，20003 沙爱民 路基路面工程北京：高等教育出版社，2011
