1、目 录1.基本资料 11.1 设计任务书要求 11.2 气象资料 11.3 地质资料 11.4 交通资料 12.公路路面结构计算 22.1 轴载分析 22.2 拟定路面组合方案 42.1 方案 A42.3 方案 B42.4 方案 C43 新建路面结构厚度计算 54 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 115 沥青路面方案技术经济比较选择 13主要参考资料 131 基本资料1.设计资料1.1 设计任务书要求河南驻马店地区新建一级公路，公路设计基准年为 2010 年，使用年限 15 年， 拟选沥青路面结构路面进行路面结构设计。1交通分析。2拟定路面结构，并说明选用该种路面结构的原因。3计算或验算路面结
2、构层厚度。沥青路面采用手工计算和计算机计算两种方式，并分析其结果以及说明理由。拟定几种沥青路面厚度，采用计算机计算，分析沥青面层变化对基层厚度的影响，基层厚度变化对底基层厚度的影响。4编写设计说明书。1.2 气象资料该公路处于5 区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。雨水多集中在 69 月份，约占全年降雨量的 50%以上。夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在 3.0 米/秒左右。1.3 地质资料与筑路资料由于路线地处平原微丘5 区，调查及勘察中发现，该地区属于第四系，土基为粘性土，确定土基的稠度为 1.20，确定土基回弹模量为 40，路基干湿状态为中湿。主要分布于平原区，具有轻
3、微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。其他未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附件发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设。1.4 交通资料根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示，不车型的交通量参数见规范。1. 初始条件： 2 表一 交通组成 型号前轴载(KN)后轴载(KN) 后轴数 轮组数 轴距(m) 交通量(辆/日)江淮 AL6600 17.0 26.5 1 双 0 700黄海 DD640 32 70 1 双 0 550东风 LZ340 27 64.6 1 双 0 400解放 CA50 28.
4、7 68.2 1 双 0 530黄海 DD690 56 104 2 双 4 260东风 EQ340 24.2 70.4 1 双 0 470黄河 JN360 50.0 110.0 2 双 2 360解放 SP9200 31.3 78.0 2 三 4 2203公路技术等级为一级公路，为双向四车道。4交通组成如表一所示，预测交通量年增长率前五年为 = 8%，中间五年为=6%，最后五年为 = 5%。设计年限内交通平均增长率为 =6.3%。2 设计弯沉和容许弯拉应力计算交通组成型号前轴载(KN)后轴载(KN) 后轴数 轮组数 轴距(m) 交通量(辆/日)江淮 AL6600 17.0 26.5 1 双 0
5、 700黄海 DD640 32 70 1 双 0 550东风 LZ340 27 64.6 1 双 0 400解放 CA50 28.7 68.2 1 双 0 530黄海 DD690 56 104 2 双 4 260东风 EQ340 24.2 70.4 1 双 0 470黄河 JN360 50.0 110.0 2 双 2 360解放 SP9200 31.3 78.0 2 三 4 2202.1 轴载分析路面设计以双轴组单轴载 100KN 作为标准轴载1 当以设计弯沉值和沥青混合料层层底拉应力为指标，由公式：N= C1C2ni（P i/p s） 4.35,kiN标准轴载的当量轴次（次/日）ni各种被换
6、算车辆的作用次数（次 /日） ；P标准轴载Pi各种被换算车型的轴载C1轴数系数C2轮组系数，双轮组为 1，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38当轴间距大于 3m 时，按单独的一个轴计算，此时轴数系数为 1，当轴间距小于 3m 时，双轴或多轴的轴数系数应按下式计算：C1=1+1.2(m-1) 式中：m轴数。根据给定的设计资料，解放 SP9200 的轴间距大于 3m，按单独一个轴计算，轴数系数取 1，其余车辆的轴间距均小于 3m，代入公式的轴数系数为 1，故C1=1。代入公式计算得 N=2748(次/ 日)Ne=365N1(1+r) t-1 /r,Ne设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）
7、t设计年限（年）N1路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）r设计年限内交通量平均增长率（%）与车道数有关的车辆横向分布系数设计年限代入公式，可得 Ne=365*1877.34*(1+7%) 15-1*0.45/6.3%=11085000 次2 当以半刚性材料层的的拉应力时N= C1C2ni（P i/p s） 8,kiC1轴数系数C2轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09对于轴间距小于 3m 的双轴或多轴的轴数系数按下式进行计算：C1=1+2（m-1）代入计算 N=3295（次/日）设计年限累计当量标准轴载数 NeNe=365N1(1+r) t-1 /r，代入公式
8、，可得 Ne=365*2508*(1+7%) 15-1*0.45/6.3% =13291510 次结构层抗拉强度系数计算沥青混凝土面层： Ks=0.09 Ac=0.09*11085000 0.22/1=3.192.0Ne无机结合料稳定集料：Ks=0.35 Ac=2.081.0无机结合料稳定细粒土：Ks=0.25 Ac=0.565.e2.2 初步拟定路面组合方案2.2.1 方案 A 半刚性基层路面1 细粒式沥青混凝土 3 cm 2 中粒式沥青混凝土 4 cm 3 粗粒式沥青混凝土 6 cm 4 水泥石灰砂砾土 ? 5 石灰粉煤灰碎石 25 cm 2.2.2 方案 B 半刚性基层路面1 细粒式沥青
9、混凝土 3 cm 2 中粒式沥青混凝土 4 cm 3 粗粒式沥青混凝土 6 cm 4 石灰粉煤灰土 ? 5 水泥稳定碎石 25 cm 2.2.3 方案 C 半刚性基层路面1 细粒式沥青混凝土 3 cm 2 中粒式沥青混凝土 4 cm 3 粗粒式沥青混凝土 6 cm 4 石灰碎石土 ? 5 水泥石灰稳定碎石 25 cm 2.2.4设计弯沉值和容许拉应力计算公路等级 一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 23.4(0.01mm)方案 A 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 0.44 2
10、中粒式沥青混凝土 1 0.31 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.23 4 水泥石灰砂砾土 0.5 0.18 5 石灰粉煤灰碎石 0.6 0.28方案 B 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 0.44 2 中粒式沥青混凝土 1 0.31 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.23 4 石灰粉煤灰土 0.3 0.11 5 水泥稳定碎石 0.5 0.24方案 C 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 0.44 2 中粒式沥青混凝土 1 0.31 3 粗粒式沥青混凝土 0
11、.8 0.23 4 石灰碎石土 0.3 0.11 5 水泥石灰稳定碎石 0.5 0.24 3 新建路面结构厚度计算公 路 等 级 : 一级公路新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 23.4 (0.01mm)路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm)3.1 方案 A（1）层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)(20) (15)1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 0.44 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 0.313 粗粒式沥青混凝土 6 900 120
12、0 0.23 4 水泥石灰砂砾土 ? 1000 1000 0.185 石灰粉煤灰碎石 25 1400 1400 0.28 6 土基 40 （2）按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 23.4 (0.01mm)H( 4 )= 20 cm LS= 24.3 (0.01mm)H( 4 )= 25 cm LS= 22.1 (0.01mm)H( 4 )= 22 cm(仅考虑弯沉)（3）按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 )= 22 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 22 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 22 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H(
13、4 )= 22 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 22 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :H( 4 )= 22 cm(仅考虑弯沉)H( 4 )= 22 cm(同时考虑弯沉和拉应力)(4)验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 60 cm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 3 cm-中粒式沥青混凝土 4 cm-粗粒式沥青混凝土 6 cm-水泥石灰砂砾土 22 cm-石灰粉煤灰碎石 25 cm-土基方案 A 路面结构层次划分图1细粒式沥青混泥
14、土上面层 5石灰粉煤灰碎石2中粒式沥青混泥土中面层 6土路肩3粗粒式沥青混泥土下面层 7硬路肩4水泥石灰砂砾土 8路缘石3.2 方案 B(1) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量 (MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)(20) (15)1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 0.44 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 0.31 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 0.23 4 石灰粉煤灰土 ? 800 800 0.11 5 水泥稳定碎石 25 1400 1400 0.24 6 土基 40 (2) 按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD=
15、23.4 (0.01mm)H( 4 )= 20 cm LS= 25.6 (0.01mm)H( 4 )= 25 cm LS= 23.4 (0.01mm)H( 4 )= 25 cm(仅考虑弯沉)(3) 按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 )= 25 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 25 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 25 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)671细 粒 式 沥 青 混 凝 土 上 面 层2中 粒 式 沥 青 混 凝 土 中 面 层3粗 粒 式 沥 青 混 凝 土 下 面 层水 泥 石 灰 砂 砾 土 石 灰 粉 煤 灰 碎
16、 石土 路 肩7硬 路 肩路 缘 石8ii路 拱 横 坡 度方 案 二 路 面 结 构 层 次 划 分 图671234558细 粒 式 沥 青 混 凝 土 上 面 层中 粒 式 沥 青 混 凝 土 中 面 层粗 粒 式 沥 青 混 凝 土 下 面 层石 灰 粉 煤 灰 土 水 泥 稳 定 碎 石6土 路 肩7硬 路 肩路 缘 石8ii路 拱 横 坡 度方 案 路 面 结 构 层 次 划 分 图H( 4 )= 25 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 25 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 :H( 4 )= 25 cm(仅考虑弯沉)H( 4 )= 25
17、cm(同时考虑弯沉和拉应力)(4) 验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 60 cm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 3 cm-中粒式沥青混凝土 4 cm-粗粒式沥青混凝土 6 cm-石灰粉煤灰土 25 cm-水泥稳定碎石 25 cm-土基方案 B 路面结构层次划分图1细粒式沥青混泥土上面层 5水泥稳定碎石2中粒式沥青混泥土中面层 6土路肩3粗粒式沥青混泥土下面层 7硬路肩4石灰粉煤灰土 8路缘石3.3 方案 C(1)层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa
18、) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)(20) (15)1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 0 .44 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 0 .31 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 0 .23 4 石灰碎石土 ? 700 700 0 .11 5 水泥石灰稳定碎石 25 1400 1400 0 .24 6 土基 40 (2)按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 23.4 (0.01mm)H( 4 )= 25 cm LS= 24.3 (0.01mm)H( 4 )= 30 cm LS= 22.6 (0.01mm)H( 4 )= 27.6 cm(仅考虑弯沉)(3)
19、按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 )= 27.6 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 27.6 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 27.6 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 27.6 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)671234558细 粒 式 沥 青 混 凝 土 上 面 层中 粒 式 沥 青 混 凝 土 中 面 层粗 粒 式 沥 青 混 凝 土 下 面 层石 灰 粉 煤 灰 土 水 泥 稳 定 碎 石6土 路 肩7硬 路 肩路 缘 石8ii路 拱 横 坡 度方 案 路 面 结 构 层 次 划 分 图H( 4 )=
20、27.6 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 :H( 4 )= 27.6 cm(仅考虑弯沉)H( 4 )= 27.6 cm(同时考虑弯沉和拉应力)(4)验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 60 cm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 3 cm-中粒式沥青混凝土 4 cm-粗粒式沥青混凝土 6 cm-石灰碎石土 28 cm-水泥石灰稳定碎石 25 cm-土基方案 C 路面结构层次划分图1细粒式沥青混泥土上面层 5水泥石灰稳定碎石2中粒式沥青混泥土中面层 6土路肩6
21、71234558细 粒 式 沥 青 混 凝 土 上 面 层中 粒 式 沥 青 混 凝 土 中 面 层3粗 粒 式 沥 青 混 凝 土 下 面 层石 灰 粉 煤 灰 土 水 泥 稳 定 碎 石6土 路 肩7硬 路 肩路 缘 石8ii路 拱 横 坡 度方 案 路 面 结 构 层 次 划 分 图3粗粒式沥青混泥土下面层 7硬路肩4石灰碎石土 8路缘石4 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公 路 等 级 : 一级公路新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100设计层最小厚度 : 15 (cm)4.1 方案 A1)层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(M
22、Pa) 计算信息 (20) (15)1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力4 水泥石灰砂砾土 22 1000 1000 计算应力5 石灰粉煤灰碎石 25 1400 1400 计算应力6 土基 40 2)路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.4 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.3 (0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28 (0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 L
23、S= 32 (0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 67.5 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第 88 页公式) LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56 页公式)3)新建路面各结构层底面最大拉应力 :第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.252(MPa)第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.092(MPa)第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.012(MPa)第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.006(MPa)第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.151(M
24、Pa)4.2 方案 B1）层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量 (MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息(20) (15)1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力4 石灰粉煤灰土 25 800 800 计算应力5 水泥稳定碎石 25 1400 1400 计算应力6 土基 40 2)路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.4 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.4 (0.01mm)第
25、 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.1 (0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.2 (0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 67.5 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88 页公式 LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第 56页公式)3) 路面各结构层底面最大拉应力 :第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.26(MPa)第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.081(MPa)第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=0.032 (MPa)第 4 层底面最
26、大拉应力 ( 4 )=-0.002(MPa)第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.143(MPa)4.3 方案 C1）层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息(20) (15)1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力4 石灰碎石土 28 700 700 计算应力5 水泥石灰稳定碎石 25 1400 1400 计算应力6 土基 40 2）新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 L
27、S= 23.3 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.2 (0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.9 (0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.8 (0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 67.5 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第 88 页公式 LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56 页公式) 3) 路面各结构层底面最大拉应力 :第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.266(MPa)第 2 层底面最大拉应力 (
28、 2 )=-0.073(MPa)第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )= 0.063(MPa)第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )=-0.004(MPa)第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.135(MPa)5 沥青路面方案技术经济比较选择三种方案的面层采用的结构有所不同，但也没有多大变化，只有在细微处有区别，评价基层和底基层从材料的可选性，以及该地的地质条件,并要考虑到该地区公路的实际应用年限。该公路自然区划为5 区,处于5 区的粘性土处于干燥或中湿情况。可根据不同的路面潮湿状态采取措施.该区碎石材料丰富,且富含粉煤灰材料，一般采用稳定土基层，经过力学性能评价这两种方案，综合上述内容可知
29、几种方案均满足要求，建议采用第二种方案。主要参考资料1 邓学钧， 路基路面工程 ，人民交通出版社， 2005；2 严家伋， 道路建筑材料 ，人民交通出版社， 2003；3 交通部行业标准， 沥青路面设计规范 JTGD50-2004，人民交通出版社，1997；4 交通部行业标准， 公路工程技术标准 JTG B01-2003，人民交通出版社，2004；5 交通部行业标准， 公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004 ，人民交通出版社，2005；6交通部行业标准，公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002 ，人民交通出版社，2003；7交通部行业标准，公路路基设计规范 JTG D30-2004，人民交通出版社，2005；8交通部第二公路勘察设计院主编路基（第二版）北京：人民交通出版社，1996。9 路面结构设计软件说明书
