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1、课 程 设 计 任 务 书题 目 新建沥青路面（水泥混凝土路面）设计 旧路改建路面设计 系 (部) 土木工程学院 专 业 土木工程 班 级 土木111 学生姓名 学 号 6 月 2 日至 6 月 9日 共 1 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 201 4 年 6月 5 日一、 设计内容及要求：1、路基干湿类型及路基回弹模量的确定；2、沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；3、水泥混凝土路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；4、旧路改建路面结构方案的确定及加铺层厚度的计算。二、 设计原始资料：资料1、新建沥青路面、水泥混凝土路面设计资料省道309线聊商公路，北起山东聊城，南止河南商丘，
2、途经荷泽地区郓城、巨野、成武、曹州四县市与七条国道、省道相交，是该地区经济发展的一条“动脉”，又是联系黄河两岸的重要交通枢纽。郓城段桩号为36K+30038K+460，全长2160m。该路段地处5区，属东部湿润季冻区，鲁豫轻冰区，多年平均最大冻深为40cm，平均最低气温为-10，最高气温32，年平均降雨量为600mm，潮湿系数为0.51.00，地温地貌类型属冲积平原，地势平坦，土质为棕粘性土，据调查和设计要求，路床表面距地下水位平均为2.0m。沿线有碎石、水泥、石灰建筑材料，并可从就近火电厂运取足够粉煤灰。二、交通资料序号汽车车型前轴重KN后轴重KN后轴数后轴组数后轴距 m作用次数次日1跃进N
3、J13120.2038.201双4602三菱T653B29.3048.001双1803黄河JNl62A62.28116.221双3604汉阳HY48070.0095.02双31205鞍山AS917023.5080.402双3170交通调查资料为2002年，设计年限的起算年为2005年，拟建一级公路，2010年以前，交通量年增长率为12%，以后为7%。资料2、旧路改建资料广东省某二级公路，2002年交通量如表一所示，设计年限的起算年为2005年，交通量年增长率为10%，该路段路基属于干燥类型，在不利季节（干季）用标准轴测得的路段30个测点的弯沉值如表2，测定时路表温度与前5H平均气温之和为76.
4、05C，原路面结构如图所示，原有路面厚度为 36 cm 石灰土底层，15cm水泥稳定砂砾基层， 6cm 沥青混凝土。土基回弹模量为40MPa。 表1车型黄河JN150交通SH141太脱拉138东风SP9135辆/d4201200150120实测弯沉值（单位：0.01 mm） 表248 110 40 51 33 107 81 36 75 36 35 83 40 32 39 49 41 80 35 47 34 42 41 99 89 31 43 73 30 796cm 沥青混凝土15cm 水泥稳定沙砾36cm 石灰土 三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分：1.1 路基干湿类型及路基回弹模
5、量的确定；当进行新路设计时，土基的回弹模量：此时路基尚未建成，土基的回弹模量，要通过预估某路段路基修筑后，可能出现的路基土的平均稠度，辩证地确定土基的回弹模量值。实际中是适用查表法。 由路床表面至地下水位的高度H、地区所在的自然区划及土质查沥青路面设计规范，确定土基的干湿类型。由土基的干湿类型，查设计规范得路基土的平均稠度C。由路基土的平均稠度，查设计规范得土基回弹模量E0。如果是高等公路，由沥青路面设计规范说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量E0提高15%-30%。根据公路所处地区及路基填土土质、路基填土高度情况，确定路基干湿类型及回弹模量。1.2、沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的计算
6、；根据所给交通量和交通组成，计算累计轴载作用次数，结合公路等级，确定路面等级，计算设计弯沉值；根据当地筑路材料情况及自然气候特点，拟定路面结构方案，确定路面材料的设计参数；根据设计弯沉值计算路面厚度。需要时应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，采取相应措施进行调整后再重新计算。上述计算应采用弹性多层体系理论编制的程序进行。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，应验算防冻厚度是否满足要求。根据公路等级情况，需要时还应确定路肩的路面结构。1.3、水泥混凝土路面结构方案的选定与结构层厚度的计算；根据所给交通量和交通组成，计算累计轴载作用次数； 初步拟定路面结构：初选路面结构层次、类型和
7、材料组成，拟定各层的厚度、面板和接缝构造；确定材料参数，包括混凝土的设计弯拉强度和回弹模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量；计算荷载疲劳应力；计算温度疲劳应力；检验初拟路面结构是否满足设计要求，如不满足要求，则采取相应的调整措施，重新拟定路面结构，进行设计。1.4、旧路改建路面结构方案的确定及加铺层厚度的计算。旧路改建以沥青路面的改建为主，主要设计内容包括：旧路的代表弯沉值的计算，根据所给的旧路弯沉调查资料，计算确定旧路面的代表弯沉值；旧路面当量回弹模量的计算；拟定改建路面的补强结构方案，进行补强层厚度的计算 1.5、要求应附厚度计算，拉应力验算的微机计算结果。2图纸部分：
8、绘制路面结构，设计施工图一张。四、进程安排序号项 目时间(天)（一）新建沥青路面设计1（二）新建水泥混凝土路面设计2（三）旧路改建路面设计1（四）编写设计计算说明书0.5（五）施工图绘制及装订成册0.5五、主要参考资料：参考教材：道路建筑材料第三版 严家伋编著公路工程，人民交通出版社，张正林主编。道路工程，武汉工业大学出版社，于书翰主编。参考资料：1、公路工程技术标准（JTG B012003）2、公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40-2002）3、沥青路面设计规范（JTGD50-2004）4、公路路面基层施工技术规范（JTJ034-2000）5、公路沥青路面施工技术规范（JTG F40
9、-2004）6、公路水泥混凝土路面施工技术规范 （JTG F30-2003）第一章 新建沥青路面设计8第一节路基干湿类型及路基回弹模量的确定81.1.1路基干湿类型的确定81.1.2路床表面以下80cm深度内平均稠度81.1.3土基回弹模量的确定8第二节 沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的计算81.2.1以设计弯沉为指标及沥青层层底拉应力验算91.2.2半刚性基层层底拉应力验算111.2.3路面的设计弯沉值的计算14第三节 路面结构的组合与厚度方案141.3.1拟定路面结构组合方案141.3.2拟定路面结构层厚度141.3.3各层材料的设计参数151.3.4计算各层材料的容许拉应力（方案一）
10、161.3.5 新建沥青路面方案的电算过程附图181.3.5.1轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算18135.2新建路面结构厚度计算20135.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算22135.4新建沥青路面结构附图231.4 路面结构的组合与厚度方案（方案二）241.4.1新建沥青路面方案的电算过程附图251.4.1.1轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算251.41.2新建路面结构厚度计算28141.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算291.41.4新建沥青路面结构附图31第二章 水泥混凝土路面设计32第一节 水泥混凝土路面结构方案的选定322.1.1 设计使用年限内标准累积当量轴次的计算32第
11、二节 初拟路面结构（方案一）342.2.1确定基层顶面的当量回弹模量342.2.2 荷载疲劳应力的计算362.2.3 温度疲劳应力的计算372.2.4 应力验算39第三节 新建普通水凝混凝土路面方案的电算过程附图39第四节 新建混凝土层面结构图43第五节 初拟路面结构（方案二）442.5.1确定基层顶面的当量回弹模量442.5.2 荷载疲劳应力的计算452.5.3 温度疲劳应力的计算462.5.4 应力验算48第六节 新建普通水凝混凝土路面方案的电算过程附图48第七节 新建混凝土层面结构图52第三章 旧路改建路面结构方案533.1旧路改建路面结构方案（方案一）533.1.1轴载换算及设计弯沉值
12、和容许拉应力计算533.1.2改建路段原路面当量回弹模量计算543.1.3改建路面补强厚度计算563.1.4竣工验收弯沉值和层底拉应力计算573.1.5改建沥青路面结构图583.2旧路改建路面结构方案（方案二）593.2.1轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算593.2.2改建路段原路面当量回弹模量计算613.2.3改建路面补强厚度计算623.2.4竣工验收弯沉值和层底拉应力计算643.2.5改建沥青路面结构图65第四章 设计总结66参考文献67路面结构图68第一章 新建沥青路面设计第一节路基干湿类型及路基回弹模量的确定 按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长度不应小于
13、500米)确定各路段土基弹性模量。1.1.1路基干湿类型的确定 该路段地处5区，属东部湿润季冻区，鲁豫轻冰区，多年平均最大冻深为40cm，年平均地温地貌类型属冲积平原，地势平坦，土质为棕粘性土。据调查和设计要求，路床表面距地下水位平均为2.0m。 查道路工程表2-2-3路基临界高度参考值表得：粘性土路基的临界高度为: 已知：H=2.0m 3170交通调查资料为2002年，设计年限的起算年为2005年，拟建一级公路，2010年以前，交通量年增长率为12%，以后为7%。1.2.1以设计弯沉为指标及沥青层层底拉应力验算1.轴载换算轴载换算采用如下公式： 式中：N标准轴载的当量轴次，次/日 被换算车型
14、的各级轴载作用次数，次/日 标准轴载， 被换算车型的各级轴载， 轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时的轴数系数为m;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算： 轴数； 轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。(1)跃进NJ131: (2)三菱T653B： (3)黄河JN162A： （4）汉阳HY480：因双后轴轴距小于3米，双后轴轴数系数=1+1.2(2-1)=2.2 （5）鞍山AS9170：因后轴距大于3米，轴数系数即为轴数m=2 轴载换算结果（弯沉） 车 型前轴重(KN)C1C2后轴重(KN)C1C2ni跃进NJ13120.216.
15、438.20114606.994三菱T653B29.3016.448.001118012.9154黄河JN162A62.2816.4116.2211360985.3497汉阳HY480 70.0016.495.02.21120373.9600鞍山AS917023.5016.4 80.4021170129.5031累计1513.6683 根据设计规范，一级公路的沥青路面设计年限为15年，车道系数=0.5 交通调查资料为2002年，设计年限的起算年为2005年，2010年以前，交通量年增长率为12%，以后为7% 2005年的交通量为： 2010年的交通量为： 计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次
16、为： 故应属高级路面,该值可用来计算路面设计弯沉值及沥青层底拉应力。1.2.2半刚性基层层底拉应力验算轴载换算轴载换算采用如下公式：式中： 轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时的轴数系数为m;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算： 轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。(1) 跃进NJ131: 轴载小于50KN，不必计算。(2)三菱T653B ： 轴载小于50KN，不必计算。(3)黄河JN162A ： （4）汉阳HY480：因双后轴轴距小于3米，双后轴轴数系数=1+2(2-1)=3 （5）鞍山AS9170 ：因后轴距大于3米，轴
17、数系数即为轴数m=2 轴载换算结果车 型前轴重(KN)C1C2后轴重(KN)C1C2ni跃进NJ13120.2118.538.20114600三菱T653B29.30118.548.00111800黄河JN162A62.28118.5116.22113601349.01汉阳HY480 70.00118.595.031120366.81鞍山AS91723.50118.5 80.402117059.40累计1776.14累计当量轴次：2005年的交通量为： 2010年的交通量为: 计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数 一级公路路面的设计年限为15年，车道系数取 故应属高级路面,该值可用来计算半
18、刚性基层层底拉应力。1.2.3路面的设计弯沉值的计算 路面的设计弯沉值的大小随路面等级、交通量、轴型、面层和基层类型等因素而异。根据大量的调查观测资料，经数学加工整理，可得如下经验公式： 式中：路面设计弯沉值（0.01mm）；公路等级系数。高速公路、一级公路为1.00；二级公路为1.10；三、四级公路为1.20；面层类型系数。沥青混凝土为1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青贯入式、沥青上拌下贯式为1.10；沥青表面处治为1.10；低级路面为1.3。基层类型系数。对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm时，；若面层与半刚性基层间设置等于或小于15cm级配碎石、沥青贯入碎石、沥青碎石的半刚
19、性基层结构时，可取1.0；柔性基层、底基层；当柔性基层厚度大于15cm，底基层为半刚性下卧层时，可取1.6.；设计年限内一个车道上的累积当量轴次。第3节 路面结构的组合与厚度方案1.3.1拟定路面结构组合方案 方案一：根据规定推荐结构，并考虑到公路沿途有大量的砂石材料以及矿渣、炉渣、石灰，水泥等材料供应，面层采用沥青混凝土（15cm），基层采用水泥稳定碎石（取25cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。 方案二：根据规定推荐结构，并考虑到公路沿途有大量的砂石材料以及矿渣、炉渣、石灰等材料供应面层采用沥青混凝土（13cm），基层采用水泥稳定砂砾（25cm），底基层采用水泥石灰稳定土（厚度待定）1.
20、3.2拟定路面结构层厚度 方案一：由设计规范沥青路面设计规范（JTGD50-2004），道路工程（同级大学出版社，徐家钰主编）可知，高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。采用三层沥青面层，上面层采用细粒式密级配沥青混凝土（4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（5cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（6cm）。 方案二：由设计规范沥青路面设计规范（JTGD50-2004），道路工程（同级大学出版社，徐家钰主编）可知，高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。采用三层沥青面层，上面层采用细粒式密级配沥青混凝土（3cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（4cm），下面层采用粗粒式密级
21、配沥青混凝土（6cm）。1.3.3各层材料的设计参数 方案一：由设计规范沥青路面设计规范（JTGD50-2004），得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。 抗压模量取的模量，各值均取规范中值，因此得到的抗压模量和各层材料的劈裂强度： 材料名称温度/抗压模量/MPa劈裂强度15/MPa细粒式密级配沥青混凝土2014001.4152000中粒式密级配沥青混凝土2012001.0151800粗粒式密级配沥青混凝土2010000.8151400石灰粉煤灰碎石20(15)15000.5石灰土20(15)5500.25 方案二：由设计规范沥青路面设计规范（JTGD50-2004），得到各层材料的抗压模量和劈裂
22、强度。 抗压模量取的模量，各值均取规范中值，因此得到的抗压模量和各层材料的劈裂强度： 材料名称温度/抗压模量/MPa劈裂强度15/MPa细粒式密级配沥青混凝土2014001.4152000中粒式密级配沥青混凝土2012001.0151800粗粒式密级配沥青混凝土2010000.8151400水泥稳定砂砾20(15)15000.5水泥石灰稳定土20(15)7500.251.3.4计算各层材料的容许拉应力（方案一）路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下达到临界破坏状态时容许的最大拉应力。 式中：容许拉应力（MPa）； 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期的劈裂强度（MPa）
23、； 抗拉强度结构系数。对于沥青混凝土面层： 对于无机结合料稳定集料类： 对于无机结合料稳定细粒土类： 细粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：中粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：粗粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：石灰粉煤灰碎石层底容许拉应力计算：石灰土层底容许拉应力计算：设计资料总结如下：材料名称H/cm容许拉应力/Mpa细粒式密级配沥青混凝土4140020000.43中粒式密级配沥青混凝土5120018000.31粗粒式密集配沥青混凝土6100014000.24石灰粉煤灰碎石：25150015000.29石灰土:255505500.09土基-48.8848.88- 对于季节性冰冻地区的高级和次
24、高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。1.3.5 新建沥青路面方案的电算过程附图1.3.5.1轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算交通量年增长率分段数据沥青路面车辆与交通量参数沥青路面材料参数沥青路面设计程序轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号 车型名称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m)交通量 1 跃进NJ131 20.2 38.2 1 双轮组 460 2 三菱T653B 29.3 48 1 双轮组 180 3黄河JN162A 62.28 116.22 1 双轮组 360 4 汉阳HY480 70 95 2 双轮组 3 170 设计年限 15 车道系数 .
25、5 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 12 2 10 7 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1516 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 8193618 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1776 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 9598855 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 : 24.9 (0.01mm) 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 .47 2 中粒
26、式沥青混凝土 1 .33 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .24 4 石灰粉煤灰碎石 .6 .29 5 石灰土 .25 .09 135.2新建路面结构厚度计算 沥青路面结构参数调整沥青路面设计 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 : 24.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm) 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 粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .47 2 中粒式
27、沥青混凝土 5 1200 1600 .33 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 .24 4 石灰粉煤灰碎石 25 1500 1500 .29 5石灰土 ? 550 550 .09 6 土基 44.97 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 24.9 (0.01mm) H( 5 )= 15 cm LS= 26.9 (0.01mm) H( 5 )= 20 cm LS= 24.7 (0.01mm) H( 5 )= 19.5 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 5 )= 19.5 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 19.5 cm(第 2 层底面拉
28、应力验算满足要求) H( 5 )= 19.5 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 19.5 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 19.5 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 : H( 5 )= 19.5 cm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 19.5 cm(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 40 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,石灰土取20cm135.3竣工验收弯沉值和层底拉应力计算沥青路面结构参数调整竣工验算设计程序 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 :
29、一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 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 4 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力 4 石灰粉煤灰碎石 25 1500 1500 计算应力 5 石灰土 20 550 550 计算应力 6 土基 44.97 计算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 LS= 24.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶
30、面竣工验收弯沉值 LS= 27.4 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.3 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 36 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 125.1 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 262.1 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 207.1 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式) 计算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 )=-.218 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.068 (MPa) 第 3
31、 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.043 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .131 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .076 (MPa)135.4新建沥青路面结构附图1.4 路面结构的组合与厚度方案（方案二）路面结构细粒式沥青砼中粒式沥青砼粗粒式沥青砼水泥稳定砂砾水泥石灰稳定土劈裂强度1.41.00.80.50.3路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下达到临界破坏状态时容许的最大拉应力。 式中：容许拉应力（MPa）； 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期的劈裂强度（MPa）； 抗拉强度结构系数。对于沥青混凝土面层： 对于无机结合
32、料稳定集料类： 对于无机结合料稳定细粒土类： 细粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：中粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：粗粒式沥青混凝土层底容许拉应力计算：水泥稳定砂砾层底容许拉应力计算：水泥石灰稳定土层底容许拉应力计算：1.4.1新建沥青路面方案的电算过程附图1.4.1.1轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算交通量年增长率分段数据沥青路面车辆与交通量参数沥青路面材料参数沥青路面设计程序轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号 车型 名称 前轴重(kN)后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m)交通量1 跃进NJ131 20.2 38.2 1 双轮组 460 2 三菱T653B 29.3
33、48 1 双轮组 180 3 黄河JN162A 62.28 116.22 1 双轮组 360 4 汉阳HY480 70 95 2 双轮组 3 170 设计年限 15 车道系数 .5 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 12 2 10 7 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1516 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 8193618 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 1776 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 9598855 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 : 24.9 (0.01mm) 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 .47 2 中粒式沥青混凝土 1 .33 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .24 4 水泥稳定砂砾