路基路面工程沥青路面课程设计报告任务书

河南城建学院

《路基路面工程》课程设计说明书

课 程 名 称: 路基路面工程设计 题 目: 沥青路面设计 专 业: 交通工程 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 李惠霞、尹振羽、张会远 设 计 教 室: 10号楼B503 开 始 时 间: 2013 年 12 月 23 日 完 成 时 间: 2013 年 12 月 27 日

课程设计成绩：

学习态度及平时技术水平与实际能成绩（30） 力（20） 创新（5） 说明书撰写质量（45） 总 分（100） 等级

学习参考好帮手

WORD格式整理版

指导教师签名： 年 月 日

学习参考好帮手

WORD格式整理版

目 录

1. 设计任务书 ........................................................... 1 1.1初始条件 ............................................................ 1 1.2主要任务 ............................................................ 1 2. 设计方案的拟定及说明 ................................................. 2 2.1土基回弹模量 ........................................................ 2 2.2当量轴载换算公式 .................................................... 2 2.3设计方案拟定 ........................................................ 3 2.4设计方案说明 ........................................................ 4 3.拟定面层及基层参数计算 ................................................ 6 3.1拟定柔性面层当量标准轴换算 .......................................... 6 3.2拟定半刚性基层当量轴载换算 .......................................... 6 4. 路面弯沉值计算 ....................................................... 8 4.1路面设计弯沉值计算 .................................................. 8 4.2拟定路面弯沉值计算 .................................................. 8 5. 拟定路面及基层各层层底拉应力计算 .................................... 10 5.1层底拉应力计算公式 ................................................. 10 5.2拟定方案各参数 ..................................................... 11 5.3新建路面面层结构厚度计算及验算 ..................................... 12 5.4路基结构厚度计算及验算 ............................................. 15 6.设计小结 ............................................................. 19 参考文献 ................................................................ 20

学习参考好帮手

WORD格式整理版

1.设计任务书

1.1初始条件

河南某地区（II4区）某新建双向4车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为－1m，路基填土高度1. 0m，为中湿状态。预计通车初年的交通量如下：

表1—1

车型 黄河JN150 CA10B 1000 长征CZ160 380 上海小汽车 SH130 桑塔纳2000 220 200 交通量(辆/d)

820 交通量年平均增长率7.1％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。

1.2主要任务

(1)确定路面等级和面层类型；

(2)确定土基的回弹模量； (3)路面结构组合设计；

(4)根据设计弯沉值计算路面厚度(采用沥青路面设计专用程序，输入设计弯沉值及设计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算，并进行各层底拉应力验算)。

学习参考好帮手

WORD格式整理版

2.设计方案的拟定及说明

2.1土基回弹模量

设计路段路基处于中湿状态，路基土为粘质土，土基的稠度为1. 05，根据室内实验法确定土基回弹模量设计值为39MPa。

2.2当量轴载换算公式

1).当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，

NC1C2ni(i1kpi4.35) PN ——标准轴载的当量轴次（次/日）； ； ni——各种被换算车辆的作用次数（次/日）； P——标准轴载（kN）

； Pi——各种被换算车型的轴载（kN）

C1——轴数系数；

C2——轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组0.38。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，双轴或多轴系数按下式计算：

C11+12(m-1)

式中：m——轴数

2). 当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，按下式完成当量轴载换算：

NC1C2ni(''i1Kpi8)p

式中：

C1——轴数系数

C2——轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组0.09。

轴间距划分同式（），对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：

''C11+2(m-1)

学习参考好帮手

' WORD格式整理版

式中：m——轴数

3). 设计年限内累计当量标准轴载数Ne：

Net1＋r－1×365rN1·

Ne——设计年限内一个车道通过量的累计标准当量轴次(次)；

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，简称车道系数，见下表2－1：

表2－1

车道特征 双向单车道 双向两车道 双向四车道 双向六车道 双向八车道

2.3设计方案拟定

车道系数 1.00 0.60~0.70 0.40~0.50 0.30~0.40 0.25~0.35 根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了二个结构组合方案。按计算法确定方案一的路面厚度；按验算法验算方案二的结构厚度。根据结构层的最小施工厚度、材料、交通量以及施工机具功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：

方案一：4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+?cm粗粒式沥青混凝土+20cm水泥稳定碎石＋20cm水泥稳定砂砾＋15cm石灰粉煤灰垫层，以粗粒式沥青混凝土层为设计层。

学习参考好帮手

WORD格式整理版

方案二：4cm细粒式沥青混凝土+7cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土＋20cm水泥稳定碎石+?cm水泥稳定砂砾+20cm级配砾石垫层，以水泥稳定砂砾为设计层。

2.4设计方案说明 各级公路沥青路面设计年限：

表2－2

公路等级及其功能 高速公路，一级公路 二级公路 三级公路 四级公路

设计年限 15 12 8 6 标准轴载BZZ-100各项参数：

表2－3

标准轴载名称 标准轴载P（KN） 轮胎接地压强P（Mpa） BZZ-100 100 0.70 标准轴载名称 单轮当量圆直径d（mm） 两轮中心距（cm） BZZ-100 21.30 1．5d

沥青路面交通等级：

学习参考好帮手

WORD格式整理版

表2－4

交通等级 BZZ—100累计标准 各种货车交通量错误！未找到引用源。 轻交通 中等交通 ＜3106 ＜600 600~1500 3106~12107 重交通 12107~25107 1500~3000 特重交通 ＞25107 ＞3000

路面结构在设计年限内承担交通荷载的繁重程度以交通等来划分。我国沥青路面按承担荷载的轻重来划分为轻交通，中等交通，重交通和特重交通四级。

方案一和方案二在交通量为中等时，通过面层、基层的厚度设计，计算使其满足弯沉值及层底拉应力的要求，再验算是否符合标准。

方案一：4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+?cm粗粒式沥青混凝土+20cm水泥稳定碎石＋20cm水泥稳定砂砾＋15cm石灰粉煤灰垫层，以粗粒式沥青混凝土层为设计层，设计面层的下面层的厚度，计算设计年限内的累计当量标准轴次，弯沉值以及计算机计算层底拉应力。

学习参考好帮手

WORD格式整理版

3.拟定面层及基层参数计算

3.1拟定柔性面层当量标准轴换算 由公式NC1C2ni(i1Kpi4.35)得： P494.35×820=235.69 100101.604.35 N1后1×820=878.62 110060.854.351000=115.22 N2后1110045.24.35×380=76.88 N3前1×6.4×10083.74.35380=385.50 N3后2.21100 N1前1×6.4× 路面竣工后第一年日平均当量轴次：N1=1691.91 双向四车道，则取车道系数η=0.45 累计当量轴次计算公式：Net1＋r－1×365 ·N·r1则设计年限内一个车道上累计当量轴次：Ne=704106，属于中等交通。

3.2拟定半刚性基层当量轴载换算

半刚性基层层底拉应力计算：各级轴载（轴载小于50KN的不计） 由公式NC1C2ni(''i1Kpi8)p

计算可得：

101.608820=931.03 10060.8581000=18.80 N2后11100 N1后11 学习参考好帮手

WORD格式整理版

N3后3183.71008×380=274.61

路面竣工后第一年日平均当量轴次：1224.44 则用半刚性基层层底拉应力验算的累计当量轴次为：

t1＋r－1×3656=50910，属于中等交通。

Ne

r 学习参考好帮手

WORD格式整理版

4.路面弯沉值计算

4.1路面设计弯沉值计算

该结构为柔性面层，沥青路面的公路等级系数为1.0，面层类型系数为1.0，基层类型系数为1.0，由路面设计弯沉值计算公式：

ld600Ne 式中：

ld——设计弯沉值(0.01mm)；

－0.2AcAsAB

Ne——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；

Ac——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2；

As——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、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；

AB——路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层 沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6,。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则AB介于两者之间通过线性内插决定。 则： ld600Ne－0.2AcAsAB=25.6 (0.01mm)

故路面设计弯沉值为：25.6 (0.01mm)

4.2拟定路面弯沉值计算

计算路表弯沉值，由计算机计算路表弯沉值，公式为： ls10002pcF E1 cf(hEEEh1h2,,…n-1;2,3,…0) E1E2En-1式中：

F——弯沉综合修正系数，计算如下：

学习参考好帮手

WORD格式整理版

F1.63(lsE)0.38(0)0.36 2000p

ls——路表弯沉(0.01mm)；

p、——标准车轴载轮胎接地压力（MPa)和当量圆半径(cm)； F——弯沉综合修正系数； c——理论弯沉系数；

E0或En——路基回弹模量(MPa)；

E1、E2、En－1——各结构层材料回弹模量(MPa)； h1、h2、hn－1——各结构层的厚度(cm)。

学习参考好帮手

WORD格式整理版

5.拟定路面及基层各层层底拉应力计算

5.1层底拉应力计算公式 层底拉应力计算公式：mpm

式中：

―m理论最大拉应力系数，按下式计算： m=(――hEEEh1h2,,…n-1;2,3,…0) E1E2En-1由公式RspKs 沥青混凝土面层抗拉强度结构系数：Ks10.09Ne0.22∕Ac

Ne=704106 ，得Ks1=2.，则： 细粒式沥青混凝土：R1sp1Ks1=

sp10.09Ne0.22∕Ac=0.48

中粒式沥青混凝土：R2sp2Ks1=

sp20.09Ne0.22∕Ac=0.35

粗粒式沥青混凝土：3

sp3Ks1=

sp30.09Ne0.22∕Ac=0.25

无机结合料稳定集料抗拉强度结构系数：Ks20.35Ne0.11∕Ac

Ne=509106 ，得Ks2=1.91 水泥稳定碎石：4sp4Ks2=

sp40.35Ne0.11∕Ac=0.26

水泥稳定沙砾：5sp5Ks2=

sp50.35Ne0.11∕Ac=0.26

石灰粉煤灰：6sp6Ks2=

sp60.35Ne0.11∕Ac=0.1

学习参考好帮手

WORD格式整理版

5.2拟定方案各参数

拟定方案一为：4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+?cm粗粒式沥青混凝土+20cm水泥稳定碎石＋20cm水泥稳定砂砾＋15cm石灰粉煤灰垫层，以粗粒式沥青混凝土层为设计层，表5—1为各层劈裂强度，表5—2为设计层及各层材料模量和容许应力。

表5‐1

层位 1 2 3 4 5 6 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 水泥稳定砂砾 石灰粉煤灰 劈裂强度(MPa) 1.4 1.0 0.8 0.5 0.5 0.25

表5‐2

层位 1 2 3 4 5 6 7

结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 石灰粉煤灰碎石 石灰土 石灰粉煤灰 土基 厚度(cm) 4 6 ? 20 20 15 抗压模量抗压模量(MPa)(20℃) (MPa)(15℃) 1400 1200 1000 1500 1300 750 39 2000 1800 1200 1500 1300 750 容许应力(MPa) 0.48 0.35 0.25 0.26 0.26 0.1

学习参考好帮手

WORD格式整理版

5.3新建路面面层结构厚度计算及验算

公路等级：一级公路 新建路面的层数： 6 标准轴载：BZZ-100

路面设计弯沉值：25.6 (0.01mm) 路面设计层层位：3 设计层最小厚度：6 (cm)

表5‐3

层位 1 2 3 4 5 6 7

结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 石灰粉煤灰碎石 石灰土 石灰粉煤灰 土基 厚度(cm) 4 6 ? 20 20 15 抗压模量抗压模量(MPa)(20℃) (MPa)(15℃) 1400 1200 1000 1500 1300 750 39 2000 1800 1200 1500 1300 750 容许应力(MPa) 0.48 0.35 0.25 0.26 0.26 0.1 ld= 25.6 (0.01mm)

H( 3 )= 6 cm ls= 19.2 (0.01mm)

由于设计层厚度 H( 3 )=Hmin时，Ls<=Ld，故弯沉计算已满足要求。 按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 3 )= 6 cm(第1层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 6 cm(第2层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 6 cm(第3层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 6 cm(第4层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 6 cm(第5层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 6 cm(第6层底面拉应力验算满足要求)

学习参考好帮手

WORD格式整理版

路面设计层厚度： H( 3 )= 6 cm(仅考虑弯沉)

H( 3 )= 6 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：50 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, 最后得到路面结构设计结果如下：

--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 水泥稳定碎石 20 cm --------------------------------------- 水泥稳定砂砾 20 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰 15 cm --------------------------------------- 土基

学习参考好帮手

WORD格式整理版

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： 6 标准轴载：BZZ-100

表5‐4

层位 1 2 3 4 5 6 7

结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 水泥稳定砂砾 石灰粉煤灰 土基 厚度(cm) 4 6 7 20 20 15 抗压模量抗压模量(MPa)(20℃) (MPa)(15℃) 1400 1200 1000 1500 1300 750 39 2000 1800 1200 1500 1300 750 计算信息 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力 满足设计要求的弯沉值：

表5‐5

第1层路面顶面竣工验收弯沉值 第2层路面顶面竣工验收弯沉值 第3层路面顶面竣工验收弯沉值 第4层路面顶面竣工验收弯沉值 第5层路面顶面竣工验收弯沉值 第6层路面顶面竣工验收弯沉值 ls=18.9(0.01mm) ls=20.5(0.01mm) ls=23.0(0.01mm) ls=26.2(0.01mm) ls=51.7(0.01mm) ls=166.4(0.01mm)

学习参考好帮手

WORD格式整理版

土基顶面竣工验收弯沉值

LS= 299.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页式) LS= 238.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式) 路面设计层厚度：

H( 3 )= 6 cm(仅考虑弯沉)

H( 3 )= 6 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：50 cm

验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。

5.4路基结构厚度计算及验算

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：6 标准轴载：BZZ-100

路面设计弯沉值：25.6 (0.01mm) 路面设计层层位：5 设计层最小厚度：20 (cm)

表5‐6

层位 1 2 3 4 5 6 7 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 水泥稳定砂砾 石灰粉煤灰 土基 厚度(cm) 4 7 8 20 ? 20 抗压模量抗压模量容许应力(MPa)(20℃) (MPa)(15℃) (MPa) 1400 1200 1000 1500 1300 750 39 2000 1800 1200 1500 1300 750 0.48 0.35 0.25 0.26 0.26 0.1

学习参考好帮手

WORD格式整理版

按设计弯沉值计算设计层厚度：

ld= 25.6 (0.01mm)

H( 5 )= 20 cm ls= 17.2 (0.01mm)

由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时，ls <=ld ，故弯沉计算已满足要求。 H( 5 )= 20 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度：

H( 5 )= 20 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 20 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 20 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 20 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 20 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 20 cm(第 6 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度：

H( 3 )= 6 cm(仅考虑弯沉)

H( 3 )= 6 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：50 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 4 cm

--------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 7 cm

--------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 8 cm

--------------------------------------- 水泥稳定碎石 20 cm --------------------------------------- 水泥稳定砂砾 20 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰 20 cm --------------------------------------- 土基

学习参考好帮手

WORD格式整理版

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：6 标准轴载：BZZ-100

表5—7 层位 1 2 3 4 5 6 7 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 水泥石灰稳定砂砾 石灰粉煤灰 土基 厚度(cm) 4 7 8 20 25 20 39 抗压模量抗压模量(MPa)(20℃) (MPa)(15℃) 1400 1200 1000 1500 1300 750 2000 1800 1200 1500 1300 750 计算信息 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力 计算应力

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值：

表5—8

第1层路面顶面竣工验收弯沉值 第2层路面顶面竣工验收弯沉值 第3层路面顶面竣工验收弯沉值 第4层路面顶面竣工验收弯沉值 第5层路面顶面竣工验收弯沉值 第6层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=15.8(0.01mm) LS=16.9(0.01mm) LS=18.8(0.01mm) LS=21.3(0.01mm) LS=37.1(0.01mm) LS=120.5(0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值：

LS= 299.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

LS= 238.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式

学习参考好帮手

WORD格式整理版

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 σ( 1 )=-0.168 (MPa) 第2层底面最大拉应力 σ( 2 )=0 .003 (MPa) 第3层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.027 (MPa) 第4层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.023 (MPa) 第5层底面最大拉应力 σ( 5 )= 0.056 (MPa)

第6层底面最大拉应力 σ( 6 )= 0.052 (MPa) 路面设计层厚度：

H( 5 )= 20 cm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 20 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：50 cm

验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。

经过比较之后第一种方案比较符合实际要求，更接近实际情况，成本相对比较低，所以采用第一种方案作为设计路基路面的方案。

学习参考好帮手

WORD格式整理版

6.设计小结

在经过道路勘测课程设计之后，我们又开始进行路基路面工程的课程设计，对于路基路面的设计并不是十分的陌生了，各个专业课之间的知识都是相互贯通的，以前课程实习所学到的方法和技巧都可以用到。

路基路面工程是我们所学的专业课程之一，不管以后是继续深造或是工作对我们都有十分重要的作用。在经过这一周的实习，不仅仅加深了我们在课上所学到内容，而且也能检验我们的基本动手能力，比如如何能够操作Hpds2003A这个软件和如何精准快速的查阅表格。

在课程设计中我选的是关于沥青路面的设计，深入了解了关于沥青的设计之后才发现，对沥青路面的设计并不是原来想象的这么简单，不仅仅包括材料的选择和调查，沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计，各项参数的测试与选定，路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比选等等。在选择完集料后开始用设计软件进行设计，由于对软件不是很熟悉，总是出现各种问题，不是有个数据忘记输入就是路面层的厚度有问题，总是要改好几遍才能符合要求。在经过许多次这种情况后，设计软件也就能灵活运用了。通过这次课程设计让我对课本所学到的知识得到进一步的巩固，提高了自己的学习能力，这次课程设计让我明白，在设计中要严格遵守规范要求，不仅满足设计路面行车安全，而且设计合理性，经济性，美观性都是十分重要的。在发现错误时要及时改正，避免在造成更大的危害。

学习参考好帮手

WORD格式整理版

参考文献

[1] 邓学钧 路基路面工程(第三版)[M].人民交通出版社，2011

[2] 中华人民共和国行业标准公路沥青路面设计规范[S]. JTG D50-2006.北京：人民交通出版社2006

[3] 中华人民共和国行业标准[S].公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002.北京：人民交通出版社2002

[4] 中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准JTGB01—2003. [5] 公路路基设计手册[S].

学习参考好帮手