1、 山东交通学院 道路工程 课程设计 院院( (系系) )别别 土木工程系土木工程系 专专 业业 土木工程土木工程 班班 级级 学学 号号 姓姓 名名 指导教师指导教师 胡朋胡朋 成成 绩绩 二九年六月二九年六月 目目 录录 一、新建沥青混凝土路面设计 一、新建沥青混凝土路面设计 2 2 1.1. 交通分析及设计弯沉值的确定交通分析及设计弯沉值的确定 2 2 1.1 1.1 轴载分析轴载分析 2 2 1.2 1.2 路面设计弯沉值的计算路面设计弯沉值的计算 7 7 2.2. 土基回弹模量的确定土基回弹模量的确定 8 8 3.3. 结构组合与材料的初选定 结构组合与材料的初选定 8 8 4.4.
2、各层材料抗压模量与劈裂强度的确定 各层材料抗压模量与劈裂强度的确定 8 8 5.5. 设计指标的确定 设计指标的确定 9 9 6.6. 设计资料总结 设计资料总结 1010 7.7. 确定石灰煤渣矿渣层厚度确定石灰煤渣矿渣层厚度 1111 二、旧路面（沥青混凝土路面）补强设计 二、旧路面（沥青混凝土路面）补强设计 15 15 三、新建水泥混凝土路面设计 三、新建水泥混凝土路面设计 1919 1. 1. 交通分析 交通分析 1919 2 .2 . 初 拟 路 面 结 构 初 拟 路 面 结 构 2 22 2 3. 3. 路面材料参数确定 路面材料参数确定 2323 4. 4. 荷载疲劳应力计算
3、荷载疲劳应力计算 2424 5. 5. 温度疲劳应力计算 温度疲劳应力计算 2424 6. 6. 应力复合 应力复合 2525 四、相关图纸 四、相关图纸 2626 五、心得体会 五、心得体会 3030 六六、主要参考资料 、主要参考资料 3131 一、一、 新建沥青混凝土路面设计新建沥青混凝土路面设计 1、交通分析及设计弯沉值的确定。 1.1 轴载分析 设计年限内一个车道的累计当量轴次数计算（确定路面等级） 。 车 型 总重（ KN ） 后轴重 （ KN ） 后轴数 辆 / 日 解放 CA10 B 19.4 60.85 1 900 黄河 JN150 49 101.6 1 360 日野 KB2
4、22 50.2 104.3 1 123 太脱拉 138 51.4 80 2 （轴距3） 74 东风 KM340 24.6 67.8 1 1030 黄河 JN362 63 127 1 21 日野 FC 164 23.9 71 1 350 1.1.1 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，各级轴载 Pi的 作用次数 ni，匀应按下式换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N。匀应按下式换算 成标准轴载 P 的当量作用次数 N。根据公路沥青路面设计规范公式 3.1.2-1 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 解放 CA10 B k i i iii p p n
5、CCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 30.10870.10360. 4) 100 85.60 (90011) 100 4 .19 (9004 . 61 35. 435. 4 （次） 黄河 JN 150 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 21.48974.38547.103) 100 6 .101 (36011) 100 49 (3604 . 61 35. 435. 4 （次） 日野 KB 222 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 00.18772.14728.39) 100 3 .104 (12311) 1
6、00 2 .50 (1234 . 61 35. 435. 4 （次） 太脱拉 138 由于后轴距3，故 i C , 1 =1+1.2（m-1）=2.2 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 86.8767.6119.26) 100 80 (1742 . 2) 100 4 .51 (744 . 61 35. 435. 4 （次） 东风 KM 340 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 75.20497.18978.14) 100 8 .67 (103011) 100 6 .24 (10304 . 61 35. 435. 4
7、 （次） 黄河 JN 362 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 41.7740.5901.18) 100 127 (2111) 100 63 (214 . 61 35. 435. 4 （次） 日野 FC 164 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 , 2, 1 )( 32.8389.7843. 4) 100 71 (35011) 100 9 .23 (3504 . 61 35. 4 （次） N总=108.30+489.21+187.00+87.86+204.75+77.41+83.32=1237.85（次） 1.1.2 当进行半刚性基层
8、层底拉应力验算时，各级轴载 Pi的作用次数 ni，匀 应按下式换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N 。按道路公程2.3.7 得 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 解放 CA10B k i i iii p p nCCN 1 8 , 2, 1 )( 95.1692.1603. 0) 100 85.60 (90011) 100 4 .19 (9005 .181 88 （次） 黄河 JN150 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 88.43075.40813.22) 100 6 .101 (36011) 100 49 (3605
9、.181 88 （次） 日野 KB222 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 44.18126.17218. 9) 100 3 .104 (12311) 100 2 .50 (1235 .181 88 （次） 太脱拉 138 由于后轴距3，故 , 1 i C=1+ 2（m-1）=3 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 92.4325.3767. 6) 100 80 (17431) 100 4 .51 (745 .181 88 （次） 东风 KM340 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 25.
10、4699.4526. 0) 100 8 .67 (103011) 100 6 .24 (10305 .181 88 （次） 黄河 JN362 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 76.15112.14264. 9) 100 127 (2111) 100 63 (215 .181 88 （次） 日野 FC 164 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 67.2260.2207. 0) 100 71 (35011) 100 9 .23 (3505 .181 88 （次） N总=16.95+430.88+181.44+43.92+46
11、.25+151.76+22.67=893.87（次） 1.1.3 N 和 N汇总得下表： 车 型 Pi (kn) ni(辆/日) N （次） Ne（次） C1 C2 k i i iii p p nCCN 1 35. 4 ,2, 1 )( C1 C2 8 , 2 1 , 1 )( P p nCCN i ii k i i 解放 CA10B 前轴 19.4 900 1 6.4 4.60 1 18.5 0.03 后轴 60.8 5 900 1 1 103.70 1 1 16.92 黄河 JN150 前轴 49 360 1 6.4 103.47 1 18，5 22.13 后轴 101. 6 360 1
12、1 385.74 1 1 408.75 日野 KB222 前轴 50.2 123 1 6.4 39.28 1 18.5 9.18 后轴 104. 3 123 1 1 147.72 1 1 172.26 太脱拉 138 前轴 51.4 74 1 6.4 26.19 1 18.5 6.67 后轴 80 74 2.2 1 61.67 3 1 37.25 东风 KM340 前轴 24.6 1030 1 6.4 14.78 1 18.5 0.26 后轴 67.8 1030 1 1 189.97 1 1 45.99 东风 KM340 前轴 63 21 1 6.4 18.01 1 18.5 9.64 后轴
13、127 21 1 1 59.40 1 1 142.12 日野 FC 164 前轴 23.9 350 1 6.4 4.43 1 18.5 0.07 后轴 71 350 1 1 78.89 1 1 22.60 合计 - - - - 1237.85 - - - 893.87 1.1.4 计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数 拟建二级公路，路面的设计年限为 12 年， 车道系数 ，见徐家钰和程家 驹编著的道路工程第 329 页表 2-3-1 ,取 =0.5 。 因为在设计年限内交通量年增长率不一样，2017 年前是 9%，之后是 3%。所 以计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次数是要分开计算。
14、1.1.4.1 计算路面设计弯沉及验算沥青层层底拉应力时用的设计年限内一 个车道上的累计当量轴次数。 年增长率为 9%时的计算 起算年 05.1603)09. 01 (85.1237)1 ( 33 1 NNs（次） 所以： 2010-2016 年的轴载次数是 年增长率为 3%时的计算 设计年限起算年 2017 年的轴载次数 13.2769)03. 01 ()09. 01 (85.12372 9 Ns （次） 92.2683057 5 . 013.2769 %3 1%)31(365 1)1 (365 5 1 N r r Ne t Ns 总=2691648.12+2683057.92=537470
15、6.04 次 4000000 （次） 故应属于高级路面。 1.1.4.2 计算半刚性基层层底拉应力验算时用到的设计年限内一个车道上 的累计当量轴次数。 年增长率为 9%时的计算 起算年 59.1157)09. 01 (87.893)1 ( 33 1 NNs（次） 所以： 2010-2016 年的轴载次数是 12.26916485 . 005.1603 %9 1%)91(365 1)1 (365 7 1 N r r Ne t 年增长率为 3%时的计算 设计年限起算年 2017 年的轴载次数 63.1999)03. 01 ()09. 01 (85.12372 9 Ns （次） 07.1937476
16、 5 . 063.1999 %3 1%)31(365 1)1 (365 5 1 N r r Ne t Ns 总=1943685.44+1937476.07=3881164.51 次 1.2 路面设计弯沉值的计算 按徐家钰和程家驹编著的道路工程第 329 页的公式进行计算 AC ：公路等级系数 二级公路取 1.10; AS：面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0:沥青表面处治为 1.2；中、低级 路面为 1.3； Ab基层类型系数，对于半刚性基层为 1.0; Ne：设计年限内一个车道上的累计当量轴次数=5374706.04 次。 )01. 0(75.29 111 . 1 5374306.04 6
17、00 600 2 . 0 2 . 0 mm AAA N l bsc e d 44.19436855 . 059.1157 %9 1%)91(365 1)1 (365 7 1 N r r Ne t bsc e d AAA N l 2 . 0 600 2、土基回弹模量的确定 按路基土类与干湿类型，确定该路段土基弹性模量。 2.1 由原始材料可知：路床表面至地下水位的高度 H= 2.1 m，土质为粉质轻 压粘土，地区所在的自然区为2。查徐家钰和程家驹编著的道路工程第 308 页表 2-2-3 得 2.7 m H 2.0 m 得 5+0006+300 段：土基的干湿类型属中湿 类型。 2.2由土基的干
18、湿类型， 查徐家钰和程家驹编著的 道路工程 第306表2-2-1 得其分界稠度：1.10C0.95 ,内插算出土基的平均稠度C=0.97 2.3 由路基土的平均稠度，查徐家钰和程家驹编著的道路工程第 313 页 2-2-5 表得 平均稠度为 0.90 对应的土基回弹模量 E0为 25.0Mpa。 3、结构组合与材料的初选定 因为设计年限内一个车道上的累计当量轴次数大于 400 4 10按徐家钰和程 家驹编著的道路工程第 337 页表 2-3-7b 的路面组合为 - 面层 沥青混凝土 8-10 cm - 基层 二灰稳定集料 20 cm - 底基层 ? - 拟订路面组合与厚度为 - 细粒式沥青混凝
19、土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 5cm - 水泥稳定碎石 20 cm - 石灰煤渣矿渣 ？ cm - 4、各层材料抗压模量与劈裂强度的确定 查徐家钰和程家驹编著的道路工程第 342 页表 2-3-9，得到各种材料的 抗压模量和劈裂强度，见下表： 材料 数值 抗压模量/MPa 劈裂强度/MPa 20 15 细粒式密级配沥青混凝土 1400 2000 1.4 中粒式密级配沥青混凝土 1200 1800 1.0 水泥稳定碎石 1500 1500 0.5 石灰煤渣矿渣 750 750 0.23 5、相关设计指标的确定 对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应 力验算。 1
20、）设计弯沉值 d l= 29.75 cm (0.01 mm) 2)各层材料的容许层底拉应力为 相关公式见徐家钰和程家驹编著的道路工程第 331-332 页 其中， sp : 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期（MPa） s K ：抗拉强度结构 系数 ； Aa：沥青混凝土级配类型系数 细、中粒式沥青混凝土为 1.0；粗粒式 为 1.1 ； Ac ：公路等级系数 ，二级公路取 1.10； Ne=5374706.04 次（用于 沥青混凝土面层的计算） ；Ne=3881164.51 次（用于半刚性材料的计算） 细粒式、中粒式 Ks 水泥稳定碎石及石灰煤渣矿渣 Ks s sp R K 22. 0 0
21、9. 0 e c g s N A A K 47. 25374706 1 . 1 109. 009. 0 22. 022. 0 e c a s N A A K 69. 11 . 1/51.388116435. 0 35. 0 11. 011. 0 e c s N A K 带入公式计算其容许拉应力。 细粒式沥青混凝土： 中粒式沥青混凝土： 水泥稳定碎石 石灰煤渣矿渣 6、设计资料总结： 材料 数值 厚度/cm 20模量/MPa 15模量 /MPa 劈裂强度 /MPa 容许 拉应 力 /MPa 细粒式密级配沥 青混凝土 3 1400 2000 1.4 0.57 中粒式密级配沥 青混凝土 5 1200
22、 1800 1.0 0.40 水泥稳定碎石 20 1500 1500 0.5 0.30 石灰煤渣矿渣 ？ 750 750 0.23 0.14 MPa Ks sp R 40. 0 47. 2 1 MPa Ks sp R 57. 0 47. 2 4 . 1 MPa Ks sp R 30. 0 59. 1 5 . 0 MPa Ks sp R 14. 0 59. 1 23. 0 7、确定石灰煤渣矿渣层厚度 运用 HPDS2003 公路路面设计程序系统进行计算。 计算机计算成果如下：计算机计算成果如下： * *新建路面设计成果文件汇总* * 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
23、轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 解放 CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 1165.53 2 黄河 JN150 49 101.6 1 双轮组 466.21 3 日野 FC164 23.9 71 1 双轮组 453.26 4 太脱拉 138 51.4 80 2 双轮组 3 95.83 5 东风 KM340 24.6 67.8 1 双轮组 1333.88 6 黄河 JN362 63 127 1 双轮组 27.2 7 日野 KB222 50.2 104.3 1 双轮组 159.29 设计年限 12 车道系数 .5 序号 分段时间(年) 交通量年增
24、长率 1 7 9 2 5 3 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 : 1603 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 5374538 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 : 1158 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3882542 公路等级 二级公路 公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 29.7 (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 .57 2 中粒式沥青混凝土 1 .4 3 水泥稳
25、定碎石 .5 .3 4 石灰煤渣矿渣 .23 .14 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 29.7 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 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 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 .57 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 .4 3 水泥稳定碎石 20 1500 1500 .3 4 石灰煤渣矿渣 ? 750 750 .1
26、4 5 土基 29 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 29.7 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 31.8 (0.01mm) H( 4 )= 35 cm LS= 28.6 (0.01mm) H( 4 )= 33.3 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 33.3 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 33.3 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 33.3 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 33.3cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )=
27、33.3 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 33.3 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 45 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 5 cm - 水泥稳定碎石 20 cm - 石灰煤渣矿渣 34 cm - 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 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
28、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 5 1200 1800 计算应力 3 水泥稳定碎石 20 1500 1500 计算应力 4 石灰煤渣矿渣 34 750 750 计算应力 5 土基 25 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= 29.2 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.6 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 78.7 (0.01
29、mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 454.6 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第 88 页公式) LS= 372.6 (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 )=-.273 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.118 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )= .092 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .112 (MPa) 通过计算机设计得到确定石灰煤渣矿渣层的厚度为 34cm，实际路面结构的 实测弯沉值为 29.2cm（0.01mm） 29.7cm
30、，沥青面层的层底均受压应力，水泥稳 定碎石层层底的最大拉应力为 0.092Mpa0.30Mpa，石灰煤渣矿渣层层底的拉应 力为 0.112Mpa0.14Mpa，上述计算结果均满足设计要求。最终验算通过确定采 用该路面结构方案。 二、旧路（沥青混凝土路面）补强设计二、旧路（沥青混凝土路面）补强设计 运用 HPDS2003 公路路面设计程序系统进行计算。 程序设计结果如下： * *旧路补强设计成果文件汇总* * 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 解放 CA10B 19.4 60.85 1 双轮组
31、 1165.53 2 黄河 JN150 49 101.6 1 双轮组 466.21 3 日野 KB222 50.2 104.3 1 双轮组 159.29 4 太脱拉 138 51.4 80 2 双轮组 3 95.83 5 东风 KM340 24.6 67.8 1 双轮组 1333.88 6 黄河 JN362 63 127 1 双轮组 27.2 7 日野 FC164 23.9 71 1 双轮组 453.26 设计年限 12 车道系数 .5 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 7 9 2 5 3 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 : 1603
32、设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 5374538 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 : 1158 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3882542 公路等级 二级公路 公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 29.7 (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 .57 2 中粒式沥青混凝土 1 .4 3 水泥稳定碎石 .5 .3 改建路段原路面当量回弹模量计算 原路面实测弯沉值(0.01mm) 123 120 113 110 136
33、131 129 115 106 128 99 165 190 143 148 112 144 126 145 89 97 100 105 108 119 97 115 112 111 106 舍去的过大或过小弯沉值为 : L( 13 )= 190 L( 12 )= 165 原路面有效弯沉数 : 28 原路面平均弯沉值 : 117 (0.01mm) 原路面弯沉值标准差 : 16 (0.01mm) 测定汽车轴载 100 kN 改建公路等级 二级公路 保证率系数 1.5 原沥青面层厚度 2.5 (cm) 季节影响系数 1.2 湿度影响系数 1 温度修正系数 1 原路面计算弯沉值 : 169 (0.01 mm) 原路面当量回弹模量 : 97 (MPa) 改建路面补强厚度计算 公 路 等 级 : 二级公路 加铺路面的层数 : 3 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 29.7 (0.01mm) 路面设计层层位 : 3 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层层位 结 构 层 材 料
