路基路面課程設(shè)計(jì)—謝人杰

1、路基路面課程設(shè)計(jì) 謝人杰 20130460128 道路橋梁與渡河工程1班 指導(dǎo)老師：張?zhí)旌綄I(yè)：道路橋梁與渡河工程學(xué)生姓名： 謝 人 杰 指導(dǎo)教師： 張 天 航 完成時(shí)間：2016年7月3號(hào) 鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院路基路面工程課程設(shè)計(jì)43目錄1 路基路面工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書11.1 設(shè)計(jì)題目11.2 設(shè)計(jì)資料11.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書要求11.2.2 氣象資料11.2.3 地質(zhì)資料與筑路材料11.2.5 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)21.3 參考書目31.4 提交成果31.5 時(shí)間安排41.6 設(shè)計(jì)要求42 公路技術(shù)等級(jí)的確定42.1 確定交通資料42.2 確定公路等級(jí)52.2.1 車輛折算系數(shù)52.2.2 交通量計(jì)

2、算63 瀝青路面設(shè)計(jì)73.1 新建瀝青路面厚度設(shè)計(jì)理論與步驟73.2 確定標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)交通量93.3 初步擬定路面結(jié)構(gòu)類型103.4 路面結(jié)構(gòu)類型計(jì)算113.4.1 方案一:柔性路面113.4.2方案二：半剛性路面183.5 方案比較選擇264 剛性路面設(shè)計(jì)274.1 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論274.2 交通分析274.3 初擬路面結(jié)構(gòu)294.4路面材料參數(shù)的確定295 路基設(shè)計(jì)355.1 橫斷面設(shè)計(jì)355.1.1 路基寬度355.1.2 路基高度365.2 邊坡坡度設(shè)計(jì)365.2.1 路堤邊坡365.2.2 路塹邊坡375.3 路基填料375.4 路基壓實(shí)度385.5 排水設(shè)計(jì)395.5.1

3、路基排水設(shè)計(jì)405.5.2 路面排水設(shè)計(jì)415.5.3 中央分隔帶排水415.6 防護(hù)措施416 設(shè)計(jì)總結(jié)417附圖43 1 路基路面工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目某高速公路路面結(jié)構(gòu)計(jì)算與路基、路面、排水設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)資料1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書要求河南省某公路設(shè)計(jì)等級(jí)為高速公路，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年為2015年，瀝青路面設(shè)計(jì)年限為15年（水泥混凝土路面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期30年），擬比選采用瀝青路面結(jié)構(gòu)或水泥混凝土路面，需進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)繪制路基、路面、排水等相關(guān)圖紙。1.2.2 氣象資料該公路處于5區(qū)，屬于溫暖帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明。年氣溫平均在1414.5，一月份氣溫最低，月平均氣溫

4、為-101，七月份氣溫32左右，歷史最高氣溫為40.5，歷史最低氣溫為-17，年平均降雨量為525.4毫米658.4毫米，雨水多集中在69月份，約占全年降雨量50%以上。平均初霜日在11月上旬，終霜日在次年3月中下旬，年均無(wú)霜日為220天266天。地面最大凍土深度位50厘米，夏季多東南風(fēng)，冬季多西北風(fēng)，年平均風(fēng)速在3.0米/秒左右。1.2.3 地質(zhì)資料與筑路材料路線位于山嶺重丘區(qū)，調(diào)查及勘探中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)屬第四系上更新統(tǒng)（Q3al+pl），巖性為黃土狀粘土，主要分布于低山丘陵區(qū)，坡地前和山前沖積、傾斜平原表層，具有大空隙，垂直裂隙發(fā)育，厚度變化大，承載能力低，該層具輕微濕陷性。應(yīng)注意發(fā)生不均勻

5、沉陷的可能。其它未發(fā)現(xiàn)有影響工程穩(wěn)定的不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。當(dāng)?shù)匮鼐€碎石產(chǎn)量豐富，石料質(zhì)量良好，可考慮用水泥穩(wěn)定碎石作基層，路段所處的土基強(qiáng)弱懸殊，其計(jì)算回彈模量E0有兩個(gè)代表值分別為30 MPa和60MPa。沿線有多個(gè)石灰廠，產(chǎn)量大質(zhì)量好。另外，附近發(fā)電廠粉煤灰儲(chǔ)量極為豐富，可用于本項(xiàng)目建設(shè)，本項(xiàng)目所在地域較缺乏砂礫。1.2.4 交通資料根據(jù)工程可行性研究報(bào)告得知近期交通組成與交通量如表1所示，交通量年增長(zhǎng)率如表2所示，不同車型的交通量參數(shù)見(jiàn)課本。表1 近期交通組成與交通量車型交通量（輛/日）車型交通量（輛/日）三菱FR4156001280江淮HF1506801100五十鈴NPR595G6009

6、80東風(fēng)SP9135B600820江淮HF140A800970五十鈴EXR181L640870東風(fēng)M3407501200小汽車700010000表2 交通量年增長(zhǎng)率期限增長(zhǎng)率（）期限增長(zhǎng)率（）201520206.0202520304.5202020255.51.2.5 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高速公路按照交通量確定車道數(shù)量，按照規(guī)范確定行車道、路緣帶、中間帶、硬路肩和土路肩。計(jì)算行車速度推薦100Km/h，全線全封閉全立交。要求根據(jù)以上設(shè)計(jì)資料，首先確定路面的類型，然后至少兩個(gè)方案進(jìn)行比選，瀝青路面計(jì)算確定路面的各層厚度，并驗(yàn)算層底彎拉應(yīng)力指標(biāo)，路面材料的設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)教材和相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)手冊(cè)。本著因地制宜，就

7、地取材的原則，選擇合理的路基橫斷面型式和邊坡坡度，并采取有效地防護(hù)措施，確保路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)最小填土高度為1.50m。路基橫斷面布置，包括一般填方，半填半挖，全挖和陡坡路堤斷面，路基的設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)教材和相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)手冊(cè)?？紤]路基和路面的排水問(wèn)題，因未提供地形圖，所以不進(jìn)行排水的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但要設(shè)計(jì)路基邊溝、排水溝和截水溝；路面采用中央分隔帶排水和攔水帶。1.3 參考書目1.路基路面工程和道路勘測(cè)設(shè)計(jì)教材2.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTG B01-20033.公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D50-20064.公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D30-20045.公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D4013

8、-20026.公路設(shè)計(jì)手冊(cè)及其它相關(guān)書籍7.公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范JTGT D33-20121.4 提交成果1.設(shè)計(jì)計(jì)算書（手寫或打?。?2.路面結(jié)構(gòu)方案圖 3.標(biāo)準(zhǔn)路基橫斷面設(shè)計(jì)圖 4.道路排水設(shè)計(jì)圖1.5 時(shí)間安排總時(shí)間為1.5周，共10天；其中包括講授，計(jì)算，上機(jī)繪圖與答疑輔導(dǎo)等環(huán)節(jié)，時(shí)間分配根據(jù)實(shí)際情況確定。一般情況安排： 1.設(shè)計(jì)準(zhǔn)備及講授1天 2.結(jié)構(gòu)計(jì)算，方案比較2天 3.上機(jī)繪圖4天 4.設(shè)計(jì)總結(jié)1天 5.整理計(jì)算書和設(shè)計(jì)文件1天 6.機(jī)動(dòng)1天1.6 設(shè)計(jì)要求在規(guī)定的設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)認(rèn)真、獨(dú)立的完成課程設(shè)計(jì)，提交真實(shí)的設(shè)計(jì)成果，達(dá)到預(yù)定的學(xué)習(xí)目的，具體要求請(qǐng)參考設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。2 公路技術(shù)等級(jí)

9、的確定2.1 確定交通資料根據(jù)工程可行性研究報(bào)告選定近期交通組成與交通量如表3所示，交通量年增長(zhǎng)率如表4所示。表3 近期交通組成與交通量編號(hào)車型交通量（輛/日）1三菱FR41510002五十鈴NPR5959003江淮HF140A8504東風(fēng)M34011005江淮HF1509006東風(fēng)SP9135B7007五十鈴EXR1818508小汽車9000表4 交通量年增長(zhǎng)率期限年增長(zhǎng)率（%）分段時(shí)間（年）2015-20206.052020-20255.552025-20304.552.2 確定公路等級(jí)2.2.1 車輛折算系數(shù)查公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTG B01-2003，確定各汽車車型換算成小客車車型的折算

10、系數(shù)如表5。 表5 各車型折算系數(shù)編號(hào)車型車輛折算系數(shù)1三菱FR4151.52五十鈴NPR5951.53江淮HF140A1.54東風(fēng)KM3401.55江淮HF1502.06東風(fēng)SP9135B3.07五十鈴EXR1813.08小汽車1.02.2.2 交通量計(jì)算近期折合成小客車交通量按下式計(jì)算： 遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年平均日交通量按下式計(jì)算： 由道路勘測(cè)與設(shè)計(jì)（第二版）的規(guī)定，設(shè)計(jì)速度為100km/h四車道高速公路適應(yīng)將各種汽車折合成小客車的年平均日交通量為3500050000輛/日，故高速公路全線按四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)行車道、路緣帶、中間帶、硬路肩和土路肩。路基寬度26.0米，雙向行車雙車道223.75米

11、，中間分隔帶寬2.0米，左側(cè)路緣帶0.75米，右側(cè)硬路肩總寬3.25米，土路肩寬0.75米。計(jì)算行車速度100Km/h，全線全封閉全立交。3 瀝青路面設(shè)計(jì)3.1 新建瀝青路面厚度設(shè)計(jì)理論與步驟我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法：采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性體系理論，以路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層彎拉應(yīng)力、半剛性和剛性材料基層彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后，路面結(jié)構(gòu)的路表彎沉與各結(jié)構(gòu)層的彎拉應(yīng)力均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的極限標(biāo)準(zhǔn)。具體設(shè)計(jì)步驟為：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求按設(shè)計(jì)回彈彎沉和容許彎拉應(yīng)力兩個(gè)指標(biāo)，分別計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量軸次，確定交通等級(jí)，面層類型，并計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉

12、值和容許彎拉應(yīng)力。公路行駛車輛的型號(hào)多種多樣，而路面設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)軸載表示，各種車型應(yīng)按規(guī)定的法則作當(dāng)量換算，得到當(dāng)量的標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)。軸載小于40KN的特輕軸重對(duì)結(jié)構(gòu)的影響可以忽略不計(jì)，所以不納入當(dāng)量換算。由于不同力學(xué)參數(shù)的疲勞等效效應(yīng)不同，我國(guó)規(guī)范規(guī)定，瀝青混凝土路面的當(dāng)量軸載換算N按以下三種情況進(jìn)行。當(dāng)以彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)：當(dāng)以半剛性材料層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)：當(dāng)以貧混凝土基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)：設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載數(shù)：路面設(shè)計(jì)彎沉值：結(jié)構(gòu)層容許彎拉應(yīng)力：瀝青面層抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)K：無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)K：無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)K：

13、貧混凝土基層抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)K： （2）按路基土類與干濕類型及路基橫斷面形式，沿線將路基劃分為若干路段，確定各路段的路基回彈模量。（該課程設(shè)計(jì)中所要設(shè)計(jì)的公路所處路段的土基強(qiáng)弱懸殊，其計(jì)算回彈模量有兩個(gè)代表值分別為30MPa和60MPa)。 （3）參考本地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，擬定若干個(gè)路面結(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)所選用的材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，測(cè)定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量與抗拉強(qiáng)度，確定各結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)參數(shù)、。 （4）計(jì)算路面結(jié)構(gòu)表面彎沉值以及結(jié)構(gòu)層層底彎拉應(yīng)力： （5）根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，采用多層彈性層狀體系理論設(shè)計(jì)程序計(jì)算路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層的厚度，即：若式、不能滿足，則可以調(diào)整路面結(jié)構(gòu)組合，更換強(qiáng)度更高的結(jié)構(gòu)層

14、或更換材料及配合比，重新試驗(yàn)確定各項(xiàng)參數(shù)，再由上式做驗(yàn)算，直至滿足兩式的要求為止。（6）對(duì)于季節(jié)性冰凍地區(qū)，應(yīng)驗(yàn)算防凍層厚度是否滿足要求。若不能滿足，則可增加防凍層厚度，達(dá)到規(guī)定厚度，以滿足防凍要求。（7）進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選定最佳路面結(jié)構(gòu)方案。 3.2 確定標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)交通量根據(jù)工程可行性研究報(bào)告可知路段所在地區(qū)近期交通組成與交通量，如表3所示，交通量年增長(zhǎng)率如表4所示。公路設(shè)計(jì)等級(jí)為高速公路，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)年為2014年，設(shè)計(jì)使用年限為15年。雙向四車道，車道系數(shù)取為0.45,瀝青混凝土面層系數(shù)為1.0，半剛性基層系數(shù)為1.0，新建路面為五層，面層三層、基層一層、底基層一層。根據(jù)設(shè)計(jì)資料計(jì)算累計(jì)

15、軸次，結(jié)果如表6所示：表6 標(biāo)準(zhǔn)軸載換算與累計(jì)軸載汽車類型前軸重（KN）后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）日交通量（輛/d）三菱FR41530511雙輪組01000五十鈴NPR59523.5441雙輪組0900江淮HF140A18.941.81雙輪組0850東風(fēng)KM34024.667.81雙輪組01100江淮HF15045.1101.51雙輪組0900東風(fēng)SP9135B20.272.32雙輪組3700五十鈴EXR181601003雙輪組3850換算方法彎沉及瀝青層拉應(yīng)力指標(biāo)半剛性層拉應(yīng)力指標(biāo)累計(jì)交通軸次1844.776萬(wàn)次1485.135萬(wàn)次設(shè)計(jì)年限15車道系數(shù)0.453.3 初步擬定路面結(jié)構(gòu)

16、類型根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的地質(zhì)資料與筑路材料相關(guān)信息，可知該線路位于路線位于山嶺重丘區(qū)，當(dāng)?shù)匮鼐€碎石產(chǎn)量豐富，石料質(zhì)量良好，可考慮用水泥穩(wěn)定碎石作基層；沿線有多個(gè)石灰廠，產(chǎn)量大質(zhì)量好；另外，附近發(fā)電廠粉煤灰儲(chǔ)量極為豐富，可用于本項(xiàng)目建設(shè)，本項(xiàng)目所在地域較缺乏砂礫?？紤]到實(shí)際工程中常用水泥穩(wěn)定碎石做底基層，故選定以下方案：方案路面類型上面層中面層下面層基層底基層土基回彈模量方案一柔性路面瀝青瑪蹄脂碎石中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土密級(jí)配瀝青碎石級(jí)配碎石30MPa60MPa方案二半剛性路面瀝青瑪蹄脂碎石中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土水泥穩(wěn)定碎石石灰粉煤灰土30MPa60MPa3.4 路面結(jié)構(gòu)類型計(jì)

17、算3.4.1 方案一:柔性路面路面結(jié)構(gòu)：細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石+中粒式瀝青混凝土+粗粒式瀝青混凝土+密級(jí)配瀝青碎石+級(jí)配碎石。瀝青路面設(shè)計(jì)彎沉值和容許拉應(yīng)力計(jì)算：當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí) :路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次 : 4997設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次 : 1.846994E+07路面設(shè)計(jì)交通等級(jí)為重交通等級(jí)公路等級(jí)：高速公路 公路等級(jí)系數(shù)：1面層類型系數(shù)：1 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)：1.6 路面設(shè)計(jì)彎沉值：33.8(0.01mm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱劈裂強(qiáng)度（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）1細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石1.50.422中粒式瀝青混凝土1.00.283粗粒式瀝青混

18、凝土0.80.224密級(jí)配瀝青碎石10.285級(jí)配碎石u 土基回彈模量代表值30MPa時(shí)新建路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算：公路等級(jí)：高速公路 新建路面的層數(shù)：5新建路面的層數(shù)：5 標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100路面設(shè)計(jì)彎沉值：33.8(0.01mm) 路面設(shè)計(jì)層層位：4 設(shè)計(jì)層最小厚度 : 10 (cm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）（20）抗壓模量（MPa）（15）容許應(yīng)力（MPa）1細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石4140018000.422中粒式瀝青混凝土6120018000.283粗粒式瀝青混凝土8100012000.224密級(jí)配瀝青碎石？120014000.285級(jí)配碎石22250250-6新建

19、路基-30-按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : LD= 33.8(0.01mm) H( 4 )= 210 mm LS= 35(0.01mm) H( 4 )= 230mm LS= 33.2(0.01mm) H( 4 )= 223mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 223mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 223mm (第 2 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 223mm (第 3 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 223mm (第 4 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 223mm (僅考慮彎沉) H(

20、 4 )= 223mm (同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力)驗(yàn)算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 50 cm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求。 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改,最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 密級(jí)配瀝青碎石 230 mm - 級(jí)配碎石 220 mm - 新建路基竣工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算：公路等級(jí)：高速公路 新建路面的層數(shù)：5 標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）（20）抗壓模量（MPa）（15）計(jì)算信息1瀝

21、青瑪蹄脂碎石414001800計(jì)算應(yīng)力2中粒式瀝青混凝土612001800計(jì)算應(yīng)力3粗粒式瀝青混凝土810001200計(jì)算應(yīng)力4密級(jí)配瀝青碎石2312001400計(jì)算應(yīng)力5級(jí)配碎石22250250計(jì)算應(yīng)力6新建路基-30-計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 33.2(0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 37.6 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 45.5 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 58.9 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 201

22、(0.01mm)路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值： LS= 310.5(0.01mm)( 根據(jù)“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”公式計(jì)算)；LS= 383.1 (0.01mm)( 根據(jù)“公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范”公式計(jì)算)。 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力(未考慮綜合影響系數(shù))： 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.239 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.044 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=0.019 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )=0.191 (MPa)u 土基回彈模量代表值60MPa時(shí)新建路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算：公路等級(jí)：高速公路 新建路面

23、的層數(shù)：5 標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100 路面設(shè)計(jì)彎沉值：33.8(0.01mm)路面設(shè)計(jì)層層位：4 設(shè)計(jì)層最小厚度：10(cm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）（20）抗壓模量（MPa）（15）容許應(yīng)力（MPa）1瀝青瑪蹄脂碎石4140018000.422中粒式瀝青混凝土6120018000.283粗粒式瀝青混凝土8100012000.224粗粒式瀝青碎石？120014000.285級(jí)配碎石222502506新建路基60按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : LD= 33.8 (0.01mm) H( 4 )= 120mm LS= 33.9 (0.01mm) H( 4 )= 140 mm

24、LS= 31.9 (0.01mm) H( 4 )= 121 mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 153mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 153 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 153mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) 路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 121 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 121 mm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力) 驗(yàn)算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 50 cm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 . 通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改,最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如

25、下: - 細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 密級(jí)配瀝青碎石 200 mm - 級(jí)配碎石 200 mm - 竣工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算：公路等級(jí) : 高速公路 新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo)準(zhǔn)軸載 : BZZ-100層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）抗壓模量（MPa）（20）抗壓模量（MPa）（15）計(jì)算信息1細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石 414001800計(jì)算應(yīng)力2中粒式瀝青混凝土612001800計(jì)算應(yīng)力3粗粒式瀝青混凝土810001200計(jì)算應(yīng)力4密級(jí)配瀝青碎石2012001400計(jì)算應(yīng)力5級(jí)配碎石25250250計(jì)算應(yīng)力6新建路

26、基60 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及土基頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 26.2(0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 29.5(0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 35.5(0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 46.2(0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 117.7 (0.01mm)路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 155.3 (0.01mm)( 根據(jù)“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”公式計(jì)算)；LS= 200(0.01mm)( 根據(jù)“公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范”公式計(jì)算) 。 計(jì)算新建路面各

27、結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力(未考慮綜合影響系數(shù))： 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.22 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.27 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= -0.01(MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.179(MPa)3.4.2方案二：半剛性路面半剛性路面：瀝青瑪蹄脂碎石+中粒式瀝青混凝土+粗粒式瀝青混凝土+水泥穩(wěn)定碎石+石灰粉煤灰土。一個(gè)車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh= 2835 ,屬重交通等級(jí)。當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí) :路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次： 4997 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車

28、道上的累計(jì)當(dāng)量軸次 : 1.846994E+07 屬重交通等級(jí)。當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí) :路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次 : 4022 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次 : 1.486614E+07 屬重交通等級(jí)。路面設(shè)計(jì)交通等級(jí)為重交通等級(jí)。公路等級(jí)： 高速公路公路等級(jí)系數(shù)：1 面層類型系數(shù)：1 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)：1 路面設(shè)計(jì)彎沉值 : 21.1 (0.01mm)路面材料選擇及設(shè)計(jì)彎沉值和容許拉應(yīng)力計(jì)算：層位結(jié)構(gòu)層材料名稱劈裂強(qiáng)(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)1瀝青瑪蹄脂碎石1.500.422中粒式瀝青混凝土1.000.283粗粒式瀝青混凝土0.800.224水泥穩(wěn)定碎

29、石0.500.235石灰粉煤灰土0.200.07u 土基回彈模量代表值30MPa時(shí)： 新建路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算：公路等級(jí)：高速公路 新建路面的層數(shù)：5 標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100 路面設(shè)計(jì)彎沉值：21.1(0.01mm)路面設(shè)計(jì)層層位：4 設(shè)計(jì)層最小厚度：20 (cm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(mm)抗壓模量(MPa)(20)抗壓模量(MPa)(15)容許應(yīng)力(MPa)1瀝青瑪蹄脂碎石40140018000.422中粒式瀝青混凝土60120018000.283粗粒式瀝青混凝土80100012000.224水泥穩(wěn)定碎石150015000.235石灰粉煤灰土2008008000.076土 基60按設(shè)計(jì)彎沉

30、值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : LD= 21.1 (0.01mm) H( 4 )= 300 mm LS= 22.9 (0.01mm) H( 4 )= 350 mm LS= 20.6 (0.01mm) H( 4 )=339 mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 339 mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 339 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )=339 mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )=339 mm(第 4 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H（4）=339mm （5）=0.079MPaH（4）=389mm （5）=0.

31、069MPa H( 4 )=339mm(第 5 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 339 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 384 mm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力)驗(yàn)算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度：500 mm。驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改,最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 340 mm - 石灰粉煤灰土 340 mm - 新建路基 竣工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算： 公路等級(jí)：高

32、速公路 新建路面的層數(shù)：5 標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20)抗壓模量(MPa)(15)計(jì)算信息1細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石414001800計(jì)算應(yīng)力2中粒式瀝青混凝土612001800計(jì)算應(yīng)力3粗粒式瀝青混凝土810001200計(jì)算應(yīng)力4水泥穩(wěn)定碎石3415001500計(jì)算應(yīng)力5石灰粉煤灰土34800800計(jì)算應(yīng)力6土 基60計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 17.1 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 18.3 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS=

33、 20 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 22.7 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 69.3 (0.01mm) 路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值: LS= 310.5 (0.01mm)( 根據(jù)“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”公式計(jì)算) LS= 383.1(0.01mm)( 根據(jù)“公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范”公式計(jì)算) 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.163 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.015(MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-0.033 (MP

34、a) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.055 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)力 ( 5 )= 0.059(MPa)u 當(dāng)E=60MPa時(shí) 路面材料選擇及設(shè)計(jì)彎沉值和容許拉應(yīng)力計(jì)算： 公路等級(jí)：高速公路 公路等級(jí)系數(shù)：1 面層類型系數(shù)：1 路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)：1層位結(jié)構(gòu)層材料名稱劈裂強(qiáng)(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)1瀝青瑪蹄脂碎石1.500.422中粒式瀝青混凝土1.000.283粗粒式瀝青混凝土0.800.224水泥穩(wěn)定碎石0.500.235石灰粉煤灰土0.200.07新建路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算：公路等級(jí)：高速公路 新建路面的層數(shù)：5 標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100 路面設(shè)計(jì)彎沉值：21.1

35、(0.01mm)路面設(shè)計(jì)層層位：4 設(shè)計(jì)層最小厚度：20 (cm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20)抗壓模量(MPa)(15)容許應(yīng)力(MPa)1瀝青瑪蹄脂碎石40140018000.422中粒式瀝青混凝土60120018000.283粗粒式瀝青混凝土80100012000.224水泥穩(wěn)定碎石？150015000.235石灰粉煤灰土2508008000.076土 基60按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : LD= 21.1 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 23.3 (0.01mm) H( 4 )=300 mm LS= 21(0.01mm) H( 4 )=

36、 297 mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 297 mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 297 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 297 mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 297mm(第 4 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 4 )= 297 mm (5)=0.79MPa H( 4 )= 247 mm (5)=0.69MPa H( 4 )= 344 mm(第 5 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 297 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 244 mm(同時(shí)考慮彎沉

37、和拉應(yīng)力)驗(yàn)算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 500 mm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 .通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改,最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 300mm - 石灰粉煤灰土 300mm - 新建路基竣工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算：公 路 等 級(jí) : 高速公路新建路面的層數(shù) : 5標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度(cm)抗壓模量(MPa)(20)抗壓模量(MPa)(15)計(jì)算信息1瀝青瑪蹄脂碎石414

38、001800計(jì)算應(yīng)力2中粒式瀝青混凝土612001800計(jì)算應(yīng)力3粗粒式瀝青混凝土810001200計(jì)算應(yīng)力4水泥穩(wěn)定碎石3015001500計(jì)算應(yīng)力5石灰粉煤灰土30800800計(jì)算應(yīng)力6土 基60計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS=19.4 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 21 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 23.4(0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 26.9 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 81.7 (0.01mm) 路基頂面

39、交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 310.5 (0.01mm)( 根據(jù)“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”公式計(jì)算)；LS= 383.1 (0.01mm)( 根據(jù)“公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范”公式計(jì)算)。 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力(未考慮綜合影響系數(shù))： 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.174 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.022 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-0.034 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.065 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)力 ( 5 )= 0.070 (MPa)3.5 方案比較選擇方案一為柔性路面，路

40、面結(jié)構(gòu)為5層從上往下依次為：細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石、中粒式瀝青混凝土、粗粒式瀝青混凝土、密級(jí)配瀝青碎石和級(jí)配碎石；方案二為半剛性路面，路面結(jié)構(gòu)從上往下依次為：細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石、中粒式瀝青混凝土、粗粒式瀝青混凝土、水泥穩(wěn)定碎石和石灰粉煤灰土。二者結(jié)構(gòu)厚度的設(shè)計(jì)對(duì)比如下表7、表8所示。表7 方案對(duì)比（土基強(qiáng)度30MPa）比較指標(biāo)路面設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）瀝青層厚度（cm）總厚度（cm）方案一33.81863方案二21.11886表8 方案對(duì)比（土基強(qiáng)度60MPa）比較指標(biāo)路面設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）瀝青層厚度（cm）總厚度（cm）方案一33.81863方案二21.11878 由上表可知：半

41、剛性路面比柔性路面稍厚；方案一和方案二的共同點(diǎn)：都采用瀝青瑪蹄脂碎石做路面結(jié)構(gòu)的表面層，其具有抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲勞、高溫抗車轍、低溫抗開(kāi)裂的優(yōu)點(diǎn)，較適宜高速公路的表面層。方案一和方案二的不同點(diǎn)：一方面考慮到當(dāng)?shù)匮鼐€碎石產(chǎn)量豐富，石料質(zhì)量良好，兩種方案都充分利用碎石；當(dāng)?shù)匮鼐€碎石產(chǎn)量豐富，石料質(zhì)量良好，且石灰和粉煤灰儲(chǔ)量豐富，方案二從分利用當(dāng)?shù)赜欣麠l件，就地取材，總體比較經(jīng)濟(jì)；我國(guó)近年來(lái)處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，超載車較多，柔性路面的承載能力與半剛性路面相比較弱，且穩(wěn)定性和耐久性較差易發(fā)生裂縫、車轍等病害，不符合我國(guó)的交通現(xiàn)狀，雖然半剛性路面也會(huì)因基層的溫度變化和凍脹而產(chǎn)生反射裂縫到面層，但半

42、剛性路面較適宜高速公路的需求。綜上所述，從路面的使用性能和經(jīng)濟(jì)方面比較，方案二優(yōu)于方案一。4 剛性路面設(shè)計(jì)4.1 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法采用單軸雙輪組100KN標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的彈性半空間地基有限大矩形薄板理論有限元解為理論基礎(chǔ)，以路面板縱縫邊緣荷載與溫度綜合疲勞彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行路面板厚度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后，路面板的綜合疲勞彎拉應(yīng)力應(yīng)滿足以目標(biāo)可靠度為依據(jù)的極限狀態(tài)平衡方程式。4.2 交通分析該公路的近期交通組成以及交通量年增長(zhǎng)率如表9和表10所示。表9 近期交通組成序號(hào)汽車類型前軸數(shù)前軸重（KN）后軸重（KN）后軸數(shù)拖掛部分軸數(shù)拖掛部分軸重（KN）日交通量（輛/d）1三菱FR4151305110010002五十鈴NPR595123.5441009003江淮HF140A118.941.81008504東風(fēng)KM340124.667.810011005江淮HF150145.1101.51009006東風(fēng)SP9135B120.172.62007007五十鈴EXR181160100300850表10 交通量年增長(zhǎng)率序號(hào)期限（年）年增長(zhǎng)率（%）156.0255.53204.5 該公路的設(shè)計(jì)等級(jí)為高速公路，查公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范可