2019年《道路工程課程設(shè)計》任務(wù)書及指導(dǎo)書

2019年《道路工程課程設(shè)計》任務(wù)書及指導(dǎo)書——瀝青路面設(shè)計設(shè)計資料河南某地(115)擬修建高速公路，設(shè)計為雙向四車道，路基寬度27.0m。其中，行車道7.5mX2。經(jīng)交通量OD調(diào)查分析，斷面大型客車和貨車交通量為4052輛/日，交通年平均增長率為6.05%。根據(jù)交通歷史數(shù)據(jù)，按表A.2.6-1確定該設(shè)計公路為TTC0類，根據(jù)表A.2.6-2得到車輛類型分布系數(shù)如表1所示。表1.車輛類型分布系數(shù)車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類車型分布系數(shù)(%)38.231.324.00.00.06.50.00.00.00.0根據(jù)路網(wǎng)相鄰公路的車輛滿載情況及歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查分析，得到各類車型非滿載與滿載比例，如表2所示。表2.非滿載車與滿載車所占比例(%)車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類非滿載車比例90.075.085.065.050.065.060.040.055.060.0滿載車比例10.025.015.035.050.035.040.060.045.040.0公路新建部分路基平均填土高度1.8m，平均地下水位0.8m，平均凍深0.48m,土質(zhì)為粘土質(zhì)砂，其重度錯誤!未找到引用源。為18.0kN/m3。根據(jù)氣象資料，連續(xù)十年路面最低氣溫平均值為-2°C。路基路基標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回彈模量取90MPa，回彈模量濕度調(diào)整系數(shù)Ks取0.88,干濕與凍融循環(huán)作用折減系數(shù)K^取0.80,則經(jīng)過濕度調(diào)整和干濕與凍融循環(huán)作用折減的路基頂面回彈模量為63MPa。設(shè)計內(nèi)容交通分析；確定交通荷載等級。初擬瀝青路面結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)層組合、各結(jié)構(gòu)層材料、層厚)。確定各層材料參數(shù)(各層材料模量、強度和土基的回彈橫量)。軸載換算，計算Ne。進行路面結(jié)構(gòu)驗算。計算路基頂面和路表驗收彎沉值。設(shè)計所需參考資料（1）公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JTGD50-2017）（附電子版）；（2）路基路面工程（第五版），黃曉明主編；（3）道路工程教材。設(shè)計驗算好路網(wǎng)——在線設(shè)計——瀝青路面結(jié)構(gòu)分析（APAD）（規(guī)范編寫組提供的網(wǎng)頁版程序）（/online_design.aspx）提交成果（1）課程設(shè)計計算書A4手寫，要求過程詳實，表格、公式規(guī)范。注：計算書后面附“課程設(shè)計總結(jié)”1份。（2）瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計圖A3—張，要求按照制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范繪制。參考算例（兩個）：1.手算+電算1）設(shè)計資料：華北某地（114）擬修建高速公路，按雙向六車道設(shè)計，采用整體式路基，路基寬度34.5m。其中，行車道11.25mX202019年底建成通車。經(jīng)調(diào)查分析提供的2018年的年平均日交通量及車輛組成如下：車型分類中型貨車重型貨車重型貨車中型貨車重型貨車重型貨車代表車型解放CA390黃河JN162齊齊哈爾QQ560東風(fēng)EQ140交通SH361太脫拉138S輛/日129112610911602151089并由此至2023年的交通增長率為7.05%,其后年份的增長率平均為5.35%o公路新建部分路基平均填土高度1.5m，平均地下水位0.7m，平均凍深0.65m,土質(zhì)為粘土質(zhì)砂，其重度錯誤！未找到引用源。=18.0kN/m3，路面部分的當(dāng)量等效厚度錯誤!未找到引用源。=80cm，據(jù)調(diào)查毛細水上升最大高度為1.2m。部分舊路可以利用，原舊路瀝青面層厚度15cm,由落錘式彎沉儀測試原舊路表面的實測彎沉值（1/100mm）分別為：57.9,61.8,68.5,69.0,65.5,59.0,67.0,78.0,53.0,44.3,31.0,40.0,45.0,35.0,30.5,27.5,31.0,65.5,79.5,82.5,91.0,測定時瀝青結(jié)合料類材料層中點實測溫度為27.5°C(注:濕度影響系數(shù)錯誤!未找到引用源。=1)。2)設(shè)計內(nèi)容交通分析；初擬瀝青路面結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)層組合、各結(jié)構(gòu)層材料、層厚)；確定各層材料參數(shù)(各層材料模量、強度和土基的回彈橫量)；用設(shè)計彎沉值計算路面結(jié)構(gòu)層厚度；驗算瀝青混凝土層和整體性材料結(jié)構(gòu)層的彎拉應(yīng)力；計算舊路面的計算彎沉值、確定補強層結(jié)構(gòu)、計算補強層厚度。新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(一)交通分析設(shè)計資料表明，此路等級為高速公路，按雙向六車道設(shè)計。查《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》知，公路設(shè)計基準(zhǔn)期為15年，取方向系數(shù)DDF=0.55，車道系數(shù)LDF=0.5。根據(jù)交通統(tǒng)計數(shù)據(jù)知，2018年的年平均日交通量Q=3828輛，由此至2023年交通增長率為7.05%，其后年份增長率為5.35%。故設(shè)計道路的初始年平均日交通量錯誤!未找到引用源。=4098輛。設(shè)計車道的年平均日貨車交通錯誤!未找到引用源。=4098X0.55X0.5=1127輛依據(jù)設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道累計交通量公式：3位QJO滬1]Q—36.5x1127x[(1+7.05%)5-!]365燈12方(1+7一05地1弋1+5一十5一35%)口-1]Q=+*7.05%3.35%錯誤!未找到引用源。9.64X106輛查《規(guī)范》知，屬于重交通荷載等級。(二)軸載換算根據(jù)表6.2.1,該設(shè)計路面對應(yīng)的設(shè)計指標(biāo)為瀝青混合料層永久變形與無機結(jié)合料層疲勞開裂。

（1）以瀝青混合料層永久變形為設(shè)計指標(biāo)換算車輛類型車輛分布系數(shù)軸型軸載換算系數(shù)設(shè)計車道日當(dāng)量軸次設(shè)計車道當(dāng)量軸載作用次數(shù)錯誤!未找到引用源。3類車0.659單軸單輪0.01431741681153966460.0777040.4505080.536098單軸雙輪0.2234040.2234041.7338472.022244類車0.341單軸單輪0.2059010.63333雙軸雙輪1.5208443.102656（2）以無機結(jié)合料層疲勞開裂為設(shè)計指標(biāo)換算車輛類型車輛分布系數(shù)軸型軸載換算系數(shù)設(shè)計車道日當(dāng)量軸次設(shè)計車道當(dāng)量軸載作用次數(shù)錯誤!未找到引用源。3類車0.659單軸單輪3.44X10-82816258051198.40X10-60.00250.0045單軸雙輪0.007670.007675.98129.86194類車0.341單軸單輪0.00020.0077雙軸雙輪0.73587.4669（三）初擬路面結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)結(jié)構(gòu)層編號層位材料類型厚度（mm）模量（MPa）泊松比1上面層瀝青混合料4090000.252中面層瀝青混合料60100000.253下面層瀝青混合料80100000.254基層無機結(jié)合料300100000.255底基層粒料1502500.356土基630.4路基標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回彈模量取90MPa,由于土基濕度類型為中濕，干燥部分厚度為1m，潮濕厚度為0.6m，查干燥和潮濕類路基土濕度調(diào)整系數(shù)，進行厚度加權(quán)得衣，干濕與凍融循環(huán)作用折減系數(shù)取0.8，則經(jīng)過濕度調(diào)整和干濕與凍融循環(huán)作用折減的路基頂面回彈模量為65MPa，滿足規(guī)范要求。路面結(jié)構(gòu)驗算無機結(jié)合料層疲勞開裂驗算路面結(jié)構(gòu)瀝青面層由三層不同材料結(jié)構(gòu)層組成，依據(jù)當(dāng)量結(jié)構(gòu)層換算公式1<=虹+蛉E七相婦扣玨如.3(1|1礦1flki+Kj也i+虬IEhKi得錯誤!未找到引用源。，錯誤!未找到引用源。?；鶎佑蓛蓪硬煌牧辖Y(jié)構(gòu)層組成，故錯誤!未找到引用源。=450mm，錯誤！未找到引用源。=3219MPa。又路面結(jié)構(gòu)溫度調(diào)整系數(shù)錯誤!未找到引用源。其中：錯誤!未找到引用源。Ah=D.73Xh+0.67BE=0.15ln(kE/1.14)Bl=0.44ln(Xh/0.4'5)錯誤！未找到引用源。，錯誤！未找到引用源。錯誤!未找到引用源。查表知為1.22。經(jīng)計算得錯誤!未找到引用源。=1.43。依據(jù)無機結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命公式：Nii-I!七二哄口1。虬錯誤!未找到引用源?！竟?jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)。查表為0.76；錯誤!未找到引用源?！獰o機結(jié)合料穩(wěn)定類材料彎拉強度。錯誤!未找到引用源。=1.1MPa;a、b——疲勞試驗回歸參數(shù)。查表知a=13.24,b=12.52；錯誤!未找到引用源?！F(xiàn)場綜合修正系數(shù)。錯誤!未找到引用源。其中，查表知錯誤!未找到引用源。，錯誤!未找到引用源。，錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源。，錯誤!未找到引用源。，計算得錯誤!未找到引用源。錯誤!未找到引用源?！繕?biāo)可靠指標(biāo)。查表知錯誤!未找到引用源。=1.65錯誤!未找到引用源?！獰o機結(jié)合料穩(wěn)定層的層底拉應(yīng)力，根據(jù)彈性層狀理論計算。錯誤!未找到引用源。=0.289MPa。故錯誤!未找到引用源。=42548679。因基于無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力換算得到疲勞開裂壽命大于基于無機結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力換算得到的設(shè)計年限內(nèi)當(dāng)量軸載作用次數(shù)，故滿足結(jié)構(gòu)要求。瀝青混合料層永久變形驗算查表知，基準(zhǔn)等效溫度錯誤!未找到引用源。。結(jié)合瀝青混合料層的等效溫度計算公式：TBaf=T,+0.01&h故錯誤!未找到引用源。22.9°C。依據(jù)規(guī)范規(guī)定的分層方法，將瀝青混合料層分為7個分層，各分層厚度錯誤!未找到引用源。如下表所示，利用彈性層狀體系理論，分別計算設(shè)計荷載作用下各分層頂部豎向壓應(yīng)力錯誤!未找到引用源。，依據(jù)各分層永久變形量和瀝青混合料總的永久變形量公式：i=l其中錯誤!未找到引用源。為綜合修正系數(shù)，依照以下公式計算：錯誤!未找到引用源。二錯誤!未找到引用源。四=135*1『氐斗8.LALOr’M-145=415色=&.活引時h「-L5xl0-k+O-9=O?66錯誤!未找到引用源?！獮r青混合料第i分層厚度最終計算結(jié)果如下表:分層編號分層厚度（mm）豎向壓力（MPa）修正系數(shù)（錯誤！未找到引用源。）永久變形（mm）12150.74.570.53150.697.110.74200.677.363.85200.626.222.86200.554.741.77800.481.941.6總計11.5瀝青層永久變形計算結(jié)果查表知瀝青層容許永久變形為15mm，擬定的路面結(jié)構(gòu)滿足要求。路面低溫開裂驗算根據(jù)氣候條件，所在地區(qū)低溫設(shè)計溫度T=-6.7°C,路基類型參數(shù)b=2,表面層瀝青在-10C條件下彎曲梁流變試驗的勁度模量.為120MPa,依據(jù)路面低溫開裂指數(shù)公式：CI=1.95X10-3錯誤!未找到引用源。lgb-0.075錯誤!未找到引用源。lg錯誤!未找到引用源。+0.15，故CI=-0.7,查表知低溫開裂指數(shù)不應(yīng)大于3,故所選路面結(jié)構(gòu)及材料滿足低溫開裂要求。防凍厚度驗算根據(jù)調(diào)查資料，大地多年最大凍深為650mm,由表B.6.1-1、B.6.1-2、B.6.1-3得到材料熱物性系數(shù)a=1.3,路基濕度系數(shù)b=0.95，路基斷面形式系數(shù)c=1.02,代入公式錯誤!未找到引用源。計算得錯誤!未找到引用源。=819mm。根據(jù)公路多年最大凍深和路基干濕類型，由表B.6.1-4確定最小防凍厚度為325mm,路面結(jié)構(gòu)總厚度為630mm，擬定的路面結(jié)構(gòu)滿足防凍厚度要求。貫入強度驗算公路所在地區(qū)月平均氣溫大于0C的月份數(shù)為9個月，由此得到對應(yīng)于貫入強度驗算的設(shè)計車道累計設(shè)計軸載作用次數(shù)錯誤!未找到引用源。為13214229。所在地區(qū)月平均氣溫大于0C的各月份氣溫平均值為17C。根據(jù)公路等級，參照表3.0.6-1,得到瀝青混合料容許永久變形量為15mm。路面結(jié)構(gòu)系數(shù)根據(jù)式（5.5.8-2）計算為0.86,瀝青混合料層的綜合貫入強度由式（5.5.8-3）確定為0.7MPa，根據(jù)式（5.5.8-1）得到瀝青混合料層的貫入強度要求值為0.54，所以擬定的路面結(jié)構(gòu)和材料滿足貫入強度要求。（五）路基頂面和路表驗收彎沉值根據(jù)附錄B.7節(jié)，確定路基頂面和路表驗收彎沉值時，采用落錘式彎沉儀，荷載盤半徑為150mm，荷載為50kN。路基標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回彈模量取90MPa，回彈模量濕度調(diào)整系數(shù)錯誤！未找到引用源。=0.88，則平衡濕度狀態(tài)下的回彈模量為79MPa，采用公式錯誤！未找到引用源。，計算得到路基表面驗收彎沉值為235.8（0.01mm）。采用擬定的路面結(jié)構(gòu)以及各層結(jié)構(gòu)模量值，路基頂面回彈模量采用平衡濕度狀態(tài)下的回彈模型乘以模量調(diào)整系數(shù)kl（kl=0.5）為40Mpa，根據(jù)彈性層狀體系理論計算得到路表驗收彎沉值錯誤!未找到引用源。=25.8（0.01mm）。（六）結(jié)果匯總驗算內(nèi)容計算值對比值是否滿足瀝青層車轍11.515.0是半剛性層疲勞開裂對應(yīng)累積當(dāng)量軸次4254867932596330是瀝青層貫入強度0.70.54是低溫開裂指數(shù)-0.73是防凍厚度630325是2.電算雙遼至洮南段高速公路設(shè)計新建路面設(shè)計（IT）項目概況與交通荷載參數(shù)該項目位于吉林省，屬于高速公路，起點樁號為K0+000，終點樁號為K150+762，設(shè)計使用年限為15.0年，根據(jù)交通量OD調(diào)查分析，斷面大型客車和貨車交通量為5003輛/日，交通量年增長率為6.4%,方向系數(shù)取60.0%,車道系數(shù)取85.0%。根據(jù)交通歷史數(shù)據(jù)，按表A.2.6-1確定該設(shè)計公路為TTC0類，根據(jù)表A.2.6-2得到車輛類型分布系數(shù)如表1所示。表1.車輛類型分布系數(shù)車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類車型分布系數(shù)（%）49.726.915.60.00.00.00.07.80.00.0

根據(jù)路網(wǎng)相鄰公路的車輛滿載情況及歷史數(shù)據(jù)的調(diào)查分析，得到各類車型非滿載與滿載比例，如表2所示。表2.非滿載車與滿載車所占比例(%)車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類非滿載車比例80.085.060.070.050.065.040.055.050.060.0滿載車比例20.015.040.030.050.035.060.045.050.040.0根據(jù)表6.2.1,該設(shè)計路面對應(yīng)的設(shè)計指標(biāo)為瀝青混合料層永久變形與無機結(jié)合料層疲勞開裂。根據(jù)附表A.3.1-3，可得到在不同設(shè)計指標(biāo)下，各車型對應(yīng)的非滿載車和滿載車當(dāng)量設(shè)計軸載換算系數(shù)，如表3所示。表3.非滿載車與滿載車當(dāng)量設(shè)計軸載換算系數(shù)設(shè)計指標(biāo)瀝青混合料層永久變形無機結(jié)合料層疲勞開裂車輛類型非滿載車滿載車非滿載車滿載車2類35.53類314.24類137.65類72.96類1.37.910.21505.77類1.46.07.8553.08類1.46.716.4713.59類204.310類2.47.037.8426.811類1.512.12.5985.4根據(jù)公式(A.4.2)計算得到對應(yīng)于瀝青混合料層永久變形的當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)為31,831,093,對應(yīng)于無機結(jié)合料層疲勞開裂的當(dāng)量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)為726,754,209。本公路設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道累計大型客車和貨車交通量為22,349,293，交通等級屬于特重交通。初擬路面結(jié)構(gòu)方案初擬路面結(jié)構(gòu)如表4所示。表4.初擬路面結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)層編號層位材料類型厚度(mm)模量(MPa)泊松比1上面層瀝青混合料40.0105000.252中面層瀝青混合料60.0112500.253下面層瀝青混合料80.090000.254基層無機結(jié)合料穩(wěn)定材料360.0115000.255底基層無機結(jié)合料穩(wěn)定材料180.085000.256土基610.40路基標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回彈模量取92MPa,回彈模量濕度調(diào)整系數(shù)Ks取0.83,干濕與凍融循環(huán)作用折減系數(shù)Kn取0.80,則經(jīng)過濕度調(diào)整和干濕與凍融循環(huán)作用折減的路基頂面回彈模量為61MPa。路面結(jié)構(gòu)驗算3.1瀝青混合料層永久變形驗算根據(jù)表G.1.2,基準(zhǔn)等效溫度Tg為14.9°C，由式(G.2.1)計算得到瀝青混合料層永久變形等效溫度為17.8C?？煽慷认禂?shù)為1.65。根據(jù)B.3.1條規(guī)定的分層方法，將瀝青混合料層分為7個分層，各分層厚度(hi)如表5所示。利用彈性層狀體系理論，分別計算設(shè)計荷載作用下各分層頂部的豎向壓應(yīng)力(Pi)。根據(jù)式(B.3.2-3)和式(B.3.2-4),計算得到d1=-4.15,d2=0.66。把d1和d2的計算結(jié)果帶入式(B.3.2-2)，可得到各分層的永久變形修正系數(shù)(kRi),并進而利用式(B.3.2-1)計算各分層永久變形量(Rai)。各計算結(jié)果匯總于表5中。各層永久變形累加得到瀝青混合料層總永久變形量Ra=5.8(mm),根據(jù)表3.0.6-1,瀝青層容許永久變形為15.0(mm),擬定的路面結(jié)構(gòu)滿足要求。表5.瀝青層永久變形計算結(jié)果分層編號分層厚度(mm)豎向壓力(MPa)修正系數(shù)(kRi)永久變形(mm)110.00.703.800.3215.00.704.570.6315.00.697.110.9420.00.677.361.2520.00.616.220.9620.00.544.740.5780.00.471.941.3總計5.83.2無機結(jié)合料層疲勞開裂驗算根據(jù)彈性層狀體系理論，計算得到無機結(jié)合料層層底拉應(yīng)力為0.128MPa。根據(jù)氣象資料，工程所在地區(qū)凍結(jié)指數(shù)F為1308.0C*日，按照表B.1.1,季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)ka取0.76。根據(jù)式(B.2.1-2),現(xiàn)場綜合修正系數(shù)為-1.411根據(jù)工程所在地區(qū)，查表G.1.2得到基準(zhǔn)路面結(jié)構(gòu)溫度調(diào)整系數(shù)為0.97,根據(jù)初擬路面結(jié)構(gòu)和路面結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)，按式（G.1.3-1）計算得到溫度調(diào)整系數(shù)kT2^0.88o由表B.2.1-1，對于無機結(jié)合料穩(wěn)定粒料，疲勞開裂模型參數(shù)a=13.24，b=12.52。彎拉強度為1.7MPa。根據(jù)以上參數(shù)，按式（B.2.1-1）計算得到無機結(jié)合料層底疲勞壽命為7,584,562,233。3.3貫入強度驗算公路所在地區(qū)月平均氣溫大于0°C的月份數(shù)為7個月，由此得到對應(yīng)于貫入強度驗算的設(shè)計車道累計設(shè)計軸載作用次數(shù)Ne5為18,568,138。所在地區(qū)月平均氣溫大于0C的各月份氣溫平均值為15.0C。根據(jù)公路等級，參照表3.0.6-1,得到瀝青混合料層容許永久變形量為15.0mm。路面結(jié)構(gòu)系數(shù)根據(jù)式（5.5.8-2）計算為1.09，瀝青混合料層的綜合貫入強度由式（5.5.8-3）確定為0.91MPa,根據(jù)式（5.5.8-1），得到瀝青混合料層的貫入強度要求值為0.59,所以，擬定的路面結(jié)構(gòu)和材料滿足貫入強度要求。3.4路面低溫開裂指數(shù)驗算根據(jù)氣候條件，所在地區(qū)低溫設(shè)計溫度T為-2