沥青路面课程设计路基路面课程设计

路基路面设计课程设计说明书河南城建学院路基路面课程设计说明书课 程 名 称: 路基路面工程 题 目: 沥青路面课程设计 专 业: 交通工程 学 生 姓 名: xxx 学 号: 071411xxx 指 导 教 师: 李惠霞、 尹振羽、 张会远 设 计 教 室: 10#B 503 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：学习态度及平时成绩（30）技术水平与实际能力（20）创新（5）说明书撰写质量（45）总 分（100）等级指导教师签名： 年 月 日目录1设计任务书11.1课程设计的目的11.2课程设计的题目11.3课程设计的依据11.4设计的原始资料或已知的技术参数11.5设计时间安排21.6设计纪律要求21.7成绩评定22轴载分析32.1以弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标32.2验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次43设计方案的拟定及说明63.1土基的确定63.2初拟路面结构64参数的选择及计算64.1各层材料的抗压模量与劈裂强度64.2设计指标的确定74.2.1 设计弯沉值75沥青路面的设计计算115.1路面结构层厚度的确定115.2结构层厚度的计算126 沥青路面的设计方案的比较与确定177设计心得与体会188参考文献19161设计任务书1.1课程设计的目的（1）通过课程设计，使学生所获得的专业理论知识加以系统化，整体化，以便于巩固和扩大所学的专业知识；（2）路基路面的课程设计是对路基路面工程课堂教学的必要补充和深化，通过设计让学生可以更加切和实际地和灵活地掌握路基路面的基本理论，设计理论体系，加深对路基路面设计方法和设计内容的理解，进而提高和培养学生分析、解决工程实际问题的能力。1.2课程设计的题目沥青路面设计1.3课程设计的依据（1）邓学钧 路基路面工程(第三版).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(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：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：(JTGB012003).（5）.1.4设计的原始资料或已知的技术参数沥青路面设计（一）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. x（学号的最后一位数字）m，预计通车初年的交通量如下：车型黄河JN150解放CA10B长征CZ160上海SH130小汽车桑塔纳2000交通量(辆/d)8201000380220200交通量年平均增长率7.y（学号的倒数第二位数字），沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。（二）要求完成的主要任务：确定路面等级和面层类型；确定土基的回弹模量；路面结构组合设计；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）。1.5设计时间安排路基路面工程课程设计时间为第17周（2013.12.30 -2014.1.3）（如遇放假调休按调休的时间执行），要求学生集中时间完成全部内容，时间安排如下：（1）基础资料收集 0.5d；（2）设计提纲、方案的确定0.5d；（3）相关平面图、剖面图绘制3d；（4）整理设计计算书和说明书 1d（5）上机安排：课外时间。1.6设计纪律要求.设计中要自主完成，杜绝抄袭现象，发现类同者，设计成绩按零分计。.正常上课期间所有设计学生必须到教室进行设计，上午8：00 12：00，下午2：00 3：45，不得迟到和早退。.设计期间指导教师实行不定期点名制度，两次无故不到者设计成绩降级。四次无故不到者设计成绩为不及格。1.7成绩评定学生的课程设计成绩由指导老师根据学生在设计期间的设计图纸、设计计算说明书、答辩、出勤等情况综合评定。成绩分：优、良、中、及格、不及格五个等级。其中，设计图纸占35%，设计说明书占45%，答辩占10%，出勤占10%。成绩评定标准如下：优：能认真完成设计指导书中的要求，设计过程中，严格要求自己，独立完成设计任务，图纸整洁、绘制标注规范，设计方案合理，思路清晰，设计说明书内容充实工整，应用理论正确，有创新性。答辩正确，设计期间出满勤。良：能较好的完成设计指导书中的要求，能独立完成设计任务，设计思路较清晰，平面布置合理、图纸绘制标注规范、整洁，设计认真，应用理论正确，答辩正确，设计期间出满勤。中：能完成设计指导书中的要求，平面布置基本合理、图纸绘制规范、字体和数字标注较整洁，设计较认真，应用理论基本正确，答辩基本正确，设计期间出满勤。设计方案基本合理。及格：能基本完成设计指导书中的要求，设计思路欠佳，平面布置欠合理、图纸绘制规范、字体和数字标注欠整洁，应用理论无原则错误，答辩时问题回答不全面正确，设计期间有缺勤现象。设计图纸一般。不及格：凡有下列情况之一者以不及格论：1）未达到设计指导书的基本要求。2）设计出现原则性的错误，图纸绘制有明显错误、字体和数字标注不整洁，应用理论有原则错误，回答问题错误。3）设计缺勤累计达三分之一以上者。2轴载分析路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。2.1以弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标（1）本种方式轴载当量换算公式为： （式1-1）轴载换算与当量轴次 表1-1 车型C1（次/日）（次/日）黄河JN150前轴49.0016.4820235.668后轴101.6011878.630解放CA10B前轴19.40 1000后轴60.8511115.200长征CN160前轴45.2016.438076.880后轴83.702.21385.533上海SH130前轴16.5220后轴23小汽车桑塔纳2000前轴200后轴7.91691.911注：轴载小于25kN的轴载作用不计。计算步骤如下式所示：黄河JN150：前轴：后轴：解放CA10B：后轴：长征CN160：前轴：后轴：当量轴次：（2）本种方式设计年限累计当量标准轴载数Ne：根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，双向四车道的车道系数取0.45，设计年限内交通平均增长率为7%。累计当量轴次： 2.2验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次（1）本种方式轴载当量换算公式为： （式1-2）轴载换算与当量轴次 表1-2车型C1（次/日）（次/日）黄河JN150前轴49.00820后轴101.6011931.028解放CA10B前轴19.401000后轴60.851118.800长征CN160前轴45.20380后轴83.7031274.588上海SH130前轴16.5220后轴23小汽车桑塔纳2000前轴200后轴7.91224.416注：轴载小于50kN的轴载作用不计。计算步骤如下所示：黄河JN150： 后轴：解放CA10B：后轴：长征CN160：后轴：当量轴次：（2）本种方式本种方式设计年限累计当量标准轴载数Ne：累计当量轴次：3设计方案的拟定及说明3.1土基的确定该路基位于4区，路基土为高液限粘土，地下水位-1米，路基填土高度1.2米，查阅相关资料地土基模量为42MPa。3.2初拟路面结构根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途筑路材料较丰富，拟定了二个结构组合方案，按计算法确定两个方案的路面厚度；根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下。 方案一：（15cm），基层采用二灰碎石（20cm），基底层采用石灰土（厚度待定）。一级公路面层采用三层式沥青面层： 表面层采用细粒式密级配沥青混凝土 （厚度3cm）， 中间层采用中粒式密级配沥青混凝土 （厚度5cm），下层采用粗粒式密级配沥青混凝土 （厚度7cm）。方案二：4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+15cm密级配沥青碎石 +水泥稳定砂砾（厚度待定）+18cm级配砂砾。一级公路面层采用二层式沥青面层： 上面层采用细粒式密级配沥青混凝土 （厚度4cm）， 下面层采用中粒式密级配沥青混凝土 （厚度8cm），4参数的选择及计算4.1各层材料的抗压模量与劈裂强度（1）抗压模量取20的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为 1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 1000MPa，二灰碎石为 1500MPa，石灰土为 550MPa，密级配沥青碎石为 1000MPa，水泥稳定砂砾为为 1200MPa，级配砂砾垫层为 200 MPa。（2）抗压模量取15的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到15的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为 2000MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1800MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 1200MPa，二灰碎石为 1500MPa，石灰土为 550MPa，密级配沥青碎石为 1400MPa，水泥稳定砂砾为 1200MPa，级配砂砾为 200 MPa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为 1.2MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 0.8MPa，二灰碎石为 0.5MPa，石灰土为 0.225MPa，密级配沥青碎石为 0.6MPa，水泥稳定砂砾为 0.5MPa，级配砂砾 0.1MPa。4.2设计指标的确定对于一级公路，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。4.2.1 设计弯沉值 （1）对于方案一:路面设计弯沉值计算：该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：=25.63（mm）各层材料容许层底拉应力：细粒式密级配沥青混凝土：=2.89=1.2/2.89=0.415MPa中粒式密级配沥青混凝土：=2.89=1.0/2.89=0.346MPa粗粒式密级配沥青混凝土：=2.89=0.8/2.89=0.277MPa二灰碎石：=1.98=0.5/1.98=0.253MPa石灰土：=2.55=0.225/2.55=0.088 MPa相关资料汇总表 表1-3 材料名称H（cm） 抗压模量E1(MPa) 容许拉应力（MPa）20 15 细粒式密级配沥青混凝土3140020000.415中粒式密级配沥青混凝土5120018000.346粗粒式密级配沥青混凝土7100014000.277二灰碎石2015000.253石灰土5500.088土基42：（2）对于方案二:路面设计弯沉值计算：该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，基层类型为柔性和半刚性的组合，其系数按内插法确定取1.45。设计弯沉值为：=37.1（mm）各层材料容许层底拉应力：细粒式密级配沥青混凝土：=2.89=1.2/2.89=0.415MPa中粒式密级配沥青混凝土：=2.89=1.0/2.89=0.346MPa密级配沥青碎石：=1.98=0.6/1.98=0.303 MPa水泥稳定砂砾：=1.98=0.5/1.98=0.253MPa级配砂砾：=1.98=0.1/1.98=0.051MPa方案二相关资料汇总如下表 表1-4材料名称H（cm） 抗压模量E1(MPa) 容许拉应力（MPa）20 15 细粒式密级配沥青混凝土4140020000.415中粒式密级配沥青混凝土8120018000.346密级配沥青碎石15120014000.303水泥稳定砂砾12000.253级配砂砾垫层182000.051土基42 5沥青路面的设计计算5.1路面结构层厚度的确定（1）计算路表弯沉值注：路表弯沉； 标准车轴载轮胎接地压力和当量圆半径； 理论弯沉系数；或土基回弹模量；，各结构层材料回弹模量；，各层结构的厚度； 弯沉综合修正系数。（2）计算结构层底拉应力 （理论最大拉应力系数）=5.2结构层厚度的计算方案一结构厚度的计算AprA细粒式沥青混凝土E1=1400MPaE2=1200MPa中粒式沥青混凝土E3=1000MPa粗粒式沥青混凝土E4=1500MPa二灰碎石 E5=550MPa二灰土 E0=42MPaApE1=1400MPaaaE11400MPahh13cmH？E21200MPaE042MPah13cmE2=1200MPah25cmE3=1000MPah37cm34cmE4=1500MPah420cmE5=550MPah5？cmE0=42MPa多层体系换算图式计算弯沉综合系数：F=1.63（）=由HPDS2006软件计算得到待确定层石灰土层厚度为214mm，附上软件计算结果：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 : 25.63 (0.01mm)路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 200 (mm)方案一输入数据 表1-5 层位结构层材料名称厚度（mm）20平均抗压量(MPa)标准差(MPa)15平均抗压模量标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土3014000200000.4152中粒式沥青混凝土5012000180000.3463粗粒式沥青混凝土7010000140000.2774石灰粉煤灰碎石20015000150000.2535石灰土？550055000.0886新建路基42按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 25.63 (0.01mm)H( 5 )= 200 mm LS= 2.1 (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 )= 200 mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 200 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 200 mm ( 5 )= 0.091 MPa H( 5 )= 250 mm ( 5 )= 0.08 MPa H( 5 )= 214 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 : H( 5 )= 200 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 214 mm(同时考虑弯沉和拉应力)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 )=-0.272 (MPa)第2层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.109 (MPa) 第3层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.032 (MPa)第4层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.146 (MPa)第5层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.088 (MPa)验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 500 mm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求Ap 方案二数据输入 表1-6层位结构层材料名称厚度（mm）20平均抗压量(MPa)标准差(MPa)15平均抗压模量标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4014000200000.4152中粒式沥青混凝土8012000180000.3463密级配沥青碎石15012000140000.3034水泥稳定砂砾？12000120000.2535级配砂砾180200020000.0516新建路基42按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 37.1 (0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 26.2 (0.01mm)由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin时 LS=LD,故弯沉计算已满足要求 . H( 4 )= 200 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 200 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求)H( 4 )= 200 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 200 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )=200 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 200 mm(同时考虑弯沉和拉应力)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 )=-0.228 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )= 0.004 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )= 0.019 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.166 (MPa)验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 500 mm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 。6 沥青路面的设计方案的比较与确定（1）方案一：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 30mm - 中粒式沥青混凝土 850mm - 粗粒式沥青混凝土 70mm - 石灰粉煤灰碎石 200mm -石灰土 - - 214mm土基（2）方案二：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 40mm - 中粒式沥青混凝土 80mm - 密级配沥青碎石 150mm - 水泥稳定砂砾 200mm -级配砂砾 180mm -土基