课程设计的模板

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说明

本工程是川东某高等级公路的路基路面设计，包括了三个部分内容：第一部分为线路部分：其中包括了路线设计，含平面线形设计，纵断面线形设计，横断面设计；第二部分为路基设计，主要是路基标准横断面设计和路基特殊横断面设计，其中主要集中进行路面、路基排水设计、简单的边坡支护处理与景观处理；第三部分是路面设计，进行的是沥青路面设计、水泥混凝土路面设计，并进行方案比选。

设计重点为路面设计，根据日交通量、增长率及高速公路相应等级要求进行设计；在此基础上，选择控制指标，初拟路面结构层，再通过结构计算，验算控制指标，如果指标不满足要求，则重复上述过程，直至满足所有要求为止。

设计主要依据：《公路工程技术规范》、《公路路线设计规范》、《公路路基设计规范》和《公路沥青路面设计规范》等。

第1章交通分析及道路几何设计

一、交通量预测

按交通量调查并依据《公路工程技术标准》1.0.4，以20年作为预测年限。

由给定“近期交通组成与交通量”及《公路工程技术标准》2.0.2，得设计交通量（辆/日）。

查《公路工程技术标准》1.0.3、2.0.5，拟定公路等级、车道数，选择设计车速。

二、路线设计

1）纵坡设计

查《公路工程技术标准》表3.0.16、3.0.17-1、2，定控制点路基面高程。

2）路基宽度

根据公路等级、设计车速、车道数等，查《公路工程技术标准》表3.0.11，确定

公路路基宽度控制指标；查表 3.0.4、3.0.5，定路面宽度，其中，高速公路整体式断面必须设置中间带，中间带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成，其各部分宽度见上述各表。由此，可以得到车道的一般及最小宽度。注意：高速公路右侧硬路肩宽度内需设路缘带。最后绘路基路面断面示意图。

2 路拱坡度

查《公路工程技术标准》5.0.5得沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度，注意路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%~2%。

3路基边坡坡度

由《公路路基设计规范》得知，当H<6m（H—路基填土高度）时，路基边坡按1：1.5设计，当H≥6M时，路基边坡按1：2设计。

5 边沟设计

查《公路路基设计规范》4.2.3得边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.0~1：1.5，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土

质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1：2~1：3，外侧边坡坡度

与挖方边坡坡度相同。边沟具体设计需绘图。

三、路基横断面设计

横断面设计在平面设计、纵断面设计完成后进行，具体步骤如下：

1逐桩绘制横断面地面线，各桩号在图纸从左到右，从下到上的顺序排列，比例一般为1：200。

2逐桩标注相应中桩的填（T）或挖（W）高度、路基宽度、超高（h c）和加宽（B j）的数值。

3用三角板（也可用“帽子板”）逐桩绘出路基横断面设计线，通常用左右路肩边缘连线代替路面的路拱横坡线，然后在按边坡坡度绘出边坡线，与地面线相交得坡脚点（路堤）或坡顶点（路堑）。

4有超高时，应按旋转方式绘出有超高横坡度的路肩边缘连线；有加宽时，按加宽后的路基宽度绘制左右路肩边缘的连线；两者都存在时，按上述方法同时考虑超高、加宽绘出横断面设计线。

四、路基路面排水设计

1路基排水设计

路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽，各类地段排水沟应高出设计水位0~2m以上。

边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为1:1~1:1.5,高速公路的边沟的深度不应小于0.6m，边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于0.5%，边沟可采用浆砌片石，水泥混凝土预制块防护，高速公路当采用M7.5的砂浆强度，边沟长度不宜超过500m，截水沟横断面可采用梯形，边坡视土质而定，一般采用1:10~1:1.5，深度及宽度不宜小于0.5m，沟底纵坡不宜小于0.5%，水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽，应采用浆砌片石或水拧混凝土预制块砌筑，边墙应高出设计水位0.2m以上，其横断面形式为矩形，槽底应做成粗糙面，厚度为0.2~0.4m，混凝土为0.1~0.3m，跃水的台阶高度可采用

0.3~0.6m，台面坡度应为2%~3%，急流槽以纵坡不宜陡于1:1.5，急流槽过长

时应分段修筑，每段长度不宜超过10m。

2、路面排水设计

本公路的路面排水主要采用路肩排水措施，主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟组成以及中央分隔带排水设施组成。

1）路肩排水

设施的纵坡应与路面的纵坡一致，当路面纵坡小于0.3%时，可采用横向分散排水方式将路面水排出路基，但路基填方边坡应进行防护。

路堤边坡较高，采用横向分散排水不经济时，应采用纵向集中排水方式，在硬路肩边缘设置排水带，并通过急流槽将水排出路基。

拦水带可采用水泥混凝土预制块或沥青混凝土筑成，拦水带高出路肩12cm,顶宽8~10cm。急流槽的设置距按路肩排水的容许容量计算确定以20m~50m为宜，急流槽可设置在凹形曲线底部及构造物附近，并考虑到地形、边坡状态及其它排水设施的联接。

2）中央分隔带排水

中央分隔带排水设施由纵向排水沟（明沟、暗沟）、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管等组成。

在设置超高路段，路面水由中央分隔带排水设施排出，在干旱少雨地区，采用凸

形中央分隔带，可设开口明槽，雨水流向下半幅路面排出，开口明槽可采用封闭式，横断面尺寸为高×宽=15cm×20cm，间距宜为3~5m。

中央分隔带纵向排水沟（管）与横向排水管联接时可采用集水井的形式，横向排水管直径一般采用20~60cm水泥混凝土管成塑料排水管，管底纵坡不应小于1%，出口应采取防护措施。

设置超高段的中央分隔带的排水沟可设雨水井，雨水井的设置间距应根据流量计算确定，一般为10~30m。

矩形雨水井尺寸采用长×宽×深=60cm×40cm×60cm，边墙采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑。

相邻雨水井间用直径20~40cm的水泥混凝土管纵向联接，管底最小纵坡不应小于0。3%，雨水井回击雨水可直接排入桥涵或通过横向排水管排出。

多雨地区的中央分隔带，表面不作封闭时，可设地下排水渗沟，排水渗沟两侧可用沥青砂、沥青土工布或粘土封闭，排水渗沟顶与路床顶面齐平，渗沟宜采用直径5cm~8cm的硬塑料管将水引致路基边坡以外。

图？、排水设施示意图

第2章沥青路面设计

铺面结构设计的内容，包括结构组合，厚度确定及方案的经济分析和比较等。

1 设计任务

沥青路面设计的任务是：确定合理的路面等级，选择适合的路面类型，进行结构组合设计、路面材料配合比设计及路面结构计算等。

2设计程序

在掌握了公路沿线的野外调查资料的基础上可以按下列程序进行路面的设计工作：（1）根据设计任务书的要求，确定合理的路面等级和面层类型，计算在设计年限内换算成标准轴载的单车道的累计当量轴次和路表设计弯沉值，容许拉应力值。

（2）确定路基回弹模量值。

（3）确定路面材料的回弹模量值。拟订几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据实测或查表确定各结构层路面材料的回弹模量及设计参数。

（4）根据设计弯沉值计算路面厚度。对于高速公路的沥青混凝土面层和整体性材料基层、底基层应验算其拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，应通过调

整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比以提高极限抗弯拉强度后再重新计算。

（5）进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。

3设计原则

沥青路面结构层厚度计算

铺面厚度结构设计是在结构组合设计的基础上，通过结构分析确定确定所需的厚度，同时利用结构分析也可了解铺面结构的应力和位移状况，从而判断结构层组合的合理性，并进行相应的了解。

1设计标准和计算图式

我国现行沥青路面设计规范采用以下三项设计标准确定路面结构所需厚度：

(1)路面结构表面在双轮荷载作用下轮隙中心处的弯沉值不大于设计（容许）弯沉值；

(2)沥青面层底层的最大拉应力不大于该层混合料的容许拉应力；

(3)半刚性基础或底基层的最大拉应力不大于该层材料的容许拉应力。

其计算图式如下：

图、沥青路面设计计算模式

2路面设计弯沉值

（1）路面设计弯沉值根据公路等级，按设计年限内累计标准当量轴次，结合面层和基层的类型，根据下式计算确定：

l

d =600N

e

-2.0A

c

A

s

A

b

式中 l

d

—路面设计弯沉值（1/100mm）

N

e

—设计使用年限内一个车道上累计当量轴次，参见式

A

c

—公路等级系数，高速公路、一级公路1.0,二级公路1.1级，三级公路1.2

A

s

—路面类型系数，沥青混凝土面层1.0，沥青碎石和沥青贯入式路面1.1，沥青表面处治1.2

A

b

—基层类型系数，对半刚性基层1.0，柔性基层1.6

N e =

[]

η

γ

γ

1

365

1

)

1(

N

t?

-

+

式中 t—设计年限（年）

γ—设计年限内交通量的平均年增长率（%）

η—车道系数：单车道1.0;双车道有分隔带0.5

双车道无分隔0.6-0.7;四车道0.4-0.5;六车道0.3-0.4

N

1

—路面竣工后第一年双向日平均当量轴次（次/日）

其中，①当以设计弯沉为指标及沥青层层拉应力验算时，凡轴载大于25kN

的各级轴载（包括车辆的前、后轴）P

i 的作用次数N

i

应按下式换算成标准

轴P=100KN的当量作用次数N

1

N 1=

35

.4 1

2

1

?

?

?

?

?

∑

=

P

P

N

C

C i

k

i

i

式中 N

i

—被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）

P

i

—被换算车型的各级轴载

C 1—轴载系数C

1

=1+1.2（m-1）,m轴数

C

2

—轮组系数：双轮组为1.0；单轮组为6.4；四轮组为0.38

②当进行半刚性基层地面拉应力验算时，凡轴载大于5kN的各级轴载（各级车辆的前、

后轴）P

i 作用次数NI，均应按下列换算成标准轴P=100kN的当量作用次数N

i

N

i

=∑

=

?

?

?

?

?

k

i

i

i P

P

N

C

C

1

8

2

1

式中 C

1—轴数系数C

1

=1+2（m-1）

C

2

—轮组系数：双轮组1.0,单轮组18.5,四轮组0.09

（2）容许拉应力

沥青混凝土面层或半刚性基层、底基层在进行层底拉应力验算时，结构层的拉应

力σ

m

应小于或等于该层材料的容许抗拉强度，即：

σm ≦σR

容许抗拉强度按下式计算：

σR =s

sp

K σ

式中 σR —路面结构层材料的容许抗拉强度（MP a ）

σsp —路面结构层材料的劈裂强度（MPA ），对沥青混凝土为15℃时的劈裂强度，对水泥稳定类材料龄期为90d ；对二灰稳定类材料龄期为180d 的劈裂强度 K S —抗拉强度结构系数；对沥青混凝土面层：

K s =0.09A g N e

0.22

/A c

对无机结合料稳定粒料类：K S =0.35N e 0.11/A c 对无机结合料稳定细粒土类：K S =0.45N e 0.11/A c

其中 A g —沥青混凝土级配系数，细粒、中粒式A g =1.0；粗粒式A g =0.9 （3）容许剪应力

容许剪应力可按下式来计算

v

R K τ

τ=

式中 τR —沥青混合料面层材料的容许剪应力（MP a ） τ—沥青混合料面层材料的剪切强度（MP a ）

?

στ?

στtg C tg C a d a +=+=

式中 C 、φ—材料的粘结力（MP a ）和内摩阻角（°）

C d —材料的动载粘结力（MP a ），一般为C 的两倍 σa —破裂面上正应力（MP a ）()()[]?σσσσσsin 2

1

3131--+=

a K v —沥青混和料面层剪切结构强度系数，缓慢制动时（f=0.2）时

()r e

v A N K /33.015

.02.0=

N e —停车站或交叉口设计年限内同一位置停车的标准轴载累计次数

A r —道路分类系数：快速路0.85，主干路1.0，次干路1.1，支路1.2，紧急

制动（f=0.5）时，K v =1.2/A r

3路面厚度计算

沥青铺面结构工程所需的厚度的设计，可参照下述步骤进行：

(1)根据交通调查和预测数据，计算设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数； (2)根据道路等级和交通繁重程度，确定铺面等级和面层类型。

(3)按路基土质和干湿类型，将路基划分为若干路段，分别确定各路段的土基回弹模量。

(4)根据各项原则，并参考设计和使用经验，拟定几种铺面结构层组合和厚度方案。 (5)对所选的各结构材料类型，进行混合料配合比设计和经验，并测定其强度和回弹模量，以确定相应的设计值。

(6)由设计轴次Nc 和劈裂强度fsp,计算确定容许拉应力值.

(7)应用层状体系结构分析软件及各结构材料的设计参数,对各铺面结构层组和厚度方案进行标准轴载作用下各计算点的表面弯沉和层底拉应立计算;

(8)对比计算值和相应的容许值,由此确定结构层组合和厚度方案的合理性,并进行相应的调整和方案选择.

路面厚度是根据多层弹性理论，层间接触条件为完全连续体系，在双圆均布荷载作用下轮隙中心路表弯沉值小于或等于设计弯沉值进行计算，即

d s l l

路面弯沉值采用相关软件，或简化成三层结构进行计算

沥青路面计算设计表示例

轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

车型名 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 ………………………………………………. 1.1、设计标准

设计年限 15 车道系数 ？ 按设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算:

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 设计年限内一个车道上累计当量轴次 :

路表容许弯沉（设计弯沉值）： 面层底容许拉应力：

按半刚性基层层底拉应力验算:

路面竣工后第一年日平均当量轴次 :

设计年限内一个车道上累计当量轴次 :

基层底容许拉应力： 底基层底容许拉应力：

公路等级 高速公路

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 中粒式沥青混凝土 2 粗粒式沥青混凝土 3 石灰水泥碎石 4 石灰土

6 天然砂砾 。。。。。。。。。。。。。。。

第3章、水泥路面结构层设计

1轴载分析

路面设计双轮组单轴载100KN

⑴ 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。 ① 轴载换算：

16

1100∑=?

??

??=n

i i i i s P N N δ 式中 N s —100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数

P i —单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组

轴型i 级轴载的总重KN

N i —各类轴型i 级轴载的作用次数 n —轴型和轴载级位数

δi ——轴—轮型系数，单轴—双轮组时，δi =1；单轴—单轮时，

按式δi =2.22×103P i -0.43计算；双轴—双轮组时，按式δi =1.07×10-5P i -0.22；三轴—双轮组时，按式δi =2.24×10-8P i -0.22计算。

注：轴载小于40KN 的轴载作用不计。

2确定交通等级

l s sl N N ββ=

式中 sl N —路段日标准轴载作用次数，次/日

β

—方向分配系数，取0.5-0.6

l

β—车道分配系数，单车道/方向取 1.0；双车道/方向取0.8-1.0；3车道/方向取0.6-0.8；具体数值依据交通情况和车道数，通过调查确定。

表 道路交通等级与设计年限

交通等级

设计年限

交通等级

设计年限

特重 30 重 30 中等

20

轻

20

3确定设计使用年限与累轴载作用次数

γγη/]1)1[(365-+=t sl e N N

式中 sl N —使用初期设计车道标准轴载作用次数，次/日

γ

—通量年平均增长率（%），由调查确定 T

—使用年限，年

η

—轮迹横向分布系数，按下表取值

表 轮迹横向分布系数

公路等级

纵缝边缘处 高速公路、一级公路 0.17—0.22 二级、三级、四级公路

行车道宽度﹥7m 0.34—0.39 行车道宽度≤7m

0.54—0.62

注：车道或行车道窄或交通量较小，取高值；反之，取低值。

4综合影响系数

综合影响系数考虑了由于超过额定载重和载重在各侧车轮上分配的不均匀性在行驶过程因路表不平整和车辆自振所引起的变动，以及路面结构厚度和材料性质的变异等因素对路面疲劳损坏的影响，它实际上是安全系数。 表8 综合影响系数

交通等级

特重

重 中等 轻

c

k 1

.45

1.

35

1

.20

1

.05

5确定基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量

在水泥混凝土路面设计理论中，把混凝土面板下的基层、垫层和土基看做一层考虑，故设计时应将基层、垫层和土基换算成与土基相当的一层，其强度用基层顶面的当量回弹模量来表示。 （1）基层顶面的当量回弹模量

t

E 的计算：

①根据土类、自然区划和路基干湿状态，确定土基的回弹模量0E

②根据已拟定的路面结构层的类型，厚度和材料组成，确定各结构层的回弹模量i E

③根据 01/E E 和基层厚度h 查图确定 01/E E t 的值K ，01KE E t =。如有多层，可以此类推，求得 2t E , 3t E ,……, tn E （2）确定基层顶面当量回弹模量的计算：

t tc nE E =

式中 系数，计算荷载应力时，按下式确定：

8.03)/(10718.1t c E hE n

-?=

其中 h —土面板的厚度，cm

t E —顶面的当量回弹模量，a MP

c E —土弯拉弹性模量，a MP 注：计算温度应力时，35.0=n

6荷载应力分析

轴载作用于纵缝边缘中部时，板内产生的最大应力可应用有限元法进行计算。应力大小同轴载大小、面板厚度、混3凝土弹性模量和基层顶面回弹模量等因素有关。标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力

ps c f r pr K K K σσ=

式中 ps σ—轴载在临界荷位产生的未考虑接缝传荷能力的荷载应力，a MP

r K —接缝传荷能力的应力折减系数

f K —计使用年限内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数

Kc —超载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数

（1）ps σ的计算

26.0077.0-=h r ps σ

式中 r —结构的相对刚度半径，cm;按下式计算

3

1)(

537.0t

c

E E h r =

h —的厚度，cm

（2）K r 的计算

混凝土路面的接缝具有一定的传荷能力。纵缝有三种形式：不设拉杆的平缝或假缝，设拉杆的平缝或假缝，设拉杆的企口缝。纵缝为拉杆的平缝或缩缝时，应力折减系数 r K 可取0.92—0.87（刚性和半刚性基层去低值，柔性基层取高值）；不设拉杆的平缝或自由边，r K 可取为1.0 （3）f K 的计算

混凝土路面承受行车荷载的重复疲劳作用，其疲劳应力系数可按下式确定；

e

e

f N K 0516

.0=

7 温度应力计算

混凝土面板内的温度沿其截面呈非线性分布。一方面使混凝土面板由于板顶和板底的温度差而产生翘曲应力，另一方面由于板截面的平面变形产生内应力。温度梯度作用在板边缘中点产生温度疲劳应力，可按式确定：

tm t t K σσ=

式中 tm σ—温度梯度时混凝土面板的温度应力，a MP

f K —温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数

（1）tm σ的计算

最大温度梯度时混凝土面板的温度应力 ，按下式计算；

2/x g c c tm K hT E ασ=

式中 c α—土的线性膨胀系数，通常取C ?-?/1015

c E —土抗拉弯弹性模量，a MP

h —土板的厚度，cm

g

T —地区混凝土面板的最大温度梯度(cm C /?

)，按下表取值

表 混凝土面板的最大温度梯度

公路自然区划

Ⅱ Ⅴ Ⅲ Ⅳ Ⅵ Ⅶ g

T (cm C /?

)

0.83-0.88

0.90-0.95

0.86-0.92

0.93-0.98

Kx ----考虑温度沿板厚非线性分布的温度应力系数，Kx 的计算可按板长

L 与板相对刚度半径r 的比值r L /和板厚h 由图确定。

（2）t K 的计算

混凝土的温度疲劳应力系数t K ，按所在地区公路自然区划和最大应力与混凝土设计弯拉强度的比值cm tm f /σ，由表确定。

8板厚计算 （1）初估板厚

各交通等级的初估厚度参照下表所列范围选取，最小厚度为18cm. 表 初估板厚 交通等级 特重 重 中等 轻 初估板厚h i (cm)

﹥25

23--25

21—23

﹤21

（2）板厚的确定按路面所承受的交通等级，参照上表选择初估厚度，分别求得荷载疲劳应力和温度疲劳应力。当两者之和不大于混凝土设计弯拉强度f cm 的103%和不低于f cm 的95%时，则初估板厚可作为设计板厚。否则，应改选初估板厚，或改变板的平面尺寸，重新计算直到满足上述要求。

水泥混凝土路面设计表

设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计

公路等级: 高速公路

变异水平的等级: 低级

可靠度系数: 1.33

面层类型: 普通混凝土面层

序路面行驶单轴单轮轴载单轴双轮轴载双轴双轮轴载三轴双轮轴载交通量

号车辆名称组的个数总重组的个数总重组的个数总重组的个数总重

(kN) (kN) (kN) (kN)

1 单后轴货

2 日野KB222

3 解放CA10B …………………………………………………………………………..

行驶方向分配系数车道分配系数

轮迹横向分布系数交通量年平均增长率

混凝土弯拉强度混凝土弯拉模量

混凝土面层板长度地区公路自然区划

面层最大温度梯度接缝应力折减系数

基(垫)层类型----新建公路土基上修筑的基(垫)层

层位基（垫）层材料名称厚度(mm) 回弹模量(MPa)

1 水泥稳定粒料

2 石灰粉煤灰土

3 土基

基层顶面当量回弹模量

设计车道使用初期标准轴载日作用次数：

路面的设计基准期：

设计基准期内标准轴载累计作用次数：

路面承受的交通等级：

基层顶面当量回弹模量：

混凝土面层设计厚度：

验算路面防冻厚度：

路面最小防冻厚度：

新建基(垫)层总厚度：

第四章设计方案比较

沥青路面与水泥路面经济指标对比（略）。第五章沿线设施

1交通安全设施

2交通管理设施

3防护设施

4服务设施

5公路管理房屋

6绿化

第六章结论

主要参考文献