路基路面工程课程设计

路基路面工程课程设计计算书班级：张三姓名：李四学号：王五一、原始资料某高速公路地处公路自然区划Ⅱ区，土基干湿类型为中湿。

由交通调查某公路竣工初年的交通组成如下表，预测交通增长率为8％。

二、沥青混凝土路面设计1、轴载分析根据设计规范，公路等级为高速公路，设计年限取为15年，按双向四车道设计，车道系数是0.40-0.50，取0.45。

将交通组成数据输入东南大学HPDS2011软件，获得累计当量轴次及交通等级：当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次为321万次，属中等交通等级。

当以半刚性材料结构层层底拉应力为指标时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次为277万次，属轻交通等级。

一个车道上大客车以及中型以上各种货车的日平均车数为418辆，属轻交通等级。

依据我国沥青路面交通等级划分规定，该高速公路为中等交通等级。

2、初拟路面结构组合设计根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了两个结构组合方案。

根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量一集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：柔性基层沥青路面细粒式沥青混凝土AC-13（4cm）+中粒式沥青混凝土AC-20（6cm）+密级配沥青碎石ATB-30（14cm）+贯入式沥青碎石（厚度待定）+级配碎石（20cm），以贯入式沥青碎石为设计层。

方案二：半刚性基层沥青路面细粒式沥青混凝土AC-13（4cm）+中粒式沥青混凝土AC-20（6cm）+粗粒式沥青混凝土AC-25（8cm）+水泥稳定碎石（厚度待定）+水泥石灰砂砾土（20cm），以水泥稳定碎石为设计层。

3、各层材料抗压模量与劈裂强度确定高等级公路规范规定材料设计参数需试验确定，本课程设计由于条件限制，材料设计参数直接取用沥青路面设计规范中建议数值，得到各层材料抗压模量与劈裂强度。

资料汇总4、土基回弹模量确定区，粉质土，路基处于中湿状态，稠度取为 1.0，查《二级该路段处于Ⅱ2自然区划各土组土基回弹模量参考值表》得土基回弹模量为29MPa，根据《公路沥青路面设计规范》规定，土基回弹模量应大于30MPa，取31MPa。

5、路面结构层厚度确定确定（1）方案一的结构厚度确定该结构为柔性基层沥青路面，公路等级系数为1.0，面层系数为1.0，路面结构类型系数为1.6，设计弯沉值为48.00（0.01mm）。

利用东南大学HPDS2011软件计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为7.4cm，同时满足层底拉应力要求。

设计厚度取贯入式沥青碎石层为8cm。

各结构层验算结果见下表。

结构厚度计算结果（2）方案二的结构厚度确定该结构为半刚性基层沥青路面，公路等级系数为1.0，面层系数为1.0，路面结构类型系数为1.0，设计弯沉值为30.00（0.01mm）。

利用东南大学HPDS2011软件计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为16.1cm；满足层底拉应力要求的结构层厚度为23.4cm。

设计厚度取水泥稳定碎石层为24cm。

各结构层验算结果见下表。

结构厚度计算结果6、方案确定方案一沥青层厚度24cm，总厚度为52cm；方案二沥青层厚度18cm，总厚度62cm。

考虑建设成本和实际需求，选择方案二作为最终方案。

7、路面结构图绘制路面结构图、中央分隔带细部构造图、路缘石大样图及工程数量统计表。

三、水泥混凝土路面设计1、交通量分析根据水泥混凝土路面设计轴载换算方法，忽略小客车和车辆前轴对路面结构计算的影响，计算各车型的轴载换算系数16100i i P δ⎛⎫⎪⎝⎭，得到标准轴载作用次数见下表：2、累计当量轴次计算根据现行《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002），次路面设计基准期为30年，交通量方向系数取为0.5，交通量车道系数为0.7，车辆路基横向分布系数选为0.22，计算设计年限累计当量轴次为：()()304113650.50.9726.6210.0813650.220.50.90.0829.710ts r e rN g N g η⎡⎤+-⨯⎣⎦=⨯⨯⨯⎡⎤⨯+-⨯⎣⎦=⨯⨯⨯=⨯因此，可以判断该水泥混凝土路面交通为中等交通等级。

3、初拟路面结构组合设计根据公路等级、路基干湿状态、公路交通等级及所在地区的气候条件、材料调查，拟定面层采用普通混凝土路面结构，厚度初定为26cm ；基层采用石灰粉煤灰稳定粒料20cm ，底基层采用级配碎石20cm 。

4、路面分块布置与接缝设计拟定行车道混凝土板的平面尺寸为4.5 5.0m m ⨯，两侧硬路肩与行车道之间砌筑水泥混凝土路缘石，硬路肩与行车道采用相同面层厚度。

在设计中，横向施工缝为设传力杆平缝，横向缩缝为设传力杆的假缝，在邻近桥梁或固定建筑物处，或与其他类型路面相连处、小半径曲线和纵坡变换处，应设置横向胀缝。

纵缝施工缝和缩缝均为设拉杆的平头缝。

纵缝与横缝尽可能垂直正交，避免板块形成错缝和锐角形式。

5、混凝土面板弯拉应力及厚度设计 （1）基层顶面当量回弹模量根据自然区划、干湿状态和土基组成，取土基顶面回弹模量040E MPa =。

查《规范》附录E ，取石灰粉煤灰稳定粒料回弹模量11750E MPa =，级配碎石底基层回弹模量2215E MPa =。

()()2222112222221212331211221122213320175020215982.5202011121242020175020600201112124175020600205.140.3976.221x x x h E h E E MPa h h h h h E h E D E h E h MN mh ma --+⨯+⨯===+++⎛⎫=+++ ⎪⎝⎭+⨯⨯⎛⎫=++⨯+ ⎪⨯⨯⎝⎭=⋅====0.450.4500.550.55013130.75200982.51.51 6.221 1.51 3.99640982.51 1.441 1.440.75240982.53.9960.3974023240x x bx t x E E E b E E E ah E MPaE ----⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥-=⨯-⨯=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦⎛⎫⎛⎫=-=-⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫==⨯⨯⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭（2）荷载疲劳应力根据《规范》中相关规定，中等交通等级的水泥混凝土弯拉强度标准值为4.5r f MPa =,相应抗压强度取35.8MPa ，弯拉弹性模量取29c E GPa =。

计算混凝土相对刚性半径为：1313290000.5370.5370.260.698232c t E r h m E ⎛⎫⎛⎫==⨯⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭临界荷位处产生的荷载应力为：0.6020.6020.0770.0770.6980.260.918ps r h MPa σ--==⨯⨯=因为纵缝为设拉杆的平头缝，接缝传荷能力的应力折减系数0.87r K =。

按公路等级，偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数取 1.30c K =。

计算疲劳应力系数为：()0.057429.7101.799vf eK N ==⨯=计算临界荷位作用下混凝土板荷载疲劳应力为：0.87 1.799 1.300.918 1.868pr r f c ps K K K MPa σσ==⨯⨯⨯=（3）温度疲劳应力自然区划Ⅱ2区的最大温度梯度取88/m g T =℃，温度线膨胀系数取51.010/c α-=⨯℃，板长为5m ， 5.07.1630.698l r ==，查《温度应力系数图》得0.26h m =，0.60x B =。

计算最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：5110290000.26880.60 1.99122c c gtm x E hT B MPa ασ-⨯⨯⨯⨯==⨯=在自然区划Ⅱ2区中，回归系数0.8280.041 1.323a b c ===，，， 温度疲劳应力系数为：1.3234.5 1.9910.8280.0410.5441.991 4.5c tm r t tm r f K a b f σσ⎡⎤⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥=-=⨯⨯-=⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦计算温度疲劳应力为：0.544 1.991 1.083tr t tm K MPa σσ==⨯=（4）综合疲劳应力验算根据《规范》规定，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平为低级，目标可靠度为95%，确定可靠度系数 1.20r γ=。

验算：()()1.20 1.868 1.083 3.541r pr tr MPa MPa γσσ+=⨯+=<4.5因而，所选用普通混凝土面层厚度26cm 可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

6、方案确定根据《规范》规定，水泥混凝土面层的设计厚度依据计算厚度加6mm 磨耗层后，按10mm 向上取整。

最终确定面层采用普通混凝土路面结构，厚度为27cm ；基层采用石灰粉煤灰稳定粒料20cm ，底基层采用级配碎石20cm 。

7、路面补强设计 （1）边缘钢筋采用直径14mm 的螺纹钢筋，设在板的下部11~43h h （h 为混凝土板厚），且距离边缘和板底厚度均不小于5cm ，两根钢筋的间距不应小于10cm 。

纵向边缘钢筋只设在一块板内，不穿过缩缝，以免妨碍板的翘曲。

为加固锚固能力，钢筋两端应向上弯起。

（2）角隅钢筋设在胀缝两侧板的角隅处，用两根直径14mm 长2.4m 的螺纹钢筋弯成需要的形状，角隅钢筋设在板的上部，距板顶面不小于5cm ，距胀缝和板边缘各为10cm 。

8、设计图纸绘制路面结构图、中央分隔带大样图、道牙构造图、路肩大样图、横纵缝平面布置图及接缝构造和补强设计详图。