路基路面工程课程设计沥青路面结构设计.pdf

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1、 1 路基路面工程课程设计说明书 目录 轴载计算.2 1.1 代表轴载见 2-1 表.2 1.2 轴载换算.2 1.2.1 当以设计弯沉值为指标和沥青层的层底拉力验算.2 ni各种被换算车辆的作用次（次/日）.2 1.3 计算设计年限内一个车道上累计当量轴次.5 2 初拟路面结构.5 3 路面材料配合比设计和设计参数的确定.6 3.1 材料的确定.6 3.2 路面材料抗压回弹模量的确定.6 3.2.1 沥青材料抗压回弹模量的确定.6 3.2.2 半刚性极其他材料抗压回弹模量的确定.6 3.3 材料劈裂强度的测定.7 4 验算拟定方案.7 4.1 计算各方案的弯沉值.7 4.2 抗拉强度结构系数

2、 Ks 及容许拉应力R 计.7 4.3 设计方案验算.8 中湿路段 E0=35MPa.8 潮湿路段 E0=25MPa.14 5 验算防冻层厚度.19 6 方案比选.19 致谢.20 主要参考资料.20 2 1 轴载计算1.1 代表轴载见 2-1 表 表 2-1 汽车车型 前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数 后轴轮组数 后轴距（m）交通量（辆/d）东风 EQ140 23.70 69.20 1 2 0 600 东风 SP9250 50.70 113.30 3 2 4 450 解放 CA10B 19.40 60.85 1 2 0 100 黄河 JN150 49.00 101.60 1 2 0 350

3、 黄河 JN162 59.50 115.00 1 2 0 900 黄海 DD680 49.00 91.50 1 2 0 350 江淮 AL6600 17.00 26.50 1 2 0 500 1.2 轴载换算 轴载换算以弯沉值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的层底拉力为设计标准 1.2.1 当以设计弯沉值为指标和沥青层的层底拉力验算35.4211PPnCCiiiN式中：N标准轴载的当量轴次（次/日）ni各种被换算车辆的作用次（次/日）P标准轴载（kN）Pi各种被换算车型的轴载（kN）C1轴数系数 C2论组系数，双轮组为 1，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38 当轴间距大于 3m 时，按单独的一

4、个轴计算，此时轴系数为 1，当轴间距小于3m 时，双轴或多轴按 C1+1.2（m-1）计算，m 为轴数。K3 前轴 车型 前轴数 C1 C2 ni（次/日）P1(kN)P(kN)N 东风 EQ140 1 1 6.4 600 23.7 100 7.320 东风 SP9250 1 1 6.4 450 50.7 100 150.030 解放 CA10B 1 1 6.4 100 19.4 100 0.511 黄河 JN150 1 1 6.4 350 49 100 100.601 黄河 JN162 1 1 6.4 900 59.5 100 601.965 黄海 DD680 1 1 6.4 350 49

5、100 100.601 江淮 AL6600 1 1 6.4 500 17 100 1.437 累计 962.4674 后轴 车型 后轴数 后轴轮组数 C1 C2 Ni(次/日）P1(kN)P(kN)N 东风 EQ140 1 2 1 1 600 69.2 100 120.952 东风 SP9250 3 2 1 1 3450 113.3 100 2323.988 解放 CA10B 1 2 1 1 100 60.85 100 11.522 黄河 JN150 1 2 1 1 350 101.6 100 375.021 黄河 JN162 1 2 1 1 900 115 100 1653.020 黄海 D

6、D680 1 2 1 1 350 91.5 100 237.821 江淮 AL6600 1 2 1 1 500 26.5 100 1.549 累计 4723.873 N1=4723.87+962.46=5686.29 1.2.2 当进行以半刚性层底拉应力为设计指标 8211PPnCCiiiNK4 C1轴数系数C2轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组 18.5，四轮组 0.09 对于轴间距小于 3m 的双轴或多轴的轴数系数按)1(11mC计算，m 为轴数前轴 车型 前轴数|C1 C2 ni（次/日）P1(kN)P(kN)N 东风 EQ140 1 1 18.5 600 23.7 100 0.110

7、东风 SP9250 1 1 18.5 450 50.7 100 36.345 解放 CA10B 1 1 18.5 100 19.4 100 0.004 黄河 JN150 1 1 18.5 350 49 100 21.518 黄河 JN162 1 1 18.5 900 59.5 100 261.547 黄海 DD680 1 1 18.5 350 49 100 21.518 江淮 AL6600 1 1 18.5 500 17 100 0.006 累计 341.050 后轴 车型 后轴数 后轴轮组数 C1 C2 Ni(次/日）P1(kN)P(kN)N 东风 EQ140 1 2 1 1 600 69.

8、2 100 31.550 东风 SP9250 3 2 1 1 3450 113.3 100 3665.836 解放 CA10B 1 2 1 1 100 60.85 100 1.880 黄河 JN150 1 2 1 1 350 101.6 100 397.391 黄河 JN162 1 2 1 1 900 115 100 2753.121 黄海 DD680 1 2 1 1 350 91.5 100 171.964 江淮 AL6600 1 2 1 1 500 26.5 100 0.012160 累计 7021.753 5 N1=314.05+7021.75=7335.8 1.3 计算设计年限内一个车

9、道上累计当量轴次=（1 ）1 3651年份 增长系数*365*第一年到本年份增长系数的积 1 1 182.5 2 1.08 197.1 3 1.08 212.868 4 1.08 229.8974 5 1.08 248.2892 6 1.07 265.6695 7 1.07 284.2663 8 1.07 304.165 9 1.07 325.4565 10 1.07 348.2385 11 1.05 365.6504 12 1.05 383.9329 13 1.05 403.1296 14 1.05 423.2861 15 1.05 444.4504 合计：4618.9 Ne=N14618.

10、9=2.63107 Ne=N14618.9 换算方法 沥青层的层底拉力验算时 半刚性材料的层底拉力验算时 累计交通轴次 2.63107 3.39107 可知，为特重交通等级。2 初拟路面结构结合已有工程经验与经典构造，拟定了两个结构方案，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因素，初步确定路面结构组合与各厚度如下：方案一：4cm 细粒式 SMA 7cm 中粒式 AC 10cm 粗粒式 AC 粗粒式 ATB 基层 18cm 级配碎石 以沥青稳定碎石基层为设计层。方案二：5cm 细粒式 AC 6cm 中粒式 AC 6 9cm 粗粒式 ATB 25cm 水泥稳定碎石 水泥石灰

11、砂砾土 以水泥石灰砂砾土为设计层。3 路面材料配合比设计和设计参数的确定3.1 材料的确定 刚性材料、柔性材料取自沿线料场集合料沥青选自 A 级 90 号，技术指标符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）相关规定。3.2 路面材料抗压回弹模量的确定 3.2.1 沥青材料抗压回弹模量的确定 拟定 20和 15的抗压回弹模量，见表 3-1 沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值表 3-1 材料名称 20抗压回弹模量（Mpa）15抗压回弹模量（Mpa）Ep标准差 2EpEp标准差 2Ep2EpEpaE代P细粒式 SMA 2000 180 1640 1800 300 1200 2600 细粒

12、式沥青混凝土 1700 150 1400 2100 340 1420 2780 中粒式沥青混凝土 1600 150 1300 1900 180 1540 2260 粗粒式沥青混凝土 1450 50 1350 1850 60 1730 1970 密集配沥青碎石 1200 150 900 1300 150 1000 1300 3.2.2 半刚性极其他材料抗压回弹模量的确定拟定材料抗压回弹模量，见表 3-2 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 表 3-2 材料名称 抗压模量（Mpa）Ep方差 2Ep2EpEp代水泥稳定碎石 3000 780 1640 4760 水泥石灰砂砾土 1590

13、250 1090 2090 级配碎石 400 7 3.3 材料劈裂强度的测定 根据路基路面表 14-15 和表 14-16 确定材料劈裂强度，见表 3-3 路面材料劈裂强度表 3-3 材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 密集配沥青碎石 水泥稳定碎石 水泥石灰砂砾土 SMA 劈裂强度 1.2 1.0 0.8 0.6 0.6 0.4 1.6 4 验算拟定方案4.1 计算各方案的弯沉值 路面的弯沉值ld由下式求出AAANlBSCed2.0600式中：ld设计弯沉值（mm）Ne设计年限内一个车道累计当量标准轴载通过次数AC公路等级系数，高速公路、一级公路取 1.0，二级公路

14、为 1.1，三四级公路为 1.2AS面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或灌入式路面、理清处治为 1.1AB路面结构系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为 1.0，柔性基层沥青路面为 1.6，若基层由柔性材料和半刚性材料组合而成，则位于两者之间，通过线性内插决定。表 4-1 各方案弯沉值 方案 基层类型 ACASABLD=600Ne-0.2 AC AS AB一 柔性 1 1 1.6 33.6 二 半刚性 1 1 1.1 21.0 4.2 抗拉强度结构系数 Ks 及容许拉应力R 计 0.22s0.09/ecKNA（沥青混凝土面层）0.11s0.35/ecKN

15、A（无机结合料稳定集料）0.11s0.45/ecKNA（无机结合料稳定细粒土）sspRK8 序号 结构层材料名称 Ne AC劈裂强度 Ks值 容许拉应力(MPa)1 细粒式沥青混凝土 2.63107 1 1.2 3.86 0.31 2 中粒式沥青混凝土 2.63107 1 1.0 3.86 0.26 3 粗粒式沥青混凝土 2.63107 1 0.8 3.86 0.21 4 SMA 2.63107 1 1.6 3.86 0.41 5 密集配沥青碎石 2.63107 1 0.6 3.86 0.16 6 水泥稳定碎石 3.39107 1 0.5 2.36 0.21 7 水泥石灰砂砾土 3.39107

16、 1 0.4 2.03 0.20 4.3 设计方案验算 中湿路段 E0=35MPa方案一验算：结构厚度计算结果 序号 结构层材料名称 20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应力（Mpa）均值 标准差 均值 标准差 1 细粒式SMA 2000 180 1800 60 1.6 4 0 0.41 2 中粒式沥青混凝土 1600 150 1900 105 1.0 7 0 0.26 3 粗粒式沥青混凝土 1450 50 1850 300 0.8 10 0.039 0.21 4 粗粒式ATB 1200 150 1300 110 0.6 18 0

17、.108 0.16 5 级配碎石 400 0 400-18-6 土基 35 0-9 单轴双轮组 aMPP7.0 cm65.10 MPaE20001cmh41=MPaE16002MPaE350弯沉修正系数5742.0)7.035()65.1020006.33(63.1)()2000(63.136.038.036.0038.0PELFs800.02000160012EE376.065.104=hh查表得，70.6 又0218.016003520EE得43.11K12121000EFKKPLs=dSLL=83.05742.043.170.665.107.021000200060.3321000112

18、FKPELKd由2K及20EE，h查表得8.3HmHc86.4365.108.38.3cmhEEhhHKkk86.431.106.947160040018160016004h160014501074.24.24.24.22532得cmh5.174故粗粒式ATB厚度为cm182）结构层底拉应力验算(1)细粒式SMA拉应力cmhh41=，MPaEE180011，MPaEE190022cmEEhHKKk26.30190040018190013001819001850101900190079.09.09.09.09.0252 05.112EE，0291.020EE，376.0=h，91.265.102

19、6.30H110 查表得，0 即沥青上面层层底受压应力(2)中粒式沥青混凝土层底拉应力cmEEhhKKK89.10190019007190018004221cmEEhHKKk5.3130.42.1710185040018185013001818501850109.09.09.09.035391.01900185012EE,028.018503520EE,066.156.1089.10h,109.365.105.31H查表得，0，所以 0(3)粗粒式沥青混凝土底拉应力验算 cmEEhhKKK342.2110396.7946.31850185010185019007185018004331,130

20、0,18504231MPaEEMPaEEcmEEhHKKk859.22859.41813004001813001300189.09.09.0454004.265.10342.21,11.265.10859.22,027.0130035,702.0185013002012hHEEEE查图得，5.0,6.1,07.021mm=0.7 0.07 1.6 0.5=0.039满足要求(4)粗粒式ATB层底拉应力验算cmEEhhKKK097.4318929.11462.8706.413001300181300185010130019007130018004441,400,13005241MPaEEMPaE

21、Ecm18H 028.465.10097.43,704.165.1018,09.040035,307.013004002012hHEEEE11 查图得，9.0,23.1,14.021mm=0.7 0.14 1.23 0.9=0.108满足要求(5)级配碎石层底拉应力满足验算方案二 结构厚度计算结果 序号 结构层材料名称 20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应力（Mpa）均值标准差 均值 标准差 1 细粒式沥青混凝土 1700 150 2100 340 1.2 4 0 0.31 2 中粒式沥青混凝土 1600 150 1900 10

22、5 1.0 6 0 0.26 3 粗粒式ATB 1200 150 1300 110 0.6 9 0.001 0.16 4 水泥稳定碎石 3000 780 3200 780 0.6 25 0.179 0.21 5 水泥石灰砂砾土 1590 250 1590 250 0.4 20 0.046 0.20 6 土基 35 0-单轴双轮组 aMPP7.0 cm65.10 MPaE17001cmh51MPaE16002MPaE350 弯沉修正系数4802.0)7.035()65.1020000.21(63.1)()2000(63.136.038.036.0038.0PELFs 12 94.01700160

23、012EE 375.065.1041hh 查表得，80.5 又024.016003520EE 查表得64.11K 12121000EFKKPLs=dSLL=522.0482.064.180.565.107.021000170000.2121000112FKPELKd 由2K及20EE，h查表得4.5H mHc5.5765.104.54.5 cmEEhhHKkk5.57h8.01.3168.7619001590h1900320025190013009654.254.24.24.22532得cmh1.164 故水泥石灰砂砾土厚度为cm20 2）结构层底拉应力验算(1)细粒式沥青混凝土层底拉应力 c

24、mhh41，MPaEE210011，MPaEE190022 cmEEhHKKk47.75190015902019003200251900130091900190069.09.09.09.09.0252 9.012EE，02.020EE，376.0=h，92.665.1047.75H 查表得，0 即沥青上面层层底受压应力 (2)中粒式沥青混凝土层底拉应力 cmEEhhKKK21.10190019006190021004221 13 cmEEhHKKk3.10226.250.689130015902013003200251300130099.09.09.09.0353 684.0190013001

25、2EE,018.019003520EE,086.156.1047.11h,60.965.103.102H 查表得，0 所以 0(3)粗粒式ATB底拉应力验算 cmEEhhKKK33.219256.708.5130013009130019006130021004331,3200,13004231MPaEEMPaEEcmEEhHKKk41.7986.328130032002013001300259.09.09.0354 061.265.1033.21,46.765.1041.79,008.0320035,46.2130032002012hHEEEE 查图得，9.0,59.1,001.021mm =

26、0.7 0.001 1.59 0.9=0.001 满足要求 (4)粗粒式ATB层底拉应力验算 cmEEhhKKK56.412510.821.525.33200320025320013009320019006320021004341,1590,32005241MPaEEMPaEEcm20H 928.365.1056.41,89.165.1020,01.0320035,49.0320015902012hHEEEE 查图得，1.1,61.1,15.021mm =0.7 0.19 1.23 1.1=0.178 满足要求（5）水泥石灰砂砾土层底拉应力验算 由（4）14 928.365.1056.41,8

27、9.165.1020,01.0320035,49.0320015902012hHEEEE 查表：1.1,48.1,04.021mm =0.7 0.04 1.48 1.1=0.046 潮湿路段 E0=25MPa 方案一验算：结构厚度计算结果 序号 结构层材料名称 20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应力（Mpa）均值 标准差 均值 标准差 1 细粒式SMA 2000 180 1800 60 1.6 4 0 0.41 2 中粒式沥青混凝土 1600 150 1900 105 1.0 7 0 0.26 3 粗粒式沥青混凝土 1450 5

28、0 1850 300 0.8 10 0.054 0.21 4 粗粒式ATB 1200 150 1300 110 0.6 23 0.098 0.16 5 级配碎石 400 0 400-18-6 土基 25 0-单轴双轮组 aMPP7.0 cm65.10 MPaE20001 cmh41=MPaE16002 MPaE350 弯沉修正系数 5341.0)7.025()65.1020006.33(63.1)()2000(63.136.038.036.0038.0PELFs 800.02000160012EE 376.065.1041=hh 查表得，70.6 15 又0201.016002520EE 得5

29、2.11K 12121000EFKKPLs=dSLL=65.05341.052.170.665.107.021000200060.3321000112FKPELKd 由2K及20EE，h查表得5.4H mHc3.4865.105.45.4 cmhEEhhHKkk3.481.106.947160040018160016004h160014501074.24.24.24.22532得cmh6.224 故粗粒式ATB厚度为cm23 2）结构层底拉应力验算(1)细粒式sma拉应力 cmhh41=，MPaEE180011，MPaEE190022 cmEEhHKKk26.34190040018190013

30、002319001850101900190079.09.09.09.09.0252 05.112EE，0291.020EE，376.0=h，29.365.1026.34H 查表得，0 即沥青上面层层底受压应力 (2)中粒式沥青混凝土层底拉应力 cmEEhhKKK89.10190019007190018004221 cmEEhHKKk5.3530.42.2110185040018185013002318501850109.09.09.09.0353 16 91.01900185012EE,028.018503520EE,066.156.1089.10h,309.365.105.35H 查表得，0

31、，所以 0(3)粗粒式沥青混凝土底拉应力验算 cmEEhhKKK342.2110396.7946.31850185010185019007185018004331,1300,18504231MPaEEMPaEEcmEEhHKKk853.27859.42313004001813001300239.09.09.0454 004.265.10342.21,67.265.10853.27,027.0130035,702.0185013002012hHEEEE 查图得，04.0,3.1,12.021mm =0.7 0.12 1.3 0.04=0.054 满足要求 (4)粗粒式ATB层底拉应力验算 cmE

32、EhhKKK097.4823929.11462.8706.413001300231300185010130019007130018004441,400,13005241MPaEEMPaEEcm18H 89.465.10097.48,704.165.1018,089.040025,307.013004002012hHEEEE 查图得，6.0,23.1,11.021mm =0.7 0.11 1.23 0.6=0.091 满足要求(5)级配碎石层底拉应力满足 验算方案二 结构厚度计算结果 序结构层材20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）劈裂强度（Mpa）厚度（cm）层底拉应力（MPa）容许拉应

33、力（Mpa）均值 标准均值 标准 17 号 料名称 差 差 1 细粒式沥青混凝土 1700 150 2100 340 1.2 4 0 0.31 2 中粒式沥青混凝土 1600 150 1900 105 1.0 6 0 0.26 3 粗粒式ATB 1200 150 1300 110 0.6 9 0.02 0.16 4 水泥稳定碎石 3000 780 3200 780 0.6 25 0.167 0.21 5 水泥石灰砂砾土 1100 250 1590 250 0.4 24 0.053 0.20 6 土基 25 0-单轴双轮组 aMPP7.0 cm65.10 MPaE17001 cmh51 MPaE

34、16002 MPaE250 弯沉修正系数 3761.0)7.025()65.1020000.21(63.1)()2000(63.136.038.036.0038.0PELFs 94.01700160012EE 375.065.1041hh 查表得，31.6 又024.016002520EE 查表得75.11K 12121000EFKKPLs=dSLL=455.03761.075.131.665.107.021000170000.2121000112FKPELKd 18 由2K及20EE，h查表得1.6H mHc96.6465.101.61.6 cmEEhhHKkk9.64h8.01.3168.

35、7619001590h1900320025190013009654.254.24.24.22532得cmh3.234 故水泥石灰砂砾土厚度为cm24 2）结构层底拉应力验算(1)细粒式沥青混凝土层底拉应力 cmhh41，MPaEE210011，MPaEE190022 cmEEhHKKk47.79190015902419003200251900130091900190069.09.09.09.09.0252 9.012EE，02.020EE，376.0=h，95.665.1047.79H 查表得，0 故沥青上面层层底受压应力 (2)中粒式沥青混凝土层底拉应力 cmEEhhKKK21.101900

36、19006190021004221 cmEEhHKKk3.10526.280.689130015902413003200251300130099.09.09.09.0353 684.01900130012EE,017.019002520EE,086.156.1047.11h,60.965.103.105H 查表得，0 所以 0(3)粗粒式atb底拉应力验算 cmEEhhKKK33.219256.708.5130013009130019006130021004331,3200,13004231MPaEEMPaEE 19 cmEEhHKKk72.2772.225130032002413001300

37、259.09.09.0354 061.265.1033.21,16.265.102.27,0079.0320025,46.2130032002012hHEEEE 查图得，1.1,59.1,01.021mm =0.7 0.01 1.59 1.1=0.02 满足要求 (4)粗粒式ATB层底拉应力验算 cmEEhhKKK56.412510.821.525.33200320025320013009320019006320021004341,1590,32005241MPaEEMPaEEcm24H 928.365.1056.41,91.165.1024,009.0320025,49.0320015902

38、012hHEEEE 查图得，1.1,1.1,14.021mm =0.7 0.14 1.1 1.1=0.167 满足要求（5）水泥石灰砂砾土层底拉应力验算 由（4）928.365.1056.41,91.165.1024,009.0320025,49.0320015902012hHEEEE 查表：2.1,5.1,03.021mm =0.7 0.03 1.5 1.2=0.053 5 验算防冻层厚度 方 案 一：沥 青 层 厚 度 21cm 总 62cm，满 足 防 冻 大 于 50cm 要 求。方 案 二：沥 青 层 厚 度 19cm 总 68cm，满 足 防 冻 大 于 50cm 要 求。6 方案

39、比选 从经济方面考虑，方案二经济投入较小，但是方案一是柔性路面，在应力应 20 变传递协调过度方面比较顺利，结构排水良好。方案二半刚性基层路面表面易开裂形成较多横向裂缝，减小寿命。故选方案一。致谢 感谢李老师，感谢刘老师，感谢胡老师。您诲人不倦，我学而不厌。主要参考资料 1 邓学钧，路基路面工程，人民交通出版社，2005；2 严家伋，道路建筑材料，人民交通出版社，2003；3 交通部行业标准，沥青路面设计规范JTGD50-2004，人民交通出版社，1997；4 交通部行业标准，公路工程技术标准JTG B01-2003，人民交通出版社，2004；5 交通部行业标准，公路沥青路面施工技术规范 JTG F40-2004，人民交通出版社，2005；6交通部行业标准，公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2002，人民交通出版社，2003；7交通部行业标准，公路路基设计规范JTG D30-2004，人民交通出版社，2005；8交通部第二公路勘察设计院主编路基（第二版）北京：人民交通出版社，1996。