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1、路面工程课程设计共 19 页1一、设计说明一、设计说明1 1、设计资料、设计资料湖北宜昌至巴东某新建一级公路，经调查路基土为高液限粘土，地下水位为 1 米，路基填土高度 1.2 米，近期交通量如下车型前轴重()kN后轴重()kN后轴数后轴轮组数后轴距(m)日交通量(辆/日)东风 SP9135B20.1072.60224500解放 CA10B19.4060.8512-520黄河 JN16259.50115.0012-450太脱拉 11138.7074.00221.2320尼桑 CK20L4985100.0012-420交通量年平均增长率 7%（水泥混凝土路面设计时交通量年平均增长率取 4%） ，
2、沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。2 2、设计内容、设计内容分别设计水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的结构层次，并算出结构层厚度，水泥混凝土路面还需进行接缝设计。主要包括以下内容：1） 、详细的设计计算书（1）沥青混凝土路面：、确定结构方案； 、确定设计参数；、计算待求层厚度； 、弯拉应力计算。（2）水泥混凝土路面、确定结构方案； 、确定设计参数； 、初拟混凝土板尺寸； 、应力计算； 、接缝设计。2） 、设计图（1）路面结构图（2）相应的计算图（3）水泥混凝土路接缝构造图3 3、主要参考资料：、主要参考资料：路基路面工程公路水泥混凝土路面设计规范公路沥青路面设计规范公路路基
3、设计规范公路设计手册路面路面工程课程设计共 19 页2二、沥青砼路面的设计二、沥青砼路面的设计一、轴载分析一、轴载分析1）路面设计以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载。当以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力为设计指标时，轴载换算采用如下的计算公式：35. 4211)(PPnCCNi iki 式中：标准轴载的当量轴次， （次/日） ；N被换算车辆的各级轴载作用次数， （次/日） ；in标准轴载， （kN）;P被换算车辆的各级轴载， （kN） ，轴载小于 25kN 的轴载作用不计；iP轮组系数，单轮组为 6.4，双轮组为 1，四轮组为 0.38。1C轴数系数，当轴间距大于 3m 时，按单独的
4、一个轴计算，当轴间距小于 3m2C时，双轴或多轴时按下式计算21 1.2(1)Cm 轴数。m当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，采用如下公式：8 12 1()k i i iPNC C nP式中：轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09； 1C轴数系数。当轴间距大于 3m 时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于 3m 2C时，双轴或多轴时按下式计算 212(1)Cm 轴数。m设计年限累计当量标准轴载数公式：1(1)1 365terNNrAA路面工程课程设计共 19 页3式中：设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次；eN设计年限（年） ；t路面营运第一
5、年双向日平均当量轴次（次/日） ；1N设计年限内交通平均增长率（%） ；r与车道数有关的车辆横分布系数，简称车道系数；2）计算：轴载换算结果表（弯沉）车型（iPkN）1C2C（次/日）in4.35 12()iiPC C nP东风 SP9135B后轴72.612500248.36 解放 CA10B后轴60.851152059.92 前轴59.51145047.03 黄河 JN162后轴11511450826.51 前轴38.7113205.15 太脱拉 111后轴7412.2320189.99 前轴49.851142020.33 尼桑 CK20L后轴10011420420.00 1N1817.2
6、8 注：轴载小于 25的轴载作用不计；kN累计当量轴次：根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取 15 年，四车道的车道系数是 0.40.5，取0.45。151(1)1 365(1 0.07)1 3651817.28 0.4575007170.07terNNrAA次轴载换算结果表（半刚性材料结构层的层底拉应力）车型（iPkN） 1C 2C（次/日）in4.35 12()iiPC C nP东风 SP9135B后轴72.61250077.18 解放 CA10B后轴60.85115209.77 前轴59.5114507.07 黄河 JN162后轴115114501376.56 太脱拉 111后轴7
7、41332086.32 路面工程课程设计共 19 页4尼桑 CK20L后轴10011420420.00 1N1976.90 注：轴载小于 50kN 的轴载作用不计；累计当量轴次：根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取 15 年，四车道的车道系数是 0.40.5，取0.45。151(1)1 365(1 0.07)1 3651976.90 0.4579240780.07terNNrAA次二、结构组合与材料选取二、结构组合与材料选取由于上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为 700 万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。路
8、面结构面层采用沥青混凝土（12cm） ，基层采用二灰稳定砂砾（取 30cm）,底基层采用石灰土（厚度待定） 。规范规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。根据规范，采用三层式沥青面层，表层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度 3cm） ，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度 4cm） ，下面层采用粗粒式密级配混凝土（厚度 5cm） 。如图所示。三、各层材料的抗压模量和和劈裂强度三、各层材料的抗压模量和和劈裂强度查表得：得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取 200C 的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到 200C 的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级
9、配混凝土为 1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 1000MPa 二灰稳定砂砾为 1500Mpa，石灰土 550MPa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为 1.4Mpa，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，二灰稳定砂砾为 0.7Mpa，石灰土路面工程课程设计共 19 页50.225MPa。四、土基回弹模量的确定四、土基回弹模量的确定该路段处于7区，为粘质土，处于干燥状态，拟定稠度为 1.10，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa） ”查得土基回弹模量为 40MPa。五、设计指标的确定五、设计指标的确定对于一级公路，规范要求以设
10、计弯沉值为设计指标，并进行结构层拉应力的验算。1） 设计弯沉什公式：0.2960decslNA A式中： 设计弯沉值（0.01mm） ；dl设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；eN公路等级系数，高速公路、一级公路为 1.0，二级公路为 1.1，三四级公cA路为 1.2；面层类型系数，沥青砼面层为 1.0，热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌sA下贯或贯入式路面、沥青表面处治为 1.1，中低级路面为 1.2。弯拉应力设计控制指标容许拉应力公式：sp R sK式中：路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲ReN劳弯拉应力（MPa） ；路面结构材料的极限抗拉强度（MPa） ，由
11、实验室按标准方法测得；sp抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算。sK（沥青砼面层）0.20.09/secKNA（无机结合料稳定集料）0.110.35/secKNA（无机结合料稳定细粒土）0.110.45/secKNA（贫砼）0.070.51/secKNA路面工程课程设计共 19 页62）计算：该公路为一级公路，取；面层是沥青砼，取；1.0cA 1.0sA 、设计弯沉值：0.20.2960960 75007171 140.48(0.01)decslNA Amm 、各层材料的容许层底拉应力：细粒式密级配沥青砼：0.20.20.09/0.09 7500717/1.02.13secKN
12、A1.40.65732.13sp R sMPaK中粒式密级配沥青砼：0.20.20.09/0.09 7500717/1.02.13secKNA1.00.46952.13sp R sMPaK粗粒式密级配沥青砼：0.20.20.09/0.09 7500717/1.02.13secKNA0.80.37562.13sp R sMPaK二灰稳定砂砾：二灰稳定砂砾属于半刚性基层 故7924078eN 0.110.110.35/0.35 7924078/1.02.01secKNA0.70.34832.01sp R sMPaK石灰土：石灰土属于半刚性基层 故7924078eN 0.110.110.45/0.4
13、5 7924078/1.02.01secKNA0.2250.11192.01sp R sMPaK六、设计资料总结六、设计资料总结设计弯沉值为：40.34(0.01mm)，相关设计资料汇总如下：材 料 名 称)(cmh200C 弹模（MPa）容许拉应力（MPa）路面工程课程设计共 19 页7细粒式密级配沥青混凝土314000.6573中粒式密级配沥青混凝土412000.4695粗粒式密级配沥青混凝土510000.3756二灰稳定砂砾3015000.3483石灰土？5500.1119土基40七、确定石灰层厚度七、确定石灰层厚度首先对多层路面体系进行等效换算3hcm11400EMPa21200EMP
14、a52.425 3241.550.722k k kEHhhhE标准轴载 BZZ100，轮胎接地压强 p=0.7MPa，当量圆半径10.65cm30.2810.65h 541.550.722 10.65hH 2112000.861400E E02400.0331200E E由：122 0.7 10.650.040481400sdLLpllE得：3.80L查图得： 11.30K 6.45由表面弯沉系数： 得：12LK KAA20.45K 查图得：当时20.45K 路面工程课程设计共 19 页8541.550.7226.2210.65hH 得：534.2hcm所以：取石灰层厚度为 35cm。八、验算
15、各层层底拉应力八、验算各层层底拉应力1）计算方法：、对多层路面体系进行等效换算求第 i 层的层底拉应力，则：上层：41 1i k k kiEHhE下层：10.92 11n k k k iiEHhE 、计算由公式：或求各层层底拉应力12p m m12p n n式中： p轮胎接地压强 p=0.7MPa；、由查“三层连续体系上（中）层底面拉应力系数图”得1m2m1n2n到；2）计算、多层路面体系进行等效换算等效三层体系多层体系每一层底弯拉应力每二层底弯拉应力每三层底弯拉应力每四层底弯拉应力每五层底弯拉应力层位iiEMPaihcmiEMPaihcmiEMPaihcmiEMPaihcmiEMPaihcmiEMPaihcm1140031400321200412007.12310005100012.454150030120061.23 100070.09 150041.48150041.25150041.25路面工程课程设计共 19 页955503555035550356404040404040、计算各层层底的弯拉应力第一层底部弯拉
