西南交通大学 道路工程 大作业

道路工程

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1．基本资料

（1）设计任务书要求

我国某公路部分路段设计等级为高速公路，设计年限为15年，拟采用沥青路面结构，需进行路面结构设计。

（2）气象资料

该公路地处II2区，年降水量为620mm/年，最高气温35℃，最低气温-31℃，多年平均冻结指数为882℃·d极大冻结指数为1225℃·d。

（3）地质资料与筑路材料

沿线土质为中液限粘性土，填方路基高度1.8m，地下水位距路床底2.4m，一般路基处于中湿状态。公路沿线有丰富的砂砾，附近有小型采石场和石灰厂，筑路材料丰富。路面所用水泥和沥青均需外购。

（4）交通资料

据工程可行性报告得知近期交通组成与交通量如表所示；交通量年增长率取7%；不同车型的交通参数如表所示。

2．计算书和设计图纸如下所示：

（1）初步设计两种沥青路面结构

本题是一条设计年限为15年的高速公路，并且要求道路路面面层结构使用沥青混凝土。由于该条道路施工沿线有丰富的砂砾、小型采石场和石灰厂。考虑道路施工石灰材料丰富，所以道路基层设计时使用石灰粉煤灰碎石材料，减小筑路材料的运输成本。根据沥青道路的一般设计方案以及本人的工作经验，现初步设计两种沥青路面结构：方案一的道路面层使用细粒式沥青混凝土，设计厚度为4cm；中粒式沥青混凝土，设计厚度为6cm；粗粒式沥青混凝土，设计厚度为7cm；道路基层使用18cm 水泥混凝土碎石和二灰土。二灰土的厚度根据题目给定的参数计算确定。方案一的道路结构图纸如下所示：

方案二的道路面层使用细粒式沥青混凝土，设计厚度为4cm；中粒式沥青混凝土，设计厚度为6cm；大粒径沥青碎石（ATB），设计厚度为10cm；道路基层使用二灰稳定砂粒和20cm的级配碎石。二灰稳定砂粒的厚度根据题目给定的参数计算确定。方案二的道路结构图纸如下所示：

（2）交通轴载换算

根据题目参数表格中给出的交通参数进行荷载换算，如下所示：

由课程学习知道轴载换算成标准轴载（P=100KN ）的当量作用次数N 公式如下所示：

N =∑C 1C 2n i k i=1(p

i P

)4.35, 在上式中各参数符号含义分别为：

N ：以设计弯沉值和沥青层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次（次/天）；

k ：被换算车型的轴载级别；

C 1：被换算车型的各级轴载系数，当轴间距大于3m 时，按单独一个轴载计算，轴载系数即为轴数m ，本题中轴载为4m ； C 2：被换算轴载的轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38；

n i ：被换算车型的各级轴载作用次数，次/天；

p i ：被换算车型的各级轴载，KN ；

P ：标准轴载，取P =100kN 。

由不同车型的交通参数表知道本题有7种车型。由于计算公式和过程相同，现以东风 KM340为例展示计算轴载换算的计算过程，其余车型不再累述，后面将直接给出计算结果：

本题中给出了东风 KM340前轴重24.6kN ，后轴重67.8kN ，

后轴数为1，后轴轮组数为2，因此使用上述公式计算如下：

N=1∗1∗560∗(67.8

100

)

4.35

+1∗6.4∗560∗(

24.6

100

)

4.35

≈111次/天

由不同车型的交通参数表知道本题有7种车型，计算方法与东风KM340相同，利用上述公式计算得到其他6辆车辆的轴载换算结果，如下表所示：

本题给的高速公路设计年限为15年，交通量年增长率为7%。所以，设计年限内一个车道上累计当量轴次可以使用以下公式进行计算：

N e=[(1+r)t−1]∗365

∗N1∗η

在上述公式中的参数含义如下所示：

r：设计年限内交通量年增长率，统一取7%；

t：设计年限，根据题意，取15年；

N1：各种车型的当量轴次累加值；

η：车道系数，查表，高速公路一般取值0.3.

通过计算，我们可以知道在本题中，N1即上述以弯沉值和沥青层

底拉应力为指标时，各车型的累加值，经计算：

N1=111+583+185+1958+12+13+35

=2897次/天

再代入前面公式，得到：

∗N1∗η，

N e=[(1+r)t−1]∗365

r

∗2897∗0.3，

=[(1+0.07)15−1]∗365

0.07

∗2897∗0.3，

=[2.76−1]∗365

0.07

=0.8*107 次/年。

（3）设计参数

查阅相关规范，可以收集各材料设计参数，利用这些参数进行计算道路路基层的结构厚度。各层材料参数如下表所示：

（4）确定结构厚度设计方案

查阅规范，确定该高速公路结构设计满足目标可靠度95%的可靠度系数r a按1.10考虑。计算过程如下所示：

①以弯沉为设计指标

该高速公路为半刚性基层，计算设计弯沉，公式如下：

l d=600∗(N c)−0.2A c A s A B

式中：

高速公路A c取值为1.0；

沥青混凝土A S取值为1.0；

半刚性基层沥青路面A B取1.0。

由此得到：

l d=600∗(0.8∗107)−0.2∗1.0∗1.0∗1.0，=25 cm。

F=1.63(l s

)

0.38

(

E0

)0.36=0.544

经计算，满足设计弯沉指标要求的二灰土基层厚度为23cm，路表计算弯沉为32 cm，则由公式计算：

1.10l s=1.10∗32∗0.544

=19.1 cm

②以半刚性基层层底拉应力为设计指标

半刚性材料容许拉应力采用如下公式计算：

[τR]=τs k r

式中：τs为沥青面层材料60℃抗剪强度，MPa。

k r为抗剪强度结构系数，对于一般路段，k r=1.2MPa. 其中：水泥混凝土碎石上基层层底容许拉应力：

σR=σs

sr

=0.4/(0.35N s0.31/AC)

=0.18(MPa)

满足容许拉应力的二灰土下基层厚度计算，计算结果如下所示：