路基路面工程课程设计计算书

路基路面工程课程设计计算书
（第一组）
班级：
：
学号：
一、沥青路面设计
1.轴载换算
（1）以弯沉值及沥青层的层底弯拉应力为设计指标时
表一
（2）以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时
表二
已知设计年限交通量平均增长率%
r
=
8
该道路为高速公路，其设计年限15=t 。

设该高速公路为双向四车道，取车道系数45.0=η，则 （1）以弯沉值及沥青层的层底弯拉应力为设计指标时
61511019.345.014.71636508
.0]1)08.01[(365]1)1[(⨯=⨯⨯⨯-+=⋅⋅⨯-+=ηN r r N t e 次
（2）以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时
6152
1042.245.049.54236508
.0]1)08.01[(365]1)1[(⨯=⨯⨯⨯-+=⋅⋅⨯-+=ηN r r N t e 次
2.初拟结构组合和材料选取
（1）由以上计算结果得，设计年限线一个车道上的累计标准轴次为319万次，属中等交通，给出以下两种组合方案 方案一：
①路面结构采用沥青混凝土（厚18cm ），基层采用水泥碎石（厚38cm ），底基层采用水泥石灰沙砾土（厚度待定），以水泥石灰沙砾土为设计层。

②采用三层式沥青面层，表面采用细粒式沥青混凝土（厚4cm ），中面层采用中粒式沥青混凝土（厚6cm ），下面层采用粗粒式沥青混凝土（厚8cm ） 方案二：
①路面结构采用沥青混凝土（厚27cm ），基层采用水泥砂砾（厚度待定），底基层采用级配沙砾（厚18cm ），以水泥稳定砂砾为设计层。

②采用三层式沥青面层，表面采用细粒式沥青混凝土（厚4cm ），中面层采用中粒式沥青混凝土（厚8cm ），下面层采用密集配沥青碎石（厚15cm ） （2）确定各层材料回弹模量与劈裂强度
表三
3.确定土基回弹模量
该路段处于2Ⅱ区，粉质土，路基处于干湿状态，稠度取1.0，查表“二级自然区
划各土组土基回弹模量参考值”，得土基回弹模量为29MPa （1）设计弯沉值
本公路为高速公路，公路等级系数0.1=c A ，面层为沥青混凝土，面层系数
0.1=s A ，半刚性基层，基层系数B A =1.0
0.260.2600600(3.1910)11130.03d e C S B l N A A A --==⨯⨯⨯⨯⨯=（单位0.01mm ）
（2）各层允许拉应力 方案一：
表四
方案二：
表五
4.资料汇总
方案一：
表六
方案二：
表七
5.方案确定
根据东南大学道路计算软件计算得，
方案一计算层厚度为15cm，道路总厚度为71cm。

方案二计算层厚度为34cm，道路总厚度为79cm
两种方案的其他条件均满足要求，故取总厚度最小的方案为最终方案，即取第一种方案为最终方案。

二、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16)100
(i i P
δ，得到标准轴载作用次数，见
下表
表八
查表得，高速公路设计基准期为30年。

安全等级为一级，临界荷位车辆轮迹横向分布系数取0.22，交通方向系数取为0.5，交通车道系数取为0.9，则设计年限累计当量轴次为：
304[(1)1]726.62[(10.08)1]3653650.220.50.929.7100.08
t s r e r N g N g η+-⨯+-=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯次
属于中等交通。

2.初拟路面结构
查表，得安全水平为一级的道路对应的变异水平为低级。

初拟普通混凝土面层厚为24cm ，基层选用水泥稳定粒料厚20cm ，底基层为15cm 低剂量无机结合料稳定类混合材料。

普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m ，长5m ，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。

在设计中设想施工缝为设传力杆平缝，横向缩缝为设传力杆的假缝形式，在临近桥梁或固定建筑物外，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。

3.路面材料参数确定
查表，普通混凝土面层的弯拉强度标准值为4.5MPa ，相应弯拉弹性模量标准值为29GPa 。

路基回弹模量取50MPa 。

低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取800MPa ，水泥稳定粒料基层回弹模量取1500MPa 。

计算基层顶面当量回弹模量（土基顶面回弹模量0E =40MPa ）：
22
2211222
22
120.215000.1580012480.20.15X X h E h E E MPa h h +⨯+⨯===++ 3321
1122121122
233
1()11()
121241(0.150.2)11(15000.28000.15)()12415000.28000.153.85X E h E h h h D E h E h MN m --+=++++=⨯+⨯++⨯⨯=⋅
0.333X h m =
== 0.450.45
012486.22[1 1.51(
)] 6.22[1 1.51()] 4.22340
X E a E --=-=-= 0.550.55012481 1.44(
)1 1.44()0.78340
X E b E --=-=-⨯= 110.7833
3001248() 4.2230.33340()224.8140
b
X t X
E E ah E MPa E ==⨯⨯⨯=
普通混凝土面层难过的相对刚度半径为：
0.5370.5370.240.651r m ==⨯=
4.荷载疲劳应力
标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：
0.620.620.0770.0770.6510.24 1.033ps r h MPa σ--==⨯⨯=
因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数0.87r K =。

考虑设计基准期
荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数40.057(29.710) 2.05v
f e K N ==⨯=，根据
公路等级，查表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数
3.1=C K ,则荷载疲劳应力计算为：
0.87 2.05 1.3 1.033 2.40pr r f c ps K K K σσ==⨯⨯⨯=
5.温度疲劳应力
II 区最大温度梯度取88（C ︒/m ）。

板长5m,5
7.6800.651
l r ==,由图可查普通混凝土板厚为h=0.24m ，0.65X B =。

最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：
510290000.24880.65 1.992
2
C C g
tm X E hT B MPa ασ-⨯⨯⨯=
=⨯=
查表，自然区划为II 区，323.1,041.0,828.0===c b a ,则温度疲劳应力系数
1.323
4.5 1.99[(
)][0.828()0.041]0.5431.99 4.5
c tm
r
t tm
r
f K a b f σσ=
-=
⨯-= 温度疲劳应力为:
0.543 1.99 1.081tr t tm K MPa σσ==⨯=
查表，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等级为低级，目标可靠度为95%。

再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表，确定可靠度系数2.1=r γ。

则，
() 1.2(1.081 2.40) 4.18 4.5r pr tr MPa MPa γσσ+=⨯+=<
因此，所选普通混凝土面层厚度0.25m 可以承受设计基准期荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

6.路面补强设计
根据规要求和设计几本资料，水泥混凝土路面为重交通等级，平曲线多，所以在混凝土板的自由边缘和角隅处设置两种补强钢筋。

（1）边缘钢筋，采用直径14mm 的螺纹钢筋，设在板h h 4
1
~41（h 为混凝土板厚），
且距离边缘和地板厚度均不小于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，不穿过缩缝，以免妨碍般的翘曲，为加强锚固能力，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的螺纹钢筋完成需要的形状，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。

7.筑路材料
（1）粗集料和细集料使用要求均应符合《公路工程集料试验规程》的各项要求。

面层水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，要求养护3天龄期的抗压强度和抗折强度分别不小于22.0MPa和7.0MPa，混凝土配合比设计应满足强度、工作性、耐久性技术要求，并且应该满足《公路工程水泥混凝土路面施工规》的明确规定。

（2）填缝材料
胀缝接缝板采用泡沫橡胶板，填缝材料采用常温施工方式，填缝材料为沥青橡胶类。

接缝板和填缝材料的技术要求，参见《公路工程水泥混凝土路面施工技术规》。

（3）基层材料
水泥稳定材料基层中水泥用量控制在5%~7%之间，采用重型击实实验法确定压实度不小于98%，级配碎石第几层最大粒径控制在31.5mm以下，压实度不小于96%，石料压碎值不大于30%。

（4）土基
由于路基土为粉质土，切路基设计可以保证路床处于干燥、中湿状态，故无需进行路基处理。

路基土强度、压实度应满足现行《公路路基施工技术规》。