水泥路面和沥青路面设计.doc

1、铺面工程 课程 设计 . 铺面工程课程设计任务书 1.沥青路面结构设计1）设计资料某平原微丘地区新建双向四车道高速公路，设计年限为15年。该公路所处地区属于7区，最高气温35，最低气温2。沿线土质为高液限粘土，填方路基高1.8m，地下水位距路床2.4m。年降雨量为620mm，最高气温35最低气温-31。公路沿线有可开采碎石、砂砾，并有水泥、粉煤灰、石灰供应。根据工程可行性报告得知，近期交通组成与交通量、不同车型的交通参数见表1，交通量年增长率为：前五年为7.0%，之后五年为6.2%，最后五年为4.0%。近期交通组成与交通量、车辆交通参数 表1车型前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴

2、距（m）交通量（辆/日）江淮HF15045.1101.5120950东风KM14023.669.312-1100太脱拉13851.480222660五十铃EXR181L60.0100.03248502）设计任务该公路拟采用沥青路面结构，面层要求采用沥青混凝土，试设计沥青路面结构和厚度。3）设计要求（1）设计说明书中需写出相关取值依据及标准轴载累计作用次数计算、设计弯沉值和抗拉强度结构系数计算等详细过程。（2）不同方案进行技术经济比较，确定设计方案。沥青路面结构设计1. 轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。车型P/kNCCn(次/日)江淮HF150前后45.1101.5116.4

3、19509500.03131.067190.41013.65东风KM140前后23.669.3116.411100110000.2030223.3太脱拉138前后51.48012.26.416606600.5530.379223.95550.308五十铃EXR181L前后60.0100.0136.418508500.1081587.522550累计5348.477（1）以弯沉值和沥青层底拉应力为设计指标时，设计年限累计当量标准轴载数：根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，双车道的车道系数根据表14-3得0.40.5，取0.5。+=2304万次（2）验算半刚性基层层底拉应力中的累计当

4、量轴次。验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：计算数据如下：轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型P/kNCCn(次/日)N=江淮HF150前后45.1101.51118.519509500.00171.126529.87751070.175东风KM140前后23.669.31118.511100110000.0532058.52太脱拉138前后51.4801318.516606600.00490.167859.829332.244五十铃EXR181L前后60.0100.01318.518508500.01681264.182550累计4364.8255设计年限累计当量标准轴载数：根据

5、设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，双车道的车道系数根据表14-3得0.40.5，取0.5。+0.5=1.88=1880万次换算方法弯沉值和沥青层底拉应力半刚性材料结构层的层底拉应力累计交通轴次2304万次1880万次根据沥青路面交通等级可知:这条路属于重交通.2初拟路面结构组合:根据本地区的路用材料,结合已有的工程经验与经典结构,拟定了三个结构方案.按计算法确定方案一,方案二的结构厚度;按验算法验算方案三的结构厚度.根据结构层的最小时工厚度,材料,水文,交通量以及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: 上面层细粒式沥青混凝土5cm中面层中粒式沥青混凝土5

6、cm下面层粗粒式沥青混凝土5cm基层水泥稳定砂砾基层20cm底基层二灰碎石底基层?以二灰碎石底基层为设计层.方案二:上面层细粒式沥青混凝土4cm中面层中粒式沥青混凝土6cm下面层粗粒式沥青混凝土8cm基层二灰碎石基层20垫层级配碎石垫层？以级配碎石垫层为设计层.方案三:上面层中粒式沥青混凝土5cm中面层粗粒式沥青混凝土7cm下面层粗粒式沥青混凝土9cm基层水泥稳定碎石基层20cm底基层级配碎石底基层35cm计算设计弯沉和沥青面层抗拉强度结构系数K: （用于沥青层） （用于无机结合料稳定集料） 计算过程如下：细,中粒式沥青混凝土 0.091.0/1.0=3.75粗粒式沥青混凝土 0.091.1/

7、1.0=4.12无机结合料稳定集料抗拉强度结构系数： =0.35/1.0=2.213确定设计参数：确定土基的回弹模量:1)确定路基的干湿类型：该路处于区，路槽底距地下水位高度平均为2.4,查表可知此高度高于=1.8,属于干燥路基。对于最终的路基路面交工验收综合影响系数去K=1.3。2)确定路基的平均稠度：查表可知路基平均稠度介于和之间，取。3)查表可得土基的回弹模量。按试验规程规定的方法试验确定的沥青混合料和其他结构层材料的抗压回弹模量沥青混合料和其他结构层材料的弯拉回弹模量值，以及沥青混合料150C弯拉强度和半刚性材料的弯拉强度值，列于下表：面层材料：材料名称沥青针入度抗压模量（）劈裂强度（

8、）备注-细粒沥青混凝土140020001.4DAC-10中粒沥青混凝土120018001.0DAC-16粗粒沥青混凝土100014000.8DAC-25基层材料：材料名称配合比或规格要求抗压模量（）劈裂强度（）备注水泥稳定碎石4%6%15000.5-二灰碎石8:17:8016000.6-水泥稳定砂砾4%6%15000.5-级配碎石符合级配要求350-作柔性基层计算确定容许弯拉应力 材料名称细粒沥青混凝土1.43.750.37中粒沥青混凝土1.03.750.27粗粒沥青混凝土0.84.120.19水泥稳定碎石0.52.210.23二灰碎石0.62.210.27水泥稳定砂砾0.52.210.23结

9、构厚度计算结果: 方案一：该结构为半刚性基层组合以二灰碎石底基层为设计层.计算厚度:设计弯沉：=6001.01.01.0=20.2 (0.01mm)新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 20.2 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 200 (mm) 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 20.2 (0.01mm) H( 5 )= 250 mm LS= 20.7 (0.01mm) H( 5 )= 300 mm LS= 18.6 (0.01mm) H( 5 )= 261 mm(

10、仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 261 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 261 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 261 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 261 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 261 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 261 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 261 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .交工验收弯

11、沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.4 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.6 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 4.3 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 179.1 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(

12、未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.165 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.054 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.037 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .023 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .147 (MPa) 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土514002000-0.1650.37中粒式沥青混凝土512001800-0.0540.27粗粒式沥青混凝土510001400-0.0370.19水

13、泥稳定碎石2015000.0230.23二灰碎石26.115000.1470.27 方案二:该结构为柔性基层与半刚性基层的组合，沥青路面的基层系数为1.45设计弯沉 =6001.01.01.45=29.29(0.01mm)新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 29.29 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 200 (mm) 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 29.29 (0.01mm) H( 5 )= 200 mm LS= 29.4 (0.01mm) H( 5 )= 2

14、50 mm LS= 27.4 (0.01mm) H( 5 )= 202 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 202 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 202 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 202 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 202 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 202 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 202 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求

15、. 交工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.3 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 33.1 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 39.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 50.7 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 159.4 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 179.1 (0.01mm) 计算新建路

16、面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.242 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.068 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.015 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .193 (MPa) 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土414002000-0.2420.37中粒式沥青混凝土612001800-0.0680.27粗粒式沥青混凝土810001400-0.0150.19二灰碎石2016000.1930.

17、27级配碎石20.2350方案三：该方案为比较方案，其结构为柔性基层与半刚性基层的组合，沥青路面的基层系数为1.45设计弯沉 =6001.01.01.45=29.29(0.01mm)交工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 23.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 26.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 30.5 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 L

18、S= 38.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 90.2 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 179.1 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.173 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.055 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.004 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .137 (MPa) 材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量（MPa）层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)中粒式沥青混凝土512001800-0.1730.27粗粒式沥青混凝土710001400-0.0550.19粗粒式沥青混凝土910001400-0.0040.19二灰碎石2016000.1370.27级配碎石35350 方案比较与小结: 由计算结果可知,各层均符合设计条件.方案一：沥青层厚度15cm，总厚度61.1cm。方案二：沥青层厚度18cm，总厚度58.2cm。方案三：沥青层厚度21cm，总厚度73cm。方案二与方案一在材料使用上都较为经济,而且可以很好地符合各结构层容许拉应力均大于层底最大拉应力的条件及计算弯沉小于设计弯沉的两个指标.