目录
一、设计题目： ........................................... 2 二、设计资料： ........................................... 3 1．设计任务书要求 ..................................... 3 2．气象资料 ........................................... 3 3．地质资料与筑路材料 ................................. 3 4．交通资料 ........................................... 4 5．设计标准 ........................................... 5 三、路基设计 ............................................. 5 1．填土高度 ........................................... 5 2．横断面设计 ......................................... 6 3．一般路堤设计 ....................................... 6 4．陡坡路堤 ........................................... 7 5．路基压实标准 ....................................... 7 6．公路用地宽度 ....................................... 8 7．路基填料 ........................................... 8 四、路基路面排水设计 ..................................... 9 1．路基排水设计 ....................................... 9 2．路面排水设计 ...................................... 10
3．分隔带排水设计 ................................ 10 五、沥青路面设计分析与计算 .............................. 11 1．轴载分析 .......................................... 12 2.方案一 ............................................. 13 2.1当E0=30Mp时 ................................... 13 2.2、当E0=60MPa 时 ................................ 18 3．第二方案： ........................................ 22 3.1当E0=30MPa时 .................................. 22 3.2当E0=60MPa时 .................................. 26 六、水泥混凝土路面结构分析与计算 ........................ 30 1.当EO=30MPa时 ...................................... 31 2.当EO=60MPa时 ...................................... 35 七、方案比较 ............................................ 39 八、参考书目 ............................................ 41 九、附图 ................................................ 41
一、设计题目：
某高速公路的路面结构计算与路基设计
二、设计资料：
1、设计任务书要求
河南某公路设计等级为高速公路，设计基准年为2010年，设计使用年限为15年，拟比选采用沥青路面结构或水泥混凝土路面，需进行路面结构设计。
2、气象资料
该公路处于Ⅱ5区，属于温暖带性季风气候，气候温和，四季分明。年气温平均在14℃~14.5℃，一月份气温最低，月平均气温为-0.2℃~0.4℃，七月份气温27℃左右，历史最高气温为40.5℃，历史最低气温为-17℃，年平均降雨量为525.4毫米~658.4毫米，雨水多集中在6~9月份，约占全年降雨量50%以上。平均初霜日在11月上旬，终霜日在次年3月中下旬，年均无霜日为220天~266天。地面最大冻土深度位20厘米，夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在3.0米/秒左右。
3、地质资料与筑路材料
路线位于平原微丘区，调查及勘探中发现，该地区属第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲积、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂隙发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可
能。其它未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30 MPa和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。
4、交通资料
根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示，交通量年增长率如表二所示，不同车型的交通量参数见课本。
近期交通组成与交通量 表一
交通量 车型 （辆/日） 三菱FR415 五十铃500~650 NPR595G 江淮HF140A 东风M340 510~650 520~660 五十铃EXR181L 520~700 东风SP9135B 560~700 400~600 江淮HF150 车型 （辆/日） 580~750 交通量
交通量年增长率 表二
增长期限 率γ（％） 2011～2015 2016～2020 8.0 6.5 2021～2025 5.5 期限 增长率γ（％） 5、设计标准
高速公路全线按六车道高速公路标准设计行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。路基宽度35.0米，双向三行车道2×3×3.75米，中间分隔带宽3.0米，左侧路缘带0.75米，右侧硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交。
三、路基设计
1、填土高度
该高速公路路线位于平原微丘区，处于Ⅱ5区，在该设计中采用最小填土高度为1.50m。查路基临界高度参考值可知，最小填土高度和临界高度相比，处于Ⅱ5区的粘性土均处于干燥或中湿情况，则选用1.50m作为填土高度合适。
2、横断面设计
由横断面设计（查《公路工程技术标准》（JTGB01—2003））部分可知，路基宽度为35m，其中路面跨度为22.5m，中间带宽度为3.00m，其中分隔带宽度为1.5m，路缘带宽度为0.75×2=1.5m，硬路肩宽度为3.25×2=6.5m，土路肩宽度为0.75×2=1.5m。；路面横坡为2%，土路肩横坡为4%
3、一般路堤设计
路基边坡坡度：查路堤边坡坡度表可得，填料为砂类及粘性土时，边坡的最大高度全部高度为20m,上部高度8m，下部高度12m。边坡坡度上部高度1：1.5，下部高度1：1.75。
4、陡坡路堤
路基宽度、路基高度、路基压实、路基排水和一般路基相同，只是在路基边坡坡度和填方上不同，陡坡路堤可采用砌石填方，砌石顶宽0.8m，基底以1:5的坡率向路基内侧倾斜。砌石高度2~15m。
5、路基压实标准
路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）表4.0.4的要求
路基压实度
路基压实路床顶面填挖类别 以下深度（m） （高速公路、一级公路） 0~0.30 零填即挖方 0~0.80 0~0.80 0.80~1.5 填方 ＞１.50 ≥93 由于路线地处平原微丘区，该地区属于第四系，岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡前和山前冲击、倾斜
≥94 ≥96 ≥96 — 度 平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。
6、公路用地宽度
根据路基布置形式，填土高度及边坡形式计算路基用地范围，《规范》要求的公路用地宽度界限为公路路堤两侧排水沟外边缘以外不小于1m范围内的土地；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，此处设置为3m。
7、路基填料
当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附件发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。
高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表3.3.1.4的规定，砂类土填筑。
路基填料最小强度和最大粒径要求
填料最小路面底度（CBR）项目分类 面以下深度（%） （cm） 高速公路 填 方 路 基 上路床 下路床 上路堤 下路堤 0~30 30~80 80~150 150以下 0~30 8 5 4 3 8 10 10 15 15 10 （cm） 最大粒径填料零填及路堑路床 注：①当路床填料CBR值达到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料处理
②粗粒土（填石）填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3
四、路基路面排水设计
1、路基排水设计
路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽等，各类地段排水沟应高出设计水位0.2m以上。
一般路基排水：边沟采用梯形，梯形边沟内测边坡为1：1.0∽1：1.5，梯形底宽和深度为0.4∽0.6。排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。 陡坡路堤排水:和一般路基排水相同。
全挖路基排水：边沟采用梯形，内测边坡1：1.0∽1：1.5。梯形低宽和深度0.4∽0.6。在边坡坡顶设截水沟，采用梯形1：1.0∽1：1.5。沟宽>0.5m,沟深>0.5m。长度200∽500m。排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。
2、路面排水设计
路面排水采用集中排水方式，路面雨雪水流随拦水带汇集，每30∽40米在路基一侧设置水簸箕将路面积水引至路侧排水沟。超高路段路面排水在分隔带设置排水沟，弯道外侧的半幅路面水汇入排水沟，通过跌水井和横向排水管道将路面积水沟内的水引入路侧排水沟。
3、分隔带排水设计
分隔带用5cm厚水泥混凝土密封表面做成与路面相同的横坡，将水引入路侧排水沟。
五、沥青路面设计分析与计算
交通组成表 序号 车 型 名称 1 三菱FR415 2 五十铃NPR595 3 江淮HF140A 4 东风KM340 5 江淮HF150 6 东风 20.1 72.6 2 双轮组 >3 700 45.1 101.5 1 双轮组 700 24.6 67.8 1 双轮组 650 18.9 41.8 1 双轮组 600 23.5 44 1 双轮组 600 前轴重(kN) 30 后轴重(kN) 51 1 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 500 交通量 双轮组 SP9135B 7 五十铃EXR181 设计年限 15 车道系数 0.4 60 100 3 双轮组 >3 700
1、轴载分析
路面设计以双轮组单轴载100KN作为标准轴载 ⑴以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。
a).轴载换算
P轴载换算采用如下的计算公式：NC1C2NiiP4.33
式中： N —标准轴载当量轴次，次/日
ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 P—标准轴载，KN
pi—被换算车辆的各级轴载，KN K—被换算车辆的类型数
c1—轴载系数，c111.2(m1)，m是轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应考虑轴数系数。
c2：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。
序号 分段时间(年) 交通量年增长率（%） 1 2 3 5 5 5 8 6.5 5.5 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 4038
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.4792E+07
当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :
路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3270
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.197918E+07
2.方案一
4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+38cm水泥稳定碎石基层+？水泥石灰沙砾土层，以水泥石灰沙砾土为设计层。
2.1当E0=30Mp时
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 : 22.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20(cm) 层位 结构层材料名称 1 细粒式沥青混凝土 2 中粒式沥青混凝土 3 粗粒式沥青混凝土 4 水泥稳定碎石基层 5 水泥25 550 550 0.09 ? 1500 1500 0.29 6 900 1200 0.21 4 1200 1600 0.29 3 厚度(cm) 抗压抗压容许模量(MPa) 模量(MPa) 应力(MPa) (20℃) 1400 (15℃) 2000 0.41 粉煤灰土 6 土基 30 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.1 (0.01mm)
H( 4 )= 35 cm LS= 22.5 (0.01mm) H( 4 )= 40 cm LS= 20.4 (0.01mm) H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 36 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :
H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 36 cm(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 50 cm
验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .
通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 3 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 水泥稳定碎石 36 cm --------------------------------------- 水泥粉煤灰土 25 cm --------------------------------------- 土基
竣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 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) (20℃) 1 细粒式沥青混凝土 3 1400 抗压模量(MPa) (15℃) 2000 2 3 4 5 6 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 水泥粉煤灰土 土基 4 1200 1600 6 900 1200 36 1500 1500 25 550 550 30 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.4 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 123.5 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值
LS= 383.1 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 310.5 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :
第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.227 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.099 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.058 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .101 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .06 (MPa)
2.2、当E0=60MPa 时
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-10 路面设计弯沉值 : 22.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm) 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) (20℃) 1 细粒式沥青混凝土 2 中粒式沥青混凝土 3 粗粒式6 900 1200 0.21 4 1200 1600 0.29 3 1400 抗压模量(MPa) (15℃) 2000 0.41 容许应力(MPa) 沥青混凝土 4 水泥稳定碎石 5 水泥粉煤灰土 6 土基 60 25 550 550 0.09 ? 1500 1500 0.29 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.1 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 24 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 21.2 (0.01mm) H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 23.4 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :
H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 23.4 cm(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 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .
通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 3 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 水泥稳定碎石 24 cm --------------------------------------- 水泥粉煤灰土 25 cm --------------------------------------- 土基
竣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 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) (20℃) 1 2 3 4 5 6 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21.7 (0.01mm)
土基 60 石 水泥粉煤灰土 25 550 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎24 1500 6 900 4 1200 3 1400 (15℃) 2000 1600 1200 1500 550 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 82.8 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值
LS= 200 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 155.3 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.242 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.103 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.053 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .119 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .066 (MPa)
3、第二方案：
4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+20cm粗级配沥青碎石+？水泥稳定沙砾+20cm级配沙砾碎垫层，以水泥稳定沙砾为设计层。
3.1当E0=30MPa时
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 : 22.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm) 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压抗压容许模量(MPa) 模量(MPa) 应力(MPa) (20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 0.41 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 0.29 3 粗粒式沥青碎石 7 900 1200 0 4 石灰粉煤灰碎石 ? 1500 1500 0.29 5 石灰粉煤灰土 25 550 550 0.09 6 土基 30 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.1 (0.01mm)
H( 4 )= 35 cm LS= 22.5 (0.01mm) H( 4 )= 40 cm LS= 20.4 (0.01mm) H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 36 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 36 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :
H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 36 cm(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 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 5 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青碎石 7 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 36 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰土 25 cm ---------------------------------------
土基
竣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 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) (20℃) 1 2 3 4 5 6 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21 (0.01mm)
土基 30 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青碎石 石灰粉煤灰碎石 石灰粉煤灰土 25 550 550 36 1500 1500 7 900 1200 5 1200 1600 4 1400 抗压模量(MPa) (15℃) 2000 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.7 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 123.5 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 383.1 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS= 310.5 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :
第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.1 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.056 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .094 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .055 (MPa)
3.2当E0=60MPa时
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 : 22.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm)
层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) (20℃) 抗压容许模量(MPa) 应力(MPa) (15℃) 2000 0.41 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 0.29 3 粗粒式沥青碎石 7 900 1200 0. 4 石灰粉煤灰碎石 ? 1500 1500 0.29 5 石灰粉煤灰土 25 550 550 0.09 6 土基 60 按设计弯沉值计算设计层厚度 :
LD= 22.1 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 24 (0.01mm)
H( 4 )= 25 cm LS= 21.2 (0.01mm) H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 23.4 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :
H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 23.4 cm(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 50 cm
验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 5 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青碎石 7 cm
--------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 24 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰土 25 cm --------------------------------------- 土基
竣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 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) (20℃) 1 2 3 4 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 石灰粉煤灰碎石 石灰粉煤灰土 25 550 550 24 1500 1500 7 900 1200 5 1200 1600 4 1400 抗压模量(MPa) (15℃) 2000 5 6
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 20.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.1 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 82.8 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 200 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS= 155.3 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.199 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.055 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .11 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .06 (MPa)
土基 60 六、水泥混凝土路面结构分析与计算
设置单层混凝土路面，选择普通混凝土作为面层，下面分别垫上
水泥稳定粒料和石灰粉煤灰土。现进行分析计算：
1.当EO=30MPa时
水泥混凝土路面设计
设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 变异水平的等级 : 可 靠 度 系 数 : 1.4
面 层 类 型 :
高速公路 中 级 普通混凝土面层 序 路 面 行 驶 单轴单轮 轴载 单轴双轮 轴载 交通量 号 车 辆 名 称 组的个数 总重 组的个数 总重 (kN) (kN) 1 单后轴货车 1 18.9 1 41.8 500 2 单后轴客车 1 23.5 1 44 600 3 单后轴客车 1 30 1 51 600 4 单后轴客车 1 24.6 1 67.8 650 5 单后轴客车 1 45.1 1 101.5 700 6 拖 挂 车 1 20.1 2 72.6 700 7 拖 挂 车 1 60 3 100 700
行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 .2 交通量年平均增长率 6.5 ％
混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa
混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 Ⅱ 面层最大温度梯度 88 ℃/m 接缝应力折减系数 .87
基(垫)层类型----新建公路土基上修筑的基(垫)层 层位 1 2 3 基层顶面当量回弹模量 ET= 165.5 MPa
HB= 220 r= .676 SPS= 1.26 SPR= 3.7 BX= .71 STM= 2.12 KT= .53 STR= 1.13 SCR= 4.83 GSCR= 6.76 RE= 35.2 % 土 土基 30 料 石灰粉煤灰150 600 基（垫）层材料名称 水泥稳定粒180 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 1300 HB= 268 r= .824 SPS= .95 SPR= 2.81 BX= .55 STM= 2.01 KT= .51 STR= 1.03 SCR= 3.84 GSCR= 5.38 RE= 7.6 % HB= 281 r= .8 SPS= . SPR= 2.63 BX= .51 STM= 1.94 KT= .5 STR= .98 SCR= 3.61 GSCR= 5.05 RE= 1 % HB= 283 r= .87 SPS= .88 SPR= 2.6 BX= .5 STM= 1.94 KT= .5 STR= .98 SCR= 3.58 GSCR= 5.01 RE= .2 % HB= 285 r= .876 SPS= .88 SPR= 2.58 BX= .5 STM= 1.94 KT= .5 STR= .98 SCR= 3.56 GSCR= 4.98 RE=-.4 %
设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 3074 路面的设计基准期 : 30 年
设计基准期内标准轴载累计作用次数 : 1.938269E+07 路面承受的交通等级 :重交通等级
基层顶面当量回弹模量 : 165.5 MPa 混凝土面层设计厚度 : 285 mm
通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 普通混凝土面层 285 mm --------------------------------------- 水泥稳定粒料 180 mm --------------------------------------- 石灰粉煤灰土 150 mm --------------------------------------- 土基
2.当EO=60MPa时
水泥混凝土路面设计
设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 高速公路 变异水平的等级 : 中 级 可 靠 度 系 数 : 1.4
面 层 类 型 : 普通混凝土面层
序 路 面 行 驶 单轴单轮 轴载 单轴双轮 轴载 交通量 号 车 辆 名 称 组的个数 总重 组的个数 总重 1 单后轴货车 1 18.9 1 41.8 500 2 单后轴客车 1 23.5 1 44 600 3 单后轴客车 1 30 1 51 600 4 单后轴客车 1 24.6 1 67.8 650 5 单后轴客车 1 45.1 1 101.5 700 6 拖 挂 车 1 20.1 2 72.6 700 7 拖 挂 车 1 60 3 100 700
行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 .2 交通量年平均增长率 6.5 ％
混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa
混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 Ⅱ
面层最大温度梯度 88 ℃/m 接缝应力折减系数 .87
基(垫)层类型----新建公路土基上修筑的基(垫)层 层位 1 2 3 基层顶面当量回弹模量 ET= 245.7 MPa
HB= 220 r= .593 SPS= 1.16 SPR= 3.42 BX= .7 STM= 2.11 KT= .53 STR= 1.12 SCR= 4. GSCR= 6.36 RE= 27.2 % HB= 257 r= .693 SPS= .94 SPR= 2.75 BX= .59 STM= 2.08 KT= .53 STR= 1.09 土基 0 石灰粉煤灰土 基（垫）层材料名称 水泥稳定粒料 厚度(mm) 回弹模量(MPa) 180 1300 150 600 6SCR= 3.84 GSCR= 5.38 RE= 7.6 % HB= 269 r= .725 SPS= .88 SPR= 2.58 BX= .56 STM= 2.06 KT= .52 STR= 1.08 SCR= 3.66 GSCR= 5.12 RE= 2.4 %
HB= 273 r= .736 SPS= .86 SPR= 2.53 BX= .53 STM= 1.99 KT= .51 STR= 1.02 SCR= 3.55 GSCR= 4.97 RE=-.6 %
设计车道使用初期标准轴载日作用次数 : 3074 路面的设计基准期 : 30 年
设计基准期内标准轴载累计作用次数 : 1.938269E+07 路面承受的交通等级 :重交通等级 基层顶面当量回弹模量 : 245.7 MPa 混凝土面层设计厚度 : 273 mm
通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:
--------------------------------------- 普通混凝土面层 273 mm --------------------------------------- 水泥稳定粒料 180 mm
--------------------------------------- 石灰粉煤灰土 150 mm --------------------------------------- 土基
七、方案比较
路面结构 方案一 方案二 结构 沥青混泥土结构 水泥混凝土 优点 该方案为该方案为 该方案为刚性路面，承载能力大，刚性强，耐久性好，水泥和用水量高，造价相对高一些。 半刚性路面，它路面结构偏于的工作特性介柔性，沙砾用于刚性、柔性路量少，在基层面，性能较好。和垫层，充分垫层运用水泥利用了当地的粉煤灰，当地含固有资源，有量丰富，有利于利于降低造工程造价的降低。 价，同时施工质量易于控制。 缺点 前期损失在基层中路面的养护时间长，损坏后修复困难，接缝多，行车舒适度差。 较为严重，对前使用了石灰和期的养护工作粉煤灰，可能要求相对严格。 刚度、耐久性稍微低。
综合经济、技术、当地自然条件以及当地自然资源，建议选择方案二。
八.参考书目
1.《路基路面工程》 2.《道路勘测设计》
3.《公路工程技术标准》JTGB01-2003 4.《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006 5.《公路路基设计规范》JTG D30-2004
6.《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002 7.《公路设计手册》
九.附图
001 高填方路基标准横断面 002 一般填方路基标准横断面 003 矮路堤标准横断面 004 一般填挖路基横断面 005 挖方路基部分断面形式 006 陡坡路堤横断面 007 沥青路面横断面 008 路基路面排水系统 009 水泥混凝土路面横断面
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