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路基路面工程课程设计计算书

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完成时间：2010年6月24日

路面结构设计的计算
基本资料：某地区规划修建一条四车道的一级公路，沿线筑路材料的情况：石料：本地区山丘均产花岗岩、流纹岩和凝灰熔岩；储量丰富，岩体完整。石料强度高。砂：海岛沿岸多处沙滩可供取砂，运输较方便。土料：沿线丘岗均有砖红色亚粘土和黄褐色砂砾质粘土可供路基用土。
此公路的设计年限为20年，拟采用沥青路面结构进行设计。
一、 轴载分析。
1、设计年限内交通量的平均增长率：
由主要预测年交通量表可算得：
2000年到2005年的年增长率：，可算得：
2005年到2010年的年增长率：，可算得：
2010年到2015年的年增长率：，可算得：
2015年到2020年的年增长率：，可算得：
故
2、设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算。
路面设计采用双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ—100表示。
1） 当以设计弯沉值为设计指标时，换算成标准轴载P的当量作用次数N的公式为：
预测交通组成表
车型
前轴重（KN）
前轴重（KN）
后轴数
后轴轮组数
后轴距（m）
交通量（辆/日）
跃进NJ130
解放CA10B
黄河JN150
16.20
19.40
49.00
38.30
60.85
101.60
1
1
1
双轮组
双轮组
双轮组
——
——
——
702
962
661
对于跃进NJ130：
前轴：=16.20KN<25KN，省略不算
后轴：=1, =1, =38.30KN，P=100KN, =702
次/d
对于解放CA10B：
前轴：=19.40KN<25KN,省略不算。
后轴：=1, =1, =60.85KN，P=100KN, =962
次/d
对于黄河JN150:
前轴：=1, =6.4, =49.00KN，P=100KN, =661
次/d
后轴：=1, =1, =101.60KN，P=100KN, =661
次/d
最终可汇成下表：
轴载换算结果表（弯沉）

车型

（KN）

(次/日)

跃进NJ130
前轴
16.20
1
6.4
702
0
后轴
38.30
1
1
702
10.8

解放CA10B
前轴
19.40
1
6.4
962
0
后轴
60.85
1
1
962
110.8

黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4
661
190.0
后轴
101.60
1
1
661
708.3

合计

1019.9

设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：设计年限为t=20年，
=7.8%，双向四车道，故车道系数选为0.4。故
次
2） 当进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算成标准轴载P的当量作用次数N 的公式为：
同理，计算结果可如下表所示：
轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）
车型

（KN）

(次/日)

跃进NJ130
前轴
16.20
1
1.85
702
0
后轴
38.30
1
1
702
0

解放CA10B
前轴
19.40
1
1.85
962
0
后轴
60.85
1
1
962
18.1

黄河JN150
前轴
49.00
1
1.85
661
0
后轴
101.60
1
1
661
750.5

合计

768.6

设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：
次
二、 拟定路面结构组合方案及厚度。
组合方案，拟定了两种，其简图如下所示：
方案一： 方案二：

细粒式沥青混凝土 h=4cm
中粒式沥青混凝土 h=5cm
粗粒式沥青混凝土 h=6cm
水泥稳定碎石 h=20cm
石灰土 h=?
级配碎、砾石 h=12cm

土基
细粒式沥青混凝土 h=4cm
中粒式沥青混凝土 h=6cm
粗粒式沥青混凝土 h=8cm
水泥稳定碎石 h=？
二灰土 h=16cm
填隙碎石 h=10cm

土基

三、 各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。

1） 确定各层材料的抗压模量与劈裂强度。查表可得下列设计参数，汇表如下：

材料名称
抗压回弹模量（）
15℃劈裂强度（）
20℃
15℃
细粒式沥青混凝土
1400
2000
1.4
中粒式沥青混凝土
1200
1400
1.0
粗粒式沥青混凝土
1000
1200
0.8
水泥稳定碎石
1500
——
0.5
石灰土
550
——
0.225
二灰土
750
——
0.25
级配碎、砾石
225
——
——
填隙碎石
250
——
——

2） 确定土基的回弹模量。
该路段处于区，为黏质土，且稠度为1.00 。查《公路沥青路面设计规范》可得土基回弹模量为34.5

四、 设计指标的确定。

对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。
1、设计弯沉值的计算:

该公路为一级公路，故公路等级系数=1.0，且是沥青混凝土面层，故面层类型系数=1.0。
方案一：半刚性基层上设置40mm+50mm+60mm=150mm<160mml沥青混合料结构层，=1.0。
故 mm
方案二：半刚性基层上设置40mm+60mm+80mm=180mm,介于160mm和260mm之间的沥青混合料结构层，故由线性内插可求得=1.12。
故
2、各层材料的容许层底拉应力的计算。
容许拉应力

细粒式沥青混凝土：

中粒式沥青混凝土：

粗粒式沥青混凝土：

水泥稳定碎石：

石灰土：

二灰土：

计算结果列于下表：

各层材料的容许拉应力
材料名称
（）
K
（）
细粒式沥青混凝土
1.4
2.68
0.5224
中粒式沥青混凝土
1.0
2.68
0.3731
粗粒式沥青混凝土
0.8
2.95
0.2712
水泥稳定碎石
0.5
1.91
0.2618
石灰土
0.225
2.46
0.0915
二灰土
0.25
2.46
0.1016

五、 确定设计层的厚度。

1、方案一计算:(采用三层体系为计算体系)
1）令实际弯沉，则弯沉综合修正系数

弹性三层体系的实际弯沉
故理论弯沉系数
2）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示：

E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E H

E

则中层厚度的换算公式为：
3）
查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得=1.44
，查诺谟图可得=5.8
由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得：
故
再查诺谟图可得
故
故=51.1 由此可解得：
2、方案二计算：(采用三层体系为计算体系)
1）令实际弯沉，则弯沉综合修正系数

弹性三层体系的实际弯沉
故理论弯沉系数
2）将多层体系照弯沉等效的原则换算为按三层体系，如下图所示：
E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E H

E

则中层厚度的换算公式为：

3）
查三层体系表面弯沉系数诺谟图可得=1.44
，查诺谟图可得=5.8
由三层体系表面弯沉系数诺谟图上的计算理论弯沉的公式可得：
故
再查诺谟图可得
故
故 由此可解得：

六、 层底弯拉应力验算。

公路为一级公路，故对沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层都应进行拉应力的验算。
1、方案一的层底拉应力的验算。（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）
1） 验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：
E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E H

E

由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，

查诺谟图可得： ，
又因为 查诺谟图可得：
故沥青混凝土面层底面的最大拉应力
容许拉应力
2）验算半刚性基层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：

E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E H

E

由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，

查诺谟图可得： ，
又因为 查诺谟图可得：
故半刚性基层底面的最大拉应力
容许拉应力
3）验算底基层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：
E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E h

E

由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，

查诺谟图可得： ，
又因为 查诺谟图可得：
故半刚性基层底面的最大拉应力
容许拉应力

2方案二的层底拉应力的验算。（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）
1) 验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。

将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：
E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E H

E

由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，

查诺谟图可得： ，
又因为 查诺谟图可得：
故沥青混凝土面层底面的最大拉应力
容许拉应力
2）验算半刚性基层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：
E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E H

E

由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，

查诺谟图可得： ，
又因为 查诺谟图可得：
故半刚性基层底面的最大拉应力
容许拉应力
3）验算底基层底面的弯拉应力。
将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：
E h
E h
E h
E h
E h
E h

E
E h

E h

E

由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺谟图可得，

查诺谟图可得： ，
又因为 查诺谟图可得：

故半刚性基层底面的最大拉应力
容许拉应力

综上所算得的结果，汇制成下表：

方案类型

底面最大拉应力
容许拉应力

方案一
沥青混凝土面层
0.0774
0.2712
半刚性基层
0.1185
0.2618
底基层
0.0727
0.0915

方案二
沥青混凝土面层
0.0978
0.2712
半刚性基层
0.1450
0.2618
底基层
0.0893
0.1016

由表可知，方案一和方案二都满足层底弯拉应力的要求。
综上可得：路面结构设计的方案一和方案二均可行。