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1、《路基路面設計》課程設計說明書 河南城建學院 《路基路面》課程設計說明書 課 程 名 稱: 路基路面工程 題 目: 瀝青路面課程設計 專 業(yè): 交通工程 學 生 姓 名: xxx 學　　 號: 071411xxx 指 導 教 師: 李惠霞、 尹振羽、 張會遠 設 計 教 室: 10#B 503

2、 開 始 時 間: 2013 年 12 月 23 日 完 成 時 間: 2013 年 12 月 27 日 課程設計成績： 學習態(tài)度及平時成績（30） 技術水平與實際能力（20） 創(chuàng)新（5） 說明書撰寫質量（45） 總 分（100） 等級 指導教師簽名： 年 月 日 目錄 1設計任務書 1 1.1課程設計的目的 1 1.2課程設計的題目 1 1.3課程設計的依據(jù) 1 1.4設計的原始資料或已知的技術參數(shù) 1 1.5設計時間安排 2 1.6設計紀律要求

3、 2 1.7成績評定 2 2軸載分析 3 2.1以彎沉值及瀝青層層底拉應力為設計指標 3 2.2驗算半剛性基層層底拉應力中的累計當量軸次 4 3設計方案的擬定及說明 6 3.1土基的確定 6 3.2初擬路面結構 6 4參數(shù)的選擇及計算 6 4.1各層材料的抗壓模量與劈裂強度 6 4.2設計指標的確定 7 4.2.1 設計彎沉值 7 5瀝青路面的設計計算 11 5.1路面結構層厚度的確定 11 5.2結構層厚度的計算 12 6 瀝青路面的設計方案的比較與確定 17 7設計心得與體會 18 8參考文獻 19 16 1設計任務書 1

4、.1課程設計的目的 （1）通過課程設計，使學生所獲得的專業(yè)理論知識加以系統(tǒng)化，整體化，以便于鞏固和擴大所學的專業(yè)知識； （2）路基路面的課程設計是對路基路面工程課堂教學的必要補充和深化，通過設計讓學生可以更加切和實際地和靈活地掌握路基路面的基本理論，設計理論體系，加深對路基路面設計方法和設計內容的理解，進而提高和培養(yǎng)學生分析、解決工程實際問題的能力。 1.2課程設計的題目 瀝青路面設計 1.3課程設計的依據(jù) （1）鄧學鈞 路基路面工程(第三版).人民交通出版社，2011. （2）中華人民共和國行業(yè)標準：公路瀝青路面設計規(guī)范(JTG D50-2006).北京：人民交通出版社2006

5、. （3）中華人民共和國行業(yè)標準：公路水泥混凝土路面設計規(guī)范(JTG D40-2002).北京：人民交通出版社2002. （4）中華人民共和國行業(yè)標準：<<公路工程技術標準>>(JTGB01—2003). （5）<<公路路基設計手冊>>. 1.4設計的原始資料或已知的技術參數(shù) ◆瀝青路面設計 （一）初始條件： 河南某地區(qū)（II4區(qū)）某新建雙向4車道一級公路，擬采用瀝青混凝土路面，路基土為高液限粘土，地下水位為－1m，路基填土高度1. x（學號的最后一位數(shù)字）m，預計通車初年的交通量如下： 車型 黃河JN150 解放CA10B 長征CZ160 上海SH130 小汽車

6、 桑塔納2000 交通量(輛/d) 820 1000 380 220 200 交通量年平均增長率7.y（學號的倒數(shù)第二位數(shù)字）％，沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應。 （二）要求完成的主要任務： ①確定路面等級和面層類型； ②確定土基的回彈模量； ③路面結構組合設計； ④根據(jù)設計彎沉值計算路面厚度（采用瀝青路面設計專用程序，輸入設計彎沉值及設計參數(shù)匯總表的設計參數(shù)后，對需進行厚度計算的結構層進行厚度計算，并進行各層底拉應力驗算）。 1.5設計時間安排 《路基路面工程》課程設計時間為第17周（2013.12.30 -2014.1.3）（如遇放

7、假調休按調休的時間執(zhí)行），要求學生集中時間完成全部內容，時間安排如下： （1）基礎資料收集 0.5d； （2）設計提綱、方案的確定0.5d； （3）相關平面圖、剖面圖繪制3d； （4）整理設計計算書和說明書 1d （5）上機安排：課外時間。 1.6設計紀律要求 １.設計中要自主完成，杜絕抄襲現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)類同者，設計成績按零分計。 ２.正常上課期間所有設計學生必須到教室進行設計，上午8：00 ~ 12：00，下午2：00 ～ 3：45，不得遲到和早退。 ３.設計期間指導教師實行不定期點名制度，兩次無故不到者設計成績降級。四次無故不到者設計成績?yōu)椴患案瘛? 1.7成績評定 學生的

8、課程設計成績由指導老師根據(jù)學生在設計期間的設計圖紙、設計計算說明書、答辯、出勤等情況綜合評定。 成績分：優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級。其中，設計圖紙占35%，設計說明書占45%，答辯占10%，出勤占10%。成績評定標準如下： 優(yōu)：能認真完成設計指導書中的要求，設計過程中，嚴格要求自己，獨立完成設計任務，圖紙整潔、繪制標注規(guī)范，設計方案合理，思路清晰，設計說明書內容充實工整，應用理論正確，有創(chuàng)新性。答辯正確，設計期間出滿勤。 良：能較好的完成設計指導書中的要求，能獨立完成設計任務，設計思路較清晰，平面布置合理、圖紙繪制標注規(guī)范、整潔，設計認真，應用理論正確，答辯正確，設計期間出滿勤。

9、 中：能完成設計指導書中的要求，平面布置基本合理、圖紙繪制規(guī)范、字體和數(shù)字標注較整潔，設計較認真，應用理論基本正確，答辯基本正確，設計期間出滿勤。設計方案基本合理。 及格：能基本完成設計指導書中的要求，設計思路欠佳，平面布置欠合理、圖紙繪制規(guī)范、字體和數(shù)字標注欠整潔，應用理論無原則錯誤，答辯時問題回答不全面正確，設計期間有缺勤現(xiàn)象。設計圖紙一般。 不及格：凡有下列情況之一者以不及格論：1）未達到設計指導書的基本要求。2）設計出現(xiàn)原則性的錯誤，圖紙繪制有明顯錯誤、字體和數(shù)字標注不整潔，應用理論有原則錯誤，回答問題錯誤。3）設計缺勤累計達三分之一以上者。 2軸載分析 路面設計以雙輪組單軸載

10、100kN為標準軸載。 2.1以彎沉值及瀝青層層底拉應力為設計指標 （1）本種方式軸載當量換算公式為： （式1-1） 軸載換算與當量軸次 表1-1 車型 C1 （次/日） （次/日） 黃河JN150 前軸 49.00 1 6.4 820 235.668 后軸 101.60 1 1 878.630 解放CA10B 前軸 19.40 — — 1000 — 后軸 60.85 1 1 115.200 長征CN160 前軸 45.20 1

11、6.4 380 76.880 后軸 83.70 2.2 1 385.533 上海SH130 前軸 16.5 — — 220 — 后軸 23 — — — 小汽車桑塔納2000 前軸 — — — 200 — 后軸 7.9 — — 1691.911 注：軸載小于25kN的軸載作用不計。 計算步驟如下式所示： 黃河JN150： 前軸： 后軸： 解放CA10B： 后軸： 長征CN160： 前軸： 后軸： 當量軸次： （2）本種方式設計年限累計當量標準軸載數(shù)Ne： 根據(jù)設計規(guī)范，一級公路瀝青路面的設計年限取15

12、年，雙向四車道的車道系數(shù)取0.45，設計年限內交通平均增長率為7%。 累計當量軸次： 2.2驗算半剛性基層層底拉應力中的累計當量軸次 （1）本種方式軸載當量換算公式為： （式1-2） 軸載換算與當量軸次 表1-2 車型 C1 （次/日） （次/日） 黃河JN150 前軸 49.0

13、0 — — 820 — 后軸 101.60 1 1 931.028 解放CA10B 前軸 19.40 — — 1000 — 后軸 60.85 1 1 18.800 長征CN160 前軸 45.20 — — 380 — 后軸 83.70 3 1 274.588 上海SH130 前軸 16.5 — — 220 — 后軸 23 — — — 小汽車桑塔納2000 前軸 — — — 200 — 后軸 7.9 — — 1224.416 注：軸載小于50kN的軸載作用不計。 計算步驟如下

14、所示： 黃河JN150： 后軸： 解放CA10B： 后軸： 長征CN160： 后軸： 當量軸次： （2）本種方式本種方式設計年限累計當量標準軸載數(shù)Ne： 累計當量軸次： 3設計方案的擬定及說明 3.1土基的確定 該路基位于Ⅱ4區(qū)，路基土為高液限粘土，地下水位-1米，路基填土高度1.2米，查閱相關資料地土基模量為42MPa。 3.2初擬路面結構 根據(jù)規(guī)范推薦結構，并考慮到公路沿途筑路材料較豐富，擬定了二個結構組合方案，按計算法確定兩個方案的路面厚度；根據(jù)結構層的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工機具的功能等因素，初步確定路面結構組合與各層

15、厚度如下。 方案一： （15cm），基層采用二灰碎石（20cm），基底層采用石灰土（厚度待定）。 一級公路面層采用三層式瀝青面層： 表面層采用細粒式密級配瀝青混凝土 （厚度3cm）， 中間層采用中粒式密級配瀝青混凝土 （厚度5cm）， 下層采用粗粒式密級配瀝青混凝土 （厚度7cm）。 方案二：4cm細粒式瀝青混凝土+8cm中粒式瀝青混凝土+15cm密級配瀝青碎石 +水泥穩(wěn)定砂礫（厚度待定）+18cm級配砂礫。 一級公路面層采用二層式瀝青面層： 上面層采用細粒式密級配瀝青混凝土

16、 （厚度4cm）， 下面層采用中粒式密級配瀝青混凝土 （厚度8cm）， 4參數(shù)的選擇及計算 4.1各層材料的抗壓模量與劈裂強度 （1）抗壓模量取20℃的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到20℃的抗壓模量： 細粒式密級配瀝青混凝土為 1400MPa， 中粒式密級配瀝青混凝土為 1200MPa， 粗粒式密級配瀝青混凝土為 1000MPa， 二灰碎石為 1500MPa， 石灰土為 550MPa， 密級配瀝青碎石為

17、1000MPa， 水泥穩(wěn)定砂礫為為 1200MPa， 級配砂礫墊層為 200 MPa。 （2）抗壓模量取15℃的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到15℃的抗壓模量： 細粒式密級配瀝青混凝土為 2000MPa， 中粒式密級配瀝青混凝土為 1800MPa， 粗粒式密級配瀝青混凝土為 1200MPa， 二灰碎石為 1500MPa， 石灰土為 550MPa， 密級配瀝青碎石為 1400MPa， 水泥

18、穩(wěn)定砂礫為 1200MPa， 級配砂礫為 200 MPa。 各層材料的劈裂強度： 細粒式密級配瀝青混凝土為 1.2MPa， 中粒式密級配瀝青混凝土為 1.0MPa， 粗粒式密級配瀝青混凝土為 0.8MPa， 二灰碎石為 0.5MPa， 石灰土為 0.225MPa， 密級配瀝青碎石為 0.6MPa， 水泥穩(wěn)定砂礫為 0.5MPa， 級配

19、砂礫 0.1MPa。 4.2設計指標的確定 對于一級公路，規(guī)范要求以設計彎沉值作為設計指標，并進行結構層底拉應力驗算。 4.2.1 設計彎沉值 （1）對于方案一: ①路面設計彎沉值計算： 該公路為一級公路，公路等級系數(shù)取1.0，面層是瀝青混凝土，面層類型系數(shù)取1.0，半剛性基層、底基層總厚度等于或大于20cm，基層類型系數(shù)取1.0。 設計彎沉值為： =25.63（mm） ②各層材料容許層底拉應力： 細粒式密級配瀝青混凝土： ==2.89 =1.2/2.89=0.415MPa 中粒式密級配瀝青混凝土： ==2.89

20、=1.0/2.89=0.346MPa 粗粒式密級配瀝青混凝土： ==2.89 =0.8/2.89=0.277MPa 二灰碎石： ==1.98 =0.5/1.98=0.253MPa 石灰土： ==2.55 =0.225/2.55=0.088 MPa 相關資料匯總表 表1-3 材料名稱 H （cm） 抗壓模量E1(MPa)

21、 容許拉應力 （MPa） 20℃ 15℃ 細粒式密級配 瀝青混凝土 3 1400 2000 0.415 中粒式密級配 瀝青混凝土 5 1200 1800 0.346 粗粒式密級配 瀝青混凝土 7 1000 1400 0.277 二灰碎石 20 1500 0.253 石灰土 —— 550 0.088 土基 —— 42 ——

22、 ： （2）對于方案二: ①路面設計彎沉值計算： 該公路為一級公路，公路等級系數(shù)取1.0，面層是瀝青混凝土，面層類型系數(shù)取1.0，基層類型為柔性和半剛性的組合，其系數(shù)按內插法確定取1.45。 設計彎沉值為： =37.1（mm） ②各層材料容許層底拉應力： 細粒式密級配瀝青混凝土： ==2.89 =1.2/2.89=0.415MPa 中粒式密級配瀝青混凝土： ==2.89 =1.0/2.89=0.346MPa 密級配瀝青碎石： ==1.98 =0.6/1.98=0.303 MPa 水泥穩(wěn)定砂礫：

23、==1.98 =0.5/1.98=0.253MPa 級配砂礫： ==1.98 =0.1/1.98=0.051MPa 方案二相關資料匯總如下表 表1-4 材料名稱 H （cm） 抗壓模量E1(MPa) 容許拉應力 （MPa）

24、20℃ 15℃ 細粒式密級配 瀝青混凝土 4 1400 2000 0.415 中粒式密級配 瀝青混凝土 8 1200 1800 0.346 密級配 瀝青碎石 15 1200 1400 0.303 水泥穩(wěn)定砂礫 —— 1200 0.253 級配砂礫墊層 18 200 0.051 土基 —— 42 —— 5瀝青路面的設計計算 5.1路面結構層厚度的確定 （1）計算路表彎沉值

25、 注：路表彎沉； 標準車軸載輪胎接地壓力和當量圓半徑； 理論彎沉系數(shù)； 或土基回彈模量； ，，各結構層材料回彈模量； ，，各層結構的厚度； 彎沉綜合修正系數(shù)。 （2）計算結構層底拉應力 （理論最大拉應力系數(shù)） = 5.2結構層厚度的計算 ◆方案一結構厚度的計算 A δ δ δ δ δ p r A 細粒式瀝青混凝土 E1=1400MPa E2=1200MPa 中粒式瀝青混凝土 E3=1000MPa 粗粒式瀝青混凝土 E4=1500MPa 二灰碎石 E5=55

26、0MPa 二灰土 E0=42MPa A δ δ δ δ δ p E1=1400MPa aa E1＝1400MPa h＝h1＝3cm H＝？ E2＝1200MPa E0＝42MPa h1＝3cm E2=1200MPa h2＝5cm E3=1000MPa h3＝7cm 3＝4cm E4=1500MPa h4＝20cm E5=550MPa h5＝？cm E0=42MPa 多層體系換算圖式 計算彎沉綜合系數(shù)： F=1.63（）= 由HP

27、DS2006軟件計算得到待確定層石灰土層厚度為214mm，附上軟件計算結果： 新建路面結構厚度計算 公路等級 : 一級公路 新建路面的層數(shù) : 5 標準軸載 : BZZ-100 路面設計彎沉值 : 25.63 (0.01mm) 路面設計層層位 : 5 設計層最小厚度 : 200 (mm) 方案一輸入數(shù)據(jù) 表1-5 層位 結構層材料名稱 厚度 （mm） 20℃平均抗壓量(MPa) 標準差(MPa) 15℃平均抗壓模量 標準差(MPa) 容許應力(

28、MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 30 1400 0 2000 0 0.415 2 中粒式瀝青混凝土 50 1200 0 1800 0 0.346 3 粗粒式瀝青混凝土 70 1000 0 1400 0 0.277 4 石灰粉煤灰碎石 200 1500 0 1500 0 0.253 5 石灰土 ？ 550 0 550 0 0.088 6 新建路基 42 按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 25.63 (0.01mm) H( 5 )= 200 mm LS= 2.1 (0

29、.01mm) 由于設計層厚度 H( 5 )=Hmin時 LS<=LD, 故彎沉計算已滿足要求 . H( 5 )= 200 mm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力計算設計層厚度 : H( 5 )= 200 mm(第 1 層底面拉應力計算滿足要求) H( 5 )= 200 mm(第 2 層底面拉應力計算滿足要求) H( 5 )= 200 mm(第 3 層底面拉應力計算滿足要求) H( 5 )= 200 mm(第 4 層底面拉應力計算滿足要求) H( 5 )= 200 mm σ( 5 )= 0.091 MPa H( 5 )= 250 mm σ( 5 )=

30、0.08 MPa H( 5 )= 214 mm(第 5 層底面拉應力計算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 5 )= 200 mm(僅考慮彎沉) H( 5 )= 214 mm(同時考慮彎沉和拉應力) 計算新建路面各結構層底面最大拉應力 : 第1層底面最大拉應力 σ( 1 )=-0.272 (MPa) 第2層底面最大拉應力 σ( 2 )=-0.109 (MPa) 第3層底面最大拉應力 σ( 3 )=-0.032 (MPa) 第4層底面最大拉應力 σ( 4 )= 0.146 (MPa) 第5層底面最大拉應力 σ( 5 )= 0.088 (MPa) 驗算路面防凍厚度

31、 : 路面最小防凍厚度 500 mm 驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求A δ δ δ δ δ p 方案二數(shù)據(jù)輸入 表1-6 層位 結構層材料名稱 厚度 （mm） 20℃平均抗壓量(MPa) 標準差(MPa) 15℃平均抗壓模量 標準差(MPa) 容許應力(MPa) 1 細粒式瀝青混凝土 40 1400 0 2000 0 0.415 2 中粒式瀝青混凝土 80 1200 0 1800 0 0.346

32、3 密級配瀝青碎石 150 1200 0 1400 0 0.303 4 水泥穩(wěn)定砂礫 ？ 1200 0 1200 0 0.253 5 級配砂礫 180 200 0 200 0 0.051 6 新建路基 42 按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 37.1 (0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 26.2 (0.01mm) 由于設計層厚度 H( 4 )=Hmin時 LS<=LD, 故彎沉計算已滿足要求 . H( 4 )= 200 mm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力

33、計算設計層厚度 : H( 4 )= 200 mm(第 1 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 200 mm(第 2 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 200 mm(第 3 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 200 mm(第 4 層底面拉應力計算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 4 )=200 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 200 mm(同時考慮彎沉和拉應力) 計算新建路面各結構層底面最大拉應力 : 第 1 層底面最大拉應力 σ( 1 )=-0.228 (MPa) 第 2 層

34、底面最大拉應力 σ( 2 )= 0.004 (MPa) 第 3 層底面最大拉應力 σ( 3 )= 0.019 (MPa) 第 4 層底面最大拉應力 σ( 4 )= 0.166 (MPa) 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 500 mm 驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 。 6 瀝青路面的設計方案的比較與確定 （1）方案一：通過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改, 最后得到路面結構設計結果如下: 細粒式瀝青混凝土 30mm -----------

35、----------------------------- 中粒式瀝青混凝土 850mm ---------------------------------------- 粗粒式瀝青混凝土 70mm ---------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 200mm ------------------------------------

36、---- 石灰土 --------------------- ------------------ 214mm 土基 （2）方案二：通過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改, 最后得到路面結構設計結果如下: 細粒式瀝青混凝土 40mm ---------------------------------------- 中粒式瀝青混凝土 80mm --------------------

37、-------------------- 密級配瀝青碎石 150mm ---------------------------------------- 水泥穩(wěn)定砂礫 200mm ---------------------------------------- 級配砂礫 180mm -------------------------------------- 土基