1、路基路面工程设计第一部分设计资料 3一设计题目 3二设计资料 3第二部分公路路基设计 5一 路基横断面布置 5二路基规范相关要求 7第三部分公路路面结构设计及比拟 7一交通量相关计算 10二半刚性基层沥青路面 10三新建复合式水泥混凝土路面 15第四部分路基路面排水设计 22第一部分设计资料1.设计任务书要求某公路设计等级为高速公路，设计基准年为2015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和路基结构设 计。2.气象资料该公路处于U 5区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年气 温平均在14Cs 14.5 C, 一月份气温最低，月平均
2、气温为-0.2 Cs 0.4 C,七月 份气温27 C左右，历史最高气温为40.5 C,历史最低气温为-17 C,年平均降雨 量为525.4毫米s 658.4毫米，雨水多集中在6s9月份，约占全年降雨量的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220s 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地处平原微丘区，调查及勘察中发现，该地区属于第四系上更新统（Q3al+pl ），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲击、 倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，厚度变化
3、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。其他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E有两个代表值分别为30MPa 和60MPa沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附进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规范。表一近期交通组成与交通量车型交通量（辆/日）车型交通量（辆/日）三菱FR415500江淮HF15065
4、0五十铃NPR595G600东风 SP9135B600江淮HF140A600五十铃EXR181600东风M340600表二交通量年增长率期限增长率r(%)期限增长率r(%)2011s 20158.02022s20265.52016s 20206.5表三 不同车型的交通参数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，双向三车道2*3*3.75米，中间分隔带宽3.0米， 路缘带0.75米，硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。计算行车速度100Km/h 全线圭寸闭全立交。第二部分公路路基设计1.路基横断面布置汽车车型后轴重(kN
5、)后轴数后轴轮组数后轴距(m日交通量(辆/日)刖轴重(kN)东风M34024.667.812600江淮HF15045.1101.5120650东风SP9135B20.172.6224600五十铃EXR181L60100324600江淮HF140A18.941.8120600五十铃NPR595G23.54413 / 2220600三菱FR4153051120500由横断面设计（查公路工程技术标准 （JTGB02015）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,其中中央分隔带宽度 为1.5m,路缘带宽度为0.75 X 2=1.5m,硬路肩宽度为3.25 X 2=
6、6.5m, 土路肩宽 度为0.75 X 2=1.5m。；路面横坡为2% 土路肩横坡为4%路基宽度（35）A Z路肩（4.T5行车道及路编带（12）/ 中间带（3-0/卩行车道及路编带（12路肩/ / /j 7公路路星宜度示慧图（单位：H）2.路基最小填土高度本段公路路基最小填土高度为1.5m,填土高度平均为2.50m。3.路基边坡由横断面设计可知（查公路路基设计规范 （JTJ013 2015）本公路路基边坡由于路基填土高度均小于 8m且路提边坡采用1： 1.5的坡度，路堑边坡采 用1： 05的坡度。护坡道为1.0m，且由于该段公路非高填土，故不需要进行边坡 稳定性验算。5.路基压实标准路基压实
7、采用重型压实标准，压实度应符合公路工程技术标准 （JTG B012003）表4.0.4的要求：路基压实度填挖类别路床顶面以下深度（m）路基压实度（高速公路、一级公路）零填即挖方00.3000.80 9600.80 96填方0.801.50 941 .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。5.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
8、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3m6.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 吕有两个代表值分别为30MPa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项目分类路面底面以下深度（m）填料最小度（CBR）（%）填料最大 粒径（m）高速公路填 方 路 基上路床030
9、810下路床3080510上路堤80150415下路堤150以下315零填及路堑路床030810注：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粗粒土(填石)填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的 2/3第三部分公路路面结构设计及比拟按规范3.1.1条，路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。其计算参数如下表所示第三部分路面设计计算参数1.轴载换算(1)” -.4.35T丿当以弯沉值和沥青层的层低拉应力为设计指标时，轴载换算采用该计算公式:KN 二 C1C2nji生式中：N标准轴载当量轴次，次/日山一被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日P 标准轴载，KNPi 被换算车辆的
10、各级轴载，KNK被换算车辆的类型数ci 轴载系数，ci =1 T.2-1)，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。6 :轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。(2)当以半刚性材料结构层的层低拉应力为设计指标时，轴载换算采用该公式：K 、8N =送GCh- IP丿标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P(kN)100轮胎接地压力p( Mpa0.7两轮中心距(cm)1.5d单轮当量圆直径d( cm)21.30式G树系中：轴数C 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09.序号车型名称
11、前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数(m)后轴距日交通量(辆/日)1东风KM34024.667.81双轮组6002江淮HF15045.1101.51双轮组6503东风 SP9135B20.172.62双轮组36004五十铃EXR181L601003双轮组36005江淮HF140A18.941.81双轮组6006五十铃NPR595G23.5441双轮组600(3)设计年限累计当量标准轴载数：|(1 +r j -几365Ne Nir式中：Ne 设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次t 设计年限(年)Nl 路面营运第一年的双向日平均当量轴次(次 /日) r设计年限内交通量平均增长率与车道数
12、有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算7三菱FR41530511双轮组500设计年限15车道系数0.4一个车序号分段时间(年)交通量年增长率道上大客车及158.0 %中型以上的各256.5 %种货车日平均355.5 %交通量Nh=1660 ,属中等交通等级a当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 ：路面营运第一年双向日平均当量轴次 ：3545设计年限内一个车道上的累计当量轴次 ：1.29866E +07属重交通等级b当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 ：路面营运第一年双向日平均当量轴次：2863设计年限内一个车道上的累计当量轴次 ：1.048819
13、E+07属重交通等级路面设计交通等级为重交通等级。初拟路面采用两种路面结构1)、半刚性基层沥青路面2)、复合式刚性基层沥青路面、半刚性基层沥青路面公路等级高速公路公路等级系数1面层类型系数1路面结构类型系数1路面设计弯沉值：22.7 (0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.422中粒式沥青混凝土1.00.303粗粒式沥青混凝土0.80.224水泥稳定石屑0.50.195石灰碎石土0.30.111.当 E0-30MP a 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：22.7
14、 (0.01mm)路面设计层层位：4设计层最小厚度：15 (cm)按设计弯沉值计算设计层厚度：LD= 22.7 (0.01mm)H( 4 )= 250 mm LS=24.8 (0.01mm)层位结构层材料名称厚度(mm)20 C平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15C平均抗压模量(MPa)标准差容许应力1细粒式沥青混凝土4014000200000.422中粒式沥青混凝土5012000160000.303粗粒式沥青混凝土609000120000.224水泥稳定石屑?15000150000.195石灰碎石土250800080000.116十基30H( 4 )= 300 mm LS= 22.3
15、(0.01mm)H( 4 )= 292mm( 仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度：H( 4 )= 292mm(第1层底面拉应力计算满足要求）H( 4 )= 292 mm(第2层底面拉应力计算满足要求）H( 4 )= 292 mm(第3层底面拉应力计算满足要求）H( 4 )= 292 mm(第4层底面拉应力计算满足要求）H（ 4 ）= 292mm（路面设计层厚度：第5层底面拉应力计算满足要求）H( 4 )= 292mm(仅考虑弯沉）H（ 4 ）= 292mm（验算路面防冻厚度：同时考虑弯沉和拉应力）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通过对设计层厚度取整以及设计
16、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40 mm中粒式沥青混凝土50 mm粗粒式沥青混凝土60 mm水泥稳定石屑300 mm石灰碎石土250 mm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= 22.3 (0.01mm)层位结构层材料名称厚度 压(mm)20 C平均 抗 模量(MPa)标准差(MPa)15C平均 抗压 模量(MPa)标准差(MPa)综合影响系数1细粒式沥青混凝土40140002000012中粒式沥青混凝土501
17、20001600013粗粒式沥青混凝土6090001200014石灰粉煤灰土200150001500015石灰土2508000800016十基301第2层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 24.3 (0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.9 (0.01mm)(T ( 1 )=-0.196 (MPa)(T ( 2 )=-0.061 (MPa)(T ( 3 )=-0.047 (MPa)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
18、应力第1层底面最大拉应力第2层底面最大拉应力第3层底面最大拉应力第4层底面最大拉应力 (T ( 4 )= 0.08 (MPa)第5层底面最大拉应力 (T ( 5 )= 0.085 (MPa)2.当 Eo=6OMPa 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层位结构层材料名称厚度(mm)20 C平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15C平均抗压模量(MPa)标准差容许应力1细粒式沥青混凝土4014000200000.422中粒式沥青混凝土5012000160000.303粗粒式沥青混凝土609000120000.224水泥稳定石屑?15000150000.195石灰碎石土25
19、0800080000.116土基60标准轴载：BZZ-100路面设计弯沉值：22.7 (0.01mm)路面设计层层位：4设计层最小厚度：15 (cm)按设计弯沉值计算设计层厚度：LD= 22.7 (0.01mm)H( 4 )= 15 cm LS= 23.7 (0.01mm)H( 4 )= 20 cm LS= 21 (0.01mm)H( 4 )= 16.9 cm( 仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度：H( 4 )= 16.9 cm(H( 4 )= 16.9 cm(H( 4 )= 16.9 cm(第1层底面拉应力验算满足要求)第2层底面拉应力验算满足要求)第3层底面拉应力验算满足要求)H( 4
20、 )= 16.9 cm(第4层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 16.9 cm(路面设计层厚度：第5层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )=169 mm(仅考虑弯沉)H( 4 )=169 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 40 mm中粒式沥青混凝土 50 mm粗粒式沥青混凝土 60 mm层位结构层材料名称厚度 压(mm)20 r平均 抗 模量(MPa)标准差(MPa)15C平均 抗压 模量(MPa)标准差(MP
21、a)综合影响系数水泥稳定石屑 200 mm石灰碎石土 250 mm土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算1细粒式沥青混凝土40140002000012中粒式沥青混凝土50120001600013粗粒式沥青混凝土6090001200014石灰粉煤灰土200150001500015石灰土2508000800016十基601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土基顶面竣工验收弯沉值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)期限增长率r(%)期限增长率r(%)2011s 20208.02031s 20415.5
22、2021s 20316.5变异水平的等级：低级可靠度系数：1.33上面层类型：沥青混凝土上面层下面层类型：普通混凝土下面层车辆类型及交通参数序路面行驶单轴单轮轴载单轴双轮轴载双轴双轮轴载三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组的个数总重组的个数总重(kN)(kN)(kN)(kN)1单后轴货车124.6267.8000006002单后轴货车145.12101.500006503拖挂车220.1272.6000006004拖挂车360.02100.000006005单后轴货车118.9241.8000006006单后轴货车123.5244.0000006007单后轴货车130.025
23、1.000000500各段交通量及其增长率 行驶方向分配系数1车道分配系数.7轮迹横向分布系数.22沥青混凝土上面层厚度 80 mm混凝土弯拉强度5 MPa混凝土弯拉模量31000 MPa混凝土下面层板长度5 m地区公路自然区划 n面层最大温度梯度85 C /m接缝应力折减系数.9当E=30MPa时基（垫）层类型-新建公路土基上修筑的基（垫）层层位基（垫）层材料名称厚度（mm）回弹模量（MPa）1碾压混凝土160270002多孔隙水泥碎石12015003级配碎砾石1502404十基30混凝土基层材料弯拉强度FJ= 5 MPa基层顶面当量回弹模量（不包栝混凝土基层）ET= 118.3 MPa 路
24、面承受的交通等级：重交通等级基层顶面当量回弹模量（不包栝混凝土基层）：118.3 MPa 不考虑沥青上面层影响时混凝土下面层设计厚度 ：252 mm考虑沥青上面层影响折减后的混凝土下面层设计厚度 ：232 mm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：沥青混凝土上面层80 mm普通混凝土下面层180 mm碾压混凝土180 mm多孔隙水泥碎石120 mm级配碎砾石150 mm土基新建基（垫）层及土基顶面竣工验收弯沉值计算新建基（垫）层的层数：3标准轴载：BZZ-100层位基（垫）层材料名称 厚度（mm） 回弹模量（MPa）1碾压混凝土180 27000
25、2多孔隙水泥碎石120 15003级配碎砾石150 2404土基30第1层顶面竣工验收弯沉值LS= 22 （0.01mm）（根据“沥青路面设计规范”公式计算）式计算） 第2层顶面竣工验收弯沉值LS= 115.9 （0.01mm）（根据“沥青路面设计规范”公 式计算）LS= 158.3 （0.01mm）（根据“基层施工技术规范”公式计算）第3层顶面竣工验收弯沉值LS= 290 （0.01mm）（根据“沥青路面设计规范”公式 计算）LS= 453.6 （0.01mm）（根据“基层施工技术规范”公式计算） 土基顶面竣工验收弯沉值LS= 310.5 （0.01mm）（根据“路基路面测试规程”公式 计算）LS= 383.1 （0.01mm）（ 根据“基层施工技术规范”公式计算）（2）当 E=60MPa时基（垫）层类型-新建公路土基上修筑的基（垫）层层位基（垫）层材料名称厚度（mm）回弹模量（MPa）1碾压混凝土160270002多孔隙水泥碎石1201
