路面工程课程设计

《路面工程》课程设计任务书一、课程设计目的及任务本课程设计为柔性路面设计是《路面工程》课程的主要教学环节之一。

本设计主要结合公路设计资料，分析工程的特点和当地实际情况，综合运用所学的专业技术知识，完成相应的路面设计。

本课程设计的内容是让学生对给定的地质条件、交通量设计计算某公路路面结构，主要路面结构层组合和厚度设计。

其目的是让学生更好的掌握《路面工程》课程的内容，系统的巩固所学的理论知识，培养学生将理论知识应用到实践中，初步掌握路面结构设计的基本原理，使学生能熟练道路路面结构设计的方法、步骤和内容，并通过设计过程，培养学生的计算、绘图、独立思考和独立工作的能力。

二、设计内容1.工程概况拟设计道路路线位于微丘区，公路自然区划为Ⅱ1区。

设计标高243.50m，地下水位1.5m。

平均稠度为1.08，季节性冰冻地区，冻结深度为1.2m，所经地区多处为粉性土。

设计为双向六车道的一级公路，设计使用年限为15年。

2.设计资料交通量根据学生班级及学号尾号按照表采用。

计算交通量＝表中交通量＋学号后两位。

交通组成及交通量表车型双向交通量小客车3100 风潮HDF650 600三菱PV413 720黄河JN162A 1500 江淮HFF3150C07 810雷诺JN75 750山西SX341 800东风YCY-900 800尤尼克2766 80 交通量年平均增长率(%) 10.2 3.设计任务与内容（1）编写设计说明书，沥青路面结构、厚度设计等（使用诺模图计算）。

（2）对所选定的路面结构方案，要求3个方案。

（3）绘制路面结构图（auto CAD绘制，1张A3图纸）。

三、课程设计要求（1）要求综合应用有关基础课、技术基础课及专业课所学的知识，依照颁布的有关设计规范，独立完成本设计中的各项设计任务。

（2）掌握路面设计参数的选用及计算。

（3）要求能独立的、认真的完成设计的内容，设计思想正确合理，图纸清晰正确，设计计算无误，纹理通顺，字迹端正。

（4）设计文件要求 :1）设计部分：设计计算与说明书；2）内容包括：设计内容介绍、指导书、设计计算书等； 3）提交设计要求的相关图纸。

（5）所要提交的设计文件，应充分考虑施工的可行性，并注重经济性，选择最佳的设计方案，必要时可进行讨论。

（6）装订顺序：1）封面(标明姓名、学号、班级等信息)；2）任务书；3）设计说明书；4）路面结构设计图。

四、提交成果交稿截止时间：2014年11月15日下午6:00前（1）设计任务书；（2）设计说明书；（3）路面结构CAD设计图。

五、参考文献及资料《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006；《路面工程》方福森著人民交通出版社 1995年；《路基路面工程》邓学均著人民交通出版社 2006年；《路面工程》课程设计说明书1.基本设计资料该路段道路路线位于微丘区，公路自然区划为Ⅱ1区。

设计标高243.50m，地下水位1.5m。

平均稠度为1.08，季节性冰冻地区，冻结深度为1.2m，所经地区多处为粉性土。

设计为双向六车道的一级公路，设计使用年限为15年。

表.1 预测交通量及交通组成2.轴载分析2.1 以设计弯沉值为设计指标及验算沥青层底层拉应力中的累计当量轴次（1）轴载换算当以弯沉值和沥青底层拉应力为设计指标时，凡前后轴轴载大于25KN 的各级轴载i P 的作用次数i n 均换算成标准轴载P 的当量作用次数N 。

4.35121Ki i i P N C C n P =⎛⎫= ⎪⎝⎭∑式中：N ——标准轴载的当量轴次（次/昼夜）；i n ——各种被换算的车辆作用次数（次/昼夜）； P ——标准轴载（KN ）；i P ——各种被换算车型的轴载（KN ）； 1C ——轴数系数；2C ——轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。

当后轴间距大于3m 时，按单独的轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m 时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：()11 1.21C m =+-式中：m ——轴数。

计算结果如表.2所示。

表.2轴载换算结果（2）设计年限累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数e N 按下面公式计算：()111365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=⋅⋅式中：e N ——设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）；t ——设计年限（年）；1N ——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/昼夜）； γ——设计年限内交通量平均增长率；η——与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。

根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，六车道的车道系数为0.300.40，取0.35。

累计当量轴次：()()()11571136510.10213659101.210.350.1023.7510t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=⋅⋅⎡⎤+-⨯⎣⎦=⨯⨯=⨯次2.2验算半刚性基层底层拉应力中的累计当量轴次（1）轴载换算 验算半刚性基层底层拉应力的轴载换算公式为：8121Ki i i P N C C n P =⎛⎫''= ⎪⎝⎭∑式中：1C '——轴数系数；2C '——轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。

轴载小于50KN 的忽略不计。

当后轴间距大于3m 时，按单独的轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m 时,双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：()1121C m '=+-式中：m ——轴数。

计算结果如表.3所示。

表.3轴载换算结果表（2）设计年限累计当量标准轴载数参数取值同上，设计年限为15年，车道系数取0.35。

累计当量轴次：()()()11571136510.102136510724.110.350.1024.4210t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦''=⋅⋅⎡⎤+-⨯⎣⎦=⨯⨯=⨯次(3) e N 列表由此可得，为特重交通等级。

3.结构组合和材料选取根据《公路交通沥青路面设计规范》，并考虑交通状况，结构层最小施工厚度，施工设备，水文条件，地区材料种类以及经济性，初拟各结构层厚度及材料参数如下：方案一：（以沥青稳定碎石层为设计层）方案二：（以水泥稳定碎石层为设计层）方案三：（以粗粒式沥青混凝土层为设计层）3.1计算设计弯沉值和结构强度系数（1）设计弯沉值路面设计弯沉值根据公式： 0.2600d e C S B l N A A A -= 计算。

式中：d l ——设计弯沉值；e N ——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；C A ——公路等级系数，高速公路，一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2；S A ——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石，冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；B A ——路面基层类型结构系数，刚性基层，半刚性基层，沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。

若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则B A 介于两者之间通过线性内插决定。

设计公路为一级公路，公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0；基层为柔性基层与半刚性基层组合而成，基层类型系数取1.37。

即弯沉设计值为：()()0.20.27600600 3.7510 1.0 1.0 1.3725.120.01d e C S Bl N A A A mm --==⨯⨯⨯⨯⨯=（2）各层材料容许底层拉应力计算 材料容许拉应力，按下列公式计算：spR sK σσ=式中：sp σ——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa ）；R σ——路面结构材料的容许压应力，即材料能承受设计年限加载的疲劳弯拉应力；s K ——抗拉强度结构系数。

根据材料的不同，按以下公式计算s K 值。

0.220.09/s e C K N A = （沥青混凝土面层） 0.110.35/s e C K N A = （无机结合料稳定集料） 0.110.45/s e C K N A = （无机结合料稳定细粒土）0.050.25/s e C K N A = （贫混凝土）即各设计结构层容许弯拉应力如表.4所示。

表.4结构层容许弯拉应力方案一：方案二：方案三：（3）土基回弹模量的确定该路段位于微丘区，处于公路自然区划Ⅱ1区，多为粉性土，平均稠度1.08，查表得土基回弹模量0E 为35MPa 。

3.2确定设计层厚度（1）计算理论弯沉系数121000s c p l F E δα= 式中：F ——弯沉综合修正系数,0.360.3801.632000s l E F p δ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭；p 、δ——标准车轴载轮胎接地压力()a MP 和当量圆半径()cm ； 0E ——路基回弹模量；1E ——第一层结构层材料回弹模量；C α ——理论弯沉系数；s l ——路边弯沉（0.01mm ），理论上等于d l 。

表.5标准轴载计算参数代入数值可得： （方案一）：0.360.3800.380.361.63200025.12351.63200010.650.70.51s l E F p δ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=⨯⨯ ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭=11000225.1214001000210.650.514.54s C l E p Fαδ=⨯⋅⨯=⨯⨯⨯= （方案二）：0.360.3800.380.361.63200025.12351.63200010.650.70.51s l E F p δ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=⨯⨯ ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭=11000225.129001000210.650.512.92s C l E p Fαδ=⨯⋅⨯=⨯⨯⨯= （方案三）：0.360.3800.380.361.63200025.12351.63200010.650.70.51s l E F p δ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=⨯⨯ ⎪⎪⨯⎝⎭⎝⎭=11000225.1214001000210.650.514.54s C l E p Fαδ=⨯⋅⨯=⨯⨯⨯= （2）确定设计层厚度 （方案一）：采用三层体系表面弯沉系数，有莫诺图计算设计层厚度。

/4/10.650.376h δ==；21/1200/14000.857E E ==由三层体系理论弯沉系数诺莫图查得： 6.22C α=。

/4/10.650.376h δ==；02/35/12000.029E E ==由三层体系弯沉系数莫诺图查得：1 1.38K =。

12c K K αα=,即21 4.540.531.38 6.22c K K αα===⨯ 由2K 、2E E 、h δ值查表可得： 4.8H δ=,即()4.810.6551.12H cm =⨯=()1234582051.12n K H h h h cm -=+=+⨯⨯⨯=∑即：()417.44h cm =。