06交通荷载及路面设计参数

《路基路面工程》课程教学大纲课程名称：路基路面（Road Subgrade and Pavement Engineering）课程编码：60445022 学分：3 总学时：54说 明【课程简介】《路基路面工程》课程是面向土木专业交通土建方向学生的一门专业方向课。

课程主要讲授路基路面的基本概念、路基的防护与加固方法、路基设计、沥青路面设计、水泥混凝土路面设计等内容。

要求学生通过课程内容的学习，熟悉路基路面工程的基本设计原则和规定，掌握各种结构及构件的受力特点及其基本要求，培养良好的结构意识及对常用路基路面工程体系进行正确布置和设计的能力，为今后学习和工作实践奠定扎实的基础。

【课程性质】专业方向课。

【适用专业】土木专业。

【教学目标】课程的主要特点是理论与实践并重，工程性较强,既要认真学习基本理论知识，又要注重工程实践。

通过学习，学生应该了解路基路面材料以及结构的基本概念、路基路面工程相关的交通环境情况、相关材料的特性以及结构相关设计参数；掌握支挡结构的类型和使用条件、布置和构造以及挡土墙设计方法；能够运用理论知识进行路基路面结构的设计。

学生能够运用相关的基本概念、原理和方法等重点内容进行挡土墙设计、沥青路面和水泥混凝土路面结构组合设计与厚度设计，同时具有路基路面工程相关的设施工、养护和质量检测与评定的基本能力。

【先修课程要求】《材料力学》、《结构力学》、《土力学》等。

【能力培养要求】要求学生通过理论学习，掌握路基边坡稳定性分析方法，能够进行路基支挡结构设计、沥青路面设计以及水泥混凝土路面的设计和制图，并且对路基路面的施工和养护有进一步的了解。

【学习总量】理论学时为54学时，自主学时为350学时，总学时为404学时。

【教学方法与环境要求】以理论教学为主，辅助ppt课件教学。

【学时分配】学 时 安 排序号 内 容理论课时实验课时实践课时习题课时小计1 第一章 概论 4 42 第二章 路基土的特性及设计参数 4 43 第三章 路基设计 8 84 第四章 路基防护与支挡结构设计 6 65 第五章 路基施工 2 26 第六章 交通荷载级路面设计参数 2 27 第七章 路面基层 4 48 第八章 沥青路面设计 10 109 第九章 水泥混凝土路面设计 10 1010 第十章 路面施工 2 211 第十一章 路基路面养护与管理 2 2总 计 54 54 【教材与主要参考书】教 材：路基路面工程，黄晓明，人民交通出版社，2016年4月，第4版。

交通荷载及路面设计参数在道路设计中，交通荷载是指道路结构承受的车辆荷载力，主要包括静力荷载和动力荷载两种形式。

静力荷载是指车辆静止状态下对道路结构施加的垂直作用力，如停车、交通信号灯等情况下的荷载力。

动力荷载是指车辆运行过程中施加在道路结构上的荷载力，如车辆行驶、超车、制动等情况下的荷载力。

在确定交通荷载时，需要考虑以下因素：1.车辆类型和重量：不同类型的车辆具有不同的荷载特性，例如轿车、货车、客车等。

设计荷载应根据不同类型的车辆的特点和重量来确定。

2.交通流量：道路的荷载应根据预计的交通流量来确定，即预计通过道路的车辆数量。

交通流量对道路的荷载具有直接影响，高交通流量将对道路的结构产生更大的荷载作用。

3.设计寿命：道路的设计寿命是指道路预计使用的年限。

不同的设计寿命要求不同的荷载标准，设计寿命越长，荷载标准越高。

4.地理条件：地理条件对道路的荷载也具有一定的影响。

例如，地震频率较高的地区需要采取更严格的荷载标准。

在道路设计中，除了交通荷载外，还需要考虑路面设计参数，以确保道路具有良好的承载力和耐久性。

一些常见的路面设计参数包括：1.路面材料：选择合适的路面材料是确保路面承载力和耐久性的重要因素。

一般常用的路面材料有沥青混合料、水泥混凝土等。

根据道路的荷载和使用条件合理选择路面材料。

2.路面厚度：路面厚度是指路面上覆盖材料的厚度。

设计路面厚度时需要考虑道路的设计寿命、荷载以及环境因素等，以保证路面的稳定性和耐久性。

3.路肩和排水设计：路肩是指道路两侧与行车道之间的区域，荷载的作用也会对路肩产生一定的影响。

在路面设计中，需要考虑到路肩的稳定和排水性能，以确保路肩能够适应不同的荷载和排水条件。

4.路面结构：路面结构是指路面各层材料的组合方式和厚度。

设计路面结构时需要根据道路的荷载、使用条件和土质情况等因素来确定合理的结构，以确保路面的承载力和耐久性。

综上所述，交通荷载及路面设计参数是道路设计中非常重要的一部分。

公路水泥混凝土路面设计规范JTGD40-20111总则1.0.1为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的技术水平、使用品质和设计质量，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。

1.0.2本规范适用于各等级新建和改建公路的水泥混凝土路面设计。

1.0.3水泥混凝土路面设计方案，应根据公路的功能和等级，结合当地气候、水文、地质、材料、建设和养护条件、工程实践经验及环境保护等，通过综合分析确定。

1.0.4水泥混凝土路面设计应包括结构组合设计、结构层厚度设计、材料组成设计、接缝构造设计、钢筋配置设计等内容。

1.0.5水泥混凝土路面结构，应按规定的安全等级和目标可靠度要求，在设计基准期内承受预期的交通荷载作用，适应所处的自然环境，满足预定的使用性能要求。

1.0.6水泥混凝土路面设计除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2术语和符号2.1术语2.1.1水泥混凝土路面cementconcretepavement以水泥混凝土作面层(配筋或不配筋)的路面。

2.1.2普通混凝土路面jointedplainconcretepavement除接缝区和局部范围外，面层内均不配筋的水泥混凝土路面，也称素混凝土路面。

2.1.3钢筋混凝土路面jointedreinforcedconcretepavement面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。

2.1.4连续配筋混凝土路面continuouslyreinforcedconcretepavement面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。

2.1.5钢纤维混凝土路面steelfiberreinforcedconcretepavement在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。

2.1.6复合式路面compositepavement面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面。

2.1.7水泥混凝土预制块路面concreteblockpavement面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。

路面工程(第五版)习题参考答案备注：综述题有些只给了大纲，需要加以展开论述。

第一章路面工程概述（课本第一章相关部分）1、路面的功能要求包括哪几个方面？A.强度和刚度（承载能力）B 稳定性（水温稳定性）C 耐久性D 表面平整E 抗滑F 环保性－少尘、低噪音G 辨识性－色彩、车道改变2、对路面有哪些基本要求？(1)具有足够的强度和刚度(2)具有足够的水温稳定性(3)具有足够的耐久性和平整度(4)具有足够的抗滑性(5)具有尽可能低的扬尘性(6)符合公路工程技术标准规定的几何形状和尺寸3、路面结构为什么要分层，水泥混凝土路面和沥青混凝土路面如何进行分层？行车荷载和自然因素对路面的影响，随路面结构深度的增加而逐渐减弱，对结构层材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐减弱。

按照使用要求、受力状况、土基支撑条件和自然因素影响程度的不同划分。

通常分为面层、基层和功能层。

水泥混凝土路面：面层（水泥混凝土面板），基层(可分几个亚层),功能性垫层沥青混凝土路面：分层更细，面层、基层均可分几个亚层、在路基与基层间可设功能层。

4、路面结构层位与层位功能(沥青路面与水泥路面不同)面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次，它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响，因此，同其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性，且应耐磨、不透水，表面还应有良好的抗滑性与平整度。

基层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的路基（含垫层及土基），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿，故也应具有足够的水稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。

功能层：为保证面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态必要时设置功能层。

路基路面工程教学大纲一、课程的性质与目的本课程是道路桥梁及渡河工程、交通工程等专业必修专业主干课程，主要讲述公路、城市道路、厂区道路工程中路基工程、路面工程的基本理论和基本知识。

本课程将结合卓越工程师的培养要求，着力培养学生工程分析能力、工程设计能力和工程管理能力。

教学目的：在掌握土木工程材料、材料力学、土质学与土力学、道路勘测设计等知识的基础上，通过本课程的教学，学生应掌握路基路面工程的结构特点与功能要求；路基土的工程特性和承载力评价指标与方法；路基路面工程相关的交通、环境、材料的特性与要求、结构设计参数；掌握路基强度和稳定性的要求和设计方法；掌握路基支挡结构分析与设计；路面结构强度（刚度）的测试方法、结构层材料模量的确定和取值方法、交通量确定方法、路基路面工程质量检测与评定方法；掌握路基层特性及选择方法；沥青混凝土路面和水泥混凝土路面材料与结构设计方法；了解路基和路面施工及养护技术。

课程重点：路基路面工程相关的基本概念、原理和方法；路基稳定性设计和路基支挡结构设计；沥青路面和水泥混凝土路面结构组合设计与厚度设计；路面施工、养护和管理的基本流程。

具有路基路面工程相关的设计、施工、养护和质量检测与评定的基本能力。

二、课程内容的教学要求1、绪论了解路基路面工程取得的成就及路基路面工程与各学科的关联性；掌握路基路面结构工程结构特点、结构分层和结构层主要功能等，掌握路基路面结构特点与分层要求；掌握路基路面结构的影响因素；掌握公路自然区划的概念及不同自然区划的特点、公路自然区划的划分方法。

2、路基工程（1）路基土的特性及设计要求：掌握路基土的分类、路基工作区、土基强度（刚度）指标、路基临界高度、相对含水量与干湿类型；掌握路基土的力学特性及影响因素；了解路基土的基质吸力及干湿类型（路基饱和度）确定。

掌握路基设计参数的确定方法与要求。

（2）路基设计：了解路基的基本构造及主要附属设施；掌握路基工程的主要病害及产生的原因；熟练掌握直线法和圆弧法（瑞典法和BISHOP法）验算路基的边坡稳定性，能进行陡坡路堤的稳定性验算；理解浸水路堤的稳定性验算特点及要求；熟练掌握路基典型横断面组成及一般路基设计要点；理解路基变形观测与控制要点、路给排水设计要求、特殊路基设计方法，基本掌握地基加固的类型与方法。

路面设计参数
路面设计参数主要包括以下几个方面：
1. 路基承载能力：路基的承载能力是决定路面结构稳定性的重要因素。

设计时需要根据车辆的载重、交通流量和路基的土壤类型、湿度等条件进行评估。

2. 路面材料：不同的路面材料具有不同的特性，如沥青路面和水泥路面。

材料的选择需要根据工程要求、地理环境、交通流量和预算等因素来确定。

3. 路面厚度：路面厚度是影响路面耐久性和稳定性的关键因素。

设计时需要考虑车辆的载重、路面的材料和使用寿命等因素。

4. 排水设计：排水设计是保证路面性能的重要方面。

设计时需要考虑地区降雨量、路面倾斜度、排水沟的位置等因素，以确保路面的水能及时排出。

5. 横向坡度与纵向坡度：横向坡度和纵向坡度是影响车辆行驶和排水的重要参数。

设计时需要根据地区地形、车辆流量和道路等级等因素来确定。

6. 预应力与跨度：预应力和跨度是桥梁设计中重要的参数，设计时需要考虑桥梁的跨度、桥墩的高度和桥下的地形等因素。

总的来说，路面设计参数涉及到多个方面，需要根据工程的具体要求和实际情况来进行选择和设计。

路基路面工程重点复习（第六版）其中★：必须掌握，▲：必须了解，其他未标注的是老师勾选的重点。

第一章概论1.路基路面的工程特点主要包括哪几个方面？路基和路面是道路的主要工程结构物：①路基是在天然地表面按照道路的设计线性（位置）和设计横断面（几何尺寸）要求开挖或堆填而成的岩土结构物；②路面是在路基顶面用各种混合料铺筑而成的层状结构物。

路基和路面工程是道路工程的主要组成部分，其特点是：(1)路基工程的土方量很大，而路面结构在道路造价中所占比重很大；(2)路基与路面工程是一项线性工程，公路沿线地形起伏、地质、地貌、气象特征多变，造成了路基与路面工程复杂多变的特点。

2.路基路面的性能要求包括哪几个方面？(1)承载能力：路基路面结构承受荷载的能力；(2)稳定性：在降水、高温、低温等环境作用下仍能保持其原有特性的能力；(3)耐久性：在车辆荷载的反复作用与大气水温周期性的重复作用下的性能变化特性；(4)表面平整度：路面表面纵向凹凸量的偏差值；(5)路面抗滑性：路面表面抗滑能力的大小。

3.为什么要特别重视路基的稳定性？路基稳定性受哪些因素影响？(1)处于不稳定的路基结构会导致路基失稳，从而引发滑坡或坍塌等病害出现。

(2)路基稳定性受地理条件、地质条件、气候条件、水文和水文地质条件、土的类别等因素的影响。

4.路面结构为什么要进行分层设计？水泥混凝土路面和沥青混凝土路面如何分层设计？(1)行车荷载和自然因素对路面的影响 ,随深度的增加而逐渐变化。

因此 ,对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐变化。

通过沥青路面结构应力计算结果可以发现 ,荷载作用下垂直应力z ，随着深度的增加而变小,水平拉应力r 一般为表面受压和底面受拉 ,剪切应力zr 先增加后减小。

为适应这一特点，路面结构通常是分层铺筑。

(2)按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同进行分层，通常按照各个层位功能的不同，划分为三个层次，即面层、基层和路基（垫层）。

5.路面结构设计5.1沥青路面5.1.1交通量及轴载计算分析路面设计以单轴载双轮组100KN 为标准轴载。

1) 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： ①轴载换算：轴载换算采用如下的计算公式：=N ∑=ki i i P P n C C 135.421)/(计算结果如下表所示：表5.1轴载换算表②累计当量轴次根据《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》,高速公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是取0.5。

累计当量轴次：()111365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=()[]189188305.060.430336506449.0365106449.0115=⨯⨯⨯⨯-+=（次）2) 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 ①轴载换算验算半刚性基层层底拉应力轴载换算公式：812'1')/('P P n C C N i ki i ∑==计算结果如下表所示：表5.2 轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）②累计当量轴次参数取值同上，设计年限是15年,车道系数取0.5。

累计当量轴次：()111365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=()[]321652575.087.731636506449.0106449.0115=⨯⨯⨯-+=（次）5.1.2结构组合设计及材料选取1) 拟订路面结构组合方案根据规定推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土（取18cm ），基层采用水泥碎石（取20cm ），下基层采用石灰土（厚度待定）。

另设20cm 厚的中粗砂垫层。

2) 拟订路面结构层的厚度由于计算所得的累计当量轴载达到了500万次，按一级路的路面来设计，由设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。

采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度为4cm ），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度为6cm ），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度为8cm ）。

1沥青路面设计1.1路面设计原则①路面设计应根据使用要求和气候、水文等自然条件，结合当地实际经验进行。

②在满足交通量和使用要求的前提下,应因地制宜,选择合理方案。

③结合当地实际，在路面设计方案中应用有效的新材料、新工艺、新技术。

④路面设计方案应注重环境保护和施工人员的健康安全。

⑤为提高路面工程质量，应进行机械化施工。

⑥高速公路和一级公路的路面不得分期修建。

1.2新建沥青路面设计1.2.1设计标准①由《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）可得，路面结构的目标可靠度和目标可靠指标不应低于表1.1的规定1.1目标可靠度和目标可靠指标公路等级 高速公路 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路目标可靠度（%） 95 90 85 80 70目标可靠指标β 1.65 1.28 1.04 0.84 0.52②该公路为二级公路，根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）的规定（如下表1.2所示）路面结构设计年限为12年。

1.2路面结构设计使用年限（年）公路等级 设计使用年限 公路等级 设计使用年限高速公路、一级公路 15 三级公路 10 二级公路 12 四级公路 8③采用下表1.3的参数，标准荷载为BZZ-100。

表1.3设计轴载的参数1设计轴载（KN） 轮胎接地压强（Mpa）单轮接地当量圆直径（mm）两轮中心距（mm）100 0.70 213.0 319.51.2.2交通荷载参数分析①根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）附录A.1车型分类。

②交通数据调查该项目交通量见表1.4，交通增长率为7.0%，方向系数取0.5，可靠度系数β取为1.04，根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）采用水平3的车道系数，根据表1.5取为1.0。

表1.4 交通组成交通组成 交通量（辆/日） 车型 交通组成 交通量（辆/日） 车型 小客车 739 小 跃进NJ131105 小66 中大客车 285 大 五十铃NPR595G北京BJ130 250 小 江淮196 中HF140A交通SH361 102 大 江淮HF150155 中太拖拉138 83 大 东风KM340189 中85 特大 金杯SY132 395 小 东风SP9135B46 特大 金杯SY450 345 小 五十铃EXR181L1.5 车道系数单向车道数 1 2 3 ≥4高速公路 - 0.70-0.85 0.45-0.60 0.40-0.50其他等级公路 1.00 0.50-0.75 0.50-0.75 - 各类车型技术参数见表1.6。