二级公路路面设计方案.doc
二级公路路面设计方案1.1 路面设计原则路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然环境中，经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时可达50以上。因此，做好路面设计是至关重要的。1.1.1 路面类型与结构方案设计路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当地材料，并注意使用各类废弃物。必要时，应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时，应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。路面结构设计的目的是提供在特定的使用期限内同所处环境相适应并能承受与其交通荷载适用的路面结构，同时设计路面结构，便于改变道路行驶条件，提高服务水平，满足汽车运输的要求，因此路面应起码具备三个方面的使用要求：平整、抗滑、承载能力。设计路段内无不良地质概况，沿线有小型石灰厂和水泥厂，砂石材料丰富；水泥与沥青均需外运。考虑到与水泥路面相比，沥青混凝土路面表面平整、无接缝、行车舒适，便于机械化施工，能加快施工进度；当破坏后，沥青混凝土路面易于修补。故本设计采用沥青混凝土路面1.1.2 路面结构设计路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料，运用规范建议的设计理论和方法对结构进行力学验算。现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，学生应综合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。1.2 路面设计步骤本设计路面采用沥青混凝土，沥青路面结构设计有以下四步:（1）根据设计任务书的要求:进行交通量分析，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。（2）按路基土类与干湿类型:将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于lkm)，确定各路段土基回弹模量。（3）可参考规范推荐结构:拟定几种可能的路面结组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。（4）根据设计弯沉值计算路面厚度:对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算。设计时，应先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。当采用半刚性基层、底基层结构时，可任选一层为设计层，当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度，当求得基层厚度太厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。1.3 路面设计1.3.1 设计资料本设计为双车道二级公路，路面设计年限为15年，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表71所示，在使用期内交通量年平均增长率为8%。本路段位于西安省南部地区，属于第自然区划，为粉质土，沿线有大量碎石集料，并有水泥、石灰等供应。表71 交通组成车 型前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数后轴轮组数后轴距（cm）交通量（次/日）黄河JN360501102双轮组<3550太脱拉13851.4802双轮组<3450东风EQ140 23.769.21双轮组450日野ZM440601002双轮组<3400交通分析:沥青路面设计年限为12年，车道系数见表72，取0.7，公路等级为二级公路。表72 车道系数表行车道数特征单车道1.0双 车 道有分离0.5无分离0.60.7四车道0.40.5六车道0.30.4表73 各分段时间增长率序号分段时间(年)交通量年增长率1672583491.3.2 设计方案本设计路面采用沥青混凝土：当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3792 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 2.549282E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 5192 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3.490473E+07表74路面设计系数名称公路等级系数面层类型系数基层类型系数系数1.111路面设计弯沉值 : 1.3.3 确定土基的回弹模量1.此路为新建路面，根据设计资料可知路基干湿状态为干燥状态。2.根据设计资料，由设计规范公路沥青路面设计规范JTG D50-2006，该路段处于区，为粉质土，确定土基的稠度为1.10。3.查设计规范公路沥青路面设计规范JTG D50-2006中“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(Mpa)”表得土基回弹模量为。1.3.4 路面结构组合设计（1）拟定路面结构组合方案：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13cm），基层采用水泥稳定碎石 （厚度待定），底基层石灰粉煤灰碎石 25cm。（2）拟订路面结构层的厚度按二级路的路面来设计，由设计规范公路沥青路面设计规范JTG D50-2006规定二级公路的面层由二层至三层组成。采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式沥青混凝土（厚度为），中面层采用中粒式沥青混凝土（厚度为），下面层采用粗粒式沥青混凝土（厚度为）。（3）各层材料的设计参数（抗压模量与劈裂强度）：查设计规范公路沥青路面设计规范JTG D50-2006，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取和的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到和的抗压模量：细粒式沥青混凝土为和，中粒式沥青混凝土为和，粗粒式沥青混凝土为和，水泥碎石（或）为，石灰粉煤灰土 （或）为。各层材料的劈裂强度：细粒式沥青混凝土为，中粒式沥青混凝土为,粗粒式沥青混凝土为，水泥稳定碎石为，石灰粉煤灰碎石为。1.3.5 方案的计算情况新建路面结构厚度计算：公 路 等 级 : 二级公路新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 30 (0.01mm)路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm)土地的回弹模量 ： （1）容许拉应力如下表：表75 各层材料劈裂强度与容许拉应力层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土10.292中粒式沥青混凝土0.80.233粗粒式沥青混凝土0.60.164水泥稳定碎石0.60.285石灰粉煤灰土0.40.19（2）各层的厚度入下表：表76 各层厚度表层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)(20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土3140020000.82中粒式沥青混凝土4120016000.73粗粒式沥青混凝土690012000.64水泥稳定碎石?150015000.145石灰煤渣碎石255505500.086土基36（3）按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 30 (0.01mm)H(4)= 15 cm LS= 34.2 (0.01mm)H(4)= 20 cm LS= 29.7 (0.01mm)H(4)= 19.7 cm(仅考虑弯沉)（4）按容许拉应力验算设计层厚度 :H(4)= 19.7 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H(4)= 19.7 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H(4)= 19.7 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H(4)= 19.7 cm ( 4 )= 0.145 MPaH(4)= 24.7 cm ( 4 )= 0.128 MPaH(4)= 21.2 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H(4)= 21.2 cm ( 5 )= 0.088 MPaH(4)= 26.2 cm ( 5 )= 0.075 MPaH(4)= 24.3 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)（5）路面设计层厚度 :H(4)= 19.7 cm(仅考虑弯沉) H(4)= 24.3 cm(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 50 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .（6）通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:表77 路面结构设计表细粒式沥青混凝土3cm中粒式沥青混凝土4cm粗粒式沥青混凝土6cm水泥稳定碎石25cm石灰煤渣碎石25cm土基
