道路工程课程设计计算书.docx

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1、湖南大学土木工程学院（桥梁二班）道路工程课程设计任务书设计题目：LD803公路路线路面设计学生姓名： 学 号： 指导教师： 39设计资料设计资料学生编号:一、工程概况2、二灰土回弹模量和强度工程所在地湖南省境内(1) 抗压回弹模量（MPa）613公路自然区划自己确定(2) 50mm50mm试件劈裂试验最大荷载 (N)公路等级参照最新技术标准11134路线总长度（公里）见路线设计210293946二、交通组成（辆/日）41070解放CA10B15451140解放CA3902606809东风EQ140134黄河JN1501393、二灰稳定砂砾回弹模量和强度黄河JN25373(1) 抗压回弹模量（M

2、Pa）1668长征XD980145(2) 100mm100mm试件劈裂试验最大荷载 (N)日野ZM44012319353日野KB22222212848太拖拉138103310600轴重小于25kN的车辆1535411231交通量年增长率4.8%51015769479三、土类地质情况711227050cm为松土，50100cm为软土，100300cm为硬土，300cm以上为软813170石99922路基土类粘性土路槽底至地下水位4、中粒式沥青混凝土回弹模量和强度最高水位(m)0.99(1) 20C抗压回弹模量（MPa）1014最低水位(m)1.39(2) 15C抗压回弹模量（MPa）1957(3

3、) 15C101.6mm63.5mm试件劈裂试验最大荷载 (N)四、试验资料1100771、土基回弹模量21048639248(1) 承载板试验410694承载板压力(MPa)回弹变形 (0.01mm)591390.0222690270.04375、水泥混凝土抗折(抗弯拉)强度试验极限荷载(kN)0.0650第1组1430.08652320.10803420.15119第2组1360.201702430.25220343(2) 贝克曼梁弯沉试验测点回弹弯沉 (0.01mm)1201216832094151521562117179821292011020111206121971319814148

4、目录一：道路平面定线设计二：道路纵断面设计三：道路横断面设计四：沥青混凝土路面结构设计五：水泥混凝土路面结构设计六：附录附录一：实验数据整理附录二：Bisar数据输入及计算结果七：图纸汇总一：平面定线设计1. 交通组成及相关技术标准的拟定。交通组成交通组成(辆/日)解放 CA10B154解放CA390260东风EQ140134黄河JN150139黄河JN25373长征XD980145日野ZM440123日野KB22222太拖拉138103轴重小于 20KN 的车辆1535交通量年增长率4.8%折减系数汽车代表车型车辆折算系数说明小客车1.019 座的客车和载质量2t 的货车中型车1.519 座

5、的客车和2t载质量7t的货车大型车2.07t载质量20t 的货车汽车列车3.0载质量20t 的货车初始年交通量：暂定公路远景设计年限拟定为 15 年，则远景设计年限交通量：根据相关规范，小于15000，所以远景年限拟定为15年合理,根据公路工程技术标准JTFB01-2014,并考虑到该区域为山区，人流量交通都比较少，可以归为次要干线公路或集散公路，因此拟定道路等级为二级公路，双向车道，设计速度60km/h。2. 平面选线2.1.交通背景 该地段位于湖南省境内，山岭，梯田比较多，也有一些河流，人口比较稀疏，地势高低起伏，可以归为集散道路2.2地图定点 在地图上拟定道路的起点，交点，终点，如下：方

6、案比选: 两种方案，首先在工程量上，方案一总长度1256米，方案二1271米，相差不大，方案一相对而言经济造价稍有优势，其次，方案一只有一个交点，线性简单，易施工，行车舒适平缓，而方案二有三个交点，线路复杂，工程量更大，行车也不舒适，在施工阶段和运营阶段都不如方案一；除此之外，路线选择还要考虑与当地居民的联系，比较两个方案，线路都比较靠近当地村民，而且没进村，不扰民，在地形地势方面，方案二的设计的线路的地形较为复杂，而方案一地势比较平缓，施工运输都比较方便，综合考虑各种因素，方案一更佳。2.3 相关技术指标的拟定及线形设计 根据公路工程技术标准JTFB01-2014，圆曲线最小半径要求，最大超

7、高为4%时,圆曲线最小半径为150米，最大半径为10000米，因此初拟超高为3%，圆曲线为300米。如图，走向为A-C，D，E为切点，B为交点，坐标如下：A:(460974.664,935746.581)B:(461615.764,935373.830)C:(462009.505,935721.180)路线长、方位角计算:（1） AB段（2） BC段所以转角=149.825-41.418=108.407度2.4 缓和曲线的设定 根据相关公式，缓和曲线有最小长度的要求（1）（2） 行驶时间不宜过短，行驶时间取为3秒，则（3） 超高渐变率适中， 综上，取缓和曲线长度为50米2.4 圆曲线计算与校核

8、路线转角 L曲线长（m） T切线长（m）E外矩（m） J校正数（m） R曲线半径（m）已知圆曲线半径，=108.407度桩号校核： JD K1+439.450-) T 441.489ZH K0+997.961+) LS 50.000HY K1+047.961+) (L-Ls) 567.618HZ K1+615.579-) LS 50YH K1+565.579-)(L-2Ls)/2 258.809QZ K1+306.770+) (2TL)/2 132.680 JD K1+439.450 校核 差0二 纵断面课程设计2.1竖曲线设计根据纬地软件上绘制的纵断面图，以及公路线路设计规范，尽量使土挖方量

9、和填土量保持平衡，设计出一条合理平缓行车舒适的竖曲线。 相关技术指标 根据公路工程技术标准JTG B01-2014 ，拟定纵坡，坡长及竖曲线半径汇总如下项目纵坡坡长竖曲线最小半径竖曲线最小长度规范最大6%，采用4%最长1000米1400米（凸）1000米（凹）50米2.2 竖曲线根据在纬地软件上的纵断面地形起伏变化，尽量使两个不同方向的坡度能更好的衔接，行车更舒适，取竖曲线半径R=15563米，满足规范大于10000m；变坡点的桩号K0+740，=i2-i1=-2.258%，为凸形竖曲线,则竖曲线长度L=R=351.413m切线长T=L/2=175.668m竖曲线外距E=T2/2R= 0.99

10、1m竖曲线起点桩号：K0+740-175.668= K0+564.332竖曲线终点桩号：K0+740+175.668= K0+915.668 竖曲线起点高程：95.827+1.224%424.332=101.021m 坡点高程：95.827+1.224%600=103.171m三 横断面设计3.1.横断面各项技术指标的确定3.1.1.超高的计算 ，=，其中R=300m,v=60km/h,代入公式，可求得ih=0.05495.49%根据JTGB01-2014公路工程技术标准，拟定路面类型为碎，砾石等粒料路面，路拱横坡度为2.5%3.5%,取横坡度为3%。3.1.2.超高过渡段的设置 超高过渡段长

11、度的计算。，其中为旋转轴至行车道外侧边缘的宽度，绕内便沿线旋转，取=B（行车道宽度）=3.5m,为超高坡度与路拱横坡度的代数差，即，P为超高渐变率，根据规范取1/150，代入上式，可求得=13.0725，安全起见，取5的整数倍20m3.2平曲线加宽设计3.2.1.加宽值的确定 考虑车速的影响，圆曲线上路面的加宽值按道路勘测设计上的公式其中N=3，A为汽车后轴至前保险杠的距离。三种标准车型轴距加前悬的长度分别为5m,8m,5.2+8.8m。根据设计资料，交通流量中3钟车都有，因此一个方向的总加宽值可取普通汽车的加宽值加上铰接汽车的加宽值，即m，取1.3米3.2.2加宽过渡段长度 加宽过度段长度与

12、缓和曲线长度一致50m。 各项公路技术标准汇总如下表项目规范规定要求本段采用指标地形山岭公路等级二级设计速度（km/h）60车道数（条）2行车道宽度（m）23.523.5中央带宽（m）一般值极限值硬路肩宽（m）一般值0.750.25极限值0.25土路肩宽（m）一般值0.750.5极限值0.5圆曲线最小半径（m）一般值400300极限值250不设超高1900缓和曲线最小长度（m）5050最小直线长度（m）同向曲线6v360反向曲线2v120竖曲线最小长度（m）5050最大纵坡（%）66横坡（%）343超高渐变率内边线1/150超高5.5%超高过渡段长度m90加宽值m1.3加宽过渡段长度m50四：

13、路面干湿类型及土基回弹模量的计算4.1 设计资料 土类地质情况如下0-50cm为松土，50-100cm为软土，100-300cm为硬土，300cm以上为软石路基土类粘性土路槽底至地下水位最高水位（m）0.99最低水位 (m)1.39 承载板试验资料如下 承载板压力（MPa）回弹变形（0.01mm）0.02220.04370.06500.08650.10800.151190.201700.252204.2 路面干湿类型的判断 本道路位于湖南省境内，根据公路自然区划相关规定，湖南省属于5区，土类为粘性土，根据公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）规定，取路基临界高度值如下:H1=1.9m

14、,H2=1.4,H3=1.1m湖南省最不利季节出现在4,5月份，降雨量大，最高水位根据上面设计资料为0.99m,小于H1，因此可判断干湿类型为过湿状态。4.3 刚性承载板法算E0 土是非线弹性-弹性变形体，但在一定条件下，简化为线弹性材料（一般为变形L1mm,即取上表中回弹变形小于100），根据公式计算。根据最小二乘法原理，计算公式如下，即为拟合曲线，也可以用excell编入数据绘制拟合曲线，如下图 由上图可得土基的应力应变拟合曲线为，拟合精度为0.9942，由于线弹性变形是从零点开始出发，因此实际的弹性变形应为试验测出的值加上截距0.85，实际土压缩值如下表P(MP)0.020.040.06

15、0.080.100.15L(0.01mm)22.8537.8550.8565.8580.85119.85，为土的泊松比0.35，D为承载板直径，取30cm,代入上式可求出。4.4贝克曼梁弯沉实验法算E0 实验数据如下表 测点1234567回弹弯沉0.01mm201168209151215211179测点891011121314回弹弯沉0.01mm212201201206197198148根据上表数据，可求得标准差S=22.249，E0计算按下面的公式其中l(平均)=192.643，,0等于0.35,P=0.7MPa,=10.65cm, 根据规范查，二级公路取Z=1.645,所以（0.01mm）

16、4.5 沥青路面容许弯沉的计算根据规范公路沥青路面设计规范JTG D50-2006,其中，公路二级，Ac取1.1，沥青混凝土路面面层，As取1.0，半刚性沥青路面，Ab取1.0，Ne为362.514万次，带入上式，求得=269,大于实际弯沉229.243，满足设计要求。4.5轴次计算 以双轮组单轴载100KN为标准轴载(BZZ-100)标准轴载的计算参数标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100双轮组单轴重p(KN)100双轮图示当量圆直径d（cm）21.3轮胎接地压强P(MPa)0.7两轮中心距（cm）1.5d4.5.1 交通组成(小于25的轴重均不给予考虑)车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组

17、数后轴距（m）交通量解放CA10B19.4060.85 1双154解放 CA39035.0070.151双260东风EQ14023.7069.201双134黄河JN15049.00101.601双139黄河JN25355.0066.00 2双 373长征XD98037.1072.652双 3145日野ZM44060.00100.002双 3123日野KB22250.20104.301双22太拖拉13851.4080.002双 3103轴重小于25KN的车辆15354.5.2.轴次计算4.5.2.（a）以设计弯沉值为指标计算路面厚度及验算沥青层层底拉应力时，各级轴载（包括车辆的前，后轴）Pi的作

18、用次数ni,均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N: 式中： N标准轴载当量轴次，次/日 被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 P标准轴载，KN 被换算车辆的各级轴载，KN C1，C2分别为轴数系数和轮组系数轴载计算结果如下表：车型PiC1C2Ni解放 CA10B后轴60.851115417.744 解放 CA390前轴3516.426017.292 后轴70.151126055.615 东风 EQ140后轴69.21113427.013 黄河 JN150前轴4916.413939.953 后轴101.611139148.937 黄河 JN253前轴5516.47334.680 后轴662.

19、217326.349 长征 XD980前轴37.116.414512.426 后轴72.652.2114579.463 日野 ZM440前轴6016.412385.318 后轴1002.21123270.600 日野 KB222前轴50.216.4227.025 后轴104.3112226.422 太拖拉 138前轴51.416.410336.451 后轴802.2110385.842 971.130 根据公路沥青路面设计规范JTG-D50-2006，二级公路沥青路面的设计年限为12年，双向两车道，车道系数为0.6-0.7，取0.65，=4.8%，所以 累计当量轴次：根据相关规范， 其交通量在

20、300万与1200万之间，属于中等交通量。4.5.2（b）验算半刚性基层层底拉应力时，各级轴载（包括车辆的前，后轴）Pi的作用次数Ni,均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N: 式中： N标准轴载当量轴次，次/日 被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 P标准轴载，KN 被换算车辆的各级轴载，KN C1，C2分别为轴数系数和轮组系数轴载计算结果如下表：车型PiC1C2Ni解放 CA10B后轴60.85111542.895 解放 CA390后轴70.151126015.247 东风 EQ140后轴69.2111347.046 黄河 JN150后轴101.611139157.821 黄河 JN25

21、3前轴55118.57311.308 后轴6631737.885 长征 XD980后轴72.653114533.758 日野 ZM440前轴60118.512338.220 后轴10031123369.000 日野 KB222前轴50.2118.5221.641 后轴104.3112230.810 太拖拉 138前轴51.4118.51039.284 后轴803110351.842 736.757 根据设计规范,二级公路沥青路面的设计年限为 12年,双 向 双 车 道 的 车道系数是0.6-0.7,取0.65，=4.8%. 累计当量轴次： 根据规范，小于300万次，属于轻等交通4.6.路面结构

22、组合设计本设计考虑干燥（中湿）和潮湿（过湿）两种情况进行路面结构设计。4.6.1.干燥（中湿）情况沥青混凝土路面结构设计 方案设计 中等交通，干燥中湿路段沥青面层设计采用两层，采用推荐厚度，两种方案如下 方案 A-细粒式密级配沥青混凝土(AC-13) 3cm -中粒式密级配沥青混凝土(AC-20) 6cm - 密级配沥青稳定碎石 12cm - 水泥稳定碎石 18cm - 土基 方案 B -中粒式密级配沥青混凝土(AC-16) 4cm -中粒式密级配沥青混凝土(AC-20) 6cm - 水泥稳定碎石 20cm - 级配碎石 15cm - 垫层 20cm- 土基 方案比选 该公路地处 IV5区，属

23、于山岭地段，交通量一般，为中型交通，二级公路双向两车道，服务水平四级。湖南一年四季气候情况：为大陆性中亚热带季风湿润气候。受东亚季风环流的影响密切相关。气候具有三个特点：第一、光、热、水资源丰富，三者的高值又基本同步。湖南4-10月，总辐射量占全年总辐射量的70-76%，降水量则占全年总降水量的68-84%。第二，气候年内与年际的变化较大。冬寒冷而夏酷热，春温多变，秋温陡降，春夏多雨，秋冬干旱。气候的年际变化也较大，极大值与极小值的地区差值比平均值的地区差值大1.29倍，雨量最多年份与最少年份相差1460毫米，最多年几乎为最少年的3倍。第三，气候垂直变化最明显的地带为三面环山的山地。尤以湘西与

24、湘南山地更为显著。湖南年日照时数为1300-1800小时，以洞庭湖为最多，岳阳可达1840小时。湖南热量丰富。年气温高，年平均温度在16-18之间。湖南冬季处在冬季风控制下，而东南西三面环山，向北敞开的地貌特性，有利于冷空气的长驱直入，故一月平均温度多在4-7之间，湖南无霜期长达260-310天，大部分地区都在280-300天之间。年平均降水量在1200-1700毫米之间，雨量充沛，为我国雨水较多的省区之一。根据上述资料，可知，湖南属于湿热多雨地区，应做好地表水的排除和防渗以及地下水的处理，表面层尽量选择抗滑耐磨，防裂耐久的材料，如SMA-13，AC-13或AC-16，中下层应具有足够的抗变形

25、能力：高温抗车辙，抗剪切，如AC-20，AC-25，ATB-25(密级配沥青碎石)，下面层应选择水稳定性好，抗冲刷能力强的材料，如沥青碎石，水泥稳定碎石等。由于该地区属于干燥中湿路段，对防水防渗要求不是很大，垫层一般在潮湿，湿软土基，冻土地基等不良地质段设置，两种方案均采用了沥青混凝土，厚度不一样，厚度要求不需要特别大，在满足的推荐厚度范围内即行，尽量做到既能适用又能经济，因此可选用方案A.4.6.2.潮湿（过湿）情况沥青混凝土路面结构设计 方案设计 该路段为潮湿过湿路段，沥青面层设计采用三层，采用推荐厚度，两种方案如下： 方案 A -细粒式密级配沥青混凝土(AC-13) 4cm -中粒式密级

26、配沥青混凝土(AC-25) 6cm -水泥稳定碎石 18cm - 石灰稳定稳定土 20cm - 路基 方案 B -中粒式密级配沥青混凝土(AC-13) 4cm -中粒式密级配沥青混凝土(AC-25) 7cm - 石灰稳定粒料 18cm - 石灰稳定土 20cm - 垫层 20cm - 路基方案比选由于该路段为潮湿（过湿）路段，降雨量很大，因此对防水防渗及地下水处理方面尽量做到更安全，上述两种方案，面层均采用了三层AC-16,AC-20，AC-25，B方案厚度比A方案厚一点，其次，基层方面，两种方案都一样，方案B采用的石灰稳定粒料和稳定土在强度和水稳定性上比A方案的材料要好，除此之外，B方案采用

27、了垫层，由于该路段为潮湿过湿路段，因此要加强对防水的要求，综上，该路段结构层采用B方案。4.7 路面结构层设计参数的确定4.7.1 试件材料的确定半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A级90号，上面采用SBS改性沥青，技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范相关规定。相关的材料的弹性模量采用经验取值。4.7.2 沥青路面层底容许拉应力的计算根据规范，其中为极限劈裂强度，Ks为抗拉强度结构系数。Ne=362.514万次，根据规范，二级公路Ac为1.1，沥青混凝土面层，As为1.0，半刚性基层沥青路面，Ab为1.0，Ks计算如下对于沥青混凝土面层,对于无机结合料稳定集料，容许拉应力的计算表

28、见附录一Bisar实验数据输入及结果见附录二六 水泥混凝土路面构造设计1. 标准轴载计算(轴载小于25KN的不计)车型PiNi解放 CA10B后轴60.851540.054 解放 CA390后轴70.152600.894 东风 EQ140后轴69.21340.371 黄河 JN150后轴101.6139179.190 黄河 JN253前轴55730.005 后轴66730.095 长征 XD980后轴72.651450.873 日野 ZM440前轴601230.035 后轴100123123.000 日野 KB222前轴50.2220.000 后轴104.32243.149 太拖拉 138前轴

29、51.41030.002 后轴801032.899 350.568 2. 确定累计轴载作用次数及交通等级查公路工程技术标准JTGB01-2014 可知，二级公路水泥混凝土路面的设计年限为12年， 由公路设计数据资料可得年增长率为 4.8%，查公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2011 附录 A 表 A.2.4 可得二级公路车辆轮迹横向分布系数在行车道宽度小于7m时取0.54到0.62，取=0.35，所以由相关规范可得， 交通等级为重等交通3.路面结构组合设计3.1.工程背景该设计路段位于湖南省中部山岭区，气候条件整体为亚热带季风气候，春夏季节高温多雨，秋冬季节低温少雨但没达到冰点。该设

30、计路段为一级干线公路，三级服务水平，双向四车道，行车道宽度为m， 交通荷载等级为重等交通。沿途地方材料有：碎石、砾石、砂、石灰、粉煤灰等，其他材料如沥青、水泥、矿粉等需外购。3.2.路面结构组合设计3.2.1.干燥，中湿路段设计面层：密级配沥青混凝土（细粒式）Ec=31GPa 25cm封层：单层沥青表面处理 1cm(不小于6mm)基层：多孔隙水泥稳定碎石 12cm底基层:水泥稳定碎石 14cm路基3.2.2.潮湿，过湿结构组合设计面层：密级配沥青混凝土（细粒式）Ec=31GPa 25cm封层：单层沥青表面处理 1cm(不小于6mm)基层：多孔隙水泥稳定碎石 12cm底基层:水泥稳定碎石 14c

31、m垫层：天然砂砾（15-20cm） 20cm路基4. 力学模型及材料参数4.1.材料性质及参数的确定 基层材料为水泥稳定碎石，半刚性材料，根据相应规范，采用力学模型为：弹性地基双层板模型，根据规范经验数据，水泥稳定碎石E0=2GPa,泊松比0.2，级配碎石E0=300MPa,天然砂砾E0=120MPa。根据前面的弯沉测定回弹模量法测定的E0=40.6MPa,根据规范路床顶面综合回弹模量E0 的要求，重等交通应大于等于60MPa,因此需对地基进行处理（夯实，加水泥强制搅拌等措施加强），计算取E0=60MPa。4.2.板底地基当量回弹模量的计算4.2.1.干燥中湿路段的设计=4.2.2潮湿过湿路段

32、的设计=(210/60)0.62*60=130MPa4.3. 水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量已知交通等级为重等交通，根据规范规定取设计抗拉强度fr=5Mpa,弯拉弹性模量Ec=31Gpa水泥混凝土抗折（抗弯拉）强度试验的计算表见附录一满足规范要求大于5MPa,取混凝土的设计弯拉强度为5.31MPa。根据规范规定，水泥混凝土的弯拉弹性模量按下表取值E=5.31MPa,线性内差，取弯拉模量Ec=35Gpa5.平面尺寸设计根据前面的设计资料汇总，该公路为二级公路，双向双道，车道宽度为3.5m,按规范规定，纵向接缝宽度可按车道宽度或路缘带宽度选取，这里取宽度为3.5m(适宜间距为3-4.5米)横缝

33、间距根据规范，如下横缝间距不大于（20+25）/2/4m=5.625m,取4.5m计算满足上诉第二点板长与短边之比4.5/3.75=1.2不大于1.256. 接缝设计6.1.纵向接缝 由于公路等级为二级公路，路面宽度为（0.5+0.25+3.5）*2=8.5m,分两次铺筑公路，根据相关规范，应设置纵向施工缝，纵向施工缝采用设拉杆平缝形式，上部应锯切槽口，深度宜为30-40mm,拟定为40mm,宽度宜为3-8mm，拟定为6mm,槽内应灌填缝料。一次铺筑宽度小于4.5米，可不设纵向缩缝，纵缝与路中线平行。拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。6.2 横向接缝 横向施工缝位置设在缩缝或胀缝处，采用加传力杆的平缝形式，缩缝等距离布置，采用假缝形式，缩缝顶部应锯切槽口，设置传力杆是槽口深度宜为面层厚度的1/4到1/3,面层厚度为25cm,拟定深度为7cm,宽度范围根据规范宜为3-8mm,拟定6mm,槽内填塞缝料，由于是二级公路，槽口一次锯切