西华大学路基路面课程设计

交通与汽车工程学院 课程设计说明书

课 程 名 称:交通路基路面工程课程设计 课 程 代 码:8234920

题 目:南京某地区新建沥青路面设计 年级/专业/班: 2011级交通工程1班 学 生 姓 名:许明

学 号: [**************] 开 始 时 间:2013年10月14日 完 成 时 间:2013年10 月25日 课程设计成绩：

指导教师签名：年月日

交通路基路面工程课程设计任务书

学院名称：交通与汽车工程学院课程代码：___6010629__ 专业：交通工程年级： 2011

一、设计题目

交通路基路面工程课程设计——某沥青路面设计子题目（自拟）或挡土墙设计（自拟）

二、主要内容

某地区拟新建一条公路，其中某段经调查路基为*土，地下水位*m，路基填土高度*m。在现有交通量构成及交通流量确定的情况下，根据特定的交通流量年平均增长率，预测新建路面使用年限内当量标准轴载。当地沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。

根据所给的资料，拟定路面设计方案，进行路面结构厚度计算，要求设计计算条理清晰，符合要求，并确定路面方案。

三、具体要求及应提交的材料

具体要求：

1：熟悉设计资料，认真查阅规范，获取相关参数。 2：按照设计要求进行相关计算。 3：可利用程序计算。 4：绘制路面结构图。

5：将设计计算资料整理装订成册，上交。 提交材料：

1.课程设计说明书一份

2.电子文档（用姓名和学号建立压缩文件夹,每个小组1份）

3.路面结构图一份（CAD图）

四、主要技术路线提示

1.确定公路等级、路面等级、面层和基层类型。

2.计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。 3.确定路基干湿类型、土基回弹模量值。

4.拟定可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的抗压回弹模量。 5.确定各层劈裂强度，计算抗拉强度结构系数，容许拉应力。 6.计算路面厚度。（可用程序计算）

五、进度安排

1、第7周周四：开设计动员大会，分组并下发设计资料，与指导老师进行见面； 2、第8周周一～8周周三：收集相关资料，初步选定题目并进行题目论证； 3、第8周周四～9周周三：进行方案设计；

4、第9周周四～9周周五：完成并提交设计报告、图纸。

六、推荐参考资料(不少于3篇)

1、《路基路面工程》教材（邓学均；梁富权）；

2、《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），北京：人民交通出版社，2004年； 3、《公路路基设计手册》，北京：人民交通出版社，1996年；

4、《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006），北京：人民交通出版社，2006年； 5、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002），北京：人民交通出版社，2002年；

6、《公路路面设计手册》，北京：人民交通出版社，1994年

指导教师签名日期 2013年 10 月 10 日

系 主 任2013 年 10 月 10 日

目录

摘要 ................................................................... - 4 - 1 任务分析及目的 ....................................................... - 5 - 1.1 任务分析 .......................................................... - 5 - 1.2目的 .............................................................. - 5 - 2路基路面工程基本知识 ................................................. - 5 - 3南京此地区新建公路基本情况 ........................................... - 6 - 3.1自然条件 .......................................................... - 6 - 3.2土基回弹模量的确定 ................................................ - 6 - 3.3交通量验算 ........................................................ - 6 - 4轴载计算 ............................................................. - 7 - 4.1代表轴载 .......................................................... - 7 - 4.2轴载换算 .......................................................... - 7 - 4.2.1弯层值和沥青层的层底拉力设计标准 .............................. - 8 - 4.2.2半刚性基层、基底层应力设计标准 ................................ - 9 - 4.2.3设计年限累计当量标准轴载数 .................................... - 9 - 5 初拟路面结构 ........................................................ - 10 - 5.1路面结构 ......................................................... - 10 - 5.2路面材料配合比设计与设计参数的确定 ............................... - 11 - 5.2.1试验材料的确定 ............................................... - 11 - 5.2.2路面材料抗压回弹模量的确定 ................................... - 11 - 6验算拟定方案 ........................................................ - 12 - 6.1参数计算 ......................................................... - 12 - 6.1.1计算各方案的弯层值 ........................................... - 12 - 6.1.2计算各方案容许拉应力 ......................................... - 13 - 6.2路面结构层厚度的确定 ............................................. - 15 - 6.3方案总结 .......................................................... - 23 - 6.4方案选择 .......................................................... - 25 - 7排水设计 ............................................................ - 26 - 7.1设计流量计算 ..................................................... - 26 - 7.2确定边沟尺寸 ..................................................... - 30 - 结论 .................................................................. - 31 - 致谢 .................................................................. - 32 - 参考文献 .............................................................. - 33 -

摘要

本课程设计针对南京某地区拟建一条高速公路进行路面设计，包括路面设计方法；路面设计原理；路面基本理论；行车荷载、环境因素对路面体系的影响等。以弹性层状体系理论为基础，对此道路进行了柔性路面设计，其中包括路面结构组合方案、路面厚度计算、弯拉应力和剪应力验算。另外，排水对路面结构的稳定有着至关重要的作用，因此也设计了道路边沟尺寸。

关键词：轴载换算沥青路面结构验算排水设计

1 任务分析及目的

1.1 任务分析

南京某地区拟建一条高速公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1．2m，路基填土高度0.8m。近期交通量（表1-1）：东风EQ140车480辆/日，解放CA10B车750辆/日，黄河JN150车100辆/日，太脱拉138车60辆/日，小汽车600辆/日，年平均增长率10％。沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。流量是路基路面设计的基本数据，计算设计流量是排水设计的基础。

根据所给资料，拟定路面设计方案，进行路面结构厚度计算，要求设计计算条理清晰，符合要求，并确定路面方案。

1.2目的

根据行车载荷确定南京此地区新建高速公路路面结构，设计出两种方案，并对此两种方案进行各参数验证，然后进行比较，确定出既能适应此交通量的发展，又经济实惠的路面。

2路基路面工程基本知识

路基和路面是道路的主要工程结构物。路基是在天然地表面按照道路的设计线性和设计横断面的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。路基是路面结构的基础，坚固而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保障，路面结构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。

3南京此地区新建公路基本情况

3.1自然条件

在气候区划上，南京属北亚热带湿润气候。南京处于西风环流控制之下，季风显著，四季分明，冬季受欧亚大陆气团影响较深，天气晴朗、寒冷、干燥。夏季受欧亚大陆低压区影响，天气炎热，雨水充沛。春秋两季是冬、夏交替过程中的季节，多以干燥凉爽天气为主。

新建高速公路位于IV1区，沿线为粉质中液限粘土，参考邓学钧编著的《路基路面工程》中表1—9确定临界高度为：H1=2.2m，H2=1.1m，H3=0.6m，再参考表14—10确定路基干湿类型为中湿，再参考表14—9知干湿状态的稠度ωc在0.9和1.05之间，取 ωc=1.0，拟修建双向四车道，拟定采用沥青路面结构进行施工图设计。

3.2土基回弹模量的确定

设计路段路基为质中中液限粘土，干湿类型为中湿，运用查表法确定土基回弹模量，查二级自然区划土基回弹模量表（邓学钧编著的《路基路面工程》中表14—11）确定土基回弹模量E0=31MP。

3.3交通量验算

设计高速公路的交通量增长率为10%，设计年限为15年。 根据《道路勘测设计》公路分级要求：

高速公路：是具是有特别重要的政治经济意义的公路，有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带、全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高速行驶的专用公路。能适应年平均日交通量（AADT）25000辆以上。

南京此地区修建的高速公路设计速度120km/h，为双向四车道高速公路。主线路基断面设计为：中央分隔带2m+路缘带2×0.75 m +车行道2×2×3.75 m +紧急停车道2×2m+硬路肩2×3 m +土路肩2×0.75 m = 30m，道路断面图如图3—3—1。

图3—3—1

4轴载计算

4.1代表轴载

资料中车辆轴载如下表：

表4—1 车辆轴载表

4.2轴载换算

我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表4-2确定。

4.2.1弯层值和沥青层的层底拉力设计标准

K

NC1C2ni(

i1

pi

p

)4.35

式中：N —相当于标准轴载100KN的作用次数； ni —各级轴载的作用次数； Pi—各种被换算车型的轴载（KN）；

C1 —轴数系数，C1 = 1 + 1.2（m – 1），m 为轴数；

C2 —轮组系数，单轮组C2 = 6.4；双轮组C2 = 1.0；四轮组C2 = 0.38（轴距小

于3m）。

注：当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小

于3m时，双轴或者多轴按C1 + 1.2（m – 1）计算，m为轴数。

表4-2-1 沥青底层拉力换算表

4.2.2半刚性基层、基底层应力设计标准

K

'

NC1'C2ni('

i1

'

式中：C1—轴数系数；

pi

p

)8

C'2—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。 对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：

'

C1 = 1 + 2（m – 1）

式中：m —轴数。

表4-2-2半刚性基层、基底层应力换算表

4.2.3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积当量标准轴载次数Ne按下式计算：

[(1r)t1]365

Ne=N1

r

式中：Ne —设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次）； t —设计年限（年）；

N1 —路面运营第一年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（%）；

—车道系数，双向四车道高速公路取0.45。

=﹛365*1360.06*[(1+0.1)15-1]*0.5﹜/0.1

=7886277.9次

=﹛365*7881.28*[(1+0.1)15-1]*0.5﹜/0.1

=45699428次

根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)P14表3.1.8《交通分级》可确定轴载等级为：特重交通。

5 初拟路面结构

5.1路面结构

根据本地区的路用材料，结合已有工作经验与典型构造，拟定以下两个方案，根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能因素，初步确定路面结构组合及厚度如下：

方案一：3cm细粒式沥青混凝土+4cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+37cm水泥稳定碎石基层+？cm水泥石灰沙砾土层，以水泥石灰沙砾土为设计层。

方案二：4cm细粒式沥青混凝土+7cm中粒式沥青混凝土+15cm密级配沥青碎石+20cm水泥稳定砂砾+？cm水泥稳定碎石。以水泥稳定碎石为设计层。

5.2路面材料配合比设计与设计参数的确定

5.2.1试验材料的确定

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，技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）相关规定。 5.2.2路面材料抗压回弹模量的确定 （1）路面材料抗压回弹模量的确定

根据邓学钧编著的《路基路面工程》表14-15拟定材料20℃和15℃的抗压回弹模量（表5-2-1）：

（2）半刚性材料及其他材料抗压回弹模量的确定

根据邓学钧编著的《路基路面工程》表14-16和相关计算拟定材料抗压回弹模量（表5-2-2）：

表5-2-2半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值

（3）路面材料劈裂强度确定

根据邓学钧编著的《路基路面工程》表14-15和表14-16确定材料劈裂强度（表5-2-3）：

表5-2-3路面材料劈裂强度

6验算拟定方案

6.1参数计算

6.1.1计算各方案的弯层值

根据我国《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）规定路面设计弯层值ld由下式计算：

0.2

ld=600NeAcAsAB

式中：ld—设计弯层值（0.01mm）；

Ne—设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数：

Ac—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1.0；

As—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；

AB—路面结构层系数，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AB介于两者之间通过线性内插决定。 计算设计方案弯层值：

方案一为半刚性基层，路面系数取1.0

ld1= 600 ×（45699428）

-0.2

× 1.0 × 1.0 ×1.0= 17.63mm

方案二为柔性基层，路面系数取1.6

ld2=600 ×（45699428）-0.2× 1.0 × 1.0 ×1.6 = 28.21mm

6.1.2计算各方案容许拉应力

承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加载的次数之间的关系如下：

sp

Ks R

式中：sp—路面结构的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准实验方法测得；

R—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯

拉应力（MPa）；

Ks—抗拉结构强度系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算Ks值。

0.09Ne0.22

Ks = （沥青混凝土面层）

Ac

0.35Ne0.11

Ks = （无机结合料稳定集料）

Ac

0.45Ne0.11

（无机结合料稳定细粒土） Ks =

Ac

0.25Ne0.05

（贫混凝土） Ks =

Ac

由以上两公式可得弯拉应力设计控制指标容许拉应力为：

R

sp

Ks

(1)抗拉结构系数的计算： ①沥青混凝土面层：

=[0.09×（45699428）0.22]÷1.0

=4.36

②无机结合料稳定集料

=[0.35×（45699428）0.11]÷1.0

=2.44

③无机结合料稳定细粒土

=[0.45×（45699428）0.11]÷1.0 =3.13

④贫混凝土

=[0.25×（45699428）0.05]÷1.0

=0.60

6.2路面结构层厚度的确定

理论弯沉系数c的确定：

ls1000

2p

CF E1

lsE1

10002PF

式中：F—弯沉综合修正系数，按下式计算：

lE

F1.63(s)0.38(0)0.36；

2000P

ls—设计弯沉值（0.01mm）； F —弯层综合修正系数；

ac

ac—理论弯层系数；

； E0或En—路基回弹模量（MPa）

，由表4—2可得： p、—标准车载轮胎接地压力（MPa）和当量圆半径（cm）

p=0.7MPa δ=10.65cm

方案一检验：

① 理论弯层系数ac的确定：

F1.63(

lsE

)0.38(0)0.36 2000P

=1.63×[17.63÷（2000×10.65）]0.38×（31÷0.7）0.36 =0.430

ac

lsE1

10002PF

=（17.63×1990）÷（1000×2×10.65×0.7×0.430）

=5.472 ② 确定设计层厚度：

图6—2—1三层体系表面弯沉系数诺谟图

采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。

h





EE2142031.030.71；00.022 0.282，

E11990E2142010.65

查三层体系表面弯层系数诺谟图得=8.00；K11.78

K2

ac

K1

=5.472÷（8.05×1.460） =0.466

根据以上数据查三层体系表面弯层系数诺谟图得

H



5.70，H= 10.65×5.70=60.71cm；

H

h2hk2k3

n1

Ek

E2

46h5

37h51.078h555.9560.71cm 60.7155.95

17.3cm，取整h518cm。

1.078

③验算弯拉应力

a验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力

沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二、三、四、五层换算成当量三层体系的中层，土基作为当量三层体系的下层。 当量三层体系中层当量厚度：

H



ki1



n1

hk0.Ek

Ei1

H46H

371843.9339.3220.7672.31 

该路在沥青碎石铺筑后，要开放交通一段时间再铺筑沥青混凝土面层，故层间为滑动接触。

图6—2—2三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图

72.31

6.79 10.65

由

h





EE142031.03

0.71；00.022，查（三层体系上层底0.282，2

E1990E2142010.651

面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间滑动））得：

0.12Mpa，m11.30，m21.12；

r1pm1m20.70.121.301.120.122Mpa

计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks2.98

ac5.472

计算沥青混凝土容许弯拉应力：

R

s

ks



1.2

0.40Mpa 2.98

由此可知：R>r1，所以该路面设计满足要求满足要求。 b验算石灰碎石土层底面的弯拉应力

由于水泥稳定碎石层下有水泥石灰砂砾土，故水泥石灰砂砾土层作为当量三层体系的中层，第一、二、三、四层换算成当量三层体系的上层，土基作为当量三层体系的下层。

图6—2—3三层连续体系中层底面拉应力系数诺谟图

上层当量厚度为；

hh1E1E1420h22h434373.594.403744.99 E3E3970970E1

5

h2E2

5

h5E3

5

1734629.15

hh5h1中层当量厚度为：Hh437 cm

E21420E031.0H3730.71,,,0.0223.47 0.282

E1990E2142010.65110.65

h

按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间连续））得：

0.170Mpa，m11.67，m20.90 最大弯拉应力：

r2pm1m20.70.171.670.900.179Mpa 计算水泥石灰砂砾土基层抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks=2.03

ac5.472

计算水泥石灰砂砾土容许弯拉应力：

R

s

ks



0.5

0.246Mpa 2.03

可知：R>r2,所以该方案满足要求。 方案二检验：

③ 理论弯层系数ac的确定：

F1.63(

lsE

)0.38(0)0.36 2000P

=1.63×[28.21÷（2000×10.65）]0.38×（31÷0.7）0.36 =0.514

ac

lsE1

10002PF

=（28.21×1990）÷（1000×2×10.65×0.7×0.430）

=8.756

④ 确定设计层厚度：

图6—2—1三层体系表面弯沉系数诺谟图

采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。

h





EE142031.04

0.71；00.022 0.376，2

E11990E2142010.65

查三层体系表面弯层系数诺谟图得=8.00；K11.78

K2

ac

K1

=8.756÷（8.00×1.460） =0.750

根据以上数据查三层体系表面弯层系数诺谟图得

H

h2hk2.4

k3n1

H



6.45，H= 10.65×5.70=77.62cm；

Ek

E2

46h5

37h51.078h555.9577.62cm 77.6255.95

19.8cm，取整h520cm。

1.078

③验算弯拉应力

a验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力

沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二、三、四、五层换算成当量三层体系的中层，土基作为当量三层体系的下层。 当量三层体系中层当量厚度：

H



ki1



n1

hk0.Ek

Ei1

H46H

371843.9339.3220.7675.28 

该路在沥青碎石铺筑后，要开放交通一段时间再铺筑沥青混凝土面层，故层间为滑动接触。

图6—2—2三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图

75.28

7.07 10.65

由

h





EE142031.04

0.71；00.022 0.376，2

E11990E2142010.65

查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间滑动））得：

0.12Mpa，m11.40，m21.08；

r1pm1m20.70.121.401.080.127Mpa

计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks2.78

ac8.756

计算沥青混凝土容许弯拉应力：

R

s

ks



1.2

0.432Mpa 2.78

由此可知：R>r2，所以该路面设计满足要求满足要求。 b验算石灰碎石土层底面的弯拉应力

由于水泥稳定碎石层下有水泥石灰砂砾土，故水泥石灰砂砾土层作为当量三层体系的中层，第一、二、三、四层换算成当量三层体系的上层，土基作为当量三层体系的下层。

图6—2—3三层连续体系中层底面拉应力系数诺谟图

上层当量厚度为；

hhhh434373.594.4039

45.33 hh1734631.12

hh5h中层当量厚度为：Hh439 cm

h



E1420E31.04H39

0.71,00.022,0.376,23.66

E11990E2142010.6510.65

按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间连续））得：

0.170Mpa，m11.67，m20.90 最大弯拉应力：

r2pm1m20.70.171.670.900.179Mpa 计算水泥石灰砂砾土基层抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks=2.16

ac5.472

计算水泥石灰砂砾土容许弯拉应力：

R

s

ks



0.5

0.231Mpa 2.16

可知：R>r2,所以该方案满足要求。

6.3方案总结

通过以弯层值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的底层拉力为设计标准换算车辆行车荷载，并且计算设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数来确定设计沥青路面交通等级，得出此道路为超重交通。由此设定的路面设计方案，通过设计弯沉和实际弯沉的关系计算出方案一设计层的厚度为18cm，方案二设计层的厚度为20cm。再通过验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力和石灰碎石土层底面的弯拉应力得出两个方案的设计都满足设计年限内交通量增长的需求。

最后确定的路面结构为：

方案一：沥青厚度为13cm，其中3cm细粒式沥青混凝土+4cm中粒式沥青混凝土+6cm粗

粒式沥青混凝土，水泥稳定碎石基层厚度37cm，水泥石灰沙砾土层厚度18cm，总厚度为68cm，路段横断面材料结构如图图6—3—1。

图6—3—1方案一路段横断面材料结构

方案二：沥青厚度为26cm，其中细粒式沥青混凝土4cm +中粒式沥青混凝土7cm +密级

配沥青碎石15cm，水泥稳定砂砾层为20cm，水泥稳定碎石层为20cm，总厚度为66cm。

图6—3—2方案二路段横断面材料结构

6.4方案选择

两方案所用的材料和设计的厚度都不相同，都有自己的优缺点，方案一的选用的材料较便宜易得，成本低于方案二，但是其承载能力低于方案二，使用年限和驾驶员舒适度可能低于方案二。所以南京这条路在不同条件下当选择不同的方案，如果仅仅需要满足行车条件，资金比较紧的情况下，选择方案一，如果资金充足，考虑到公路的舒适性和长远的利益，应当选择方案一。

7排水设计

7.1设计流量计算

流量是路基路面设计的基本数据，其大小雨汇流面积、洪水频率、汇水区域内的地形、地貌及植被等因素有关。

路基路面各项排水设施所需排泄的设计流量可按下式计算确定：

Q=16.67qF

式中：Q——设计流量（m3/s）；

； q——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度（mm/min）

——径流系数；

。 F——汇水面积（km2）

表7—1—2设计降雨的重现期

表7—1—2径流系数

坡面汇流历时可按下式确定：

t11

ml0.467 （

l370m） s

式中：t——坡面汇流历时（min）;

m1——地表粗度系数，表7—1—3确定；

ls、is——坡面长度（m）和坡度。

计算沟管内汇流历时时，现在断面尺寸、坡度变化点或者有支沟汇入除分段，分别计算各汇流历时后再叠加而得，即：

t2(

i1

n

li

) 60vi

式中：t——沟管内汇流历时（min）；

2

n、i——分段数和分段序号；

li——第i段的长度（m）； vi——第i段的平均流速（m/s）。

沟管内的平均流速按下式进行估算：

v20ig0.6

式中：ig——该段排水沟管的平均坡度。

当地缺乏自记雨量资料时，可利用标准降雨强度等值线图和有关转换系数，按下式计算降雨强度：

qccq

p

t

5,10

式中：q5,10——5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度（mm/min），按公路所在地

区，查“中国5年一遇10min降雨强度（q5,10）等值线示意图”（邓学钧

编著的《路基路面工程》图7—37）可得；

c

p

——重现期转换系数，按公路所在地区，查“重现期转换系数表”（邓学钧编著的《路

基路面工程》表7—9）可得；

c——降雨历时转换系数，按公路所在地区，查“中国60分钟降雨强度（c

t

60

）等值线

示意图”（邓学钧编著的《路基路面工程》图7—38）可得。

计算设计流量

设计排水方式：路面表面排水，在路肩外设置拦水带，出水口间距设置为50m，单侧路

面和路肩横向排水。路面水经路基边坡流至基底边沟。

已知：单侧路面和路肩横向排水的宽度为13.25m，出水口间距为50m 1）、汇水面积：

F=13.25×50×10-6=6.625×10-4(km2)

查表得径流系数=0.95 2）、设汇流历时为5分钟 3）、设计重现期

按公路重要程度，查表取设计重现期5年 4）、降雨强度

按公路所在地区，查“中国5年一遇10min降雨强度（q5,10）等值线示意图”（邓学钧编著的《路基路面工程》图7—37）可得q5,10=2.4mm/min，查“重现期转换系数表”（邓学钧编著的《路基路面工程》表7—9）可得该地区5年重现期时的重现期转换系数为

c

p

=1.00，查“中国60分钟降雨强度（

c

60

）等值线示意图”可得该地区

c

60

=0.4，再由

“降雨历时转化系数表”（邓学钧编著的《路基路面工程》表7—10）可得5min降雨历时转换系数为

c=1.25。

5

qccq

p

t

5,10

=1.00×1.25×2.4=3.0mm/min

5）、设计流量

Q=16.67qF

=16.67×0.95×3.0×6.625×10=0.0315m/s

-43

6）、检验会流历时假设

查表7—3—1知地表粗度系数m1=0.031,路面横坡is=0.02，坡面流长度为

ls=13.25m，可计算得地面汇流历时：

ml0.467

t1

1.4451.4450.467

1%，可计算得到平均流速：

1.645 由沟底纵坡

i

g

v20ig0.6

200.010.6

1.262m/s

沟管汇流历时：

l

t2()

i1

i

n

=(

i1

n

50) Qs=min

汇流历时：

t=t+t

1

2

=1.645+0.66 =2.305min

假设汇流历时验算合理，设计流量取Qs= 0.0315m3/s

7.2确定边沟尺寸

处于IV1区的南京此高速公路的设计径流量为Qs= 0.0315m3/s，边沟的排水量不大，一般不用进行水利水文计算。主要病害以崩塌、土流为主，一般不会出现冻胀等现象。 依据沿线情况，选用标准横断面形式。边沟的纵坡与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形，外测边坡坡率为1׃1.5，内侧边坡坡度与填方边坡坡度相同。梯形边沟的底宽和深度都采用0.5m。由于水量不大，边沟采用浆砌片石铺砌。横断面左侧边沟结构图如图7—2—1，横断面右侧边沟结构图如图7—2—2。

图7—2—1 横断面左侧边沟

图7—2—2 横断面右侧边沟

结论

通过对车辆行车荷载的计算，得出此道路为超重交通，由此设定的路面设计方案，并对这方案进行验算，确定此方案在设计年限内能满足交通量增长的需求。所以这个沥青路面设计是合理的。通过确定边沟设计流量，从而得出边沟的尺寸。如果要将此路面设计方案应用于实际工程项目中，还需要考虑当地的具体条件，比如地貌地势、土质情况等，相应的路基设计、路基排水设计等相结合而达到整体协调一致，有可行性。

致谢

通过设计制作这次路基路面课工程课程设计，基本上了解了沥青路面的设计过程与步骤，知道了设计过程中的重点和难点，从构思到整个方案完成，遇到了不少的问题和困难，但是这些问题和困难都在同学和老师共同讨论中得到解决，并且提出相应的应对方案。在整个过程中，非常感谢郭寒英老师指导我们顺利地完成课程设计，她对我们的指导和帮助，远远超过了一个老师的职责范围，她不厌其烦的帮我们修改和完善课程设计。在此，我想真诚地对郭老师说一句：郭老师你辛苦了！

在课程设计期间，为了找一些教材和网上没有的资料，在图书馆也查了不少的资料，感谢学校为我们提供丰富的图书，也感谢热情地为我们提供多方面的支持与帮助的图书馆老师们。在此向帮助和指导过我的各位老师、同学表示最由衷的感谢！

由于我的水平有限，所写内容难免有不足之处，恳请各位老师、学友批评和指正。

参考文献

[1] 交通部．JTG B01-2003 公路工程技术标准．北京：人民交通出版社，2003

[2] 交通部．JTG D20-2006 公路路线设计规范．北京：人民交通出版社，2006

[3] 交通部．JTG D30-2004 公路路基设计规范．北京：人民交通出版社，2004

[4] 交通部．JTG F10-2006 公路路基施工技术规范．北京：人民交通出版社，2006

[5] 交通部．JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范．北京：人民交通出版社，2006

[6] 交通部．JTG D40-2002 《公路水泥混凝土路面设计规范》．北京：人民交通出版社，2002

[7] 交通部．JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范．北京：人民交通出版社，2004

[8] 交通部．JTG B03-2006 公路建设项目环境影响评价规范．北京：人民交通出版社，2006

[9] 邓学钧路基路面工程（第3版）．北京：人民交通出版社，2008

[10] 陆鼎中等．路基路面工程．北京：同济大学出版社，1999

[11] 孙家驷．道路设计资料集1～7．北京：人民交通出版社，2005

[12] 龚晓南．高等级公路地基处理设计指南．北京：人民交通出版社，2005

[12] 刘伯莹、姚祖康．公路设计工程师手册．北京：人民交通出版社，2002

[13] 刘培文．公路小桥涵设计示例．北京：人民交通出版社，2005

[13] 孙家驷．公路小桥涵勘测设计（第三版）．北京：人民交通出版社，2004

[14] 徐家钰．城市道路设计．北京：中国水利水电出版社、知识产权出版社，2005

交通与汽车工程学院 课程设计说明书

课 程 名 称:交通路基路面工程课程设计 课 程 代 码:8234920

题 目:南京某地区新建沥青路面设计 年级/专业/班: 2011级交通工程1班 学 生 姓 名:许明

学 号: [**************] 开 始 时 间:2013年10月14日 完 成 时 间:2013年10 月25日 课程设计成绩：

指导教师签名：年月日

交通路基路面工程课程设计任务书

学院名称：交通与汽车工程学院课程代码：___6010629__ 专业：交通工程年级： 2011

一、设计题目

交通路基路面工程课程设计——某沥青路面设计子题目（自拟）或挡土墙设计（自拟）

二、主要内容

某地区拟新建一条公路，其中某段经调查路基为*土，地下水位*m，路基填土高度*m。在现有交通量构成及交通流量确定的情况下，根据特定的交通流量年平均增长率，预测新建路面使用年限内当量标准轴载。当地沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。

根据所给的资料，拟定路面设计方案，进行路面结构厚度计算，要求设计计算条理清晰，符合要求，并确定路面方案。

三、具体要求及应提交的材料

具体要求：

1：熟悉设计资料，认真查阅规范，获取相关参数。 2：按照设计要求进行相关计算。 3：可利用程序计算。 4：绘制路面结构图。

5：将设计计算资料整理装订成册，上交。 提交材料：

1.课程设计说明书一份

2.电子文档（用姓名和学号建立压缩文件夹,每个小组1份）

3.路面结构图一份（CAD图）

四、主要技术路线提示

1.确定公路等级、路面等级、面层和基层类型。

2.计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。 3.确定路基干湿类型、土基回弹模量值。

4.拟定可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的抗压回弹模量。 5.确定各层劈裂强度，计算抗拉强度结构系数，容许拉应力。 6.计算路面厚度。（可用程序计算）

五、进度安排

1、第7周周四：开设计动员大会，分组并下发设计资料，与指导老师进行见面； 2、第8周周一～8周周三：收集相关资料，初步选定题目并进行题目论证； 3、第8周周四～9周周三：进行方案设计；

4、第9周周四～9周周五：完成并提交设计报告、图纸。

六、推荐参考资料(不少于3篇)

1、《路基路面工程》教材（邓学均；梁富权）；

2、《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），北京：人民交通出版社，2004年； 3、《公路路基设计手册》，北京：人民交通出版社，1996年；

4、《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006），北京：人民交通出版社，2006年； 5、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002），北京：人民交通出版社，2002年；

6、《公路路面设计手册》，北京：人民交通出版社，1994年

指导教师签名日期 2013年 10 月 10 日

系 主 任2013 年 10 月 10 日

目录

摘要 ................................................................... - 4 - 1 任务分析及目的 ....................................................... - 5 - 1.1 任务分析 .......................................................... - 5 - 1.2目的 .............................................................. - 5 - 2路基路面工程基本知识 ................................................. - 5 - 3南京此地区新建公路基本情况 ........................................... - 6 - 3.1自然条件 .......................................................... - 6 - 3.2土基回弹模量的确定 ................................................ - 6 - 3.3交通量验算 ........................................................ - 6 - 4轴载计算 ............................................................. - 7 - 4.1代表轴载 .......................................................... - 7 - 4.2轴载换算 .......................................................... - 7 - 4.2.1弯层值和沥青层的层底拉力设计标准 .............................. - 8 - 4.2.2半刚性基层、基底层应力设计标准 ................................ - 9 - 4.2.3设计年限累计当量标准轴载数 .................................... - 9 - 5 初拟路面结构 ........................................................ - 10 - 5.1路面结构 ......................................................... - 10 - 5.2路面材料配合比设计与设计参数的确定 ............................... - 11 - 5.2.1试验材料的确定 ............................................... - 11 - 5.2.2路面材料抗压回弹模量的确定 ................................... - 11 - 6验算拟定方案 ........................................................ - 12 - 6.1参数计算 ......................................................... - 12 - 6.1.1计算各方案的弯层值 ........................................... - 12 - 6.1.2计算各方案容许拉应力 ......................................... - 13 - 6.2路面结构层厚度的确定 ............................................. - 15 - 6.3方案总结 .......................................................... - 23 - 6.4方案选择 .......................................................... - 25 - 7排水设计 ............................................................ - 26 - 7.1设计流量计算 ..................................................... - 26 - 7.2确定边沟尺寸 ..................................................... - 30 - 结论 .................................................................. - 31 - 致谢 .................................................................. - 32 - 参考文献 .............................................................. - 33 -

摘要

本课程设计针对南京某地区拟建一条高速公路进行路面设计，包括路面设计方法；路面设计原理；路面基本理论；行车荷载、环境因素对路面体系的影响等。以弹性层状体系理论为基础，对此道路进行了柔性路面设计，其中包括路面结构组合方案、路面厚度计算、弯拉应力和剪应力验算。另外，排水对路面结构的稳定有着至关重要的作用，因此也设计了道路边沟尺寸。

关键词：轴载换算沥青路面结构验算排水设计

1 任务分析及目的

1.1 任务分析

南京某地区拟建一条高速公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1．2m，路基填土高度0.8m。近期交通量（表1-1）：东风EQ140车480辆/日，解放CA10B车750辆/日，黄河JN150车100辆/日，太脱拉138车60辆/日，小汽车600辆/日，年平均增长率10％。沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。流量是路基路面设计的基本数据，计算设计流量是排水设计的基础。

根据所给资料，拟定路面设计方案，进行路面结构厚度计算，要求设计计算条理清晰，符合要求，并确定路面方案。

1.2目的

根据行车载荷确定南京此地区新建高速公路路面结构，设计出两种方案，并对此两种方案进行各参数验证，然后进行比较，确定出既能适应此交通量的发展，又经济实惠的路面。

2路基路面工程基本知识

路基和路面是道路的主要工程结构物。路基是在天然地表面按照道路的设计线性和设计横断面的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。路基是路面结构的基础，坚固而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保障，路面结构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。

3南京此地区新建公路基本情况

3.1自然条件

在气候区划上，南京属北亚热带湿润气候。南京处于西风环流控制之下，季风显著，四季分明，冬季受欧亚大陆气团影响较深，天气晴朗、寒冷、干燥。夏季受欧亚大陆低压区影响，天气炎热，雨水充沛。春秋两季是冬、夏交替过程中的季节，多以干燥凉爽天气为主。

新建高速公路位于IV1区，沿线为粉质中液限粘土，参考邓学钧编著的《路基路面工程》中表1—9确定临界高度为：H1=2.2m，H2=1.1m，H3=0.6m，再参考表14—10确定路基干湿类型为中湿，再参考表14—9知干湿状态的稠度ωc在0.9和1.05之间，取 ωc=1.0，拟修建双向四车道，拟定采用沥青路面结构进行施工图设计。

3.2土基回弹模量的确定

设计路段路基为质中中液限粘土，干湿类型为中湿，运用查表法确定土基回弹模量，查二级自然区划土基回弹模量表（邓学钧编著的《路基路面工程》中表14—11）确定土基回弹模量E0=31MP。

3.3交通量验算

设计高速公路的交通量增长率为10%，设计年限为15年。 根据《道路勘测设计》公路分级要求：

高速公路：是具是有特别重要的政治经济意义的公路，有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带、全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高速行驶的专用公路。能适应年平均日交通量（AADT）25000辆以上。

南京此地区修建的高速公路设计速度120km/h，为双向四车道高速公路。主线路基断面设计为：中央分隔带2m+路缘带2×0.75 m +车行道2×2×3.75 m +紧急停车道2×2m+硬路肩2×3 m +土路肩2×0.75 m = 30m，道路断面图如图3—3—1。

图3—3—1

4轴载计算

4.1代表轴载

资料中车辆轴载如下表：

表4—1 车辆轴载表

4.2轴载换算

我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表4-2确定。

4.2.1弯层值和沥青层的层底拉力设计标准

K

NC1C2ni(

i1

pi

p

)4.35

式中：N —相当于标准轴载100KN的作用次数； ni —各级轴载的作用次数； Pi—各种被换算车型的轴载（KN）；

C1 —轴数系数，C1 = 1 + 1.2（m – 1），m 为轴数；

C2 —轮组系数，单轮组C2 = 6.4；双轮组C2 = 1.0；四轮组C2 = 0.38（轴距小

于3m）。

注：当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小

于3m时，双轴或者多轴按C1 + 1.2（m – 1）计算，m为轴数。

表4-2-1 沥青底层拉力换算表

4.2.2半刚性基层、基底层应力设计标准

K

'

NC1'C2ni('

i1

'

式中：C1—轴数系数；

pi

p

)8

C'2—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。 对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：

'

C1 = 1 + 2（m – 1）

式中：m —轴数。

表4-2-2半刚性基层、基底层应力换算表

4.2.3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积当量标准轴载次数Ne按下式计算：

[(1r)t1]365

Ne=N1

r

式中：Ne —设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次）； t —设计年限（年）；

N1 —路面运营第一年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（%）；

—车道系数，双向四车道高速公路取0.45。

=﹛365*1360.06*[(1+0.1)15-1]*0.5﹜/0.1

=7886277.9次

=﹛365*7881.28*[(1+0.1)15-1]*0.5﹜/0.1

=45699428次

根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)P14表3.1.8《交通分级》可确定轴载等级为：特重交通。

5 初拟路面结构

5.1路面结构

根据本地区的路用材料，结合已有工作经验与典型构造，拟定以下两个方案，根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能因素，初步确定路面结构组合及厚度如下：

方案一：3cm细粒式沥青混凝土+4cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+37cm水泥稳定碎石基层+？cm水泥石灰沙砾土层，以水泥石灰沙砾土为设计层。

方案二：4cm细粒式沥青混凝土+7cm中粒式沥青混凝土+15cm密级配沥青碎石+20cm水泥稳定砂砾+？cm水泥稳定碎石。以水泥稳定碎石为设计层。

5.2路面材料配合比设计与设计参数的确定

5.2.1试验材料的确定

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，技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）相关规定。 5.2.2路面材料抗压回弹模量的确定 （1）路面材料抗压回弹模量的确定

根据邓学钧编著的《路基路面工程》表14-15拟定材料20℃和15℃的抗压回弹模量（表5-2-1）：

（2）半刚性材料及其他材料抗压回弹模量的确定

根据邓学钧编著的《路基路面工程》表14-16和相关计算拟定材料抗压回弹模量（表5-2-2）：

表5-2-2半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值

（3）路面材料劈裂强度确定

根据邓学钧编著的《路基路面工程》表14-15和表14-16确定材料劈裂强度（表5-2-3）：

表5-2-3路面材料劈裂强度

6验算拟定方案

6.1参数计算

6.1.1计算各方案的弯层值

根据我国《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）规定路面设计弯层值ld由下式计算：

0.2

ld=600NeAcAsAB

式中：ld—设计弯层值（0.01mm）；

Ne—设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数：

Ac—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1.0；

As—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；

AB—路面结构层系数，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AB介于两者之间通过线性内插决定。 计算设计方案弯层值：

方案一为半刚性基层，路面系数取1.0

ld1= 600 ×（45699428）

-0.2

× 1.0 × 1.0 ×1.0= 17.63mm

方案二为柔性基层，路面系数取1.6

ld2=600 ×（45699428）-0.2× 1.0 × 1.0 ×1.6 = 28.21mm

6.1.2计算各方案容许拉应力

承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加载的次数之间的关系如下：

sp

Ks R

式中：sp—路面结构的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准实验方法测得；

R—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯

拉应力（MPa）；

Ks—抗拉结构强度系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算Ks值。

0.09Ne0.22

Ks = （沥青混凝土面层）

Ac

0.35Ne0.11

Ks = （无机结合料稳定集料）

Ac

0.45Ne0.11

（无机结合料稳定细粒土） Ks =

Ac

0.25Ne0.05

（贫混凝土） Ks =

Ac

由以上两公式可得弯拉应力设计控制指标容许拉应力为：

R

sp

Ks

(1)抗拉结构系数的计算： ①沥青混凝土面层：

=[0.09×（45699428）0.22]÷1.0

=4.36

②无机结合料稳定集料

=[0.35×（45699428）0.11]÷1.0

=2.44

③无机结合料稳定细粒土

=[0.45×（45699428）0.11]÷1.0 =3.13

④贫混凝土

=[0.25×（45699428）0.05]÷1.0

=0.60

6.2路面结构层厚度的确定

理论弯沉系数c的确定：

ls1000

2p

CF E1

lsE1

10002PF

式中：F—弯沉综合修正系数，按下式计算：

lE

F1.63(s)0.38(0)0.36；

2000P

ls—设计弯沉值（0.01mm）； F —弯层综合修正系数；

ac

ac—理论弯层系数；

； E0或En—路基回弹模量（MPa）

，由表4—2可得： p、—标准车载轮胎接地压力（MPa）和当量圆半径（cm）

p=0.7MPa δ=10.65cm

方案一检验：

① 理论弯层系数ac的确定：

F1.63(

lsE

)0.38(0)0.36 2000P

=1.63×[17.63÷（2000×10.65）]0.38×（31÷0.7）0.36 =0.430

ac

lsE1

10002PF

=（17.63×1990）÷（1000×2×10.65×0.7×0.430）

=5.472 ② 确定设计层厚度：

图6—2—1三层体系表面弯沉系数诺谟图

采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。

h





EE2142031.030.71；00.022 0.282，

E11990E2142010.65

查三层体系表面弯层系数诺谟图得=8.00；K11.78

K2

ac

K1

=5.472÷（8.05×1.460） =0.466

根据以上数据查三层体系表面弯层系数诺谟图得

H



5.70，H= 10.65×5.70=60.71cm；

H

h2hk2k3

n1

Ek

E2

46h5

37h51.078h555.9560.71cm 60.7155.95

17.3cm，取整h518cm。

1.078

③验算弯拉应力

a验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力

沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二、三、四、五层换算成当量三层体系的中层，土基作为当量三层体系的下层。 当量三层体系中层当量厚度：

H



ki1



n1

hk0.Ek

Ei1

H46H

371843.9339.3220.7672.31 

该路在沥青碎石铺筑后，要开放交通一段时间再铺筑沥青混凝土面层，故层间为滑动接触。

图6—2—2三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图

72.31

6.79 10.65

由

h





EE142031.03

0.71；00.022，查（三层体系上层底0.282，2

E1990E2142010.651

面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间滑动））得：

0.12Mpa，m11.30，m21.12；

r1pm1m20.70.121.301.120.122Mpa

计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks2.98

ac5.472

计算沥青混凝土容许弯拉应力：

R

s

ks



1.2

0.40Mpa 2.98

由此可知：R>r1，所以该路面设计满足要求满足要求。 b验算石灰碎石土层底面的弯拉应力

由于水泥稳定碎石层下有水泥石灰砂砾土，故水泥石灰砂砾土层作为当量三层体系的中层，第一、二、三、四层换算成当量三层体系的上层，土基作为当量三层体系的下层。

图6—2—3三层连续体系中层底面拉应力系数诺谟图

上层当量厚度为；

hh1E1E1420h22h434373.594.403744.99 E3E3970970E1

5

h2E2

5

h5E3

5

1734629.15

hh5h1中层当量厚度为：Hh437 cm

E21420E031.0H3730.71,,,0.0223.47 0.282

E1990E2142010.65110.65

h

按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间连续））得：

0.170Mpa，m11.67，m20.90 最大弯拉应力：

r2pm1m20.70.171.670.900.179Mpa 计算水泥石灰砂砾土基层抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks=2.03

ac5.472

计算水泥石灰砂砾土容许弯拉应力：

R

s

ks



0.5

0.246Mpa 2.03

可知：R>r2,所以该方案满足要求。 方案二检验：

③ 理论弯层系数ac的确定：

F1.63(

lsE

)0.38(0)0.36 2000P

=1.63×[28.21÷（2000×10.65）]0.38×（31÷0.7）0.36 =0.514

ac

lsE1

10002PF

=（28.21×1990）÷（1000×2×10.65×0.7×0.430）

=8.756

④ 确定设计层厚度：

图6—2—1三层体系表面弯沉系数诺谟图

采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。

h





EE142031.04

0.71；00.022 0.376，2

E11990E2142010.65

查三层体系表面弯层系数诺谟图得=8.00；K11.78

K2

ac

K1

=8.756÷（8.00×1.460） =0.750

根据以上数据查三层体系表面弯层系数诺谟图得

H

h2hk2.4

k3n1

H



6.45，H= 10.65×5.70=77.62cm；

Ek

E2

46h5

37h51.078h555.9577.62cm 77.6255.95

19.8cm，取整h520cm。

1.078

③验算弯拉应力

a验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力

沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二、三、四、五层换算成当量三层体系的中层，土基作为当量三层体系的下层。 当量三层体系中层当量厚度：

H



ki1



n1

hk0.Ek

Ei1

H46H

371843.9339.3220.7675.28 

该路在沥青碎石铺筑后，要开放交通一段时间再铺筑沥青混凝土面层，故层间为滑动接触。

图6—2—2三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图

75.28

7.07 10.65

由

h





EE142031.04

0.71；00.022 0.376，2

E11990E2142010.65

查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间滑动））得：

0.12Mpa，m11.40，m21.08；

r1pm1m20.70.121.401.080.127Mpa

计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks2.78

ac8.756

计算沥青混凝土容许弯拉应力：

R

s

ks



1.2

0.432Mpa 2.78

由此可知：R>r2，所以该路面设计满足要求满足要求。 b验算石灰碎石土层底面的弯拉应力

由于水泥稳定碎石层下有水泥石灰砂砾土，故水泥石灰砂砾土层作为当量三层体系的中层，第一、二、三、四层换算成当量三层体系的上层，土基作为当量三层体系的下层。

图6—2—3三层连续体系中层底面拉应力系数诺谟图

上层当量厚度为；

hhhh434373.594.4039

45.33 hh1734631.12

hh5h中层当量厚度为：Hh439 cm

h



E1420E31.04H39

0.71,00.022,0.376,23.66

E11990E2142010.6510.65

按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层、中层间连续））得：

0.170Mpa，m11.67，m20.90 最大弯拉应力：

r2pm1m20.70.171.670.900.179Mpa 计算水泥石灰砂砾土基层抗弯拉结构强度系数：

0.35Ne0.110.35456994280.11

Ks=2.16

ac5.472

计算水泥石灰砂砾土容许弯拉应力：

R

s

ks



0.5

0.231Mpa 2.16

可知：R>r2,所以该方案满足要求。

6.3方案总结

通过以弯层值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的底层拉力为设计标准换算车辆行车荷载，并且计算设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数来确定设计沥青路面交通等级，得出此道路为超重交通。由此设定的路面设计方案，通过设计弯沉和实际弯沉的关系计算出方案一设计层的厚度为18cm，方案二设计层的厚度为20cm。再通过验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力和石灰碎石土层底面的弯拉应力得出两个方案的设计都满足设计年限内交通量增长的需求。

最后确定的路面结构为：

方案一：沥青厚度为13cm，其中3cm细粒式沥青混凝土+4cm中粒式沥青混凝土+6cm粗

粒式沥青混凝土，水泥稳定碎石基层厚度37cm，水泥石灰沙砾土层厚度18cm，总厚度为68cm，路段横断面材料结构如图图6—3—1。

图6—3—1方案一路段横断面材料结构

方案二：沥青厚度为26cm，其中细粒式沥青混凝土4cm +中粒式沥青混凝土7cm +密级

配沥青碎石15cm，水泥稳定砂砾层为20cm，水泥稳定碎石层为20cm，总厚度为66cm。

图6—3—2方案二路段横断面材料结构

6.4方案选择

两方案所用的材料和设计的厚度都不相同，都有自己的优缺点，方案一的选用的材料较便宜易得，成本低于方案二，但是其承载能力低于方案二，使用年限和驾驶员舒适度可能低于方案二。所以南京这条路在不同条件下当选择不同的方案，如果仅仅需要满足行车条件，资金比较紧的情况下，选择方案一，如果资金充足，考虑到公路的舒适性和长远的利益，应当选择方案一。

7排水设计

7.1设计流量计算

流量是路基路面设计的基本数据，其大小雨汇流面积、洪水频率、汇水区域内的地形、地貌及植被等因素有关。

路基路面各项排水设施所需排泄的设计流量可按下式计算确定：

Q=16.67qF

式中：Q——设计流量（m3/s）；

； q——设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度（mm/min）

——径流系数；

。 F——汇水面积（km2）

表7—1—2设计降雨的重现期

表7—1—2径流系数

坡面汇流历时可按下式确定：

t11

ml0.467 （

l370m） s

式中：t——坡面汇流历时（min）;

m1——地表粗度系数，表7—1—3确定；

ls、is——坡面长度（m）和坡度。

计算沟管内汇流历时时，现在断面尺寸、坡度变化点或者有支沟汇入除分段，分别计算各汇流历时后再叠加而得，即：

t2(

i1

n

li

) 60vi

式中：t——沟管内汇流历时（min）；

2

n、i——分段数和分段序号；

li——第i段的长度（m）； vi——第i段的平均流速（m/s）。

沟管内的平均流速按下式进行估算：

v20ig0.6

式中：ig——该段排水沟管的平均坡度。

当地缺乏自记雨量资料时，可利用标准降雨强度等值线图和有关转换系数，按下式计算降雨强度：

qccq

p

t

5,10

式中：q5,10——5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度（mm/min），按公路所在地

区，查“中国5年一遇10min降雨强度（q5,10）等值线示意图”（邓学钧

编著的《路基路面工程》图7—37）可得；

c

p

——重现期转换系数，按公路所在地区，查“重现期转换系数表”（邓学钧编著的《路

基路面工程》表7—9）可得；

c——降雨历时转换系数，按公路所在地区，查“中国60分钟降雨强度（c

t

60

）等值线

示意图”（邓学钧编著的《路基路面工程》图7—38）可得。

计算设计流量

设计排水方式：路面表面排水，在路肩外设置拦水带，出水口间距设置为50m，单侧路

面和路肩横向排水。路面水经路基边坡流至基底边沟。

已知：单侧路面和路肩横向排水的宽度为13.25m，出水口间距为50m 1）、汇水面积：

F=13.25×50×10-6=6.625×10-4(km2)

查表得径流系数=0.95 2）、设汇流历时为5分钟 3）、设计重现期

按公路重要程度，查表取设计重现期5年 4）、降雨强度

按公路所在地区，查“中国5年一遇10min降雨强度（q5,10）等值线示意图”（邓学钧编著的《路基路面工程》图7—37）可得q5,10=2.4mm/min，查“重现期转换系数表”（邓学钧编著的《路基路面工程》表7—9）可得该地区5年重现期时的重现期转换系数为

c

p

=1.00，查“中国60分钟降雨强度（

c

60

）等值线示意图”可得该地区

c

60

=0.4，再由

“降雨历时转化系数表”（邓学钧编著的《路基路面工程》表7—10）可得5min降雨历时转换系数为

c=1.25。

5

qccq

p

t

5,10

=1.00×1.25×2.4=3.0mm/min

5）、设计流量

Q=16.67qF

=16.67×0.95×3.0×6.625×10=0.0315m/s

-43

6）、检验会流历时假设

查表7—3—1知地表粗度系数m1=0.031,路面横坡is=0.02，坡面流长度为

ls=13.25m，可计算得地面汇流历时：

ml0.467

t1

1.4451.4450.467

1%，可计算得到平均流速：

1.645 由沟底纵坡

i

g

v20ig0.6

200.010.6

1.262m/s

沟管汇流历时：

l

t2()

i1

i

n

=(

i1

n

50) Qs=min

汇流历时：

t=t+t

1

2

=1.645+0.66 =2.305min

假设汇流历时验算合理，设计流量取Qs= 0.0315m3/s

7.2确定边沟尺寸

处于IV1区的南京此高速公路的设计径流量为Qs= 0.0315m3/s，边沟的排水量不大，一般不用进行水利水文计算。主要病害以崩塌、土流为主，一般不会出现冻胀等现象。 依据沿线情况，选用标准横断面形式。边沟的纵坡与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形，外测边坡坡率为1׃1.5，内侧边坡坡度与填方边坡坡度相同。梯形边沟的底宽和深度都采用0.5m。由于水量不大，边沟采用浆砌片石铺砌。横断面左侧边沟结构图如图7—2—1，横断面右侧边沟结构图如图7—2—2。

图7—2—1 横断面左侧边沟

图7—2—2 横断面右侧边沟

结论

通过对车辆行车荷载的计算，得出此道路为超重交通，由此设定的路面设计方案，并对这方案进行验算，确定此方案在设计年限内能满足交通量增长的需求。所以这个沥青路面设计是合理的。通过确定边沟设计流量，从而得出边沟的尺寸。如果要将此路面设计方案应用于实际工程项目中，还需要考虑当地的具体条件，比如地貌地势、土质情况等，相应的路基设计、路基排水设计等相结合而达到整体协调一致，有可行性。

致谢

通过设计制作这次路基路面课工程课程设计，基本上了解了沥青路面的设计过程与步骤，知道了设计过程中的重点和难点，从构思到整个方案完成，遇到了不少的问题和困难，但是这些问题和困难都在同学和老师共同讨论中得到解决，并且提出相应的应对方案。在整个过程中，非常感谢郭寒英老师指导我们顺利地完成课程设计，她对我们的指导和帮助，远远超过了一个老师的职责范围，她不厌其烦的帮我们修改和完善课程设计。在此，我想真诚地对郭老师说一句：郭老师你辛苦了！

在课程设计期间，为了找一些教材和网上没有的资料，在图书馆也查了不少的资料，感谢学校为我们提供丰富的图书，也感谢热情地为我们提供多方面的支持与帮助的图书馆老师们。在此向帮助和指导过我的各位老师、同学表示最由衷的感谢！

由于我的水平有限，所写内容难免有不足之处，恳请各位老师、学友批评和指正。

参考文献

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