土木工程专业课程设计指导书。
1. 课程设计应完成的主要内容。
1) 交通组成分析，路面等级与类型的确定；
综合考虑工程所在地区的政治、经济、军事、文化及自然条件等因素，通过经济及交通量分析，根据公路网规划的要求，按《公路工程技术标准》（jtg b01-2003）确定公路等级，从而进一步确定路面等级，选定路面结构类型。
2) 路基设计：
a） 主要内容：
路基和路面是道路的主要工程结构物。路基是在天然地表按照道路的设计线形（位置）和设计断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。
按照设计任务书给定的地质条件、交通量、交通组成及交通量增长率等数据，进行一般路基设计。包括以下内容：
a) 选择路基断面形式，确定标准路基横断面：路基横断形式、路基宽度与高度、路拱横坡、路基边坡形状与坡度；
b) 路堤填料选择与压实标准的确定：
c) 路基排水系统布置与排水结构设计：*
d) 坡面防护与加固设计：*
e) 专项工程：边坡稳定性分析、软基处理；*
f) 附属设施设计；
b） 数值确定：
上述内容要求的具体数值，可参考《路基路面工程》（万德臣/邓学钧主编）或《公路路基设计规范》（jtg d30-2004）中给定的推荐值。
c） 注意事项：
一般路基通常指在良好的地质与水文等条件下，填方高度和挖方深度不大的路基。通常一般路基可以结合当地的地形、地质情况，直接选用典型断面图或设计规定，不必进行个别论证和验。
图1 路基标准横断面图。
3) 路基回弹模量确定：
a） 主要内容：
土基回弹模量e0是路面结构设计的重要参数，其取值的大小对路面结构厚度有较大影响，要正确地确定e0是十分重要的。土基回弹模量值与土的性质、密实度、含水量、路基所处的干湿状态以及测试方法有密切的关系。
土基回弹模量e0的确定方法主要有现场实测法（刚性承载板/土基弯沉测定法）、查表预估法、室内实验法、换算法等。
在无实测条件时，多按查表法预估土基回弹模量值e0。即根据已定的路基设计高度，确定路基干湿类型（一般要求其处于干燥或中湿状态），然后确定其回弹模量值e0。其主要步骤：
a) 确定临界高度：自然区划→临界高度（表2.2.4）
b) 拟定平均稠度：临界高度+已定的路基设计高度→干湿类型→平均稠度（表2.2.2）
c) **土基回弹模量：自然区划+平均稠度+表16.6.2→回弹模量e0
b） 土基回弹模量值e0确定：
a) 确定临界高度。
临界高度指在不利季节，土基分别处于干燥、中湿或潮湿状态时，路床表面距地下水位或地表积水水位的最小高度；可根据土质、气候条件按当地经验确定。
当缺乏实际资料时，干燥、中湿或潮湿状态的路基临界高度(h1、h2、h3)可根据道路所在自然区划，参考《路基路面工程》课本中表2.2.4选用。
b) 拟定土的平均稠度。
在新建公路的初步设计中，因无法实测求得的平均稠度，可根据当地经验或路基临界高度，判断各路段土基的干湿类型。即：
临界高度+已定的路基设计高度→干湿类型→土的平均稠度ω。值（表2.2.2）
c) **土基回弹模量。
根椐土类、公路所在自然区划以及拟定的路基土的平均稠度，可参考《路基路面工程》书中表16.6.2**土基回弹模量值。
当采用重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值提高15％-30％。
4) 路面结构设计。
根据交通要求、环境因素、工程投资、材料**、施工条件等各方面条件，进行路面结构设计，绘制路面结构设计图、路面结构大样图。包括以下内容：
a) 选择路面结构类型，b) 选择各结构层类型与材料，结构层组合设计；
c) 确定路基土以及各层材料的设计参数；
d) 确定设计指标的设计标准；
e) 路面结构厚度设计与验算；
f) 方案比选，确定推荐方案；
g) 采用路面结构设计软件进行路面结构设计，对手算结构进行验证。*
注：路面结构设计要求分别选取沥青路面结构与水泥混凝土结构两种形式进行设计，并对其进行方案比选。
a） 沥青路面结构设计：
a) 设计任务：
沥青路面设计的任务是根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，设计确定经济合理的路面结构，使之能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公路相应的承载能力，耐久性、舒适性、安全性的要求。
b) 主要内容：
路面设计主要包括：交通量分析，路面类型确定；结构层次组合设计，层厚初拟；材料组成设计与材料设计参数的测试与确定；结构设计指标标准的确定；路面结构层厚度设计与验算；以及路面结构的方案比选等内容。
c) 设计步骤：
1）根据设计任务书的要求，确定路面的面层类型，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，确定土基的回弹模量值。
3）根据已有经验合规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面组合与厚度方案。见图2。
图2 路面结构层组合样例。
在进行路面结构组合时，各结构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，以使各结构层材料的效能得到充分发挥。同时就施工工艺、材料规格和强度形成原理而言，层数又不宜过多，也就是不能使结构层的厚度过小，设计时可参考教材中表16.5.
1。路面设计时，沥青面层厚度与公路等级、交通量及组成、沥青品种和质量有关，沥青面层推荐厚度列于表16.5.2，设计时应根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥青质量等因素，综合考虑确定沥青层厚度。
基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，发挥压实机具的功能以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。
4）参考相应规范，确定路面材料设计参数值，主要有抗压回弹模量值和劈裂抗拉强度值。要注意用弯沉进行计算和验算层底拉应力所采用的回弹模量值标准温度有区别。
5）沥青路面厚度计算。
厚度计算是沥青路面结构设计的核心。
我国新建公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，采用设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层底进行层底拉应力的验算。我国城市道路设计规范规定在弯沉和拉应力两项指标之外，增加一项剪应力指标。
首先，按结构设计所确定的路面面层、基层及底基层的类型计算设计弯沉值；
其次，按轴载换算公式，把路面上的不同车辆轴载换算为标准轴载，要注意按设计弯沉值指标计算和进行半刚性基层层底拉应力验算时，两者的计算公式有区别；
其次，确定路面材料设计参数值以及路面结构设计指标标准；
再次，路面弯沉→结构层厚度设计；
最后，进行层底拉应力验算；如为城市道路，还需进行剪应力验算。
如果验算不满足要求，或变更路面结构层组合、或调整路面结构层厚度、或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算，直到所设计路面符合要求为止。
沥青路面结构图见图3；设计资料汇总见表1。
图3 沥青路面结构图。
b） 水泥混凝土路面结构设计：
a) 设计任务：
水泥混凝土路面设计的任务是根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，设计确定经济合理的路面结构，使之能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公路相应的承载能力，耐久性、舒适性、安全性的要求。
b) 主要内容：
路面设计主要包括：交通量分析，路面类型确定；路面结构层组合设计、混凝土路面板厚设计、混凝土路面板的平面尺寸与接缝设计、路肩设计、普通混凝土路面的钢筋配筋率设计等内容。
c) 设计步骤：
1)收集并分析交通参数：收集日交通量和轴载组成数据，确定轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通等级，井进而选定设计年限、选定文通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。
2)初拟路面结构：初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。
3)确定材料参数：试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量。
4)计算荷载疲劳应力：计算得到标准轴载作用下板边中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力σpr。
5)计算温度应力：由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划、σtm和fr确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力σtr。
6)检验初拟路面结构：按下述条件检验：γr（σtr +σtr）≤fr
上述检验条件如不符合，则重新拟定路面结构或板平面尺寸，按第2-5步重新计算，直到满足为止。
d) 注意事项：
1）水泥混凝土路面板块的划分；
2）各种接缝的设置作用、目的，拉杆与传力杆的区别等；
3）注意设计车道的概念，注意交通分析时与沥青混凝土路面交通分析的异同；
4）注意新规范与旧规范的衔接。
2. 课程设计应提交的成果。
1) 设计说明书。
设计计算说明书按设计内容，详细说明设计依据、设计思想、方案论证、计算方法及过程，要求思路明确、条理清晰。设计文件中的文字说明、**采用16k幅面（手写或打印）。
2) 设计图纸
a) 标准路基横断面图；
b) 路拱大样图；
c) 路面横断面组成图；
d) 路面结构设计图；
e) 路面结构大样图；
f) 坡面防护与加固设计结构布置图；*
g) 路基排水系统布置图与排水结构布置图；*
h) 相应附属设计图；
注1：图纸应标注明确，图纸幅面采用16k幅面坐标纸或打印纸；
3. 注意问题。
1）学生应在指导教师指导下独立完成课程设计任务书规定内容；
2）学生必须自觉遵守课程设计各项管理规定，由班干部或指定负责人做好每天考勤记录；
3）指导教师应加强学生学会使用相关规范、规程及设计手册的训练，提高学生查阅和分析设计资料的能力；
4）课程设计说明书使用统一用纸，全部打印（打印文稿标题采用三号黑体，正文小四宋体，1.5倍行间距，a4）；
5）设计说明书内插图（表）应符合国家与本行业规范标准，不得出现任何复印件或拷贝件，并注意对页码编号；
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