明辉路路面结构计算说明书.doc

1路面结构设计1.1设计的依据及原则1.1.1设计依据公路沥青路面设计规范JTJ014-971.1.2设计原则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，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，以弯拉应力作为路面强度的验算指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算。设计使用年限为15年。（1）路面设计应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，进行路基路面综合设计。（2）在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。（3）结合当地条件，积极推广成熟的科研成果，对行之有效的新材料、新工艺、新技术应在路面设计方案中积极、慎重的加以运用。（4）路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全。1.2设计技术要求1.2.1公路等级市政道路次干路，双向六车道1.2.2其它设计要求其它设计要求见表1.11.3收集或调查交通量，计算累计标准轴次Ne根据设计材料可知，Ne=4.39106轴次/车道。1.4划分土基类型，确定土基回弹模量。根据勘探可知土基类型，查规范从而确定Ec=35MPa。1.5路面结构层的选择1.5.1路面等级与类型路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。路面等级、面层类型的选择应根据市政道路等级与使用要求、设计年限内标准轴载的累积当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因素确定。根据设计要求，市政道路等级为城市次干路，该路自然区划为IV区，设计年限15年，设计标准轴载为100KN，初始轴载作用次数为980次，车轮轮迹横向分布系数为0.6，设计年限内交通量年平均增长率为4.3。1.5.2路面结构组合及厚度拟定沥青路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，高速公路的面层一般由三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青层。基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。对于Ne更大的高速公路，路面面层多为三层结构，上层为密级配的细粒式或中粒式沥青混凝土抗滑表层，中层为密级配的中粒式或粗粒式沥青混凝土，下层为粗粒式沥青混凝土。当面层厚度较厚时，采用双层或三层结构，下面层采用细粒较少、空隙率较大的粗级配材料，既可增加高温抗变形能力，防止车辙，又可降低造价。根据规范规定的设计原则和以上参数计算各结构层厚度，结合南宁市筑路材料情况，本工程路面采用如下结构组合：推荐方案沥青混凝土路面结构如下表1：表1 沥青混凝土路面结构结构类型车道细粒式沥青砼上面层 AC-13C4 cm中粒式沥青砼中面层 AC-20C6 cm粗粒式沥青砼下面层 AC-25C8cm乳化沥青稀浆封层+透层0.6cm5.5%水泥稳定碎石上基层20cm4.5%水泥稳定碎石下基层20cm级配碎石20 cm结构总厚度78.6cm1.5.3确定各结构层的结构参数参考公路沥青路面设计规范附录D材料设计参数推荐的材料的抗压回弹模量、劈裂强度值进行设计,设计参数如表1.1和1.2所示。表1.1沥青混合料设计参数材料名称抗压模量（MPa）劈裂强度（MPa）备注2015细粒式密级配沥青混凝土140020001.4中粒式密级配沥青混凝土120018001.0粗粒式密级配沥青混凝土100014000.8表2.2基层材料设计参数材料名称抗压模量（MPa）劈裂强度（MPa）备注2015水泥稳定碎石160020000.5级配碎石2003001.6路面设计弯沉值计算由公式Ld=600Ne-0.2AcAsAb （1.1）计算路面设计弯沉值。式中：Ac-道路等级系数，快速路、主干路为1.0，次干路为1.1，支路为1.2； As-面层类型系数，沥青混合料为1.0，热拌、温拌或冷拌沥青碎石、沥青 贯入式和沥青表面处治为1.1； Ab基层类型系数，无机结合料类（半刚性）基层为1.0，沥青类基层和粒 料基层为1.6.市政公路以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。1.6.1设计弯沉值计算Ne为设计年限内一个车道上累积当量轴次，取4.39106次/车道；则 Ld=600(4.39106)-0.21.01.01.0=31(0.01mm)1.7按设计弯沉值计算路面厚度1.7.1容许层底拉应力计算由公式R=SP/Ks （1.2）计算容许拉应力值。对于沥青混凝土面层：Ks=0.09AaNe0.22/Ac （1.3）Aa为沥青混凝土级配类型系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土为1.1；则细粒式密级配沥青混凝土：Ks=0.091.0(4.39106)0.22/1.0=2.6R=1.4/2.6=0.54MPa中粒式密级配沥青混凝土：Ks=0.091.0(4.39106)0.22/1.0=2.6R=1.0/2.6=0.38MPa粗粒式密级配沥青混凝土：Ks=0.091.1(13.96106)0.22/1.0=2.6R=0.8/2.6=0.31MPa对于无机结合料稳定集料类：Ks=0.35Ne0.11/Ac （1.4）则水泥稳定碎石：Ks=0.35（4.39106）0.11/1.1=1.71R=0.5/1.71=0.29MPa2.7.2设计资料总结表2.3 设计资料汇总表材料名称h/cm15模量20模量/MPa容许拉应力/MPa细粒式沥青混凝土42000 14001.40.54中粒式沥青混凝土6180012001.00.38粗粒式沥青混凝土8140010000.80.31水泥稳定碎石20200016000.50.29水泥稳定碎石20200016000.50.29级配碎石20300200土基1.7.3路面厚度计算、层底拉应力计算及防冻厚度验算采用双圆均布荷载作用下多层弹性层状体系理论编制的专用设计程序计算路面厚度。电算结果如下： 市政道路等 级 : 市政次干路 新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 31(1/100mm) 层位 结构层材料类型 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(Mpa) 容许应力 (20度) (15度) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 4.0 1400.0 2000.0 .54 2 中粒式沥青混凝土 6.0 1200.0 1800.0 .38 3 粗粒式沥青混凝土 8.0 1000.0 1400.0 .314 水泥稳定碎石 20.0 1600.0 2000.0 .295 水泥稳定碎石 20.0 1600.0 2000.0 .296 级配碎石 20.0 200 300 7 土基 42.5 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 31 (0.01mm) H( 6 )= 200 mm LS= 20.5 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 6 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 6 )= 200 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 6 )= 200 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 6 )= 200 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 6 )= 200 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 6 )= 200 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 6 )= 200 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 6 )= 200 mm(仅考虑弯沉) H( 6 )= 200 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 交工验收弯沉值和层底拉应力计算 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 19 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 20.7 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 23.2 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 27.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 57.7 (0.01mm) 第 6 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 191.9 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 221.8 (