路面结构设计的计算的设计书.doc

路面结构设计的计算的设计方案基本资料:新建高速公路地处3区，为双向四车道（单向路面宽为11.5m，中间带宽3m，沿线土质为中液限粘土，填方路基高3m，地下水位为地面以下-1.0m，地表长期积水距路床0.7m，属中湿状态，年降雨量为470mm，最高气温38，最低气温-26，多年最大冻深为120mm，平均冻结指数为700，最大冻结指数为1150。此地有大量碎石集料，并有石灰水泥供应。沥青路面设计年限（基准期）为15年。一、轴载分析1、预测交通量组成表序号汽车型号前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数轮组数轮距（m）交通量（辆/日）1小客车16.5020.31双025802交通SH14125.5555.101双08693四平SPK61503877.82双44584北京BJ13013.5527.21双017685解放CA5028.768.21双05566东风EQ14023.7069.201双08977黄河JN-15049.00101.601双07268日野KB22250.20104.301双06549拖挂五十铃8378.52双262路基为中湿，E=35MPa，交通量年平均增长率9.4%。轴载换算表（以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时的轴载换算系数）车型（KN）CCN(次/d)CC(/P)(次/d)合计（次/d）交通SH141前轴25.5516.486914.702782.64后轴55.101186965.02四平SPK6150前轴3816.445843.56后轴77.811458153.68北京BJ130前轴13.5516.417681.89后轴27.21117686.14解放CA50前轴28.716.455615.60后轴68.211556105.21东风EQ140前轴23.7016.489710.94后轴69.2011897180.82黄河JN-150前轴49.0016.4726208.67后轴101.6011726758.11日野KB222前轴50.2016.4654208.84后轴104.3011654785.44拖挂车五十铃前轴8316.462176.43后轴78.52.216247.59设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：设计年限为t=15年，=9.4%，双向四车道，故车道系数取0.45.故轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）车型（KN）CCN(次/d)CC(/P) (次/d)合计（次/d）交通SH141前轴25.55118.58690.292230.59后轴55.10118697.38四平SPK6150前轴38118.54583.68后轴77.81145861.48北京BJ130前轴13.55118.517680后轴27.21117680.05解放CA50前轴28.7118.55560.47后轴68.21155629.24东风EQ140前轴23.70118.58970.17后轴69.201189747.17黄河JN-150前轴49.00118.572644.64后轴101.6011726786.15日野KB222前轴50.20118.565448.80后轴104.3011654915.91拖挂车五十铃前轴83118.562258.34后轴78.5316226.82设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：取两者中的大值1385万次，属于重交通等级二、拟定路面结构组合方案及厚度 组合方案，拟定了两种，其简图如下所示：方案一：细粒式沥青混凝土 h=4cm中粒式沥青混凝土 h=5cm粗粒式沥青混凝土 h=8cm水泥稳定碎石 h=345 % 石灰土 h= ?方案二：细粒式沥青混凝土 h=4cm中粒式沥青混凝土 h=6cm粗粒式沥青混凝土 h=6cm水泥稳定碎石 h=20cm二灰土 h=20cm级配碎石 h= ?三、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。1）确定各层材料的抗压模量与劈裂强度。查表可得下列这几参数，会表如下：材料名称抗压回弹模量（MPa）15劈裂强度（MPa）2015细粒式沥青混凝土140020001.2中粒式沥青混凝土120018001.0粗粒式沥青混凝土100014000.8水泥稳定碎石15000.6石灰土250 0.005级配碎石300二灰土7500.6四、设计指标的确定。 对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。1、 设计弯沉值的计算：L=600NAAA 该公路为高速公路，故公路等级系数A=1.0，且是沥青混凝土面层，故面层类型系数A=1.0，A=1.0。故L=600NAAA=600138500001.01.01.0=22.38mm2、各层材料的容许拉应力计算如下表所示：材料名称K(MPa)(MPa)细粒式沥青混凝土K=0.09N/ A=11.40.418中粒式沥青混凝土K=0.09N/ A=11.00.298粗粒式沥青混凝土K=0.09N/ A=10.80.239水泥稳定碎石K=0.35N/ A=10.50.234二灰土K=0.45N/ A=10.300.1092石灰土K=0.45N/ A=10.2250.0819五、确定设计层的厚度。1、方案一计算：（采用三层体系为计算体系）1）令实际弯沉,则弯沉综合修正系数F=1.63（）（）=1.63()()=0.492弹性体系的实际弯沉=1000故理论弯沉系数=4.272）将多层体系照弯沉等效的原则换算为三层体系，如下图所示：E h=4E h=5E h=8E h=34E h=?EE h=4E HE则中层厚度换算公式为：H= h= 5+8+34+ h= (49.73+0.52 h) cm3) h/= h/=4/10.65=0.38 E/ E =35/1200=0.03查三层体系表面弯沉系数诺莫图可得K=1.46E/ E=1200/1400=0.9 查诺莫图可得=6.2由三层体系表面弯沉系数诺莫图上的计算理论弯沉的公式可得=KK，故K=0.472。再查诺莫图可得H/=5.4故H=5.410.65=57.51，又H=49.73+0.52 h=57.51 由此解得：h=15cm h=14.5E h=9.E H=61.67E方案二计算:（采用三层体系为计算体系）E h=4E h=6E h=6E h=20E h=20E h=?EE h=4E HE1）将多层体系照弯沉等效的原则换算为三层体系，如下图所示：则中层厚度换算公式为：H= h= 6+6+ 20+ 20+ h= (49.95+0.56h) cm3) h/= h/=4/10.65=0.38 E/ E =35/1200=0.03查三层体系表面弯沉系数诺莫图可得K=1.46E/ E=1200/1400=0.86 查诺莫图可得=6.2由三层体系表面弯沉系数诺莫图上的计算理论弯沉的公式可得=KK，故K=0.472. 再查诺莫图可得H/=5.4故H=5.410.65=57.51 故H=49.95+0.56 h=57.51 由此解得：h=13.5cm六、层底弯拉应力验算。公路为高速公路，故对沥青混凝土面层、半刚性基层、底基层都应进行拉应力的验算。 1、方案一的层底拉应力的验算。（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1） 验算沥青混凝土面层地面的弯拉应力。 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所E=1400 h=4E=1200 h=5E=1000 h=8E=1500 h=34E= 250 h=15E=35E= 1000 H=17.58E=1500 H=36.05E=35示：= h+= 8+4+5= 17.58cm= h =34+15 =36.05由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得=/=17.58/10.65=1.65 E/ E=1500/1000=1.5E/ E=35/1500=0.02/=36.05/10.65=3.38查诺莫图可得 为负，表明该层层底弯曲压应力，自然满足。2)验算半刚性基层底面的弯拉应力。 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E=1400 h=4E=1200 h=5E=1000 h=8E=1500 h=34E= 250 h=15E=35E= 1500 H=49.89E=250 H=15E=35H=h+h+h+= 34+4+5+8= 49.89cmH=15cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得=H/=49.89/10.65=4.68 E/ E=250/1500=0.17E/ E=35/250=0.14查诺莫图可得：K=1.3 =0.17又因为H/=15/10.65=1.41 查诺莫图可得：K=0.8=0.70.171.30.8=0.1238MPa 容许拉应力0.234MPa3）验算底基层底面的弯拉应力。 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E= 1500 H=49.89E=250 H=15EE=35E=1400 h=4E=1200 h=5E=1000 h=8E=1500 h=34E= 250 h=15E=35 H=h+h+h+= 34+4+5+8= 49.89cmH=15由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得= H/=49.89/10.65=4.68 E/ E=250/1500=0.17E/ E=35/250=0.14H/=15/10.65=1.41查诺莫图可得：K=0.97 =0.324 K=0.15=0.70.3240.970.15=0.0330MPa 容许拉应力0.0819MPa2方案二的层底拉应力计算。（采用三层体系验算多层路面的结构层底部拉应力）1） 验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力。将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示;E=1400 h=4E=1200 h=6E=1000 h=6E=1500 h=20E=750 h=20E= 300 h=13.5cmE=35E=1000 H=16.63E=1500 H=31.53cmE=35= h+= 6+4+6= 16.63cm= h+ =20+20+13.5 =31.52cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得=/=16.63/10.65=1.56 E/ E=1500/1000=1.5E/ E=35/1500=0.02/=31.52/10.65=2.96查诺莫图可得 为负，表明该层层底弯曲压应力，自然满足。2) 验算半刚性基层底面的弯拉应力。 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E=1400 h=4E=1200 h=6E=1000 h=6E=1500 h=20E=750 h=20E= 300 h=13.5cmE=35E=1500 H=35.03E=750 H=21.03cmE=35H=h+h+h+= 20+4+6+6= 35.03cmH= =20+13.5 =21.03cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得=H/=35.03/10.65=3.29 E/ E=750/1500=0.5E/ E=35/750=0.05查诺莫图可得：K=1.39 =0.11又因为H/=21.03/10.65=1.97 查诺莫图可得：K=1.0=0.70.111.391.0=0.107MPa 容许拉应力0.234Mpa3）验算底基层底面的弯拉应力。E=1400 h=4E=1200 h=5E=1000 h=8E=1500 h=34E= 250 h=1E=35 将多层路面按照拉应力相等的原则换算为弹性三层体系，如下图所示：E=1400 h=4E=1200 h=6E=1000 h=6E=1500 h=20E=750 h=20E= 300 h=13.5cmE=35E=750 H=61.66E=300 H=13.5cmE=35H= h+h+h+ h= 20+4+6+6+20= 61.66cmH=13.5cm由三层体系上层底面最大拉应力系数计算诺莫图可得= H/=61.66/10.65=5.79 E/ E=300/750=0.4E/ E=35/300=0.12H/=13.5/10.65=1.27查诺莫图可得：K=1.75 =0.07 K=1.2=0.70.071.751.2=0.1029MPa 容许拉应力0.1092MPa综上所算的结果，绘制成下表：方案类型底面最大拉应力容许拉应力方案一沥青混凝土面层00.239半刚性基层0.12380.234底基层0.03300.0819方案二沥青混凝土面层00.2712半刚性基层0.1070.234底基层0.10290.1092由表可知，方案一和方案二都满足层底弯拉应力的要求。七、造价比选方案一：细粒式沥青混凝土4cm27.49011.51000=316135元中粒式沥青混凝土5cm28.59011.51000=328785元粗粒式沥青混凝土8cm42.95011.51000=493925元水泥稳定碎石34