路面设计.doc

1 路面结构设计1.1 路面类型及结构层组合1.1.1 设计原则(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、合理取材、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。(5) 为提高路面工程质量，应进行机械化施工。1.1.2 路面类型确定目前，我国等级较高的公路一般采用沥青混凝土路面或水泥混凝土路面，两种路面类型各有优缺点，比较见表7-1：表7-1 路面类型比较表比较项目沥青混凝土路面水泥混凝土类型柔性刚性接缝无有噪音小大机械化施工容易较困难施工速度快慢稳定性易老化水稳、热稳均较好养护维修方便困难开放交通快慢晴天反光情况无稍大强度高很高行车舒适性好较好 由交通量的计算知本道路为重交通，则路面要选择高等级路面。通过对两种不同类型路面的比较，另外结合当地材料来源及路面设计原则等各方面综合考虑，选用沥青混凝土路面类型。1.1.3 标准轴载及轴载换算设计采用现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ-100KN，p=0.7MPa ,=10.65cm，设计使用年限为20年。(1) 当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时 凡轴载大于25kN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）Pi的作用次数ni，按式(7-1)换算成标准轴载P的当量作用次数N： (7-1)式中：N标准轴载的当量轴次，次/d；ni被换算车型的各级轴载作用次数，次/d；P标准轴载，kN；Pi被换算车型各级（单根）轴载，kN；C1,i被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，轴数系数即为轴数m；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1,i=1+1.2(m-1)；C2,i被换算轴载的轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。(2) 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 凡轴载大于50kN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）Pi的作用次数ni，按式7-2换算成标准轴载P的当量作用次数N： (7-2)式中：被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，轴数系数即为轴数m；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数为； 被换算轴载的轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。上述轴载换算公式仅适用于单轴轴载小于130kN的轴载换算。各种汽车当量轴次计算见表7-2： 表7-2a 当量轴次计算表（计算弯沉和沥青混凝土层底拉应力）车 型Pi(kN)C1，iC2,i交通量（次/日）当量轴次（次/日）小汽车后轴2520000前轴2520000跃进NJ130后轴38.3110.015180027前轴15.316.40.00218003.5解放CA10B后轴60.85110.1152000230前轴19.416.40.005200010江淮HF150后轴101.5111.06710001067前轴45.1110.031100031黄河JN150后轴101.6111.016500508前轴4916.40.287500143.5长征CZ361后轴2*90.72.211.439500719.5前轴47.6110.04050020日野ZM440后轴2*1002.212.25001100前轴60110.10850054合计2823.5 表7-2b 交通量计算表（计算半刚性基层层底拉应力）车 型Pi(kN)C1,iC2,i交通量（次/日）当量轴次（次/日）小汽车后轴2520000前轴2520000跃进NJ130后轴38.3110.000518000.9前轴15.3118.5018000解放CA10B后轴60.85110.019200038前轴19.4118.5020000江淮HF150后轴101.5111.12610001126前轴45.1110.001710001.7黄河JN150后轴101.6111.135500567.5前轴49118.50.06150030.5长征CZ361后轴2*90.7311.374500687前轴47.6110.00265001.3日野ZM440后轴2*1003135001500前轴60110.0175008.5合计2615.9注：当计算弯沉和沥青混凝土层底拉应力时，轴载换算系数=； 当计算半刚性基层层底拉应力时，轴载换算系数；总（车辆）换算系数后轴换算系数前轴换算系数当量轴次交通量总换算系数在设计年限内，一个车道上的累计当量轴次参照式(7-3)进行计算： (7-3)式中：Ne设计年限内一个车道上的累计当量轴次，次；t设计年限，取20年；N路面竣工后第一年的平均日当量轴次，次/d；设计年限内交通量的平均年增长率，为7%；车道系数，四车道（快速）取0.4。=（次）=（次） 1.2 路面结构层组合设计1.2.1 基层组合设计(1) 水泥稳定碎石基层组成设计 1) 材料要求基层应有足够的强度和稳定性，考虑到本地材料供应及尽可能减少基层伸缩裂缝，基层选择水泥稳定碎石材料，以碎石构成骨架，水泥（可掺一定量的粉煤灰）作为填土材料的嵌挤型结构。水泥：普通硅酸盐水泥可用于配制水泥稳定碎石，但应选用初凝时间3h以上和终凝时间较长（宜在6h以上）的水泥。不应使用快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥。宜采用标号为325或425的水泥。碎石：对于所用的碎石，颗粒的最大粒径不应超过31.5mm，其颗粒组成宜符合表7-3中级配范围，集料压碎值不大于30%。 表7-3 水泥稳定碎石中集料的颗粒组成范围筛孔尺寸（mm）通过质量百分率（%）31.510026.59010019.072899.5047674.7529392.3617350.68220.07507 液限（）28塑性指数9注：集料中0.5mm以下细粒土有塑性指数时，小于0.075mm的颗粒含量不应超过5；细粒土无塑性指数时，小于0.075mm的颗粒含量不应超过7%. 2) 配合比采用水泥稳定碎石做基层时，建议水泥含量为5%6%，如掺粉煤灰时，水泥和粉煤灰的总含量也应该控制在5%6%。抗压模量E=13001700MPa,劈裂强度=0.40.6MPa。水泥稳定碎石的最佳含水量应由击实试验确定。 3) 强度指标水泥稳定碎石基层7天浸水无侧限抗压强度不应小于3MPa及其重型击实压实度为97%，水泥稳定碎石其他技术指标应符合公路路面基层施工技术规范（JTJ0342000）规定。(2) 二灰土底基层组成设计 1) 材料要求石灰：应取级或级以上消石灰、生石灰。土：宜采用塑性指数1220的粘性土。土块的最大粒径不应大于15mm。有机质含量超过10%的土不宜选用。粉煤灰：粉煤灰中SiO2、Al2O3、和Fe2O3总含量应大于70%,粉煤灰的烧失量不应超过20%，粉煤灰的比表面积宜大于2500cm2/g，采用湿粉煤灰的含水量不宜超过35%。 2) 配合比二灰土做底基层时，石灰与粉煤灰的比例（重量比）可用1：21：4（对于粉土，以1：2为宜），石灰粉煤灰与细粒土的比例可以是30：7090:10（当采用30：70比例时，石灰与粉煤灰之比宜为1：21：3）。本设计建议使用配合比为石灰：粉煤灰：土=10:30:60，抗压模量E=600900MPa,劈裂强度=0.20.3MPa。 3) 强度指标二灰土的7d浸水抗压强度应0.6MPa。1.2.2 面层组合设计高速公路路面沥青混凝土面层应具有良好的抗滑耐磨、高温稳定性好、抗裂强等性能。各层沥青混合料应满足所在层位的功能要求，便于施工，不容易离析。各层应连续施工并连结成为一个整体。(1) 材料要求1) 沥青由公路沥青路面施工技术规范可得其技术指标见表7-4：2）粗集料沥青层用粗集料选用碎石。粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，质量符合表7-5的规定：3）细集料沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂、石屑。细集料必须由具有生产许可证的采石场、采砂场生产。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量应符合表7-6的规定：表7-4 道路石油沥青技术要求指标单位等级沥青标号90号针入度（25，5s，100g）0.1mm80100针入度指数PIA-1.5+1.0软化点（R&B）不小于A4460动力粘度不小于PasA14010延度不小于cmA2015延度不小于cmA100蜡含量（蒸馏法）不大于%A2.2闪点 不小于245溶解度 不小于%A99.5残留针入度比 不小于%A57残留延度（10）不小于cmA8表7-5 沥青混合料用粗集料质量技术要求指标单位高速公路表面层其他层次石料压碎值，不大于%2628洛杉矶磨耗损失，不大于%2830表观相对密度，不小于2.602.50吸水率，不大于%2.03.0坚固性，不大于%1212针片状颗粒含量(混合料)不大于其中粒径大于9.5mm，不大于其中粒径小于9.5mm，不大于%1518%1215%1820水洗法0.075mm颗粒含量，不大于%11软石含量，不大于%35 表7-6 沥青混合料用细集料质量要求项目单位高速公路表观相对密度，不小于2.50坚固性（0.3mm部分），不小于%12含泥量（小于0.075mm的含量），不大于%3砂当量，不小于%60亚甲蓝值，不大于g/kg25棱角性（流动时间），不小于S30 4）填料沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出，其质量应符合表7-7的要求：表7-7沥青混合料用矿粉质量要求项目单位高速公路表观密度，不小于t/m32.50含水量，不大于%1粒度范围0.6mm 0.15mm 0.075mm%100%90100%75100外观无团粒结块亲水系数1塑性指数4(2) 配合比设计本设计采用马歇尔试验配合比设计方法，沥青混合料技术要求应符合表7-8的规定，并有良好的施工性能。(3) 强度指标 沥青混合料的车辙试验的动稳定度不低于800次/mm；水稳定性指标：浸水马歇尔试验残留稳定度不小于80%，冻融劈裂试验残留强度不小于75%；在温度10、加载速率50mm/min条件下，低温弯曲试验破坏应变不小于2000；渗水系数不大于120 ml/min。表7-8密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准试验指标单位高速公路击实次数（双面）次75试件尺寸mm空隙率VV深约90mm以内%35深约90mm以下%36稳定度MS不小于kN8流值FLmm24沥青饱和度VFA65751.3 路面结构层厚度确定1.3.1 确定土基回弹模量本设计路段属于华北地抬次级构造，属于区（粘性土），地下水位=12.5m，查表得到，路基属于中湿类型，查表得稠度=1.0，=38.5MPa。1.3.2 拟定路面结构及参数拟定路面结构方案，初拟路面结构及其力学参数见表下表：表7-9各结构层材料层次结构层名称厚度(cm)抗压模量(MPa)拉应力（MPa）201沥青混凝土812001.502沥青碎石108003石灰土？6004天然沙砾252005土基38.51.3.3 计算设计弯沉值 (7-4)式中：路面设计弯沉值,0.01mm；设计年限内一个车道上累计当量轴次；公路等级系数,高速公路为1.0；面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0；基层类型系数,对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm时为1.0，所以 =21.51（0.01mm）1.3.4 按容许弯沉计算路面厚度解：利用弹性三层连续体系的诺莫图求解。(1) 按弯沉指标要求计算石灰土层厚度 1) 计算综合修正系数： (7-5)式中：综合修正系数； 路面设计弯沉值，0.01mm；双圆图式标准轮载当量圆半径，=10.65cm；土基回弹模量，取45MPa；标准轴载轮压，=0.7MPa。则：=0.501将五层体系简化成上层为沥青混凝土、中层为沥青碎石以及土基组成的三层体系，见表7-10。表7-10 沥青路面三层体系计算表h1=8cm，E1=1200MPah=h1=8cm，E1=1200MPah2=10cm，E2=800MPah3=?cm，E3=600MPaH=？cm，E2=800MPah4=25cm，E4=200MPa E0=38.5MPa E0=38.5MPa 由，查诺莫图得：，则 查得，则，代入当量厚度换算公式