第A章 路面结构设计.docx

第7章 路面结构设计7.1路面类型及设计原则1. 路面类型目前，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8.1，表8.1 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2. 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。A.2 交通资料参考任务书整理成表格如下：汽车型号总重力（KN）前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数轮组数后轴距（cm）日交通量（辆/天）跃进NJ13054.516.238.31双/750奔驰LPK7096622.044.01双/460三菱FV413JDL15454.00100.002双200290黄河NJ150150.649.0101.61双/420上海SH14281.726.655.11双/400五十铃EXR181L16060.00100.003双4002508.3 沥青路面结构设计1. 计算标准轴载累计交通量Ne，确定交通等级（1）用于弯沉验算和沥青层底弯拉应力验算的Ne(A)标准轴载与轴载当量换算：N=i=1KC1C2ni(PiP)4.35N标准轴载的当量轴次，次/日；C1轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38；C2轴数系数；当轴间距大于3m时，按单独的一个轴载计算，对轴间距小于3m的双轴或多轴应考虑轴数系数，C2=1+1.2（m-1）,m为轴数；ni被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；P标准轴载，KN；Pi 被换算车辆的各级轴载，KN；K被换算车辆的类型数利用EXCLE表格计算功能进行标准轴载与当量轴载换算，将表格导入Word，见表8.3，汽车型号C1C2niPi(Pi/P)4.35N跃进NJ130前轴1.0 6.4 75016.20 - 0.0000 后轴1.0 1.0 75038.30 - 0.0000 奔驰LPK709前轴1.0 6.4 46022.00 - 0.0000 后轴1.0 1.0 46044.00 0.0281 12.9353 三菱FV413JDL前轴1.0 6.4 29054.00 0.0685 127.2011 后轴2.2 1.0 290100.00 1.0000 638.0000 黄河NJ150前轴1.0 6.4 42049.00 0.0449 120.7208 后轴1.0 1.0 420101.60 1.0715 450.0253 上海SH142前轴1.0 6.4 40026.60 - 0.0000 后轴1.0 1.0 40055.10 0.0748 29.9274 五十铃EXR181L前轴1.0 6.4 25060.00 0.1084 173.4115 后轴3.0 1.0 250100.00 1.0000 750.0000 总和2302.22 附加说明：轴载小于40KN的特轻轴重对结构的影响忽略不计，所以不计入当量计算。（P378）N=i=1KC1C2ni(PiP)4.35=2302.22（次/日）设计年限内标准轴载累计当量轴次Ne=【（1+）t-1】365N1Ne设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次，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；设计年限内交通量平均增长率，%；与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。查路基路面工程表14-3（P379），取=0.45，高速公路沥青路面的设计年限为15年，年平均增长率为10%， NeA=【1+t-1】365N1=【1+10%15-1】36510%2302.220.45 =1.204107（轴次）查路基路面工程表14-4，判别其属于重交通。（2）用于半刚性基层弯拉应力验算的Ne(B)标准轴载与轴载当量换算N=i=1KC1C2ni(PiP)8N标准轴载的当量轴次，次/日；C1轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09;C2轴数系数；C2=1+2（m-1）,m为轴数；ni被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；P标准轴载，KN；Pi 被换算车辆的各级轴载，KN；K被换算车辆的类型数。利用EXCLE表格计算功能进行标准轴载与当量轴载换算，将表格导入Word，见表，汽车型号C1C2niPi(Pi/P)8N跃进NJ130前轴1.0 18.5 7500.00 0.0000 0.0000 后轴1.0 1.0 7500.00 0.0000 0.0000 奔驰LPK709前轴1.0 18.5 4600.00 0.0000 0.0000 后轴1.0 1.0 46044.00 0.0014 0.6462 三菱FV413JDL前轴1.0 18.5 29054.00 0.0072 38.7900 后轴3.0 1.0 290100.00 1.0000 870.0000 黄河NJ150前轴1.0 18.5 42049.00 0.0033 25.8220 后轴1.0 1.0 420101.60 1.1354 476.8688 上海SH142前轴1.0 18.5 4000.00 0.0000 0.0000 后轴1.0 1.0 40055.10 0.0085 3.3984 五十铃EXR181L前轴1.0 18.5 25060.00 0.0168 77.6822 后轴3.0 1.0 250100.00 1.0000 750.0000 总和2243.21 N=i=1KC1C2ni(PiP)8=2243.21 （次/日）设计年限内标准轴载累计当量轴次 NeA=【1+t-1】365N1=【1+10%15-1】36510%2243.210.45 =1.171107（轴次）查路基路面工程表14-4，判别其属于中等交通。2. 确定土基回弹模量（1）确定路基干湿类型根据路基路面工程书中表1-8及图1-6的说明，确定路基干湿类型路基干湿类型 表1-8路基干湿类型路基平均稠度c与分界相对稠度的关系一般特性干燥cc1路基干燥稳定，路面强度和稳定性不受地下水和地表水的影响。路基高度HH1中湿c1cc2路基上部土层处于地下水或地表水影响的过渡带区内，路基高度H2c3路基上部土层处于地下水或地表水毛细影响区内，路基高度H3 HH2过湿cc3路基不稳定、冰冻区春融翻浆，非冰冻区雨季软弹，路基经处理后方可铺筑路面，路基高度HH1=2.1m确定路基处于干燥状态（2）确定土基回弹模量查路基路面工程表1-7得cc1=1.08查路基路面工程表11-16，得E0=43MPa，当采用重型击实标准时，土基回弹模量需提高20%35%。E0=E0(1+30%)=55.9MPa土基回弹模量取整E0=55MPa。3. 初拟路面结构组合确定设计参数方案一路面结构及计算参数见。层次材料名称厚度（cm）20抗压回弹模量（MPa）15抗压回弹模量（MPa）劈裂强度（MPa）1细粒式沥青混凝土A-134140020001.42中粒式沥青混凝土A-206120018001.03粗粒式沥青混凝土A-256100012000.84水泥稳定碎石基层30150015000.65级配砂砾垫层？2502506土基方案二路面结构及计算参数表4-3-5。层次材料名称厚度（cm）20抗压回弹模量（MPa）15抗压回弹模量（MPa）劈裂强度（MPa）1细粒式沥青混凝土A-134140020001.42中粒式沥青混凝土A-208120018001.03密级配沥青碎石10120014000.64水泥稳定砂砾？130013000.55级配砂砾垫层152502506土基1）按容许弯沉计算路面厚度路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是根据设计年限内每个车道累计标准当量轴次、公路等级、面层和基层的类型等确定的。路面设计弯沉值可按下式计算： （4-3-6）式中： 路面设计弯沉值(0.01mm);设计年限内一个车道上的累计当量轴次；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1.2；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，=1.0若面层与半刚性基层间设置等于或小于15cm级配碎石层、沥青贯入碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时，可取1.0；柔性基层底基层=1.6，当柔性基层厚度大于15cm、底基层为半刚性下卧层时，可取1.6。根据上式计算得：ld=600(1.204107)0.221.01.01.0=23.01（0.01mm）2）结构层材料的容许弯拉应力高速公路的沥青混凝土面层或半刚性材料基层、底基层，在进行层底拉应力验算时，结构层底面计算点的拉应力应小于或等于该层材料的容许弯拉应力，即： （4-3-7）容许弯拉应力按下式列公式计算： （4-3-8）式中： 路面结构层材料的容许弯拉应力(MPa)；沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度(MPa)。对沥青混凝土指15时的劈裂强度；对水泥稳定类材料为龄期90d的劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类的材料为龄期180d的劈裂强度(MPa)； 抗压强度结构系数。对沥青混凝土面层： (4-3-9)式中： 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。对无机结合稳定集料类： （4-3-10）对无机结合类稳定细粒土类： （4-3-11）（1）沥青混凝土上面层AC-131.4Mpa=0.091.0(12040000)0.22/1.0=3.251=1.4/3.251=0.43MPa（2）沥青混凝土中面层AC-201.0Mpa=0.091.0(12040000)0.22/1.0=3.251=1.0/3.251=0.31MPa（3）沥青混凝土下面层AC-250.8Mpa=0.091.0(12040000)0.22/1.0=3.251=0.8/3.251=0.25MPa（4）密级配沥青碎石0.6Mpa=0.091.0(12040000)0.22/1.0=3.251=0.6/3.251=0.18MPa（5）水泥稳定碎石基层0.6Mpa=0.45(11710000)0.11/1.0=2.097=0.6/2.097=0.29MPa（6）水泥稳定砂砾0.5Mpa=0.45(11710000)0.11/1.0=2.097=0.5/2.097=0.24MPa利用软件算得：方案一： 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 23.01 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 80 (mm) 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 23.01 (0.01mm) H( 5 )= 130 mm LS= 23.4 (0.01mm) H( 5 )= 180 mm LS= 22.4 (0.01mm) H( 5 )= 149 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 149 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 149 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 149 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 149 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 149 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 149 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 60 mm - 水泥稳定碎石 300 mm - 级配砾石 150 mm - 新建路基方案二： 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 23.01 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 150 (mm) 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 23.01 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 23.1 (0.01mm) H( 4 )= 300 mm LS= 20.7 (0.01mm) H( 4 )= 251 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 4 )= 251 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 251 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 251 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 251 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 251 mm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 251 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 验算结果