题目三：沥青路面设计.docx

题目三: 沥青路面设计 初始条件：题：广东IV区高速公路沥青路面设计广东IV区某新建双向6车道高速公路，拟采用沥青路面，路基土为中液限粘土，地下水位为0.8m，路基填土高度0.5m，预计通车初年的交通量如下：车型黄河JN163江淮AL6600东风EQ140东风SP9250北京BJ130交通量(辆/d)7801300400210300交通量年平均增长率10，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。（1） 轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。1） 以设计弯沉值为指标及验算沥青面层层底拉应力中的累计当量轴次。轴载换算。轴载换算采用如下的计算公式： 式中：N标准轴载的当量轴次，（次/日）； 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），轴载小于25kN的轴载作用不计；C1轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。 C2轴数系数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m时，双轴或多轴时按下式计算 式中：m轴数。计算结果如下表所示车型PiKNC1C2niC1C2niPiP4.35黄河JN163前轴58.616.4780488.2后轴114.0117801379.2江淮AL6600前轴17.016.413003.7后轴26.51113004.0东风EQ140前轴23.716.44004.9后轴69.21140080.6东风SP9250前轴50.716.421070.0后轴113.311210357.4北京BJ130前轴13.5516.43000.3后轴27.2113001.0累计2389.3累计当量轴次根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数是0.30.4，取0.35.Ne=365N11+t-1=3652389.31+0.115-10.10.35=96980122） 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次。轴载换算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为式中：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。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，当轴间距小于3m时，双轴或多轴时按下式计算 式中：m轴数。计算结果如下表所示车型PiKNC1C2niC1C2niPiP8黄河JN163前轴58.611.8578020.1后轴114.0117802225.0东风EQ140后轴69.21140021.0东风SP9250前轴50.711.852101.7后轴113.311210570.2累计2838.0累计当量轴次。Ne=365N11+t-1=36528381+0.115-10.10.35=11519256(2)结构组合与材料选取计算得设计年限内一个行车道上的累计标准轴载次数约为1000万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应，路面结构面层采用沥青混凝土（15cm），基层采用水泥稳定碎石（取25cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。规范规定高速公路、一级公路的面层由二层或者三层组成。查规范中的沥青路面高级路面中的“沥青混合料类型的选择（方孔筛）”，采用三层式沥青面层，表面层采用抗滑表层，（厚度4cm），中间采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度6cm）。（3）各层材料的抗压模量与劈裂强度查表得各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa,中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，水泥碎石为1500MPa，石灰土为550MPa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土为0.225MPa。（4）土基回弹模量的确定该路段位于广州VI7区，为高液限粘质土，处于干燥状态，拟定稠度为1.03，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”查得土基回弹模量约为40MPa。（5）设计指标的确定对于高速公路，规范要求以设计弯沉值座位设计指标，并进行结构层底拉应力验算。1） 设计弯沉值。设计弯沉值按公式ld=600Ne-0.2AcAsAb计算。该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为ld=600Ne-0.2AcAsAb=6009698012-0.21.01.01.0=24.032)各层材料的容许层底拉应力为R=spKs细粒式密级配沥青混凝土： Ks=0.09AaNe0.22Ac=0.091.0115192560.221.0=3.22 R=spKs=1.43.22=0.4348MPa中粒式密级配沥青混凝土： Ks=0.09AaNe0.22Ac=0.091.0115192560.221.0=3.22 R=spKs=1.03.22=0.3106MPa粗粒式密级配沥青混凝土：Ks=0.09AaNe0.22Ac=0.091.1115192560.221.0=3.54R=spKs=0.83.54=0.2260MPa水泥碎石：Ks=0.35Ne0.11Ac=0.35115192560.111.0=2.09R=spKs=0.52.09=0.2392MPa石灰土：Ks=0.45Ne0.11Ac=0.45115192560.111.0=2.69R=spKs=0.2252.69=0.0836MPa（6）设计资料总结设计弯沉值为24.03（0.01mm），相关设计资料汇总如下表材料名称hcm15模量20模量劈裂强度MPa容许拉应力MPa细粒式沥青混凝土4180014001.40.4348中粒式沥青混凝土5160012001.00.3106粗粒式沥青混凝土6120010000.80.2260水泥碎石2515000.50.2392石灰土？5500.2250.0836土基40(7)确定石灰图层的厚度通过计算机设计计算得到，石灰土的厚度为24.2，计算机集散结果如下 新建路面结构厚度计算 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 : 24.03 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 15 (cm)层位结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土414001800.43482中粒式沥青混凝土512001600.31063粗粒式沥青混凝土610001200.2264水泥碎石土2515001500.23925石灰土？550550 .08366 土基40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 24.03 (0.01mm) H( 5 )= 20 cm LS= 25.8 (0.01mm) H( 5 )= 25 cm LS= 23.7 (0.01mm) H( 5 )= 24.2 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 5 )= 24.2 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 24.2 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 24.2 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 5 )= 24.