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沥青混凝土路面结构设计一交通分析我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。(1) 以设计弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标及验算沥青层层 底弯拉应力中的累计当量轴次 轴载换算 式中：标准轴载的当量轴次/（次/日）； 各种被换算车辆的各级轴载作用次数/（次/日）； 标准轴载/kN； 各种被换算车辆的各级轴载/kN； 轴数系数；当轴间距打于3m时，轴数系数为1；当轴间距小于3m 时，双轴或多轴的轴数系数为，其中为轴数。 轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38； 被换算车辆的类型数。计算结果下表所示车型(kN)（次/日） （次/日)解放CA10B后轴60.8511809.2黄河JN-150前轴49.00111808.1后轴101.6011180192.9跃进MJ-130后轴38.3111251.9东风EQ155前轴26.5112250.7后轴56.72.2122541.9日野KB211前轴47.5511702.8后轴100117070.0327.5注：轴载小于25kN的轴载作用不计 根据已知资料，沥青路面的设计年限为12年，交通量平均年增长率为6%,双车道无分隔车道系数是0.带的6-0.7，取0.65。因此，累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）(2) 以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标及验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 轴载换算 式中： 轴数系数;当轴间距打于3m时，轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数为，其中为轴数。 轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1，四轮组为0.09。计算结果下表所示：车型(kN)（次/日）（次/日）解放CA10B后轴60.8511801.5黄河JN-150前轴49111800.6黄河JN-150后轴101.611180204.4东风EQ155后轴56.7312257.2日野KB211前轴47.5511700.2日野KB211后轴100117070.0283.9注：轴载小于40kN的轴载作用可以不计因此，累计标准轴载作用次数（参数取值同上）二结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为120万次左右。根据规范,现选取两种结构方案进行比较:方案一:路面结构面层采用三层式沥青混凝土(取15cm)，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度3cm)，中面层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7cm)。基层采用水泥稳定碎石(取160cm)，底基层采用石灰土(厚度待定)；方案二:路面结构面层采用三层式沥青混凝土(取18cm)，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度3cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)，下面层采用密级配沥青碎石(厚度10cm)。基层采用水泥石灰沙砾土(取18cm),底基层采用石灰土(厚度待定)。 由于该路段位于广东IV6区为多雨区，路基填土为粘性土层，地下水位离地面1.4m,故选用第一种结构方案比较好。三.各层材料的抗压模量与劈裂强度查表得到各层材料20的抗压回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取20的模量，得到20的抗压回弹模量：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，水泥稳定碎石为1500MPa，石灰土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0.225MPa。如下表所示材料名称抗压模量EI/（MPa）（20）劈裂强度/（MPa）细粒式沥青混凝土14001.4中粒式沥青混凝土12001粗粒式沥青混凝土10000.8水泥稳定碎石15000.5石灰土5500.225四土基回弹模量的确定 该路段处于广东IV6区，为粘性土，稠度为1.1，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”得土基回弹模量为44MPa。五设计指标的确定对于二级公路，规范要求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）设计弯沉值。 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标准轴载通行次数； 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；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青贯入式路面（含上拌下贯式路面）、沥青表面处治为1.1； 路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。该公路为二级公路，公路等级系数取1.1，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。故设计弯沉值为： （2）各层材料的容许层低压应力： 式中：沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度（）； 路面结构层材料的容许拉应力（）； 抗拉强度结构系数。采用第一种结构方案：细粒式密级配沥青混凝土：中粒式密级配沥青混凝土粗粒式密级配沥青混凝土水泥碎石：石灰土：设计弯沉值为39.45(0.01mm)，相关设计资料汇总如下表所列。材料名称h(cm)20模量/MPa容许拉应力/MPa细粒式沥青混凝土314000.73中粒式沥青混凝土512000.52粗粒式沥青混凝土710000.42水泥稳定碎石1615000.4石灰土？5500.13土基40六.石灰土厚度的计算以及底层拉应力的验算 通过公路路面设计程序系统HPDS2006的计算，石灰土的厚度为15.5cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为37.7(0.01mm)，沥青面层的层底均受压应力水泥碎石层底的最大拉应力为0.202MPa，石灰土层底最大拉应力为0.126MPa。故上述设计结果满足设计要求。七.路面横断面设计图（见附图）八.路面结构层的施工质量控制标准沥青路面签层的材料要求、施工工艺应符合现行的路面设计规范和基层施工技术规范的规定。沥青面层施工前应对基层进行检查，当基层的质量检查符合要求后方可修筑沥青面层。沥青路面的基层应符合下列要求：（1）强度、刚度、干燥收缩和温度收缩变形、高程符合要求；（2）具有稳定性；（3）表面应平整、密实、荃层的拱度与面层的拱度应一致。新建的沥青路面的基层可按设计要求选用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或粒料的半刚性基层及泥(灰)结碎石、级配碎石、级配砂砾基层，也可采用沥青贯入式、沥青碎石或碾压式水泥混凝土基层。施工过程中工程质量检查的内容、频度、质量标准符合下表的要求。当检查结果达不到规定的要求时，应追加检测数量，查出原因，作出处理沥青面层施工质量控制标准沥青面层施工过程中工程质量的控制标准项目检查频度质量要求或允许偏差(单点检验)试验方法二级公路外观随时表面平整密实，不得有轮迹、裂缝、油包、离析、花白料现象目测接缝随时紧密平整、顺直、无跳车目测逐条缝检测评定5mmT0931施工温度摊铺温度逐车检测评定符合表规范的规定T0981碾压温度随时符合本规范规定插入式温度计实测厚度每一层次随时，厚度50mm以下厚度50mm以上设计值的8设计值的10施工时插入法量测松铺厚度及压实厚度每一层次每一层次1个台班区段的平均值厚度50mm以下厚度50mm以上-总厚度每2000m2一点单点评定设计值的-8T0912上面层每2000m2一点单点评定设计值的-10压实度每2000m2检查1组逐个试件评定并计算平均值实验室标准密度的97(98)最大理论密度的93(94)试验段密度的99(99)T0924、T0922平整度(最大间)上面层随时，接缝处单杆评定5mmT0931中下面层随时，接缝处单杆评定7mmT0931平整度(标准差)上面层连续测定2.5mmT0932中面层连续测定2.8mm下面层连续测定3mm基面层连续测定3.5mm宽度有侧石检测每个断面20mmT0911无侧石检测每个断面不小于设计宽度纵断面高程检测每个断面15mmT0911横坡度检测每个断面0.5T0911沥青层层面上的渗水系数每1km不少于5点，每点3处取平均值300mL/min(普通密级配沥青混合料)200ml/min(SMA混合料)T0971九.工程量计算路基的宽度为8m，路面宽度为8m。则每延米的面积为： 每延米公路细粒式密级配沥青混凝土的用量为： 每延米公路中粒式密级配沥青混凝土的用量为： 每延米公路粗粒式密级配沥青混凝土的用量为： 每延米公路水泥稳定碎石的用量为： 每延米公路石灰土的用量为： 水泥刚性路面结构设计1. 交通分析（1）轴载换算： 式中 ：100KN的单轴双轮组标准轴载的作用次数； 单轴单轮、单轴双轮组、双轴双轮组或三轴双轮组轴型i级轴载的总重（kN）； 各类轴型i级轴载的作用次数； 轴型和轴载级位数； 轴轮型系数（单轴双轮组时，单轴单轮时，按式 计算；双轴双轮组时，按式；三轴双轮组时，按式计算。）轴载换算结果下表所示。车 型 名 称轴位Pi(KN)百分比解放CA15前轴20.970.18414599.884.19E-06后轴70.380.1841411.49 黄河JN162前轴59.50.25575383.154.35 后轴115.000.2557515380.6 解放CA50前轴28.70.16368524.164.16E-04后轴68.20.1636810.82 黄河JN151前轴48.30.11253419.040.92 后轴100.30.112531265.42太脱拉138S前轴45.40.106244430.350.37 后轴180.000.1062443.41E-069.30 交通SH361前轴600.09207381.7222.29 后轴220.00.092073.27E-06203.84 5939 注：轴载小于20kN的轴载作用不计。（2）计算累计当量轴次查路线设计规范得一级公路的设计基准期为30年，其可靠度设计标准的安全等级为二级，临界荷位处的车辆轮迹轮迹横向分布系数是0.170.22取0.20，交通量平均增长率为，则： 查水泥混凝土路面设计规范水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，标准轴载累计作用次数大于次时，属于特重交通等级，故本设计属于特重交通等级。二.初拟路面结构查表可靠度设计标准可知，相对于安全等级为二级的道路对应的变异水平等级为低中级，为考虑到安全，取中级进行设计。根据一级公路特重交通等级和中级变异水平，查表水泥混凝土面层厚度的参考范围可得水泥混凝土面层厚度要求250mm。初拟路面结构方案如下：方案一：单层混凝土路面板。普通混凝土面层厚度为0.30m，基层选用水泥稳定粒料，厚度为0.24m，垫层选用水泥稳定石粉，厚度为0.22m。普通混凝土板平面尺寸为宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。 方案二：双层混凝土路面板。普通混凝土面层厚度为0.28m，碾压混凝土板基层厚度为0.15m，底基层选用水泥稳定粒料（水泥用量为5%），厚度为0.18m，垫层采用水泥稳定石粉，厚度为0.16m。普通混凝土板平面尺寸为宽3.75m，长4.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。碾压混凝土不设纵缝，横缝设假缝，间距（板长）4m。三. 设计计算方案一 （1）路面材料参数确定由于此交通为特重交通，查规范可得，普通水泥混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为查表稳定粒料基层和土基弯拉强度和抗压回弹模量可知，路基回弹模量为30。查规范可得，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300，水泥稳定石粉底基层回弹模量取600计算基层顶面当量回弹模量如下： 式中 基层和底基层或垫层的当量回弹模量/； 、基层和底基层或垫层的回弹模量/； 路床顶面的回弹模量/； 基层顶面的当量回弹模量/； 基层和底基层或垫层的当量厚度/m; 基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度/； 、基层和底基层或垫层的厚度/m； 、与有关的回归系数。普通混凝土面层的相对刚度半径计算为：（2）荷载疲劳应力标准轴载在临界荷载处产生的荷载应力计算为： 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数： 根据公路等级，查水泥混凝土路面设计规范考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数。荷载疲劳应力计算为： （3）温度疲劳应力 查水泥混凝土路面设计规范,公路自然区划4区最大温度梯度取88(/m）。板长4.5m , 。图1 温度应力系数由上图可查普通混凝土板厚，可得。故最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为： 温度疲劳应力系数，查规范可得，自然区划分为4区，式中，故为 计算温度疲劳应力为： 查规范可知，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平为中级，目标可靠度为90%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查水泥混凝土路面设计规范得可靠度系数。 因而，所选普通混凝土面层厚度（0.32m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。方案二 （1）路面材料参数确定由于此交通为特重交通，查规范可得，普通水泥混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为；碾压混凝土弯拉强度标准值为4.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为。查表稳定粒料基层和土基弯拉强度和抗压回弹模量可知，路基回弹模量为30。查规范可得，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300，水泥稳定石粉底基层回弹模量取600计算基层顶面当量回弹模量如下： （2）荷载疲劳应力 普通混凝土面层与碾压混凝土基层组成分离式复合式面层。此时，。复合式混凝土面层的截面总刚度计算如下： 复合式混凝土面层的相对刚度半径： 标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为 普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数；碾压混凝土基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数。水泥混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数；碾压混凝土基层，考虑设计基准期内的荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为碾压混凝土面层的荷载疲劳应力计算为 查水泥混凝土路面设计规范,公路自然区划4区最大温度梯度取88(/m）。板长4.0m , 。由图可查普通混凝土面层，。故最大温度梯度时普通混凝土上面层的温度翘曲应力计算为温度疲劳应力系数，查规范可得，自然区划分为4区，式中，故为 计算温度疲劳应力为： 分离式复合路面中碾压混凝土基层的温度翘曲应力可以忽略不计。查规范可知，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平为中级，目标可靠度为90%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查水泥混凝土路面设计规范得可靠度系数。普通混凝土面层 碾压混凝土基层 因而，所选厚度0.28m普通混凝土上面层和厚度0.15m的碾压混凝土基层组成的分离式复合式路面，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。四水泥混凝土配合比设计（1）设计资料一级公路路面工程用混凝土，要求混凝土设计弯拉强度标准值为5.0MPa，施工单位混凝土弯拉强度样本的标准差s为0.4MPa（n=9）。混凝土由机械搅拌并振捣，采用滑模摊铺机摊铺，施工要求坍落度2050mm。（2）组成材料425#水泥，实测28d抗折强度为6.5MPa,水泥密度；中砂：表观密度，细度模数2.65；碎石：最大粒径30mm，表观密度；水：自来水。（3）普通混凝土配合比设计1.计算配制弯拉强度（）当一级公路路面混凝土样本数为9时，保证率系数t为0.46.一级公路路面混凝土变异水平等级为“中”，混凝土弯拉强度变异系数，取中值0.125.混凝土配制弯拉强度为：2.确定水灰比（W/C）按弯拉强度计算水灰比。水泥实测抗折强度，计算得到的混凝土配制弯拉强度，粗集料为碎石，计算混凝土的水灰比（W/C）：耐久性校核。混凝土为一级公路路面所用，无抗冰冻性要求，查规范得最大水灰比0.44，故按照强度计算的水灰比符合耐久性的要求，取水灰比W/C=0.34，灰水比C/W=2.94。3.确定砂率（）由砂的细度模数2.65，碎石混凝土，查规范可得，取混凝土砂率4.确定单位用水量（）由坍落度要求2050mm，取40mm，水灰比W/C=0.34，砂率34%计算单位用水量：查规范可得最大单位用水量为160kg/，故取单位用水量为160kg/。5.确定单位水泥用量（）由单位用水量160kg/、灰水比C/W=2.94，计算单位水泥用量：查规范满足耐久性要求的最小水泥用量为300kg/，由此取计算所得水泥用量。6.计算粗集料用量（）、细集料用量（）由下列方程联立计算求解得：砂用量，碎石用量。由此确定路面混凝土的“初步配合比”为：由于缺少资料，无法确定设计配合比，直接得出施工配合比： （4）碾压混凝土配合比设计：混凝土设计弯拉强度标准值为4.0MPa，施工单位混凝土弯拉强度样本的标准差s为0.4MPa（n=9）。施工要求坍落度0mm。1.计算配制弯拉强度（）当一级公路路面混凝土样本数为9时，保证率系数t为0.46.一级公路路面混凝土变异水平等级为“中”，混凝土弯拉强度变异系数，取中值0.125.混凝土配制弯拉强度为：2.确定水灰比（W/C）按弯拉强度计算水灰比。水泥实测抗折强度，计算得到的混凝土配制弯拉强度，粗集料为碎石，计算混凝土的水灰比（W/C）：耐久性校核。混凝土为一级公路路面所用，无抗冰冻性要求，查规范得最大水灰比0.44，故按照强度计算的水灰比符合耐久性的要求，取水灰比W/C=0.44，灰水比C/W=2.27。3.确定砂率（）由砂的细度模数2.65，碎石混凝土，查规范可得，取混凝土砂率4.确定单位用水量（）由坍落度要求2050mm，取40mm，水灰比W/C=0.444，砂率34%计算单位用水量：查规范可得最大单位用水量为，故取单位用水量为。5.确定单位水泥用量（）由单位用水量、灰水比C/W=2.27，计算单位水泥用量：查规范满足耐久性要求的最小水泥用量为，由此取计算所得水泥用量。6.计算粗集料用量（）、细集料用量（）由下列方程联立计算求解得：砂用量，碎石用量。由此确定路面混凝土的“初步配合比”为：由于缺少资料，无法确定设计配合比，直接得出施工配合比： 五.路面结构工程量计算每延米的工程体积数量：路面工程体积数量表方案一方案二普通混凝土板（)5.0普通混凝土板（)3.8水泥稳定碎石（)3.46碾压混凝土板（)2.12水泥稳定石粉（)3,22水泥稳定碎石（)2.425水泥稳定石粉（)2.125方案一：普通混凝土层水泥砂石水用量（t)2.24 2.92 6.03 0.54 单价（元）350.00 30.00 80.00 0.60 价格（元）784.0087.60 482.400.324 总价（元）1354.324 水泥稳定碎石水泥砂石水用量（t)0.820.90 1.05 0.70 单价（元）350.00 30.00 80.00 0.60 价格（元）287.00 27.00 84.00 0.42 总价（元）398.42水泥稳定石粉水泥石粉砂石水用量（t)0.22 2.97 1.38 1.42 0.96 单价（元）350.00 100.00 30.00