沥青路面设计示例.doc

4.1 沥青路面设计沥青路面结构设计采用两种结构，一种为半刚性基层的沥青路面结构，另一种为柔性基层的沥青混凝土路面结构。两种路面结构的面层采用SMA表面层。4.1.1半刚性基层的沥青路面结构计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为5.5%，该地段处于5区，为粘质土，稠度取1.05。 表 4-1 第一年的交通预测组成表序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数交通量（次/日）1解放CA5028.768.21双轮组13502北京BJ13013.5527.21双轮组24003东风EQ14023.769.21双轮组11004黄河JN15049101.61双轮组5005日野KB22250.2104.31双轮组1400一. 轴载分析1）.路面设计以双轮组-单轴载为100KN为标准轴载，以BZZ100表示。标准轴载的计算参数按表（3.0.3）确定。表4-2 标准轴载计算参数标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100标准轴载P(KN)100单轮传压面当量圆直径d(cm)21.3轮胎接地压强p(Mpa)0.70两轮中心距（cm）1.5d1. 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）的作用次数，均按公式（3.0.3-1）换算成标准轴载P的当量作用次数。式中：N-标准轴载的当量轴次，次/日；-被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；p-标准轴载，KN;-被换算车辆的各级轴载，KN;k-被换算车辆的类型数；-轴载系数；-轮组系数； 计算结果如下表表4-3当量轴次计算车 型（KN）解放CA50前轴28.716.4135037.87后轴68.2111350255.44北京BJ130后轴27.21124008.3东风EQ140后轴69.2111100223.1黄河JN150前轴4916.4500144后轴101.611500535.7日野KB222前轴50.216.41400447.36后轴104.31114001681.43347注：轴载小于25KN的轴载作用不计。 累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范 JTJ 01497.查表3.0.2得一级公路沥青混凝土路面设计年限取15年。查表3.0.4-1得四车道系数是0.4-0.5，取0.4。累计当量轴次：设计时按公式（3.0.4-1） 式中： -设计年限内的累计当量轴次，次；-设计年限内交通量的年平均增长率；-设计的初期年平均交通量；-轮迹横向分布系数。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）的作用次数，均按公式（3.0.3-3）换算成标准轴载P的当量作用次数。 计算结果如下表表4-4当量轴次计算车 型（KN）解放CA50后轴68.211135063.18东风EQ140后轴69.211110057.842黄河JN150后轴101.611500567.7日野KB222前轴50.216.4140036.14后轴104.31114001960.72786注：轴载小于50KN的轴载作用不计 累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范 JTJ 01497.查表3.0.2得一级公路沥青混凝土路面设计年限取15年。查表3.0.4-1得四车道系数是0.4-0.5，取0.4。累计当量轴次：设计时按公式（3.0.4-1） 二. 路面结构计算1. 路面结构方案拟定及材料选择由上述计算得到设计年限内一个车道上的累计标准轴载约1000万次左右。根据规范拟定二个路面结构方案并进行比选。方案一，路面结构采用沥青混凝土15cm（其中，SMA-16沥青玛蹄脂表面层4cm,AC-20中粒式混凝土中面层5cm，AC-25粗粒式沥青混凝土底面层6cm）基层采用5%的水泥稳定碎石，厚度待定，垫层采用石灰稳定土15cm.方案二.路面结构采用沥青混凝土10cm（其中，SMA-16沥青玛蹄脂表面层4cm,AC-20中粒式混凝土中面层6cm）沥青稳定碎石基层16cm，底基层采用5%的水泥稳定碎石，厚度待定。方案一 方案二.2. 各层材料的抗压模量与劈裂强度确定查附录表D1、表D2得各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取的模量，各值均取规范中所给定范围的中值，因而得到的抗压模量，见下表。表4-5材料参数抗压模量劈裂强度SMA-1614001.4AC-2012001.0Ac-2510001.1水泥稳定碎石15000.5石灰土3500.2253. 土基回弹模量的确定该地段处于5区为粘土，稠度为1.05 查表E2的二级自然区划各土基回弹模量参考值Mpa取为40Mpa.4. 设计指标的确定 对于一级公路规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力验算。该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，沥青混凝土面层，面层类型系数取1.0，对半刚性基层、底基层的总厚度等于或大于20cm时取1.0。路面设计弯沉值采用公式（7.0.2）计算确定 式中：-路面设计弯沉值，0.01mm； 各层材料容许底层拉应力，按公式（7.0.3-1）计算对沥青混凝土面层：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；对无机结合料稳定集料类：式中：-抗拉强度结构系数；对无机结合料细粒式类：SMA-16 沥青玛蹄脂：式中：-路面结构材料的容许拉应力，Mpa；AC-20 密级配中粒式沥青混凝土：AC-25 密级配粗粒式沥青混凝土：水泥稳定碎石：石灰土： 计算资料汇总设计弯沉值为23.5（0.01mm）。相关设计资料汇总如下表表4-6设计资料汇总材料名称H/(cm)模量（Mpa）容许拉应力（Mpa）SMA-16414000.44AC-20512000.31AC-25610000.23水泥稳定碎石？15000.25石灰土153500.09土基-40-5. 路面结构厚度计算 路面结构计算体系及公式表4-7路面结构计算路面结构层（n=6）换算三层体系换算公式表面层 中面层 底面层 基层 垫层 土基 综合修正系数FF按公式（7.0.5-3）计算令，式中：-路面实测弯沉值，0.01mm；-土基回弹模量；-标准车辆轮胎接地压强（Mpa）和当量圆半径： 理论弯沉系数式中： 求H由， 查得三层体系表面弯沉系数诺模图，得： 又由， 查得三层体系表面弯沉系数诺模图，得：则；查三层体系表面弯沉系数诺模图，则 确定水泥稳定碎石厚度 取6. 层底拉应力验算：将六层体系路面结构换算成三层体系，按弯拉应力等效原理进行换算，见表4-8。 中粒式沥青玛蹄脂碎石 SMA-16: 由， 查得三层体系上层层底面拉应力系数诺模图，得：为负值，结构层受压。同理，AC-20,AC-25 沥青混凝土均受压。水泥稳定碎石：表4-8层底拉应力验算路面结构层（n=6）验算层换算三层体系换算公式表面层 中面层 底面层 基层 垫层 土基 上层底面（第i 层in-1) 中层底面（I=n-1） 由， ， 查得三层体系上层层底面拉应力系数诺模图，得：石灰土：h=49.0819cm cm由， ， 查得三层体系上层层底面拉应力系数诺模图，得：故：上述计算满足设计要求。计算机软件计算结果附后。*新建路面设计成果文件汇总*轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号 车型名称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 交通量（次/日） 1 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 500 2 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 1400 3 解放CA50 28.7 68.2 1 双轮组 1350 4 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 1100 5 北京BJ130 13.55 27.2 1 双轮组 2400 设计年限 15 车道系数 0.4 交通量平均年增长率 5.5 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3347 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.095026E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 2786 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 9114858 公路等级 一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 23.5 (0.01mm)层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 中粒式沥青玛蹄脂碎石 1.4 0.44 2 中粒式沥青混凝土 1 0.31 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.23 4 水泥稳定碎石 0.5 0 .25 5 石灰土 0.225 0.09 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 23.5 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 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) (20) (15) 1 中粒式沥青玛蹄脂混合料 4 1400 2000 0.44 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 0 .31 3 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1200 0.23 4 水泥稳定碎石 ? 1500 1500 0.25 5 石灰土 15 350 350 0.09 6 土基 40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 23.5 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 26.1 (0.01mm) H( 4 )= 35 cm LS= 23.1 (0.01mm) H( 4 )= 34.3 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 34.3 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 34.3 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 34.3 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 35 cm - 石灰土 15 cm - 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位 结构层材料 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20) (15) 1 中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 1000 1200 计算应力 4 水泥稳定碎石 35 1500 1500 计算应力 5 石灰土 15 350 350 计算应力 6 土基 40 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.4 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.9 (0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 209.8 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯