某二级公路路面设计实例

路面设计 路面结构设计的目的是提供在特定的使用期限内同所处环境相适应并能承 受与其交通荷载适用的路面结构 同时设计路面结构 便于改变道路行驶条件 提高服务水平 满足汽车运输的要求 因此路面应起码具备三个方面的使用要 求 平整 抗滑 承载能力 路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论 以设计 弯沉值为路面整体刚度的设计指标 计算路面结构厚度 并对沥青混凝土面层 和半刚性材料的基层 底基层进行层底拉应力的验算 1 路面等级与类型 规范规定 二级公路一般采用沥青混凝土路面 根据设计年限内累计当量 标准轴载作用次数多少选用高级路面和次高级路面 高级路面一般适用于设计 年限内累计标准轴次大于 400 万次的二级公路 设计年限为 15 年 次高级路面 适用于设计年限内累计标准轴次大于 200 万次的二级公路 设计年限为 12 年 本设计地区地质良好 无不良地况根据公路等级和交通量 确定路面等级 为次高级 设计年限为 12 年 2 设计流程 1 根据设计要求 按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计 标准当量轴次 确定设计交通量与交通等级 拟定面层 基层类型 并计算设 计弯沉值或容许弯拉应力 2 按路基土类与干湿类型及路基横断面形式 将路基划分为若干路段 确 定各个路段土基回弹模量设计值 3 参与本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合和厚度方案 根据工程 选用的材料进行配合比试验 测定个结构层材料的抗压回弹模量 劈裂强度等 确定各结构层的设计参数 4 根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度 5 对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求 本次设计不考虑冻 害 3 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层层底拉应力中的累计当量轴次 1 轴载换算 轴载换算的计算公式 N 7 1 4 35 12 1 k i i i P C C n P 计算结果列于下表 表 7 1 轴仔换算结果表 弯沉 车型 kN i P 1 C 2 C 次 日 i n 次 日 12 C C 4 35 i i P n P 前轴 23 701 6 4 东风 EQ140 后轴 69 2011553111 48 前轴 19 401 6 4 解放 CA10B 后轴 60 85113041 5350 45 前轴 49 001 6 4 黄河 JN150 后轴 101 6011395423 24 N 4 35 12 1 k i i i P C C n P 885 38 注 轴载小于 25kN 的轴载作用不计 2 累计当量轴次 根据设计规范 二级公路沥青路面的设计年限取 12 年 双车道的车道系 数取 0 6 年平均增长率 5 4 累计当量轴次 1 12 11365 15 4 1365 885 380 63158727 5 4 t e NN 次 2 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 1 轴载换算 结果列于下表 表 7 2 轴仔换算结果表 半刚性基层层底拉应力 车型 kN i P 1 C 2 C 次 日 i n 次 日 12 C C 8 i i P n P 东风 EQ140后轴 69 2011553 解放 CA10B后轴 60 85113041 557 17 黄河 JN150后轴 101 6011395448 48 N 8 12 1 k i i i P C C n P 505 65 注 轴载小于 50kN 的轴载作用不计 2 累计当量轴次 1 12 11365 15 4 1365 505 650 61807550 5 4 t e NN 次 4 结构组合与材料选取 1 结构组合与材料 根据规范推荐结构 并考虑到公路沿途筑路材料较丰富 路面结构采用沥 青混凝土 15cm 基层采用二灰碎石 20cm 基底层采用石灰土 厚度待定 二级公路面层采用三层式沥青面层 表面层采用细粒式密级配沥青混凝土 厚度 3cm 中间层采用中粒式密级配沥青混凝土 厚度 5cm 下层采用粗 粒式密级配沥青混凝土 厚度 7cm 2 各层材料的抗压模量与劈裂强度 抗压模量取 20 的模量 各值均取规范给定范围的中值 具体参数如下 表 7 3 抗压模量与劈裂强度表 抗压模量 MPa 200C 劈裂强度 MPa 细粒式密级配沥青混凝土 14001 4 中粒式密级配沥青混凝土 12001 0 粗粒式密级配沥青混凝土 10000 8 二灰碎石 15000 5 石灰土 5500 225 3 土基回弹模量的确定 拟定该路段处处于 VI 区 土基回弹模量为 30MPa 5 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 路面设计弯沉值计算 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 等于或大于 20cm 基层类型系数取 1 0 设计弯沉值为 0 20 2 decbs 60060031587271 1 1 0 1 0 33 09 mmLNA A A 2 各层材料容许层底拉应力 sps R K 1 细粒式密级配沥青混凝土 2 20 0 22 saec 0 09 KA NA 0 22 0 09 1 03158727 1 1 1 4 2 20 0 636MPa sps R K 2 中粒式密级配沥青混凝土 2 20 0 22 saec 0 09 KA NA 0 22 0 09 1 03158727 1 1 1 0 2 20 0 455MPa sps R K 3 粗粒式密级配沥青混凝土 2 42 0 22 saec 0 09 KA NA 0 22 0 09 1 1 3158727 1 1 0 8 2 42 0 331 MPa sps R K 4 二灰碎石 1 65 0 11 sec 0 35 KNA 0 11 0 35 3158727 1 1 0 5 1 65 0 303 MPa sps R K 5 石灰土 2 12 0 11 sec 0 45 KNA 0 11 0 45 3158727 1 1 0 225 2 12 0 106 MPa sps R K 设计弯沉值为 33 09 0 01mm 相关资料汇总如下表 表 7 4 设计资料汇总表 抗压模量 E1 MPa 材料名称 H cm 20 15 容许拉应力 MPa 细粒式密级配 沥青混凝土 3140020000 636 中粒式密级配 沥青混凝土 5120018000 455 粗粒式密级配 沥青混凝土 7 1000 14000 331 二灰碎石 2015000 303 石灰土 5500 106 土基 30 6 确定石灰土层厚度 利用弯沉等效换算法把路面换算为三层连续体系 图 7 1 多层体系转换图示 轮载 P 0 7MPa 双圆荷载半径 10 65cm 计算弯沉综合系数 0 514 0 380 36 0 1 63 2000 s LE F p 0 380 36 33 0930 1 63 2000 10 650 7 0 2 30 0 03 1000 E E 3 0 282 10 65 h 2 1 1000 0 714 1400 E E 查三层体系表面弯沉系数诺谟图得 0 1 2 0 282 0 03 1 448 Eh kff E 2 1 0 282 0 714 7 68 Eh aff E 由 1 2 1000 dc p La F E 得 1 2c aak k 2 0 511k 查三层体系表面弯沉系数诺谟图得 5 22 H 55 59H 由 55 59 1 54 2 42 4 2345 2 22 n K K EE Hhhhhh EE 得 cm 取cm 5 32 65h 5 35h 7 层底拉应力验算 采取 15 C 时的抗压模量 细粒式密级配沥青混凝土为 2000MPa 中粒式 密级配沥青混凝土为 1800MPa 粗粒式密级配沥青混凝土为 1400MPa 1 对于细粒式沥青混凝土层 1 4345 0 90 90 90 9 2345 1 1222 n k Ki i EEEE Hhhhhh EEEE 36 0 H 36 00 3 381 10 65 h 3 0 282 10 65 0 2 30 0 017 1800 E E 2 1 1800 0 9 2000 E E 查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图 上层中层层间连续 0 2 1 Eh f E 0 282 0 9 f 0 12 P m m R 查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图 上层中层层间连续 1 n 2 1 0 9 3 381 1 234 EH ff E 2 n 2 1 3 381 0 282 0 9 0 31 H h E ff E 0 2 3 381 0 017 0 341 H E ff E 0 7 0 341 1 234 0 31 0 091 0 636 12 P n n 2 对于中粒式沥青混凝土层 4 1 1 i k k k E hh Ei 1 4 4 12 2 1800 358 19 1400 E hh E 1 345 0 90 9 0 90 90 90 9 345 1 1333 1500550 72035 40 99 14001400 n k k Ki i EEEE Hhhhh EEEE 3 85 H 0 769 h E1 2000MPah h1 3cm H E2 1800MPa E0 30MPa E1 1800MPah H E2 1400MPa E0 30MPa 0 2 30 0 02 1400 E E 2 1 1400 0 778 1800 E E 查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图 上层中层层间连续 0 2 1 Eh f E 0 769 0 778 f 0 12 P m m R 查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图 上层中层层间连续 1 n 2 1 0 778 3 85 1 166 EH ff E 2 2 1 3 85 0 769 0 778 0 25 H h E nff E 0 26 0 2 3 85 0 02 H E ff E 12 0 0530 455P n n 3 对于粗粒式沥青混凝土层 12 44 444 123 1 33 20001800 36716 67 14001400 i k k K i EEE hhhhh EEE 1 5 0 9 0 90 9 45 1 14 550 2035 31 48 1500 n k k Ki i EE Hhhh EE 2 96 H 1 57 h 0 2 30 0 02 1500 E E 2 1 1500 1 07 1400 E E E1 1400MPah H E2 1500MPa E0 30MPa 查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图 上层中层层间连续 2 1 1 57 1 07 0 h E ff E 0 12 P m m R 查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图 上层中层层间连续 1 23 2 1 1 1 07 2 96 1 23 EH nff E 2 n 2 2 1 2 96 1 57 1 07 0 46 H h E nff E 0 2 2 96 0 02 0 46 H E ff E 0 182 0 331 12 P n n 4 对二灰碎石 123 4444 1234 1 444 444 200018001400 3672036 38 150015001500 i k k K i EEEE hhhhhh EEEE 1 0 9 1 1 35 n k k k i i E Hh E 3 29 H 3 42 h 0 2 30 0 05 550 E E 2 1 1500 2 73 550 E E 查三层连续体系上层底面