路面设计方案

一、 沥青路面设计 方案1 路段所在地区基本资料公路等级：一级公路；ii2区；设计车速：80km/h ；设计标准轴载：bzz-100 ；中液限粘性土， 填方路基高1.6m ，地下水位距路床2.2m ，属中湿状态； 年降雨量850mm ； 最高气温38 ，最低气温-25 ；多年最大冻深120cm ；2 土基回弹模量的确定设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘质土，查表可得土基回弹模量值为40mpa3 交通量资料（1） ） excel 计算：(2)hpds2006软件计算：一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量nh= 1975 , 属特重交通等级当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:路面营运第一年双向日平均当量轴次:2201设计年限内一个车道上的累计当量轴次:1.009389e+07属重交通等级当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:路面营运第一年双向日平均当量轴次:1634设计年限内一个车道上的累计当量轴次: 7.49e+06属中等交通等级路面设计交通等级为特重交通等级4 初拟路面结构拟定采用两种路面结构。按计算法确定方案一、方案二的路面厚度。根据结构层的最小施工厚度、 材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：方案一 :4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+12cm粗粒式沥青混凝土+300cm 水泥稳定碎石基层+ ？水泥石灰砂砾土层，以水泥石灰砂砾土为设计层。方案二 :4cm 细粒式沥青混凝土+ 8cm 中粒式沥青混凝土+ 15cm 密级配沥青碎石+25cm 水泥稳定砂砾 +20cm 级配砂砾。路面材料配合比设计与设计参数的确定1 试验材料的确定半刚性基层所用集料与结合料取自沿线料场，沥青选用重交通90 #石油沥青，上面层采用 sbs 改性沥青，技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范（ jtjf40-2004 ）相关规定。2 路面材料抗压回弹模量的确定（ 1 ）半刚性材料的抗压回弹模量按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程（ jtj 057-94 ）中规定的项目顶面法测定半刚性材料的抗压回弹模量。（2） ）按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（jtj052-2000 ）中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定20 、15 的抗压回弹模量，各种材料的试验结果与设计参数见下表：抗压模量（ mpa ）材料名称方差ep-2 ep +2 epe p 代沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值20 抗压模量（ mpa ）15 抗压回弹模量（mpa ）半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值水泥稳定碎石318878216244752水泥石灰砂砾土159125010912091水泥稳定砂砾261723421483086级配碎石400级配沙砾250材料名称方差ep -2方差ep-2 ep+2 epepaepep 代细粒式沥青混凝土19912011589268034419923368中粒式沥青混凝土14251051215217518718012549粗粒式沥青混凝土9785586813206012001440密级配沥青碎石124811610161715156140320273 路面材料劈裂强度测定根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定规定温度和龄期的材料劈裂强度。按照水泥稳定碎石水泥稳定砂砾水泥石灰砂砾土二灰稳定砂砾0.60.50.40.6路面材料劈裂强度路面厚度设计（hpds 软件计算）（1 ）方案一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:23.8 (0.01mm)路面设计层层位:5设计层最小厚度: 150 (mm)层位1细粒式沥40199120126803440.42青混凝土公路工程沥青及沥青混合料试验规程与公路工程无机结合料稳定材料试验规程中规定的方法进行测定，结果见下表：细粒式中粒式粗粒式密级配材料名称沥青混凝土沥青混凝土沥青混凝土沥青碎石劈裂强度1.21.00.80.6（mpa ）结构层材厚度20 平均抗压模标准差15平均抗压模标准差容许应力料名称（mm）量（ mpa ）（mpa ）量（ mpa）（ mpa ）（mpa ）2中粒式沥青混凝土80142510521751870.323粗粒式沥120978551320600.26青混凝土4水泥稳定300318878231887820.25碎石5水泥石灰砂砾土？159125015912500.146新建路基40按设计弯沉值计算设计层厚度: ld= 23.8 (0.01mm)h( 5 )= 150 mmls= 1.4 (0.01mm)由于设计层厚度h( 5 )=hmin时 ls7m0.34 o 39行车道宽 7mo 54 0.62由上表 1 ，一级公路的设计基准期为30 年，安全等级为二级。由上表2 ，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取o.20 。计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为nns (1eg )t6rgr13651316.18(10.07)3010.073650.29.0810次属重交通等级。2. 初拟路面结构表 3 水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（ mm ）260250240270 240260 230250 220交通等级中等轻 公路等级二级三、四级三、四级三、四级变异水平等级高中高中高中面层厚度（ mm ）240 210230 200220 200230220由表 1 ，安全等级二级的变异水平等级为中级。根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级， 查表 3 ，初拟普通混凝土面层厚度为 o.25m 。基层选用水泥稳定粒料 (水泥用量 5 )， 厚 0.20m 。垫层为 o.18m 低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽 4.5m ， 长 5.0m 。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3. 路面材料参数确定公路自然区划查表 4，路基回弹模量取40mpa 。查表 5，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取700mpa ，水泥稳定粒料基层回弹模量取1500mpa 。表 5 垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围表 4 中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(mpa)土组土质砂26 4240 5039 5035 6050 60粘质土25 4530 4025 4530 4530 45粉质土22 4632 5430 5027 4330 45材料类型回弹模量 (胁)材料类型回弹模量 (m)中、粗砂80 100石灰粉煤灰稳定粒料1300 1700天然砂砾150 200水泥稳定粒料1300 1700未筛分碎石级配碎砾石 (垫层 )级配碎砾石 (基层 )180 220200 250250 350沥青碎石 (粗粒式， 20 )沥青混凝土 (粗粒式， 20 )沥青混凝土 (中粒式， 20 )多孔隙水泥碎石( 水泥剂600 800800 12001000 1400石灰土200 7001300 1700量 9.5 11 )多孔隙沥青碎石(20 ，沥石灰粉煤灰土600 900青含量 2.5 3.5 )600 800计算基层顶面当量回弹模量如下：h2 eh2 e15000.2027000.182e1122hhx22120.2020.1821142mpahhd33e11e22x12(h1h )2241e1 h111e2 h215000.203127000.183(0.200.18) 24115000.20700110.184.54(mnm)1h12dx31124.5430.363(m)xa6.22 1exe1.51xe11420.456.2211.511142400.454.637ob11.440.55exeo111.441142400.550.7721eahbeex34.6370.3630.7674011423259.27(mpa )txoeo40普通混凝土面层的相对刚度半径计算为11e3r0.537hcet0.5370.25310003259.270.677( m)4. 荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为ps0.077r 0.6 h20.0770.6610.60.2520.961(mpa)因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr=o.87 。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nk fne(9.08106 ) 0.0572.492 。根据公路等级，由下表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc=1.25 。综合系数kc公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10荷载疲劳应力计算为prk r k f kcps0.872.4921.250.9612.6(mpa )5温度疲劳应力最大温度梯度标准值tg公路自然区划最大温度梯度( /m)、88 8390 95、86 9293 98由上表， 区最大温度梯度取83( m) 。板长 5m ，l / r=5 0 677=7 56 ，由书本 483页图 16-14 可查普通混凝土板厚h=0.25m ，b x=o.82 。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为tmc echtgbx110 5310000.25830.82222.8( mpa)温 度 疲 劳 应 力 系 数kt ， 计 算 为 ( 查 书 包484表16-29可 得 区 回 归 系 数a=0828,b=0.041,c=1.323)ktf ra(tmtm )cb f r52.80.828( 2.8)1.32350.0410.613计算温度疲劳应力为trkttm0.6132.81.72( mpa )查表 1 ，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等级为中级，目标可靠度为 90。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查书本484 表 16-22, 确定可靠度系数r =1.15 。r (prtr )1.15(1.722.6)4.97mpaf r5.0mpa因而，所选普通混凝土面层厚度(o.25m) 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。水泥混凝土路面方案二1. 交通分析由上表 1 ，一级公路的设计基准期为30 年，安全等级为二级。由上表2 ，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取o.20 。2. 初拟路面结构由表1 知，相应于安全等级二级的变异水平等级为中级。根据一级公路重交通等级和低变异水平等级，查表3 ，初拟普通混凝土面层厚度为o.24m ，碾压混凝土基层o.15m ，底基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5 )，厚 o.18m ，垫层为 o.15m 低剂量无机结合料稳定土。水泥混凝土上面层板的平面尺寸长为5.0m 、宽从中央分隔带至路肩依次为4.5m 、4.5m ； 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 。3. 路面材料参数确定按书本 480 页表 16-23 和表 16-25 ，取普通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31gpa ；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27gpa 。查表4 ，路基土回弹模量取40mpa 。查表5，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取700mpa ，水泥稳定粒料基层回弹模量取1500mpa 。计算基层顶面当量回弹模量如下：h e22112h e22h1h215000.2020.2027000.1820.1821142 mpa2exe h 3e h 3( hh ) 2111d1 12 2x12124 e1h1e 2h215000.20 3127000.183(0.200.18) 24115000.20700110.184.54( mnm)112d x31214.543hxexe11420.450.363( m)0.45a6.22 11.51x eo6.2211.511142404.637b11.44b0.55exeo1ex311.441142400.7670.550.7111423eahetxoeo4.6370.36340259.27( mpa )404. 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ku =o，hx=o 。复合式混凝土面层的截面总刚度，计算为hh33dec101ec 202ec1h01ec 2 h02 (h012h02 )kg12124(eheh)uc101c 202310000.243270000.163310000.24270000.16(0.240.112124(310000.24270000.16)44.928( mnm)复合式混凝土面层的相对刚度半径，计算为rg1.233dg / et1.23331.395/259.270.686(m)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g0.077r 0.6ec1h010.0770.6860. 6310000.240.848( mpa )ps1g12d1244.928ps20.077r0.6gec 2 (0.5h02hx ku )0.0770.68627000(0.50.1600)6d g644.9280.492(mpa )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kr = o 87；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kr 。水泥混凝土面层，考虑设计nn基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数kfne(9.08106 )0.0572.49；碾压混凝土基层，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k fn e( 9.0810 6 ) 0.0652. 833。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后kc =1 25 。普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为pr1k r kf 1k cps10.872.491.250.8482.296( mpa )碾压混凝土基层的荷载疲劳应力计算为pr 2k f 2 k cps22.8331.250.4921.742( mpa )5温度疲劳应力可查区最大温度梯度取83 ( m) 。普通混凝土面层板长4m ， l / rg4 / 0.6945.768 ，由书本 483 页图 16-14 可由普通混凝土面层h01 =o.22m ，查得 bx=0.69 ， cx=1.03 。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0.321cx0.81ln(h01ec1 h02ec 22.5 h01 )h020.811bx11 bx0.8110.520.422tm1c ec1h01tg21.38(mpa)bx111053100020.24880.6普通混凝土面层的温度疲劳应力系数kt ，计算为kfrca(tm1 )b5.01.38)1.3230.041ttm1fr1