沥青混凝土路面设计例题

沥青混凝土路面设计(1)轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。当以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力时，各级轴载换算采用如下公式计算：。计算结果如表2.4.16所示.轴载换算结果汇总表（以弯沉为标准时） 表 2.4.16车 型Pi（kN）C1C2ni（次/日）C1C2ni（）4.35跃进NJ131后轴38.21188013.4解放CA10B后轴60.85111340154.4黄河JN150前轴49.016.4450129.3后轴101.611450482.2东风EQ104K后轴8421240224.8合计： N=C1C2ni（）4.151004.1注：小于25kN的轴载不计。 根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.40.5，取0.45。=8%。则累计当量轴次为 e=i=（次）当验算半刚性基层层底拉应力时各级轴载计算见下表。轴载换算表（半刚性基层层底拉应力验算） 表2.4.17车 型Pi（kN）C1C2ni（次/日）C1C2ni（）8解放CA10B后轴60.851.01.0134025.2黄河JN150后轴101.61.01.0450510.9东风EQ140K后轴842.01.0240119=C1C2ni（）8655.1注：轴载小于50KN的轴载不计。累计当量轴次为： e=1=（次）(2)结构组合与材料选取 经计算，设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为450104次左右，所以面层宜选沥青混凝土，又由于该路面等级高，所承受交通量较重，因此采用三层式结构，即表面层采用3cm细粒式密级配沥青混凝土、中面层采用4cm中粒式密级配沥青混凝土、下面层采用5cm粗粒式密级配沥青混凝土。根据设计规范推荐结构，并考虑到公路沿线有大量的碎石、粉煤灰和石灰供应，基层采用二灰稳定碎石基层（20cm），底基层采用石灰土（厚度待计算确定）。(3)确定各层材料的抗压模量与劈裂强度查公路沥青路面设计规范附录E，按设计弯沉计算厚度时200C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。验算面层层底弯拉应力时150C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。二灰碎石为1500MPa，石灰土为550MPa。各层材料劈裂强度为：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，二灰碎石为0.65MPa，石灰土为0.225MPa。(4)土基回弹模量的确定该路段处于IV2区，路槽底距地下水位高度平均为1.2m+0.7m=1.9m，查教材中“路基临界高度参考值”表知此高度介于1（2.02.2m）和（0.91.1 m）之间，属中湿路基，查表知路基平均稠度介于（0.86）和（1.08）之间，取=1.0，查表得土基得到土基回弹模量为=34MPa。(5)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，并进行结构层底拉应力验算。路面设计弯沉值根据公式=600计算。该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层系数取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： =600=600-0.21.01.01.0=28.05（0.01mm） 各验算层材料的容许拉应力 R=SP/KS 细粒式密级配沥青混凝土： KS=0.09AaNe0.22/Ac=0.091.0.22/1.0=2.62 R=SP/KS=1.4/2.62=0.534MPa 中粒式密级配沥青混凝土： KS=0.09AaNe0.22/Ac=0.091.0.22/1.0=2.62R=SP/KS=1.0/2.62=0.382MPa 粗粒式密级配沥青混凝土： KS=0.09AaNe0.22/Ac=0.091.1.22/1.0=2.88R=SP/KS=0.8/2.88=0.278MPa二灰碎石：KS=0.35AaNe0.11/Ac=0.35.11/1.0=1.89R=SP/KS=0.5/1.89=0.344MPa石灰土：KS=0.45AaNe0.11/Ac=0.45.11/1.0=2.43R=SP/KS=0.225/2.43=0.093 MPa(6)设计参数汇总设计弯沉值为28.05（0.01mm），相关设计参数汇总如表2.4.18所示：设计参数汇总 表2.4.18材料名称厚度/cm200C抗压模量/MPa150C抗压模量/MPa容许拉应力/MPa细粒式密级配沥青混凝土3140020000.534中粒式密级配沥青混凝土4120018000.382粗粒式密级配沥青混凝土5100014000.278二灰碎石2015000.344石灰土？5500.093土基34(7)确定石灰土层厚度 将路面结构换算为三层体系，如图2.4.5所示h=3cm E1=1400MPaH=？ E2=1200MPa E0=34MPa图 2.4.5多层体系路表弯沉等效换算示意图 求弯沉综合修正系数：取LS = Ld=28.05（0.01mm） F=1.63（LS/2000）0.38（E0/P）0.36=1.63（28.05/200010.65）0.38（34/0.70）0.36=0.5305 计算实际弯沉系数和理论弯沉系数 ac=LSE1/（2000PF） =28.051400/（20000.710.650.5305）=4.965 按设计弯沉值计算石灰土层厚度 h/=0.28 E2/E1=0.86 E0/E1=0.028查三层体系表面弯沉系数诺谟图得到： K1=1.45, a=6.5 K2=ac/(ak1)=0.527查三层体系表面弯沉系数诺谟图得H/=4.9则H=4.910.65=52.19cm石灰土层厚度：H=h2+=4+5+20+h5解得h5=30.0cm。取h5=30.0cm。 按容许拉应力验算设计层厚度(a)验算细粒式密级配沥青混凝土层底拉应力将路面结构换算为三层体系，如图2.4.6所示。h=3cm E1=1400MPaH=？ E2=1200MPa E0=34MPa图2.4.6上层底面弯拉应力等效换算示意图 H=h2+=52.25cmE2/E1=0.86 ，h/=0.28查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图可知0，所以=pm1m20。所以上层底面不存在拉应力，显然层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。 (b)验算中粒式密级配沥青混凝土层底拉应力方法同细粒式密级配沥青混凝土层底拉应力验算，验算结果：层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。(c )验算粗粒式密级配沥青混凝土层底拉应力方法同细粒式密级配沥青混凝土层底拉应力验算，验算结果：层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。(d)验算基层层底拉应力方法同细粒式密级配沥青混凝土层底拉应力验算，验算结果：层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。(e)验算底基层层底拉应力方法同细粒式密级配沥青混凝土层底拉应力验算，验算结果：层底拉应力小于容许拉应力，验算满足要求。(8)路表实际弯沉值计算重新计算得H=52.25cm，h/=0.28，H/=4.91，E2/E1=0.86，E0/E2=0.028查三层体系表面弯沉系数诺谟图得到： K1=1.45，a=6.5，K2=0.52 (9)确定路面结构层最终采用的路面结构如图2.4.7所示。细粒式密级配沥青混凝土h1=3E1=1400MPa中粒式密级配沥青混凝土h2=4E2=1200MPa粗粒式密级配沥青混凝土h3=5E3=1000MPa水泥碎石h4=20E4=1500MPa石灰土h5=30E5=5