路面结构设计

1、1广西某地拟建全长80km，双向4车道的高速公路。经调查交通量4800辆/日，交通组成如表所示，交通量年平均增长率= 4.2%。沿线有大量碎石集料，并有水泥、石灰和粉煤灰等供应。路基土质为粘性土，干湿状态为中湿。 一：沥青混泥土 1. 计算设计弯沉值ld 交通组成 车型位置Pi/KN交通组成辆/日黄河JN150前轴49.0960后轴101.6解放 CA10B前轴19.4960后轴60.85东风EQ140前轴23.71200后轴69.20太脱拉138前轴51.4240后轴2*80小汽车-1440(1)计算使用年限内累计当量轴次:NS=i=1kc1c2ni(pip)4.35(2)确定道路的交通分级

2、，选定设计年限及车道系数；BZZ-100累计标准轴次因为e=12655418>1.2×107所以为重交通，设计年限为年，车道系数为0.5Ne=365N11+t-1轴载换算与累计轴载(3).计算设计弯沉值ld(面层类型: 沥青混凝土面层;半刚性基层)ld=600Ne-0.2AcAsAB =600×12655418-0.2×1×1×1 =22.79mm2. 确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值：路基土质为粘性土，干湿状态为中湿,根据室内实验法确定土基回弹模量设计值为40MPa4.初拟路面结构；4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝

3、土+8cm粗粒式沥青混凝土+38cm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。5. 按三层体系理论计算路面厚度，确定采用方案，并验算防冻厚度。新建路面结构厚度计算公 路 等 级 : 高速公路新建路面的层数 : 5标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 22.79 (0.01mm)路面设计层层位 : 5设计层最小厚度 : 150按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.79 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 14.8 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS<=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5

4、)= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 150 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防

5、冻要求 . 通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改，最后得到路面结构设计结果如下： 细粒式沥青混凝土 40mm 中粒式沥青混凝土 60mm 粗粒式沥青混凝土 80mm 水泥稳定碎石 380mm 水泥石灰砂砾土 150mm6. 绘制路面结构图。二.水泥混凝土路面课程设计广西某地拟建全长80km，双向4车道的高速公路。经调查交通量4800辆/日，交通组成如表所示，交通量年平均增长率= 4.2%。沿线有大量碎石集料，并有水泥、石灰和粉煤灰等供应。路基土质为粘性土，干湿状态为中湿。 1. 轴载换算；车型位置Pi/KN交通组成辆/日黄河JN150前轴49.0960后轴101.6解放 CA

6、10B前轴19.4960后轴60.85东风EQ140前轴23.71200后轴69.20太脱拉138前轴51.4240后轴2*80小汽车-1440NS=i=1nNi(pi100)16Ne=365Ns1+gt-1g代表车型位置轴重/KN后轴数后轴轮组数交通量标准轴载 Ns/次辆/日黄河JN150前轴49129600.01 后轴101.69601237.6 解放 CA10B前轴19.4129600.00 后轴60.859600.34 东风EQ140前轴23.71212000.00 后轴69.212003.31 太脱拉138前轴51.4222400.01 后轴160240442721.86 小汽车14

7、400.00 初始年平均日交通量合计Ns443963.13 设计年限内累计轴载次数（30年，年增长效率4.2%,轮迹横向分布系数0.22)20675689222.确定交通量分级，选定设计年限及轮迹横向分布系数；设计年限为30年，轮迹横向分布系数0.22 3.计算基准期内累计当量轴次； Ns=443963.13Ne=365Ns1+gt-1g =365×443963.131+0.04230-10.042×0.22 =2067568922>1×106所以，属于极重交通荷载等级。4.可靠度系数的确定查表得，高速公路安全等级为“一级”目标可靠度为95%，结合调研的变异

8、水平为“低”，查表确定可靠度系数范围为1.201.33,取其平均值r=1.27.5.结构组合初拟与设计参数确定因本路段为极重交通荷载等级，参考规范得，适宜基层材料为：贫混凝土，碾压混凝土和沥青混凝土等；设置底基层，底基层采用材料类型为：级配碎石，水泥稳定碎石，石灰粉煤灰稳定碎石等。初步拟定的结构组合：普通水泥混凝土路面板（hc）+细粒式沥青混凝土基层(h1=12cm) +水泥稳定碎石底基层（h2=20cm）+天然砂砾垫层（h3=15cm）。其中hc根据预估板厚，高速公路，低变异水平的厚度为大于等于320mm，所以本路段初定33cm。弯拉强度标准值查表为fr=5MPa,弯拉模量为Ec=31GPa

9、.采用花岗岩石料粗集料，其线性膨胀系数1x10-5/0C。6 . 平面尺寸及接缝平面尺寸：长5m，宽4m。接缝：规范规定，极重，特重和重交通荷载公路的横向缩缝应采用设传立杆的假缝形式，纵缝为带拉杆的平头真缝。路肩：基层材料与路面相同，面层采用水泥混凝土，与路面板间设拉力杆连接。7.路面结构层基本参数的确定根据规范，路基属于中湿粘性土，所以路基回弹模量E0=33MPa，面层(水泥混凝土)回弹模量35000 MPa，基层(细粒式沥青混凝土)回弹模量E1=1400MPa，底基层(水泥稳定碎石)回弹模量E2=1500 MPa。垫层（天然砂砾）回弹模量E3=180MPa.8. 基层顶面的当量回弹模量和计

10、算地基综合回弹模量根据路基状态拟定的基层，垫层结构类型和厚度，计算基层顶面的当量回弹模量如下:(1)首先把底基层和垫层换算成既有当量回弹模量和当量厚度的单层，则Ex'=E2h22+E3h32h22+h32=1500×0.22+180×0.1520.22+0.152=1024.8 MPaDx'=E2h23+E3h3312+(h2+h3)24(1E2h2+1E3h3)-1 =1500×0.23+180×0.15312+(0.2+0.15)24(11500×0.2+1180×0.15)-1=1.809MN·mhx&

11、#39;=312Dx'Ex'=312×1.8091024.8=0.277m所以:Ex=E1h12+Ex'hx'2h12+hx'2=1400×0.122+1024.8×0.27720.122+0.2772=1084.196 MPaDx=E1h13+Ex'hx'312+(h1+hx')24(1E1h1+1Ex'hx')-1 =1400×0.123+1024.8×0.277312+(0.12+0.277)24(11400×0.12+11024.8×0.

12、277)-1 =6.16 MN·mhx=312DxEx=312×6.161084.196=0.409ma=6.22×1-1.51×ExE0-0.45 =6.22×1-1.51×1084.196 33-0.45=4.269b=1-1.44(ExE0)-0.55=1-1.44(1084.19633)-0.55=0.789Et=ahxbEc(Ex'E0)13=4.269×0.4090.789×33×(1.024.833)13=222.649 MPa9. 荷载应力计算(1)计算普通混凝土面层的相对刚度半径

13、：r=0.537hc3EcEt=0.537×0.33×331000222.649=0.918m(2)计算标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力：ps=0.077r0.6hc-2=0.077×0.9180.6×0.33-2=0.67 MPa(3) 确定三个修正系数krkckf应力折减系数kr，由路肩情况决定：采用混凝土路肩时取0.87(路肩面层与路面面层等厚)。考虑理论与实际差异及动载等因素影响的综合系数kc1.15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：Kf=e=(2067568922)0.057=3.4(4)计算荷载疲劳应力pr=krkckfp

14、s=0.87×1.15×3.4×0.67=2.28 MPa10.温度应力计算 (1)面层板最大温度应力p，maxt=L3r=53×0.918=1.82(rad)面层板的温度翘曲应力系数CL:CL=1-sinht·cost+cosht·sintcost·sint+sinht·cosht =1-sinh1.82×cos1.82+cosh1.82×sin1.82cos1.82×sin1.82+sinh1.82×cosh1.82=0.974计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL:BL=1.77e-4.48hcCL-0.131(1-CL) =1.77e-4.48×(0.33+0.12)×0.974-0.131(1-0.974) =0.226IV区最大温度梯度范围为8692/m,取Tg=88/m，最大温度应力：t,maxcEChcTg2BL =1×10-5×31000×（0.33+0.12）×88×0.2262 =1.39 MPa（2）面层板温度疲劳应力tr确定温度疲劳应力系数kt:IV区，查表得at bt ct分别为0.843 1.323 0.058 ,计算温度疲劳应力系数：ktfrt,ma