路面设计方案

1、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

2、 : 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

3、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（JTJ F40-2004）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

4、验规程（JTJ 052-2000）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：半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值材料名称抗压模量（MPa）Ep方差Ep-2Ep+2Ep代水泥稳定碎石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沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值材料名称20抗压模量（MPa）15抗压回弹模量（MPa）Ep方差Ep-2Ep方差Ep-2Ep+2EpaEp代细粒式沥青混凝土199120115892680344199

5、23368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：材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土密级配沥青碎石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劈裂强度（MPa）1.21.00.80.60.60.50.40.6路面材料

6、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)层位结构层材料名称厚度（mm）20平均抗压模量（MPa）标准差（MPa）15平均抗压模量（MPa）标准差（MPa）容许应力（MPa）1细粒式沥青混凝土40199120126803440.422中粒式沥青混凝土80142510521751870.323粗粒式沥青混凝土120978551320600.264水泥稳定碎石300318878

7、231887820.255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 mm LS= 1.4 (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 )= 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 )= 1

8、50 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 600 mm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 80 mm - 粗粒式沥青混凝土 120 mm - 水泥稳定碎石 300 mm - 水泥石灰砂砾土 150 mm - 新建路基 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收

9、弯沉值 :第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.2 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.5 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.9 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 7.9 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 145.6 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数)第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.151 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.013 (MPa)

10、第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.064 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.121 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.111 (MPa)（2）方案二路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位结构层材料名称厚度（mm）20平均抗压模量（MPa）标准差（MPa）15平均抗压模量（MPa）标准差（MPa）容许应力（MPa）1细粒式沥青混凝土40199120126803440.362中粒式沥青混凝土80142510521751870.33密级配沥青碎石15012481161715

11、1560.184水泥稳定砂砾250261723426172340.245级配砂砾200250025006新建路基40 计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.3 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 1.8 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 2.8 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 10.3 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 145.6 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大

12、拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.188 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.019 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0.046 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.217 (MPa)最小防冻600mm，满足要求二、水泥混凝土路面设计方案水泥混凝土路面方案一1.交通分析表1可靠度设计标准公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路 安全等级一级二级三级四级设计基准期（a）30302020目标可靠度（）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低中中中高表2

13、车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.34O39行车道宽7mO540.62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）260250240270240260230250220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

14、层厚度（mm）240210230200220200230220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.路面材料参数确定表4中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(MPa)土 组公路自然区划土质砂26424050395035605060粘质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045查

15、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材料类型回弹模量(胁)材料类型回弹模量(m)中、粗砂80100石灰粉煤灰稳定粒料13001700天然砂砾150200水泥稳定粒料13001700未筛分碎石180220沥青碎石(粗粒式，20)600800级配碎砾石(垫层)200250沥青混凝土(粗粒式，20)8001200级配碎砾石(基层)250350沥青混凝土(中粒式，20)10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石(水泥剂量9.511)13001700石灰粉煤灰土6

16、00900多孔隙沥青碎石(20，沥青含量2.53.5)600800计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径计算为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。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)8883909586929398由

17、上表，区最大温度梯度取83(m)。板长5m， =50677=756，由书本483页图16-14可查普通混凝土板厚h=0.25m，Bx=O.82。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为温度疲劳应力系数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)计算温度疲劳应力为查表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=1.15。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

18、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

19、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：4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，计算为复合式混凝土面层的相对刚度半径，计算为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= O87；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。水泥混凝土面层，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；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。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=125。普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为碾压混凝土基层的荷载疲劳应力计算