【某三级公路的路面结构层的计算及确定案例5400字】

某三级公路的路面结构层的计算及确定案例目录TOC\o"1-2"\h\u4178某三级公路的路面结构层的计算及确定案例 1221031.1水泥混凝土路面设计 1164841.2沥青混凝土路面设计 638041.3方案比选 141.1水泥混凝土路面设计根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2017）面层类型应符合表7-1的规定。表7-1路面面层类型及使用范围表面层类型适用范围沥青混凝土高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路水泥混凝土高速公路、一级公路、三级公路、四级公路砂石路面四级公路会宁县A村至成B村公路工程为三级公路，年平均交通量为5025辆/日，一般采用水泥混凝土路面或沥青混凝土。1.1.1交通量分析表7-2交通量资料车型分类代表车型前轴重后轴重后轴数后轴组数后轴距小客车三湘CK65601325.6120中客车江淮AL66001726.5120大客车黄海DD6804991.5120小型货车北京BJ13013.5521.2120中型货车江淮HF140A18.941.8120大型货车黄海DD35246.999.9122由《公路路线设计规范(JTGD20—2017)》规定小客车为折算标准作为三级公路采用的标准。然后计算标准轴载的当量轴次：(8-1)：轴数系数(轴间距大于3.0m时按单独的一个轴计算)：轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。：标准轴载的当量轴次（次/天）：各种被换算车辆的作用次数（次/天）：标准轴载：各种被换算车型的轴载（KN）其中分别采用以下来计算：，（双轮）（8-2）计算结果如下表所示：（单位为次/日）表7-3标准当量轴载计算表车型轴名轴载计算轴载（）三湘CK6560前轴1313115270.471676427后轴25.625.6115278.991547405江淮AL6600前轴11.011.0111880.540493694后轴26.526.5111883.727840951黄海DD680前轴494911226.323472045后轴91.591.511225.671903312北京BJ130前轴13.5513.55112030.217576479后轴21.221.2112034.508693826江淮HF140A前轴18.918.911890.405675545后轴41.841.8118912.81406156黄海DD352前轴46.946.91151.187823312后轴99.999.91151.86103298246.721797532确定设计车道的初始年平均日交通量为5052辆/日，查询规范知车道分配系数为0.55，轮迹横向分布系数为0.54-0.62，取0.55。计算：（8-3）根据规范，属于中等交通荷载等级。1.1.2可靠度系数的确定查规范可得，三级公路安全等级为“三级”目标可靠度为80%，结合调研的安全水平等级为“低”，查规范确定可靠度系数范围为1.04-1.07，按中等水平取中直，。1.1.3路基参数的确定根据低液限黏土土质查表可得回弹模量的范围为50-100MPa。根据设计资料，回弹模量取值为80MPa.由地下水位距路基顶面平均高度为1.8m，查表内插法得到其湿度调整系数范围，取0.8，乘以其代表值，路基综合回弹模量最终为64MPa。1.1.4结构组合初拟与设计参数的确定由于属于“中等”交通荷载等级，参照规范，取适当的基层材料为：级配碎石、水泥稳定碎石、二灰砂砾等。中等交通可以不设底基层。初拟定结构层组合：普通水泥混凝土面板（）+级配碎石上基层（20cm）+下基层（天然级配碎石16cm）。其中根据预估混凝土板厚，三级公路、“中”变异水平的厚度为210-240mm，本路段变异水平为低，初拟定为22cm。弯拉强度标准值查规范，取值为4.5MPa，弯拉模量为29GPa，泊松比取值为0.15，采用花岗岩石料粗集料，其膨胀系数为。查表的级配碎石回弹模量为300MPa。1.1.5平面尺寸、接缝及路肩形式的选择平面尺寸：长4m，宽度3.25m接缝：接缝为不设传力杆的假缝，纵缝为带拉杆的平头接缝。路肩：基层材料与路面相同，面层采用水泥混凝土，与路面板间设拉杆连接。1.1.6计算地基综合回弹模量选着模型：单层级配碎石基层属于粒料类材料，因此选着弹性地基上的单层板模型。除路基外只有单层基层，即：，地基综合回弹模量为：1.1.7荷载应力计算设计轴载（100KN）在四边自由版的临界荷位处产生的荷载应力板的弯曲刚度：面板的相对刚度半径：荷载应力:确定三个修整系数应力折减系数是由路肩情况决定的。采用混凝土路肩取值为0.87（路肩面层厚度与路面一样）。考虑理论与实际差异及动载等因数影响的综合系数，按照三级公路查规范为1.0。荷载疲应力系数，与累计轴次有关，由下公式确定：计算荷载疲劳应力单程面板在最重荷载作用下的荷载应力计算极限荷载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力最重的轴载应力计算公式与相同，但要用最重的轴载代替式中的标准轴载。最重的轴载在临界荷位产生的最大荷载应力1.1.8温度应力的计算1面层最大温度应力面层的温度翘曲应力系数:计算综合温度翘曲应力荷=和内应力的温度应力系数:Ⅲ区最大温度梯度范围值为90-95，取92最大温度应力为：2面层板温度疲劳应力（1）确定温度疲劳应力系数Ⅲ区，查规范可得分别为0.855、1.355和0.041,计算温度疲劳应力系数：（2）计算温度疲劳应力1.1.9设计极限状态验证弹性地基上单层板模型，只需要验证单层板的极限状态：1.1.10设计方案的优化考虑到21cm的板厚时，疲劳极限状态的综合疲劳应力达到4.29MPa，与材料的弯拉强度标准值相差4.6%，结构厚度进一步的优化的空间不大了，取计算厚度为21cm。据相关规范规定假定6mm的磨耗层，并按1cm向上取整，最后综合考虑其设计厚度为22cm。1.2沥青混凝土路面设计会宁县A村至成B村公路属于三级公路，设计时速为30Km/h，1.5米双车道公路，设计使用年限为15年，根据交通量调查分析，年平均交通量为4831辆/日，前5年交通量年增长率为5%，后3年交通量年增长率为3%，方向系数取0.55，车道系数取1。路面结构的目标可靠度不应低于80%，目标可靠指标不应低于1.04；路基顶面回弹模量不小于40MPa。1.2.1交通量分析根据沥青路面采用水平三计算；小客车按1类，中型车按2类，=1\*GB3①按3类，大型车按4类，汽车列车按5类，=2\*GB3②按7类。1确定各类车辆的当量设计轴载换算系数：根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017)得：表7-42～7类车辆非满载车与满载车比例车型非满载车比例满载车比例2类0.8～0.900.10～0.203类0.85～0.950.05～0.154类0.60～0.700.30～0.405类0.70～0.800.20～0.307类0.65～0.750.25～0.35表7-5～7类车辆当量设计轴载换算系数车型沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量无机结合料稳定层层底拉应力非满载车满载车非满载车满载车2类0.82.80.535.53类0.44.11.3314.24类0.74.20.3131.65类0.66.30.672.97类1.461.8553.0沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量=0.8×0.85＋2.8×0.15＋0.4×0.90＋4.0×0.10＋0.7×0.65＋4.2×0.35＋0.6×0.75＋6.3×0.25＋1.4×0.7＋6.0×0.3=8.6无机结合料稳定层层底拉应力=0.5×0.85＋35.5×0.15＋1.3×0.90＋314.2×0.10＋0.3×0.65＋131.6×0.35＋0.6×0.75＋72.9×0.25＋1.8×0.7＋553.0×0.3=276.732当量设计轴载累计作用次数：根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017），方向系数取0.55，车道系数取1；判定公路TTC分类为TTC2，其2类、3类、4类、5类、7类车辆分布系数依次为22.0、23.3、2.7、0.0、1.5。沥青混合料层永久变形的初始年设计车道平均当量轴次：=699×0.55×1×（22.0×（0.8×0.85＋2.8×0.15）+23.3×（0.4×0.90＋4.1×0.10）＋2.7×（0.7×0.65＋4.2×0.35）＋1.5×（1.4×0.7＋6.0×0.3））=26215.06无机结合料层疲劳开裂初始年设计车道平均当量轴次：=699×0.55×0.65×（22.0×（0.5×0.85＋35.5×0.15）+23.3×（1.3×0.90＋314.2×0.10）＋2.7×（0.3×0.65＋131.6×0.35）＋1.5×（1.8×0.7＋553×0.3））=575153.95沥青混合料层永久变形当量设计轴载累计作用次数：无机结合料层疲劳开裂当量设计轴载累计作用次数1.2.2沥青路面方案一1方案一路面结构表7-6沥青路面方案一结构推荐路面结构结构材料公称最大粒径（mm）抗压模量（Mpa）厚度（mm）泊松比饱和度（%）弯拉强度（Mpa）上面层密级配沥青混合料细粒石AC-1313.29000500.2565%下面层密集配沥青混合料AC-201910000600.2565%上基层无机结合料稳定类石灰粉煤灰稳定级配碎石19180001800.251.7底基层粒料类级配碎石31.560001500.351.52沥青混合料层疲劳开裂寿命验算Nf1=6.32×1015.96-0.29βkakbkT13.971.58(VFA)2.72(B.1.1-1)－疲劳加载模式，按下式计算；－沥青混合料20℃时的动态压缩模量;－沥青混合料混度；－温度调整系数；由沥青混凝土设计程序结果：第

1层=425597128.14第

2层=2664828635.96520可知沥青混合料层疲劳开裂寿命满足要求。3无机结合料稳定层疲劳开裂寿命验算－现场综合修正参数，按《公路沥青路面设计规范JTGD50-2017》式B.2.1-2确定；《公路沥青路面设计规范JTGD50-2017》B.1.2规定：无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命大于设计使用年限内设计车道的当量设计轴载累计作用次数。由沥青混凝土设计程序结果：第3层Nf2：2535545.354层Nf2:24982642149.8844可知无机结合料稳定层疲劳开裂寿命满足要求4沥青混合料永久变形量验算－第i层永久变形量（mm）;－分层数；－第i分层厚度（mm）;－车辙试验试件的厚度（mm）；－综合修正系数；表7-7沥青混合料容许永久变形量（mm）基层类型沥青混合料层容许永久变形量高速、一级公路二级、三级公路无机结合料稳定类基层、水泥混凝土基层和低基层为无机结合料稳定类的沥青混合料基层1520其他基层1015三级路沥青混合料层容许永久变形量为20mm。由沥青混凝土设计程序结果得：沥青混合料永久变形量Ra=2.8541mmmm。Ra=2.8541mmmm<20mm可知沥青混合料永久变形量满足要求。5路基顶面竖向压应变验算－温度调节系数。根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50）表G.1.2可得甘肃省白银市的路基顶面竖向压应变为0.98，得路基顶面容许竖向压应6为376。根据沥青混凝土设计程序结果得，路基顶面验收弯沉为311.0800，路表顶面弯沉为23.0001。可知路基顶面竖向压应变满足要求。6沥青面层低温开裂指数验算：－沥青面层低温开裂指数；《公路沥青路面设计规范JTGD50-2017》表3.0.6-2要求：表7-8低温开裂指数要求公路等级高速、一级公路二级三级、四级公路低温开裂指数CI,不大于357三级路低温开裂指数要求CI为7由沥青混凝土设计程序结果得，低温开裂指数为-2.9983。-3.0983<7可知沥青低温开裂指数满足要求。7防冻厚度的验算根据公路冻害的数据，规定验算防冻层厚度，路面结构层厚度小于规定的最小防冻厚度时，应设置防冻层，使其满足最小防冻厚度的要求。查表B.6.2得:最小防冻厚度为350mm～400mm路面结构厚度：5+6+18+15=44cm=440mm可知最小防冻厚度满足要求。1.2.2沥青路面方案二1方案二路面结构表7-9沥青路面方案二结构方案推荐层位材料类型厚度（mm）模量（MPa）泊松比饱和度（弯拉强度）上面层AC-16（70号）50100000.2565下面层AC-25（70号）7090000.2565上基层水泥粉煤灰稳定级配碎石180180000.251.5下基层水泥粉煤灰稳定级配碎石200180000.251.52沥青混合料层疲劳开裂寿命验算Nf1=6.32×1015.96-0.29βkakbkT13.971.58(VFA)2.72(B.1.1-1)－沥青混合料混度；－温度调整系数；表7-10季节性冻土地区调整系数冻区重冻区中冻区轻冻区其他地区冻结指数F(℃.d)≤20002000～800800～50≤500.60～0.700.70～0.800.80～1.001.00根据规范，沥青混合料疲劳开裂寿命大于设计使用年限内设计车道的当量设计轴载累计作用次数。由沥青混凝土设计程序结果：第1层=1235136933532.66第2层=725488959620.329可知沥青混合料层疲劳开裂寿命满足要求。3无机结合料稳定层疲劳开裂寿命验算由沥青混凝土设计程序结果：第3层Nf2：第3层为压应力，所以不需要验算第4层Nf2:9148732943.84114可知无机结合料稳定层疲劳开裂寿命满足要求4沥青混合料永久变形量验算－沥青混合料层永久变形量(mm);－第i层永久变形量（mm）;－分层数；－第i分层厚度（mm）;－车辙试验试件的厚度（mm）；－综合修正系数；表7-11沥青混合料容许永久变形量（mm）基层类型沥青混合料层容许永久变形量高速、一级公路二级、三级公路无机结合料稳定类基层、水泥混凝土基层和低基层为无机结合料稳定类的沥青混合料基层1520其他基层1015三级路沥青混合料层容许永久变形量为20mm。由沥青混凝土设计程序结果得：沥青混合料永久变形量Ra=4.8086mm。Ra=4.8086mm<20mm可知沥青混合料永久变形量满足要求。5路基顶面竖向压应变验算：－温度调节系数。根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50）表G.1.2可得甘肃省白银市的路基顶面竖向压应变为0.98，得路基顶面容许竖向压应变为376。根据沥青混凝土设计程序结果得，路基顶面验收弯沉为311.0800，路表顶面弯沉为18.2215。故满足要求。6沥青面层低温开裂指数验算：－沥青面层低温开裂指数；《公路沥青路面设计规范JTGD50-2017》表3.0.6-2要求：表7-12低温开裂指数要求公路等级高速、一级公路二级三级、四级公路低温开裂指数CI,不大于357三级路低温开裂指数要求CI为7由沥青混凝土设计程序结果得，低温开裂指数为3.608。可知沥青低温开裂指数满足要求。7防冻厚度的验算根据公路多年冻害，按《公路沥青路面设计规范JTGD50-2017》表B.6.2的规定验算防冻层厚度，当路面结构厚度小于表B.6.2规定的最小防冻厚度时，应设置防冻层，使其满足最小防冻厚度的要求。查表B.6.2得:最小防冻厚度为350mm～400mm路面结构厚度：5+7+20+18=50cm=500mm可知最小防冻厚度满足要求。1.3方案比选1.3.1水泥混凝土路面方案设计的水泥混凝土路面具有以下优点：①强度高，混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力，疲劳寿命较长。②稳定性好，混凝土路面的水稳性热稳性均较好，而且耐