(全过程精细讲解)路面结构设计及计算

1、.路面结构设计及计算表7.1 交通量组成表车 型总重(KN)载重(KN)前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轮轮组数前轮轮组数轴 距(cm)交通量黄河JN150150.682.649101.6l双单760解放CA10B80.254019.4060.851双单1710东风EQ14092.9050.0023.7069.201双单760太脱拉138211.4120.0051.402802双单132190标准轴载010013807.1 轴载分析路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载a.以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。（1）轴载换算轴载换算采用如下的计算公式： （7.1）

2、式中： N 标准轴载当量轴次，次/日 被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 P标准轴载，KN 被换算车辆的各级轴载，KN K被换算车辆的类型数 轴载系数，m是轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应考虑轴数系数。 ：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。轴载换算结果如表所示：表7.2 轴载换算结果表车型黄河JN150前轴4916.4760218.447 后轴101.611760814.331 解放CA10B后轴60.85111710197. 东风EQ140后轴69.21176012.930 太脱拉138前轴51.416.419067.239

3、后轴802.21190158.350 标准轴载380380.000 1848.327 注：轴载小于25KN的轴载作用不计。（2）累计当量轴数计算根据设计规，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数取0.40， =4.2 %，累计当量轴次： (7.2)验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次b.轴载换算 验算半刚性基底层底拉应力公式为 (7.3)式中：为轴数系数， 为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。计算结果如下表所示：表7.3车型黄河JN150后轴101.611760862.906解放CA10B后轴60.8511171032.143东风EQ140后轴69.21

4、17600.424太脱拉138前轴51.411.851901.712后轴802.2119070.129标准轴载380380.0001347.313注：轴载小于50KN的轴载作用不计。 7.2 结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限一个行车道上的累计标准轴次约为700万次左右，根据规推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土（15cm）、基层采用石灰粉煤灰碎石（厚度待定）、底基层采用石灰土（30cm）。规规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成，查规，采用三层沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚4cm），中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚5cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚6c

5、m）。7.3 各层材料的抗压模量与劈裂强度查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20）与劈裂强度表7.4 路面材料技术指标材料名称20抗压模量（MPa）15弯拉模量（Mpa）15弯拉强度（Mpa）Ep细粒沥青混凝土140020001.4中粒沥青混凝土120016001.0粗粒沥青混凝土90012000.8细粒式沥青玛蹄脂碎石150018001.4中粒式沥青玛蹄脂碎石130017001粗粒式沥青玛蹄脂碎石100013000.8水泥稳定碎石160016000.5石灰粉煤灰碎石150015000.6二灰土6006000.3石灰土5505500.25表7.5 沥青混合料的压实最小厚度和适宜厚度沥青混合料

6、类型最大粒径(mm)公称最大粒(mm)符号压实最小厚(mm)适宜厚度(mm)密集配沥青混合料细粒式13.29.5AC-102025 - 40中粒式1916AC-163540 -60粗粒式31.526.5AC-257070 - 120沥青玛蹄脂碎石混合料细粒式13.29.5SMA-102525 - 50中粒式1916SMA-164040 - 70粗粒式31.526.5SMA-258080 - 1207.4 土基回弹模量的确定 该路段处于4区，为粉质土，稠度为1.05，查相关表的土基回弹模量为51.5MPa。7.5 设计指标的确定对于一级公路，规要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力

7、的验算。a.设计弯沉值（一级公路）:该公路为一级公路，路面等级系数Ac=1.0，面层是沥青混凝土路面取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数Ab=1.0。设计弯沉值为： (7.4)b.各层材料的容许层底拉应力 (7.5)（1）细粒式密级配沥青混凝土 (7.6) (7.7)（2）中粒式密级配沥青混凝土 （3）粗粒式密级配沥青混凝土 （4）细粒式沥青玛蹄脂碎石 （5）中粒式沥青玛蹄脂碎石 （6）粗粒式沥青玛蹄脂碎石 （7）水泥碎石 (7.8) （9）石灰粉煤灰碎石 (7.9) （10）石灰土 （11）二灰土 7.6 设计资料总结相关资料汇总如下表：公路等级 一级公路公路等级系数

8、 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 26.5 (0.01mm)表7.6 方案A材料名称H（CM）劈裂强度(MPA)容许拉应力（MPA）细粒式沥青混凝土41.40.51中粒式沥青混凝土51.00.36粗粒式沥青混凝土60.80.26石灰粉煤灰碎石 ？0.60.32石灰土300.250.1土基按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.5 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 29.4 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 25.9 (0.01mm) H( 4 )= 19.1 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4

9、)= 19.1 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 19.1 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 19.1 cm(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 60 cm 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以及设计人员对路面厚度进一步的修

10、改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 20 cm - 石灰土 30 cm - 土基表7.7 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算材料名称20抗压模量（MPa）15弯拉模量（Mpa）15弯拉强度（Mpa）计算信息细粒沥青混凝土140020001.4计算应力中粒沥青混凝土120016001.0计算应力粗粒沥青混凝土90012000.8计算应力石灰粉煤灰碎石150015000.6计算应力石灰土5505500.25计算应力土基36计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面

11、顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.9 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.7 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.5 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 37.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 89.6 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm) LS= 258.8 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-0.224 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-0.069 (MPa)

12、第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-0. (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= 0.123 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.076 (MPa)方案B：表7.8材料名称H（CM）劈裂强度(MPA)容许拉应力（MPA）细粒式沥青玛蹄脂碎石31.40.51中粒式沥青玛蹄脂碎石41.00.36粗粒式沥青玛蹄脂碎石60.80.26水泥稳定碎石 ？0.50.27二灰土300.30.12土基按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.5 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 29.4 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 25.8

13、(0.01mm) H( 4 )= 19 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 19 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 19 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 19 cm(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 60 cm 验算结果表明 ,路面总

14、厚度满足防冻要求 . 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: - 细粒式沥青玛蹄脂碎石 3 cm - 中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 cm - 粗粒式沥青玛蹄脂碎石 6 cm - 水泥稳定碎石 20 cm - 石灰粉煤灰土 30 cm - 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :表7.9材料名称20抗压模量（MPa）15弯拉模量（Mpa）15弯拉强度（Mpa）计算信息细粒式沥青玛蹄脂碎石150018001.4计算应力中粒式沥青玛蹄脂碎石130017001计算应力粗粒式沥青玛蹄脂碎石100013000.8计算应力水泥稳定碎石160016000.5计算应力二灰土6006000.3 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.8 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.9 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.5 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 85.7 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm) LS= 258.8 (0.01