沥青路面结构设计与计算书.pdf

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1、沥青路面结构设计与计算书 1工程简介 本路段属于安图至汪清段二级公路.K0+000K3+500,全线设计时速为60km/h的二级公路，路面采用60km/h的二级公路标准。路 基宽度为10m行车道宽度为2X 3.5m路肩宽度为2X 0.75m硬路肩、2X 0.75 土路肩。路面设计为沥青混凝土路面，设计年限为 12 年。路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZN 100表示；根据沿线工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为：路 面的面层采用4cm厚 细粒式沥青混凝土和6cm厚中粒式沥青混凝土，基层采用 20cm厚水泥稳定碎石，底基层采用石灰粉煤灰土。2 土基回弹模量的确定 本设计路

2、段自然区划位于n 3区，当地土质为粘质土，由公路沥青路面设计规范(JTG D50-2004)表F.2查得，土基回弹模量 在干燥状态取39Mpa,在中湿状态取34.5Mpa.3设计资料(1)交通量年增长率：5%设计年限：12年(2)初始年交通量如下表：车型 前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数 后轴轮 组数 后轴距(m 日交通量(辆/d)解放 CA10B 19.4 60.85 1 双 578 黄 河 JN150 49 101.6 1 双 210 尼 桑 CK20L 49.85 100 1 双 330 交 通 SH141 25.55 55.1 1 双 126 太脱拉 138 51.4 80 2 双

3、1.32 41 东 风 EQ140 23.7 69.2 1 双 20 4设计任务 4.1 沥青路面结构组合设计 4.2 沥青路面结构层厚度计算，并进行结构层层底拉应力验算 4.3 绘制沥青路面结构图 5沥青路面结构组合设计 5.1 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZN 100表示。标准轴载计算参数如表10-1所示。标准轴载 BZZ-100 标准轴载 BZZ-100 标准轴载 P(KN)100 单轮传压面当量圆半径S(cm)10.65 轮胎接地压 强 p(Mpa 0.7 两轮中心距(cm)3.0 S 5.1.1 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 5.1.1

4、.1 轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式：轴载换算结果表(弯沉)车型 Pi C1 C2 ni 次/日(KN)1 解放 CA10B 前轴 19.4 1 6.4 578 后轴 60.85 1 1 578 黄 河 前轴 1 49 1 6.4 210 60.360 南 阳 351 48.7 97.3 25 k N C1C2 ni i 1 4.35,G 1 1.2 1 1，计算结果如下表所示。JN150 后轴 101.6 1 1 210 225.013 尼 桑 前轴 49.85 1 6.4 330 102.220 CK20L 后轴 100 1 1 330 330.000 交 通 前轴 25.55 1

5、6.4 126 2.132 SH141 后轴 55.1 1 1 126 9.427 太脱拉 前轴 51.4 1 6.4 41 14.510 138 后轴 80 2.2 1 41 34.170 东 风 前轴 23.7 1 6.4 20 EQ140 后轴 69.2 1 1 20 4.032 南 阳 前轴 48.7 1 6.4 25 6.996 351 后轴 97.3 1 1 25 22.194 811.054 注：轴载小于25KN的轴载作用不计 5.1.1.2 累计当量轴次 根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取 12年，车道系数n=0.7,=5.0%累计当量轴次:12 0 O.。5)1 365

6、 811.05 0.7 3298414次 0.05 验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:Ne 1 t 1 365N 5.1.2 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 5.1.2.1 轴载验算 k 8 k,P N G C 2ni-ii P 5.122 累计当量轴次 车型 Pi C1 C2 ni 次/日（次/日）(KN)1 解 放 CA10B 前轴 19.4 1 18.5 578 后轴 60.85 1 1 578 10.865 黄 河 JN150 前轴 49 1 18.5 210 后轴 101.6 1 1 210 238.434 尼 桑 CK20L 前轴 49.85 1 18.5 330

7、后轴 100 1 1 330 330.000 交 通 SH141 前轴 25.55 1 18.5 126 后轴 55.1 1 1 126 1.070 太脱拉 138 前轴 51.4 1 18.5 41 3.695 后轴 80 3 1 41 20.636 东 风 EQ140 前轴 23.7 1 18.5 20 后轴 69.2 1 1 20 1.052 南 阳 351 前轴 48.7 1 18.5 25 后轴 97.3 1 1 25 20.084 625.836 轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）注：轴载小于50KN的轴载作用不计 对于细粒式密集配沥青混凝土层 Ks 0.09Ne0.22/Ac

8、 0.09 32984140.22/1.1 2.222 对于中粒式密集配沥青混凝土层 Ks sp 1.0 Ks 2.222 0.449 MPa 0.09Ne0.22/代 0.09 32984140.22/1.1 2.222 参数取值同上，设计年限为12年，车道系数取0.7，贝U累计当量轴次为:t 1 365N 0.05 5.2 路面结构层设计与材料选取 由上面计算得到设计年限内一个行车道上的累计当量轴次。根据路基路面工程在干燥和中湿路段，路面拟定采用以下结构:面 层：细粒式沥青混凝土（厚度 4cm）；中粒式沥青混凝土（厚度6cm）；基层：水泥稳定碎石（20cm；底基层：石灰粉煤灰土（厚度待定）

9、。5.3 土基回弹模量的确定 该路段处于n 3粘质土，土基回弹模量：干燥 39 Mpa、中湿34.5Mpa。5.4 设计指标的确定 对于二级公路，规范要求以设计弯沉作为设计指标，并进行结构层层底拉应力验算。5.4.1 设计弯沉值 该公路为二级公路。公路等级系数取 1.1，面层类型系数取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：Id 600Ne 0.2AcAsAb 600 3298414 02 1.1 1.0 1.0 32.80mm）5.4.2 各层材料的容许层底拉应力 各层材料的劈裂强度：细粒式密集配沥青混凝土为 1.4MPa,粗粒式密集配沥青混凝土为1

10、.0MPa,水泥稳定碎石为0.5MPa,石灰 粉煤灰土为0.25MPa Ne（4 O.。5）12 1 365 625.836 0.7 2545167次 K：瞿 0.360 MPa K7 器 0-301 MPa K7 墓 O.117 MPa 路面设计的结构参数（干燥）5.5 设计资料汇总 设计弯沉值为30.45（0.01mm,相关设计资料汇总如下表:材料名称 h(cm)抗压模量 20 r 抗压模量 15C 容许拉应力（MPa 劈裂强度（MPa 中粒式沥青混凝土 4 1400 2000 0.449 1.4 粗粒式沥青混凝土 6 1200 1800 0.360 1 水泥稳定碎石 20 1500 15

11、00 0.301 0.5 石灰粉煤灰土？750 750 0.117 0.25 土基 39 39 路面设计的结构参数（中湿）对于水泥稳定碎石 Ks 0.35Ne0.11/Ac 0.35 32984140.11/1.1 1.658 对于石灰粉煤灰土 Ks 0.45Ne0.11/Ac 0.45 32984140.11/1.1 2.132 路表弯沉值计算图式材料名称 h(cm)抗压模量 20 r 抗压模量 15C 容许拉应力(MPa 劈裂强度(MPa 中粒式沥青混凝土 5 1400 2000 0.449 1.4 粗粒式沥青混凝土 7 1200 1800 0.360 1 二灰碎石 20 1500 150

12、0 0.301 0.5 石灰土?750 750 0.117 0.25 土基 34.5 34.5 6沥青路面结构层厚度计算(干燥路段)c 5 6.1 确定理论弯沉系数 Id 32.80(0.01mm)其中Is F仁63盘 0.38 Eo 0.36 1.63 32.80 2000 10.65 0.38 39 0.0.36 0.592 又因 Is 1000 2 P Ei cF 32.80 1400 2000 p F 2000 0.7 10.65 0.592 5.202 6.2 结构厚度计算,以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。中粒式沥青混凝土 E1=1400MPa 粗粒式沥青混凝土 E2=12

13、00MPa 水泥稳定碎石 巳=1500MPa 石灰粉煤灰土 E4=750 MPa E0=39 MPa A t I I I|p g丄g&1一 h1 4cm,E1 1400MPa h2 6cm,E2 1200MPa h3 20cm,E3 1500M Pa h4?cm,E4 750MPa E0 39MPa h1 4cm,E1 1400MPa H?cm,E2 1200MPa En E0 39MPa 多层体系换算图式（注：此时取20C是材料的模量值）查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为 K1K2,所以 K2 c o K1 0.033 E2 Ei 1200 1400 0.857 h 0.375 10.65

14、K 查诺漠图得 1 1.30 6.5 则K2 c K1 5.202 6.5 1.30 0.616 查诺漠图得H 4.2 则 H 4.2 10.65 44.73cm 由弯沉等效换算得:1 hK 2 h2 h3 2.4叵 VEx h4 44-73 6 20 2S hx 2.4型 V1200 hx 20.411cm 取 hx 21cm 7层底拉应力验算 7.1对细粒式沥青混凝土层底拉应力验算 7.1.1换算成当量三层体系（此时采用 0,基地为压应力无需验算 7.2对中粒式水泥混凝土进行层底拉应力验算 7.2.1换算成当量三层体系（此时采用150C时各材料的模量）4cm,E1 2000MPa h2 6

15、cm,E2 1800M Pa h3 20cm,E3 1500MPa h4 21cm,E4 750MPa E0 34.5 MPa n 1 h k 0則 k i 1 V H E k E i 1 hl 4cm,Ei 2000M Pa H?cm,E2 1800M Pa En E0 345MPa h40卷 21 0檣 30.27cm H 0.375,30.27 10.65 2.842 E1 1800 0.9,2000 E0 E7 誥O.021;查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得 150C时各材料的模量）0,基地为压应力无需验算 7.3对水泥稳定碎石基层层底弯拉应力验算 7.3.1换算成当量三层体

16、系（此时采用 h1 4cm,E1 2000M Pa h2 6cm,E2 1800M Pa H?,E1 1800M Pa h3 20cm,E3 1500MPa h?,E2 1500MPa h4 21cm,E4 750M Pa En E0 39MPa Eo 39MPa 4壬喘 i h hK K 1 4 4 2000 6 10.10cm V 1800 h2 H 此时，n 1 hk i 1 h30肯 20 21 檣 29.72cm 29.72 10.65 h 10.10 沁10亦 0.94&邑 E1 輕0.83宀 1800 E2 39 -0.026查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得 1500

17、150C时各材料的模）h1 4cm,E1 2000MPa h2 6cm,E2 1800M Pa h3 20cm,E3 1500MPa h4 21cm,E3 750M Pa E0 39MPa h?,E1 1500MPa H 21cm,E2 750M Pa En E。39MPa 4率 6 J 20 30.578cm V1500 Y1500 n 1 H hk 09 K i 1 Ei1 21 o.9攥 21cm 732求层底最大拉应力 30.578 10.65 31.578 10.65 21 10.65 E2 750,E1 1500,E2 750，E1 1500 E2 750 E1 1500 1.97

18、1,0.500,2.871 2.979 E0 0.500,E2 E0 E2 0.500查诺谟图得 39 750 39 750 0.11 0.052查图得 mj 1.37 0.052查图得 m2 1.10 m1 m2 0.7 0.11 7.4.7.4.1 P m 对于石灰粉煤灰土层 三层体系如图所示 1.37 1.10 0.116MPa 0.301 MPa,满足要求。KMEK 21cm h3 4 4輕 6 J僭 20 31.578cm V1500 V1500 7.4.2求层底最大拉应力：H 21 E0 1.971,0 E39 10.65 750 H 21 E2 1.971,E750 10.65

19、1500 H 21 h 1.971,30.578 10.65 10.65 由 由 由 0.052查诺谟图得 0.38 0.500,查图得 n1 1.09 2.871含 总O.05查图得n2 O.39 m P m 0.7 O.38 7.最小防冻厚度验算 根据规范干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。1.09 0.39 0.113MPa 0.117MPa，满足要求。8沥青路面结构层厚度计算（中湿路段）8.1 确定理论弯沉系数 其中Is Id 32.80(0.01mm)0.38 F 1.63 2000 Eo 0.36 1.63 又因 IS 1000空 E1 cF lsE1 2000 P F 32.80 2

20、000 10.65 0.38 34.5 0.7 0.36 0.565 32.80 1400 2000 0.7 10.65 0.565 45 以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。U 1 H A 1 1 1 1 IP 中粒式沥青混凝土 E1=1400MPa 粗粒式沥青混凝土 E2=1200MPa 水泥稳定碎石&=1500MPa 石灰粉煤灰土 E4=750 MPa&=34.5 MPa 6.3 结构厚度计算,卜 q S.,S 卜S十S _ I h1 4cm,E1 1400MPa h2 6cm,E2 1200MPa h3 20cm,E3 1500M Pa h4？cm,E4 750MPa E0 34

21、.5 MPa h1 4cm,E1 1400MPa H?cm,E2 1200MPa En E0 34.5MPa 多层体系换算图式（注：此时取20C是材料的模量值）查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为 K1K2,所以 K2 0.028 E2 E1 1200 1400 0.857 h 亠 0.375 10.65 查诺漠图得 Ki 1.50 6.5 则K2 c K1 5.45 0.558 6.5 1.50 查诺漠图得H 4.5 4.5 10.65 47.925cm 由弯沉等效换算得:0 E If E 叫 z h2 h3 h4勺 EX，则 47.925 6 20 hx 24.294 取 hx 25cm 7

22、层底拉应力验算 7.1对中粒式沥青混凝土层底拉应力验算 7.1.1换算成当量三层体系（此时采用 150C时各材料的模量）h1 4cm,E1 2000M Pa h2 6cm,E2 1800M Pa h3 20cm,E3 1500M Pa h4 25cm,E4 750MPa E。34.5 MPa n 1/h k 0打 k i 1 V H E k E i 1 h-i 4cm,E1 2000M Pa H?cm,E2 1800M Pa En Eo 34.5 MPa h30E H 0.375,得 1500 此时，H 注2.964匕型 10.65 10.65 瑞o.833 熬o.。23查三层连续体系上层底面

23、弯拉应力系数诺莫图得 m P m 7.4.对于石灰粉煤灰土层 三层体系如图所示h1 4cm,E1 1800M Pa h2 6cm,E2 1400MPa h?,E1 1500MPa h3 20cm,E3 1500MPa H 24cm,E2 750M Pa h4 25cm,E3 750M Pa En E0 34.5 MPa E。34.5 MPa h EK hE1 h2审 V E 2 h3-3,J2000 1500 6 J1800 20 30.57cm 1500 n 1 H hk K i 1 0.9浮 750 25cm h 30.57 E2 750 2.870,10.65 E1 1500 h 30.

24、57 E2 750 2.870,10.65 E1 1500 H 25 E2 750 2.347,10.65 E1 1500 0.500查诺谟图得 0.11 Eo 34.5 750 34.5 750 0.046查图得 m1 1.375 0.046查图得 m2 0.85 0.7 0.11 1.375 0.85 0.089MPa 0.301MPa，满足要求。732求层底最大拉应力：由 由 由 m2 mi 0.500,E2 E0 0.500,-E 7.最小防冻厚度验算 该路段路面结构总厚度为 H=4+6+20+25=55cm。公路位于自然区划II3区，由规范查得路面最小防冻厚度为 5565cm，所以该路段路面结构厚度满足最小防冻要求。i hK4(EK：1 V Ei 24cm h 30.57 10.65 H 25 10.65 E。34.5 E2 750 H 2.87 2.347 0.046 h K h1洁h2洁 巨型0.500 巳 1500 n1 1.12 n2 0.38 0.35 P nin2 0.7 0.38 1.12 0.35 0.104 7 n 20 32.11cm h=?E1=1500MPa H=22cm&=750MPa&=34.5 MPa R 0.117M Pa 符合要求