全过程精细讲解路面结构设计及计算.pdf

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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 JN150 150.6 82.6 49 101.6 l 双 单 760 解放 CA10B 80.25 40 19.40 60.85 1 双 单 1710 东风 EQ140 92.90 50.00 23.70 69.20 1 双 单 760 太脱拉 138 211.4 120.00 51.40 2 X 80 2 双 单 132 190 标准轴载 0 100 1 380 7.1轴载分析 路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载 a

2、.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 p 4.35 轴载换算采用如下的计算公式：N C1C2Ni(7.1)P 式中：N 标准轴载当量轴次，次/日 ni 被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 P 标准轴载，KN Pi 被换算车辆的各级轴载，KN K 被换算车辆的类型数 C1 轴载系数，&1 1.2(m 1)，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。2: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 Pi c C2 /Pi 4.35 g n

3、q)黄河JN150 前轴 49 1 6.4 760 218.447 后轴 101.6 1 1 760 814.331 解放CA10B 后轴 60.85 1 1 1710 197.东风EQ140 后轴 69.2 1 1 760 12.930 太脱拉138 前轴 51.4 1 6.4 190 67.239 后轴 80 2.2 1 190 158.350 标准轴载 380 380.000/Pi 4.35 g ni(万)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n 取0.40，丫=4.2%，累计当量轴

4、次:N(1 1 365 Ni(1 0.042)15 1 365 1848.327 0.40 0.042 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 k 8 pi C1C2 n-)i 1 P 式中：c1为轴数系数，c1 1 2(m C2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 Pi c1 C2 G O ni(書)8 黄河 JN150 后轴 101.6 1 1 760 862.906 5484490.次(7.2)(7.3)解放 CA10B 后轴 60.85 1 1 1710 32.143 15（1 0

5、.042%）1 365 1347.313 0.40 3397845次 0.042%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），下面层米用粗粒式密级配沥青混凝土（厚 6cm）。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（20C）与劈裂

6、强度 表 7.4 路面材料技术指标 材料名称 20 C抗压模量（MPa 15 C弯拉模量（Mpa 15 C弯拉强度（Mpa Ep 细粒沥青混凝土 1400 2000 1.4 中粒沥青混凝土 1200 1600 1.0 粗粒沥青混凝土 900 1200 0.8 细粒式沥青 玛蹄脂碎石 1500 1800 1.4 中粒式沥青 玛蹄脂碎石 1300 1700 1 东风 EQ140 后轴 69.2 1 1 760 0.424 太脱拉 138 前轴 51.4 1 1.85 190 1.712 后轴 80 2.2 1 190 70.129 标准轴载 380 380.000 GC2 ni(自8 1347.3

7、13 注：轴载小于50KN的轴载作用不计 t (1)1 365 N,Ne 粗粒式沥青 玛蹄脂碎石 1000 1300 0.8 水泥稳定碎石 1600 1600 0.5 石灰粉煤灰碎石 1500 1500 0.6 一灰土 600 600 0.3 石灰土 550 550 0.25 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 13.2 9.5 AC-10 20 25-40 r中粒式 19 16 AC-16 35 40-60 r粗粒式 31.5 26.5 AC-25 70 70

8、-120 沥青玛蹄 脂碎石混 合料 细粒式 13.2 9.5 SMA-10 25 25-50 中粒式 19 16 SMA-16 40 40-70 粗粒式 31.5 26.5 SMA-25 80 80-120 7.4 土基回弹模量的确定 该路段处于川4区，为粉质土，稠度为 1.05，查相关表的土基回弹模量为 51.5MP&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As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

9、值为：Ld 960Ne0.2AcAsAb 960 5484490 0.2 1.0 1.0 1.0 26.5(0.01mm)(7.4)b.各层材料的容许层底拉应力 sp R 丁 Ks(7.5)(1)细粒式密级配沥青混凝土 0.09 1.0 54844900.22 1.0(3)粗粒式密级配沥青混凝土 0.09 AaNe22 Ks 0 22 0.09 1.1 5484490.1.0 (4)细粒式沥青玛蹄脂碎石 0 22 0.09 1.0 5484490.1.0 (5)中粒式沥青玛蹄脂碎石 K 0.09 AN；22 Ks“KS 0.09AaNe0.22 SP Ks 1.4 2.734 0.5MPa(7

10、.6)2.734 SP KS 1.4 2.734 0.5MPa(7.7)(2)中粒式密级配沥青混凝土 Ks 0.09AaNe22 0.09 1.0 54844900.22 1.0 2.734 SP Ks 1 2.734 0.36MPa 3.01 SP 0.8 Ks 3.01 0.26MPa Ks 0.09AaNe AC 2.734 (6)(9)0 22 0.09 1.0 5484490.2 734 SP R恳 1.0 1 0.36MPa 2.734 粗粒式沥青玛蹄脂碎石 水泥碎石 Ks KS 0.09AaNe22 AC 0.09 54844900.22 3.01 SP 0.8 Ks 3.01

11、0.35Ne0.11 Ac SP 0.5 1.93 1.0 0.26MPa 0.35 54844900.11 0.27MPa 1.93(7.8)石灰粉煤灰碎石 Ks 0.45N；11 0.45 548449O0.11 2.48(7.9)SP 0.6 R 2.48 0.32MPa(10)石灰土 Ks 0.45N：11 AT-0.45 5484490011 2.48 SP 0.25 R 2.48 0.1MPa(11)二灰土 Ks 0.45N；11 Ac 0.45 54844900.11 2.48 SP 0.3 R 2.48 0.12MPa 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

12、公路等级系数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）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 4 1.4 0.51 中粒式沥青混凝土 5 1.0 0.36 粗粒式沥青混凝土 6 0.8 0.26 石灰粉煤灰碎石？0.6 0.32 石灰土 30 0.25 0.1 土基 表 7.6 方案 A 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)=1

13、9.1 cm(H(4)=19.1 cm(H(4)=19.1 cm(H(4)=19.1 cm(H(4)=19.1 cm(路面设计层厚度:第1层底面拉应力验算满足要求）第2层底面拉应力验算满足要求）第3层底面拉应力验算满足要求）第4层底面拉应力验算满足要求）第5层底面拉应力验算满足要求）H(4)=19.1 cm(H(4)=19.1 cm(验算路面防冻厚度 仅考虑弯沉）同时考虑弯沉和拉应力）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

14、式沥青混凝土 6 cm 石灰粉煤灰碎石 20 cm 石灰土 30 cm 十基 表 7.7 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 材料名称 20 C抗压模 量(MPa 15C弯拉模量(Mpa 15C弯拉强度(Mpa 计算信息 细粒沥青混凝土 1400 2000 1.4 计算应力 中粒沥青混凝土 1200 1600 1.0 计算应力 粗粒沥青混凝土 900 1200 0.8 计算应力 石灰粉煤灰碎石 1500 1500 0.6 计算应力 石灰土 550 550 0.25 计算应力 十基 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层路面顶面竣工验收弯沉值 第2层路面顶面竣工验收弯沉值 第3层

15、路面顶面竣工验收弯沉值 第4层路面顶面竣工验收弯沉值 第5层路面顶面竣工验收弯沉值 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 第2层底面最大拉应力 第3层底面最大拉应力 第4层底面最大拉应力 第5层底面最大拉应力 LS=25.9(0.01mm)LS=28.7(0.01mm)LS=32.5(0.01mm)LS=37.2(0.01mm)(T(1)=-0.224(MPa)(T(2)=-0.069(MPa)(T(3)=-0.(MPa)(T(4)=0.123(MPa)万案B：表 7.8 材料名称 H(

16、CM 劈裂强度（MPA）容许拉应力（MPA 细粒式沥青玛蹄脂碎石 3 1.4 0.51 中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 1.0 0.36 粗粒式沥青玛蹄脂碎石 6 0.8 0.26 水泥稳定碎石？0.5 0.27 一灰土 30 0.3 0.12 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(0.01mm)H(4)=19 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度：第1层底面拉应力验算满足要求）第2层底面拉应力验算满足要求）第3层底面拉应力验算满足要求）第4层底面拉应力验算满足要求）第5层底面

17、拉应力验算满足要求）仅考虑弯沉）同时考虑弯沉和拉应力）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 土基H(4)=19 cm(H(4)=19 cm(H(4)=19 cm(H(4)=19 cm(H(4)=19 cm(路面设计层厚度：H(4)=19 cm(H(4)=19 cm(验算路面防冻厚度 水泥稳定碎石 20 cm 石灰粉煤灰土 30 cm 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

18、土基顶面竣工验收弯沉值 表 7.9 材料名称 20 C抗压模 量(MPa 15C弯拉模量(Mpa 15C弯拉强度(Mpa 计算信息 细粒式沥青 玛蹄脂碎石 1500 1800 1.4 计算应力 中粒式沥青 玛蹄脂碎石 1300 1700 1 计算应力 粗粒式沥青 玛蹄脂碎石 1000 1300 0.8 计算应力 水泥稳定碎石 1600 1600 0.5 计算应力 一灰土 600 600 0.3 第1层路面顶面竣工验收弯沉值 第2层路面顶面竣工验收弯沉值 第3层路面顶面竣工验收弯沉值 第4层路面顶面竣工验收弯沉值 第5层路面顶面竣工验收弯沉值 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 第2层底面最大拉应力 第3层底面最大拉应力 第4层底面最大拉应力 第5层底面最大拉应力 7.7方案比选 经分析，A方案路面结构造价低于B方案。同时考虑长期使用效能及本公路 的交通状况，故采用A方案。LS=25.8(0.01mm)LS=27.9(0.01mm)LS=31(0.01mm)LS=35.5(0.01mm)(T(1)=-0.242(MPa)(T(2)=-0.129(MPa)(T(3)=-0.061(MPa)(T(4)=0.127(MPa)