2022年2022年路面结构设计及计算[] .pdf

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 51.40 280 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. 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：35. 421PPNCCNii（7.1 ）式中： N 标准轴载当量轴次，次/ 日in被换算车辆的各级轴载作用次数，次/ 日 P标准轴载， KN ip被换算车辆的各级轴载，KN K被换算车辆的类型数1c轴载系数，) 1(2.111mc，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。2c： 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ip1c2cin35.421)(Ppnccii名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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 197.029 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 35.421)(Ppnccii1848.327 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范，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：13651)1(NNte次）（.5484490042.040.0327.18483651042.0115 (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8121)(kiiiPpnccN (7.3) 式中：1c为轴数系数，)1(211mc2c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ip1c2cin821)(Ppnccii黄河JN150 后轴101.6 1 1 760 862.906 解放CA10B 后轴60.85 1 1 1710 32.143 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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380 380.000 821)(Ppnccii1347.313 注：轴载小于 50KN的轴载作用不计。13651)1(NNte次3397845%042.040.0313.13473651%)042.01(157.2 结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为700 万次左右，根据规范推荐结构，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 ） 。规范规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成，查规范，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（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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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 二灰土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 中粒式19 16 AC-16 35 40 -60 粗粒式31.5 26.5 AC-25 70 70 - 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 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， 规范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sA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：bscedAAANL2. 0960)01. 0(5.260. 10.10. 154844909602 .0mm (7.4) b. 各层材料的容许层底拉应力sspRK (7.5) （1）细粒式密级配沥青混凝土名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 10 页 - - - - - - - - - ceaSANAK22.009. 0 (7.6) 734.20.154844900.109.022.0aSSPRMPK5 .0734. 24.1 (7.7) （2）中粒式密级配沥青混凝土ceaSANAK22. 009.0734.20.154844900.109.022.0aSSPRMPK36.0734.21（3）粗粒式密级配沥青混凝土ceaSANAK22. 009.001.30 .154844901.109.022. 0aSSPRMPK26. 001.38 .0（4）细粒式沥青玛蹄脂碎石ceaSANAK22.009. 0734.20.154844900.109.022.0aSSPRMPK5 .0734. 24.1（5）中粒式沥青玛蹄脂碎石ceaSANAK22. 009.0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 10 页 - - - - - - - - - 734.20.154844900.109.022.0aSSPRMPK36.0734.21（6）粗粒式沥青玛蹄脂碎石ceaSANAK22. 009.001.30 .154844901.109.022. 0aSSPRMPK26. 001.38 .0（7）水泥碎石93. 1548449035.035.011. 011.0ceSANK (7.8) aRSPRMP27. 093.15 .0（9）石灰粉煤灰碎石48.2548449045. 045.011. 011. 0ceSANK (7.9) aRSPRMP32.048. 26.0（10）石灰土48.2548449045. 045.011. 011. 0ceSANKaRSPRMP1 .048. 225. 0（11）二灰土48.2548449045. 045.011. 011. 0ceSANKaRSPRMP12.048. 23 .0名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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 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 )= 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改, 最后得到路面结构设计结果如下: 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 10 页 - - - - - - - - - - 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) 第 3 层底面最大拉应力( 3 )=-0.042 (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：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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 二灰土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 : 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 - 土基名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 10 页 - - - - - - - - - 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 计算应力二灰土600 600 0.3 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 (0.01mm) 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 )=-0.242 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力( 2 )=-0.129 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力( 3 )=-0.061 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力( 4 )= 0.127 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力( 5 )= 0.085 (MPa) 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 10 页 - - - - - - - - -