瀝青路面設計示例.doc

4.1 瀝青路面設計瀝青路面結構設計采用兩種結構，一種為半剛性基層的瀝青路面結構，另一種為柔性基層的瀝青混凝土路面結構。兩種路面結構的面層采用SMA表面層。4.1.1半剛性基層的瀝青路面結構計劃修建一條四車道的一級公路，在使用期內(nèi)交通量的年平均增長率為5.5%，該地段處于5區(qū)，為粘質(zhì)土，稠度取1.05。 表 4-1 第一年的交通預測組成表序號車型名稱前軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)交通量（次/日）1解放CA5028.768.21雙輪組13502北京BJ13013.5527.21雙輪組24003東風EQ14023.769.21雙輪組11004黃河JN15049101.61雙輪組5005日野KB22250.2104.31雙輪組1400一. 軸載分析1）.路面設計以雙輪組-單軸載為100KN為標準軸載，以BZZ100表示。標準軸載的計算參數(shù)按表（3.0.3）確定。表4-2 標準軸載計算參數(shù)標準軸載BZZ-100標準軸載BZZ-100標準軸載P(KN)100單輪傳壓面當量圓直徑d(cm)21.3輪胎接地壓強p(Mpa)0.70兩輪中心距（cm）1.5d1. 當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡軸載大于25KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸）的作用次數(shù)，均按公式（3.0.3-1）換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)。式中：N-標準軸載的當量軸次，次/日；-被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日；p-標準軸載，KN;-被換算車輛的各級軸載，KN;k-被換算車輛的類型數(shù)；-軸載系數(shù)；-輪組系數(shù)； 計算結果如下表表4-3當量軸次計算車 型（KN）解放CA50前軸28.716.4135037.87后軸68.2111350255.44北京BJ130后軸27.21124008.3東風EQ140后軸69.2111100223.1黃河JN150前軸4916.4500144后軸101.611500535.7日野KB222前軸50.216.41400447.36后軸104.31114001681.43347注：軸載小于25KN的軸載作用不計。 累計當量軸次根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范 JTJ 01497.查表3.0.2得一級公路瀝青混凝土路面設計年限取15年。查表3.0.4-1得四車道系數(shù)是0.4-0.5，取0.4。累計當量軸次：設計時按公式（3.0.4-1） 式中： -設計年限內(nèi)的累計當量軸次，次；-設計年限內(nèi)交通量的年平均增長率；-設計的初期年平均交通量；-輪跡橫向分布系數(shù)。2.當進行半剛性基層層底拉應力驗算時，凡軸載大于50KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸）的作用次數(shù)，均按公式（3.0.3-3）換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)。 計算結果如下表表4-4當量軸次計算車 型（KN）解放CA50后軸68.211135063.18東風EQ140后軸69.211110057.842黃河JN150后軸101.611500567.7日野KB222前軸50.216.4140036.14后軸104.31114001960.72786注：軸載小于50KN的軸載作用不計 累計當量軸次根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范 JTJ 01497.查表3.0.2得一級公路瀝青混凝土路面設計年限取15年。查表3.0.4-1得四車道系數(shù)是0.4-0.5，取0.4。累計當量軸次：設計時按公式（3.0.4-1） 二. 路面結構計算1. 路面結構方案擬定及材料選擇由上述計算得到設計年限內(nèi)一個車道上的累計標準軸載約1000萬次左右。根據(jù)規(guī)范擬定二個路面結構方案并進行比選。方案一，路面結構采用瀝青混凝土15cm（其中，SMA-16瀝青瑪蹄脂表面層4cm,AC-20中粒式混凝土中面層5cm，AC-25粗粒式瀝青混凝土底面層6cm）基層采用5%的水泥穩(wěn)定碎石，厚度待定，墊層采用石灰穩(wěn)定土15cm.方案二.路面結構采用瀝青混凝土10cm（其中，SMA-16瀝青瑪蹄脂表面層4cm,AC-20中粒式混凝土中面層6cm）瀝青穩(wěn)定碎石基層16cm，底基層采用5%的水泥穩(wěn)定碎石，厚度待定。方案一 方案二.2. 各層材料的抗壓模量與劈裂強度確定查附錄表D1、表D2得各層材料的抗壓模量和劈裂強度。抗壓模量取的模量，各值均取規(guī)范中所給定范圍的中值，因而得到的抗壓模量，見下表。表4-5材料參數(shù)抗壓模量劈裂強度SMA-1614001.4AC-2012001.0Ac-2510001.1水泥穩(wěn)定碎石15000.5石灰土3500.2253. 土基回彈模量的確定該地段處于5區(qū)為粘土，稠度為1.05 查表E2的二級自然區(qū)劃各土基回彈模量參考值Mpa取為40Mpa.4. 設計指標的確定 對于一級公路規(guī)范要求以設計彎沉值作為設計指標，并進行結構層層底拉應力驗算。該公路為一級公路，公路等級系數(shù)取1.0，瀝青混凝土面層，面層類型系數(shù)取1.0，對半剛性基層、底基層的總厚度等于或大于20cm時取1.0。路面設計彎沉值采用公式（7.0.2）計算確定 式中：-路面設計彎沉值，0.01mm； 各層材料容許底層拉應力，按公式（7.0.3-1）計算對瀝青混凝土面層：式中：-瀝青混凝土級配類型系數(shù)，細、中粒式瀝青混凝土為1.0，粗粒式瀝青混凝土為1.1；對無機結合料穩(wěn)定集料類：式中：-抗拉強度結構系數(shù)；對無機結合料細粒式類：SMA-16 瀝青瑪蹄脂：式中：-路面結構材料的容許拉應力，Mpa；AC-20 密級配中粒式瀝青混凝土：AC-25 密級配粗粒式瀝青混凝土：水泥穩(wěn)定碎石：石灰土： 計算資料匯總設計彎沉值為23.5（0.01mm）。相關設計資料匯總如下表表4-6設計資料匯總材料名稱H/(cm)模量（Mpa）容許拉應力（Mpa）SMA-16414000.44AC-20512000.31AC-25610000.23水泥穩(wěn)定碎石？15000.25石灰土153500.09土基-40-5. 路面結構厚度計算 路面結構計算體系及公式表4-7路面結構計算路面結構層（n=6）換算三層體系換算公式表面層 中面層 底面層 基層 墊層 土基 綜合修正系數(shù)FF按公式（7.0.5-3）計算令，式中：-路面實測彎沉值，0.01mm；-土基回彈模量；-標準車輛輪胎接地壓強（Mpa）和當量圓半徑： 理論彎沉系數(shù)式中： 求H由， 查得三層體系表面彎沉系數(shù)諾模圖，得： 又由， 查得三層體系表面彎沉系數(shù)諾模圖，得：則；查三層體系表面彎沉系數(shù)諾模圖，則 確定水泥穩(wěn)定碎石厚度 取6. 層底拉應力驗算：將六層體系路面結構換算成三層體系，按彎拉應力等效原理進行換算，見表4-8。 中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 SMA-16: 由， 查得三層體系上層層底面拉應力系數(shù)諾模圖，得：為負值，結構層受壓。同理，AC-20,AC-25 瀝青混凝土均受壓。水泥穩(wěn)定碎石：表4-8層底拉應力驗算路面結構層（n=6）驗算層換算三層體系換算公式表面層 中面層 底面層 基層 墊層 土基 上層底面（第i 層in-1) 中層底面（I=n-1） 由， ， 查得三層體系上層層底面拉應力系數(shù)諾模圖，得：石灰土：h=49.0819cm cm由， ， 查得三層體系上層層底面拉應力系數(shù)諾模圖，得：故：上述計算滿足設計要求。計算機軟件計算結果附后。*新建路面設計成果文件匯總*軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算序號 車型名稱 前軸重(kN) 后軸重(kN) 后軸數(shù) 后軸輪組數(shù) 交通量（次/日） 1 黃河JN150 49 101.6 1 雙輪組 500 2 日野KB222 50.2 104.3 1 雙輪組 1400 3 解放CA50 28.7 68.2 1 雙輪組 1350 4 東風EQ140 23.7 69.2 1 雙輪組 1100 5 北京BJ130 13.55 27.2 1 雙輪組 2400 設計年限 15 車道系數(shù) 0.4 交通量平均年增長率 5.5 當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時 :路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 3347 設計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 1.095026E+07 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時 :路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 2786 設計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 9114858 公路等級 一級公路公路等級系數(shù) 1 面層類型系數(shù) 1 基層類型系數(shù) 1 路面設計彎沉值 : 23.5 (0.01mm)層位 結 構 層 材 料 名 稱 劈裂強度(MPa) 容許拉應力(MPa) 1 中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 1.4 0.44 2 中粒式瀝青混凝土 1 0.31 3 粗粒式瀝青混凝土 0.8 0.23 4 水泥穩(wěn)定碎石 0.5 0 .25 5 石灰土 0.225 0.09 新建路面結構厚度計算 公 路 等 級 : 一級公路 新建路面的層數(shù) : 5 標 準 軸 載 : BZZ-100 路面設計彎沉值 : 23.5 (0.01mm) 路面設計層層位 : 4 設計層最小厚度 : 15 (cm) 層位 結構層材料名稱 厚度(cm) 抗壓模量(MPa) 抗壓模量(MPa) 容許應力(MPa) (20) (15) 1 中粒式瀝青瑪蹄脂混合料 4 1400 2000 0.44 2 中粒式瀝青混凝土 5 1200 1600 0 .31 3 粗粒式瀝青混凝土 6 1000 1200 0.23 4 水泥穩(wěn)定碎石 ? 1500 1500 0.25 5 石灰土 15 350 350 0.09 6 土基 40 按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 23.5 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 26.1 (0.01mm) H( 4 )= 35 cm LS= 23.1 (0.01mm) H( 4 )= 34.3 cm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力驗算設計層厚度 : H( 4 )= 34.3 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 34.3 cm(第 5 層底面拉應力驗算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 4 )= 34.3 cm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 34.3 cm(同時考慮彎沉和拉應力) 通過對設計層厚度取整, 最后得到路面結構設計結果如下: - 中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 4 cm - 中粒式瀝青混凝土 5 cm - 粗粒式瀝青混凝土 6 cm - 水泥穩(wěn)定碎石 35 cm - 石灰土 15 cm - 土基 竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算 公 路 等 級 : 一級公路 新建路面的層數(shù) : 5 標 準 軸 載 : BZZ-100 層位 結構層材料 稱 厚度(cm) 抗壓模量(MPa) 抗壓模量(MPa) 計算信息 (20) (15) 1 中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 4 1400 2000 計算應力 2 中粒式瀝青混凝土 5 1200 1600 計算應力 3 粗粒式瀝青混凝土 6 1000 1200 計算應力 4 水泥穩(wěn)定碎石 35 1500 1500 計算應力 5 石灰土 15 350 350 計算應力 6 土基 40 計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 23.1 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 25.4 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 28.7 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 32.9 (0.01mm)第 5 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 209.8 (0.01mm) 土基頂面竣工驗收彎