精品路面结构设计及计算.docx
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精品路面结构设计及计算
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
2×80
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。
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)
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
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
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η取0.40,γ=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
后轴
101.6
1
1
760
862.906
黄河JN150
解放CA10B
后轴
60。
85
1
1
1710
32。
143
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
1347。
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
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Ⅲ4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
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)=15cmLS=29.4(0。
01mm)
H(4)=20cmLS=25.9(0。
01mm)
H(4)=19。
1cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H(4)=19。
1cm(第1层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19。
1cm(第2层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19.1cm(第3层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19。
1cm(第4层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19。
1cm(第5层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=19。
1cm(仅考虑弯沉)
H(4)=19。
1cm(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60cm
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4cm
-———-———--—-—-—-----—-—-————---——-————-
中粒式沥青混凝土5cm
--——-——---——-————-—-—---—--——-—-———---—
粗粒式沥青混凝土6cm
-—--—-——-——-—--------—---——-——-—--—---—
石灰粉煤灰碎石20cm
——-—-—-—---————-—-————-————--——--—----—
石灰土30cm
--——-—————-————-——--—-—--—————-----—-—-
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σ
(1)=—0。
224(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=-0。
069(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(3)=-0.042(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=0.123(MPa)
第5层底面最大拉应力σ(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
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)=15cmLS=29.4(0。
01mm)
H(4)=20cmLS=25.8(0。
01mm)
H(4)=19cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H(4)=19cm(第1层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19cm(第2层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19cm(第3层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19cm(第4层底面拉应力验算满足要求)
H(4)=19cm(第5层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H(4)=19cm(仅考虑弯沉)
H(4)=19cm(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60cm
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3cm
——---—----—-—-—---——-—-—-————-----——-——
中粒式沥青玛蹄脂碎石4cm
—-———-——-—--——---———--——————--—-—--—--—
粗粒式沥青玛蹄脂碎石6cm
—---—-—-————--——-——-----—-—----———-—-——
水泥稳定碎石20cm
-—----————--—----—-——-———-——————-———--—
石灰粉煤灰土30cm
——-——-———--—-—-———------——-——-—-—-——-—-
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
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σ
(1)=—0.242(MPa)
第2层底面最大拉应力σ
(2)=—0.129(MPa)
第3层底面最大拉应力σ(3)=-0。
061(MPa)
第4层底面最大拉应力σ(4)=0。
127(MPa)
第5层底面最大拉应力σ(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。