水泥稳定碎石基层沥青路面结构1.docx

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水泥稳定碎石基层沥青路面结构1

水泥稳定碎石基层沥青路面结构

1工程概况

东北地区某高速公路，设计车速100km/小时，设计使用年限15年。

所在地区自然区划属Ⅱ-2区，沥青路面气候分区属2-2区，年均降雨量607毫米，年平均气温11.6℃，月平均气温最低为-3.2℃，月平均气温最高为24.8℃，多年最低气温为-20℃。

2交通参数

交通参数分析详见2.5.2节交通参数示例。

3初拟路面结构方案

结合工程经验，初拟水泥稳定碎石基层沥青路面结构列于表7-3，其中水泥稳定碎石基层厚度分别取340mm、360mm和380mm。

表7-3初拟水泥稳定碎石基层沥青路面结构

结构层

材料类型

厚度（mm）

面层

AC13（SBS改性沥青）

40

AC20（90号道路石油沥青）

60

AC25（90号道路石油沥青）

80

基层

水泥稳定碎石

340/360/380

底基层

级配碎石

180

4路基和结构层材料参数

路基顶面回弹模量

路基为受气候影响的干燥类，土质为低液限黏土。

参考《公路路基设计规范》（JTGD30-2015），低液限黏土路基标准状态下回弹模量取70MPa，回弹模量湿度调整系数ks取0.95，干湿与冻融循环作用折减系数kη取0.80，则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为53MPa，满足规范5.2.2条规定。

级配碎石底基层模量

根据试验测定结果，经湿度调整后，级配碎石底基层模量为300MPa。

水泥稳定碎石基层模量和弯拉强度

根据试验测定结果，水泥稳定碎石材料弹性模量为24000MPa，乘以结构层模量调整系数0.5，水泥稳定碎石基层模量为12000MPa，弯拉强度为1.8MPa。

沥青面层模量

根据试验测定结果，20℃、10Hz时，SBS改性沥青AC13表面层模量为11000MPa，90号道路石油沥青AC20中面层和AC25下面层模量为10000MPa。

泊松比

根据规范表5.6.1，路基泊松比取0.40，级配碎石底基层取0.35，沥青混合料面层和水泥稳定碎石基层取0.25。

5路面结构验算

根据规范表6.2.1，需要验算的设计指标为无机结合料基层层底拉应力和沥青混合料层永久变形；项目处于季节性冻土地区，由规范B.5.1条的规定，还需进行低温开裂指数验算。

水泥稳定碎石基层层底应力

根据结构层厚度和力学参数，采用弹性层状体系理论，计算得到水泥稳定碎石基层厚度为340mm、360mm和380mm时的层底拉应力，列于表7-4。

表7-4水泥稳定碎石基层层底拉应力计算结果

水泥稳定碎石基层厚度（mm）

拉应力（MPa）

340

0.269

360

0.251

380

0.236

根据规范表3.0.1，高速公路目标可靠指标β取1.65。

根据气象资料，工程所在地区冻结指数F为242℃·日，按照表B.1.1内插，季节性冻土地区调整系数ka取0.95。

根据规范式（B.2.1-2），当水泥稳定碎石基层厚度为340mm、360mm和380mm，现场综合修正系数kc分别为-1.201、-1.239和-1.271。

根据工程所在地区，查规范表G.1.2得到基准路面结构温度调整系数

=1.16。

根据表7-3初拟路面结构和路面结构层材料参数，按规范式（G.1.3-1）计算得到水泥稳定碎石厚度为340mm、360mm和380mm时，路面结构的温度调整系数kT2分别为1.25、1.22和1.19。

由规范表B.2.1-1，疲劳开裂模型参数a=13.24，b=12.52。

根据以上参数，按规范式（B.2.1-1）计算不同基层厚度时水泥稳定碎石基层疲劳开裂寿命，列于表7-5。

由2.5.2节交通参数示例，对应于无机结合料层层底拉应力的当量设计轴载累计作用次数为1.51×109次，水泥稳定碎石基层厚度为360mm时，基层疲劳开裂寿命可满足设计要求，故基层底页二，必须包含以下内容，除此之外学生可灵活书写：

学生在教师指导下，书写以下内容：

（一）实习目录：

实习内容条理总述

（二）前言：

说明实习的目的、任务、过程。

概述本次实习课程的性质、任务，××专业班级在××地方（主要场地）进行了多长时间的××实习教学等内容。

（三）实习目的在测量的过程中,所得数据不可能完全没有错误,我们应该不气馁,坚持重测、重新计算,一次次地练习,一次次得提高测量水平,不断在教训中获得宝贵经验.在这里要感谢老师的指导,实训之初,我们遇到了各种各样的困难,多亏的老师的耐心讲解,才使我们解决了不少测量中的难题.

通过实际的测量实训,让我学到了很多实实在在的东西,主要是熟悉了水准仪、全站仪的用途及其使用方法,掌握了仪器的检验和校正方法等.最重要的是在很大程度上提高了对仪器的实际操作能力,巩固了理论教学知识的同时,也拓展了与同学之间的交际合作的能力

首先,通过实际操作,我基本掌握了课堂所学的测量学知识,知道如何正确使用水准仪、全站仪测量距离、角度、高差等.既然是要测量就离不开实践.实践是对测量学知识的最好检验,只凭在课堂上的听课,我并没有掌握很多具体知识,尤其是对仪器的使用更是一塌糊涂.

当第一天开始测量的时候,我的心里还一阵发愁,当真正接触的时候,发现其实并没有想象中难,听别人一说或者翻阅一下课本,然后自己动手操作一遍,就基本掌握了方法.但要想提高效率和测量精度,则需要经过不断地操作练习了.

其次,我懂得了做任何事情都要认真细致,不能有丝毫的马虎,特别是在使用全站仪这样精密的仪器时,更要做到精益求精.

因为稍有差错就可能导致数据的偏差很大,更会导致以后其它点的测量出错,最终导致数据计算的错误,比如我们刚开始测量角度时,一个基准点没有瞄准,导致一个角度偏小,然后角度的闭合差也不符合要求,经过校验,才发现问题出在哪儿。

（1）实验仪器的整平对实验数据的误差有很大的影响；

（2）水准测量和水平角测量均需检查闭合差,超过差限则一定要重新测；

（3）要注意计算问题,计算最好由两个人完成,一个初步的计算,一个检验,不过,在此过程当中,也还是出现了计算错误的问题,我们在不断的重复检验之中算出了正确的数值,尽量让误差减少到了最少.。

通过这次实训,让我体会到了团队精神的重要性,也认识到测量学的严谨性,无论是少了中间的哪一环都无法完成任务,任何一个步骤、环节,都少不了,也出不得错,一步错步步错,因此,测量学才有“从整体到局部、先控制后碎部”的工作原则,并要求做到“步步有检核”.当然,搞好测量既离不开团队的合作,也离不开我们每个人的努力.。

就整个测量实训来说,我们从中学到了不少知识,不过这其中也反映出了我们还有许多的不足,希望在以后的学习中不断吸取经验教训,逐一克服,不断提高我们的测量水平。

与该门实习课程教学大纲（或实习教学任务书、指导书）要求一致。

（四）实习内容

叙述测量的顺序、方法、精度要求、计算成果及示意图等。

分项记录本次实习教学的全部内容，每一项含原理、操作过程、结果等。

（五）实习心得

介绍实习中遇到的技术问题、处理方法、对实习的意见和建议等。

学生个人做本次实习的总结。

（四）成绩评定

1、考核的依据是

实习中的表现，出勤情况，对所学知识的掌握程度，实际作业技能的熟练程度，分析和解决问题的能力，完成任务的质量，所交成果资料及仪器工具保护的情况、实习报告的编写水平等。

2、考核的方式有

在实习中了解学生的操作情况，进行口试质疑、笔试或操作演示等。

3、说明

凡违反实习纪律或缺勤累计达到或超过2天、实习中发生吵架事件、损坏仪器工具几其他公物、未按时上交成果资料和实习报告，抄袭他人成果、伪造成果等，只要符合其中一项，则本次实习成绩均作不及格处理。

四、实习期间小组长的责任：

1、实习期间的各项工作以小组为单位进行。

组长要切实负责．合理安排，使每人都有练习的机会，组员之间应团结协作，密切配合，以确保实习任务顺利完成。

①随时掌握小组的实习进度，在规定时间内必须完成任务，没有完成任务，就没有实习成绩。

②带领小组成员，搞好团结，服从统一安排，决不能随心所欲，无组织无纪律，保证每个同学认真参加实习，学习知识，以达到有效的实习目的。

③实习期间，负责保管好小组的各项实习资料，不得丢失，实习完后，负责收集和上交全部资料（包括小组成员个人上交资料）。

④负责受护好小组所使用的各种仪器和工具，不得损坏和丢失。

⑤负责本小组成员的考勤，严格作好详细记录，以备老师随时检查。

2、实习过程中应严格遵守相关规定。

3、每天出测前和收工时都应清点仪器工具，检查是否带齐或遗失。

每天晚自修时间应检查当天外业观测数据井进行内业计算。

每一阶段性工作完成后，要及时收还仪器工具，整理成果资料。

4、严格遵守实习纪律。

病假需有医生证明，事假应经教师批准。

禁止下水游泳，严禁在外宿夜，遵重当地风俗，搞好群众关系；爱护花木、农作物和公共财产．注意饮食和环境卫生。

五、实习纪律：

①测量仪器，是测量人员的武器，不得损坏，不得丢失，仪器安置好，任何时候都不能离人，即任何时候都有人在仪器面前，认真看守或者操作。

严格遵守操作规程。

安置仪器，脚架螺旋和中心螺旋要上紧，但也不能过紧，过紧了就会损坏螺旋。

②没有照准目标之前，仪器两个制动制螺旋都是放松的，只有当照准目标后，制动螺旋才能制紧，但观测完毕，应该立即把制动螺旋放松。

当要准备测量、照准目标时，首先检查制动螺旋是否是放松的，然后才能转动照准部和望远镜进行观测。

③制紧制动螺旋要有轻重感。

即制紧又不能过紧，但又不能不紧。

没有制紧，转动微动螺旋不起作用。

不能制紧制动螺旋后，用手转动照准部或望远镜试紧，只能转动微动螺旋试紧。

④实习是严肃的，不准嬉戏打闹，更不准在安置好的仪器面前嬉戏打闹。

⑤中午吃饭，按规定应交回仪器保管室，如考虑怕完不成任务，可中午小组安排轮流吃饭，留人继续工作或者留人看守好仪器，不准把仪器带回学生宿舍。

更不准不收仪器或者仪器收了装入箱内丢弃无人看守，如有仪器损坏，由看守人员负责。

⑥仪器箱子不准坐人，仪器不能淋雨和太阳曝晒，大太阳天要撑伞保护好仪器。

⑦实习过程中谁损坏仪器和工具，谁负责赔偿，或者负责修理全部费用。

如出现了损坏仪器，小组负责落实到人，否则小组共同负责。

⑧为了正常的保证实习秩序和纪律，实习期间辅导老师不批假。

如有特殊情况，必须持班级辅导员签字或学生处盖章的请假条，否则按旷课处理。

⑨实习期间，辅导老师不定时的点名，点名不在场均作旷课处理。

⑩学校绿化花园草地，是学校环境优雅的象征，全校师生员工都有责任保护和爱护，不许以任何情况，任何理由加以践踏损坏。

在实习期间请同学们尤其注意这一点。

厚度取360mm。

表7-5水泥稳定碎石基层疲劳开裂寿命

水泥稳定碎石基层厚度（mm）

疲劳开裂寿命（次）

340

1.29×109

360

1.59×109

380

1.95×109

沥青混合料层永久变形量

在试验温度为60℃，压强为0.7MPa，加载次数为2520次时，三种沥青混合料车辙试验变形深度R0见表7-6。

表7-6沥青混合料R0取值（mm）

材料类型

车辙试验总变形深度R0

改性沥青AC13

2.5

道路石油沥青AC20

5.0

道路石油沥青AC25

5.1

查规范表G.1.2，基准等效温度Tξ=18.2℃，带入Tξ和沥青混合料层厚度ha=180mm，由规范式（G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为21.1℃。

根据规范B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为七个分层：

40mm改性沥青AC13表面层，分为10mm+15mm+15mm，共三层；

60mm道路石油沥青AC20中面层，分为20mm+20mm+20mm，共三层；

80mm道路石油沥青AC25下面层，作为一层。

分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力，以上七个分层应力分别标识为p1~p7，结果列入表7-7。

表7-7不同分层顶部压应力计算结果（MPa）

p1

p2

p3

p4

p5

p6

P7

0.70

0.70

0.69

0.67

0.62

0.55

0.48

根据规范式（B.3.2-3）和式（B.3.2-4），ha=180mm时d1=-4.15，d2=0.66。

根据以上分层方法和规范式（B.3.2-2）规定的取值规则，至上而下各分层的中点深度取值分别为15mm、17.5mm、32.5mm、50mm、70mm、90mm和140mm，根据d1和d2的计算结果，带入规范式（B.3.2-2），可得到七个分层的永久变形修正系数取值如表7-8，分别以kR1~kR7表示。

表7-8各分层修正系数kRi计算结果

kR1

kR2

kR3

kR4

kR5

kR6

kR7

3.80

4.57

7.11

7.36

6.22

4.74

1.94

由2.5.2节交通参数示例，对应于沥青混合料层永久变形量的当量设计轴载累计作用次数为2.15×107次。

根据以上参数，采用规范式（B.3.2-1）计算各分层永久变形量，分别以Ra1~Ra7表示，第1层至第7层的永久变形量分别为Ra1=0.6mm，Ra2=1.0mm，Ra3=1.6mm，Ra4=4.1mm，Ra5=3.0mm，Ra6=1.8mm，Ra7=2.4m。

各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量，

=14.6（mm），满足规范表3.0.6-1容许变形量的要求。

根据规范式（B.3.4）和表7-6所列车辙试验变形深度R0计算沥青混合料的动稳定度，取整后列于表7-9，满足规范5.5.7条规定

表7-9沥青混合料动稳定度（次/mm）

材料类型

动稳定度

改性沥青AC13

2410

道路石油沥青AC20

860

道路石油沥青AC25

840

路面低温开裂指数

根据气候条件，所在地区低温设计温度T为-20℃。

根据规范式（B.5.1），路基填料为低液限粘土，路基类型参数b=2。

表面层改性沥青的-10℃条件下弯曲梁流变试验的劲度模量St为300Mpa。

沥青混合料层厚度ha=180mm。

将上述参数带入规范式（B.5.1），低温开裂指数CI=1.7，满足规范3.0.6条对低温开裂指数的要求。

6路基顶面和路表验收弯沉值

根据规范B.7节，确定路基顶面和路表验收弯沉值时，荷载与落锤式弯沉仪相同，荷载盘半径为150mm，荷载为50kN。

路基标准状态下回弹模量取70MPa，回弹模量湿度调整系数ks取0.95，则平衡湿度状态下的回弹模量为66MPa，采用弹性半空间体理论计算得到路基顶面验收弯沉值lg为248.1（0.01mm）。

采用表7-3拟定的路面结构以及各层结构模量值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模型乘以模量调整系数kl（kl=0.5），为33MPa，根据弹性层状体系理论计算得到路表验收弯沉值la为24.7（0.01mm）。

7设计结论

综合以上分析，满足无机结合料层疲劳开裂、沥青混合料容许永久变形量和沥青面层低温开裂要求的路面结构设计结果汇总如下：

表7-10沥青路面结构组合与结构层模量

结构层

材料类型

厚度（mm）

结构层模量（MPa）

面层

AC13（SBS改性沥青）

40

11000

AC20（90号道路石油沥青）

60

10000

AC25（90号道路石油沥青）

80

10000

基层

水泥稳定碎石

360

12000

底基层

级配碎石

180

300

路基

53

水泥稳定碎石材料90d弯拉强度不小于1.8MPa，并宜不大于2.0MPa。

表面层改性沥青低温性能应满足规范5.5.5条的规定。

沥青混合料低温弯曲试验的破坏应变应符合规范表5.5.6的有关规定。

改性沥青AC13动稳定度不小于2400次/mm，道路石油沥青AC20动稳定度不小于800次/mm，道路石油沥青AC25动稳定度不小于800次/mm。

沥青混合料的贯入强度宜符合规范5.5.8条的规定。

沥青混合料的水稳定性要求应符合规范5.5.10条的有关规定。

设计沥青路面结构的路基顶面验收弯沉值为248.1（0.01mm），路表验收弯沉值为24.7（0.01mm）。

（其他要求从略）

算例2：

级配碎石基层沥青路面结构

1工程概况

华中地区某二级公路，全长60公里，设计车速80km/小时，设计年限12年。

所在地区为暖温带大陆性气候，自然区划属Ⅱ-5区，沥青路面气候分区属1-3区，年均降雨量641毫米，年平均气温14.3℃，月平均气温最低0.1℃，月平均气温最高27.5℃。

2交通参数

交通参数分析详见2.5.3节交通参数示例。

3初拟路面结构方案

结合工程经验，初拟路面结构见表7-11，沥青混合料层厚度分别为100mm、120mm和140mm。

表7-11初拟级配碎石基层沥青路面结构

结构层

材料类型

厚度（mm）

面层

AC13（90号道路石油沥青）

40

AC25（90号道路石油沥青）

60/80/100

基层

级配碎石

300

底基层

级配碎石

200

4路基和结构层材料参数

路基顶面回弹模量

参考《公路路基设计规范》（JTGD30-2015），粘土质砂路基标准状态下的回弹模量取75MPa，湿度调整系数ks取1.1，干湿与冻融循环作用折减系数kη取0.85，则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为70Mpa，满足规范5.2.2条规定。

级配碎石层模量

根据规范表5.3.8，经湿度调整后，级配碎石基层模量取500MPa，级配碎石底基层模量取300MPa。

沥青混合料层模量

根据规范表5.5.11，20℃、10Hz时，90号道路石油沥青AC13表面层模量取9000MPa，AC25下面层模量取10000MPa。

泊松比

根据规范表5.6.1，路基泊松比取0.40，沥青混合料层泊松比取0.25，级配碎石基层和底基层泊松比取0.35。

5路面结构验算

根据规范表6.2.1，需要验算的设计指标为沥青混合料层层底拉应变，沥青混合料层永久变形量和路基顶面竖向压应变。

沥青混合料层层底拉应变

采用弹性层状体系理论，计算沥青混合料层厚度为100mm、120mm和140mm时，沥青混合料层层底拉应变，结果列于表7-12。

表7-12沥青混合料层层底拉应变计算结果

沥青混合料层厚度（mm）

拉应变（με）

100

119.6

120

103.9

140

91.3

根据规范表3.0.1，二级公路目标可靠指标β取1.04。

工程所在地区不是季节性冻土地区，根据规范表B.1.1，季节性冻土地区调整系数ka取1.0。

根据工程所在地区，查规范表G.1.2得到基准路面结构温度调整系数为1.18，按规范式（G.1.3-1）计算沥青混合料层厚度分别为100mm、120mm和140mm时，温度调整系数kT1分别为1.01、1.05和1.08。

根据常用AC25型混合料的配合比设计情况，沥青饱和度VFA取65%。

根据以上参数，按规范式（B.1.1-1）计算不同沥青混合料层厚度时沥青混合料层疲劳开裂寿命见表7-13。

由2.5.3节交通参数示例，对应于沥青层混合料层层底拉应变的当量设计轴载累计作用次数为7.5×106次，沥青混合料层厚度取120mm时沥青混合料层疲劳开裂寿命可满足要求，故面层厚度取120mm。

表7-13沥青混合料层疲劳开裂寿命

沥青混合料层厚度（mm）

疲劳开裂寿命（次）

100

6.01×106

120

9.63×106

140

1.44×107

沥青混合料层永久变形量

在试验温度为60℃，压强为0.7MPa，加载次数为2520次时，三种沥青混合料车辙试验变形深度R0，见表7-14。

表7-14沥青混合料R0取值（mm）

材料类型

车辙试验总变形深度R0

改性沥青AC13

4.5

道路石油沥青AC25

4.5

查规范表G.1.2，基准等效温度Tξ=20.9℃，带入Tξ和沥青混合料层厚度ha=120mm，由规范式（G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为22.8℃。

根据规范B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为七个分层：

40mm道路石油沥青AC13表面层，分为10mm+15mm+15mm，共三层；

80mm道路石油沥青AC25下面层，分为20mm+20mm+20mm+20mm，共四层。

分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力，以上七个分层应力分别标识为p1~p7，结果列入表7-15。

表7-15不同分层顶部压应力计算结果（MPa）

p1

p2

p3

p4

p5

p6

P7

0.70

0.69

0.66

0.59

0.47

0.33

0.21

根据规范式（B.3.2-3）和式（B.3.2-4），ha=120mm时d1=-6.63，d2=0.73。

根据以上分层方法和规范式（B.3.2-2）规定的取值规则，至上而下各分层的中点深度取值分别为15mm、17.5mm、32.5mm、50mm、70mm、90和110mm，根据d1和d2的计算结果，带入规范式（B.3.2-2），可得到七个分层的永久变形修正系数取值如表7-16，分别以kR1~kR6表示。

表7-16各分层修正系数kRi计算结果

kR1

kR2

kR3

kR4

kR5

kR6

kR7

2.90

3.84

7.08

7.67

6.62

5.10

3.68

由2.5.3节交通参数示例，对应于沥青混合料层永久变形量的当量设计轴载累计作用次数为7.5×106次。

根据以上参数，，采用规范式（B.3.2-1）计算七个分层的永久变形量，分别以Ra1~Ra7表示，第1层至第7层的永久变形量分别为Ra1=0.6mm，Ra2=1.2mm，Ra3=2.0mm，Ra4=2.4mm，Ra5=1.3mm，Ra6=0.5mm，Ra7=0.2mm。

各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量，

=8.2（mm），满足规范表3.0.6-1容许变形量的要求。

根据规范式（B.3.4）和表7-14所列车辙试验变形深度R0计算沥青混合料的动稳定度，取整后列于表7-17，满足规范5.5.7条规定

表7-17沥青混合料动稳定度技术要求（次/mm）

材料类型

动稳定度

道路石油沥青AC13

1010

道路石油沥青AC25

1010

路基顶面竖向压应变

根据工程所在地区，查规范表G.1.2得到基准路面结构温度调整系数为1.02，根据初拟路面结构和路面结构层材料参数，按规范式（G.1.3-1）计算得到温度调整系数kT3为0.91。

由2.5.3节交通参数示例，对应于路基顶面竖向压应变的当量设计轴载累计作用次数为1.27×107次。

根据以上参数，按规范式（B.4.1），路基顶面容许竖向压应变值εz为323.5με。

采用弹性层状体系理论，计算沥青混合料层厚度为120mm时，路基顶面竖向压应变为244.1με，满足路基顶面容许竖向压应变要求。

6路基顶面和路表验收弯沉值

根据规范B.7节，确定路基顶面和路表验收弯沉值时，荷载与落锤式弯沉仪相同，荷载盘半径为150mm，荷载为50kN。

路基标准状态下的回弹模量取75MPa，湿度调