(全過程精細(xì)講解)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算

.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算表7.1 交通量組成表車 型總重(KN)載重(KN)前軸重(KN)后軸重(KN)后軸數(shù)后輪輪組數(shù)前輪輪組數(shù)軸 距(cm)交通量黃河JN150150.682.649101.6l雙單760解放CA10B80.254019.4060.851雙單1710東風(fēng)EQ14092.9050.0023.7069.201雙單760太脫拉138211.4120.0051.402802雙單132190標(biāo)準(zhǔn)軸載010013807.1 軸載分析路面設(shè)計(jì)以雙軸組單軸載100KN作為標(biāo)準(zhǔn)軸載a.以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次。（1）軸載換算軸載換算采用如下的計(jì)算公式： （7.1）式中： N 標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次，次/日 被換算車輛的各級(jí)軸載作用次數(shù)，次/日 P標(biāo)準(zhǔn)軸載，KN 被換算車輛的各級(jí)軸載，KN K被換算車輛的類型數(shù) 軸載系數(shù)，m是軸數(shù)。當(dāng)軸間距離大于3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算；當(dāng)軸間距離小于3m時(shí)，應(yīng)考慮軸數(shù)系數(shù)。 ：輪組系數(shù)，單輪組為6.4,雙輪組為1，四輪組為0.38。軸載換算結(jié)果如表所示：表7.2 軸載換算結(jié)果表車型黃河JN150前軸4916.4760218.447 后軸101.611760814.331 解放CA10B后軸60.85111710197. 東風(fēng)EQ140后軸69.21176012.930 太脫拉138前軸51.416.419067.239 后軸802.21190158.350 標(biāo)準(zhǔn)軸載380380.000 1848.327 注：軸載小于25KN的軸載作用不計(jì)。（2）累計(jì)當(dāng)量軸數(shù)計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)，一級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為15年，四車道的車道系數(shù)取0.40， =4.2 %，累計(jì)當(dāng)量軸次： (7.2)驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力的累計(jì)當(dāng)量軸次b.軸載換算 驗(yàn)算半剛性基底層底拉應(yīng)力公式為 (7.3)式中：為軸數(shù)系數(shù)， 為輪組系數(shù)，單輪組為1.85，雙輪組為1，四輪組為0.09。計(jì)算結(jié)果如下表所示：表7.3車型黃河JN150后軸101.611760862.906解放CA10B后軸60.8511171032.143東風(fēng)EQ140后軸69.2117600.424太脫拉138前軸51.411.851901.712后軸802.2119070.129標(biāo)準(zhǔn)軸載380380.0001347.313注：軸載小于50KN的軸載作用不計(jì)。 7.2 結(jié)構(gòu)組合與材料選取由上面的計(jì)算得到設(shè)計(jì)年限一個(gè)行車道上的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次約為700萬次左右，根據(jù)規(guī)推薦結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)層采用瀝青混凝土（15cm）、基層采用石灰粉煤灰碎石（厚度待定）、底基層采用石灰土（30cm）。規(guī)規(guī)定高速公路一級(jí)公路的面層由二至三層組成，查規(guī)，采用三層瀝青面層，表面層采用細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土（厚4cm），中間層采用中粒式密級(jí)配瀝青混凝土（厚5cm），下面層采用粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土（厚6cm）。7.3 各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度查有關(guān)資料的表格得各層材料抗壓模量（20）與劈裂強(qiáng)度表7.4 路面材料技術(shù)指標(biāo)材料名稱20抗壓模量（MPa）15彎拉模量（Mpa）15彎拉強(qiáng)度（Mpa）Ep細(xì)粒瀝青混凝土140020001.4中粒瀝青混凝土120016001.0粗粒瀝青混凝土90012000.8細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石150018001.4中粒式瀝青瑪蹄脂碎石130017001粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石100013000.8水泥穩(wěn)定碎石160016000.5石灰粉煤灰碎石150015000.6二灰土6006000.3石灰土5505500.25表7.5 瀝青混合料的壓實(shí)最小厚度和適宜厚度瀝青混合料類型最大粒徑(mm)公稱最大粒(mm)符號(hào)壓實(shí)最小厚(mm)適宜厚度(mm)密集配瀝青混合料細(xì)粒式13.29.5AC-102025 - 40中粒式1916AC-163540 -60粗粒式31.526.5AC-257070 - 120瀝青瑪蹄脂碎石混合料細(xì)粒式13.29.5SMA-102525 - 50中粒式1916SMA-164040 - 70粗粒式31.526.5SMA-258080 - 1207.4 土基回彈模量的確定 該路段處于4區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.05，查相關(guān)表的土基回彈模量為51.5MPa。7.5 設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定對(duì)于一級(jí)公路，規(guī)要求以設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力的驗(yàn)算。a.設(shè)計(jì)彎沉值（一級(jí)公路）:該公路為一級(jí)公路，路面等級(jí)系數(shù)Ac=1.0，面層是瀝青混凝土路面取1.0，半剛性基層，底基層總厚度大于20cm，基層類型系數(shù)Ab=1.0。設(shè)計(jì)彎沉值為： (7.4)b.各層材料的容許層底拉應(yīng)力 (7.5)（1）細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土 (7.6) (7.7)（2）中粒式密級(jí)配瀝青混凝土 （3）粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土 （4）細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石 （5）中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 （6）粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石 （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 設(shè)計(jì)資料總結(jié)相關(guān)資料匯總?cè)缦卤恚汗返燃?jí) 一級(jí)公路公路等級(jí)系數(shù) 1 面層類型系數(shù) 1 基層類型系數(shù) 1 路面設(shè)計(jì)彎沉值 : 26.5 (0.01mm)表7.6 方案A材料名稱H（CM）劈裂強(qiáng)度(MPA)容許拉應(yīng)力（MPA）細(xì)粒式瀝青混凝土41.40.51中粒式瀝青混凝土51.00.36粗粒式瀝青混凝土60.80.26石灰粉煤灰碎石 ？0.60.32石灰土300.250.1土基按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : 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(僅考慮彎沉) 按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 19.1 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 5 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) 路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 19.1 cm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 19.1 cm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力) 驗(yàn)算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 60 cm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 . 通過對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改, 最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青混凝土 4 cm - 中粒式瀝青混凝土 5 cm - 粗粒式瀝青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 20 cm - 石灰土 30 cm - 土基表7.7 竣工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算材料名稱20抗壓模量（MPa）15彎拉模量（Mpa）15彎拉強(qiáng)度（Mpa）計(jì)算信息細(xì)粒瀝青混凝土140020001.4計(jì)算應(yīng)力中粒瀝青混凝土120016001.0計(jì)算應(yīng)力粗粒瀝青混凝土90012000.8計(jì)算應(yīng)力石灰粉煤灰碎石150015000.6計(jì)算應(yīng)力石灰土5505500.25計(jì)算應(yīng)力土基36計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及土基頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 : 第 1 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 25.9 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 28.7 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 32.5 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 37.2 (0.01mm) 第 5 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 89.6 (0.01mm)土基頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 322.9 (0.01mm) LS= 258.8 (0.01mm)計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力 : 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.224 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.069 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-0. (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.123 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)力 ( 5 )= 0.076 (MPa)方案B：表7.8材料名稱H（CM）劈裂強(qiáng)度(MPA)容許拉應(yīng)力（MPA）細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石31.40.51中粒式瀝青瑪蹄脂碎石41.00.36粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石60.80.26水泥穩(wěn)定碎石 ？0.50.27二灰土300.30.12土基按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : 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(僅考慮彎沉) 按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 19 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 3 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 4 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 5 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求) 路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 4 )= 19 cm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 19 cm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力) 驗(yàn)算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 60 cm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 . 通過對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改, 最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石 3 cm - 中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 4 cm - 粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石 6 cm - 水泥穩(wěn)定碎石 20 cm - 石灰粉煤灰土 30 cm - 土基 竣工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及土基頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 :表7.9材料名稱20抗壓模量（MPa）15彎拉模量（Mpa）15彎拉強(qiáng)度（Mpa）計(jì)算信息細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂碎石150018001.4計(jì)算應(yīng)力中粒式瀝青瑪蹄脂碎石130017001計(jì)算應(yīng)力粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石100013000.8計(jì)算應(yīng)力水泥穩(wěn)定碎石160016000.5計(jì)算應(yīng)力二灰土6006000.3 第 1 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 25.8 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 27.9 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 31 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 35.5 (0.01mm) 第 5 層路面頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 85.7 (0.01mm) 土基頂面竣工驗(yàn)收彎沉值 LS= 322.9 (0.01mm) LS= 258.8 (0.01mm) 計(jì)算新