路基路面設(shè)計

1、1工程概況1.1題目：新建瀝青路面設(shè)計1.2設(shè)計資料某公路部分路段設(shè)計等級為高速公路，設(shè)計使用年限為20年，擬采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。在使用期內(nèi)，預(yù)計20年的前5年，交通量年平均增長率為8%；20年的中間10年，交通量年平均增長率為7.2%；后5年的交通量年平均增長率為5。該公路地處2區(qū)，年降雨量為620mm/年，最高氣溫35，最低氣溫為-31，多年平均凍結(jié)指數(shù)為882d，極大凍結(jié)指數(shù)為1225d，一般凍結(jié)深度為1.8m。沿線土質(zhì)為中液限粘性土，平均稠度為1.20，一般路基處于中濕狀態(tài)。附近有小型采石廠，筑路材料豐富。路面所用水泥和瀝青均需外購。據(jù)工程可行性研究機(jī)報告得知近期交通

2、組成和交通量如表1所示。表1預(yù)測交通組成車型前軸重（kN）后軸重（kN）后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距（m）交通量（次/日）黃河JN15049101.61雙輪組-460日野KF300D40.75792雙輪組3400東風(fēng)CS93824702雙輪組33682根據(jù)設(shè)計資料要求，確定路面等級和面層類型2.1設(shè)計年限內(nèi)累計交通量的計算將各類交通換算為BZZ-100的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用的當(dāng)量軸次，軸重小于25KN（城市道路20KN）可不計入。式中標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，次；被換算車型的各級軸載作用次數(shù)，次；標(biāo)準(zhǔn)軸載，；被換算車型的各級軸載，；軸數(shù)系數(shù)，為軸數(shù)；輪組系數(shù)，單輪組：6.4；雙輪組：1；四輪組：0.38。當(dāng)軸間距

3、大于3m時，按單獨(dú)一個軸載計算，此時，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)；當(dāng)軸間距小于3m時，軸系數(shù)為。依交通增長率、車道分配系數(shù)由公式2推算設(shè)計年限末一個車道上的累計當(dāng)量軸次：式中設(shè)計年限末一個車道上的累計當(dāng)量軸次，次；設(shè)計年限，年；路面竣工后第一年雙向日平均當(dāng)量軸次，次設(shè)計年限內(nèi)交通量年平均增長率，；車道系數(shù)，按表2選用。表2車道系數(shù)車道特征車道系數(shù)車道特征車道系數(shù)單車道1.0四車道0.40.5雙車道有分隔0.5六車道0.30.4無分隔0.60.7表3軸載換算結(jié)果表車型軸重（KN）（次/日）（次/日）黃河JN150前軸16.4460132.2后軸11460492.9日野KF300D前軸16.450064.4

4、后軸2.21500394.5太湖XQ641前軸16.426813.8后軸1126846.9江淮HF150前軸450后軸1145010.1五十鈴NPR59前軸320后軸113209湘江HQP40前軸400后軸21400205.9東風(fēng)CS938前軸368后軸21368156次/d設(shè)計車道數(shù)為4車道，所以車道系數(shù)取0.45次次次20年間的累計當(dāng)量軸次：次2.2確定路面層類型根據(jù)路基路面工程中結(jié)構(gòu)組合設(shè)計原則中瀝青路面設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的各類面層所適應(yīng)的交通范圍，如下表。表4路面類型的選擇公路等級路面等級面層類型設(shè)計年限（年）設(shè)計年限內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)軸次（萬次/車道）高速一級公路高級路面瀝青混凝土15400二級

5、公路高級路面瀝青混凝土12200次高級路面熱拌瀝青碎石混合料，瀝青貫入式10100-200三級公路次高級路面乳化瀝青碎石混合料，瀝青表處理810-100四級公路中級路面水結(jié)碎石，泥結(jié)碎石，級配礫石，半整齊石塊路面。510低級路面粒料改善土510根據(jù)設(shè)計年限末一個車道上的累計當(dāng)量軸次400萬次。故選擇的面層類型為：瀝青混凝土3計算設(shè)計彎沉值統(tǒng)計資料表明，路面竣工后的第一年不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài)所對應(yīng)彎沉值比較接近。因此，現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范將路面竣工后的第一年的不利季節(jié)近似地假定為路面整體結(jié)構(gòu)的最大剛度狀態(tài)，而取作設(shè)計狀況。并統(tǒng)一了路表彎沉的設(shè)計控制指標(biāo)和竣工驗(yàn)收指標(biāo)，由此得到瀝青路

6、面設(shè)計彎沉的計算公式。式中路面設(shè)計彎沉竣工驗(yàn)收彎沉；容許彎沉；相對彎沉變化系數(shù)，約等于1.20；設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累積當(dāng)量軸次；分別為公路等級系數(shù)、面層類型系數(shù)及基層類型系數(shù)，分別如下表5，6，7所示。表5公路等級系數(shù)公路等級高速公路及一級公路二級公路三和四級公路1.01.11.2表6面層類型系數(shù)面層類型瀝青混凝土熱拌及乳化瀝青碎石上拌下貫貫入式瀝青表面處治中低級路面1.01.11.11.21.3表7基層類型系數(shù)基層類型半剛性基層柔性基層1.01.6結(jié)合工程資料及施工要求：初步擬定基層類型為半剛性基層。所以?。?根據(jù)路基土類與干濕類型，確定土基回彈模量依設(shè)計資料沿線土質(zhì)為中液限粘性土，平均稠

7、度為1.2，一般路基處于中濕狀態(tài)。屬于區(qū)。根據(jù)路基路面工程中結(jié)果材料參數(shù)的確定，現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范推薦的土基回彈模量參考值可得該土基的回彈模量為。5確定路面結(jié)構(gòu)層次組合與厚度方案以及各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度5.1路面結(jié)構(gòu)層次（1）磨耗層為了車輛行駛安全，舒適而設(shè)置的具有表面服務(wù)功能的結(jié)構(gòu)層，應(yīng)具有平整，抗滑荷耐磨功能。（2）面層主要承受垂直荷載和水平荷載反復(fù)作用的結(jié)構(gòu)層，可分一層，二層和三層。應(yīng)具有足夠的抗變形，抗水損害，抗疲勞的性能。當(dāng)無磨耗層時，表面層應(yīng)具有磨耗層的功能，厚度宜為30到50。中下面層應(yīng)具有較好的密水性，高溫穩(wěn)定性，耐疲勞抗剝離等性能，中面層的厚度宜為50到70，下

8、面層厚度宜為60到80。（3）基層是設(shè)置在面層之下，并與面層一起將車輪荷載的反復(fù)作用傳遞到底基層，墊層和土基，是主要承重層。（4)底基層設(shè)置在基層之下，并與面層，基層一起承受車輪荷載的反復(fù)作用，起次要承重作用。（5）墊層設(shè)置在底基層與土基之間的結(jié)構(gòu)層，起排水，隔水，防凍和防污等作用。5.2路面結(jié)構(gòu)組合原則（1）適應(yīng)行車荷載作用的要求。（2）在各種自然因素作用下穩(wěn)定性好。（3）考慮結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)。5.3設(shè)計路面結(jié)構(gòu)組合和厚度方案結(jié)合設(shè)計資料要求，根據(jù)路基路面工程中瀝青路面推薦結(jié)構(gòu)，如下表。表8高速公路，一級公路推薦路面結(jié)構(gòu)cm）結(jié)構(gòu)厚度（類型設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累積當(dāng)量軸次萬次/車道4008008

9、0020001200面層AC-12AC15AC1618基層LFGALFGALFGA底基層GA20GA2030GA2030有上述計算結(jié)果并參考有關(guān)路面結(jié)構(gòu)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜合得如下路面結(jié)構(gòu)組合和厚度方案：路面組合為：瀝青面層+石灰土基層。路面結(jié)構(gòu)采用混合式瀝青路面，表面層采用細(xì)粒式瀝青混凝土（），表面層下采用粗粒瀝青混凝土（），瀝青貫入（）石灰土層為待求層，路面結(jié)構(gòu)層見下圖。細(xì)粒瀝青混泥土2.5cm粗粒瀝青混泥土5.0cm瀝青貫入4cm碎礫石灰土（劑量12%）？土基圖1結(jié)構(gòu)組合方案5.4確定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度表9土基及路面材料設(shè)計參數(shù)材料名稱抗壓回彈模量劈裂強(qiáng)度15抗拉強(qiáng)度S彎拉回彈模量

10、2015細(xì)粒式混凝土120018001.21.51500粗粒式混凝土80012000.61.51500瀝青貫入500石灰土5000.250.31200土基236計算待求層厚度6.1計算系數(shù)根據(jù),求理論彎沉系數(shù);對于得6.2計算待求層將該多層體系換算成當(dāng)量三層體系如圖2.7，其中中層后H由組合而成，其計算方如下圖：細(xì)粒式瀝青混凝土h1=2.5cm粗粒式瀝青混凝土h2=5cm瀝青貫入式h3=4cm石灰土h5=？cm土基（a）際路面結(jié)構(gòu)（連續(xù)）=1200h1=2.5cm（連續(xù)）=800aH=（b）當(dāng)量三層體系圖2多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算查圖12-10得查圖12-10;由再由取由式7驗(yàn)算整體性材料層底部的最大

11、彎拉應(yīng)力7.1確定容許拉應(yīng)力由式.由式對瀝青混凝土：經(jīng)計算，細(xì)粒石混凝土：，,粗粒石混凝土：，得細(xì)粒石混凝土容許拉應(yīng)力：粗粒石混凝土容許拉應(yīng)力：碎礫石灰土允許拉應(yīng)力：7.2確定細(xì)粒式瀝青混凝土層底拉應(yīng)力將多層結(jié)構(gòu)換算為當(dāng)量三層體系，如圖3細(xì)粒式瀝青混凝土h1=2.5cm粗粒式瀝青混凝土h2=5cm瀝青貫入式h3=4cm石灰土h4=54cm土基（a）實(shí)際路面結(jié)構(gòu)（連續(xù)）=1100h1=2.5cm（連續(xù)）=1500H=58cm=（b）當(dāng)量三層體系圖3多層結(jié)構(gòu)當(dāng)量換算h=h1=，所以：由由圖12-18，查得表明該層層底承受彎曲壓應(yīng)力自然滿足要求。7.3確定粗粒式混凝土層底彎拉應(yīng)力；將多層結(jié)構(gòu)換算為三

12、層體系，如圖4，細(xì)粒式瀝青混凝土h1=2.5cm粗粒式瀝青混凝土h2=5cm瀝青貫入式h3=4cm石灰土h4=54cm土基（a）實(shí)際路面構(gòu)（連續(xù)）E1y=1200Mpah（連續(xù)）E2y=500MpaHE0=33.5Mpa（b）當(dāng)量三層體系圖4多層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換計算上層底面彎拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)等效換算：所以上層厚度為：由，查圖1218，得。故7.4確定石灰土層底彎拉應(yīng)力；將多層結(jié)構(gòu)換算為三層體系，如圖5，（連續(xù)）E1=500Mpah（連續(xù)）E2=1200MpaH2E=33.5Mpa（b）當(dāng)量三層體系細(xì)粒式瀝青混凝土h1=2.5cm粗粒式瀝青混凝土h2=5cm瀝青貫入式h3=4cm石灰土h4=54cm土基（a）

13、實(shí)際路面構(gòu)圖5多層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換計算上層底面彎拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)等效換算：所以上層厚度為：由，查圖1219，得8驗(yàn)算路面面層剪應(yīng)力8.1剪應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度）將5層體系換算成以細(xì)粒式瀝青混凝土為計算層、以粗粒式瀝青混凝土為相鄰層的當(dāng)量3層體系，計算剪應(yīng)力時，面層位計算層，應(yīng)采用高溫時的參數(shù)，其余各層則采用抗壓回彈模量，按式（12-16）計算當(dāng)量層厚度計算當(dāng)量3層體系表面及剪應(yīng)力壓應(yīng)力路面最大剪應(yīng)力除與荷載的大小有關(guān)外，還決定與路面水平力系數(shù)的大小。由汽車行駛理論可知，汽車行駛時路面摩阻力應(yīng)大于汽車發(fā)動機(jī)的最大驅(qū)動力，而發(fā)動機(jī)的驅(qū)動力又須大于行車阻力即水平力。因此，路表水平力系數(shù)在任何情況下均應(yīng)小于路表摩阻力系數(shù)

14、?，F(xiàn)行城市道路設(shè)計規(guī)范規(guī)定，對于停車場，交叉口等緩慢地點(diǎn)為0.2，緊急制動時，取0.5.因此可得：式中：剪應(yīng)力系數(shù)，與水平力系數(shù)有關(guān)的系數(shù)。現(xiàn)行規(guī)范依據(jù)彈性層狀體系理論計算的結(jié)果，繪制了=0.3時的三層體系諾謨圖，如教材262頁圖12-21及12-22所示。,有圖可得出，代入上式得：8.2容許剪應(yīng)力計算路面結(jié)構(gòu)層材料的容許剪應(yīng)力：式中：路面結(jié)構(gòu)層抗剪強(qiáng)度，可根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)求的值及理論計算所得計算點(diǎn)的有效法向應(yīng)力，有庫侖定律求得：抗剪強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)，緊急制動時，=0.5；緩慢制動時，=0.2停車道或交叉口設(shè)計年限內(nèi)同一位置停車的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計數(shù)道路分類系數(shù)，公路設(shè)計時取=所以：1）在緩慢制動處2）緊急制動時3）計算破壞面上可能產(chǎn)生的剪應(yīng)力：=0.2時，=0.5時，4）計算路表輪緣處容許剪應(yīng)力=0.2時故：可滿足要求。=0.5時故可見，該結(jié)構(gòu)路面面層剪應(yīng)力滿足要求，但其差值超過要求范圍，可在材料配比方面做調(diào)整。9驗(yàn)算防凍層厚度區(qū)的最低氣溫-31應(yīng)考慮防凍要求，一般凍結(jié)深度為1.8。沿線土質(zhì)為中液限粘土，一般路基處于中濕狀態(tài)，路面采用半剛性基層，由表10可查的路面最小防凍厚度為60。該路面結(jié)構(gòu)方案總厚度為65.5。大于最小防凍層厚度。滿足防凍要求。表10最小防凍厚度路基類型土質(zhì)粘質(zhì)土、細(xì)粒土質(zhì)砂粉質(zhì)土基層類型道路凍深砂石類穩(wěn)定土類工業(yè)廢料類砂石類穩(wěn)定土類工業(yè)廢料類中濕5001