[終稿]柔性路面設(shè)計(jì)實(shí)例

1、3.行車荷載、環(huán)境因素對路面的影響路面直接暴露在大氣中，經(jīng)受著大自然中各種不同因素的影響，這些因素勢必對路面穩(wěn) 定性等相關(guān)方面造成一定的影響。本章主要從行車荷載和環(huán)境因素兩個方面分析其對路面體系 的影響。3.1 行車荷載由第2章的相關(guān)內(nèi)容我們已知，道路路面主要是提供汽車以一定的速度，在道路上安 全而舒適地行駛，因此在路面設(shè)計(jì)與施工中，首先要研究汽車的特性及其對路面的作用。 3.1.1車輛的種類通常在道路上行駛的車輛有以下幾種【司：1 .小客車行駛速度高，自身重量與滿載重量都比較小。2 .大客車供城間客運(yùn)和城市公共交通用，滿載總重一般為100kn。3 .貨車按照用途的不同又分為載重汽車、傾卸汽車

2、與牽引汽車三種。載重汽車總重量為50-150kn;傾卸汽車主要用于礦山內(nèi)部運(yùn)輸與工地施工材料運(yùn)輸，總重 150-500k n以上;牽引汽車用于牽引掛車、平板車、集裝箱車等。牽引汽車本身自重50kn 左右，被牽引的掛車重量最重的可達(dá)1000kn以上。3.1.2汽車荷載作用力汽車荷載對路面施加的作用力的大小和性質(zhì)，隨汽車的運(yùn)動狀態(tài)而變化。當(dāng)汽車停在路 面上時，只有車輪對路面的垂直力作用；行駛時，除垂直力外還有車輪轉(zhuǎn)動對路面產(chǎn)生的縱 向水平切向力;轉(zhuǎn)向時又增加了橫向水平力。由此可見，汽車在任何一種運(yùn)動狀態(tài)下垂直力都是 最基本的作用力，其次是水平力。柔性路面主要考慮了汽車荷載對路面作用的垂直力和水平

3、力?，F(xiàn)行的柔性路面設(shè)計(jì)方法，采用雙圓荷載圖式。若已知一側(cè)單輪荷載為(mn)，車輪對路面的單位垂直壓強(qiáng)為徑d (m)為：d = 2 p = 2p(mpa,約為輪胎充氣壓強(qiáng))，貝u當(dāng)量圓直vp式中s：雙圓荷載圖式的當(dāng)量圓半徑(m ;(2-1)2.車輪作用于路面的水平力由汽車的行駛條件可知，水平力q的最大值qmax不能超過垂直力p與路面車輪間的附著系數(shù)f的乘積，即：3qmax 乞 pf(2-2)(2-3)單位面積上的水平力q ,相應(yīng)的有：qmaxf(2-4)f的最大值一般不超過0.7-0.8。試驗(yàn)證明：汽車正常行駛時qmax= (0.25-0.30 ) p ；- 般加速或減速時，qmax= (0.5

4、-0.6 ) p ;緊急制動或驟然加速事，qmax = (0.75-0.80 ) p。3.2環(huán)境因素對路面體系的影響3.2.1 環(huán)境因素1 .大氣水分與路基的濕度狀況路基濕度狀況的變化是影響路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性的重要因素之一。影響路基濕度的有以下幾個主要因素：大氣降水和蒸發(fā)、地面水的滲透、地下水的影響、溫差引起的濕度變2 .氣溫變化對路面的影響大氣溫度在一年四季出現(xiàn)周期性的變化，每一天的晝夜氣溫也出現(xiàn)一定幅度的周期性變 化。路面直接暴露在大氣之中，經(jīng)受著這些變化的影響，特別是面層材料所受的影響最大。路 面表面的溫度變化與天氣溫度的變化大致是同步的。面層結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度處的溫度也同樣隨著大氣

5、溫度產(chǎn)生周期性的變化，但是變化的 幅度隨著深度的增加而逐漸減少。3 .冰凍與融凍對路面的影響凍脹是冰凍的危害之一，它不僅影響車輛的正常行駛，有時還會使路面結(jié)構(gòu)遭到破壞。產(chǎn)生凍脹的原因有兩個：一是由于水分凍結(jié)時，體積將增加9%二是由于路基土中的弱結(jié)合水向凍結(jié)區(qū)移動的結(jié)果。引起路基凍脹有三個因素：路基土對冰凍的敏感性；氣溫下降緩慢；地下水不斷向冰凍區(qū)供給水源。春季來臨，冰凍的路基開始融化，會使土失去承載力，導(dǎo)致路面損壞，這種現(xiàn)象稱為春融 翻漿，翻漿的主要原因是由于融化的過程是自上而下進(jìn)行的，當(dāng)路基頂面土開始融化時，水分無法排除，使得已經(jīng)融化的士達(dá)到飽和狀態(tài)。如果此時有大量重型 車輛通過，路面結(jié)構(gòu)便

6、會遭到嚴(yán)重破壞。322公路自然規(guī)劃我國地域遼闊，自然因素變化極為復(fù)雜。不同地區(qū)自然條件的差異同公路的 建設(shè)密切關(guān) 系，因此為了區(qū)分各地自然區(qū)域的筑路特性，特此制定了公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)jtj003- 86。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，“公路自然區(qū)劃”分三級進(jìn)行區(qū)劃（6）：1 . 一級區(qū)劃一級區(qū)劃將全國分為下列七個大區(qū)：i區(qū)一一北部多年凍土區(qū)u區(qū)一一東部濕潤季凍區(qū)川區(qū)一一黃土高 原干濕過渡區(qū) w區(qū) 東南濕熱區(qū)v區(qū)一一西南潮暖區(qū) 切區(qū)一一西北 干旱區(qū) 叫區(qū)一一青藏高寒區(qū)2 .二級區(qū)劃二級區(qū)劃是在每個一級區(qū)內(nèi)，再以潮濕系數(shù)為依據(jù)，分為六個等級，潮濕系數(shù)k為年降雨量 r與年蒸發(fā)量z之比，即：k=rzk2.01級過濕2.0

7、k1.52級中濕1.5k1.03級潤濕1.0k0.54級潤干中干0.5k0.25k0.5 6級 過干3 .三級區(qū)劃三級區(qū)劃是二級區(qū)劃的具體化。劃分的方法有兩種：一種是以水熱、地理 和地貌為依據(jù)；另一種是以地表的地貌、水文和地質(zhì)為依據(jù)，由各省、自治區(qū)、直轄市自行劃 定。4.柔性路面設(shè)計(jì)原理 柔性路面是由具有粘性、彈塑性的結(jié)合料和顆粒礦料組成的路面， 包括除用水泥混凝土作面層和基層以外的各種路面結(jié)構(gòu)。柔性路面設(shè)計(jì)內(nèi)容包括路面結(jié)構(gòu)層組 合設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)計(jì)算以及路面材料配合比設(shè)計(jì)。本章主要從以下幾個方面進(jìn)行闡述：彈性 層狀體系理論、路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)原則、路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及相 關(guān)參數(shù)、路面厚度計(jì)算及彎拉應(yīng)

8、 力驗(yàn)算。4.1彈，性層狀體系理論在現(xiàn)實(shí)中路面材料和土基并不是在任何情況下都具有線彈性性能。 采用非線性彈-粘-塑性理論，在一定條件下能更準(zhǔn)確地描述路面的受力狀況，但是考慮到車 輪行駛作用的瞬時性，在路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力數(shù)量很小，因此可以將路面各 結(jié)構(gòu)層看成是理 想線彈性體，從而應(yīng)用多層線彈性理論來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。多層線彈性理論必須采用如下基本假 定：1 .各層材料均為連續(xù)、均勻、各向同性并服從虎克定律，而且位移和形變是 微小的；2 .最下一層（土基）在水平方向和垂直向下方向?yàn)闊o限大，上面各彈性層則均具有一定厚度，但水平方向?yàn)闊o限大；3 .各層在水平方向無限遠(yuǎn)處及最下一層向下無限深處，其應(yīng)力、形

9、變和位移等于零；4 .各層間的接觸條件是完全連續(xù)的；5 .不計(jì)自重。4.2 柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的任務(wù)是在一般路面設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo) 下，根據(jù)道路等級、使用要求和設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)當(dāng)量軸次，綜合考慮筑路材料的供 應(yīng)情況、自然因素的影響程度以及具體的施工條件，確定合理的路面結(jié)構(gòu)層次并選擇適用、經(jīng) 濟(jì)的組成材料，組合成既能經(jīng)受行車荷載和自然因素的作用，又能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)層材料最大效 能的路基路面結(jié)構(gòu)體系。4柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則一、路線、路基、路面要做通盤考慮總體設(shè)計(jì)；二、根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能和交通特點(diǎn)選擇結(jié)構(gòu)層次；三、適應(yīng)行車荷載作用進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的組合；四、注意

10、各結(jié)構(gòu)層的自身特點(diǎn)，作好層間結(jié)合；五、適當(dāng)?shù)膶訑?shù)與厚度；六、考慮水溫狀況的影響保證穩(wěn)定性。4.3 路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)在進(jìn)行柔性路面設(shè)計(jì)時，我們需要用到如下參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)軸載及當(dāng)量軸次、路 面容許彎沉值、容許彎拉應(yīng)力等。下面將依次介紹上述參數(shù)及其計(jì)算公式網(wǎng)。4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)軸載及當(dāng)量軸次柔性路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸軸載100kn和60kn為標(biāo)準(zhǔn)軸載，分別以bzz-1oo及bzz- 60表示，標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)見表3-1。我國柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級和二級公路及城市道路采用bzz-100重型標(biāo)準(zhǔn)，三、四級公路可采用bzz-60輕型標(biāo)準(zhǔn)。對于軸載大于20kn的各級軸載（包括車輛的前、后軸）r的作

11、用次數(shù)m均應(yīng)按式（3-1）和式,（3-2）換算成 準(zhǔn)軸載 p的當(dāng)量作用次數(shù)（簡稱當(dāng)量軸次） nbi。標(biāo)】kn =z cigi 二1.1.5(pi di )5.0pd(3-1 )或dn =zi =1 c/pi2( p、40)-(3-2)(3-4)式中n :標(biāo)準(zhǔn)軸載p的當(dāng)量軸次（次/日）ni :被換算的各級軸載r作用次數(shù)（次/日）；p :標(biāo)準(zhǔn)軸載（kn）;r :被換算的各級軸載（kn）；p：標(biāo)準(zhǔn)軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（mpa ;:被換算的各級軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（mpa ;d：標(biāo)準(zhǔn)軸載的單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑（cm ;d：被換算的各級軸載單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑（cmci :被換算的各級軸載的輪組系數(shù)，雙輪組

12、為1，單輪組為。.25，四輪組為4。設(shè)計(jì)年限t年內(nèi)一個車道上累計(jì)當(dāng)量軸次ne按式,（3-3 ）或（3-4）確定。| (1 + r ) 1 1匯 365n e 二n 1-1365nt(3-4)式中ni、nt ：分別為竣工后第一年和設(shè)計(jì)年限末年的日平均當(dāng)量軸次（次/日）；t ：設(shè)計(jì)年限（年）；r :設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長率（；:車道系數(shù)，應(yīng)根據(jù)調(diào)查分析結(jié)果論證地確定；當(dāng)無資料或交通流分布均勻時,可參照表3-2確定。標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)表3-1標(biāo)準(zhǔn)軸載級別bzz-100bzz-60標(biāo)準(zhǔn)軸載p （ kn）10060輪胎接地壓強(qiáng)p （ mpa0.700.50單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d （ cm）21.30

13、19.50兩輪中心距（cm）1.5d1.5d車道系數(shù)值表3-2車道數(shù)n單車道1.0雙車道分道行駛0.5混合行駛0.7四車道0.4-0.5八車道0.3-0.44.3.2路面容許彎沉值ir我們采用容許彎沉值ir作為路面整體剛度和強(qiáng)度的控制指標(biāo)。柔性路面容許彎沉值是指路面在使用年限末期的不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉 值?？梢岳孟铝腥菰S彎沉值的計(jì)算公式：ir0.2 -a ca s(cm(3-5)ne或1 11.0-ac as (mm)(3-6)irn e0-2式中ac：道路等級系數(shù)，高速公路和城市快速路為0.85，一級公路和大城市主干路為1.0，二級公路和大城市次干路及中小城

14、市主干 路為1.1， 三級、四級公路和大城市支路及中小城市次干路、支路為1.2 ;as:面層類型系數(shù)，瀝青混凝土和熱拌瀝青碎石1.0，冷拌瀝青碎石、瀝青貫入式1.1，瀝青表面處治12，粒料類面層1.3 ；ne：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道上累計(jì)當(dāng)量軸次(次)，按式(33 )或(34)確 定。4.3.3容許彎拉應(yīng)力二r整體性路面材料修筑的結(jié)構(gòu)層，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)的破壞形式主要是疲勞開裂， 所以在路面厚度設(shè)計(jì)時，要進(jìn)行彎拉應(yīng)力驗(yàn)算，使路面結(jié)構(gòu)層的計(jì)算拉應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)層材料的 容許彎拉應(yīng)力二r，以防止過早出現(xiàn)彎拉疲勞破壞。路面結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力二r是路面結(jié)構(gòu)在行車荷載重復(fù)作用條件下，達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲

15、勞彎拉應(yīng)力?？梢岳孟率?37)進(jìn)行計(jì)算：(3-7)式中匚r：整體性路面結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力(mpa ;s :材料的極限抗彎拉強(qiáng)度;ks :抗彎拉強(qiáng)度系數(shù),與材料性質(zhì)以及荷載重復(fù)作用次數(shù)有關(guān)。對瀝青混凝土面層為:0j2o.2ks 八 neac(3-8)對整體性基層（半剛性基層）為:ne。.ac(3-9)4.4以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的路面厚度計(jì)算彎沉是在一定荷載作用下路表面的豎向變形，是反映路面整體承載能力高低和使用狀況好壞的最直觀、最簡單的指標(biāo)。路面整體承載能力高，使用狀況良好時，則路面豎向變形較小，反之則較大。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定以雙輪組車輪荷載 作用下，在路表面輪隙中心處的彎沉作為路面整體抗變形

16、能力的指標(biāo)。下面就介紹如何利用彎沉進(jìn)行路面厚度計(jì)算網(wǎng)：1.各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量和層間接觸條件按彎沉指標(biāo)計(jì)算路面厚度或計(jì)算路面結(jié)構(gòu)表面彎沉?xí)r，各結(jié)構(gòu)層材料應(yīng)采用抗壓回彈模量，并運(yùn)用三層連續(xù)體系進(jìn)行分析，可知層間接觸條件為連續(xù)接觸2 .多層路面換算我們利用諾謨圖進(jìn)行查表計(jì)算時，應(yīng)先用當(dāng)量厚度法，按公式（層體系310)把多換算為三層體系（圖31 ）(3-11)3 ,用彈性層狀體系理論計(jì)算路面厚度在設(shè)計(jì)柔性路面時，要求在設(shè)計(jì)荷載作用下，雙輪胎輪隙間中心處的路面表面最大的回彈彎沉值i不應(yīng)大于容許彎沉值ir。is值用彈性層狀體系理論計(jì)算。路表的理論彎沉值ii按式ii(3-11 )計(jì)算:(3-11)式

17、中 ii :路表理論彎沉值（ch）；:標(biāo)準(zhǔn)軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（mpa ;:標(biāo)準(zhǔn)軸載單輪傳壓面當(dāng)量圓的半徑（cm ;:l ：理論彎沉系數(shù)；上層材料的抗壓回彈模量值（mpa。已知各路面結(jié)構(gòu)層厚度和模量時，可利用三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖計(jì)算理論彎沉值 il。路面實(shí)際彎沉值k與理論彎沉值i之間存在一定的差別。通過分析實(shí)測彎沉值is與計(jì)算理 論彎沉值ii之間的關(guān)系，求得彎沉綜合修正系數(shù)f。所以路表彎沉值可按式.（3-12）計(jì)算:,a v（3-12 ）其中，f為彎沉綜合修正系數(shù)，可按式（313）計(jì)算：產(chǎn) 氣0.38,i ef = af(3-13)i2 p6 ja為與標(biāo)準(zhǔn)軸載有關(guān)的系數(shù)，對于bzz-100

18、, af =1.47 ；對于bzz-60, af =1.50在進(jìn)行路面厚度計(jì)算時，通常取is=ir，從而得到理論彎沉系數(shù)為：(3-14)路面設(shè)計(jì)時，確定上層厚度h后，根據(jù)h.、e?e、味及l(fā)值，即可從諾謨圖中求得h，.值，于是可求得h值。4.5彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力驗(yàn)算柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級和二級公路、城市道路需要驗(yàn)算其 彎拉應(yīng)力，如 果彎拉應(yīng)力不滿足要求，則須調(diào)整路面厚度或變更路面結(jié)構(gòu)組合或調(diào)整材料配合比以提高材料的 抗彎拉強(qiáng)度和模量，再重新計(jì)算，直到滿足要求為止。那么如何對道路進(jìn)行彎拉應(yīng)力驗(yàn)算呢？1 .確定結(jié)構(gòu)層計(jì)算模量與層間接觸條件計(jì)算整體性路面材料結(jié)構(gòu)層的最大彎拉應(yīng)力時，計(jì)算層

19、及計(jì)算層以上的結(jié)構(gòu)層采用彎拉 回彈模量值，若其中某層為非整體性材料，則取抗壓回彈模量值。凡計(jì)算層以下的結(jié)構(gòu)層，均 取抗壓回彈模量值。如何判斷各層間接觸條件，可以根據(jù)下述條件，并結(jié)合實(shí)際情況考慮：1）瀝青混凝土面層與其下面的瀝青層若連續(xù)施工，可作為連續(xù)接觸，反之則為滑動接 觸2）瀝青混凝土面層與非瀝青類結(jié)構(gòu)層之間均為滑動接觸。3）穩(wěn)定類材料結(jié)構(gòu)層與粒料類材料結(jié)構(gòu)層或土基之間均為連續(xù)接觸。2 .把多層路面結(jié)構(gòu)換算為三層體系，再利用三層體系圖解法求解，在這里我們需要分為兩 種情況進(jìn)行換算。1）計(jì)算層x=n1層時當(dāng)計(jì)算層乂二門j層，利用式.（3-15a）可將x層及其以上各層換算成模量為計(jì)算層模量 的一

20、層（即三層體系的上層）；將x層以下各層利用式（315b）換算 成x+1層模量的當(dāng)量層 厚度。其換算公式為：(3-15a)世叫2）計(jì)算層x = n-1層時當(dāng)計(jì)算層x=n1層時，*層以上各層換算為一層（即上層），n-1層即為中層。其換算公 式（式316）為：噸山謂十匡+八2匡+必匡+必h =hnl16b)3 .進(jìn)行最大彎拉應(yīng)力的計(jì)算。整體性路面結(jié)構(gòu)層層底部的最大彎拉應(yīng)力可通過彈性層狀體系理論計(jì)算，大彎拉應(yīng)力的理論計(jì)算公式為：6 二 p;3-17 )式中二m：最大彎拉應(yīng)力（mpav :理論最大彎拉應(yīng)力系數(shù)通過理論計(jì)算分析表明，對于三層體系在常用路面厚度的情況下，面層底面最大彎拉應(yīng)力 產(chǎn)生在z軸上。中

21、層底面彎拉應(yīng)力通常產(chǎn)生在r=1.5、：處。已知各層厚度、材料抗彎拉強(qiáng)度 s及彎拉回彈模量es以及抗壓回彈模量ep時，就可以利用諾謨圖求解其結(jié)構(gòu)層底部的最大彎 拉應(yīng)力。如果最大彎拉應(yīng)力小于容許彎拉應(yīng)力，則該路面厚度就滿足要求；否則需要調(diào)整路面 厚度或采用其他措施，重新計(jì)算，直到滿足要求為止。5.柔性路面設(shè)計(jì)實(shí)例本章主要介紹柔性路面設(shè)計(jì)的具體步驟和柔性路面設(shè)計(jì)的具體實(shí)例，并對擬定的路面結(jié)構(gòu)組合方案進(jìn)行比選，從而選定比較合理的路面結(jié)構(gòu)組合方案。其中重點(diǎn)為柔性路面設(shè)計(jì)具體實(shí)例。5.1 柔性路面設(shè)計(jì)的基本步驟1 .根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求和交通量調(diào)查資料計(jì)算的設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道上標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)當(dāng)量軸次，從而

22、確定路面的等級和面層類型（附錄），并利用公式（34）計(jì)算路表容許彎沉值ir ;高速公路、一級、二級公路和城市道路干道，還需要根據(jù)具 體情況，計(jì)算整體性結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力值c r和容許剪應(yīng)j j ?,r 02 .按不同的路基土組和干濕類型將設(shè)計(jì)路段劃分為若干路段進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)或查表并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定各段的土基回彈模量值eo3 .根據(jù)路面強(qiáng)度要求、當(dāng)?shù)夭牧霞安牧瞎?yīng)情況和施工條件等因素，擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度的初步方案（一般基層厚度在最后計(jì)算決定），然后通過試驗(yàn)測試或查表并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定路面材料抗壓回彈模量ep以及整體性路面材料的抗 彎拉強(qiáng)度s和抗彎拉回彈模量es值。4

23、.根據(jù)容許彎沉值ir計(jì)算路面厚度。需要驗(yàn)算彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的路面結(jié)構(gòu)，還應(yīng)驗(yàn)算其彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力能否滿足容許值的要求，如不能滿足要求就應(yīng)調(diào)整路面厚度或變更路面結(jié)構(gòu)組合或調(diào)整材料配合比以提高材料的抗彎拉強(qiáng)度和回彈模量，再重 新計(jì)算，直到滿足要求為止。在季節(jié)性冰凍地區(qū)的瀝青路面還應(yīng)驗(yàn)算防凍層厚度是否符合規(guī)定要 求。5 .對擬定的幾種路面結(jié)構(gòu)組合方案進(jìn)行方案比選，選定采用的路面結(jié)構(gòu)方案。5.2 柔性路面設(shè)計(jì)實(shí)例在遼河平原上擬建一條一級公路，雙向六車道，并設(shè)有中央分隔帶，經(jīng)調(diào)查 路線經(jīng)過的地 區(qū)土質(zhì)為粉質(zhì)中液限粘土，地面水位離地面1.7m,多年觀測最大凍深為1.2m,填土高度為1.1m。交通量組成見下

24、表（4-1 ），交通量年平均增長率為10%擬 選用瀝青混凝土面層，使用年限為15年。試設(shè)計(jì)該一級公路的路 面結(jié)構(gòu)和厚度。交通量組成表41車型躍進(jìn)nj130交通sh141太脫拉138黃河jn150日野kb211格斯51小汽車輛/d250012009007203002402001.進(jìn)行交通分析現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級、二級公路及城市道路應(yīng)采用bzz-100重型標(biāo)準(zhǔn)，因此 該一級公路選用bzz-100重型標(biāo)準(zhǔn)。由于大客車、貨車的重量遠(yuǎn)較小客車大，因此在路面設(shè)計(jì) 中主要考慮大客車與貨車的作用。將各種軸載作用次數(shù)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下表所示車型交誦量（輛/日）輪壓pi(mpa單輪輪跡直

25、徑di（cm）輪組系數(shù)q后軸軸數(shù)冊由軸載p （ kin躍進(jìn)nj13025000.4017.501115.30交通sh14112000.4519.761125.55太脫拉1389000.6020.601251.40黃河jn1507200.7021.491149.00日野kb2113000.6023.031147.55格斯512400.3518.501116.00車型后軸換算系數(shù)前軸換算系數(shù)車輛（總）軸載換算系數(shù)當(dāng)量軸次nbi （次/日）躍進(jìn)nj1300.0140.0020.01640交通sh1410.0630.0170.08096太脫拉1380.3600.2790.999899黃河jn1501.

26、0690.2311.300936日野kb2110.8310.2041.035311格斯510.0110.0030.0143/, 1.5、5.0pd后軸換算系數(shù)：c i gi，滿足要求2）驗(yàn)算石灰碎石土層底面的彎拉應(yīng)力由于石灰碎石土層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當(dāng)量三層體系的中 層，第一、二、三層換算成當(dāng)量三層體系的上層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。上層當(dāng)值厚度為;中層當(dāng)量厚度為：h二h4=20cmh =454210.65=4.2651401200= 0.11725140-0.179=1.878按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連 續(xù)）得：卞-0.27

27、 mh =1.02 , =1.01最大彎拉應(yīng)力：=2=p； rmim2=0.7 0.27 1.02 1.01 =0.195mpa計(jì)算石灰碎石土基層抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：ks 01（10599617產(chǎn) 二 2.02ac計(jì)算石灰碎石土容許彎拉應(yīng)力：or - = 0.198mpaks 2.02可知：；一 r62,滿足要求。7.驗(yàn)算高溫月份緊急制動時瀝青混凝土面層的剪應(yīng)力考慮驗(yàn)算面層剪切時，應(yīng)為夏季高溫月份，土基處于非不利季節(jié)，土基的回彈模量可比 春融期提高40% e。=1.4x25 = 35mpa。上層巳采用高溫季節(jié)值b=600mpa。第二層e2 =500mpa。確定剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度：,140 一50

28、0 一eo/ 空=0.07/e2m 二 0.426，得匚 1=1.125,h = l121132.4 人 4 2，= 10 + 31 x 2 4/122 + 20 x 2v v e2v 500由 h，0.469，e2/ _500 _“10.65/ei= 600 = 0,833 h二空2 =4.7，查圖（三層體系表面最大剪應(yīng)力系數(shù)諾謨圖）得 10.65! =0.920 ,2=1.070,查圖（三層體系表面主壓應(yīng)力系數(shù)諾謨圖） =1.019，0.986 因而得f =0.3時m(0.3)=p.mi 2=0.7 0.426 0.920 1.070 = 0.294mpa6(0.3) = pr0.7 1.

29、125 1.019 0.986 = 0.791 mpa緊急制動時m(0.5) = m(0.3) 1.3(0.5-0.3)p =0.294 1.3 0.2 0.7 =0.476mpaf(0.5)(0.3) 0.46(0.5 -0.3)a0.7910.46 0.2 0.7 =0.855mpa已知瀝青混凝土面層c=0.21 mpa，=37。c :粘聚力；：內(nèi)摩擦角；f :摩擦系數(shù)0:.m cos = 0.476cos37 0.380mpsm(1 sin ) =0.855 0.476 (1 sin 37o) = 0.093mpa=2c utg =2 0.21 0.093tg37o =0.490mpa1

30、.21,2=1.2，r 0.490k.1.2=0.408可知r : .，滿足要求8.驗(yàn)算防凍厚度路面總厚度為5+10+31+20=66cm該路段多年最大凍深為1.2m,屬中濕路基，土質(zhì)為粉 質(zhì)中液限粘土，查路面防凍最小厚度表可知符合要求。第二種方案:1）計(jì)算綜合修正系數(shù)0.38 f 二2)af (:2p6計(jì)算理論彎沉系數(shù)=1.47 (0,0433 25 嚴(yán)二0.54320710 r50.04331200 6.4182 0.710.650.543層次結(jié)構(gòu)層名稱厚度（cm抗壓回彈模量（mpa彎拉回彈模量（mpa極限抗彎拉強(qiáng)度（mpa1瀝青混凝6120016002.32瀝青貫入式87003水泥穩(wěn)定砂

31、礫? 40028000.54級配砂礫252005土基25瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，回彈模量為ei ； 三、四層換算成回彈模量為e2的當(dāng)量三層體系的中層；土基作為當(dāng)量三層體系的下層。由h 60.563，目010.65/謨圖中主圖）得：=8.4700 0.583，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾3 1200由h 6/010.650.563，e。匚e225 0.036，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾7005、按容許彎沉值計(jì)算路面厚度3）計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫層的厚度謨圖中扇形圖）得：比=1.28k2 l6418-l0.597 k 8.4 燈.28由山廠矗二樹，社嵋二。.。褥，a，查（三層體系諾謨圖中梅花

32、圖）得： 比=4.6 , = h -4.6 10.65 = 48.99cm代入中層當(dāng)量厚度：h=h2ze3 e4=8400200=48.99cm e2 e2y700v700= ha = 33.03cm，取為 33cm。6.驗(yàn)算彎拉應(yīng)力1 ）驗(yàn)算瀝青混凝土面層底面的彎拉應(yīng)力瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，體系的 第二、三、四層換算成當(dāng)量三層 中層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。當(dāng)量三層體系中層當(dāng)量厚度：he叫9+卜4號8+33愣獰襦皿93則30h_3 0該路在瀝青貫入鋪筑后，要開放交通一段時間再鋪筑瀝青混凝土面層，間為滑動接 故層 觸由叱 q = e1 700 =0 438，社二簽。,查（三

33、層10.65/匕 1600體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間滑動）得：=0.94，g =1.12， m2 =1.0最大彎拉應(yīng)力：a-rap-mim2 =0.7 0.94 1.12 1.0=0.737mpa計(jì)算瀝青混凝土抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：. 0.12 r0.20.12 o.2ks ne(10599617)3.05ac1計(jì)算瀝青混凝土容許彎拉應(yīng)力：s 2.3r0.754 mpaks 3.05可知：；rg1，滿足要求。2）驗(yàn)算水泥穩(wěn)定砂礫層底面的彎拉應(yīng)力由于水泥穩(wěn)定砂礫層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當(dāng)量三層體系的中層，第一、二、三層換算成當(dāng)量三層體系的上層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層

34、。上層當(dāng)量厚度為;中層當(dāng)量厚度為：h二h4 =25cmh也1 4=4.12：2el四 = 0.071e/25 =0.12510.652800/e2 200h252.35/010.65按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連續(xù)）得 r-0.34 , 葉=1.10 , m2 =0.96最大彎拉應(yīng)力：;rr2 nprmm?=0.7 0.34 1.10 0.96 = 0.251 mpa計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫基層抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：大色也 01 二四（10599617） 01 =2.02s ac1計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫容許彎拉應(yīng)力:匚 r 二二產(chǎn)=0.248mpaks 2.02可

35、知：二rvr。不滿足要求。調(diào)整：調(diào)整水泥穩(wěn)定砂礫層的厚度為35cm重新驗(yàn)算瀝青混凝土面層底面的彎拉應(yīng)力瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當(dāng)量三層體系的中層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。當(dāng)量三層體系中層當(dāng)量厚度：h 二 hz hso.9e3 h40： 94=8 35 ； 94。25 0920 =33.03700700則0.6533.03= 3.10該路在瀝青貫入鋪筑后，要開放交通一段時間再鋪筑瀝青混凝土面層，故層間為滑動接觸。25 二 0.036,查（三層/e2 700由 h60.563, e2 700 -0.438, 心 10.65/ ei 1600體系上層底面彎拉應(yīng)力

36、系數(shù)諾謨圖（上層、中層間滑動）得：f=0.94, g =1.12， m2 =0.97最大彎拉應(yīng)力：6 二 pfmt =0.7 0.94 1.12 0.97 = 0.714mpa瀝青混凝土容許彎拉應(yīng)力：二r =0.754mpa可知：二r6，滿足要求。重新水泥穩(wěn)定砂礫層底面的彎拉應(yīng)力由于水泥穩(wěn)定砂礫層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當(dāng)量三層體系的中層，第一、 二、三層換算成當(dāng)量三層體系的上層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。上層當(dāng)量厚度為；h w e h24e2館=6 41600 8 47003a 45.88 cme3e32800 2800中層當(dāng)量厚度為：h r4=25cm1 空 4.31，、10.6

37、5瞅g二。產(chǎn)，%繪”儂，h252.35-10.65按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連 續(xù)）得：0.32，葉=1.10, m2=0.96最大彎拉應(yīng)力：njr2 = p-mm2 = 0.7 0.32 1.10 0.96 = 0.237mpa計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫基層抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：ks 02-1 二凹（10599617） 01 =2.02計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫容許彎拉應(yīng)力：s 0.5 cccre匚 r0.248mpaks 2.02可知：；r62,滿足要求。7.驗(yàn)算高溫月份緊急制動時瀝青混凝土面層的剪應(yīng)力考慮驗(yàn)算面層剪切時，應(yīng)為夏季高溫月份，土基處于非不利季節(jié)，土基

38、的回彈模量可比春 融期提高40% e o=1.4 75 = 35mpa。上層巳采用高溫季節(jié)值巳=600mpa。第二層e2 =500mpa o確定剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度:h =h2 +e2.=0.833由吸 = 0.563/0 10.65500ei 600區(qū)包=5.35，查圖（三層體系表面最大剪應(yīng)力系數(shù)諾謨圖）10.6535= 0.07500=0.428，1.017，j =0.986 o得匚 1=1.125,1 =0.923，2=1.088，查圖（三層體系表面主壓應(yīng)力系數(shù)諾謨圖）因而得f =0.3時rn(0.3a p 12 =0.7 0.428 0.923 1.088 = 0.301 mpa；_(0.

39、3) = ph 二 r2=0.7 1.125 1.017 0.986 =0.790mpa緊急制動時m(0.5)二唏(0.3) 1.3(0.5-0.3)p =0.301 1.3 0.2 0.7 =0.483mpa6(0.5) =； ： t(0.3) 0.46(0.5 -0.3)a0.7900.46 0.2 0.7 =0.854mpa已知瀝青混凝土面層c=0.21mpa，: =37。c :粘聚力；，：內(nèi)摩擦角；f :摩擦系數(shù)0=mcos* =0.483cos37 =0.386mpa-m(1 sin)=0.854 -0.483 (1 sin 37。) =0.080mpa.=2c ；二 tg =2 0

40、.21 0.080tg37=0.480mpa= 0.41.2 1.2t 0.480ac可知r : .，滿足要求 = 1.2, tr 8 ,驗(yàn)算防凍厚度路面總厚度為6+8+35+25=74cm該路段多年最大凍深為1.2m,屬中濕路基，土質(zhì)為粉 質(zhì)中液限粘土，查路面防凍最小厚度表可知符合要求。4.3兩種設(shè)計(jì)方案比選在進(jìn)行方案比選時，我們首先明確一下路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)必須遵循的三個原則：適應(yīng)行車荷載作用的要求；在各種自然因素作用下穩(wěn)定性要好；層間聯(lián)結(jié)要緊密。第一種方案：瀝青混凝土、瀝青碎石、石灰碎石土、天然砂礫、土基第二種方案：瀝青混凝土、瀝青貫入式、水泥穩(wěn)定砂礫、級配砂礫、土基1 .瀝青混凝土面層瀝

41、青混凝土是由幾種大小不同顆粒的礦料（如碎石、石屑、砂和礦粉等），按級配原理 選配，用瀝青作結(jié)合料，按一定比例配合，在嚴(yán)格控制條件下拌和而成。瀝青混凝土具有密 實(shí)度大、整體性好、強(qiáng)度高、抵抗自然因素破壞的能力強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。適合作為高速公路、一級公 路的面層，因此該一級公路的面層我們采用 瀝青混凝土，在前面兩個方案計(jì)算中瀝青混凝土的 厚度是滿足要求的.2 .面層與基層間的聯(lián)結(jié)層面層與基層結(jié)合是否緊密，對面層底面拉應(yīng)力影響很大。在相同荷載作用下，面層與基 層的接觸面呈滑動狀態(tài)時面層底面的拉應(yīng)力要比接觸面呈連續(xù)狀態(tài)時大2-3倍，顯然對面層不 利。因此，層間結(jié)合必須緊密，以保證結(jié)構(gòu)的整體性，避免產(chǎn)生層間滑

42、移。為了保證瀝青混凝 土面層與基層的緊密結(jié)合，在設(shè)計(jì)高速公路、一級公路時，在瀝青混凝土面層與半剛性基層之 間需要設(shè)置瀝青碎石或?yàn)r青貫入式聯(lián)結(jié)層。在第一種方案中，采用瀝青碎石作為聯(lián)結(jié)層。瀝青碎石是由幾種不同粒徑大小的級配礦 料，摻有少量礦粉或不加礦粉，用瀝青作結(jié)合料，按一定比例配合，均勻拌和所得。瀝青碎 石具有高溫穩(wěn)定性、對石料級配和瀝青規(guī)格要求較寬，選用材料比較容易、瀝青用量少，且 不用（或少用）礦粉，造價低等優(yōu)點(diǎn)?？捎米鞲叩燃壍缆返穆?lián)結(jié)層。在第二種方案中，采用瀝青貫入式作為聯(lián)結(jié)層。瀝青貫入式是在初步壓實(shí)的碎石（或軋 制礫石）上，分層澆灑瀝青，撒布嵌縫料而成。瀝青貫入式具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、施

43、工簡便 等優(yōu)點(diǎn)，可用作高級路面的聯(lián)結(jié)層。綜合考慮這兩種方案，不管是采用瀝青碎石還是瀝青貫入式作為瀝青混凝土面層與基層之 間的聯(lián)結(jié)層，都是比較合適的。3 .基層在第一種方案中，采用石灰碎石土作為基層。石灰碎石土是一種石灰穩(wěn)定土，石灰穩(wěn)定 土是在粉碎的或原來松散的土（包括各種粗、中、細(xì)粒土）中，摻入足量的石灰，加水拌和并 經(jīng)壓實(shí)，養(yǎng)生后得到的混合料，當(dāng)其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定的要求時，稱為石灰穩(wěn)定土。用石灰 穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料，視所用原材料而定，原材料為天然碎石土?xí)r，簡稱石灰 碎石土。石灰穩(wěn)定土具有良好的力學(xué)性能，并有較好的水穩(wěn)性和一定的抗凍性，初期強(qiáng)度和 水穩(wěn)性較低，后期強(qiáng)度較高，但是由于干縮、冷縮，容