瀝青水泥路面設(shè)計(jì)

1、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書一、設(shè)計(jì)資料公路自然區(qū)劃W去擬新建一條水泥混凝土路面一級(jí)公路， 路基為含殺低液限 粘土。據(jù)交通調(diào)查得知，交通量年平均增長(zhǎng)率為 8%設(shè)計(jì)年限使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸 載日作用次數(shù)為15000。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算由表16-20（教材P479）, 級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級(jí)為二級(jí)。由表16-3（教材P459）橫向分布系數(shù)為0.20。交通量年平均增長(zhǎng)率8%。則設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累積作用次數(shù)為Ne _ Ns h gr t365gr15000 8%30365 0.28%= 1.24 E8查（表 16-4教材P459）可知路面面層等級(jí)為特重交通。2、初擬路

2、面結(jié)構(gòu)由表16-17（教材P477）查得，初擬普通水泥混泥土路面層厚度為 h=0.239m, 基層選用瀝青混凝土（中粒式），厚為h1=0.05m。底基層厚度為h2=0.20m的石灰 粉煤灰穩(wěn)定碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸寬為 3.75m,長(zhǎng)為5.0m?？v縫為 設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿假縫。3、材料參數(shù)的確定（1）混泥土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彈性模量由表16-11（教材P474）取普通混泥土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fr = 5MPa ,相 應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為Ec=31GPa。（2） 土基的回彈模量路基回彈模量取E。=45MPa。由表16-14 （教材P474）可得瀝青混凝土基層 回彈模量取巳=

3、130CMPa，石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石基層回彈模量取 E 600MPa按式16-53（教材P481）,計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下:Exh12E1 h|E20.182 1300 0.152 600h2 h；0.1820.152= 1013.1MPa332E2 h2h1 h2Dx(121241300 0.183600 0.1530.18 0.15 212412+1300 0.18600 0.15：2.401MNm12DxEx=3 12 2.401 = 0.305m1013.1-a =6.22 11.51ExE0_0.45Is1013.1、I 45丿_0.45I I=3.907”x_0.55b =1

4、1.44 =1 1.440_0.551013.1、 sui =0.645 45丿Et 二 ahE。/3：-=3.907 0.3050.789 45E0*1031 .1 3I 45丿= 195.65MPa4、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算31000 =0.694普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按 16-52b （教材P481）計(jì)算為r =0.537113 ，=0.537x 0.239x 3 EtV195.65按式16-52a （P481）,標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為；ps =O.O77r0.6h =0.077 0.6940.6 0.239 = 1.083MPa因縱縫為設(shè)拉平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減

5、系數(shù) =0.87?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù) kf = N； =（1.24E8嚴(yán)57 = 2.89。根據(jù) 公路等級(jí)，由公路水泥砼路面設(shè)計(jì)規(guī)范 （JTG D40-2002）附錄B,考慮偏載和 動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù) kc =1.25。按式（B.1.2 ）,荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為二pr *kfkc二ps =0.87 2.89 1.25 1.083 =3.40MPa5、溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算由表16-28 （教材 P483, W區(qū)最大溫度梯度區(qū)88C/ m。板長(zhǎng)I = 5m ,l/r =5/0.747 =6.96。由圖16-14 （教材P483）可查普通混凝土板厚 h

6、=0.25m, Bx =0.50,按式16-56 （教材P483），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫 度翹曲應(yīng)力計(jì)算為-tm -cE ChTg2 B1E 5 31000 .239 88 0.5 =1.630溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt，由表16-29 （教材P484）可得，自然區(qū)劃為W區(qū)，式中：a=0.834,b=0.052,c=1.270.按式16-57 （教材P483）計(jì)算為J tm二 tmi-bl1.630”,1.3231.630、-0.0581= 0.407再由式16-55（教材P483）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為-tr = kt”-tm - 1.630 0.407 = 0.663MPa&可靠度計(jì)算查表16

7、-20（教材P479），一級(jí)公路的安全等級(jí)為二級(jí)，相應(yīng)于二級(jí)安全等級(jí) 的變異水平等級(jí)為中級(jí)，目標(biāo)可靠度為 90%再根據(jù)查的目標(biāo)可靠度變異水平等 級(jí)，查表16-22（教材P480），確定可靠度系數(shù) c =1.23按式（16-48教材P480） 可得：r - ；pr ；tr =1.233.40 0.663 =4.997MPa 乞 fr =5.0MPa因而所選的普通混凝土面層厚度h = 0.26m,可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力 和溫度應(yīng)力的綜合疲勞應(yīng)力。7、用HPD2003公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算驗(yàn)算結(jié)果見下頁。水泥混凝土路面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容：新建單層水泥混凝土路面設(shè)計(jì)公路等級(jí)：一級(jí)公路變異水平的等

8、級(jí)：中級(jí)可靠度系數(shù)：1.18面層類型：普通混凝土面層序路面行駛單軸單輪軸載單軸雙輪軸載雙軸雙輪軸載三軸雙輪軸載交通量號(hào)車輛名稱組的個(gè)數(shù)總重組的個(gè)數(shù)總重組的個(gè)數(shù)總重組的個(gè)數(shù)總重(kN)(kN)(kN)(kN)1 標(biāo)準(zhǔn)軸載0 01 1000 0 0015000行駛方向分配系數(shù)1車道分配系數(shù)1輪跡橫向分布系數(shù).22交通量年平均增長(zhǎng)率8%混凝土彎拉強(qiáng)度5 MPa混凝土彎拉模量31000 MPa混凝土面層板長(zhǎng)度5 m地區(qū)公路自然區(qū)劃IV面層最大溫度梯度88 C /m接縫應(yīng)力折減系數(shù).87基（墊）層類型-新建公路土基上修筑的基（墊）層層位 基（墊）層材料名稱厚度（mm） 回彈模量（MPa）1 水泥穩(wěn)定粒料

9、18013002 石灰粉煤灰土1506003 土基30基層頂面當(dāng)量回彈模量 ET= 165.5 MPaHB= 220 r= .676 SPS= 1.26 SPR= 3.98BX= .71 STM= 2.12 KT= .5 STR= 1.06SCR= 5.04GSCR= 5.95 RE= 19 %HB= 246 r= .756 SPS= 1.08 SPR= 3.4BX= .61 STM= 2.05 KT= .49 STR= 1SCR= 4.4 GSCR= 5.19 RE= 3.8 %HB= 252r= .775SPS= 1.04SPR= 3.29BX= .58STM= 2KT= .48STR=

10、.96SCR= 4.25GSCR= 5.01RE= .2 %HB= 254r= .781SPS= 1.03SPR= 3.25BX= .58STM= 2.01KT= .48STR= .97SCR= 4.22GSCR= 4.98RE=-.4 %設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)：15000路面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：30 年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)：1.364496E+08路面承受的交通等級(jí)：特重交通等級(jí)基層頂面當(dāng)量回彈模量：165.5 MPa混凝土面層設(shè)計(jì)厚度：254 mm通過對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整，最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下普通混凝土面層239 mm水泥穩(wěn)定粒料180 mm石灰粉煤灰土150 mm土

11、基參考文獻(xiàn)：1、路基路面工程(第三版)，鄧學(xué)均 編著，人民交通出版社，2007年2、 公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30-2004)，北京：人民交通出版社，2004年瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書一、設(shè)計(jì)資料某高速公路地處U 2區(qū)，為雙向四車道，設(shè)計(jì)年限15年，擬采用瀝青路面結(jié) 構(gòu)進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)；一般路基處于中濕路段，土質(zhì)為中液限粘土，填方路基高 1.8m，地下水位距路床2.4m;沿線有碎石場(chǎng)，附近河流有中、粗砂，筑路材料 豐富；根據(jù)現(xiàn)有交通量調(diào)查，使用年限內(nèi)交通量年平均增長(zhǎng)率8%,預(yù)計(jì)路面竣工后第一年的交通量及車輛組成如下表（下表中的數(shù)據(jù)為雙向雙車道調(diào)查的結(jié) 果），現(xiàn)擬定路面結(jié)構(gòu)為：4cm細(xì)粒式

12、瀝青混凝土 +5cm中粒式瀝青混凝土 +6cm 粗粒式瀝青混凝土 +水泥穩(wěn)定碎石？ +16cm天然砂礫，試計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度。車型前軸重（KN后軸重（KN后軸數(shù)后軸距輛/日黃河JN15148.3100.31/300解放CA1521.070.41/400黃河JN16358.6114.01/600江淮 HFF315049.296.31/300東風(fēng)EQ15526.556.72 3m400日野ZH433C60.0110.02 3m200二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、軸載當(dāng)量換算（換算方法：彎沉及瀝青層拉應(yīng)力指標(biāo)）汽車類型前軸重（kN）后軸重（kN）C1C2ni/*4.35P、C1C2 ni彳心J00丿黃河JN15148

13、.3100.311300317解放CA152170.41140087黃河JN16358.611411 :6001120江淮 HFF315049.296.311300268東風(fēng)EQ15526.556.72.2140077日野ZH433C601102.21 :200714n=C1C2凋25832、設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載數(shù)高速公路設(shè)計(jì)年限取15年，雙向四車道的車道系數(shù)取0.5。按式14-6 （教材379）得:J1 八1* 2583 0.58%= 128(萬次)3、計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值由設(shè)計(jì)資料可得,Ac =1Q As =1Q人=1.0 ,則由式14-21(教材390)得:Ld = 600NAcAs Ab

14、4_0 2= 600 (1280 10 ) 1.0 1.0 1.0= 22.74(0.01mm)4、材料參數(shù)的確定本路段地處n 2區(qū)，需驗(yàn)算最小防凍厚度，根據(jù)書中389頁表格，取防凍厚度為 60cm；根據(jù)書中399頁表格，取各層抗拉模量和抗壓模量如下表；路面材料名稱厚度(cm)抗壓模量抗拉模量細(xì)粒式瀝青混凝土414002000中粒式瀝青混凝土512001600粗粒式瀝青混凝土69001200水泥穩(wěn)定碎石?15001500天然沙礫16550550根據(jù)規(guī)范，面層推薦最小厚度為12-18cm，故取15cm；5、用HPDS200公路路面設(shè)計(jì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算結(jié)果以及驗(yàn)算結(jié)果見下頁匯總。新建路面結(jié)構(gòu)

15、厚度計(jì)算公路等級(jí)：高速公路新建路面的層數(shù)：5標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100路面設(shè)計(jì)彎沉值：21.9 (0.01mm)路面設(shè)計(jì)層層位：4設(shè)計(jì)層最小厚度：15 (cm)層位 結(jié)構(gòu)層材料名稱 厚度(cm)抗壓模量(MPa)抗拉模量(MPa) 容許應(yīng)力(MPa(20 C)(15 C)1細(xì)粒式瀝青混凝土414002000.82中粒式瀝青混凝土512001600.73粗粒式瀝青混凝土69001200.64水泥穩(wěn)定碎石?15001500.145天然砂礫165505506土基36按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：LD= 21.9 (0.01mm)H( 4 )= 35 cmLS= 22.8 (0.01mm)H( 4 )=

16、40 cmLS= 20.5 (0.01mm)H( 4 )= 37 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 )= 37 cm(第 1層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)H( 4 )= 37 cm(第 2層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)H( 4 )= 37 cm(第 3層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求)H( 4 )= 37 cm(第 4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 )= 37 cm(僅考慮彎沉)H( 4 )= 37 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 50 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，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

17、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水泥穩(wěn)定碎石37 cm天然砂礫16 cm土基軸載換算及設(shè)計(jì)彎沉值和容許拉應(yīng)力計(jì)算序號(hào)車型名稱刖軸重(kN)后軸重(kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量1黃河JN15148.3100.31雙輪組3002解放CA1520.9770.381雙輪組4003江淮 HFF3150C49.296.31雙輪組3004東風(fēng)EQ15526.556.72雙輪組34005日野ZM4430601102雙輪組36 黃河JN16358.6114雙輪組600設(shè)計(jì)年限15它戶.序號(hào)123車道系數(shù) 分段時(shí)間(年)555.5交通量年增長(zhǎng)率8 %8 %8 %當(dāng)以設(shè)計(jì)彎

18、沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次：3141設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次：1.556447E+07當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)：路面竣工后第一年日平均當(dāng)量軸次：3816設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次：1.890928E+07公路等級(jí)高速公路公路等級(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：21.9 (0.01mm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱1中粒式瀝青混凝土2粗粒式瀝青混凝土3細(xì)粒式瀝青混凝土4水泥穩(wěn)定碎石5天然砂礫劈裂強(qiáng)度(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)竣工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算公路等級(jí)：高速公路新建路面的層數(shù)：5標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100層位結(jié)構(gòu)層材料名稱1.29.8.211.4.41.6.27厚度(cm)抗壓模量(MPa)抗壓模量