瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、華中科技大學(xué)道橋?qū)I(yè)路基路面工程課程設(shè)計(jì)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15目錄1 .設(shè)計(jì)資料 12.累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)計(jì)算 13 .確定路面結(jié)構(gòu)方案與設(shè)計(jì)參數(shù) 24. 方案一設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算 25. 方案一水泥石灰砂礫土層厚度計(jì)算 26. 方案一彎拉應(yīng)力驗(yàn)算 37. 方案一剪應(yīng)力驗(yàn)算 58 .方案一防凍層厚度驗(yàn)算 69 .方案二設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算 610 .方案二水泥穩(wěn)定砂礫層厚度計(jì)算 611.方案二彎拉應(yīng)力驗(yàn)算 712 .方案二剪應(yīng)力驗(yàn)算 813 .方案二防凍層厚度驗(yàn)算 914 設(shè)計(jì)結(jié)論 10附圖：標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖、路面結(jié)構(gòu)圖某新建高速公路地處II2區(qū)，雙向四車(chē)道，沿線土質(zhì)為中液限粘性土，填方 路基高1.8m，地下水

2、位距路床2.4m；屆中濕狀態(tài)，年降雨量 620mm/年，最高氣 溫35 C,多年最大道路凍深為175cm,平均凍結(jié)指數(shù)882 C ,最大凍結(jié)指數(shù)1225C。根據(jù)工程可行性報(bào)告研究，路段所在地近期交通量調(diào)查資料如表 1,交通平 均增長(zhǎng)率前五年8%,之后五年7%,最后五年5%,瀝宵路面使用期15年，試確 定路面結(jié)構(gòu)。車(chē)型分類(lèi)小客車(chē)中客車(chē)大客車(chē)輕型貨車(chē)中型貨車(chē)重型貨車(chē)皎接掛車(chē)代表車(chē)型桑塔納2000江淮AL6600黃海DD680北京BJ130東風(fēng)EQ140黃河JN163東風(fēng)SP925數(shù)量(輛 /d)2182340540300570903410近期交通組成與交通量表12. 累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)計(jì)算由相關(guān)

3、資料查得:汽車(chē)車(chē)型相關(guān)參數(shù)表汽車(chē)車(chē)型軸軸重(KN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)北京BJ130輕型貨車(chē)前軸13.4120后軸27.4東風(fēng)EQ140前軸23.6120后軸69.3東風(fēng)SP925型前軸50.7324后軸113.3黃海DD680型長(zhǎng)途客車(chē)前軸49120后軸91.5黃河JN163型前軸58.6120后軸114江淮 AL6600型前軸17120后軸26.52.2計(jì)算15年累計(jì)當(dāng)量軸次按照交通量增長(zhǎng)規(guī)律，將15年的交通量累加，即可得到15年累計(jì)當(dāng)量軸次：15N/' (M 365)i-1得出彎沉及瀝宵層拉應(yīng)力指標(biāo)求出的累積交通軸次2104萬(wàn)次；半剛性基層拉應(yīng)力指標(biāo)求出的累積交通軸次27

4、06萬(wàn)次。3. 確定路面結(jié)構(gòu)方案與設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)表標(biāo)準(zhǔn)軸載P(KN)100單輪同當(dāng)量直徑 d(cm)21.30輪胎接地壓強(qiáng)P(MPa)0.75 = d / 2 (cm)10.652.1每天BZZ 100作用的當(dāng)量軸次根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果， 方案一：擬定方案：方案一：細(xì)粒式瀝宵混凝土I = 4cm細(xì)粒式瀝宵混凝土I = 4 cm中粒式瀝目混避土h2 = 6cm中粒式瀝目混避土h2 = 8cm粗粒式瀝宵混凝土也=8cm密集配瀝宵碎石h3 = 15cm水泥穩(wěn)定碎石hk = 25cm水泥穩(wěn)定砂礫h4水泥右灰砂礫土層1%級(jí)配砂礫墊層* = 18cm土基土基半剛性基層拉應(yīng)力指標(biāo):k='、C&

5、#39;Mi T材料名稱(chēng)抗壓回彈模量劈裂強(qiáng)度(MPa)局溫時(shí)奔數(shù)20 =C15=CEv(MPa)c(MPa)細(xì)粒式瀝青混凝土199126801.27500.337°中粒式瀝青混凝土142521750.9600粗粒式瀝青混凝土97813200.6密集配瀝青碎石124817150.6水泥穩(wěn)定碎石31880.6水泥右灰砂礫土15910.4路面材料參數(shù)表由上面兩個(gè)表，可以按公式計(jì)算出每天BZZ 100作用的當(dāng)量軸次(軸重小丁 25KN可不計(jì)入)：k一 瀝宵層拉應(yīng)力指標(biāo)：N cnjE)4.35ni各級(jí)軸載作用次數(shù)；p標(biāo)準(zhǔn)軸載；p 被換算車(chē)型的各級(jí)軸載；ci軸數(shù)系數(shù)，G=1+1.2(m-1),

6、m為軸數(shù)；C2一輪組系數(shù)，雙輪組取為1；C'1軸數(shù)系數(shù)，C'1 =1 + 2(m-1)C'2一輪組系數(shù)，單輪組為18.5,雙輪組為1.0，四輪組為0.09由急= 0.376 ;O400.0281E2y 1425Eo水泥穩(wěn)定砂礫17000.6級(jí)配砂礫250土基40下面，對(duì)方案一和方案二分開(kāi)計(jì)算。4. 方案一設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算由書(shū)上公式：ld =600NeKAcAA查表得：A公路等級(jí)系數(shù)，取1.0A路面類(lèi)型系數(shù)，取1.0A路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型系數(shù)，取1.0故，皓=600Neq2AcAsAb =600 2104 104 #2 1 1 1 =20.58（0.01mm）: 必=20.58 10

7、一3 1991 = 5.4962p F 2 0.7 10.65 0.55.3計(jì)算水泥石灰砂礫土層厚度R將該多層體系換算為當(dāng)量二層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土= 4cm中粒式瀝目混避土h2 = 6cmE1y = 1991MPa n = 4cm粗粒式瀝宵混凝土也=8cmE2y 1425MPa水泥穩(wěn)定碎石hk = 25cmH水泥右灰砂礫土層1%土基 E0 = 40MPa土基E2y 1425=0.716;E1y1991查課本圖12-10得：a = 7.5 , K1 = 1.52,可得:5.方案一水泥石灰砂礫土層厚度計(jì)算5.1綜合修正系數(shù)計(jì)算K25.496 八=0.482:-K17.5 1.52由ls

8、 =ld ,代入書(shū)上公式，求得綜合修正系數(shù):H查課本圖 12-10 得= = 5.70,故 H =5.710.65= 60.71(cm) 6由：H = h2 h32.4 E3/E2h42.4 E4 / E2 h52 4 E5 / E2得： H= 6 6.84 34.97 h5 1.05= 60.71。®F =1.63()°.38(旦嚴(yán)6 = 1.63 (20.58)0.38 (迫嚴(yán)6 =0.5002000、 p2000 10.650.7故 h5=12.29(cm),取為 13cm。5.2求理論彎沉系數(shù)由課本公式（12-15）:ls_ 2 p、一 Ei6.方案一彎拉應(yīng)力驗(yàn)算6

9、.1容許彎拉應(yīng)力計(jì)算求得:根據(jù)公式（12-34）:、-spOrKs<Tsp 瀝宵混凝土或半剛性基層的劈裂強(qiáng)度;承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿足要求 中粒式瀝宵混凝土層底彎拉應(yīng)力Ks抗拉強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)系數(shù)；對(duì)瀝宵混凝土層的抗拉強(qiáng)度系數(shù)，Ks = 0.09N；22 / A ;se c對(duì)丁半剛性基層穩(wěn)定集料類(lèi)的抗拉強(qiáng)度系數(shù)，Ks = 0.35N；11 / Ac ;對(duì)丁半剛性基層穩(wěn)定土類(lèi)的抗拉強(qiáng)度系數(shù)，Ks = 0.45N；11 / Ac各層材料%Ks0細(xì)粒式瀝青混凝土1.23.6750.327中粒式瀝青混凝土1.03.6750.272粗粒式瀝青混凝土0.84.0430.198水泥穩(wěn)定碎石0.62.2990

10、.261水泥右灰砂礫土0.42.9560.135各層層底容許彎拉應(yīng)力表?yè)Q算成三層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土 n = 4cm 中粒式瀝宵混凝土 h2 = 6cm 粗粒式瀝宵混凝土 h3 = 8cm水泥穩(wěn)定碎石h4 = 25cm水泥石灰砂礫土層 * = 13cm 土基H h2 h1 4 E1 E2 = 6 4 4 2680/2175由旦=0.96 , 旦 =0.61,查圖12-18得,'E1y自然滿足要求。 粗粒式瀝宵混凝土層底彎拉應(yīng)力E1y = 2175MPa HiE2y = 1320MPaH2土基 E0 = 40MPa10.21cm,<0 ,表明該層層底承受彎曲壓應(yīng)力,6.2

11、各層材料層底彎拉應(yīng)力驗(yàn)算細(xì)粒式瀝宵混凝土層底彎拉應(yīng)力細(xì)粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =6cmE1y =2680MPa h =4cm粗粒式瀝宵混凝土h3 =8cmE2y =2175MPa水泥穩(wěn)定碎石h4 =25cmH水泥右灰砂礫土層h5 =13cm土基 E0=40MPa換算成三層體系，如下圖：土基細(xì)粒式瀝宵混凝土' =4cm中粒式瀝目混避土h2 = 6cm粗粒式瀝宵混凝土炫=8cm水泥穩(wěn)定碎石h4 = 25cm水泥右灰砂礫土層代=13cm土基換算成三層體系，如下圖:E1y = 1320MPa H1E2y = 3188MPaH2土基 E0 = 40MPaHi h2 4瓦

12、后h1 4百后 =8 6由£ =0.376 , 旦 = 0.81, 旦 =0.018,查圖12-18得，。<0,表明該層層底'E1yE2y由41 = 1.84 , E2y = 2.4，查圖 12-18 得,:E1y2175/1320 4 4 2680/1320 = 19.57cm<0 ,表明該層層底承受彎曲壓應(yīng)力，=62.46cm自然滿足要求。 水泥穩(wěn)定碎石層底彎拉應(yīng)力換算成三層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土hi =4cm中粒式瀝目混避土h2 =6cmE1y=3188MPa H1粗粒式瀝宵混凝土h3 =8cmE2y =1591MPa水泥穩(wěn)定碎石瓦=25cmH2 =

13、13cm水泥右灰砂礫土層h5 13cm土基 E0=40MPa故 H2 = 1.位=17.00cm13cm，故取 H2= 17.00cm7.方案一剪應(yīng)力驗(yàn)算將多層結(jié)構(gòu)換算為，以細(xì)粒式瀝宵混凝土圍計(jì)算層，以土基為基層的當(dāng)量三 層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土 n = 4cm中粒式瀝宵混凝土 h2 = 6cmE/ = 750MPa h = 4 cm粗粒式瀝宵混凝土 h3 = 8cmE2 = 1425MPa水泥穩(wěn)定碎石 h4 = 25cmH水泥石灰砂礫土層 hs=17cm土基 E° = 40MPa土基計(jì)算剪應(yīng)力時(shí)，面層為計(jì)算層，應(yīng)采用高溫時(shí)的參數(shù)，其余各層采用抗壓回 彈模量。7.1計(jì)算當(dāng)量三

14、層體系表面的剪應(yīng)力及主壓應(yīng)力5H = h2 寸 hi i=1由 h= 0.376 , H =5.86 ,旦= 0.8 ,巨=0.067 ,查圖 12-21、12 22 得: ''EV1%。(0.3)= 1.127,巳=1.020, 2 = 0.980換算成三層體系，同中一樣。由 蘭=3.82 , 旦=0.50，查圖 12-19 得，。= 0.692E1y,H.En由-=1.22 , 工=0.025,查圖 12-19 得，n=1.13:E2yHe計(jì)算出 n2 =0.247，查圖 12-19 得，-y =1.6m(0.3) = 0.420,巖= 0.898,匕=1.108E)= p

15、m(0.3JJ 0.7x 0.42區(qū) 0.89甲 1.108= 0.29MPa。1(0.3)=瑚；0.3)尸2 = 0.7尺 1.127 1.02* 0.98= 0.79MPa 停車(chē)場(chǎng)、交義口等緩慢制動(dòng)處(f =0.2時(shí))詠°.2)=")+1.3(f -0.3)p = 0.29 + 1.3x(0.2-0%0.7 = 0.20MPa。1(0.2) =。1(0.3) +0.46(f 0.3)p=0.79 0.46x0.1x0.7 = 0.76MPa 緊急制動(dòng)時(shí)(f =0.5)：f =0.5時(shí):O2(0.5)1(0.5) Em(0.5)(1 十 sin中)=0.850.47X (

16、1 十 sin37')= 0.10MPa=2c。tan峪=0.6 0.10 tan37'= 0.63MPaKv(0.5)= = 1.09a故:砧。5)=砧(0.3) +1.3(f 0.3)p = 0.29 + 1.3x(0.5 0.3)x0.7 = 0.47MPa。1(0.5) =。1(0.3)十0.46(f 0.3)p=0.79 + 0.46x0.2x0.7 = 0.85MPa7.2計(jì)算破壞面上可能發(fā)生的剪應(yīng)力 f =0.2 H寸，1皿0.2)=砧(0.2) cos =0.2xcos37=0.16MPa f =0.5 時(shí)，玲0.5) f0.5) cos 平=0.76>&

17、lt;cos37'=0.61MPa7.3計(jì)算路表輪沿處容許剪應(yīng)力f =0.2時(shí)：可滿足抗剪要求Kv了2(0.2)=二1(0.2) m(0.2)(1 sin ) =0.76-0.2 (1 sin37 )=0.44MPa=c。tan = 0.3 0.44 tan37 = 0.630 150.330 15Kv(02)=Ne 乂 =(21040000) X0.33/1.1 =3.67 (此處口 =1.1 由書(shū)上表查得)， Ct故：=063 = 0.167MPa 一.(02) = 0.16MPaKv 3.67(.)絲* = 4.2% 3%0.167可滿足抗剪要求0.68 0.62MPa >

18、 ”.(05) = 0.61MPa 1.09°.62一0.61=1.6%,：5%0.628.方案一防凍層厚度驗(yàn)算由丁路基處中濕狀態(tài)，多年道路最大凍深175cm,基層為穩(wěn)定土類(lèi)，查表12-2 得，最小防凍厚度為45-55cm。該方案路面厚度60cm,滿足防凍厚度要求。9.方案二設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算由書(shū)上公式:_0 2ld = 600Ne AcAsAb查表得：Ac公路等級(jí)系數(shù)，取1.0As路面類(lèi)型系數(shù)，取1.0Ab路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型系數(shù)，取1.00.2故，ld= 600Ne . 11= 600 2104 101 1 1 = 20.58(0.01 mm)10.方案二水泥穩(wěn)定砂礫層厚度計(jì)算查課本圖12-1

19、0得：a = 7.5 , K1 = 1.52,可得:K2 =10.1綜合修正系數(shù)計(jì)算5.4960.482:Ki 7.5 1.52由Is =ld ,代入書(shū)上公式，求得綜合修正系數(shù):ls 、0 38 , E0、0 3620.58 、0 38 , 40、0 36s 3.""/ u、".""3.""、/ 3.sz"F =1.63() ()=1.63 ()()=0.5002000、. p2000 10.650.7H -查課本圖 12-10 得= = 5.70,故 H =5.7x10.65= 60.71(cm)8由：h = h

20、2 h'ETE； h42.4E7E h52,4亙E2得： H= 8+14.20十 h4x 1.08+8.72= 60.71Cm),故h4= 27.69(cm)，取為28cm。10.2計(jì)算理論彎沉系數(shù)11.方案二彎拉應(yīng)力驗(yàn)算由課本公式（12-15）:ls2 p、_ET求得:坦2p、F20.58 10； 19912 0.7 10.65 0.5=5.49611.1容許彎拉應(yīng)力計(jì)算根據(jù)公式（12-34）:CJ二 spKs10.3計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫層厚度將該多層體系換算為當(dāng)量三層體系，如下圖:sp瀝宵混凝土或半剛性基層的劈裂強(qiáng)度； spKs抗拉強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)系數(shù)；對(duì)瀝宵混凝土層的抗拉強(qiáng)度系數(shù)，Ks=

21、0.09N；22/A;對(duì)丁半剛性基層穩(wěn)定集料類(lèi)的抗拉強(qiáng)度系數(shù)，Ks = 0.35N：11 / A ;對(duì)丁半剛性基層穩(wěn)定土類(lèi)的抗拉強(qiáng)度系數(shù)，Ks = 0.45N：11 / Ac細(xì)粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =8cmE1y=1991MPa n=4cm密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y =1425MPa水泥穩(wěn)定砂礫1%H級(jí)配砂礫墊層h =18cm土基 E0 =40MPa土基由 9=0.376; 旦=空5 = 0.716; 旦= N=0.0281By 1991E2y 1425各層層底容許彎拉應(yīng)力表各層材料aspKs4細(xì)粒式瀝青混凝土1.23.6750.327中粒式瀝青混凝土1.

22、03.6750.272密集配瀝青碎石0.62.2370.261水泥穩(wěn)定砂礫0.62.2370.26111.2各層材料層底彎拉應(yīng)力驗(yàn)算細(xì)粒式瀝宵混凝土層底彎拉應(yīng)力密集配瀝宵碎石層底彎拉應(yīng)力換算成三層體系，如下圖：換算成三層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =8cmBy= 2680MPa h = 4cm密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y =2175MPa水泥穩(wěn)定砂礫1%H級(jí)配砂礫墊層h = 18cm土基 E0=40MPa土基由業(yè)=0.376 ,金= 0.81,旦'E1yE2y= 0.018,查圖12-18得，。<0,表明該層層底承受彎曲壓應(yīng)力，自然滿

23、足要求。中粒式瀝宵混凝土層底彎拉應(yīng)力換算成三層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =8cmEy=2175MPaH密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y =1715MPa*水泥穩(wěn)定砂礫1%H2級(jí)配砂礫墊層h = 18cm土基 E0=40MPa土基H1 =h2 +h1 x4E1/E2 =8+"#2680/2175 = 12.21cm,由 嘗=1.15 ,旦 =0.79,查圖12-18得，B<0 ,表明該層層底承受彎曲壓應(yīng)力, :E1 y細(xì)粒式瀝宵混凝土= 4cm中粒式瀝目混避土hb = 8cmBy = 1715MPaH1密集配瀝宵碎石也=15cm AE2

24、y = 1700MPa水泥穩(wěn)定砂礫h4H2級(jí)配砂礫墊層h5 = 18cm土基 E0 = 40MPa土基2H1 = h3+£ h/SEjE3 = 27.96cm ; H2 = h4 +R 0.9 E5 / E 30.14cm由旦= 2.63 , 旦=0.99, 旦= 2.83 , -E° = 斗，、.' E2ym2,認(rèn)為層底彎拉應(yīng)力自然滿足要求。0.024,在圖12-18上查不到對(duì)應(yīng)的水泥穩(wěn)定砂礫層底彎拉應(yīng)力換算成三層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土h = 4cm中粒式瀝目混避土= 8cmE1y = 1700MPaH1密集配瀝宵碎石也=15cmE2y = 250MPa水

25、泥穩(wěn)定砂礫h4H2級(jí)配砂礫墊層h5 = 18cm土基 E0 = 40MPa土基3 =兒+£ hi xjEj/E4 = 56.02cm , H2 = 18cm 舊r HE2、，, 一由-? = 5.26 , W = 0.15，查圖 12-18 得，汀:E1y = 0.15自然滿足要求,HeEc由-y =1.69 , 廣=0.16,查圖 12-18 得，m=1.05 , m2 = 1.04故該層層底彎拉應(yīng)力：om = pLm =0.7 0.15 1.05 1.04 = 0.115 ：；r = 0.261MPa故該層層底彎拉應(yīng)力滿足要求。12.方案二剪應(yīng)力驗(yàn)算將多層結(jié)構(gòu)換算為，以細(xì)粒式瀝宵

26、混凝土圍計(jì)算層，以土基為基層的當(dāng)量三 層體系，如下圖：細(xì)粒式瀝宵混凝土 K 4cm中粒式瀝宵混凝土 h2 =8cmEv1 = 750MPa h = 4 c m密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y=1425MPa水泥穩(wěn)定砂礫h4H級(jí)配砂礫墊層hs =18cm土基 E0=40MPa土基計(jì)算剪應(yīng)力時(shí)，面層為計(jì)算層，應(yīng)采用高溫時(shí)的參數(shù)，其余各層采用抗壓回 彈模量。12.1計(jì)算當(dāng)量三層體系表面的剪應(yīng)力及主壓應(yīng)力5H =h2 ' hi 2：4巳 E2 = 63.06cmi由? =0.376 , H=5.92 , 旨= 0.8 , 豈=0.067,查圖 12-21、12 22,得:。（0.3）=1.

27、127, R =1.020,欄=0.980祐（0.3）=0.420,七=0.898, 丫2= 1.108m（0 3）= P m（0 3）1 2 = °.7 0.42 0.898 1.108 = 0.29MPalll（U.U）lll（U.U）。仙3 = PL03)J2 = 0.7 1.127 1.02 0.98= 0.79MPa I (0.3)(0.3) 停車(chē)場(chǎng)、交義口等緩慢制動(dòng)處(f = 0.2時(shí))Tm(0.2)=5)+ 1.3(f - 0.3)p= 0.29+1.3 (0.2-0.3)x 0.7= 0.20MPa。1(。.2)=6(。.3)+°.46(f 0.3)p= 0

28、.79 0.46x 0.修 0.7= 0.76MPa 緊急制動(dòng)時(shí)(f = 0.5 )：tm(0.5)= t m(0.3)+ 1.3(f 0.3)p = 0.29+1爐(0.5 0.3)x 0.7= 0.47MPao1(0.5)=b1(0.3)+°.46(f 0.3)p=0.79+0.46x 0.2x 0.7=0.85MPa12.2計(jì)算破壞面上可能發(fā)生的剪應(yīng)力 f =0.2 時(shí)，&(0.2) =pm(0.2)co審=0.2乂 cos37°= 0.16MPa f =0.5 時(shí)，電(0.5)= e m(0.5) co即=0.76乂 cos37'= 0.61MPa12.3計(jì)算路表輪沿處容許剪應(yīng)力f =0.2時(shí)：B2(0.2) =s 1(0.2) Em(0.2) (1+sin中)=0.760.2乂(1+ sin37= 0.44MPa=c。tan = 0.3 0.44 tan37 = 0.63Kv(0 2) = N；15'空=(21040000) °.15x 0.33/1.1 = 3.67 (此處0 =1.1 由書(shū)上表查得)， a故：0.63r = /=宙= 0.167MPafo.2)=0.16MPa 01*6 = 4.2% 3%可滿足