瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、第四章 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1設(shè)計資料1自然地理條件新建濟南繞城高速，道路路基寬度為24.5米，全長5km，結(jié)合近幾年濟南經(jīng)濟增長及人口增長的情況，根據(jù)近期的交通量預(yù)測該路段的年平均交通量為5000輛/日，交通量平均年增長率=4%。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計為瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計年限為15年。2土基回彈模量濟南繞城高速北環(huán)所在地區(qū)為屬于溫帶季風(fēng)氣候，季風(fēng)明顯，四季清楚，春季干旱少雨，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季涼爽枯燥，冬季寒冷少雪。?jù)區(qū)域資料，年平均氣溫13.8，無霜期178天，最高月均溫27.27月，最低月均溫-3.21月，年平均降水量685毫米。道路沿線土質(zhì)路基稠度=1.3；因此該路基處于枯燥狀態(tài)，根據(jù)公路自然

2、區(qū)劃可知濟南繞城高速處于區(qū)，根據(jù)【JTG D50-2006】?公路瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?1可確定工程所在地土基回彈模量設(shè)計值為46MPa。3交通資料 交通組成及各車型汽車參數(shù) 表1-1車型前軸重KN后軸重KN后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量江淮HF140A18.941.81雙輪組1300三菱FR41530511雙輪組800長征CA16045.283.72雙輪組<3700宇通ZK6820G30551雙輪組700北京BK6150A48.571.22雙輪組>3400解放SP920031.3783雙輪組>3600東風(fēng)SP925050.7113.33雙輪組>35001.2交通分析1

3、軸載換算路面設(shè)計以雙輪組-單軸載為100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)按表1-2確定。 表1-2 標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載PKN100輪胎接地壓強pMPa0.70單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑dcm21.30兩輪中心距cm1.5d當(dāng)以設(shè)計彎沉為指標(biāo)時及驗算瀝青層層底拉應(yīng)力時，凡大于25kN的各級軸載Pi的作用次數(shù)Ni按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N的計算公式為： 式中：N標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次數(shù)次/d； Ni被換算的車型各級軸載作用次數(shù)次/d； P標(biāo)準(zhǔn)軸載kN； Pi被換算車型的各級軸載kN； C1被換算車型的各級軸載系數(shù)，當(dāng)其間距大于3m時，按單獨的一個軸計算，軸數(shù)系數(shù)

4、即為軸數(shù)m，當(dāng)其間距小于3m時，按雙軸或多軸計算，軸數(shù)系數(shù)為C1=1+1.2m-1； C2被換算車型的各級軸載輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1.0，四輪組為0.38。瀝青路面營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次為：= 4709.00次/d當(dāng)以半剛性層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時，標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次數(shù)：式中： 軸數(shù)系數(shù) 輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。 注：軸載小于50KN的特輕軸重對結(jié)構(gòu)的影響可以忽略不計，所以不納入當(dāng)量換算。瀝青路面營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次：= 4978.00次/d該新建道路為高速公路，采用瀝青路面，設(shè)計年限為15年，交通增長率為4%，即=0.04。又該路

5、設(shè)計為雙向四車道，由【JTG D50-2006】公路瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)查表3.1.6得車道系數(shù)可取0.4-0.5，本設(shè)計取=0.5。以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)時，設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次為： 以半剛性基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時，設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次為： 根據(jù)上述計算所得，由【JTG D50-2006】?公路瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?查表判斷交通等級一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh= 2500 ,屬于重交通等級當(dāng)以設(shè)計彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時 :路面營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次 : 4709.00 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次 : 次屬于重交通等級當(dāng)以半剛

6、性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時 :路面營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次 : 4978.00 設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次 : 次屬于重交通等級綜上，路面設(shè)計交通等級為重交通等級1.3 初擬路面結(jié)構(gòu)1路面結(jié)構(gòu)方案根據(jù)濟南繞城高速的功能性質(zhì)及【JTG D50-2006】?公路瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?，并結(jié)合工程經(jīng)驗與典型案例，初步擬定路面結(jié)構(gòu)組合與各層結(jié)構(gòu)厚度如下：方案一：采用半剛性基層路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù) 1.0- 細粒式瀝青混凝土 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 待設(shè)計 - 級配碎石 200 mm方案二：采用柔性基層路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)

7、 1.6- 細粒式瀝青混凝土 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 密集配瀝青碎石 待設(shè)計 - 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm2路面設(shè)計彎沉值和抗拉結(jié)構(gòu)強度系數(shù)K該公路等級為高速公路，兩種方案均采用瀝青混凝土面層，半剛性基層，公路等級系數(shù)取1.0；基層為水泥穩(wěn)定碎石，因此路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)為1.0；面層為瀝青混凝土面層,面層類型系數(shù)取1.0。路面設(shè)計彎沉值： 抗拉結(jié)構(gòu)強度系數(shù)： 瀝青混凝土面層 無機結(jié)合料穩(wěn)定集料 無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土容許拉應(yīng)力，-路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強度MPa。3路面材料相關(guān)參數(shù)確實定試驗材料確實定：半剛性基層所用集料取自沿線料場，結(jié)

8、合料瀝青選用A級90號，面層采用SBS改性瀝青，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均符合?公路瀝青路面施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?bnJTG_F40-2004相關(guān)的規(guī)定。路面材料劈裂強度：根據(jù)設(shè)計配合比，選取工程用各種原材料，測定規(guī)定穩(wěn)定和齡期的材料劈裂強度。按照?公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程?JTG E20-2021與?公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程?JTG E51-2021中的方法進行測定，參數(shù)見表1-3。 表1-3材料名稱細粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土密級配瀝青碎石水泥穩(wěn)定碎石劈裂強度MPa1.21.00.80.60.6路面材料抗壓回彈模量確實定：根據(jù)設(shè)計配合比，選取工程用各種原材料制件，測定設(shè)計

9、參數(shù)。按照?公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程?中規(guī)定的工程頂面法測定半剛性材料的抗壓回彈模量。按照?公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程?中規(guī)定的方法測定瀝青混合料的抗壓回彈模量；測定20、15的抗壓回彈模量，各種材料的試驗結(jié)果與設(shè)計參數(shù)分別見表1-4、表1-5。 材料名稱水泥穩(wěn)定碎石級配砂礫級配碎石抗壓回彈模量MPa3188250400 半剛性材料抗壓回彈模量 表1-4 瀝青材料抗壓回彈模量 表1-5材料名稱細粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土密級配瀝青碎石20抗壓回彈模量MPa19911425978124815抗壓回彈模量MPa2680217513201715 由前面計算所得相關(guān)

10、參數(shù)，計算路面各結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力R，見表1-6。 路面結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力計算表 表1-6結(jié)構(gòu)層材料名稱NeAcKsspRMPa細粒式瀝青混凝土1.721071.03.521.20.34中粒式瀝青混凝土1.721071.03.521.00.28粗粒式瀝青混凝土1.721071.03.520.80.23密級配瀝青碎石1.721071.03.520.60.17水泥穩(wěn)定碎石1.811071.02.200.60.271.4 路面結(jié)構(gòu)層厚度確定根據(jù)設(shè)計資料,利用 HPDS-2021公路路面設(shè)計程序系統(tǒng)進行路面結(jié)構(gòu)層厚度的設(shè)計，以下分別進行方案一、方案二設(shè)計層的厚度設(shè)計。方案一：公 路 等 級 : 高速公路新

11、建路面的層數(shù) : 5 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100路面設(shè)計彎沉值 : 21.4 (0.01mm)路面設(shè)計層層位 : 4設(shè)計層最小厚度 : 150 (mm)表1-7層位結(jié) 構(gòu) 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)容許應(yīng)力(MPa)1細粒式瀝青混凝土4019910268000.342中粒式瀝青混凝土6014250217500.283粗粒式瀝青混凝土809780132000.234水泥穩(wěn)定碎石?31880318800.275級配碎石200400040006新建路基46按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度 : LD= 21.4

12、(0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 23.3 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 20.1 (0.01mm) H( 4 )= 229 mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計算設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 229 mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 229 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 229 mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 229 mm(第 4 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) 路面設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 229 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 229 mm(同時考慮彎沉和拉應(yīng)

13、力)通過對設(shè)計層厚度取整以及進一步的修改, 調(diào)整后得到路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計結(jié)果如下列圖: - 細粒式瀝青混凝土 AC-10 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 AC-16 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 AC-25 80 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm - 級配碎石 200 mm - 新建路基驗算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度為 500 mm結(jié)構(gòu)層總厚度 驗算結(jié)果說明 ,路面總厚度滿足防凍要求 .方案二：公 路 等 級 : 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)計彎沉值 : 21.4 (0.01mm)路面設(shè)計層層位 : 4 設(shè)計層最小厚度 : 150 (m

14、m) 表1-8層位結(jié) 構(gòu) 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)容許應(yīng)力(MPa)1細粒式瀝青混凝土4019910268000.342中粒式瀝青混凝土6014250217500.283粗粒式瀝青混凝土809780132000.234密級配瀝青碎石?12480171500.175水泥穩(wěn)定碎石30031880318800.276新建路基46按設(shè)計彎沉值計算設(shè)計層厚度 : LD= 21.4 (0.01mm) H( 4 )= 150 mm LS= 15.8 (0.01mm) 由于設(shè)計層厚度 H( 4 )=Hmin時 LS<

15、;=LD,故彎沉計算已滿足要求 . H( 4 )= 150 mm(僅考慮彎沉) 按容許拉應(yīng)力計算設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 150 mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 4 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 5 層底面拉應(yīng)力計算滿足要求)路面設(shè)計層厚度 : H( 4 )= 150 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 150 mm(同時考慮彎沉和拉應(yīng)力) 通過對設(shè)計層厚度取整以及設(shè)計人員對路面厚度

16、進一步的修改,并根據(jù)瀝青混合料壓實最小厚度與適宜厚度表選擇瀝青混合料類別，調(diào)整后得到路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計結(jié)果如下列圖: - 細粒式瀝青混凝土 AC-10 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 AC-16 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 AC-25 80 mm - 密級配瀝青碎石 ATB-30 150 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm - 新建路基驗算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度為 500 mm結(jié)構(gòu)層總厚度 驗算結(jié)果說明 ,路面總厚度滿足防凍要求。1.5 交工驗收彎沉值和層底拉應(yīng)力計算 方案一：公 路 等 級 : 高速公路新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100表1-9層位結(jié)

17、 構(gòu) 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)綜合影響系數(shù)1細粒式瀝青混凝土40199102680012中粒式瀝青混凝土60142502175013粗粒式瀝青混凝土8097801320014水泥穩(wěn)定碎石300318803188015級配碎石2004000400016新建路基461 計算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 17.5 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 19.3 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 21.6 (

18、0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 24.6 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 139.6 (0.01mm)路基頂面交工驗收彎沉值 LS= 202.5 (0.01mm)( 根據(jù)?公路瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?公式計算) LS= 256.6 (0.01mm)( 根據(jù)?公路路面基層施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?公式計算) 計算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )= -0.197 (MPa)0.34(MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )= -0.014 (MPa)0.28(MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力

19、( 3 )= -0.07 (MPa)0.23(MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.209 (MPa)0.27(MPa)故瀝青結(jié)構(gòu)層層底容許拉應(yīng)力大于層底最大拉應(yīng)力，設(shè)計滿足要求。 方案二： 公 路 等 級 : 高速公路 新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100表1-10層位結(jié) 構(gòu) 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)綜合影響系數(shù)1細粒式瀝青混凝土40199102680012中粒式瀝青混凝土60142502175013粗粒式瀝青混凝土8097801320014密級配瀝青碎石15012

20、4801715015水泥穩(wěn)定碎石300318803188016新建路基461 計算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 15.8 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 17.5 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 19.7 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 22.6 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 32.2 (0.01mm) 路基頂面交工驗收彎沉值 LS= 202.5 (0.01mm)( 根據(jù)?公路瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?公式計算) LS= 256.6 (0.01mm)( 根據(jù)?公路路面基層施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?公式計算) 計算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉