C14瀝青路面設(shè)計(jì)

1、第14章瀝青路面設(shè)計(jì)內(nèi)容:瀝青路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)層厚度驗(yàn)算. 方法:彈性層狀體系的力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法.設(shè)計(jì)指標(biāo):路面彎沉和結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力.8/12/20228/12/202214.1 設(shè)計(jì)方法8/12/2022CBR設(shè)計(jì)法 8/12/2022AASHTO設(shè)計(jì)法 8/12/20228/12/2022SHELL設(shè)計(jì)法 8/12/202214.2 設(shè)計(jì)原則1、滿(mǎn)足路面設(shè)計(jì)年限2、合理確定路面的交通等級(jí)3、應(yīng)將路基路面作為一個(gè)整體考慮4、充分考慮環(huán)境保護(hù)，與自然協(xié)調(diào)。5、進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選 8/12/202214.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)8/12/202214.4 彈性層狀體系力學(xué)模型8/12

2、/20228/12/20221、引用應(yīng)力函數(shù) =（r，z），則應(yīng)力分量為： 8/12/20222、由應(yīng)力分量可求變形分量：3、由應(yīng)力分量和變形分量可得位移分量：8/12/202214.5 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)8/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/2022江南地區(qū)瀝青路面典型結(jié)構(gòu).doc8/12/202214.6 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算計(jì)算貧混凝土基層底拉應(yīng)力時(shí)8/12/202214.7 路基回彈模量的確定8/12/20228/12/202214.8 路面材料回彈模量8/12/20228/12/2022

3、8/12/20228/12/202214.9 路面設(shè)計(jì)規(guī)范 我國(guó)現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定： 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)彎沉值和設(shè)計(jì)容許層底彎拉應(yīng)力兩個(gè)指標(biāo)設(shè)計(jì)路面厚度。（城市道路路面還要進(jìn)行剪應(yīng)力驗(yàn)算）即： 所有結(jié)構(gòu)層材料的回彈模量采用抗壓回彈模量；土基的回彈模量一律采用材料的抗壓回彈模量。8/12/2022 公路等級(jí) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo) 路表面設(shè)計(jì)彎沉 瀝青層彎拉應(yīng)力半剛性層彎拉應(yīng)力高速公路，一、二級(jí)公路000三、四級(jí)公路0不同等級(jí)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)指標(biāo)8/12/20221、路面設(shè)計(jì)彎沉值和路表彎沉值 路面設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算： Ac公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為1.0，二級(jí)公路為1.1

4、，三、四級(jí)公路為1.2；As面層類(lèi)型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、瀝青表面處治、上拌下貫或貫入式路面為1.1；中低級(jí)路面為1.2；AB路面結(jié)構(gòu)系數(shù)，剛性基層、半剛性基層瀝青路面為1；柔性基層瀝青路面為1.6 路表彎沉值計(jì)算： c理論彎沉系數(shù)； ， 其中E0為土基回彈模量值（MPa），E1、E2、En-1各層材料回彈模量值（MPa），h1、 h2、hn-1為各結(jié)構(gòu)層厚度（cm）。 8/12/20222、結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力和設(shè)計(jì)拉應(yīng)力結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力計(jì)算： 結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強(qiáng)度（Pa)，由實(shí)驗(yàn)確定。我國(guó)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用極限劈裂強(qiáng)度； Ks 抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)；

5、對(duì)瀝青混凝土面層： 對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類(lèi)： 對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土類(lèi)： 對(duì)貧混凝土類(lèi)：設(shè)計(jì)拉應(yīng)力計(jì)算： 理論最大拉應(yīng)力系數(shù)， 8/12/202214.10 路面厚度設(shè)計(jì)1）計(jì)算圖式 多層彈性體系：直接電算或換算成雙層或三層體系查諾模圖。2）計(jì)算公式：8/12/2022雙層體系解（單圓荷載）8/12/20228/12/2022三層體系解：(雙圓荷載)典型的三層路面計(jì)算圖式8/12/20228/12/20223）多層體系等效換算三層體系：雙層體系：8/12/20228/12/202214.11 層底拉應(yīng)力驗(yàn)算1）多層體系計(jì)算圖式8/12/2022三層體系拉應(yīng)力計(jì)算圖式雙層體系:三層體系:2)計(jì)算公式

6、8/12/20228/12/20228/12/20223）多層體系等效換算上層底面主拉應(yīng)力等效：中層底面主拉應(yīng)力等效：8/12/2022瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件2006.rar8/12/20228/12/20228/12/20228/12/2022例3 ：已知輪載p0.7Mpa，雙圓荷載的直徑d21.3cm，雙層連續(xù)體系，E050MPa，E1200MPa，h24cm。試按查圖法計(jì)算雙圓荷載輪隙中心處及相當(dāng)單圓荷載中心處的彎沉值。 解：按雙圓荷載計(jì)算：=10.65cm，h/=24/10.65=2.25，E0/ E1=50/200=0.25 查圖得L 0.435，則彎沉值為： （cm） 按單圓荷載計(jì)算

7、： 單圓荷載的直徑D = d = 21.3 = 30.12 （cm） 查圖14-4得0.44，則彎沉值為： （cm） 8/12/202214.12 新建路面厚度設(shè)計(jì)8/12/2022例4 甲乙兩地之間計(jì)劃修建一條四車(chē)道的一級(jí)公路，在使用期內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率為10%。該路段處于IV7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供給。預(yù)測(cè)該路竣工后第一年的交通組成如下表14-14所示，試進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 預(yù)測(cè)交通組成表車(chē)型前軸重 (KN)后軸重 (KN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距交通量(次/日)三菱T653B29.348.01雙輪組300黃河JN16358.6114.01雙輪組40

8、0江淮HF15045.1101.51雙輪組400解放SP920031.378.03雙輪組3m300湘江HQP4023.173.22雙輪組3m400東風(fēng)EQ15526.556.72雙輪組3m4008/12/2022解：1軸載分析：路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載。(1)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次軸載換算采用如下的計(jì)算公式： 軸載換算結(jié)果表（彎沉） 車(chē)型軸重(KN)軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)交通量(次/日)當(dāng)量軸次 (次/日)三菱T653B前軸29.3113001.4后軸48.01130012.3黃河JN163前軸58.61140039.1后軸114.01140070

9、7.3江淮HF150前軸45.11140012.5后軸101.511400426.8解放SP9200前軸31.3113001.9后軸78.031300305.4湘江HQP40后軸73.221400205.9東風(fēng)EQ155前軸26.5114001.2后軸56.72.2140074.6 注：軸載小于25KN的軸載作用不計(jì)。1788.48/12/2022累計(jì)當(dāng)量軸次：根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，一級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限取15年，四車(chē)道的車(chē)道系數(shù)是0.40.5，取0.45。=9332998次 （2）驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次 軸載換算 驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力的軸載換算公式為：計(jì)算結(jié)果如下表： 8/

10、12/2022軸載換算結(jié)果表（半剛性基層層底拉應(yīng)力）車(chē)型軸重(KN)軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)交通量(次/日)當(dāng)量交通量(次/日)黃河JN163前軸58.6114005.6后軸114.0114001141.0江淮HF150后軸101.511400450.6解放SP9200后軸78.031300123.3湘江HQP40后軸73.22140065.9東風(fēng)EQ155后軸56.73140012.81799.2注：軸載小于50KN的軸載作用不計(jì)。8/12/2022 累計(jì)當(dāng)量軸次參數(shù)取值同上，設(shè)計(jì)年限是15年，車(chē)道系數(shù)取0.45。=9389359次 2. 結(jié)構(gòu)組合與材料選取 由上面的計(jì)算得到設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)行車(chē)道上的

11、累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次為九百萬(wàn)次左右。根據(jù)規(guī)范推薦結(jié)構(gòu)，并考慮到公路沿途有大量碎石且有石灰供應(yīng)，路面結(jié)構(gòu)面層采用瀝青混凝土(15cm)，基層采用水泥碎石（取25cm），底基層采用石灰土（厚度待定）。 規(guī)范規(guī)定高速公路、一級(jí)公路的面層由二層至三層組成。查規(guī)范瀝青路面采用三層式瀝青面層，表面層采用細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度4cm)，中面層采用中粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度5cm)，下面層采用粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土(厚度6cm)。 8/12/2022 3. 各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度 查表14-12，14-13，得到各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度?？箟耗Ａ咳?0的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到20

12、的抗壓模量：細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1200MPa，粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1000MPa，水泥碎石為1500MPa，石灰土550MPa。各層材料的劈裂強(qiáng)度：細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1.4MPa，中粒式密級(jí)配瀝青混凝土為1.0MPa，粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土為0.8MPa，水泥碎石為0.5MPa，石灰土0.225MPa。4. 土基回彈模量的確定 該路段處于IV7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，查表14-9 “二級(jí)自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值（Mpa）”查得土基回彈模量為40MPa。 8/12/20225. 設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定 對(duì)于一級(jí)公路，規(guī)范要求以設(shè)計(jì)彎沉

13、值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。（1）設(shè)計(jì)彎沉值 路面設(shè)計(jì)彎沉值根據(jù)規(guī)公式計(jì)算。本公路為一級(jí)公路，公路等級(jí)系數(shù)取1.0，面層是瀝青混凝土，面層類(lèi)型系數(shù)取1.0，半剛性基層，底基層總厚度大于20cm，基層類(lèi)型系數(shù)取1.0。 設(shè)計(jì)彎沉值為：（2）各層材料的容許層底拉應(yīng)力 ：8/12/2022細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土： 中粒式密級(jí)配瀝青混凝土：粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土：水泥碎石： 石灰土： 8/12/20226. 總結(jié)設(shè)計(jì)資料：設(shè)計(jì)彎沉值為24.22（0.01mm）相關(guān)設(shè)計(jì)匯總?cè)绫?設(shè)計(jì)資料匯總表 材料名稱(chēng)h(cm)20模量(MPa)容許拉應(yīng)力(MPa)細(xì)粒式瀝青混凝土414000.4560中

14、粒式瀝青混凝土512000.3257粗粒式瀝青混凝土610000.2367水泥碎石2515000.2439石灰土?5500.0856土基407. 確定石灰土層厚度 通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算得到，石灰土的厚度為24.5cm，實(shí)際路面結(jié)構(gòu)的路表實(shí)測(cè)彎沉值為24.19(0.01mm)，瀝青面層的層底均受壓應(yīng)力，水泥碎石層底的最大拉應(yīng)力為0.1223MPa，石灰土層底最大拉應(yīng)力為0.075MPa。上述設(shè)計(jì)結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 。8/12/202214.14 瀝青路面改建設(shè)計(jì)8/12/2022（3）原路面當(dāng)量回彈模量的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軸載所測(cè)彎沉值與承載板所測(cè)彎沉值之比原路面當(dāng)量回彈模量擴(kuò)大系數(shù)（4）加鋪層設(shè)計(jì)8/12/

15、2022本章基本要求了解彈性層狀體系理論；熟悉瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)；掌握新建瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算、路面結(jié)構(gòu)的彎拉應(yīng)力驗(yàn)算、瀝青路面改建設(shè)計(jì)方法；了解AASHTO和SHELL瀝青路面設(shè)計(jì)方法。8/12/2022思考題試分析應(yīng)用彈性層狀體系理論進(jìn)行柔性路面結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的合理性與存在的問(wèn)題。瀝青路面設(shè)計(jì)為什么要選用多指標(biāo)作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)？說(shuō)明各指標(biāo)的意義及其與路面損壞現(xiàn)象的聯(lián)系。完成一個(gè)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括哪些內(nèi)容？試總結(jié)新建瀝青路面與改建路面設(shè)計(jì)中的不同之處。8/12/2022計(jì)算題1、某雙車(chē)道瀝青路面改建，調(diào)查斷面交通量如下表所示，交通量增長(zhǎng)率為6%，試估算15年內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)軸載(100kN