全过程精细讲解路面结构设计及计算.docx
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全过程精细讲解路面结构设计及计算
.
路面结构设计及计算
表7.1交通量组成表
车型
总重
载重
前轴重
后轴重
后轴数
后轮
前轮
轴距
交通量
（KN）
（KN）
（KN）
（KN）
轮组数
轮组数
（cm）
黄河JN150
150.6
82.6
49
101.6
l
双
单
760
解放
80.25
40
19.40
60.85
1
双
单
1710
CA10B
东风EQ140
92.90
50.00
23.70
69.20
1
双
单
760
太脱拉138
211.4
120.00
51.40
2×80
2
双
单
132
190
标准轴载
0
100
1
380
7.1轴载分析
路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载
a.以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。
（1）轴载换算
Pi
4.35
轴载换算采用如下的计算公式：
NC1C2NiP
（7.1）
式中：
N—标准轴载当量轴次，次
/日
ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日
P—标准轴载，KN
pi—被换算车辆的各级轴载，KN
K—被换算车辆的类型数
c1—轴载系数，c111.2（m1），m是轴数。
当轴间距
离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应考
虑轴数系数。
c2：
轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。
.
.
轴载换算结果如表所示：
表7.2
轴载换算结果表
车型
pi
c1
c2
ni
c1c2ni（pi）4..35
P
黄河JN150
前轴
49
1
6.4
760
218.447
后轴
101.6
1
1
760
814.331
解放CA10B
后轴
60.85
1
1
1710
197.
东风EQ140
后轴
69.2
1
1
760
12.930
太脱拉138
前轴
51.4
1
6.4
190
67.239
后轴
80
2.2
1
190
158.350
标准轴载
380
380.000
c1c2ni（pi）4..35
1848.327
P
注：
轴载小于25KN的轴载作用不计。
（2）累计当量轴数计算
根据设计规，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η取0.40，γ=4.2%，累计当量轴次：
（1）t
1365N1
Ne
15
（10.042）13651848.3270.40
5484490.次（7.2）
0.042
验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次
b.轴载换算
验算半刚性基底层底拉应力公式为
k
8
c1'c2'ni（pi）
N'
i1
P
（7.3）
式中：
c1'
为轴数系数，c1'
12（m1）
c2'
为轮组系数，单轮组为
1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。
计算结果如下表所示：
表7.3
.
.
车型
pi
c1'
c2'
ni
c1
'c2'ni（pi）8
P
黄河
101.6
1
1
760
862.906
后轴
JN150
解放
60.85
1
1
1710
32.143
后轴
CA10B
东风
69.2
1
1
760
0.424
后轴
EQ140
太脱拉
51.4
1
1.85
190
1.712
前轴
138
后轴
80
2.2
1
190
70.129
标准轴载
380
380.000
c1
'c2
'ni（pi
）8
1347.313
P
注：
轴载小于50KN的轴载作用不计。
（1）t
1
365
N1'
Ne
（1
0.042%）15
1
365
1347.313
0.40
3397845次
0.042%
7.2结构组合与材料选取
由上面的计算得到设计年限一个行车道上的累计标准轴次约为700万次左
右，根据规推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土（15cm）、基层采用石灰粉煤
灰碎石（厚度待定）、底基层采用石灰土（30cm）。
规规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成，查规，采用三层沥青面层，
表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚4cm），中间层采用中粒式密级配沥青
混凝土（厚5cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚6cm）。
7.3各层材料的抗压模量与劈裂强度
查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20℃）与劈裂强度
表7.4路面材料技术指标
20℃抗压模量
（MPa）
15℃弯拉模量
15℃弯拉强度
材料名称
（Mpa）
（Mpa）
Ep
.
.
细粒沥青混凝土
1400
2000
1.4
中粒沥青混凝土
1200
1600
1.0
粗粒沥青混凝土
900
1200
0.8
细粒式沥青
1500
1800
1.4
玛蹄脂碎石
中粒式沥青
1300
1700
1
玛蹄脂碎石
粗粒式沥青
1000
1300
0.8
玛蹄脂碎石
水泥稳定碎石
1600
1600
0.5
石灰粉煤灰碎石
1500
1500
0.6
二灰土
600
600
0.3
石灰土
550
550
0.25
表7.5
沥青混合料的压实最小厚度和适宜厚度
最大粒径
公称最大
符号
压实最小
适宜厚度
沥青混合料类型
（mm）
粒（mm）
厚（mm）
（mm）
密集配沥
细粒式
13.2
9.5
AC-10
20
25-40
中粒式
19
16
AC-16
35
40-60
青混合料
粗粒式
31.5
26.5
AC-25
70
70-120
沥青玛蹄
细粒式
13.2
9.5
SMA-10
25
25-50
脂碎石混
中粒式
19
16
SMA-16
40
40-70
合料
粗粒式
31.5
26.5
SMA-25
80
80-120
7.4土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅲ4区，为粉质土，稠度为1.05，查相关表的土基回弹模量为
51.5MPa。
7.5设计指标的确定
对于一级公路，规要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。
a.设计弯沉值（一级公路）:
该公路为一级公路，路面等级系数Ac=1.0，面层是沥青混凝土路面As取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数Ab=1.0。
设计弯沉值为：
L
d
960N
e
0.2AAA
csb
.
.
960
5484490
0.2
1.0
1.0
1.0
26.5（0.01mm）
（7.4）
b.各层材料的容许层底拉应力
sp
R
Ks
（7.5）
（1）细粒式密级配沥青混凝土
KS
0.09AaNe
0.22
Ac
（7.6）
0.09
1.0
5484490
0.22
2.734
1..0
SP
1.4
0.5MPa
（7.7）
R
2.734
KS
（2）中粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.0
54844900.22
2.734
1..0
SP
1
0.36MPa
R
KS
2.734
（3）粗粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.1
5484490
0.22
1.0
3.01
SP
0.8
0.26MPa
R
KS
3.01
（4）细粒式沥青玛蹄脂碎石
0.22
0.09AaNe
KS
Ac
0.091.054844900.22
1..0
2.734
.
.
SP
1.4
R
0.5MPa
KS
2.734
（5）中粒式沥青玛蹄脂碎石
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.0
5484490
0.22
1..0
2.734
SP
1
0.36MPa
R
KS
2.734
（6）粗粒式沥青玛蹄脂碎石
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.1
5484490
0.22
1.0
3.01
SP
0.8
0.26MPa
R
KS
3.01
（7）水泥碎石
KS
0.35Ne
0.11
0.3554844900.11
1.93
（7.8）
Ac
R
SP
0.5
0.27MPa
1.93
R
（9）石灰粉煤灰碎石
KS
0.45Ne0.11
0.11
2.48
（7.9）
Ac
0.455484490
SP
R
R
0.6
2.48
0.32MPa
（10）石灰土
KS
0.45Ne0.11
0.11
2.48
Ac
0.455484490
SP
R
R
0.25
2.48
0.1MPa
.
.
（11）二灰土
KS
0.45Ne0.11
0.11
2.48
Ac
0.455484490
SP
R
R
0.3
0.12MPa
2.48
7.6设计资料总结
相关资料汇总如下表：
公路等级一级公路
公路等级系数1
面层类型系数
1
基层类型系数1
路面设计弯沉值:
26.5（0.01mm）
表7.6方案A
材料名称
H
劈裂强度
容许拉应力
（CM）
（MPA）
（MPA）
细粒式沥青混凝土
4
1.4
0.51
中粒式沥青混凝土
5
1.0
0.36
粗粒式沥青混凝土
6
0.8
0.26
石灰粉煤灰碎石
？
0.6
0.32
石灰土
30
0.25
0.1
土基
—
—
按设计弯沉值计算设计层厚度
:
LD=26.5（0.01mm）
H（4）=15cm
LS=29.4（0.01mm）
H（4）=20cm
LS=25.9（0.01mm）
H（4）=19.1cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度
:
H（4）=19.1cm（第1
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19.1cm（第2
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19.1cm（第3
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19.1cm（第4
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19.1cm（第5
层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=19.1cm（仅考虑弯沉）
H（4）=19.1cm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度60cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
.
.
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土
4cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土
5cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土
6cm
---------------------------------------
石灰粉煤灰碎石
20cm
---------------------------------------
石灰土
30cm
---------------------------------------
土基
表7.7竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
材料名称
20℃抗压模
15℃弯拉模
15℃弯拉强
计算信息
量（MPa）
量（Mpa）
度（Mpa）
细粒沥青混凝土
1400
2000
1.4
计算应力
中粒沥青混凝土
1200
1600
1.0
计算应力
粗粒沥青混凝土
900
1200
0.8
计算应力
石灰粉煤灰碎石
1500
1500
0.6
计算应力
石灰土
550
550
0.25
计算应力
土基
36
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
.
.
第1
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=25.9（0.01mm）
第2
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=28.7（0.01mm）
第3
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=32.5（0.01mm）
第4
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=37.2（0.01mm）
第5
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=89.6（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值LS=322.9（0.01mm）
LS=258.8（0.01mm）
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1
层底面最大拉应力
σ
（1）=-0.224（MPa）
第2
层底面最大拉应力
σ
（2）=-0.069（MPa）
第3
层底面最大拉应力
σ（3）=-0.（MPa）
第4
层底面最大拉应力
σ（4）=0.123（MPa）
第5
层底面最大拉应力
σ（5）=0.076（MPa）
方案B：
表7.8
材料名称
H（CM）
劈裂强度
容许拉应力
（MPA）
（MPA）
细粒式沥青玛蹄脂碎石
3
1.4
0.51
中粒式沥青玛蹄脂碎石
4
1.0
0.36
粗粒式沥青玛蹄脂碎石
6
0.8
0.26
水泥稳定碎石
？
0.5
0.27
二灰土
30
0.3
0.12
土基
—
—
按设计弯沉值计算设计层厚度
:
LD=26.5（0.01mm）
H（4）=15cm
LS=29.4（0.01mm）
H（4）=20cm
LS=25.8（0.01mm）
H（4）=19cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度
:
H（4）=19cm（第1
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19cm（第2
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19cm（第3
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19cm（第4
层底面拉应力验算满足要求）
H（4）=19cm（第5
层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=19cm（仅考虑弯沉）
.
.
H（4）=19cm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度60cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,
最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
细粒式沥青玛蹄脂碎石3cm
---------------------------------------
中粒式沥青玛蹄脂碎石4cm
---------------------------------------
粗粒式沥青玛蹄脂碎石6cm
---------------------------------------
水泥稳定碎石20cm
---------------------------------------
石灰粉煤灰土30cm
---------------------------------------
土基
竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
表7.9
材料名称
20℃抗压模
15℃弯拉模
15℃弯拉强
计算信息
量（MPa）
量（Mpa）
度（Mpa）
细粒式沥青
1500
1800
1.4
计算应力
玛蹄脂碎石
中粒式沥青
1300
1700
1
计算应力
.
.
玛蹄脂碎石
粗粒式沥青
1000
1300
0.8
计算应力
玛蹄脂碎石
水泥稳定碎石
1600
1600
0.5
计算应力
二灰土
600
600
0.3
第1
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=25.8（0.01mm）
第2
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=27.9（0.01mm）
第3
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=31（0.01mm）
第4
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=35.5（0.01mm）
第5
层路面顶面竣工验收弯沉值
LS=85.7（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值
LS=322.9
（0.01mm）
LS=258.8
（0.01mm）
计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1
层底面最大拉应力
σ
（1）=-0.242（MPa）
第2
层底面最大拉应力
σ
（2）=-0.129（MPa）
第3
层底面最大拉应力
σ（3）=-0.061（MPa）
第4
层底面最大拉应力
σ（4）=0.127（MPa）
第5
层底面最大拉应力
σ（5）=0.（MPa）
7.7方案比选
经分析，A方案路面结构造价低于B方案。
同时考虑长期使用效能及本公路的交通状况，故采用A方案。
.
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