绵竹市新建高速沥青路面设计资料.docx

1、绵竹市新建高速沥青路面设计资料绵竹市新建高速沥青路面设计 1 任务分析1.1 任务概述 绵竹市准备新建绕城高速，根据交通量，设计出此路段的道路等级，并根据15年后的交通量确定路面结构。根据行车载荷确定绵竹市绕城高速的路面结构，设计出三种方案，并对此三种方案进行各参数验证，然后进行比较，确定出既能适应此交通量的发展，又经济实惠的路面。1.2 交通数据 绵竹市近年交通流量数据统计如表1 绵竹市修建道路近期交通量 表1车型名称起始年日交通量（辆）东风EQ1401000解放CA10B800黄河JN150800太脱拉13860小汽车1100 车辆数据如表2 表2序号车辆类型前轴重力（KN）后轴重力（KN

2、）后轴数轮组数后轮距（cm）交通量（辆/天）1东风EQ14023.7069.201双10002解放CA10B19.4060.851双8003黄河JN15049.00101.601双8004太拖拉13851.40280.002双132.0605小汽车1双11001.3 公路等级、路面等级、基层确定由设计资料得知该公路等级为绕城高速，为双向四车道，拟定采用沥青路面，基层为填挖结合。2绵竹绕城高速基本情况及参数确定2.1 自然条件由公路自然区划标准知新建高速公路位于V2区属于西南潮暖区，沿线为粉质中液限黏性土，稠度1.10，属于中湿状态，年降雨量达1000mm，七月平均气温大于30，年最低气温-9.

3、0。二级区划特征指标如表3。 表3二级区名(包括副区)水热状态潮湿系数(K)年降水量(mm)雨型最高月K值最大月雨期长度最高月平均地温()西南潮暖区中1.251.7510001400夏雨 秋雨2.03.03.54.530.032.52.2 土基回弹模量的确定设计路段路基处于中湿状态，为中液限黏土，运用查表法确定土基回弹模量，查二级自然区划土基回弹模量表得设计值为40.0MPa2.3 拟定路基断面尺寸绵竹市绕城高速设计速度120km/h，为双向四车道高速公路。主线路基断面设计为：中央分隔带2m+左侧路缘带20.75 m +车行道223.75 m +紧急停靠22m+硬路肩23 m +土路肩20.7

4、5 m = 30m。2.4交通量验算预计绵竹市绕城高速的交通量增长率为11%，设计年限为15年。交通量验算如表4所示起始年日交通量表 表4序号车型名称起始年日交通量（辆）增长率第15年交通量（辆/天）1东风EQ140100011%4310.42解放CA10B80011%3448.43黄河JN15080011%3448.44太脱拉1386011%258.65小汽车110011%4741.52.5轴载计算2.5.1 代表轴载上述车辆轴载如表6： 车辆轴载表 表6序号车辆类型前轴重力（KN）后轴重力（KN）后轴数轮组数后轮距（cm）交通量（辆/天）1东风EQ14023.7069.201双10002解

5、放CA10B19.4060.851双8003黄河JN15049.00101.601双8004太拖拉13851.40280.002双132.0605小汽车1双11002.5.2 轴载换算轴载换算以弯层值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的底层拉力为设计标准。2.5.3设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算标准轴载换算： N 相当于标准轴载100KN的作用次数； ni 各级轴载的作用次数； Pi 各种被换算车型的轴载（KN）； C1 轴数系数，C1 = 1 + 1.2（m 1），m 为轴数； C2 轮组系数，单轮组C2 = 6.4；双轮组C2 = 1.0；四轮组C2 = 0.38（轴距小于3m）注：当

6、轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或者多轴按C1 + 1.2（m 1）计算，m为轴数。 轴载换算 表7车型Pi（KN）C1C2ni（次/天）N（次/天）东风EQ140前轴23.70后轴69.20111000201.6解放CA10B前轴19.40后轴60.851180092.2黄河JN150前轴49.001180035.9后轴1016011800857.2太拖拉138前轴51.4011603.3后轴280.002.21601019.8 2210轴载小于25KN的特轻轴重忽略不计（1）半刚性基层、基底层应力设计标准： 轴数系数； 轮组系数，双轮组为1.0

7、，单轮组为18.5，四轮组为0.09。轴间距的划分如上，对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：= 1 + 2（m 1）m 轴数。 半刚性基层、基底层应力换算表 表7车型Pi（KN）ni（次/天）N（次/天）东风EQ140前轴23.70后轴69.2011100052.6解放CA10B前轴19.40后轴60.851180015.0黄河JN150前轴49.00118002.7后轴1016011800908.3太拖拉138前轴51.4031600.9后轴280.0031607730.98710.4轴载小于40KN的特轻轴重忽略不计（2）设计年限累计当量标准轴载数：设计年限内一个车道通过的

8、累积当量标准轴载次数Ne按下式计算：Ne 设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次）； t 设计年限（年）； N1 路面运营第一年双向日平均当量轴次（次/日）； r 设计年限内交通量平均增长率（%）； 车道系数，双向四车道高速公路取0.45。设计年限内一个车道通车的累计当量标准轴载次数：Ne=（1+）t -1 *365*N1* /Ne 设计年限内一个车道通过的累计准当量轴次（次）； t 设计年限（年）； N1 路面运营第一年双向日平均当量轴次（次/日）； 设计年限内交通量平均增长率（%）； 车道系数。车道系数如表8表8车道特征车道系数车道特征车道系数双向单车道1.00双向六车道0.30.4

9、双向两车道0.600.70双向八车道0.250.35双向四车道0.400.50因为所建道路为双向四车道，可取0.5Ne=（1+）t -1 *365*N1* /把前面所求数据分别带入上式得Ne1=（1+11%）15 -1 *365*2210*0.5/11%=1.39*107Ne2=（1+11%）15 -1 *365*8710.4*0.5/11%=5.5*107根据公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006），路面交通等级划分如表9沥青路面交通等级表 表9交通等级BZZ-100累计标准轴次Ne（次/车道）大货车及中型以上各种货车交通量Nn（辆/d/车道）轻交通3*1062.5*1073000由

10、此可知，该新建道路交通量属于特重交通。2.6 初步拟定方案并计算各方案的弯层值2.6.1材料的确定路段沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应，因此半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A级90号，上面层采用SBS改性沥青以改善路面高温及低温稳定性，技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）相关规定。2.6.2 初步拟定方案结合以往工作经验与构造，拟定以下三个方案，根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能因素，初步确定路面结构组合及厚度如表10 表10细粒式密级配沥青混凝土 3cm中粒式密级配沥青混凝土 4cm方案一粗粒式密级配

11、沥青混凝土 6cm以水泥石灰沙砾土为设计层水泥稳定碎石 37cm水泥石灰沙砾土 ？细粒式密级配沥青混凝土 3cm中粒式密级配沥青混凝土 7cm方案二密级配沥青碎石 15cm以水泥稳定碎石为设计层水泥稳定砂砾 20cm水泥稳定碎石 ？细粒式密级配沥青混凝土 4cm中粒式密级配沥青混凝土 6cm方案三粗粒式沥青混凝土 6cm以水泥石灰沙砾土层为设计层水泥稳定碎石基层 30cm水泥石灰沙砾土层 ？2.6.3计算各方案弯沉值根据我国公路沥青路面设计规范（JTG D502006）规定路面设计弯层值ld 由下式计算：设计弯层值（0.01mm）； 设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数： 公路等级系数，

12、高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.0； 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1； 路面结构层系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则介于两者之间通过线性内插决定。计算各方案弯层值：方案一：为半刚性基层，路面系数取1.0ld=600*（1.39*107）-0.2 *1.0*1.0*1.0=22.36mm方案二：为柔性基层，路面系数取1.6，ld=600*（1.39*107）-0.2 *1.0*1.0*1.6=35.78mm方

13、案三：为刚性基层，路面系数取1.0ld=600*（1.39*107）-0.2 *1.0*1.0*1.0=22.36mm各方案弯层值 表11方案方案一方案二方案三22.36mm35.7822.36mm2.7 路面材料抗压回弹模量与劈裂强度的确定2.7.1 路面材料抗压回弹模量的确定根据路基路面工程表14-15拟定材料20和15的抗压回弹模量，见表12：沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值 表12材料名称20抗压回弹模量（MPa）15抗压回弹模量（MPa）Ep方差Ep - 2Ep方差Ep - 2Ep + 2EpaEp代细粒式沥青混凝土19902001590366534019853365中粒式沥青混凝

14、土14201001220217018518002540粗粒式沥青混凝土9705586013156011951435密级配沥青碎石12451151015171015514002020半刚性材料及其他材料抗压回弹模量的确定：根据路基路面工程表14-16和相关计算拟定材料抗压回弹模量。查路基路面工程（第三版）（邓学钧著）、见表13：半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 表13材料名称抗压模量（MPa）Ep方差Ep - 2Ep + 2Ep代水泥稳定碎石250020021002900水泥石灰砂砾土170015014002000水泥稳定砂砾220017518502550级配碎石400级配砂砾25

15、02.7.3 路面材料劈裂强度测定根据路基路面工程表14-15和表14-16确定材料劈裂强度，见表14路面材料劈裂强度 表14材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石水泥稳定砂砾水泥稳定砂砾土二级稳定砂砾劈裂强度1.21.00.80.60.50.40.62.8计算抗拉强度结构系数，容许拉应力2.8.1 抗拉结构系数的计算 沥青混凝土面层：= = 3.56 无机结合料稳定集料= = 2.14 无机结合料稳定细粒土= = 2.75 贫混凝土= = 0.572.8.2 计算各方案容许拉应力承受一次加载断裂的极限弯拉应力受多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加

16、载的次数之间的关系如下： 路面结构的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准实验方法测得； 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力（MPa）； 抗拉结构强度系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算值。= （沥青混凝土面层） = （无机结合料稳定集料） = （无机结合料稳定细粒土） = （贫混凝土） 由以上两公式可得弯拉应力设计控制指标容许拉应力为： 结构层容许弯拉应力 表15材料名称（Mpa）（Mpa）细粒沥青混凝土1.23.560.34中粒沥青混凝土1.03.560.28粗粒沥青混凝土0.83.560.22密级配沥青碎石0.63.560.17 水泥稳定碎石0.62

17、.140.28水泥稳定砂砾0.52.140.23水泥石灰砂砾土0.42.750.15二级稳定砂砾0.62.750.223 验算拟定方案3.1 验算方案（1） 检验方案一，由程序计算可得过程、结果如下：公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 22.36 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 150 (mm)层位结构层材料名称厚度（mm）抗压模量(MPa) (20)标准差(MPa)抗压模量(MPa) (15)标准差(MPa)容许应力(MPa) 1细粒式沥青混凝土3019012012680344.34 2中

18、粒式沥青混凝土4014251052175187.28 3粗粒式沥青混凝土6097855132060.22 4水泥稳定碎石37031887823188782.28 5水泥石灰砂砾土？15912501591250.15 6 路基40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.36 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 1.4 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )

19、= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 150 mm(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 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .（2） 检验方案二，由程序计算可得过程、结果如下：公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-1

20、00 路面设计弯沉值 : 35.78 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 150 (mm) 层位结构层材料名称厚度（mm）抗压模量(MPa) (20)标准差(MPa)抗压模量(MPa) (15)标准差(MPa)容许应力(MPa) 1细粒式沥青混凝土3019012012680344.34 2中粒式沥青混凝土7014251052175187.28 3密级配沥青碎石15097855132060.17 4水泥稳定砂砾20031887823188782.23 5水泥稳定碎石？15912501591250.28 6 路基40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 35.78 (

21、0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 1.5 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )

22、= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 150 mm(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 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .（3） 检验方案三，由程序计算可得过程、结果如下： 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 22.36 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚度 : 150 (mm) 层位结构层材料名称厚度（mm）抗压模量(MPa) (20)标准差(MPa)抗压模量(MPa) (15)标准差(MPa)容许应力(MPa) 1细粒式沥青混凝土4019

23、012012680344.34 2中粒式沥青混凝土6014251052175187.28 3粗粒式沥青混凝土6097855132060.22 4水泥稳定碎石30031887823188782.28 5水泥石灰砂砾土？15912501591250.15 6 路基40 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.36 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 1.5 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(第 1 层底

24、面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 150 mm(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 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求。3.2 方案总结三方案均满足要求，在保证设计层最低厚度情况下取： 方案一沥青厚度为13cm，总厚度为

25、67cm； 方案二沥青厚度为25cm，总厚度为66cm。 方案三沥青厚度为16cm, 总厚度为61cm 从承载能力评价，方案二优于方案一 、三，具有较高的承载能力，更适合车辆行驶； 从经济性评价，方案二明显比方案一，三造价高。采用粗粒沥青碎石作为联结层，它具有高温稳定性、对石料级配和沥青规格要求较宽造价低等优点，适合作高速公路的联结层。采用水泥稳定砂砾作为基层，它具有较好的水稳定性和一定的抗冻性，可用于高速公路的基层。采用水泥稳定碎石作为垫层，可就地取材，施工简易，造价低，含土少，水稳定性好，适合作高级路面的垫层。综上所述，各层均满足设计要求，且经济可行。从长远利益来看，由于设计路段属于特重交通，要求承载能力高，需要防止不容易产生破环造成交通事故和路面损害，因而尽可能选择方案二。