全过程精细讲解路面结构设计及计算.docx

1、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 JN150150.682.649101.6l双单760解放80.254019.4060.851双单1710CA10B东风 EQ14092.9050.0023.7069.201双单760太脱拉 138211.4120.0051.402802双单132190标准轴载010013807.1 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

2、载换算Pi4.35轴载换算采用如下的计算公式：NC1C2 Ni P（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， KNpi 被换算车辆的各级轴载， KNK被换算车辆的类型数c1 轴载系数， c1 1 1.2(m 1) ，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pic1c2nic1c2 ni ( pi ) 4. 35P黄河 JN150前轴4916.4760

3、218.447后轴101.611760814.331解放 CA10B后轴60.85111710197.东风 EQ140后轴69.21176012.930太脱拉 138前轴51.416.419067.239后轴802.21190158.350标准轴载380380.000c1c2 ni ( pi ) 4. 351848.327P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，四车道的车道系数取 0.40， =4.2 %，累计当量轴次：(1 ) t1 365 N1Ne15（1 0.042） 1 365 1848.327 0.40548

4、4490 .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k8c1 c2 ni ( pi )N i 1P(7.3)式中： c1为轴数系数， c11 2(m 1)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pic1c2nic1 c2 ni ( pi )8P黄河101.611760862.906后轴JN150解放60.8511171032.143后轴CA10B东风69.2117600.424后轴EQ140太脱拉51.411.851901.712前轴138后轴802.2119070.

5、129标准轴载380380.000c1c2 ni ( pi) 81347.313P注：轴载小于 50KN 的轴载作用不计。(1 )t1365N1N e(10.042%) 1513651347.3130.403397845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

6、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140020001.4中粒沥青混凝土120016001.0粗粒沥青混凝土90012000.8细粒式沥青150018001.4玛蹄脂碎石中粒式沥青130017001玛蹄脂碎石粗粒式沥青100013000.8玛蹄脂碎石水泥稳定碎石160016000.5石灰粉煤灰碎石150015000.6二灰土600600

7、0.3石灰土5505500.25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13.29.5AC-102025-40中粒式1916AC-163540 -60青混合料粗粒式31.526.5AC-257070 - 120沥青玛蹄细粒式13.29.5SMA-102525-50脂碎石混中粒式1916SMA-164040-70合料粗粒式31.526.5SMA-258080 - 1207.4 土基回弹模量的确定该路段处于 4 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

8、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：Ld960Ne0.2A A Ac s b.96054844900.21.01.01.026.5(0.01mm)(7.4)b.各层材料的容许层底拉应力spRK s(7.5)（1）细粒式密级配沥青混凝土K S0.09 Aa N e0.22Ac(7.6)0.091.054844900.222.7341.0SP1.4

9、0.5MPa(7.7)R2.734K S（2）中粒式密级配沥青混凝土0.09 Aa N e0.22K SAc0.091.05484490 0.222.7341.0SP10.36 MPaRK S2.734（3）粗粒式密级配沥青混凝土0.09 Aa N e0.22K SAc0.091.154844900.221.03.01SP0.80.26MPaRK S3.01（4）细粒式沥青玛蹄脂碎石0.220.09 Aa N eK SAc0.09 1.0 5484490 0.221.02.734.SP1.4R0.5MPaK S2.734（5）中粒式沥青玛蹄脂碎石0.09 Aa N e0.22K SAc0.09

10、1.054844900.221.02.734SP10.36 MPaRK S2.734（6）粗粒式沥青玛蹄脂碎石0.09 Aa N e0.22K SAc0.091.154844900.221.03.01SP0.80.26MPaRK S3.01（7）水泥碎石K S0.35N e0.110.35 5484490 0.111.93(7.8)AcRSP0.50.27MPa1.93R（9）石灰粉煤灰碎石K S0.45Ne0.110.112.48(7.9)Ac0.45 5484490SPRR0.62.480.32 MPa（10）石灰土K S0.45Ne0.110.112.48Ac0.45 5484490SP

11、RR0.252.480.1MPa.（11）二灰土K S0.45Ne0.110.112.48Ac0.45 5484490SPRR0.30.12 MPa2.487.6 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41.40.51中粒式沥青混凝土51.00.36粗粒式沥青混凝土60.80.26石灰粉煤灰碎石？0.60.32石灰土300.250.1土基按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 26.5 (0.01mm)H(

12、 4 )= 15 cmLS= 29.4 (0.01mm)H( 4 )= 20 cmLS= 25.9 (0.01mm)H( 4 )= 19.1 cm( 仅考虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 19.1 cm( 第 1层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19.1 cm( 第 2层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19.1 cm( 第 3层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19.1 cm( 第 4层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19.1 cm( 第 5层底面拉应力验算满足要求 )路面设计层厚度 :H( 4 )= 19.1 cm( 仅考虑弯沉 )H

13、( 4 )= 19.1 cm( 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 60 cm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4 cm-中粒式沥青混凝土5 cm-粗粒式沥青混凝土6 cm-石灰粉煤灰碎石20 cm-石灰土30 cm-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140020001.4计算应力中粒沥青混凝土120016001.0计算应力粗粒沥青混凝土9

14、0012000.8计算应力石灰粉煤灰碎石150015000.6计算应力石灰土5505500.25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

15、面最大拉应力 :第 1层底面最大拉应力( 1 )=-0.224 (MPa)第 2层底面最大拉应力( 2 )=-0.069 (MPa)第 3层底面最大拉应力( 3 )=-0. (MPa)第 4层底面最大拉应力( 4 )= 0.123 (MPa)第 5层底面最大拉应力( 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31.40.51中粒式沥青玛蹄脂碎石41.00.36粗粒式沥青玛蹄脂碎石60.80.26水泥稳定碎石？0.50.27二灰土300.30.12土基按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 26.5 (0.01mm

16、)H( 4 )= 15 cmLS= 29.4 (0.01mm)H( 4 )= 20 cmLS= 25.8 (0.01mm)H( 4 )= 19 cm( 仅考虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度:H( 4 )= 19 cm( 第 1层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19 cm( 第 2层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19 cm( 第 3层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19 cm( 第 4层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 19 cm( 第 5层底面拉应力验算满足要求 )路面设计层厚度 :H( 4 )= 19 cm( 仅考虑弯沉 ).H( 4 )= 19

17、cm( 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 60 cm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 3 cm-中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 cm-粗粒式沥青玛蹄脂碎石 6 cm-水泥稳定碎石 20 cm-石灰粉煤灰土 30 cm-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150018001.4计算应力玛蹄脂碎石中粒式沥

18、青130017001计算应力.玛蹄脂碎石粗粒式沥青100013000.8计算应力玛蹄脂碎石水泥稳定碎石160016000.5计算应力二灰土6006000.3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( 1 )=-0.242 (MPa)第 2层底面最大拉应力( 2 )=-0.129 (MPa)第 3层底面最大拉应力( 3 )=-0.061 (MPa)第 4层底面最大拉应力( 4 )= 0.127 (MPa)第 5层底面最大拉应力( 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。.