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
(KN)
载重
(KN)
前轴重
(KN)
后轴重
(KN)
后轴数
后轮
轮组数
前轮
轮组数
轴距
(cm)
交通量
黄河JN150
150.6
82.6
49
101.6
1
双
单
760
解放
CA10B
80.25
40
19.40
60.85
1
双
单
1710
东风EQ140
92.90
50.00
23.70
69.20
1
双
单
760
太脱拉138
211.4
120.00
51.10
2X80
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
p4・35
轴载换算采用如下的计算公式:
nCGNi疳⑺1)
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
G一轴载系数,Cim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3ni时,应考
虑轴数系数。
:
轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38o
轴载换算结果如表所示:
表7.2轴载换算结果表
车型
Pi
C
C2
□
ZPi\4・・35
C1C2niGpJ
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
C1C2m(音)135
1848.327
S:
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n
取0.40,丫二乞2%,累计当量轴次:
(1y1365Ni
Ne
5484490.次(7.2)
0042込8辱40
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
8
kP
N5gc2ni(自
(7.3
)
式中为轴数系数,门
为轮组系数,单轮组为1.85,双轮组为1,四轮组为0.09o
计算结果如下表所示:
表7.3
车型
Pi
Cl
C2
ni
GOm(善)*
黄河
JN150
后轴
101.6
1
1
760
862.906
解放
CA10B
后轴
60.85
1
1
1710
32.143
东风
EQ140
后轴
69.2
1
1
760
0.424
太脱拉
138
前轴
51.4
1
1.85
190
1.712
后轴
80
2.2
1
190
70.129
标准轴载
380
380.000
沁6(俾)s
1347.313
注:
轴载小于50KN的轴载作用不计。
3397845次
41365N
(10.042%)"13651347.3130.40
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)o
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)o
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(200与劈裂强度
表7.4路面材料技术指标
20C抗压模量
材料名称
(MPa)15C弯拉模量15C弯拉强度
Ep
(Mpa)(Mpa)
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
细粒式沥青玛蹄脂碎石
1500
1800
1.4
屮粒式沥青玛蹄脂碎石
1300
1700
1
粗粒式沥青玛蹄脂碎石
1000
1300
0.8
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
沥青混合料类型
最大粒径
(mm)
公称最大
粒(mm)
符号
压实最小
厚(mm)
适宜厚度
(mm)
密集配沥青
混合料
细粒式
13.2
9.5
AC-10
20
25-40
中粒式
19
16
AC-16
35
40-60
粗粒式
31.5
26.5
AC-25
70
70-120
沥青玛蹄脂碎石混合料
细粒式
13.2
9.5
SMA-10
25
25-50
中粒式
19
16
SMA-16
40
40-70
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m4区,为粉质土,稠度为1.05,查相关表的土基回弹模量为
51.5MPao
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二1.0,面层是沥青混凝土路面As取1.0,半刚性基As层,底基层总厚度大于20cm,基层类型系数Ab二1.0。
设计弯沉值为:
02
Ld960NeAcAsAb
9605484490
0.2
1.01.01.0
26.5(0.01mm)
(7.4)
b.各层材料的容许层底拉应力
sp
rQ
细粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe°*22
矗A
0.091.05484490
1..0
Ksp27八°.5MPa
(2)中粒式密级配沥青混凝土
0.09AN;22
(7.5
)
(7.6
)
22
—2.734
(7.7
)
0.091.05484490°'22
1..0
2.734
——0.36
Ks2.734
(3)粗粒式密级配沥青混凝土
0.09AaN;
俭厂
Pa
A99
0.091.15484490
1.0
sp0.8
K7乔°.26M\
(4)细粒武y丿力育坞蹄脂怦佝
„0.22/0.09AaNe
S
Ac
0
0.091.05484490
3.01
22
—2.734
1・・0
R二丄•
0.5MPa
Ks2.734
(5)中粒式沥青玛蹄脂碎石
0.22
0.091.054844902曲
2.734
1..0
sp1
K7右°.36M戸
(6)粗粒式沥青玛蹄脂碎石
...0.22血0.09AaNe
A
022
1.0
sp0.8
———0.26MPa
Ks3.01
水泥碎石
Ks
OaNeo.n
A
0.355484490°.11
g八15484490
0・q—厂3.01
1.93
(7.8)
sp0.5
1.93
(9)石灰粉煤灰碎石
0.45N:
“
Ks
6SP0.
r2.48
(10)石灰土
0.45N;门
Ks
Ac
sp整
0.27MPa
0.455484490°*11
2.48
(7.9)
0.32MPa
0.455484490°*11
2.48
0.IMPa
r2.48
Ks
呼04554844900.11248
7248
012M
Pa
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
基层类型系数1
等级系数1面层类型系数1
路面设计弯沉值:
26.5(0.01mm)
材料名称
H
(CM)
劈裂强度
(MPA)
容许拉应力
(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
十慕
—
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD二26.5(0.01mm)
H(
4
)二
19.1
cm(第
1
H(
4
)二
19.1
cm(第
2
H(
4
)二
19.1
cm(第
3
H(
4
)二
19.1
cm(第
4
H(
4
)二
19.1
cm(第
5
H(4)二19.1cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验
算设计层厚度:
层底面拉应力验算满足要求层)底而拉应力验算满足要求层底)面拉应力验算满足要求层底面)拉应力验算满足要求层底面拉)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)二19.1cm(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
20C抗压模量
(MPa)
15C弯拉模
量(Mpa)
15C弯拉强
度(Mpa)
计算信息
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层路而顶面竣工验收弯沉值第2层路而顶而竣工验收弯沉值第3层路面顶而竣工验收弯沉值第4层路面顶面竣工验收弯沉值第5层路而顶而竣工验收弯沉值
LS二28.7
LS二32.5
LS二37.2
LS二89.6
(0.01mm)
(0.01mm)
(0.01mm)
(0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值LS二322.9(0.01mm)
LS二258.8(0.01mm)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力
第1
1层底面最大拉应力
第9
2层底面最大拉应力
第q
址3层底面最大拉应力
第4
估层底面最大拉应力
弟5
b层底面最大拉应力
0
(1)二-0.224
(MPa)o
(2)=-
0.069(MPa)
03)二一0・(MPa)
04)=0.123(MPa)
05)=0.076(MPa)
材料名称
H(CM)
劈裂强度
(MPA)
容许拉应力
(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
方案氏
表7.8
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD二26.5(0.01mm)
H(4)二15cmLS二29.4(0.01mm)
H(4)二20cm
LS二25.8(0.01mm)
H(
4
)二
19
cm(第
1
H(
4
)二
19
cm(第
2
H(
4
)二
19
cm(第
3
H(
4
)二
19
cm(第
4
H(
4
)二
19
cm(第
5
H(4)二19cm(仅考虑弯沉)
底面拉应力验算满足要求层底
应力验算满足要求
面拉应力验算满足要求层底而拉应力验算满足要求层底面拉
按容许拉应力验算设计层厚度:
路面设计层厚度:
H(4)二19cm(仅考虑弯沉)
层底面拉应力验算满足要求层
)
)
)
)
)
H(4)二19cm(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
计算新建路而各结构层及土基顶而竣工验收弯沉值
表7.9
材料名称
20C抗压模量
(MPa)
15C弯拉模
量(Mpa)
15C弯拉强
度(Mpa)
计算信息
细粒式沥青玛蹄脂碎
石
1500
1800
1.4
计算应力
中粒式沥青
1300
1700
1
计算应力
玛蹄脂碎石
粗粒式沥青玛蹄脂碎石
1000
1300
0.8
计算应力
水泥稳定碎石
1600
1600
0.5
计算应力
二灰土
600
600
0.3
第1层路而顶面竣工验收弯沉值层第2路而顶面竣工验收弯沉值层路第3面顶面竣工验收弯沉值层路面第彳顶面竣工验收弯沉值层路面顶第口面竣工验收弯沉值
LS二25.8(0.01mm)
LS二27.9(0.01mm)
LS二31(0.01mm)
LS二35.5(0.01mm)
LS二85.7(0.01mm)
h
258.8(0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
层底面最大拉应力
第3
第4
第R
7・7方案比选
层底面最大拉应力层底1W彘大拉应勿)疾底面最
大拉应力0.129(MPa)
03)二-0.061(MPa)
04)=0.127(MPa)
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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