铺面工程课程设计沥青混凝土路面设计.docx
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铺面工程课程设计沥青混凝土路面设计
同济大学铺面工程
铺面课程设计
沥青混凝土路面设计
1.背景与轴载换算
1.1背景
IV1区某地区二级公路,当地土质类型为粘性土,土的液限为35.6%,塑限为29.5%;年
降雨量为1500mm;夏季最高气温为39C,持续时间较长。
当地盛产砂石料。
路面宽度7
米,道路上有较陡的长坡。
交通组成见表2和表3。
8npi
P
1.2轴载换算
沥青路面根据规范要求,采用下面的公式计算标准轴载和累计轴载次数
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车旻
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启舸1
后轴2
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Ne5150.71.6610
5%
为轻交通程度。
1.3环境条件及路基弹性模量
路槽下80cm稠度
层位
1
2
3
4
5
6
7
8
含水量百分比
28.2
28.4
28.49
28.55
28.7
28.8
28.78
29.11
WC
1.21
1.18
1.17
1.16
1.13
1.11
1.12
1.06
平均稠度为1.143
查表可得,土基回弹模量为37.14MPa。
2.设计指标
根据交通繁重程度,选用半刚性基层。
拟定路面结构组合如下
沥青层8cm
上面层AC-104cm
下面层AC-134cm
水泥石灰砂砾土
h=?
级配碎石底基层
18cm
土基&=37.14MPa
3.容许设计指标
由《公路沥青路面设计规范》(JIGD502006)得知:
1)路表中心处的弯沉值不大于设计弯沉值
2)沥青面层的层底拉应力不大于该层混合料容许拉应力。
3)半刚性基层或底基层的最大拉应力不大于该材料层的。
3.1路表设计弯沉为:
ld600*Ac*As*A.*Ne0'26001.11.01.0(1.66106)0.20.376mm
沥青层底面容许拉应力为:
Ra11.111AcNe0.22fsp11.1111.1(1.66106)0.221.20.628MPa
水泥石灰砂砾土基层底面容许拉应力为:
0116011
Rb2.857代小e.gfsp2.8571.1(1.6610).0.30.195MPa
3.2软件试算
3.2.1路面弯沉设计
BISAR软件试算。
水泥石灰砂砾土的厚度为待定厚度,假设路面弯沉等于设计弯沉。
用
各层材料的回弹模量取值如下:
结构层次
弯沉计算回弹模量
(MPa)
弯拉应力计算回弹模量
(Mpa)
沥青层
AC-10
1600
1800
AC-13
1500
1800
水泥石灰砂砾土
800
1500
级配碎石底基层
400
400
土基E)=37.14MPa,卩=0.4
软件计算得到的弯沉值用下式修正:
0.02128(E
061()ge
P
试算得水泥石灰砂砾土的厚度为
24.5cm。
此时路表弯沉为软件计算的理论弯沉为:
0.5892mm
修正后得实际弯沉0.3557mm。
c
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E
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G
H
1S
17
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19
20
1
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1
XCootdiriate
aoooE
21
22
Disknceto
Radial
Tangential
Vertical
Radid
Tanger
23
LoadAxis(m)
Theta(?
Di:
plactrm&nt
Displacenietit
Displacement
Stmt(Pa)
Stress(
2a
1.5S8E-O1
18O0E+Q2
■1S37E-05
aoooE+oo
2.946E4M
■6.076E+04
1852E
25
1598E-01
O.OCOE+M
1637E-05
aot»E+oc
■6.076E+04
1IJ52E
2&
27
拓:
1215E+Q5
YY:
■1703E+06
7Z:
0.ODOE+0O
YZ:
28
凉:
E.054E-06
YY:
-2.049E-04
7Z.
VZ:
29
ux:
0000E+00
UY;
OlOXE+OO
UZ:
30
31
32
Normal
Normal
Shear
Shear
X
Y
33
□
Stress(Pal
Strain
StressIFal
Strail
Comp.
Comp.
取厚度为24.5cm验算沥青混凝土层底和水泥稳定随时层底拉应力。
3.2.2应力验算
计算点位为单圆轮载中心轴线及双轮轮隙中心下,软件中设置如下:
Posihon
X
Y
Z[depth]
Lajjef
Number
CoorcSnate
Coordinate
Coordinate
Mo
岡
fm]
1
0.0000
O.OOOCI
OJOOO
1
2
0.1538
Q0O0Q
0.0000
1
3
0.1590
aoooo
0.0400
1
4
0.0000
aoooo
0.0400
1
E
D.159S
aoooo
ojeoo
2
6
0.0000
0.0000
0.3250
3
a.面层底拉应力为负值。
如下图所示
PasiticnNumba:
4
Lead
Distanceto
No.
LomTAki$[m]
Theta(?
1
OOOOE4JO
O.OOOE+OC
2
3.19GE-O1
QOOOE+OC
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2577E+04
TotalStrains
/
72E0EO5
Total
UX:
■63S9EO6
PtircipalValue
Nomnal
Normsl
StresslP^J
Strain
M加mim£
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Mininfiaw:
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7.435E-D5
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11.599E^011.
23f1.55SE-010?
TohlStresses冷!
:
-3
TotalStrains冷t-1.
TotalUX:
0.
PrincipalValue
表面层:
Moxiniinri'
Minimax:
1.
PositionNumber.5
Normal
b.基层底面拉应力为0.121Mpa,符合要求。
FositionNumbei:
6
Load
Distertceta
No.
Load峽(m)
Theta(?
1
1.999E-01
1@00E*02
2
1999E-01
D.O0OE+0O
TotalStresses
住:
aes4E+D4
TobiStiaim
伙:
9.5E5E-05
Total
UX
O.OME+OC
PtincipalValue
Normal
Normal
严*申4
Strain
ManmniiTi:
Q^208E+C5
〉1.439E-04
Miriinax:
3.565E-D5
底基层的底面拉应力更小•这里不做验算
3.3设计指标比较
基层厚度为24.5cm
计算数值
设计容许值
检验结果
路表弯沉
0.356mm
0.376mm
满足
双轮轮隙中心处
负值
0.628Mpa
满足
面层底面拉应力
单圆荷载中心轴线处
负值
基层底面拉应力
0.121MPa
0.195MPa
满足
故最后路面结构组成为:
沥青层8cm
上面层AC-104cm
下面层AC-134cm
水泥石灰砂砾土
24.5cm
级配碎石底基层
18cm
土基E0=37.14MPa
4.材料及相关设计
4.1路面材料考虑
降水量超过1000mm,二级公路的沥青表面层用粗集料磨光值应当满足PSV>40且在基层下应设置垫层,改善排水。
粗集料和沥青应有良好的黏结性,黏附性不低于4级。
如果采用了沥青玛蹄脂碎石混合料,则细集料不宜使用天然砂。
(在以下方案设计中体现)
二级公路基层、底基层的集料压碎值不大于35。
4.2结构组合设计
为防止雨水渗入路面结构层、土基中,本方案在沥青面层采用密级配沥青混合料。
沥青层之间设置黏层强化,基层上设置稀浆封层的下封层。
4.3路基与垫层
在路堑和强风化岩石路段,应注意填挖交界处及路堑段的排水设计。
路面可能收到裂隙水等地下水影响时,应设渗沟等排水设施加强路基排水。
4.4面层
由于有长陡坡路段,在该路段的表面层和中面层应提高沥青混合料的动稳定度指标要求。
选用稠度高、60oC黏度大的沥青、改性沥青等。
备选方案
1.路面结构设计
采用开级配沥青混凝土面层,初拟路面结构如下。
沥青层9cm
表面层OGFG134cm
下面层AC-165cm
石灰土基层
h=?
m
级配碎石底基层
18cm
土基Eo=37.14MPa
OGFC作为排水路面的表面层,规范要求最小厚度为4cm。
在该面层下设置防水层。
2.指标验算
2.1假设路表弯沉等于设计弯沉,确定水泥稳定碎石层厚度。
使用BISAR软件试算如下:
各层模量设置如下:
结构层次
弯沉计算回弹模量
(MPa)
弯拉应力计算回弹模量
(Mpa)
沥青层
OGFC13
1000
1200
AC-16
1400
1800
石灰土基层
700
1200
级配碎石底基层
400
400
土基E0=37.14MPa,卩=0.4
其中计算得水泥稳定碎石基层厚度为28cm时,理论弯沉为0.6099mm,经过修正,为0.376mm。
YY:
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YT:
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-2.747E-04
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uz:
O.COOE+CO
_1_39BE-04
2.2结构层拉应力验算。
2.2.1面层底面拉应力验算
各层均为负值。
计算点位置同原方案。
表面层:
PrincipalValue
NormalN>
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Normal
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Stress1^1
S
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2
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Total
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PositionNumber:
2
Load
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Minimax:
■■*•
r~iLr~iCLb~il
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・*n-hrl
223基层底面拉应力验算
PaiitionNumber
L出劭NufYbb&f:
3
Load
DisUrceto
Radial
Tartgeritial
Mo.
LoadAxis[mJ
Theta(?
Displacement
Displacemtn
1
1590EO1
1.800E+02
925GE-05
O.ODOE+00
2
1.599E-01
UWOE+00
925GE^G
OlOOOE+OC
TotalGlrscses
yx
1.245E+05
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ft521EOS
YY:
1.159E-04
Total
IR
OlOOOE+00
UY;
OiOKE-M
PfincipalValue
Normal
Normal
Sheai
Shut
Strain
Stress[Pa]
Strain
M◎血unr
1.199E-0+ Minimax: a521E05 基层底面拉应力为0.155Mpa,符合容许值。 2.3设计指标比较 基层厚度为28cm 计算数值 设计容许值 检验结果 路表弯沉 0.376mm 0.376mm 满足 双轮轮隙中心处 负值 0.628Mpa 满足 面层丿氐面拉应力 单圆荷载中心轴线处 负值 基层底面拉应力 0.155MPa 0.195MPa 满足 故最后路面结构组成为: 沥青层9cm 表面层OGFG134cm 下面层AG-165cm 石灰土基层 28cm 级配碎石底基层 18cm 土基Eo=37.14MPa 3.方案比较 相对于原方案,该方案有以下特点: 1.采用开级配沥青混凝土做沥青表面层,强化了路面排水能力,降低了不利天气对路面使用性能的影响。 2.开级配沥青混凝土面层的构造深度较大,吸声能力较强。 3.采用模量较小的石灰土基层充分利用砂石材料,成本较低,并更大程度发挥路面结构的受力能力。 在一般情况下,尽量采用备选方案。 其他背景 1.设计背景 如果该道路为高速公路,设计年限内设计车道的最大累计标准轴载为1500万次(基 层应力验算为1800万次),请进行结构设计、材料设计和其他相关考虑。 Ne=1.5*107,重交通程度。 2.路面结构设计 2.1路基处理及回弹模量。 根据《公路沥青路面设计规范》规定,重交通时土基回弹模量应不小与40Mpa。 这里进行 地基处理使得土基模量达到40Mpa。 2.2路面结构 沥青层20cm 上面层SMA-136cm 中面层AC-206cm 下面层AC-258cm 沥青稳疋碎石 h=? 级配碎石底基层 18cm 土基E0=40MPa 其中沥青稳定碎石为ATB30,适宜厚度为9-15cm,现厚度待定。 其中沥青面层均为密级配沥青稳定碎石基层也是密级配。 3.设计指标验算 3.1规范设计指标 路表设计弯沉为: 采用柔性基层沥青路面 02702 Id600*Ac*As*Ab*Ne6001.01.01.6(1.5107)0.352mm 沥青层底面容许拉应力为: 0227022 Ra11.111AcNe.fsp11.1111.0(1.810).1.20.338MPa 沥青稳定碎石基层底面容许拉应力为: 0117011 Rb2.857代gN7e.gfsp2.8571.0(1.810).0.60.273MPa 3.2指标验算各层模量设置如下: 结构层次 弯沉计算回弹模量 (MPa) 弯拉应力计算回弹模量 (Mpa) 沥青层 SMA-13 1400 1600 AC-20 1200 1800 AC-25 1200 1800 沥青稳疋碎石基层 1000 1200 级配碎石底基层 400 400 土基E)=40MPa,(1=0.4 3.2.1按沥青容许弯沉设计基层厚度 根据规范中4.1.4取适宜厚度11.5cm。 理论弯沉为0.585mm,修正弯沉为0.351mm。 1_吕卿Number: 1 咒Coordinate O.OOOE+00 Radial Tangential Vertical Filial Tangential (? Diisplaeement Diiplaeement Displacement Slrets(Pa) Stress(Pa) -172GE-05 QOOOE+OO 2.S22E-04 5.431E^-04 -1.711E^05 ME+00 -1.736E-05 0OOOE+OO 2S23E-01 5.4豹E』4 1711E+05 J6E+05 W ■1423E+05 ZZ: MODE+00 YZ: 7EE-0G YY: -2.173E04 N: 1127E04 YZ JOE+00 UY: 0OOOEtOO UE: C^.346E04^ 3.2.2沥青层底面最大拉应力验算 上面层: PositionNumtoei. 4 Lo^d Di^tanceto No. LoadAxis[m] The 1 0.00OE*00 100I 2 3.196E-01 D.0W TotalStress » -tor Total£崗阳 XK: 333 Tohl ux: ■2U PrincipalValue Normal No Stress[Pa] Sli Mawmum: ( 宫也223E我亡; >1.44 PositionNum'bef: 5 Load Distanceto No. LoadSi*[mJ Theta 1 1.599E-01 1.900E 2 1.5S9E-C1 aoooE TotalStresses 祸; ■2013E TotalStiains & ■6.704E Totd LIX: aoooE PrincipalValue Normal horrr s』年盘尸耳 Sbsi M^wmunni/ rd正而「 尸b予TIF r■ PactionHumber - 6 Load Dislanceto No Lo^dIm) Theic
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