全过程精细讲解路面结构设计及计算

1、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JN150150.682.649101.6l双单760解放CA10B80.254019.4060.851双单1710东风EQ14092.9050.0023.7069.201双单760太脱拉138211.4120.0051.402 X 802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)轴载换算p 4.35 轴载换算采用如下的计算公式：N

2、 C1C2Ni(7.1)P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，KN K被换算车辆的类型数C1 轴载系数，&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。2 :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PicC2/ Pi 4.35g nq)黄河JN150前轴4916.4760218.447后轴101.611760814.331解放CA10B后轴60.85111710197.东风

3、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380380.000/ Pi 4. 35g ni (万)1848.327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n取0.40，丫 =4.2 %，累计当量轴次:N (11365 Ni5484490 .次 (7.2)(10.042)151365 1848.327 0.400.042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k8piC1C2 n

4、-)(7.3)i 1P式中：c1为轴数系数，c11 2(m 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Pic1C2G O ni (書)8黄河JN150后轴101.611760862.906解放CA10B后轴60.8511171032.143东风EQ140后轴69.2117600.424太脱拉138前轴51.411.851901.712后轴802.2119070.129标准轴载380380.000GC2 ni (自81347.313注：轴载小于50KN的轴载作用不计t(1)1365 N,Ne15（10.042%）1365 1347.313 0

5、.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配沥青 混凝土（厚5cm），下面层米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（20C）与劈裂强度表7.4路面材料技术指标材料名称20 C抗压

6、模量（MPa15 C弯拉模量（Mpa15 C弯拉强度（MpaEp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 玛蹄脂碎石150018001.4中粒式沥青 玛蹄脂碎石130017001粗粒式沥青 玛蹄脂碎石100013000.8水泥稳定碎石160016000.5石灰粉煤灰碎石150015000.6一灰土6006000.3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13.29.5AC-10202

7、5 - 40r中粒式1916AC-163540 -60r粗粒式31.526.5AC-257070 - 120沥青玛蹄 脂碎石混 合料细粒式13.29.5SMA-102525 - 50中粒式1916SMA-164040 - 70粗粒式31.526.5SMA-258080 - 1207.4 土基回弹模量的确定该路段处于川4区，为粉质土，稠度为 1.05，查相关表的土基回弹模量为51.5MP&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

8、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：Ld 960Ne0.2AcAsAb960 5484490 0.2 1.0 1.0 1.026.5(0.01mm) (7.4)b. 各层材料的容许层底拉应力spR 丁Ks(7.5)(1)细粒式密级配沥青混凝土Ks0.09AaNe0.22(7.6)2.734SPKS1.42.7340.5MPa(7.7)(2)中粒式密级配沥青混凝土Ks0.09AaNe220.09 1.0 54844900.221.02.734SPKs12.7340.36MPa0.09 1.0 54844900.221.0(3) 粗粒式密级配沥青混凝土0.09

9、 AaNe22Ks0 223.010.09 1.1 5484490 .1.0sp 0.8Ks 3.010.26MPa(4) 细粒式沥青玛蹄脂碎石Ks0.09AaNeAC2.7340 220.09 1.0 5484490 .1.0SPKs1.42.7340.5MPa(5) 中粒式沥青玛蹄脂碎石K0.09 AN；22Ks“(6)(9)0 220.09 1.0 5484490 .2 734sp R恳1.010.36MPa2.734粗粒式沥青玛蹄脂碎石水泥碎石KsKs0.09AaNe22AC0.09 54844900.223.01sp 0.8Ks 3.010.35Ne0.11AcSP0.51.931.

10、00.26MPa0.35 54844900.110.27MPa1.93(7.8)石灰粉煤灰碎石Ks0.45N；110.45 548449O0.112.48(7.9)sp 0.6r 2.480.32MPa(10)石灰土Ks0.45N：11AT-0.45 54844900112.48sp 0.25r 2.480.1MPa(11)二灰土Ks0.45N；11Ac0.45 54844900.112.48sp 0.3r 2.480.12MPa7.6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）材料名称H (CM劈裂强度（

11、MPA）容许拉应力（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土基表7.6 方案A按设计弯沉值计算设计层厚度LD= 26.5 (0.01mm)H( 4 )= 15 cm LS= 29.4 (0.01mm)H( 4 )= 20 cm LS= 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(H( 4 )= 19.1 cm(H( 4 )= 19.1 cm(H( 4 )= 19.1 cm(H( 4 )= 19.

12、1 cm( 路面设计层厚度:第1层底面拉应力验算满足要求） 第2层底面拉应力验算满足要求） 第3层底面拉应力验算满足要求） 第4层底面拉应力验算满足要求） 第5层底面拉应力验算满足要求）H( 4 )= 19.1 cm(H( 4 )= 19.1 cm( 验算路面防冻厚度仅考虑弯沉）同时考虑弯沉和拉应力）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十基表7.7竣工验收弯沉值和层底拉应

13、力计算材料名称20 C抗压模量(MPa15C弯拉模量(Mpa15C弯拉强度(Mpa计算信息细粒沥青混凝土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90012000.8计算应力石灰粉煤灰碎石150015000.6计算应力石灰土5505500.25计算应力十基36计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值LS= 25.9 (0.01mm)LS= 28.7 (0.01mm)LS= 32.5 (0.01mm)LS= 37.2 (0.01mm)LS= 89.6 (0.01mm)第1层路面顶面竣工验收弯沉值第2层路面顶面竣工验收弯沉值第3层路面顶面竣工验收弯

14、沉值第4层路面顶面竣工验收弯沉值第5层路面顶面竣工验收弯沉值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(T ( 1 )=-0.224 (MPa)(T ( 2 )=-0.069 (MPa)(T ( 3 )=-0. (MPa)(T ( 4 )= 0.123 (MPa)(T ( 5 )= 0.076 (MPa)第1层底面最大拉应力第2层底面最大拉应力第3层底面最大拉应力第4层底面最大拉应力第5层底面最大拉应力万案B：表7.8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31.40.51

15、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？0.50.27一灰土300.30.12土基按设计弯沉值计算设计层厚度LD= 26.5 (0.01mm)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(H( 4 )= 19 cm(H( 4 )= 19 cm(H( 4 )= 19 cm(H( 4 )= 19 cm( 路面设计层厚度：H( 4 )= 19 cm(H( 4 )= 19 cm(验算路面防

16、冻厚度第1层底面拉应力验算满足要求） 第2层底面拉应力验算满足要求） 第3层底面拉应力验算满足要求） 第4层底面拉应力验算满足要求） 第5层底面拉应力验算满足要求）仅考虑弯沉）同时考虑弯沉和拉应力）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 C抗压模量(MPa15C弯拉模量(Mpa15C弯拉强度(Mpa计算信息细粒式沥青 玛蹄脂碎石150018001.4计算应力中粒式沥青 玛蹄脂碎石130017001计算应力粗粒式沥青 玛蹄脂碎石100013000.8计算应力水泥稳定碎石160016000.5计算应力一灰土6006000.3LS= 25.8 (0.01mm)LS= 27.9 (0.01mm)LS= 31 (0.01mm)LS= 35.5 (0.01mm)LS= 85.7 (0.01mm)第1层路面顶面竣工验收弯沉值 第2层路面顶面竣工验收弯沉值 第3层路面顶面竣工验收弯沉值 第4层路面顶面竣工验收弯沉值 第5层路面顶面竣工验收弯沉值 土基顶面竣工验