高速公路沥青路面设计实例

1、高速公路沥青路面设计实例一、设计资料:本公路等级为高速公路,经调查得,近期交通量如下表所示。交通量年平均区。增长率为9.5%,设计年限为15年,该路段处于2二、交通分析:轴载分析路面设计以BZZ-100为标准轴载。1、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累计当量轴次 注:轴载小于25KN的轴载作用不计。(2累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范,高速公路沥青路面的设计年限取15年,六车道的车道系数取0.30.4,取0.3。交通量平均增长率为9.5%。 2、验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次(1轴载换算 注:轴载小于50KN的轴载作用不计(2累计当量轴次根据公路沥青路

2、面设计规范,高速公路沥青路面的设计年限取15年,六车道的车道系数取0.30.4,取0.3。交通量平均增长率为9.5%。 三、设计指标的确定1、计算设计弯沉值Ld该公路为高速公路,公路等级系数取1.0,面层为沥青混凝土,面层类型系数取1.0,半刚性基层,底基层总厚度大于20,基层类型系数取1.0。设计弯沉值为: 2、抗拉强度结构系数 对沥青混凝土面层 对无机结合料稳定集料类 对无机结合料稳定细粒土类四、设计计算(一干燥状态1、土基回弹模量的确定土质类型:粉质土路基干湿状态:干燥状态土基土质稠度: Wc = 1.10公路自然区划:2区= 48.5 MPa土基回弹模量: E2、路面参数设计(1确定路

3、面等级和面层类型=2.36×107次,由公路沥青路面设计规交通量设计年限内累计标准轴次Ne范,该路交通等级为重交通,高速公路路面等级为高级路面,面层类型为沥青混凝土。(2结构组合与材料选取及材料设计参数确定 3、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为17cm(取整。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm 20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm 19.93818设计控制层厚度(cm 16.3第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 19.93818实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 21.7

4、0816实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 24.57569实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 28.63524实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa 3.739316E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 15.58239实际路面结构第 5层底最大拉应力(MPa .1280616第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 168.4614土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm 192.0715满足要求。(二中湿状态1、土基回弹模量的确定土质类型:粉质土路基干湿状态:中湿状态土基

5、土质稠度: Wc = 1.00公路自然区划:2区= 42.5 MPa土基回弹模量: E2、路面参数设计(1确定路面等级和面层类型=2.36×107次,由公路沥青路面设计规交通量设计年限内累计标准轴次Ne范,该路交通等级为重交通,高速公路路面等级为高级路面,面层类型为沥青混凝土。(2结构组合与材料选取及材料设计参数确定 3、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm(取整。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm 20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm 20.0985设计控制层厚度(cm 18.3第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 2

6、0.0985实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 21.85131实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 24.6571实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 28.55338实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa 3.899089E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 14.95647实际路面结构第 5层底最大拉应力(MPa .1245208第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 183.7254土基层顶面施工控制弯沉(0.01m

7、m 219.1875满足要求。(三潮湿状态1、土基回弹模量的确定土质类型:粉质土路基干湿状态:中湿状态土基土质稠度: Wc = 0.90公路自然区划:2区土基回弹模量: E= 36.5 MPa2、路面参数设计(1确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次N=2.36×107次,由公路沥青路面设计规e范,该路交通等级为重交通,高速公路路面等级为高级路面,面层类型为沥青混凝土。(2结构组合与材料选取及材料设计参数确定 3、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为16cm(取整。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm 20.12路面结构的实测弯沉值

8、(0.01mm 19.93864设计控制层厚度(cm 15.59999第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 19.93864实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 21.57448实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 24.14809实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 27.67547实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa 3.293055E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 14.30912实际路面结构第 5层底最大拉应力

9、(MPa .1202179第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 118.0143土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm 255.2184满足要求。4、防冻厚度验算土质类型:粉质土路基干湿状态:潮湿状态路面结构材料层:稳定土类道路多年最大冻深:>200cm路面最小防冻厚度:6070cm验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求。(四过湿状态1、土基回弹模量的确定土质类型:粉质土路基干湿状态:中湿状态土基土质稠度: Wc = 0.8公路自然区划:2区= 31.0 MPa土基回弹模量: E2、路面参数设计(1确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次N=2.36×107次,由公

10、路沥青路面设计规e范,该路交通等级为重交通,高速公路路面等级为高级路面,面层类型为沥青混凝土。(2结构组合与材料选取及材料设计参数确定 3、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm(取整。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm 20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm 20.09002设计控制层厚度(cm 18.3第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 20.09002实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 21.68821实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(

11、0.01mm 24.16145实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 27.47129实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa 3.479101E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 13.69618实际路面结构第 5层底最大拉应力(MPa .1146381第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm 127.1239土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm 300.499满足要求。4、防冻厚度验算土质类型:粉质土路基干湿状态:潮湿状态路面结构材料层:稳定土类道路多年最大冻深:>200cm路面最小防冻厚度:6070cm验算结果表明,路

12、面总厚度满足防冻要求。五、确定结构层设计参数根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006的建议值取定路面各结构层适宜厚度,设计沥青混凝土路面方案如下,并按照上面方法进行验算符合要求。沥青路面结构层参数与方案建议 高速公路水泥混凝土路面设计实例一、轴载换算水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数,按下式换算为标准轴载的作用次数。161100ni s i i i P N N = (1 ;30.432.2210i iP -= (4 Ns 100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数;Pi 单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i 级轴载

13、的总重(KN ;n 轴型和轴载级位数;i N 各类轴型i 级轴载的作用次数;i 轴-轮型系数,单轴-双轮组时,i =1;单轴-单轮时,按式(2计算;双轴-双轮组时,按式(3计算;三轴-双轮组时,按式(4计算。轴载换算 和等于40KN(单轴和80KN (双轴的轴载可略去。调查分析双向交通的分布情况,选取交通量方向分布系数,一般取0.5,车道数为6,所以交通量车道分布系数取0.6。Ns=0.5×0.6×5693.4073=1708.02次查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002,此路面属重交通,设计使用年限为30年。由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002取

14、轮迹横向分布系数为0.22,可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数N e 为:(36511-+=s e N N次19985088.9=22.0%5.93651%5.91(02.170830-+= 二、路面板厚度计算路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系,并在很大程度上影响路面结构的设计,路基按干湿状态不同,分为四类:干燥、中湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态,当处于过湿状态时,路基不稳定,冰冻区春融翻浆,非冰冻区弹簧,路基经处理后方可铺筑路面。下面对潮湿、中湿、干燥3种状态分别讨论。 (一干燥状态 1、初拟路面结构(1混泥土的设计弯拉强度与弹性模

15、量(2土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002附录F ,路基回弹模量取MPa E 420=。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取MPa E 15001=,天然砂砾回弹模量取MPa E 2502=。2222221222121=+=+= (1221122132231111(41212-+=h E h E h h h E h E D x(MNm233= +=-m E D h x x x 353.0389.934413.3121233=.00=-= -=-EE a x.055.00=-=-=-E E b x739.03100= =m E E h r t c 735.016

16、5= 3、荷载疲劳应力计算因纵缝为设拉平缝,接缝传荷能力的应力折减系数87.0=r k 。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数(.0=n e f N k 。根据公路等级,由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002附录B ,考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数30.1=c k4、温度疲劳应力MPa B hT E x g- =b f a f k c r tm tm r t 再由式(B2.1计算温度疲劳应力为MPa因而所选的普通混凝土面层厚度m h 26.0=,可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。(二中湿状态1、初拟路面结构为3.75m,长为5.0

17、m 。纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定(1混泥土的设计弯拉强度与弹性模量(2土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002附录F ,路基回弹模量取MPa E 350=。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取MPa E 15001=,天然砂砾回弹模量取MPa E 2502=。2222221222121=+=+= (122112764.03100= =载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数30.1=c k4、温度疲劳应力MPa B hT E x g- =b f a f k c r tm tm r t 再由式(B2.1计算温度疲劳应力为MPa因而所选

18、的普通混凝土面层厚度m h 26.0=,可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。(三潮湿状态1、初拟路面结构为3.75m,长为5.0m 。纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定(1混泥土的设计弯拉强度与弹性模量(2土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002附录F ,路基回弹模量取MPa E 260=。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取MPa E 15001=,天然砂砾回弹模量取MPa E 2502=。MPa h h E h E h E x 389.93420m E E h r t c 805.0094、温度疲劳应力MPa B hT

19、E x g- =b f a f k c r tm tm r t 再由式(B2.1计算温度疲劳应力为MPa因而所选的普通混凝土面层厚度m h 26.0=,可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。三、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算1、计算参数混凝土强度等级为C40,查表F .5,得混凝土抗拉强度标准值t f =3.5(MPa,粘结刚度系数s k =34(MPa/mm,连续配筋混凝土干缩应变sh =O.0002。选用HRB335螺纹钢筋,直径为:16mm ,查附录F.4,得到弹性模量Es= 200GPa 、屈服强度sy f =335MPa 。 2、横向裂缝间距计算3510(1 300005.3+T ( E =c 50467.03000010200007.0E =3C =S E 1.80m 1799(mm0467.01(1020016344 6.021(4k 2b =L 3Sd =+=+SS E d1.80m L d =满足横向裂缝间距1.02.5m 的要求。 3、裂缝宽度计算4、钢筋应力计算MPa f MPa E sy S S 335329351098.335101(10200T +T (653S st C =<=+=-5、钢筋间距或根数计算上述计算均满足要求,则初拟的纵向钢筋