教学推荐案例1新建沥青路面结构层厚度计算

1、 案例1新建沥青路面结构层厚度计算.设计资料湖北省某新建高速公路，双向四车道，拟采用沥青路面结构。沿线土质为黏性土， 地下水位距路床顶面1.4 m,沿线有水泥及碎石供应。根据计划安排，该项目于 2010年建成通车。经交通调查预测，2010年平均日交通量见案例表1;交通量年增长率：20102014年为8%, 20152019年为7%, 20202024年为5%。案例表1通车第一年（2010年）交通组成与交通量车型分类代表车型交通量/ （辆/大）单后轴货车黄河JN163760东风EQ140520双后轴货车东风EQ240460单后轴客车武汉WH644A790武汉WH644B870拖挂车交通SH-14

2、1220.设计步骤1）交通量计算及交通等级的确定（1）车辆参数及交通量计算，见案例表2。案例表2通车第一年（2010年）交通组成车辆参数与交通量序号车型名称前轴重/kN后轴重/kN后轴数后轴轮组数后轴距/m交通量/ （辆/天）1黄河JN16358.61141双轮组一7602东风EQ14023.769.21双轮组一5203东风EQ24025.525.92双轮组3220注：表中的车辆参数来自于 HPDS2011程序；后轴重为单轴重。（2）计算累计当量轴次 Ne。当量轴次N1。a.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，通车第一年（2010年）双向日平均当量轴次N1的计算。按式（1-7）进行前轴、

3、后轴当量轴次的换算，计算过程见案例表3。案例表3第一年（2010年）双向日平均当量轴次 N1的计算汽车车型前轴当量轴次换算后轴当量轴次换算日交通量/ （辆/天）前轴重/kN轴数 系数Ci轮组 系数C2当量轴次/ （次/天）后轴 重/kN后 轴 数后轴轮组数后 轴 距 /m轴 数 系 数 Ci轮 组 系 数 C2当量轴次/ （次/天）黄河JN16358.616.447611412一111 344760东风EQ14023.716.4669.212一11105520东风EQ24025.516.4825.92232161220合计5551 780N1 （次/天）2 335N1=前轴当量轴次+后轴当量轴

4、次=555+1 780=2 335 （次/天）注：本表以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标。计算当量轴次时应注意如下几点。前轴均为单轴单轮。当后轴距大于3 m时，按单独轴载计算，即Ci二轴数。例如，案例表3中交通SH-141 的后轴轴数系数 Ci=2。当后轴距小于3 m时，按式（1-3）计算Ci。例如，案例表3中东风EQ240的后轴轴数系数Ci=2.2ob.当以半刚性材料层拉应力为设计指标时，通车第一年（2010年）双向日平均当量轴次Ni的计算。按式（1-4）进行前轴、后轴当量轴次的换算，计算过程见案例表4。要注意式（1-9）与式（1-7）中指数的区别，并注意案例表3与案例表4中C1、C2取值

5、的区别。案例表4第一年（2010年）双向日平均当量轴次 N1的计算汽车车型前轴当量轴次换算后轴当量轴次换算日交 通量/ （辆/ 天）前轴重/kN轴数 系数C1轮组 系数C2当量 轴次/ （次/ 天）后轴重/kN后 轴 数后 轴 轮 组 数后轴距/m轴数 系数C1轮 组 系 数 C2当量轴次/ （次/ 天）黄河JN16358.6118.519611412112168760东风EQ14023.7118.5069.212一1127520东风EQ24025.5118.5025.92232112220合计一一一198一一一一一一2 266一N1 （次/天）2 464N1=前轴当量轴次+后轴当量轴次=19

6、8+2 266=2 464 （次/天）注：本表以半刚性材料层拉应力为设计指标。g计当量轴次 Neo按式（1-11）计算设计年限内一个车道的累计当量轴次Neo该公式为等比数列求和公式，其中，365N1rl是首项，（1+力是公比。365是指一年的天数，365N1将日作用次数换算为年作用次数；刀是车道系数，将双向交通换算为设计车道上（即最不利车道）的作用次数。设计年限t:查表1-8,高速公路设计年限t=15年。车道系数ri：查表1-9,取车道系数 0.4。a.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的计算见案例表5。案例表5设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的

7、计算各特征年双向日 平均当量轴次Ni/ （次/天）通车第n年156101115分段交通量增长率/%875Ni/ （次/天）2 3353 1773 3994 4554 6785 686车道系数T10.4查表1-9累计当量轴次Ne/ （次/车道）分段计算2010 2014 年2015- 2019 年2020 2024年1 999 9832 853 8273 773 940合计8 627 750注：本表以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标。b.当以半刚性材料层拉应力为设计指标时，设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的计算见案例表6。 案例表6设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的计算各特征年双向日

8、平均当量轴次Ni/（次/天）通车第n年156101115分段交通量增长 率/%875Ni/ （次/天）2 4643 3523 5874 7024 9376 001车道系数T10.4查表1-9累计当量轴次Ne/ （次/车道）分段计算2010 2014 年2015- 2019 年2020 2024年2 110 4743 011 6743 982 886合计9 105 034注：本表以半刚性材料层拉应力为设计指标交通等级。当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，案例表5中计算得出的累计当量轴次Ne=8 627 750次/车道，查表1-10,得出交通等级为中等交通。当以半刚性材料层拉应力为设计指标时

9、，案例表6中计算得出的累计当量轴次Ne=9 105 034次/车道，查表 1-10,交通等级为中等交通。取最高的交通等级为设计交通等级，所以本项目的交通等级为中等交通。2）结构组合设计（1）路基与垫层。基。a_M基干湿类型。本项目自然区划属IV 3区（长江中游平原中湿区），沿线土质为黏性土， 查公路沥青路面设计规范 （JTG D50-2006 ） F.0.1,可得出路床面至地下水位临界高度 为 H1=1.51.7 m, H2=1.1 1.2 m, H3=0.80.9 m。查案例1的设计资料，地下水位距路床顶面Ho=1.4 m。查公路沥青路面设计规范表 5.1.4-2,由H2HoHi得出，路基为

10、中湿状态。b.路基回弹模量。公路沥青路面设计规范5.1.1条规定，路基回弹模量值应大于 30 MPa, 重交通、特重交通路基回弹模量值应大于40 MPa。通过室内试验法，确定路基回弹模量为40 MPa,满足公路沥青路面设计规范5.1.1条的规定。垫层。因路基处于中湿状态，按公路沥青路面设计规范4.2.5条规定，不需设置垫层。（2）各结构层的材料、厚度、回弹模量。初拟路面结构。根据预测交通量、道路等级对路面结构强度的要求，结合当地气象、 水文、地质、筑路材料供应等情况，参考国内外高等级公路设计、使用经验及当地已建和在 建的高速公路施工经验，进行路面结构组合设计，见案例表7。按表1-12、表1-1

11、3检查各结构层的厚度是否合理。案例表7沥青路面结构方案层 位结构层材料名称厚度/cm备 注1细粒式沥青混凝土4AC-13C2中粒式沥青混凝土6AC-203粗粒式沥青混凝土7AC-254水泥稳定碎石?基层5级配碎石20底基层注：沥青路面的基层为承重层，底基层为次承重层，设计层可选用承重层或次承重层。本案例以基层为设计层，设计层的 厚度用“？ ”表示，设计层的最小厚度查表1-13,当验算结果不满足规范要求时，程序会将设计层厚度加厚，直到验算满足规范要求为止。路面各结构层的回弹模量、 劈裂强度。在设计高速公路施工图时， 采用实测设计参数, 回弹模量、劈裂强度见案例表8。案例表8路面各结构层材料的回弹

12、模量、劈裂强度层位结构层材料名称厚度 /mm20 C15 C劈裂强度/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa1细粒式沥青混凝土401 4521252 1573171.22中粒式沥青混凝土601 2251041 8701751.03粗粒式沥青混凝土70978501 276850.84水泥稳定碎石?1 6302541 6302540.65级配碎石2002401224012一注：以路表弯沉值为设计或验算指标时，设计参数采用 20抗压回弹模量；以沥青层或半刚性材料结构层层底拉应力为设 计指标时，设计参数采用15 Q抗压回弹模量。3)沥青路面厚度设计(1)设计弯沉值。

13、设计弯沉值的计算见式(1-2),计算过程见案例表 9。案例表9设计弯沉值计算c设计弯沉值ld (0.01 mm)设计年限内一个车道累计当量 轴次Ne/ (次/车道)公路等级系数Ac面层类型系数As路面结构 类型系数Abld=600Ne-0.2AcAA由案例表5计算得出24.68 627 750111(2)层底容许拉应力。层底容许拉应力的计算见式(1-3),计算过程见案例表 10。案例表10各结构层容许拉应力计算层位结构层材料 名称劈裂强度以/MPa抗拉强度名构系数Ks的计算容许拉应力MPa实测抗拉强度结构系 数Ks的计算公式Ks设计年限内一个车道累计 当量轴次Ne/ (次/车道)公路等级系数A

14、c见式(1-3)1细粒式沥青 混凝土1.2Ks=0.09Ne0.22/Ac3.08 627 750见案例表51.00.402中粒式沥青 混凝土1.03.08 627 750见案例表51.00.333粗粒式沥青 混凝土0.83.08 627 750见案例表51.00.274水泥稳定 碎石0.6Ks=0.35Ne0.11/Ac2.09 105 034见案例表61.00.305级配碎石一一一一一一(3)沥青路面厚度设计。用 HPDS2011软件进行计算，以路表弯沉值作为路面整体强 度的控制指标反算设计层厚度，并进行沥青混凝土路面面层和整体性材料基层的弯拉应力验当设计层的厚度取 36 cm时，路表计算

15、弯沉值 ls= 24.5 (0.01 mm),设计弯沉值ld=24.6 (0.01 mm),路表计算弯沉值小于设计弯沉值，满足要求。当设计层的厚度取 36 cm时，验算各层层底拉应力cm,见案例表11,层底拉应力 m小于容许拉应力 (R,满足要求。案例表11各结构层拉应力计算层位结构层材料 名称厚度/mm20 C15 C劈裂强度 /MPa容许拉应力我/MPa层底面最大拉 应力(m/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa1细粒式沥青 混凝土401 4521252 1573171.20.40-0.2302中粒式沥青 混凝土601 2251041 8701751.

16、00.330.0663粗粒式沥青 混凝土70978501 276850.80.270.0274水泥稳定碎 石3601 6302541 6302540.60.300.1675级配碎石2002401224012一一一HPDS2011程序操作过程演示(1)启动程序HPDS2011的“公路沥青路面设计与验算”。启动程序HPDS2011,然后 选择“路面设计与计算”一 “沥青路面设计与计算” 一 “公路沥青路面设计与验算”命令，如案例图1所示。案例图1案例图1启动程序HPDS2011的“公路沥青路面设计与验算”(2)交通量计算及交通等级确定。按案仞图2所示对话框，输入设计参数：公路等级、车道系数、设计年

17、限、增长率分 段数、车辆类型数。* / 耳珥 |S3TE T妍容c 且*s 工累- - f：. |卡接遇器E.TI怩计三星玷庆二遇事的 F点疗不庠j蚱,名间不 /班.工电耳,名间不 /班.工电耳I 单曲.4t- 遁坡丁地氏小小案例图4输入沥青路面车辆与交通量参数案例图2输入设计参数前入交通量年增长率分段数据。单击案例图2中的“各分段时间、增长率输入”按钮,然后在弹出的对话框中输入如案例图3中所示的数据。而，质而 *J案例图3输入交通量年增长率分段数据输入沥青路面车辆与交通量参数。单击案例图2中的“车辆及交通参数输入”按钮,在弹出的对话框中输入如案例图 4中所示的数据(选择车型名称、输入交通量)

18、。注意：单击“车型名称”栏的相应地方，可选择车型、车型代码、前轴重、后轴重、后 轴轮组数、后轴数、后轴距可由程序自动生成，不必填写。g计当量轴次及交通等级的计算。单击案例图2中的“累计当量轴次及交通等级的计算、确定和输出”按钮，结果如案例图5所示。夙重71国中工止*4竟不日f艮工潼为打岬不苣上的累计当朝做 mzRwwii,胃中等工/多匚：.案例图5交通量计算及交通等级确定计算结果（3）选择路面设计类型、路面设计内容，如案例图（3）选择路面设计类型、路面设计内容，如案例图6所示。案例图6选择路面设计类型、路面设计内容（4）路面设计参数输入。 路面设计参数输入如案例图7、案例图8、案例图9和案例图10所示。案例图7案例图7路面设计参数输入（一）注：本案例中的第4层是设计层，请按规范规定的最小厚度或适宜厚度输入水泥稳定碎石的厚度,度（本表中359 mm注：本案例中的第4层是设计层，请按规范规定的最小厚度或适宜厚度输入水泥稳定碎石的厚度,度（本表中359 mm为程序反算的厚度）案例图9路面设