路面设计方案

..一、沥青路面设计方案1路段所在地区根本资料公路等级：一级公路；II2区；设计车速：80km/h；设计标准轴载：BZZ-100；中液限粘性土，填方路基高1.6m，地下水位距路床2.2m，属中湿状态；年降雨量850mm；最高气温38℃，最低气温-252土基回弹模量确实定设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘质土，查表可得土基回弹模量值为40MPa3交通量资料〔1〕EXCEL计算：(2)Hpds2006软件计算：一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=1975,属特重交通等级当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:路面营运第一年双向日平均当量轴次:2201设计年限内一个车道上的累计当量轴次:1.009389E+07属重交通等级当以半刚性材料构造层层底拉应力为设计指标时:路面营运第一年双向日平均当量轴次:1634设计年限内一个车道上的累计当量轴次:7.49E+06属中等交通等级路面设计交通等级为特重交通等级4初拟路面构造拟定采用两种路面构造。按计算法确定方案一、方案二的路面厚度。根据构造层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面构造组合与各层厚度如下：方案一:4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+12cm粗粒式沥青混凝土+300cm水泥稳定碎石基层+？水泥石灰砂砾土层方案二:4cm细粒式沥青混凝土+8cm中粒式沥青混凝土+15cm密级配沥青碎石+25cm路面材料配合比设计与设计参数确实定1试验材料确实定半刚性基层所用集料与结合料取自沿线料场，沥青选用重交通90#石油沥青，上面层采用SBS改性沥青，技术指标均符合"公路沥青路面施工技术标准"〔JTJF40-2004〕相关规定。2路面材料抗压回弹模量确实定〔1〕半刚性材料的抗压回弹模量按照"公路工程无机结合料稳定材料试验规程"〔JTJ057-94〕中规定的工程顶面法测定半刚性材料的抗压回弹模量。〔2〕按照"公路工程沥青及沥青混合料试验规程"〔JTJ052-2000〕中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定20℃、15℃的抗压回弹模量，各种材料的半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值材料名称抗压模量〔MPa〕Ep方差Ep-2σEp+2σσEp代水泥稳定碎石318878216244752水泥石灰砂砾土159125010912091水泥稳定砂砾261723421483086级配碎石400级配沙砾250沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值材料名称20℃抗压模量15℃Ep方差Ep-2σEp方差Ep-2σEp+2σσEpaσEp代细粒式沥青混凝土19912011589268034419923368中粒式沥青混凝土14251051215217518718012549粗粒式沥青混凝土9785586813206012001440密级配沥青碎石124811610161715156140320273路面材料劈裂强度测定根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定规定温度和龄期的材料劈裂强度。按照"公路工程沥青及沥青混合料试验规程"与"公路工程无机结合料稳定材料试验规程"中规定的方法进展测定，结果见下表：材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土密级配沥青碎石水泥稳定碎石水泥稳定砂砾水泥石灰砂砾土二灰稳定砂砾劈裂强度〔MPa〕1.21.00.80.60.60.50.40.6路面材料劈裂强度路面厚度设计〔Hpds软件计算〕〔1〕方案一路面构造厚度计算公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:23.8(0.01mm)路面设计层层位:5设计层最小厚度:150(mm)层位构造层材料名称厚度〔mm〕20℃标准差〔MPa〕15℃标准差〔MPa〕容许应力〔MPa〕1细粒式沥青混凝土40199120126803440.422中粒式沥青混凝土80142510521751870.323粗粒式沥青混凝土120978551320600.264水泥稳定碎石300318878231887820.255水泥石灰砂砾土？159125015912500.146新建路基40按设计弯沉值计算设计层厚度:LD=23.8(0.01mm)H(5)=150mmLS=1.4(0.01mm)由于设计层厚度H(5)=Hmin时LS<=LD,故弯沉计算已满足要求.H(5)=150mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度:H(5)=150mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(5)=150mm(第2层底面拉应力计算满足要求)H(5)=150mm(第3层底面拉应力计算满足要求)H(5)=150mm(第4层底面拉应力计算满足要求)H(5)=150mm(第5层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度:H(5)=150mm(仅考虑弯沉)H(5)=150mm(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600mm验算结果说明,路面总厚度满足防冻要求.通过对设计层厚度取整,最后得到路面构造设计结果如下:----------------------------------------细粒式沥青混凝土40mm----------------------------------------中粒式沥青混凝土80mm----------------------------------------粗粒式沥青混凝土120mm----------------------------------------水泥稳定碎石300mm----------------------------------------水泥石灰砂砾土150mm----------------------------------------新建路基计算新建路面各构造层及路基顶面交工验收弯沉值:第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.2(0.01mm)第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.3(0.01mm)第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.5(0.01mm)第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.9(0.01mm)第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=7.9(0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值LS=145.6(0.01mm)计算新建路面各构造层底面最大拉应力:(未考虑综合影响系数)第1层底面最大拉应力σ(1)=-0.151(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-0.013(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=-0.064(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=0.121(MPa)第5层底面最大拉应力σ(5)=0.111(MPa)〔2〕方案二路面构造厚度计算公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100层位构造层材料名称厚度〔mm〕20℃标准差〔MPa〕15℃标准差〔MPa〕容许应力〔MPa〕1细粒式沥青混凝土40199120126803440.362中粒式沥青混凝土80142510521751870.33密级配沥青碎石150124811617151560.184水泥稳定砂砾250261723426172340.245级配砂砾200250025006新建路基40计算新建路面各构造层及路基顶面交工验收弯沉值:第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.3(0.01mm)第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.5(0.01mm)第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=1.8(0.01mm)第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=2.8(0.01mm)第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=10.3(0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值LS=145.6(0.01mm)计算新建路面各构造层底面最大拉应力:(未考虑综合影响系数)第1层底面最大拉应力σ(1)=-0.188(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-0.019(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=-0.046(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=0.217(MPa)最小防冻600mm，满足要求二、水泥混凝土路面设计方案水泥混凝土路面方案一1.交通分析表1可靠度设计标准公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路平安等级一级二级三级四级设计基准期〔a〕30302020目标可靠度〔％〕95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低～中中中～高表2车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.17～0.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.34～O．39行车道宽≤7mO．54～0.62由上表1，一级公路的设计基准期为30年，平安等级为二级。由上表2，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取O.20。计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为属重交通等级。2.初拟路面构造表3水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度〔mm〕≥260≥250≥240270～240260～230250～220交通等级中等轻公路等级二级三、四级三、四级三、四级变异水平等级高中高中高中面层厚度〔mm〕240～210230～200220～200≤230≤220由表1，平安等级二级的变异水平等级为中级。根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表3，初拟普通混凝土面层厚度为O.25m。基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5％)，厚0.20m。垫层为O3.路面材料参数确定表4中湿路基路床顶面回弹模量经历参考值范围(MPa)土组公路自然区划ⅡⅢⅣⅤⅥ土质砂26～4240～5039～5035～6050～60粘质土25～4530～4025～4530～4530～45粉质土22～4632～5430～5027～4330～45查表4，路基回弹模量取40MPa。查表5，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取700MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1500MPa。表5垫层和基层材料回弹模量经历参考值范围材料类型回弹模量(胁)材料类型回弹模量(m)中、粗砂80～100石灰粉煤灰稳定粒料1300～1700天然砂砾150～200水泥稳定粒料1300～1700未筛分碎石180～220沥青碎石(粗粒式，20℃600～800级配碎砾石(垫层)200～250沥青混凝土(粗粒式，20℃800～1200级配碎砾石(基层)250～350沥青混凝土(中粒式，20℃1000～1400石灰土200～700多孔隙水泥碎石(水泥剂量9.5％～11％)1300～1700石灰粉煤灰土600～900多孔隙沥青碎石(20℃青含量2.5％～3.5％)600～800计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径计算为4．荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr=O.87。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。根据公路等级，由下表，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc=1.25。综合系数kc公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10荷载疲劳应力计算为5．温度疲劳应力最大温度梯度标准值Tg公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦ最大温度梯度(℃/m)88～8390～9586～9293～98由上表，Ⅱ区最大温度梯度取83(℃／m)。板长5m，=5／0．677=7．56，由书本483页图16-14可查普通混凝土板厚h=0.25m，Bx=O温度疲劳应力系数kt，计算为(查书包484表16-29可得Ⅱ区回归系数a=0828,b=0.041,c=1.323)计算温度疲劳应力为查表1，一级公路的平安等级为二级，相应于二级平安等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为90％。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查书本484表16-22,确定可靠度系数=1.15。因而，所选普通混凝土面层厚度(O.25m)可以承受设计基准期内荷载应力和温度水泥混凝土路面方案二1．交通分析由上表1，一级公路的设计基准期为30年，平安等级为二级。由上表2，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取O.20。2．初拟路面构造由表1知，相应于平安等级二级的变异水平等级为中级。根据一级公路重交通等级和低变异水平等级，查表3，初拟普通混凝土面层厚度为O.24m，碾压混凝土基层O.15m，底基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5％)，厚O.18m，垫层为O.3．路面材料参数确定按书本480页表16-23和表16-25，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa；碾压混凝土弯拉强度标准值为4.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为27GPa。查表4，路基土回弹模量取40MPa。查表5，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取700MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1500MPa。计算基层顶面当量回弹模量如下：4．荷载疲劳应力普通混凝土面层与碾压混凝土基层组成别离式复合式面层。此时ku=O，hx=O。复合式混凝土面层的截面总刚度，计算为复合式混凝土面层的相对刚度半径，计算为标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生的荷载应力计算为普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数=O．87；碾压混凝土基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数。水泥混凝土面层，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；碾压混凝土基层，