沥青路面设计

沥青路面设计一、课程设计任务〔1〕了解设计任务,拟定工作方案，查阅资料。〔3〕按《公路沥青路面设计标准JIGD50-2006》的内容及要求进行沥青路面结构设计；〔5〕根据指导教师的要求，采用指定的初始条件进行设计：沥青路面的设计，在完成路面结构组合设计后，利用设计软件进行结构层厚度计算及各层底拉应力验算。在设计说明书〔设计报告书〕中应画计算图，采用A4纸打印设计报告书。〔6〕出图：沥青路面设计不出图〔留待毕业设计时训练出图〕二、课程设计报告书主要内容〔一〕初始条件：广西南宁地区〔IV区〕某新建双向4车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为－1m，路基填土高度1.2m，预计通车初年的交通量如下：表一车型黄河JN150解放CA10B长征CZ160上海SH130小汽车交通量〔辆/h〕7201100280120100交通量年平均增长率7％，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供给。〔二〕要求完成的主要任务：〔1〕确定路面等级和面层类型；〔2〕确定土基的回弹模量；〔3〕路面结构组合设计；〔4〕根据设计弯沉值计算路面厚度〔采用沥青路面设计专用程序，输入设计弯沉值及设计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算，并进行各层底拉应力验算〕。1.根本资料确定1.1确定公路等级计算通车初年的折算交通量其中折算系数查《公路工程技术指标》(JTGB012003)，表各汽车代表车型与车辆折算系数。表一：各车辆的折算系数车型序号车型名称折算系数交通量〔辆/日〕折算后交通量〔辆/日〕1黄河JN1501.572010802解放CA10B1.5110016503长征CZ16022805604上海SH1301.51201805小汽车1.0100100总计3570由上表可知初年的平均日交通量为3650辆/日设计交通量由《公路沥青路面设计标准》〔JTGD50-2006〕，表3.1.3各级公路沥青路面设计年限。一级公路设计年限为15年。其中：AADT—设计交通量〔pcu/d〕；ADT—起始年平均日交通量〔pcu/d〕；—年平均增长率〔%〕；n—预测年限那么15年后的设计交通量为：=3650×1+7%15-11.2拟定路基宽度和设计速度及其他资料1〕拟定设计速度为：100km/h2)根据《公路工程技术标准》(JTGB012003)表双向四车道，路基宽度为：26m；3)拟采用沥青路面结构，设计年限为15年；4)沿线土质为粘土；5〕土基回弹模量确实定因无实测条件，由查表法预测土基回弹模量：〔1〕确定临界高度查《路基路面工程》邓学均，表1-9路基临界高度参考值，公路自然区划属IV区得：=1.8m，=1.5m，=1.2m。地下水位为-1m，路基填土高度为1.2m。所以以填方路段的路基处于枯燥状态。〔2〕确定平均稠度查《路基路面工程》邓学均，表14-9土基干湿状态的稠度建议值，得：填方路段的平均稠度为1.10。〔3〕确定回弹模量查《路基路面工程》邓学均，表14-11二级自然区划各土组土基回弹模量参考值〔MPa〕，得：填方路段的土基回弹模量为40.0Mpa。2.轴载计算2.1代表轴载查《路基路面工程》邓学均，表2-1的车辆轴载如下表表二：车辆轴载表车型序号车型名称前轴重后轴重后轴数后轴轮组数1黄河JN15049.00101.60122解放CA10B19.4060.85123长征CZ16045.283.7124上海SH13016.523\\5小汽车--\\2.2轴载换算我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表3确定。表三：标准轴载个参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P〔KN〕100单轮当量圆直径d〔mm〕21.30轮胎接地压强P〔Mpa〕0.70两轮中心距〔cm〕1．5d轴载换算以设计弯沉值和沥青层层底拉力为设计标准或者以半刚性材料层的拉力为设计标准。2.2.1以设计弯沉值和沥青层层底拉力为设计标准式中：—相当于标准轴载100KN的作用次数〔次/d〕；—各级轴载的作用次数〔次/d〕；—各种被换算车型的轴载〔KN〕；—标准轴载〔KN〕—轴数系数；—轮组系数，单轮组=6.4；双轮组=1.0；四轮组=0.38;K—被换算车型的轴载级别。注：当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或者多轴按=1+1.2〔m–1〕计算，m为轴数。表四：轴载换算汇总表车型P〔KN〕CCn〔次/d〕黄河JN150前轴4916.4720206.9后轴101.611720771.5解放CA10B后轴60.85111100126.7长征CZ160前轴45.216.428056.6后轴83.72.21280284.1上海SH130前轴16.5\\120\后轴23\\120\小汽车\\\\100\1445.82.2.2以半刚性材料层的拉力为设计标准式中：—以半刚性材料层的拉力为设计指标时的标准轴载的当量轴次〔次/d〕；—轴数系数；—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。其余符号含义参照上式。对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：=1+2〔m–1〕式中：m—轴数。表五：各级轴载〔轴载小于50的不计〕车型P〔KN〕CCn〔次/d〕黄河JN150后轴106.6117201200.5解放CA10B后轴60.8511110020.7长征CZ160后轴83.731280202.31423.52.2.3设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数按下式计算：式中：—设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次〔次/车道〕；—设计年限〔年〕；—路面运营第一年双向日平均当量轴次〔次/d〕；—设计年限内交通量平均增长率〔%〕；—车道系数，双向四车道高速公路取0.45。一级公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数=0.45.Ne=1+γt-Ne=1+γt根据《公路沥青路面设计标准》(JTG

D50-2006)P14表交通分级可确定轴载等级为：中等交通。3.路面结构组合设计3.1拟定路面结构组合方案面层宜选择沥青混凝土，又由于该路为一级公路，因此采用三层结构。3.2拟定路面结构层厚度由《公路沥青路面设计标准》〔JTGD50-2006〕，表4.1.3-1沥青混合料的压实最小厚度和适宜厚度，表4.1.5各种结构层压实最小厚度和适宜厚度。方案一：4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+20cm石灰碎石土+？石灰土〔厚度待计算确定〕，以石灰土为设计层。方案二：4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒式沥青混凝土+22cm密集配沥青碎石+？级配碎石，以级配碎石为设计层。3.3各层材料设计参数由《路基路面工程》邓学钧，由表14-15沥青混凝土设计参数得到下表表七：半刚性路面沥青混合料设计参数材料名称抗压回弹模量〔MPa〕劈裂强度〔MPa〕20℃15℃细粒式沥青混凝土140020001.4粗粒式沥青混凝土100014000.8中粒式沥青混凝土120018001石灰碎石土15000.65石灰土5500.225土基40-表八：柔性路面沥青混凝土设计参数材料名称抗压回弹模量〔MPa〕劈裂强度〔MPa〕20℃15℃细粒式沥青混凝土140020001.4粗粒式沥青混凝土100014000.8中粒式沥青混凝土120018001密集配沥青碎石120014000.8石灰土200—土基40-4.根据设计弯沉值计算路面厚度4.1方案一计算路面设计弯沉值及其厚度一级公路，取Ac=1.0，面层为沥青混凝土，取As=1.0半刚性基层、底基层总厚度大于20cm,取设计弯沉：ld=600各层材料的容许层底拉应力σ细粒式密集配沥青混凝土〔沥青Ac=1.0，Ne=5967455Ks=σR=1.4中粒式密集配沥青混凝土:KsσR=1粗粒式密集配沥青混凝土:KsσR二灰碎石：(NeσR=0.65石灰土：Ks=0.45Ne表九：设计参数汇总表材料名称厚度〔cm〕20℃抗压模量〔MPa〕15℃抗压模量〔MPa〕容许拉应力〔MPa〕细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土6120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29石灰碎石土2015000.34石灰土待定5500.09土基—40—采用HPDS2011公路路面设计程序计算结果公路等级：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：26.5〔0.01mm〕路面设计层层位：5设计层最小厚度：15〔cm〕按设计弯沉值计算设计层厚度:表十：HPDS2011厚度计算显示表层位结构层材料名称厚度〔mm〕20℃平均抗压模量〔Mpa〕标准差〔Mpa〕15℃平均抗压模量〔Mpa〕标准差〔Mpa〕容许应力〔Mpa〕1细粒式沥青混凝土4014000200000.52中粒式沥青混凝土6012000180000.363粗粒式沥青混凝土8010000140000.294石灰碎石土20015000150000.345石灰土？550055000.096土基—4040—ldH(5)=200mmls=27H(5)=250mmls=25.2H(5)=220mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度:H(5)=220mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(5)=220mm(第2层底面拉应力计算满足要求)H(5)=220mm(第3层底面拉应力计算满足要求)H(5)=220mm(第4层底面拉应力计算满足要求)H(5)=290mm(第5层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度:H(5)=220mm(仅考虑弯沉)H(5)=220mm(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500mm验算结果说明,路面总厚度满足防冻要求表九：设计参数汇总表材料名称厚度〔cm〕20℃抗压模量〔Mpa〕15℃抗压模量〔Mpa〕容许拉应力〔Mpa〕细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土6120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29石灰碎石土2015000.34石灰土225500.09土基—40—细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土6cm粗粒式沥青混凝土8cm石灰碎石土20cm石灰土22cm土基4.2方案二计算路面设计弯沉值及其厚度一级公路，取Ac=1.0，面层为沥青混凝土，取As=1.0柔性基层、底基层总厚度大于20cm,取设计弯沉：ld=600各层材料的容许层底拉应力σ细粒式密集配沥青混凝土〔沥青Ac=1.0，Ne=5967455Ks=σR=1.4中粒式密集配沥青混凝土:KsσR=1粗粒式密集配沥青混凝土:KsσR密集配沥青碎石：KsσR表十一：设计参数汇总表材料名称厚度〔cm〕20℃抗压模量〔MPa〕15℃抗压模量〔MPa〕容许拉应力〔MPa〕细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29密集配沥青碎石22120014000.29级配碎石？200—土基—40—采用HPDS2011公路路面设计程序计算结果公路等级：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：42.4〔0.01mm〕路面设计层层位：5设计层最小厚度：15〔cm〕按设计弯沉值计算设计层厚度:表十二：HPDS2011厚度计算显示表层位结构层材料名称厚度〔mm〕20℃平均抗压模量〔Mpa〕标准差〔Mpa〕15℃平均抗压模量〔Mpa〕标准差〔Mpa〕容许应力〔Mpa〕1细粒式沥青混凝土4014000200000.52中粒式沥青混凝土5012000180000.363粗粒式沥青混凝土8010000140000.294密集配沥青碎石2012000140000.295级配碎石？20002000—6土基—4040—按设计弯沉值计算设计层厚度:ldH(5)=150mmls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)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:500mm验算结果说明,路面总厚度满足防冻要求表十三：设计参数汇总表材料名称厚度〔cm〕20℃抗压模量〔Mpa〕15℃抗压模量〔Mpa〕容许拉应力〔Mpa〕细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29密集配沥青碎石22120014000.29级配碎石15200-土基—40—通过对设计层厚度的调整细粒式沥青混凝土4cm中粒式沥青混凝土5cm粗粒式沥青混凝土8cm密集配沥青碎石22cm级配碎石15cm土基5.竣工验收弯沉值和层底弯拉应力验算方案一：公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100表十四：HPDS2011竣工验算表层位结构层材料名称厚度〔cm〕20℃平均抗压模量〔Mpa〕标准差〔Mpa〕15℃平均抗压模量〔Mpa〕标准差〔Mpa〕综合影响系数1细粒式沥青混凝土4140002000012中粒式沥青混凝土6120001800013粗粒式沥青混凝土8100001400014二灰碎石20150001500015石灰土225500550016土基—4004001计算新建路面各结构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=26.5第2层路面顶面交工验收弯沉值Ls=29.5第3层路面顶面交工验收弯沉值Ls=34.8第4层路面顶面交工验收弯沉值Ls=43第5层路面顶面交工验收弯沉值Ls=121.2路基顶面交工验收弯沉值Ls=232.9(0.01mm)(根据“公路沥青路面设计标准Ls=292.5(0.01mm)(根据“公路路面基层施工技术标准计算新建路面各结构层底面最大拉应力:(未考虑综合影响系数)第1层底面最大拉应力σ(1)=-.226(MPa)第2层底面最大拉应力σ(2)=-.061(MPa)第3层底面最大拉应力σ(3)=-.013(MPa)第4层底面最大拉应力σ(4)=.134(MPa)第5层底面最大拉应力σ(5)=.079(MPa)有以上结果可知容许弯拉应力σR方案二：表十五：HPDS2011竣工验算表