路面結構設計 要改的.doc

路面結構設計1.1 路面類型的選擇確定路面結構設計的目的是提供在特定的使用期限內同所處環(huán)境相適應并能承受與其交通荷載適用的路面結構，同時設計路面結構，便于改變道路行駛條件，提高服務水平，滿足汽車運輸?shù)囊?，因此路面應起碼具備三個方面的使用要求：平整、抗滑、承載能力。1.1.1 沿線地質概況及材料來源設計路段內無不良地質概況，沿線有小型石灰廠和水泥廠，砂石材料豐富；水泥與瀝青均需外運。考慮到與水泥路面相比，瀝青混凝土路面表面平整、無接縫、行車舒適，便于機械化施工，能加快施工進度；當破壞后，瀝青混凝土路面易于修補。故本設計采用瀝青混凝土路面。1.1.2 路面等級與類型規(guī)范規(guī)定：二級公路一般采用瀝青混凝土路面，根據(jù)設計年限內累計當量標準軸載作用次數(shù)多少選用高級路面和次高級路面，高級路面一般適用于設計年限內累計標準軸次大于400萬次的二級公路,設計年限為15年；次高級路面適用于設計年限內累計標準軸次大于200萬次的二級公路，設計年限為12年。1.1.2.1 標準軸載及軸載換算路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載,以BZZ100表示。標準軸載計算參數(shù)如表101所示。表101 標準軸載計算參數(shù)標準軸載BZZ100標準軸載BZZ100標準軸載P(KN)100單輪傳壓面當量圓直徑d（cm）21.3輪胎接地壓強P(Mpa）0.7兩輪中心距（cm）1.5d當以設計彎沉值為設計指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡是軸載大于25KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸）P1的作用次數(shù)n1，均應按下式換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N。 （101）式中 N標準軸載的當量軸次n1被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次/日）P標準軸載 P1換算車型的各級軸載C1軸數(shù)系數(shù)，C1=1+1.2(m1), m是軸數(shù)。當軸間距大于3米時,按單獨的一個軸載計算；當軸間距小于3米時,應考慮軸數(shù)系數(shù)。C2輪組系數(shù),單輪組為6.4,雙輪組為1,四輪組為0.38.由已知交通量資料，可得路面設計所需的交通個參數(shù)，如下表:表102 路面設計交通參數(shù)表車 型前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距交通量三菱FR415 30.051.01 雙輪組250五十鈴NPR23.544.01雙輪組140江淮HF140A 18.941.81雙輪組100江淮HF15045.1101.5 1雙輪組200東風KM34024.567.81雙輪組350東風SP9135B20.172.62雙輪組米120五十鈴EXR1860.0100.0 3雙輪組 米1101.1.2.2 累計當量軸次設計年限內一個車道的累計當量軸次Ne （102）式中 Ne設計年限內一個車道的累計當量軸次t 設計年限Nt 設計竣工后第一年雙向日平均當量軸次 設計年限內的交通量平均增長率 車道系數(shù)由已知材料，可知t=12年，5.1%,道路為雙車道無分隔形式，由瀝青混凝土路面設計規(guī)范，可知在0.6與0.7之間，本設計取0.6，則用程序計算一個車道的累計當量軸次：Ne321.1 萬次當進行半剛性基層層底拉應力驗算時，凡是軸載大于50KN底各級軸載（包括車輛底前、后軸）P1的作用次數(shù)n1均應按下式換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N （103）式中軸數(shù)系數(shù)，當軸間距大于3米時,按單獨的一個軸載計算,則C1=1m,當軸間距小于3m時,按雙軸或多軸計算, C1=1+2(m-1)m軸數(shù)輪組系數(shù),單輪組為18.5,雙輪組為1,四輪組為0.09所以， 程序計算的Ne247.5 萬次。1.1.3 瀝青面層設計為了給汽車提供安全、舒適、快速的行車條件，瀝青路面應具有堅實、平整、抗滑和耐久的品質，同時，還應具有高溫抗車轍、低溫抗開裂，抗水損害及雨水滲入基層的功能。1.1.3.1 選擇瀝青已知該路段冬季最低氣溫為-38.3，屬寒區(qū)，且路面為瀝青混凝土，所以根據(jù)規(guī)范確定瀝青為A100。1.1.3.2 集料的技術要求各種瀝青面層的粗集料、細集料、填料應符合公路瀝青路面施工技術規(guī)范的有關規(guī)定。1.1.3.3 瀝青混凝土瀝青面層由雙層瀝青混合料組成，上面層為中粒式瀝青混凝土，用來防止雨水下滲。下面層采用粗粒式瀝青混凝土。1.2 基層、底基層及墊層1.2.1 基層、底基層基層、底基層應具有足夠的強度和穩(wěn)定性，在冰凍地區(qū)應具有一定的抗凍性。擬選用石灰水泥綜合穩(wěn)定碎石為基層。石灰穩(wěn)定土為底基層，厚度根據(jù)計算得到。1.2.2 墊層墊層的作用有抗凍、排水、防止污染等，本設計處在東北地區(qū)，屬于季節(jié)性冰凍地區(qū)，易發(fā)生凍脹、翻漿等現(xiàn)象，為了排出路面路基中滯留的自由水，確保路面結構穩(wěn)定，避免凍害發(fā)生，在底基層下設置墊層。因為當?shù)厣[豐富，墊層采用天然砂礫。1.3 路基該地區(qū)自然區(qū)劃為2區(qū)，土質為CL.M，地下水埋深1.53.0m，路基臨界高度H1=2.7m，H2=2.0m。由于該地區(qū)屬于山嶺重丘區(qū)，地勢起伏較大，填挖方高度變化也就較大，故分中濕和潮濕兩種狀態(tài)進行驗算。根據(jù)自然區(qū)劃及土質類型查表，得土基的回彈模量如下表：表108 各段稠度和土基回彈模量E0（MPa）值干濕類型稠度建議值E0中濕C1CC2為1.10C0.9528潮濕C2CC3為0.95C0.8022.5干燥CC1為C1.10321.4 路面的結構厚度由程序計算得到不同狀態(tài)（中濕狀態(tài)，潮濕狀態(tài)）路基的結構層次及厚度。具體參見所下列表。表1010 路面設計的結構參數(shù)（中濕）層位材 料 名 稱厚度（cm）20模量15模量極限強度中粒式瀝青混凝土 4120018001.0粗粒式瀝青混凝土 6100014000.8石灰水泥綜合穩(wěn)定碎石18.0140014000.5石灰穩(wěn)定土 07007000.2天然砂礫 202002000土基 *29.5*表1011 路面設計的結構參數(shù)（潮濕）層位材 料 名 稱厚度（cm）20模量15模量極限強度中粒式瀝青混凝土 4120018001.0粗粒式瀝青混凝土 6100014000.8石灰水泥綜合穩(wěn)定碎石18.0140014000.5石灰穩(wěn)定土 07007000.2天然砂礫 252002000土基 *29.5*1.4.1 路面設計彎沉值的計算路面設計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標，是路面設計計算的主要依據(jù)。路面設計彎沉值根據(jù)公路等級、設計年限內累計當量標準軸次、面層和基層類型按下式確定：ld600Ne-0.2AcAsAb （104）式中 ld設計彎沉值 Ne設計年限內的累計當連標準軸載作用次數(shù) Ac公路等級系數(shù)，二級公路為1.1As面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0Ab基層類型系數(shù)，半剛性基層為1.0所以，ld600Ne-0.2AcAsAb6003211000 -0.21.11.01.033（0.01mm）1.4.2 容許拉應力的計算在計算層底拉應力時，結構層底面計算點的拉應力，應小于等于該層材料的容許拉應力，即：mr （105）容許拉應力按下式計算： （106）式中 路面結構層的容許拉應力 瀝青混凝土和半剛性基層的劈裂強度（MPa）。對瀝青混凝土是指15時的劈裂強度，對二灰穩(wěn)定類材料為齡期為180天的劈裂強度。 KS抗拉強度結構系數(shù)對瀝青混凝土面層：KS0.09AaNe0.22/Ac （107）對無機結合料穩(wěn)定集料類：KS0.35Ne0.11/Ac （108）對無機結合料穩(wěn)定土類：KS0.45Ne0.11/Ac （109）式中 Aa瀝青混凝土繼配類型系數(shù)，細、中粒式瀝青混凝土為1.0，粗粒式瀝青混凝土為1.1。Ac公路等級系數(shù)，見公式（104）1.4.3 路面厚度計算路面厚度是根據(jù)多層彈性理論層間接觸條件為完全連續(xù)體系時，在雙圓垂直均布荷載作用下，輪隙中心處實測路表彎沉值ls等于設計彎沉值ld的原則進行計算，即lsld。標準車型的輪胎的接地壓強為0.70Mpa，當量圓直徑為10.65。土基回彈模量為28.0，各層材料的設計參數(shù)見路面結構設計參數(shù)表。由已知數(shù)據(jù)，擬定基層為設計層，擬定面層為10cm，基層為18cm，墊層厚度視干濕類型不同而改變。利用專用設計程序計算底基層厚度，計算結果為：中濕狀態(tài)：25.6cm，取26cm。潮濕狀態(tài)：28.8cm，取29cm。然后利用設計程序求出路表實際彎沉值,見表1012。表1012路表實際彎沉路基干濕狀態(tài)路表實際彎沉值(1/100mm)中濕狀態(tài)32.8潮濕狀態(tài)32.8因為：ld33(1/100mm)，所以，結構厚度滿足設計要求。1.4.4 設計與驗算結果驗算層底拉應力根據(jù)多層彈性理論，層間接觸條件為完全連續(xù)體系，雙圓荷載作用下計算層底最大拉應力m。驗算瀝青混凝土面層及半剛性材料底基層，底基層的層底拉應力時，以單圓的內側邊緣點及雙圓間隙中心點，單圓半徑的二分之一點，單圓的內側邊緣點及雙圓間隙中心點，并取最大值作為層底拉應力。計算的結果見表1013表1018。表1013 路面設計結果匯總1(中濕)設 計 彎 沉 值（1/100mm）33.0按彎沉指標設計的設計層厚度（cm）25.6滿足第 1 層拉應力指標的設計層厚度（cm）25.6滿足第 2 層拉應力指標的設計層厚度（cm）25.6滿足第 3 層拉應力指標的設計層厚度（cm）25.6滿足第 4 層拉應力指標的設計層厚度（cm）25.6表1014 路面驗算結果匯總1(中濕)當設計層厚度取 26.0cm 時的指標值表面實際彎沉值為： 32.8 1/100mm d 33.0第 1 層底拉應力為：-0.26 MPa r 0.45第 2 層底拉應力為：-0.08 MPa r 0.33第 3 層底拉應力為： 0.19 MPa r 0.31第 4 層底拉應力為： 0.04 MPa r 0.10表1015 路面設計結果匯總2(潮濕)設 計 彎 沉 值（1/100mm）33.0按彎沉指標設計的設計層厚度（cm）28.8滿足第 1 層拉應力指標的設計層厚度（cm）28.8滿足第 2 層拉應力指標的設計層厚度（cm）28.8滿足第 3 層拉應力指標的設計層厚度（cm）28.8滿足第 4 層拉應力指標的設計層厚度（cm）28.8表1016 路面驗算結果匯總2(潮濕)當設計層厚度取 29 cm 時的指標值表面實際彎沉值為： 32.8 1/100mm d 33.0第 1 層底拉應力為：-0.26 MPa r 0.45第 2 層底拉應力為：-0.08 MPa r 0.33第 3 層底拉應力為： 0.18 MPa r 0.31第 4 層底拉應力為： 0.04 MPa r 0.101.4.5 最小防凍厚度驗算:在季節(jié)性冰凍地區(qū)的中潮、潮濕路段, 需要進行防凍厚度驗算，規(guī)范規(guī)定采用查表法 道路凍深的確定與材料熱物性、橫斷面類型、路基潮濕類型和凍結指數(shù)有關，可按下式計算：dsqrt（） （1010） 式中：d路表面至道路凍結線的深度（cm）； 路面結構層的材料熱物性系數(shù)； 路基橫斷面（填、挖）系數(shù)； 路基潮濕類型系數(shù)； 近十年凍結指數(shù)平均值，即冬季負溫度的累積值（度日），其值應根據(jù)氣象部門的觀測資料計算確定。 抗凍設計的基本參數(shù)如下表：表1017 抗凍設計基本參數(shù)（中濕）地區(qū)類型東北凍結指數(shù)平均值1800材料熱物性系數(shù) a2.2路基潮濕類型中濕 接上表路基橫斷面系數(shù) b2.0土質類型粘性土路基潮濕型系數(shù) c1.08基層類型穩(wěn)定土類路面結構厚度74最小防凍厚度55表101