瀝青路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算示例

1、1 設(shè)計(jì)原始資料和依據(jù)該公路處于 II 3 區(qū)，路線經(jīng)過(guò)地區(qū)屬于濕暖帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，海洋型和大陸型過(guò)渡的氣候特征比較明顯，氣候溫暖、四季分明、雨量充沛、冬寒夏熱。年內(nèi)夏、秋季降水相對(duì)集中，易出現(xiàn)暴雨造成澇災(zāi)，其余季節(jié)降水偏少。氣候區(qū)內(nèi)年平均氣溫13.7 oC，以7、8月份最熱，年平均最高氣溫19.4 oC，年平均最低氣溫9.1 oC，歷年極端最高氣溫39.9 oC，歷年極端最低氣溫-22.4 oC。歷年最大積雪深度20cm，最大凍土深度33 cm，歷年平均無(wú)霜期163.5天。氣候區(qū)內(nèi)年平均降雨量884.0mm，歷年最大降雨量1358.0mm，以710月降雨相對(duì)較為集中。區(qū)域內(nèi)常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)?/p>

2、東北風(fēng)，歷年平均風(fēng)速3.3m/s。最大風(fēng)速16.8m/s。8、9月份受臺(tái)風(fēng)影響區(qū)內(nèi)空氣濕度較高，年平均相對(duì)濕度為70%左右，最小相對(duì)濕度65%、最大相對(duì)濕度85%。設(shè)計(jì)線路經(jīng)過(guò)地段主要由第四系松散沉積層所組成。第四紀(jì)沉積層由全新（Q4a1）的低高液限粘土夾中粗砂及上更新（Q3a1）的低高液限粘土所組成。由于古河道多次變遷作用，地層厚度分布不均，堆積層厚度上部全新（Q4a1）一般在39m局部達(dá)10m，地層巖性主要為低高液限粘土，其CBR為2%10%；下部上更新統(tǒng)（Q3a1）沉積層厚度一般為1040m，地層巖性主要為低高液限粘土，呈中高壓縮性。1.1.1 路線服務(wù)范圍交通運(yùn)輸要求和經(jīng)濟(jì)技術(shù)調(diào)查資料

3、由于此路段處于江地勢(shì)平緩，沿線以農(nóng)業(yè)為主，該路段經(jīng)過(guò)兩條大渠和一條鐵路，故該道路的修通對(duì)于完善蘇北地區(qū)貿(mào)易交往，改善該地區(qū)的投資環(huán)境具有深遠(yuǎn)的意義。另外修建該路所需的路基填料、石灰、碎石等集料在附近地區(qū)都非常豐富，并且都能滿足技術(shù)指標(biāo)要求。 1.1.2 交通量資料表1-1 交通量資料車(chē)型小汽車(chē)黃河JN-150躍進(jìn)NJ-130解CA-10B太拖拉138交通量（輛/日）3500900110018006001.2 設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)AB段高速公路位于徐州市洞山地區(qū)，根據(jù)沿線地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣象等自然條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)的有關(guān)規(guī)范、規(guī)程具體如下：1) 部頒公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B012003）；

4、2) 部頒公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D202006）；3) 部頒公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTG F10-2006）；4) 部頒公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）；5) 部頒公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 034-2000）；6) 部頒公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTGF80-1-2004)；7) 部頒公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D50-2006）；8) 部頒公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D30-2004）；9) 部頒公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ018-97）；10)京福高速公路繞徐州城西段設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；11) 擬建公路的設(shè)計(jì)原始資料；12) 擬建公路所處地區(qū)的地區(qū)地形圖。2 路面結(jié)構(gòu)層

5、厚度設(shè)計(jì)2.1.1 土基回彈模量的確定由于本路段無(wú)實(shí)測(cè)條件，故可按查表法預(yù)測(cè)土基回彈模量值。1）確定臨界高度本路段土基設(shè)計(jì)為不利季節(jié)處于干燥狀態(tài)，因?yàn)樾熘莸貐^(qū)為5區(qū)，由設(shè)計(jì)資料知該地區(qū)土質(zhì)為粘性土，查公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006)附錄F.0.1可確定臨界高度H1在2.1m2.5m之間。2）土的平均稠度因本路段屬于干燥類(lèi)型，根據(jù)路基的臨界高度，由公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006)中5.1.4-1知路床表面以下80cm深度內(nèi)平均稠度為Wc1.10，本設(shè)計(jì)取Wc=1.10。3）確定土基回彈模量據(jù)以上所述查表得該地區(qū)的土基回彈模量為E0=52.0Mpa。為保證高填土路基

6、的含水量，設(shè)計(jì)中取E0為45.0 Mpa。2.1.2 路面設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1）交通量組成已知設(shè)計(jì)年限為20年，設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量年平均增長(zhǎng)率r=8%，交通量組成見(jiàn)下表：表4-3-1 交通量組成 車(chē) 類(lèi)小汽車(chē)躍 進(jìn)NJ-130解放CA-10B黃河JN-150太脫拉138交通量(輛日)3500110018009006002）標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算和當(dāng)量軸次計(jì)算路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100KN為標(biāo)準(zhǔn)荷載，標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)如下：表4-3-2 標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載BZZ100標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載BZZ100標(biāo)準(zhǔn)軸載P(KN)100單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑(cm)21.30輪胎接地壓強(qiáng)P(MPa)0.70兩輪中

7、心距(cm)1.5d3）以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次（1）軸載換算以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于25KN的各級(jí)荷載（包括車(chē)輛的前、后軸）的作用次數(shù)，均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)。 (4-3-1)式中： 標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，次日； 被換算車(chē)型的各級(jí)軸載作用次數(shù)，次日； 標(biāo)準(zhǔn)軸載，KN； 被換算車(chē)型的各級(jí)軸載，KN； 軸數(shù)系數(shù)； 輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，應(yīng)按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算，此時(shí)軸數(shù)系數(shù)為m；當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，按雙軸或多軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)按下式計(jì)算。 （4-3-2）式中： m 軸數(shù)。本

8、路段軸載換算如下表所示。表4-3-3 標(biāo)準(zhǔn)軸載換算（一）車(chē) 型Pi（KN）C1C2n1N1黃 河JN150后軸101.601.01.0900964.34前軸49.001.06.4900258.69躍 進(jìn)NJ130后軸38.301.06.41100108.26前軸15.301.06.41100解 放CA10B后軸60.851.01.01800207.40.前軸19.401.06.41800太脫拉138后軸80.002.21.0600500.05前軸51.401.06.4600212.33小汽車(chē)后軸前軸合 計(jì)2251.07注：軸載小于25KN的軸載作用不計(jì)，因?yàn)樾∑疖?chē)軸載為25KN，所以在上表中未

9、于列出。（現(xiàn)行規(guī)范沒(méi)有這一條規(guī)定，小汽車(chē)應(yīng)該也計(jì)算在內(nèi)）（2）累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算由公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006)3.1.2-1設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次按下式計(jì)算。 （4-3-3）式中： 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次，次；設(shè)計(jì)年限，年；路面竣工后第一年雙向日平均當(dāng)量軸次，次日； 設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長(zhǎng)率(%),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)查，預(yù)測(cè)交通量增長(zhǎng)，經(jīng)分析確定；車(chē)道系數(shù)，查公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ01497)確定車(chē)道系數(shù)為0.40.5,本設(shè)計(jì)取=0.45。設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次為=16919948.48（次）4）驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)

10、量軸次當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，各種車(chē)型的前后軸的作用次數(shù)，均按下式轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)。 （4-3-4）式中： 軸數(shù)系數(shù)； 輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下式計(jì)算。 （4-3-5）計(jì)算結(jié)果如下表。表4-3-4標(biāo)準(zhǔn)軸載換算（二） 車(chē) 型 (KN)黃 河JN150后軸101.601.01.09001021.86前軸49.001.018.5900躍 進(jìn)NJ130后軸38.301.018.51100前軸15.301.018.51100解 放CA10B后軸60.851.01.0180033.83前軸19.401.

11、018.51800太脫拉138后軸80.03.01.0600301.00前軸51.401.018.560050.80合計(jì) 1408.48 注：軸載小于50KN的軸載作用不計(jì)。（現(xiàn)行規(guī)范沒(méi)有這一條規(guī)定，全部荷載均應(yīng)該計(jì)算在內(nèi)）設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次仍按式（4-3-3）進(jìn)行計(jì)算： = 1058670（次）2.1.3 路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算方案一路面結(jié)構(gòu)及計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表4-3-5。表4-3-5 路面結(jié)構(gòu)及計(jì)算參數(shù) 層次材料名稱(chēng)厚 度(cm)200C抗壓回彈模量(MPa)150C抗壓回彈模量(Mpa)15o劈裂強(qiáng)度(MPa)1細(xì)粒式抗滑瀝青混凝土，AK-13A4140020001.42中粒式瀝青

12、混凝土AC-206120018001.03粗粒式瀝青混凝土AC-306100014000.84二灰碎石?150015000.75二灰土207507500.36土基451）按容許彎沉計(jì)算路面厚度路面設(shè)計(jì)彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標(biāo)，是根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)每個(gè)車(chē)道累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次、公路等級(jí)、面層和基層的類(lèi)型等確定的。路面設(shè)計(jì)彎沉值可按下式計(jì)算： （4-3-6）式中： 路面設(shè)計(jì)彎沉值(0.01mm);設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次；公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為1.0，二級(jí)公路為1.1，三、四級(jí)公路為1.2；面層類(lèi)型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型系數(shù)，半剛性基層、剛性基層瀝青路面

13、為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6，若基層由半剛性基層與柔性基層組合而成，通過(guò)線性內(nèi)插確定。根據(jù)上式計(jì)算得：=21.50（0.01mm）2）結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力高速公路的瀝青混凝土面層或半剛性材料基層、底基層，在進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)層底面計(jì)算點(diǎn)的拉應(yīng)力應(yīng)小于或等于該層材料的容許彎拉應(yīng)力，即： （4-3-7）容許彎拉應(yīng)力按下式列公式計(jì)算： （4-3-8）式中： 路面結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力(MPa)；瀝青混凝土或半剛性材料的劈裂強(qiáng)度(MPa)。對(duì)瀝青混凝土指15時(shí)的劈裂強(qiáng)度；對(duì)水泥穩(wěn)定類(lèi)材料為齡期90d的劈裂強(qiáng)度(MPa)；對(duì)二灰穩(wěn)定類(lèi)、石灰穩(wěn)定類(lèi)的材料為齡期180d的劈裂強(qiáng)度(MPa

14、)； 抗壓強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。對(duì)瀝青混凝土面層： (4-3-9)式中： 瀝青混凝土級(jí)配類(lèi)型系數(shù)，細(xì)、中粒式瀝青混凝土為1.0，粗粒式瀝青混凝土為1.1。對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合穩(wěn)定集料類(lèi)： （4-3-10）對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合類(lèi)穩(wěn)定細(xì)粒土類(lèi)： （4-3-11）（1）瀝青混凝土上面層AK-13A1.4Mpa=0.09×1.0×(16919949)0.22/1.0=3.503=（2）瀝青混凝土中面層AC-201.0Mpa=0.09×1.0×(16919949)0.22/1.0=3.503=（3）瀝青混凝土下面層AC-300.8Mpa=0.09×1.1×(1691994

15、9)0.22/1.0=3.853=（4）二灰碎石基層0.7 Mpa=0.35×(10586703)0.11/1.0=2.074=（5）二灰土底基層0.3Mpa=0.45×(10586703)0.11/1.0=2.667=3）路面厚度計(jì)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(shí)，在雙圓均布荷載作用下，輪隙中心處實(shí)測(cè)路表彎沉值等于設(shè)計(jì)彎沉值的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行計(jì)算（其力學(xué)圖式如圖4-3-1），即 （4-3-12）圖4-3-1 路表彎沉值計(jì)算圖式路表彎沉值按下式計(jì)算： （4-3-13） （4-3-14）式中： 路面實(shí)測(cè)彎沉值，0.01mm；p、標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型的輪胎接地壓強(qiáng)(M

16、Pa)和當(dāng)量圓半徑，cm；F彎沉綜合修正系數(shù)；理論彎沉系數(shù)；或土基回彈模量值，MPa；、各層材料回彈模量值；、 各結(jié)構(gòu)層厚度，cm。計(jì)算得：=0.5304由式（4-3-13）得理論彎沉系數(shù)：這是一個(gè)多層體系，計(jì)算時(shí)可以先將多層體系轉(zhuǎn)換為當(dāng)量三層體系，求出中間層的厚度H，然后再求出基層厚度，轉(zhuǎn)換圖式如下：圖4-3-2 彎沉三層體系換算圖式由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第360頁(yè)圖14-14得3。由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第360頁(yè)圖14-14得。由于，所以=0.477再由，和=0.477查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交

17、通出版社）第360頁(yè)圖14-14得 ，從而，cm 根據(jù)等效路表彎沉的結(jié)構(gòu)層轉(zhuǎn)換公式：得：cm,取34cm計(jì)。4）驗(yàn)算彎拉應(yīng)力（1）上面層底面彎拉應(yīng)力驗(yàn)算先轉(zhuǎn)化成三層體系（模量采用15時(shí)的抗壓回彈模量），圖示如下：圖4-3-3 AK13A上面層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上層厚度為cm。中層厚度為：cm對(duì)高速公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、低基層進(jìn)行拉應(yīng)力的驗(yàn)算時(shí)，各層按連續(xù)驗(yàn)算。驗(yàn)算層低拉應(yīng)力時(shí)根據(jù)多層彈性理論，層間接觸條件為完全連續(xù)體系，以雙圓荷載作用下按下式計(jì)算層低最大拉應(yīng)力。 （4-3-15）應(yīng)以下式計(jì)算： （4-3-16）式中： 、系數(shù)。驗(yàn)算層低拉應(yīng)力時(shí)，應(yīng)滿足下式要求： （4-3-17）

18、式中： 容許拉應(yīng)力。由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第362頁(yè)圖14-18得無(wú)具體的。由，查表無(wú)具體的值。由，查表無(wú)具體的值。說(shuō)明上面層底面所受拉應(yīng)力較小，即可認(rèn)為：，從而，0=0.3996，滿足強(qiáng)度要求。（1）中面層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如下：圖4-3-3 AC20中面層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上面層厚度：cm中層厚度： cm同理，查表得，從而，0=0.2855，滿足強(qiáng)度要求。（2）下面層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如下：圖4-3-4 AC30下面層彎拉應(yīng)力三層體系換算上面層厚度：cm中層厚度：cm查表得，從而，0=0.202，滿足強(qiáng)度要求。（3）基層層底

19、拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如下：圖4-3-5 基層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上面層厚度：cm中層厚度：H=20cm由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第362頁(yè)圖14-18得： Mpa；由查表得；由，查表得；從而：Mpa,所以基層滿足抗彎拉要求。（4）底基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如圖4-3-6所示。圖4-3-6 底基層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上層厚度：=50.477cm根據(jù)（4）中各參數(shù)查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第363頁(yè)圖14-19得Mpa，從而，Mpa，所以底基層滿足抗彎拉要求。通過(guò)計(jì)算可知方案一的路面總厚度為4+6+6+1+34+20=71cm。二）方案二路面結(jié)構(gòu)及計(jì)算參數(shù)如下表：表4-3-5 路面結(jié)構(gòu)及計(jì)算參數(shù)層次材料名稱(chēng)厚度(cm)200C抗壓回彈模量(MPa)150C抗壓回彈模量(Mpa)劈裂強(qiáng)度(MPa)1AK-13A4140020001.42AC-206120016001.03AC-306100014000.84水穩(wěn)碎石）?150015000.55灰土（10%）205505500