鋪面工程課程設計--瀝青混凝土路面設計

1、同濟大學鋪面工程鋪面課程設計瀝青混凝土路面設計 1.背景與軸載換算1.1 背景 1區(qū)某地區(qū)二級公路，當?shù)赝临|類型為粘性土，土的液限為35.6%，塑限為 29.5%；年降雨量為1500mm；夏季最高氣溫為39，持續(xù)時間較長。當?shù)厥a(chǎn)砂石料。路面寬度7米，道路上有較陡的長坡。交通組成見表2和表3。1.2 軸載換算瀝青路面根據(jù)規(guī)范要求，采用下面的公式計算標準軸載和累計軸載次數(shù) 為輕交通程度。1.3 環(huán)境條件及路基彈性模量路槽下80cm稠度層位12345678含水量百分比28.228.428.4928.5528.728.828.7829.11wc1.211.181.171.161.131.111.12

2、1.06平均稠度為1.143查表可得，土基回彈模量為37.14MPa。2.設計指標根據(jù)交通繁重程度，選用半剛性基層。擬定路面結構組合如下瀝青層8cm上面層AC-10 4cm下面層 AC-13 4cm水泥石灰砂礫土h=?級配碎石底基層18cm土基E0=37.14MPa3.容許設計指標由公路瀝青路面設計規(guī)范（JIG D50-2006）得知：1) 路表中心處的彎沉值不大于設計彎沉值2) 瀝青面層的層底拉應力不大于該層混合料容許拉應力。3) 半剛性基層或底基層的最大拉應力不大于該材料層的。31路表設計彎沉為：0.376mm瀝青層底面容許拉應力為：水泥石灰砂礫土基層底面容許拉應力為：3.2軟件試算3.2

3、.1路面彎沉設計水泥石灰砂礫土的厚度為待定厚度，假設路面彎沉等于設計彎沉。用BISAR軟件試算。各層材料的回彈模量取值如下：結構層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應力計算回彈模量(Mpa)瀝青層AC-1016001800AC-1315001800水泥石灰砂礫土8001500級配碎石底基層400400土基E0=37.14MPa,=0.4軟件計算得到的彎沉值用下式修正：試算得水泥石灰砂礫土的厚度為24.5cm。此時路表彎沉為軟件計算的理論彎沉為：0.5892mm修正后得實際彎沉0.3557mm。取厚度為24.5cm驗算瀝青混凝土層底和水泥穩(wěn)定隨時層底拉應力。3.2.2應力驗算計算點位為單圓輪載中心

4、軸線及雙輪輪隙中心下，軟件中設置如下：a 面層底拉應力為負值。如下圖所示表面層： 下面層： b基層底面拉應力為0.121Mpa，符合要求。底基層的底面拉應力更小.這里不做驗算.3.3設計指標比較基層厚度為24.5cm計算數(shù)值設計容許值檢驗結果路表彎沉0.356mm0.376mm滿足面層底面拉應力雙輪輪隙中心處負值0.628Mpa滿足單圓荷載中心軸線處負值基層底面拉應力0.121MPa0.195MPa滿足故最后路面結構組成為：瀝青層8cm上面層AC-10 4cm下面層 AC-13 4cm水泥石灰砂礫土24.5cm級配碎石底基層18cm土基E0=37.14MPa4.材料及相關設計4.1路面材料考慮

5、l 降水量超過1000mm，二級公路的瀝青表面層用粗集料磨光值應當滿足PSV>40，且在基層下應設置墊層，改善排水。l 粗集料和瀝青應有良好的黏結性，黏附性不低于4級。l 如果采用了瀝青瑪蹄脂碎石混合料，則細集料不宜使用天然砂。（在以下方案設計中體現(xiàn)）l 二級公路基層、底基層的集料壓碎值不大于35。4.2 結構組合設計l 為防止雨水滲入路面結構層、土基中，本方案在瀝青面層采用密級配瀝青混合料。l 瀝青層之間設置黏層強化，基層上設置稀漿封層的下封層。4.3 路基與墊層l 在路塹和強風化巖石路段，應注意填挖交界處及路塹段的排水設計。l 路面可能收到裂隙水等地下水影響時，應設滲溝等排水設施加強

6、路基排水。4.4 面層l 由于有長陡坡路段，在該路段的表面層和中面層應提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標要求。選用稠度高、60ºC黏度大的瀝青、改性瀝青等。備選方案1. 路面結構設計采用開級配瀝青混凝土面層，初擬路面結構如下。瀝青層9cm表面層OGFC-13 4cm下面層 AC-16 5cm石灰土基層h=?m級配碎石底基層18cm土基E0=37.14MPaOGFC作為排水路面的表面層,規(guī)范要求最小厚度為4cm。在該面層下設置防水層。2. 指標驗算2.1假設路表彎沉等于設計彎沉，確定水泥穩(wěn)定碎石層厚度。使用BISAR軟件試算如下：各層模量設置如下：結構層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應力計

7、算回彈模量(Mpa)瀝青層OGFC-1310001200AC-1614001800石灰土基層7001200級配碎石底基層400400土基E0=37.14MPa,=0.4其中計算得水泥穩(wěn)定碎石基層厚度為28cm時，理論彎沉為0.6099mm，經(jīng)過修正，為0.376mm。2.2結構層拉應力驗算。2.2.1面層底面拉應力驗算各層均為負值。計算點位置同原方案。表面層： 下面層： 2.2.3基層底面拉應力驗算基層底面拉應力為0.155Mpa，符合容許值。2.3 設計指標比較基層厚度為28cm計算數(shù)值設計容許值檢驗結果路表彎沉0.376mm0.376mm滿足面層底面拉應力雙輪輪隙中心處負值0.628Mpa

8、滿足單圓荷載中心軸線處負值基層底面拉應力0.155MPa0.195MPa滿足故最后路面結構組成為：瀝青層9cm表面層OGFC-13 4cm下面層 AC-16 5cm石灰土基層28cm級配碎石底基層18cm土基E0=37.14MPa3. 方案比較相對于原方案，該方案有以下特點：1. 采用開級配瀝青混凝土做瀝青表面層，強化了路面排水能力，降低了不利天氣對路面使用性能的影響。2. 開級配瀝青混凝土面層的構造深度較大，吸聲能力較強。3. 采用模量較小的石灰土基層充分利用砂石材料，成本較低，并更大程度發(fā)揮路面結構的受力能力。在一般情況下，盡量采用備選方案。其他背景1. 設計背景如果該道路為高速公路，設計

9、年限內設計車道的最大累計標準軸載為1500萬次（基層應力驗算為1800萬次），請進行結構設計、材料設計和其他相關考慮。 Ne=1.5*107,重交通程度。2.路面結構設計2.1 路基處理及回彈模量。根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范規(guī)定，重交通時土基回彈模量應不小與40Mpa。這里進行地基處理使得土基模量達到40Mpa。2.2 路面結構瀝青層20cm上面層SMA-13 6cm中面層 AC-20 6cm下面層 AC-25 8cm瀝青穩(wěn)定碎石h=?級配碎石底基層18cm土基E0=40MPa其中瀝青穩(wěn)定碎石為ATB-30，適宜厚度為9-15cm，現(xiàn)厚度待定。其中瀝青面層均為密級配,瀝青穩(wěn)定碎石基層也是密級配。

10、3設計指標驗算3.1規(guī)范設計指標路表設計彎沉為：采用柔性基層瀝青路面0.352mm瀝青層底面容許拉應力為：瀝青穩(wěn)定碎石基層底面容許拉應力為：3.2指標驗算各層模量設置如下：結構層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應力計算回彈模量(Mpa)瀝青層SMA-1314001600AC-2012001800AC-2512001800瀝青穩(wěn)定碎石基層10001200級配碎石底基層400400土基E0=40MPa,=0.43.2.1 按瀝青容許彎沉設計基層厚度根據(jù)規(guī)范中4.1.4取適宜厚度11.5cm。理論彎沉為0.585mm，修正彎沉為0.351mm。3.2.2瀝青層底面最大拉應力驗算上面層： 中面層： 下

11、面層: 最大拉應力為0.102MPa。3.2.3基層底面拉應力驗算應力值為0.184Mpa。3.3設計指標一覽基層厚度為11.5cm方案計算值設計容許值檢驗結果路表彎沉0.351mm0.352mm滿足面層底面拉應力最大值0.102MPa0. 338Mpa滿足基層底面拉應力最大值0.184Mpa0.273 MPa滿足3.4最終路面結構：瀝青層20cm上面層SMA-13 6cm中面層 AC-20 6cm下面層 AC-25 8cm瀝青穩(wěn)定碎石11.5cm級配碎石底基層18cm土基E0=40MPa4.方案評價及其他方案該方案偏向于厚面層薄基層，瀝青層厚度較大。該方案中大量使用瀝青，而且在基地應力上安全

12、儲備較為浪費。在砂石產(chǎn)量比較豐富的地方應多的使用細集料比例大的混合料以減少使用其他材料的成本。地基處理是不必要達到100Mpa。以下為第二方案主要目標:1. 面層和基層使用粒徑小的瀝青混合料,但表面層的集料平均粒徑不能過小以達到規(guī)范的構造深度的要求；2. 采用更薄的面層，減少瀝青的使用；3. 降低整體結構厚度，減少路面結構對路基的荷載；4. 合理的地基處理，考慮長期的使用應進一步加固地基。第二方案1.路面結構設計按規(guī)范要求，重交通時應處理地基?，F(xiàn)處理地基使得其模量為45Mpa。路面結構設計如下：瀝青層15cm上面層SMA-13 4cm中面層 AC-16 5cm下面層 AC-20 6cm瀝青穩(wěn)定

13、碎石基層h=?級配碎石底基層18cm土基E0=45MPa瀝青穩(wěn)定碎石層采用ATB-25。2.指標驗算2.1按面層頂面彎沉設計瀝青穩(wěn)定碎石層厚度模量設置如下，用試算法確定基層厚度。結構層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應力計算回彈模量(Mpa)瀝青層SMA-1314001600AC-1612001800AC-2012001800瀝青穩(wěn)定碎石基層10001200級配碎石底基層400400土基E0=45MPa,=0.4驗算得厚度為13cm時，軟件計算的面層彎沉為0.5835mm：彎沉為0.5835mm，經(jīng)過修正后為：0.350mm。故基層最小厚度須大于13cm2.2面層底面拉應力驗算上面層： 中面層

14、： 下面層： 故面層拉應力最大值為0.0544Mpa.2.3基層底面拉應力驗算應力為：0.201Mpa3.4設計指標一覽基層厚度為13cm方案計算值設計容許值檢驗結果路表彎沉0.350mm0.352mm滿足面層底面最大拉應力0.054Mpa0. 338Mpa滿足基層底面最大拉應力0.201Mpa0.273 MPa滿足3.5路面結構為瀝青層15cm上面層SMA-13 4cm中面層 AC-16 5cm下面層 AC-20 6cm瀝青穩(wěn)定碎石13cm級配碎石底基層18cm土基E0=45MPa3.路面材料設計（同原方案）3.1 結構組合設計l 面層采用了瀝青瑪蹄脂碎石混合料，則細集料不宜使用天然砂。高速

15、公路基層、底基層的集料壓碎值不大于30。l 為防止雨水滲入路面結構層、土基中，本方案在瀝青面層采用密級配瀝青混合料。l 粗集料和瀝青應有良好的黏結性，黏附性不低于5級。l 瀝青層之間設置黏層強化，基層上設置稀漿封層的下封層。3.2 路基與墊層l 在路塹和強風化巖石路段，應注意填挖交界處及路塹段的排水設計。l 路面可能收到裂隙水等地下水影響時，應設滲溝等排水設施加強路基排水。3.3面層l 降水量超過1000mm，高速公路的瀝青表面層用粗集料磨光值應當滿足PSV>42，且在基層下應設置墊層，改善排水。l 由于有長陡坡路段，在該路段的表面層和中面層應提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標要求。選用稠度高

16、、60ºC黏度大的瀝青、改性瀝青等。l 高速公路表面層抗滑性能以橫向力系數(shù)和構造深度為主要指標。在交工驗收時應滿足規(guī)范要求。1.設計背景該道路為高速公路，設計年限內設計車道的最大累計標準軸載為3000 萬次（基層應力驗算為3700 萬次），請進行結構設計、材料設計和其他相關考慮。 重交通程度。2.路面結構設計2.1 路基處理及回彈模量。根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范規(guī)定，重交通時土基回彈模量應不小與40Mpa。這里進行地基處理使得土基模量達到50Mpa。2.2 路面結構瀝青層18cm上面層SMA-13 4cm中面層 AC-20 6cm下面層 AC-25 8cm瀝青穩(wěn)定碎石h=?級配碎石底基

17、層18cm土基E0=50MPa其中瀝青穩(wěn)定碎石為ATB-30，適宜厚度為9-15cm，現(xiàn)厚度待定。3設計指標驗算3.1規(guī)范設計指標路表設計彎沉為：采用柔性基層瀝青路面0.307mm瀝青層底面容許拉應力為：瀝青穩(wěn)定碎石基層底面容許拉應力為：3.2指標驗算3.21 按瀝青容許彎沉設計基層厚度各層模量設置如下：結構層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應力計算回彈模量(Mpa)瀝青層SMA-1314001600AC-2012001800AC-2512001800瀝青穩(wěn)定碎石基層10001200級配碎石底基層400400土基E0=50MPa,=0.4根據(jù)規(guī)范中規(guī)定4.1.4取厚度為11cm理論彎沉為0.5

18、335mm，修正彎沉為0.3032mm。小于容許值。3.2.2瀝青層底面最大拉應力驗算上面層： 中面層： 上、中面層底面拉應力均為負值。下面層： 故面層底面最大拉應力值為0.0983Mpa3.2.3基層底面拉應力驗算應力值為0.191Mpa。3.3設計指標一覽基層厚度為11cm方案計算值設計容許值檢驗結果路表彎沉0.303mm0.307mm滿足面層底面最大拉應力0.098Mpa0.288Mpa滿足基層底面最大拉應力0.191Mpa0.252 MPa滿足3.4 路面結構瀝青層18cm上面層SMA-13 4cm中面層 AC-20 6cm下面層 AC-25 8cm瀝青穩(wěn)定碎石h=11cm級配碎石底基層18cm土基E0=50MPa如果該公路地處北方寒冷地區(qū)，則應如何設計？1. 根據(jù)20以上的凍結指數(shù)平均值，確定冰凍區(qū)劃分等級（重冰凍區(qū)、中冰凍區(qū)等）。2. 計算多年最大凍深，進行結構層防凍厚度驗算。