鋪面工程課程設(shè)計--瀝青混凝土路面設(shè)計

1、同濟大學(xué)鋪面工程鋪面課程設(shè)計瀝青混凝土路面設(shè)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(dāng)?shù)赝临|(zhì)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(dāng)?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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計指標(biāo)根據(jù)交通繁重程度，選用半剛性基層。擬定路面結(jié)構(gòu)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(shè)計指標(biāo)由公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（JIG D50-2006）得知：1) 路表中心處的彎沉值不大于設(shè)計彎沉值2) 瀝青面層的層底拉應(yīng)力不大于該層混合料容許拉應(yīng)力。3) 半剛性基層或底基層的最大拉應(yīng)力不大于該材料層的。31路表設(shè)計彎沉為：0.376mm瀝青層底面容許拉應(yīng)力為：水泥石灰砂礫土基層底面容許拉應(yīng)力為：3.2軟件試算3.2

3、.1路面彎沉設(shè)計水泥石灰砂礫土的厚度為待定厚度，假設(shè)路面彎沉等于設(shè)計彎沉。用BISAR軟件試算。各層材料的回彈模量取值如下：結(jié)構(gòu)層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應(yīng)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(yīng)力。3.2.2應(yīng)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(shè)置如下：a 面層底拉應(yīng)力為負值。如下圖所示表面層： 下面層： b基層底面拉應(yīng)力為0.121Mpa，符合要求。底基層的底面拉應(yīng)力更小.這里不做驗算.3.3設(shè)計指標(biāo)比較基層厚度為24.5cm計算數(shù)值設(shè)計容許值檢驗結(jié)果路表彎沉0.356mm0.376mm滿足面層底面拉應(yīng)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(yīng)力0.121MPa0.195MPa滿足故最后路面結(jié)構(gòu)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(guān)設(shè)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(yīng)當(dāng)滿足PSV>40，且在基層下應(yīng)設(shè)置墊層，改善排水。l 粗集料和瀝青應(yīng)有良好的黏結(jié)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(shè)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(jié)構(gòu)組合設(shè)計l 為防止雨水滲入路面結(jié)構(gòu)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(shè)置黏層強化，基層上設(shè)置稀漿封層的下封層。4.3 路基與墊層l 在路塹和強風(fēng)化巖石路段，應(yīng)注意填挖交界處及路塹段的排水設(shè)計。l 路面可能收到裂隙水等地下水影響時，應(yīng)設(shè)滲溝等排水設(shè)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(yīng)提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標(biāo)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(jié)構(gòu)設(shè)計采用開級配瀝青混凝土面層，初擬路面結(jié)構(gòu)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(shè)置防水層。2. 指標(biāo)驗算2.1假設(shè)路表彎沉等于設(shè)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(shè)置如下：結(jié)構(gòu)層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應(yīng)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(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗算。2.2.1面層底面拉應(yīng)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(yīng)力驗算基層底面拉應(yīng)力為0.155Mpa，符合容許值。2.3 設(shè)計指標(biāo)比較基層厚度為28cm計算數(shù)值設(shè)計容許值檢驗結(jié)果路表彎沉0.376mm0.376mm滿足面層底面拉應(yīng)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(yīng)力0.155MPa0.195MPa滿足故最后路面結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計背景如果該道路為高速公路，設(shè)計

9、年限內(nèi)設(shè)計車道的最大累計標(biāo)準(zhǔn)軸載為1500萬次（基層應(yīng)力驗算為1800萬次），請進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計和其他相關(guān)考慮。 Ne=1.5*107,重交通程度。2.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 路基處理及回彈模量。根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定，重交通時土基回彈模量應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)計指標(biāo)驗算3.1規(guī)范設(shè)計指標(biāo)路表設(shè)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(yīng)力為：瀝青穩(wěn)定碎石基層底面容許拉應(yīng)力為：3.2指標(biāo)驗算各層模量設(shè)置如下：結(jié)構(gòu)層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應(yīng)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(shè)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(yīng)力驗算上面層： 中面層： 下

11、面層: 最大拉應(yīng)力為0.102MPa。3.2.3基層底面拉應(yīng)力驗算應(yīng)力值為0.184Mpa。3.3設(shè)計指標(biāo)一覽基層厚度為11.5cm方案計算值設(shè)計容許值檢驗結(jié)果路表彎沉0.351mm0.352mm滿足面層底面拉應(yīng)力最大值0.102MPa0. 338Mpa滿足基層底面拉應(yīng)力最大值0.184Mpa0.273 MPa滿足3.4最終路面結(jié)構(gòu)：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(yīng)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(yīng)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(biāo):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(gòu)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(jié)構(gòu)厚度，減少路面結(jié)構(gòu)對路基的荷載；4. 合理的地基處理，考慮長期的使用應(yīng)進一步加固地基。第二方案1.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計按規(guī)范要求，重交通時應(yīng)處理地基。現(xiàn)處理地基使得其模量為45Mpa。路面結(jié)構(gòu)設(shè)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(biāo)驗算2.1按面層頂面彎沉設(shè)計瀝青穩(wěn)定碎石層厚度模量設(shè)置如下，用試算法確定基層厚度。結(jié)構(gòu)層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應(yīng)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(yīng)力驗算上面層： 中面層

14、： 下面層： 故面層拉應(yīng)力最大值為0.0544Mpa.2.3基層底面拉應(yīng)力驗算應(yīng)力為：0.201Mpa3.4設(shè)計指標(biāo)一覽基層厚度為13cm方案計算值設(shè)計容許值檢驗結(jié)果路表彎沉0.350mm0.352mm滿足面層底面最大拉應(yīng)力0.054Mpa0. 338Mpa滿足基層底面最大拉應(yīng)力0.201Mpa0.273 MPa滿足3.5路面結(jié)構(gòu)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(shè)計（同原方案）3.1 結(jié)構(gòu)組合設(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)有良好的黏結(jié)性，黏附性不低于5級。l 瀝青層之間設(shè)置黏層強化，基層上設(shè)置稀漿封層的下封層。3.2 路基與墊層l 在路塹和強風(fēng)化巖石路段，應(yīng)注意填挖交界處及路塹段的排水設(shè)計。l 路面可能收到裂隙水等地下水影響時，應(yīng)設(shè)滲溝等排水設(shè)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(yīng)當(dāng)滿足PSV>42，且在基層下應(yīng)設(shè)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(yīng)提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標(biāo)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(gòu)造深度為主要指標(biāo)。在交工驗收時應(yīng)滿足規(guī)范要求。1.設(shè)計背景該道路為高速公路，設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道的最大累計標(biāo)準(zhǔn)軸載為3000 萬次（基層應(yīng)力驗算為3700 萬次），請進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計和其他相關(guān)考慮。 重交通程度。2.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 路基處理及回彈模量。根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定，重交通時土基回彈模量應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)計指標(biāo)驗算3.1規(guī)范設(shè)計指標(biāo)路表設(shè)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(yīng)力為：瀝青穩(wěn)定碎石基層底面容許拉應(yīng)力為：3.2指標(biāo)驗算3.21 按瀝青容許彎沉設(shè)計基層厚度各層模量設(shè)置如下：結(jié)構(gòu)層次彎沉計算回彈模量(MPa)彎拉應(yīng)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(yīng)力驗算上面層： 中面層： 上、中面層底面拉應(yīng)力均為負值。下面層： 故面層底面最大拉應(yīng)力值為0.0983Mpa3.2.3基層底面拉應(yīng)力驗算應(yīng)力值為0.191Mpa。3.3設(shè)計指標(biāo)一覽基層厚度為11cm方案計算值設(shè)計容許值檢驗結(jié)果路表彎沉0.303mm0.307mm滿足面層底面最大拉應(yīng)力0.098Mpa0.288Mpa滿足基層底面最大拉應(yīng)力0.191Mpa0.252 MPa滿足3.4 路面結(jié)構(gòu)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(yīng)如何設(shè)計？1. 根據(jù)20以上的凍結(jié)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(jié)構(gòu)層防凍厚度驗算。