路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、5.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1瀝青路面5.1.1交通量及軸載計算分析路面設(shè)計以單軸載雙輪組100KN為標(biāo)準軸載。 1) 以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)及驗算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計當(dāng)量軸次：軸載換算：軸載換算采用如下的計算公式：計算結(jié)果如下表所示：表5.1軸載換算表型號Pi(KN)C1C2ni(次/日）C1C2ni(Pi/P)4.35(次/日）桑塔納2000前軸12.0 16.421801.38 后軸18.0 16.421808.04 江淮AL6600前軸17.0 16.42300.66 后軸26.5112300.71 黃海DD680前軸49.0 16.4420120.72 后軸91.511420285.38 北

2、京BJ130前軸13.416.42400.25 后軸27.4112400.86 EQ140前軸23.616.46708.02 后軸69.311670135.91 黃河JN163前軸58.616.4828518.28 后軸114118281464.09 東風(fēng)SP9250前軸50.716.4320106.69 后軸113.3113201652.61 4303.60 累計當(dāng)量軸次根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTG D50-2006,高速公路瀝青路面的設(shè)計年限取15年，四車道的車道系數(shù)是取0.5。累計當(dāng)量軸次： （次）2) 驗算半剛性基層層底拉應(yīng)力中的累計當(dāng)量軸次軸載換算驗算半剛性基層層底拉應(yīng)力軸載換算公

3、式：計算結(jié)果如下表所示：表5.2 軸載換算結(jié)果（半剛性基層層底拉應(yīng)力）型號Pi(KN)C1'C2'ni(次/日）C1'C2'ni(Pi/P)8(次/日）桑塔納2000前軸12.0 118.521800.00 后軸18.0 118.521800.04 江淮AL6600前軸17.0 118.52300.00 后軸26.5112300.01 黃海DD680前軸49.0 118.542025.82 后軸91.511420206.36 北京BJ130前軸13.4118.52400.00 后軸27.4112400.01 EQ140前軸23.6118.56700.12 后軸6

4、9.31167035.64 黃河JN163前軸58.6118.5828213.00 后軸114118282361.94 東風(fēng)SP9250前軸50.7518.5320129.23 后軸113.3513204344.69 7316.87 累計當(dāng)量軸次參數(shù)取值同上，設(shè)計年限是15年,車道系數(shù)取0.5。累計當(dāng)量軸次： （次）5.1.2結(jié)構(gòu)組合設(shè)計及材料選取1) 擬訂路面結(jié)構(gòu)組合方案根據(jù)規(guī)定推薦結(jié)構(gòu)，并考慮到公路沿途有大量碎石且有石灰供應(yīng)，路面結(jié)構(gòu)面層采用瀝青混凝土（取18cm），基層采用水泥碎石（取20cm），下基層采用石灰土（厚度待定）。另設(shè)20cm厚的中粗砂墊層。2) 擬訂路面結(jié)構(gòu)層的厚度由于計算

5、所得的累計當(dāng)量軸載達到了500萬次，按一級路的路面來設(shè)計，由設(shè)計規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTG D50-2006規(guī)定高速公路、一級公路的面層由二層至三層組成。采用三層式瀝青面層，表面層采用細粒式密級配瀝青混凝土（厚度為4cm），中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土（厚度為6cm），下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（厚度為8cm）。5.1.3設(shè)計指標(biāo)及設(shè)計參數(shù)確定1) 確定路面等級和面層類型由上面的計算得到設(shè)計年限內(nèi)一個行車道上的累計標(biāo)準軸次約為大于500萬次。根據(jù)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTG D50-2006和設(shè)計任務(wù)書的要求可確定路面等級為高級路面，面層類型采用瀝青混凝土，設(shè)計年限為15年。2

6、) 確定土基的回彈模量1 此路為新建路面，根據(jù)設(shè)計資料可知路基干濕狀態(tài)為干燥狀態(tài)。2 根據(jù)設(shè)計資料，由設(shè)計規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTG D50-2006，該路段處于II2a區(qū)，為粉質(zhì)土，確定土基的稠度為1.05。3 查設(shè)計規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTG D50-2006中“二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值(MPa)”表并作提高得土基回彈模量為. 3）各層材料的設(shè)計參數(shù)（抗壓模量與劈裂強度）查設(shè)計規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTG D50-2006，得到各層材料的抗壓模量和劈裂強度?？箟耗Ａ咳『偷哪Ａ?，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到和的抗壓模量：細粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa和2

7、000MPa，中粒式密級配瀝青混凝土為1200MPa和1800MPa，粗粒式密級配瀝青混凝土為1000MPa和1400MPa，水泥碎石（或）為1500MPa，石灰土（或）為550MPa，中粗砂（或）為90MPa。各層材料的劈裂強度：細粒式密級配瀝青混凝土為1.2MPa，中粒式密級配瀝青混凝土為1.0MPa,粗粒式密級配瀝青混凝土為0.8MPa，水泥碎石為0.5MPa，石灰土為0.225MPa。5.1.4路面結(jié)構(gòu)厚度計算1) 根據(jù)設(shè)計彎沉值計算路面厚度設(shè)計指標(biāo)的確定，對于高速公路，規(guī)范要求以設(shè)計彎沉值作為設(shè)計指標(biāo)，并進行結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力驗算。2) 計算設(shè)計彎沉值按照設(shè)計規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JT

8、G D50-2006中路面設(shè)計彎沉值公式計算。該項公路為高速公路,公路等級系數(shù)為1.0,面層是瀝青混凝土，面層類型系數(shù)取1.0，半剛性基層，基層類型系數(shù)取1.0 。設(shè)計彎沉值為： 3) 計算各層材料的容許層底拉應(yīng)力 由 瀝青混凝土： 細粒式密級配瀝青混凝土： 中粒式密級配瀝青混凝土：粗粒式密級配瀝青混凝土： 水泥碎石： 石灰土： 設(shè)計資料總結(jié)如下： 設(shè)計彎沉值為，相關(guān)設(shè)計資料匯總?cè)缦卤硭?。?.3設(shè)計資料匯總表材料名稱h(cm)20°C模量15°C模量容許拉應(yīng)力細粒式瀝青混凝土4140020000.297中粒式瀝青混凝土6120018000.248粗粒式瀝青混凝土8100

9、014000.198水泥碎石20150015000.213石 灰 土?5505500.075墊 層201801804） 查圖法求計算層厚度1 由上述計算可知設(shè)計彎沉值，令,求綜合彎沉系數(shù)F。則 2 計算實際彎沉系數(shù) 3 計算理論彎沉系數(shù) 4 查三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖對于細粒式密級配瀝青混凝土因為 由、查圖得 由、查圖得 由 、 和,查圖得 5 計算中層厚度 6 計算石灰土層厚度 由公式得 則解得 則取 5.1.5路面結(jié)構(gòu)驗算5.1.5.1 驗算瀝青混凝土各面層及半剛性基層、底基層的層底彎拉應(yīng)力1）瀝青面層層底拉應(yīng)力驗算（此時取抗壓模量） 細粒式密級配瀝青混凝土表層驗算 由H= 即 由、和

10、查圖圖中沒有所查的相應(yīng)數(shù)據(jù)，即、均小于零，因此可知層底不產(chǎn)生拉應(yīng)力，產(chǎn)生壓應(yīng)力，即滿足要求。中粒式密級配瀝青混凝土表層驗算 則由、和 查圖圖中沒有所查的相應(yīng)數(shù)據(jù)，即、均小于零，因此可知層底不產(chǎn)生拉應(yīng)力，產(chǎn)生壓應(yīng)力，即滿足要求。粗粒式密級配瀝青混凝土表層驗算 則 由、和 查圖圖中沒有所查的相應(yīng)數(shù)據(jù)，即、均小于零，因此可知層底不產(chǎn)生拉應(yīng)力，產(chǎn)生壓應(yīng)力，即滿足要求。2）水泥碎石基層層底拉應(yīng)力驗算 則 由,、和 查圖得、,，又有則即滿足要求。3）石灰土基層層底拉應(yīng)力驗算 則 由,、和 查圖得、,，又有則即滿足要求。5.1.5.2 季節(jié)性冰凍地區(qū)瀝青混凝土路面防凍厚度驗算 因為該地區(qū)土基干濕類型為假定為

11、干燥土基，且設(shè)計任務(wù)書中相關(guān)資料不全，所以不作路面防凍厚度驗算。5.1.6瀝青混合料配合比設(shè)計熱拌瀝青棍合料的配合比設(shè)計應(yīng)遵照下列步驟進行：1) 目標(biāo)配合比的設(shè)計階段，按規(guī)范中規(guī)定的礦料級配，用工程實際使用的材料計算各種材料的用量比例，進行馬歇爾試驗，確定最佳瀝青用量。以礦料級配及瀝青用量作 目標(biāo)配合比，供拌和機確定各冷料倉的供料比例、進料速度及試拌使用。2) 生產(chǎn)配合比設(shè)計階段，瀝青混凝土采用間歇式拌和機拌和，從二次篩分后進入各熱料倉的材料取樣進行篩分，以確定各熱料倉的材料比例，供拌和機控制室使用。同時反復(fù)調(diào)整冷料倉比例以達到供料均衡，并取目標(biāo)配合比設(shè)計的最佳瀝青用量及其±0.3之

12、間的三個瀝青用量進行馬歇爾試驗，確定生產(chǎn)配合比的最佳瀝青用量。3) 生產(chǎn)配合比驗證階段，拌和機采用生產(chǎn)配合比進行試拌，鋪筑試驗段，并用拌和的瀝青混合料及路上鉆取的芯樣進行馬歇爾試驗，由此確定生產(chǎn)用的標(biāo)準配合比。標(biāo)準配合比的礦料級配中，0.074mm，2.5mm，5mm三檔的篩孔通過率接近要求級配的中值。經(jīng)設(shè)計確定的標(biāo)準配合比在施工過程中不得隨意變更，生產(chǎn)過程中，如遇進場材料發(fā)生變化，經(jīng)檢測瀝青混合料的礦料級配、馬歇爾技術(shù)指標(biāo)不符合要求時，應(yīng)及時調(diào)整配合比，使瀝青混合料質(zhì)量符合要求并保持相對穩(wěn)定，必要時重新進行配合比設(shè)計。5.2水泥路面設(shè)計任務(wù)書規(guī)定：應(yīng)設(shè)計服務(wù)區(qū)或收費站處的路面為水泥混凝土路面

13、。5.2.1交通量分析由公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范（JTG D40-2003）表3.0.1（下同，均為規(guī)范中表號），高速公路的設(shè)計基準期為30年，安全等級為一級。由表A.2.2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.22。取交通量年平均增長率為6.449。按式(A.2.2)計算得到設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)計車道標(biāo)準荷載累計作用次數(shù)為屬特重交通等級。5.2.2結(jié)構(gòu)組合設(shè)計及材料選取1) 初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0.1，相應(yīng)于安全等級一級的變異水平等級為低級。根據(jù)高速公路、特重交通等級和低級變異水平等級，查表4.4.6，初擬普通混凝土面層厚度為0.28m。基層選用水泥粉煤灰碎石，厚0.20m。墊層為0.15m低

14、劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。2) 路面材料參數(shù)確定按表3.0.6，取普通混凝土面層的彎拉強度標(biāo)準值為5.0MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準值為31GPa。查附錄F.1，路基回彈模量取37.0MPa。查附錄F.2，低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600MPa，水泥粉煤灰碎石基層回彈模量取1300MPa。5.2.3路面厚度設(shè)計計算按式(B15)計算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對剛度半徑按式(B132)計算為1) 荷載疲勞應(yīng)力按式(B.1.3)，標(biāo)準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算為因縱縫為設(shè)拉桿平縫

15、，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)kr=O.87?？紤]設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級，由表B.1.2，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)kc=1.30。按式(B12)，荷載疲勞應(yīng)力計算為2) 溫度疲勞應(yīng)力由表3.0.8，區(qū)最大溫度梯度取88(/m)。板長5m，l/r=5/0.923=5.419，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚h=0.28m，Bx=0.42。按式(B.2.2)，最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計算為溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt，按式(B.2.3)計算為再由式(B.2.1)計算溫度疲勞應(yīng)力為查表3.0.1，高速公路的安全等級為一級，相應(yīng)于一級安全

16、等級的變異水平等級為低級，目標(biāo)可靠度為95。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù)r=1.33。按式(3.0.3)因而，所選普通混凝土面層厚度0.28m可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。5.2.4接縫構(gòu)造設(shè)計5.2.4.1 縱向接縫1) 縱向接縫的布設(shè)應(yīng)路面寬度和施工鋪筑寬度而定：1 一次鋪筑寬度小于路面寬度，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫?？v向施工縫采用平縫形式，上部鋸切槽口，深度為40mm，寬度為8mm，槽內(nèi)灌塞填縫料，構(gòu)造如圖5.1.1a）所示；2 一次鋪筑寬度大于4.5m，應(yīng)設(shè)置縱向縮縫。縱向縮縫采用假縫形式，鋸切的槽口深度應(yīng)大于施工縫的槽口深度。采用

17、半剛性基層，槽口深度為板厚的2/5,取120mm。其構(gòu)造如圖5.1.1b)所示。 圖51縱縫構(gòu)造(尺寸單位：nun) a)縱向施工縫；b)縱向縮縫2) 縱縫應(yīng)與路線中縫平行。在路面等寬的路段內(nèi)或路面變寬路段的等寬部分，縱縫的間距和形式應(yīng)保持一致。路面變寬段的加寬部分與等寬部分之間，以縱向施工縫隔開。3) 拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋，設(shè)在板后中央，并應(yīng)對拉桿中部100mm范圍內(nèi)進行防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距，可參照表5.1.3選用16×800×600（到自由邊或未設(shè)拉桿的縱縫距離為4.5m)。施工布設(shè)時，拉桿間距應(yīng)按橫向接縫的實際位置予以調(diào)整，最外側(cè)的拉桿距橫向接縫的距離不得小于100mm。5.2.4.2 橫向接縫1) 每日施工結(jié)束或因臨時原因中斷施工時，必須設(shè)置橫向施工縫，其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。設(shè)在縮縫處的施工縫，采用傳力桿的平縫形式，其構(gòu)造如圖5.2.1a)所示;設(shè)在脹縫處的施工縫,其構(gòu)造與脹縫相同.遇有困難需設(shè)在縮縫之間時，施工縫采用設(shè)拉桿的企口縫形式，其構(gòu)造如圖5.2.1b)所示。圖5.22) 橫向縮縫可等間距或變間距布置，采用假縫形式。本設(shè)計區(qū)段為特重和重交通公路的收費站段，縮縫采用設(shè)傳力桿假縫形式，其構(gòu)造如圖5.2.a)所示。3) 橫向縮縫槽口增設(shè)深20mm、寬10mm的淺槽口，其構(gòu)造如圖5.3所示