C14瀝青路面設計

1、第14章瀝青路面設計內(nèi)容:瀝青路面結構層組合設計與結構層厚度驗算. 方法:彈性層狀體系的力學-經(jīng)驗法.設計指標:路面彎沉和結構層的層底拉應力.8/12/20228/12/202214.1 設計方法8/12/2022CBR設計法 8/12/2022AASHTO設計法 8/12/20228/12/2022SHELL設計法 8/12/202214.2 設計原則1、滿足路面設計年限2、合理確定路面的交通等級3、應將路基路面作為一個整體考慮4、充分考慮環(huán)境保護，與自然協(xié)調(diào)。5、進行路面結構設計方案的技術經(jīng)濟比選 8/12/202214.3 設計標準8/12/202214.4 彈性層狀體系力學模型8/12

2、/20228/12/20221、引用應力函數(shù) =（r，z），則應力分量為： 8/12/20222、由應力分量可求變形分量：3、由應力分量和變形分量可得位移分量：8/12/202214.5 瀝青路面結構組合設計8/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/20228/12/2022江南地區(qū)瀝青路面典型結構.doc8/12/202214.6 標準軸載與軸載換算計算貧混凝土基層底拉應力時8/12/202214.7 路基回彈模量的確定8/12/20228/12/202214.8 路面材料回彈模量8/12/20228/12/2022

3、8/12/20228/12/202214.9 路面設計規(guī)范 我國現(xiàn)行公路瀝青路面設計規(guī)范規(guī)定： 瀝青路面結構設計以設計彎沉值和設計容許層底彎拉應力兩個指標設計路面厚度。（城市道路路面還要進行剪應力驗算）即： 所有結構層材料的回彈模量采用抗壓回彈模量；土基的回彈模量一律采用材料的抗壓回彈模量。8/12/2022 公路等級 瀝青路面結構設計指標 路表面設計彎沉 瀝青層彎拉應力半剛性層彎拉應力高速公路，一、二級公路000三、四級公路0不同等級公路瀝青路面結構的設計指標8/12/20221、路面設計彎沉值和路表彎沉值 路面設計彎沉值計算： Ac公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1

4、，三、四級公路為1.2；As面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、瀝青表面處治、上拌下貫或貫入式路面為1.1；中低級路面為1.2；AB路面結構系數(shù)，剛性基層、半剛性基層瀝青路面為1；柔性基層瀝青路面為1.6 路表彎沉值計算： c理論彎沉系數(shù)； ， 其中E0為土基回彈模量值（MPa），E1、E2、En-1各層材料回彈模量值（MPa），h1、 h2、hn-1為各結構層厚度（cm）。 8/12/20222、結構層容許拉應力和設計拉應力結構層容許拉應力計算： 結構層材料的極限抗拉強度（Pa)，由實驗確定。我國公路瀝青路面設計規(guī)范采用極限劈裂強度； Ks 抗拉強度結構系數(shù)；

5、對瀝青混凝土面層： 對無機結合料穩(wěn)定集料類： 對無機結合料穩(wěn)定土類： 對貧混凝土類：設計拉應力計算： 理論最大拉應力系數(shù)， 8/12/202214.10 路面厚度設計1）計算圖式 多層彈性體系：直接電算或換算成雙層或三層體系查諾模圖。2）計算公式：8/12/2022雙層體系解（單圓荷載）8/12/20228/12/2022三層體系解：(雙圓荷載)典型的三層路面計算圖式8/12/20228/12/20223）多層體系等效換算三層體系：雙層體系：8/12/20228/12/202214.11 層底拉應力驗算1）多層體系計算圖式8/12/2022三層體系拉應力計算圖式雙層體系:三層體系:2)計算公式

6、8/12/20228/12/20228/12/20223）多層體系等效換算上層底面主拉應力等效：中層底面主拉應力等效：8/12/2022瀝青路面結構設計軟件2006.rar8/12/20228/12/20228/12/20228/12/2022例3 ：已知輪載p0.7Mpa，雙圓荷載的直徑d21.3cm，雙層連續(xù)體系，E050MPa，E1200MPa，h24cm。試按查圖法計算雙圓荷載輪隙中心處及相當單圓荷載中心處的彎沉值。 解：按雙圓荷載計算：=10.65cm，h/=24/10.65=2.25，E0/ E1=50/200=0.25 查圖得L 0.435，則彎沉值為： （cm） 按單圓荷載計算

7、： 單圓荷載的直徑D = d = 21.3 = 30.12 （cm） 查圖14-4得0.44，則彎沉值為： （cm） 8/12/202214.12 新建路面厚度設計8/12/2022例4 甲乙兩地之間計劃修建一條四車道的一級公路，在使用期內(nèi)交通量的年平均增長率為10%。該路段處于IV7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供給。預測該路竣工后第一年的交通組成如下表14-14所示，試進行路面結構設計。 預測交通組成表車型前軸重 (KN)后軸重 (KN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距交通量(次/日)三菱T653B29.348.01雙輪組300黃河JN16358.6114.01雙輪組40

8、0江淮HF15045.1101.51雙輪組400解放SP920031.378.03雙輪組3m300湘江HQP4023.173.22雙輪組3m400東風EQ15526.556.72雙輪組3m4008/12/2022解：1軸載分析：路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載。(1)以設計彎沉值為指標及驗算瀝青層層底拉應力中的累計當量軸次軸載換算采用如下的計算公式： 軸載換算結果表（彎沉） 車型軸重(KN)軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)交通量(次/日)當量軸次 (次/日)三菱T653B前軸29.3113001.4后軸48.01130012.3黃河JN163前軸58.61140039.1后軸114.01140070

9、7.3江淮HF150前軸45.11140012.5后軸101.511400426.8解放SP9200前軸31.3113001.9后軸78.031300305.4湘江HQP40后軸73.221400205.9東風EQ155前軸26.5114001.2后軸56.72.2140074.6 注：軸載小于25KN的軸載作用不計。1788.48/12/2022累計當量軸次：根據(jù)設計規(guī)范，一級公路瀝青路面的設計年限取15年，四車道的車道系數(shù)是0.40.5，取0.45。=9332998次 （2）驗算半剛性基層層底拉應力中的累計當量軸次 軸載換算 驗算半剛性基層層底拉應力的軸載換算公式為：計算結果如下表： 8/

10、12/2022軸載換算結果表（半剛性基層層底拉應力）車型軸重(KN)軸數(shù)系數(shù)輪組系數(shù)交通量(次/日)當量交通量(次/日)黃河JN163前軸58.6114005.6后軸114.0114001141.0江淮HF150后軸101.511400450.6解放SP9200后軸78.031300123.3湘江HQP40后軸73.22140065.9東風EQ155后軸56.73140012.81799.2注：軸載小于50KN的軸載作用不計。8/12/2022 累計當量軸次參數(shù)取值同上，設計年限是15年，車道系數(shù)取0.45。=9389359次 2. 結構組合與材料選取 由上面的計算得到設計年限內(nèi)一個行車道上的

11、累計標準軸次為九百萬次左右。根據(jù)規(guī)范推薦結構，并考慮到公路沿途有大量碎石且有石灰供應，路面結構面層采用瀝青混凝土(15cm)，基層采用水泥碎石（取25cm），底基層采用石灰土（厚度待定）。 規(guī)范規(guī)定高速公路、一級公路的面層由二層至三層組成。查規(guī)范瀝青路面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4cm)，中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土(厚度5cm)，下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土(厚度6cm)。 8/12/2022 3. 各層材料的抗壓模量與劈裂強度 查表14-12，14-13，得到各層材料的抗壓模量和劈裂強度?？箟耗Ａ咳?0的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到20

12、的抗壓模量：細粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式密級配瀝青混凝土為1200MPa，粗粒式密級配瀝青混凝土為1000MPa，水泥碎石為1500MPa，石灰土550MPa。各層材料的劈裂強度：細粒式密級配瀝青混凝土為1.4MPa，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0.225MPa。4. 土基回彈模量的確定 該路段處于IV7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，查表14-9 “二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值（Mpa）”查得土基回彈模量為40MPa。 8/12/20225. 設計指標的確定 對于一級公路，規(guī)范要求以設計彎沉

13、值作為設計指標，并進行結構層底拉應力驗算。（1）設計彎沉值 路面設計彎沉值根據(jù)規(guī)公式計算。本公路為一級公路，公路等級系數(shù)取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，底基層總厚度大于20cm，基層類型系數(shù)取1.0。 設計彎沉值為：（2）各層材料的容許層底拉應力 ：8/12/2022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： 8/12/20226. 總結設計資料：設計彎沉值為24.22（0.01mm）相關設計匯總?cè)绫?設計資料匯總表 材料名稱h(cm)20模量(MPa)容許拉應力(MPa)細粒式瀝青混凝土414000.4560中

14、粒式瀝青混凝土512000.3257粗粒式瀝青混凝土610000.2367水泥碎石2515000.2439石灰土?5500.0856土基407. 確定石灰土層厚度 通過計算機設計計算得到，石灰土的厚度為24.5cm，實際路面結構的路表實測彎沉值為24.19(0.01mm)，瀝青面層的層底均受壓應力，水泥碎石層底的最大拉應力為0.1223MPa，石灰土層底最大拉應力為0.075MPa。上述設計結果滿足設計要求 。8/12/202214.14 瀝青路面改建設計8/12/2022（3）原路面當量回彈模量的計算標準軸載所測彎沉值與承載板所測彎沉值之比原路面當量回彈模量擴大系數(shù)（4）加鋪層設計8/12/

15、2022本章基本要求了解彈性層狀體系理論；熟悉瀝青路面的破壞狀態(tài)與設計標準、瀝青路面結構組合設計；掌握新建瀝青路面的結構厚度計算、路面結構的彎拉應力驗算、瀝青路面改建設計方法；了解AASHTO和SHELL瀝青路面設計方法。8/12/2022思考題試分析應用彈性層狀體系理論進行柔性路面結構計算分析的合理性與存在的問題。瀝青路面設計為什么要選用多指標作為設計控制指標？說明各指標的意義及其與路面損壞現(xiàn)象的聯(lián)系。完成一個路面結構組合設計方案應包括哪些內(nèi)容？試總結新建瀝青路面與改建路面設計中的不同之處。8/12/2022計算題1、某雙車道瀝青路面改建，調(diào)查斷面交通量如下表所示，交通量增長率為6%，試估算15年內(nèi)設計車道標準軸載(100kN