瀝青路面結構設計

1、.第四章 路面結構設計1.1設計資料（1）自然地理條件新建濟南繞城高速，道路路基寬度為24.5米，全長5km，結合近幾年濟南經(jīng)濟增長及人口增長的情況，根據(jù)近期的交通量預測該路段的年平均交通量為5000輛/日，交通量平均年增長率=4%。路面結構設計為瀝青混凝土路面結構，設計年限為15年。（2）土基回彈模量濟南繞城高速北環(huán)所在地區(qū)為屬于溫帶季風氣候，季風明顯，四季分明，春季干旱少雨，夏季溫熱多雨，秋季涼爽干燥，冬季寒冷少雪。據(jù)區(qū)域資料，年平均氣溫13.8，無霜期178天，最高月均溫27.2（7月），最低月均溫-3.2（1月），年平均降水量685毫米。道路沿線土質路基稠度=1.3；因此該路基處于干燥

2、狀態(tài)，根據(jù)公路自然區(qū)劃可知濟南繞城高速處于區(qū)，根據(jù)【JTG D50-2006】公路瀝青路面設計規(guī)范中表5.1.4-1可確定工程所在地土基回彈模量設計值為46MPa。（3）交通資料 交通組成及各車型汽車參數(shù) 表1-1車型前軸重（KN）后軸重（KN）后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)交通量江淮HF140A18.941.81雙輪組1300三菱FR41530511雙輪組800長征CA16045.283.72雙輪組3400解放SP920031.3783雙輪組3600東風SP925050.7113.33雙輪組35001.2交通分析（1）軸載換算路面設計以雙輪組-單軸載為100KN為標準軸載，以BZZ-100表示

3、。標準軸載的計算參數(shù)按表1-2確定。 表1-2 標準軸載BZZ-100標準軸載P（KN）100輪胎接地壓強p（MPa）0.70單輪傳壓面當量圓直徑d（cm）21.30兩輪中心距（cm）1.5d當以設計彎沉為指標時及驗算瀝青層層底拉應力時，凡大于25kN的各級軸載Pi的作用次數(shù)Ni按下式換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N的計算公式為： 式中：N標準軸載當量軸次數(shù)（次/d）； Ni被換算的車型各級軸載作用次數(shù)（次/d）； P標準軸載（kN）； Pi被換算車型的各級軸載（kN）； C1被換算車型的各級軸載系數(shù)，當其間距大于3m時，按單獨的一個軸計算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)m，當其間距小于3m時，按雙軸或多軸

4、計算，軸數(shù)系數(shù)為C1=1+1.2（m-1）； C2被換算車型的各級軸載輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1.0，四輪組為0.38。瀝青路面營運第一年雙向日平均當量軸次為：= 4709.00（次/d）當以半剛性層底拉應力為設計指標時，標準軸載當量軸次數(shù)：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。 注：軸載小于50KN的特輕軸重對結構的影響可以忽略不計，所以不納入當量換算。瀝青路面營運第一年雙向日平均當量軸次：= 4978.00（次/d）該新建道路為高速公路，采用瀝青路面，設計年限為15年，交通增長率為4%，即=0.04。又該路設計為雙向四車道，由【JTG D

5、50-2006】公路瀝青路面設計規(guī)范查表3.1.6得車道系數(shù)可取0.4-0.5，本設計取=0.5。以設計彎沉值為指標時，設計年限內一個車道上的累計當量軸次為： 以半剛性基層層底拉應力為設計指標時，設計年限內一個車道上的累計當量軸次為： 根據(jù)上述計算所得，由【JTG D50-2006】公路瀝青路面設計規(guī)范查表3.1.8判斷交通等級一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh= 2500 ,屬于重交通等級當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時 :路面營運第一年雙向日平均當量軸次 : 4709.00 設計年限內一個車道上的累計當量軸次 : （次）屬于重交通等級當以半剛性材料結構層層底拉應力

6、為設計指標時 :路面營運第一年雙向日平均當量軸次 : 4978.00 設計年限內一個車道上的累計當量軸次 : （次）屬于重交通等級綜上，路面設計交通等級為重交通等級1.3 初擬路面結構（1）路面結構方案根據(jù)濟南繞城高速的功能性質及【JTG D50-2006】公路瀝青路面設計規(guī)范，并結合工程經(jīng)驗與典型案例，初步擬定路面結構組合與各層結構厚度如下：方案一：采用半剛性基層（路面結構類型系數(shù) 1.0）- 細粒式瀝青混凝土 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 待設計 - 級配碎石 200 mm方案二：采用柔性基層（路面結構類型系數(shù) 1.6）-

7、 細粒式瀝青混凝土 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 80 mm - 密集配瀝青碎石 待設計 - 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm（2）路面設計彎沉值和抗拉結構強度系數(shù)K該公路等級為高速公路，兩種方案均采用瀝青混凝土面層，半剛性基層，公路等級系數(shù)取1.0；基層為水泥穩(wěn)定碎石，因此路面結構類型系數(shù)為1.0；面層為瀝青混凝土面層,面層類型系數(shù)取1.0。路面設計彎沉值： 抗拉結構強度系數(shù)： （瀝青混凝土面層） （無機結合料穩(wěn)定集料） （無機結合料穩(wěn)定細粒土）容許拉應力，-路面結構材料的極限抗拉強度（MPa）。（3）路面材料相關參數(shù)的確定試驗材料的確定：半剛性基層所用集料取

8、自沿線料場，結合料瀝青選用A級90號，面層采用SBS改性瀝青，相關技術指標均符合公路瀝青路面施工技術規(guī)范bn（JTG_F40-2004）相關的規(guī)定。路面材料劈裂強度：根據(jù)設計配合比，選取工程用各種原材料，測定規(guī)定穩(wěn)定和齡期的材料劈裂強度。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程（JTG E20-2011）與公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程（JTG E51-2009）中的方法進行測定，參數(shù)見表1-3。 表1-3材料名稱細粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土密級配瀝青碎石水泥穩(wěn)定碎石劈裂強度（MPa）1.21.00.80.60.6路面材料抗壓回彈模量的確定：根據(jù)設計配合比，選取工程用各種原

9、材料制件，測定設計參數(shù)。按照公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程中規(guī)定的項目頂面法測定半剛性材料的抗壓回彈模量。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中規(guī)定的方法測定瀝青混合料的抗壓回彈模量；測定20、15的抗壓回彈模量，各種材料的試驗結果與設計參數(shù)分別見表1-4、表1-5。 材料名稱水泥穩(wěn)定碎石級配砂礫級配碎石抗壓回彈模量（MPa）3188250400 半剛性材料抗壓回彈模量 表1-4 瀝青材料抗壓回彈模量 表1-5材料名稱細粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土密級配瀝青碎石20抗壓回彈模量（MPa）19911425978124815抗壓回彈模量（MPa）26815 由前面計算所得相關

10、參數(shù)，計算路面各結構層容許拉應力R，見表1-6。 路面結構層容許拉應力計算表 表1-6結構層材料名稱NeAcKsspR（MPa）細粒式瀝青混凝土1.721071.03.521.20.34中粒式瀝青混凝土1.721071.03.521.00.28粗粒式瀝青混凝土1.721071.03.520.80.23密級配瀝青碎石1.721071.03.520.60.17水泥穩(wěn)定碎石1.811071.02.200.60.271.4 路面結構層厚度確定根據(jù)設計資料,利用 HPDS-2011公路路面設計程序系統(tǒng)進行路面結構層厚度的設計，以下分別進行方案一、方案二設計層的厚度設計。方案一：公 路 等 級 : 高速公

11、路新建路面的層數(shù) : 5 標 準 軸 載 : BZZ-100路面設計彎沉值 : 21.4 (0.01mm)路面設計層層位 : 4設計層最小厚度 : 150 (mm)表1-7層位結 構 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土40.342中粒式瀝青混凝土60.283粗粒式瀝青混凝土8.234水泥穩(wěn)定碎石?31880318800.275級配碎石200400040006新建路基46按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 21.4 (0.01mm) H( 4 )= 200 mm LS= 23.

12、3 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 20.1 (0.01mm) H( 4 )= 229 mm(僅考慮彎沉)按容許拉應力計算設計層厚度 : H( 4 )= 229 mm(第 1 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 229 mm(第 2 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 229 mm(第 3 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 229 mm(第 4 層底面拉應力計算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 4 )= 229 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 229 mm(同時考慮彎沉和拉應力)通過對設計層厚度取整以及進一步的修改, 調整后得到路面結構

13、厚度設計結果如下圖: - 細粒式瀝青混凝土 AC-10 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 AC-16 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 AC-25 80 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm - 級配碎石 200 mm - 新建路基驗算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度為 500 mm結構層總厚度 驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 .方案二：公 路 等 級 : 高速公路新建路面的層數(shù) : 5 標 準 軸 載 : BZZ-100路面設計彎沉值 : 21.4 (0.01mm)路面設計層層位 : 4 設計層最小厚度 : 150 (mm) 表1-8層位結 構 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均

14、抗壓模量(MPa)標準差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土40.342中粒式瀝青混凝土60.283粗粒式瀝青混凝土8.234密級配瀝青碎石?12480171500.175水泥穩(wěn)定碎石300.276新建路基46按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 21.4 (0.01mm) H( 4 )= 150 mm LS= 15.8 (0.01mm) 由于設計層厚度 H( 4 )=Hmin時 LS=LD,故彎沉計算已滿足要求 . H( 4 )= 150 mm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力計算設計層厚度 : H( 4 )= 150 mm(第 1 層底面拉應

15、力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 2 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 3 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 4 層底面拉應力計算滿足要求) H( 4 )= 150 mm(第 5 層底面拉應力計算滿足要求)路面設計層厚度 : H( 4 )= 150 mm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 150 mm(同時考慮彎沉和拉應力) 通過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改,并根據(jù)瀝青混合料壓實最小厚度與適宜厚度表選擇瀝青混合料類別，調整后得到路面結構厚度設計結果如下圖: - 細粒式瀝青混凝土 AC-10 40 mm

16、- 中粒式瀝青混凝土 AC-16 60 mm - 粗粒式瀝青混凝土 AC-25 80 mm - 密級配瀝青碎石 ATB-30 150 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm - 新建路基驗算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度為 500 mm結構層總厚度 驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求。1.5 交工驗收彎沉值和層底拉應力計算 方案一：公 路 等 級 : 高速公路新建路面的層數(shù) : 5 標 準 軸 載 : BZZ-100表1-9層位結 構 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)綜合影響系數(shù)1細粒式瀝青混凝土412中粒式

17、瀝青混凝土613粗粒式瀝青混凝土84水泥穩(wěn)定碎石3015級配碎石26新建路基461 計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 17.5 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 19.3 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 21.6 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 24.6 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 139.6 (0.01mm)路基頂面交工驗收彎沉值 LS= 202.5 (0.01mm)( 根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范公式計算) LS= 256.

18、6 (0.01mm)( 根據(jù)公路路面基層施工技術規(guī)范公式計算) 計算新建路面各結構層底面最大拉應力 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉應力 ( 1 )= -0.197 (MPa)0.34(MPa) 第 2 層底面最大拉應力 ( 2 )= -0.014 (MPa)0.28(MPa) 第 3 層底面最大拉應力 ( 3 )= -0.07 (MPa)0.23(MPa) 第 4 層底面最大拉應力 ( 4 )= 0.209 (MPa)0.27(MPa)故瀝青結構層層底容許拉應力大于層底最大拉應力，設計滿足要求。 方案二： 公 路 等 級 : 高速公路 新建路面的層數(shù) : 5 標 準 軸 載 :

19、 BZZ-100表1-10層位結 構 層 材 料 名 稱厚度(mm)20平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)15平均抗壓模量(MPa)標準差(MPa)綜合影響系數(shù)1細粒式瀝青混凝土412中粒式瀝青混凝土613粗粒式瀝青混凝土84密級配瀝青碎石5015水泥穩(wěn)定碎石3016新建路基461 計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 15.8 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 17.5 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 19.7 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 22.6 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗收彎沉值 LS= 32.2 (0.01mm) 路基頂面交工驗收彎沉值 LS= 202.5 (0.01mm)( 根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范公式計算) LS= 256.6 (0.01mm)( 根據(jù)公路路面基層施工技術規(guī)范公式計算) 計算新建路面各結構層底面最大拉應力 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉應力 ( 1 )= -0.184 (M