瀝青路面的結構設計

1、華中科技大學道橋專業(yè)路基路面工程課程設計瀝青路面結構設計15目錄1 .設計資料 12.累計標準軸載作用次數(shù)計算 13 .確定路面結構方案與設計參數(shù) 24. 方案一設計彎沉計算 25. 方案一水泥石灰砂礫土層厚度計算 26. 方案一彎拉應力驗算 37. 方案一剪應力驗算 58 .方案一防凍層厚度驗算 69 .方案二設計彎沉計算 610 .方案二水泥穩(wěn)定砂礫層厚度計算 611.方案二彎拉應力驗算 712 .方案二剪應力驗算 813 .方案二防凍層厚度驗算 914 設計結論 10附圖：標準橫斷面圖、路面結構圖某新建高速公路地處II2區(qū)，雙向四車道，沿線土質為中液限粘性土，填方 路基高1.8m，地下水

2、位距路床2.4m；屆中濕狀態(tài)，年降雨量 620mm/年，最高氣 溫35 C,多年最大道路凍深為175cm,平均凍結指數(shù)882 C ,最大凍結指數(shù)1225C。根據工程可行性報告研究，路段所在地近期交通量調查資料如表 1,交通平 均增長率前五年8%,之后五年7%,最后五年5%,瀝宵路面使用期15年，試確 定路面結構。車型分類小客車中客車大客車輕型貨車中型貨車重型貨車皎接掛車代表車型桑塔納2000江淮AL6600黃海DD680北京BJ130東風EQ140黃河JN163東風SP925數(shù)量(輛 /d)2182340540300570903410近期交通組成與交通量表12. 累計標準軸載作用次數(shù)計算由相關

3、資料查得:汽車車型相關參數(shù)表汽車車型軸軸重(KN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距(m)北京BJ130輕型貨車前軸13.4120后軸27.4東風EQ140前軸23.6120后軸69.3東風SP925型前軸50.7324后軸113.3黃海DD680型長途客車前軸49120后軸91.5黃河JN163型前軸58.6120后軸114江淮 AL6600型前軸17120后軸26.52.2計算15年累計當量軸次按照交通量增長規(guī)律，將15年的交通量累加，即可得到15年累計當量軸次：15N/' (M 365)i-1得出彎沉及瀝宵層拉應力指標求出的累積交通軸次2104萬次；半剛性基層拉應力指標求出的累積交通軸次27

4、06萬次。3. 確定路面結構方案與設計參數(shù)標準軸載計算參數(shù)表標準軸載P(KN)100單輪同當量直徑 d(cm)21.30輪胎接地壓強P(MPa)0.75 = d / 2 (cm)10.652.1每天BZZ 100作用的當量軸次根據上述計算結果， 方案一：擬定方案：方案一：細粒式瀝宵混凝土I = 4cm細粒式瀝宵混凝土I = 4 cm中粒式瀝目混避土h2 = 6cm中粒式瀝目混避土h2 = 8cm粗粒式瀝宵混凝土也=8cm密集配瀝宵碎石h3 = 15cm水泥穩(wěn)定碎石hk = 25cm水泥穩(wěn)定砂礫h4水泥右灰砂礫土層1%級配砂礫墊層* = 18cm土基土基半剛性基層拉應力指標:k='、C&

5、#39;Mi T材料名稱抗壓回彈模量劈裂強度(MPa)局溫時奔數(shù)20 =C15=CEv(MPa)c(MPa)細粒式瀝青混凝土199126801.27500.337°中粒式瀝青混凝土142521750.9600粗粒式瀝青混凝土97813200.6密集配瀝青碎石124817150.6水泥穩(wěn)定碎石31880.6水泥右灰砂礫土15910.4路面材料參數(shù)表由上面兩個表，可以按公式計算出每天BZZ 100作用的當量軸次(軸重小丁 25KN可不計入)：k一 瀝宵層拉應力指標：N cnjE)4.35ni各級軸載作用次數(shù)；p標準軸載；p 被換算車型的各級軸載；ci軸數(shù)系數(shù)，G=1+1.2(m-1),

6、m為軸數(shù)；C2一輪組系數(shù)，雙輪組取為1；C'1軸數(shù)系數(shù)，C'1 =1 + 2(m-1)C'2一輪組系數(shù)，單輪組為18.5,雙輪組為1.0，四輪組為0.09由急= 0.376 ;O400.0281E2y 1425Eo水泥穩(wěn)定砂礫17000.6級配砂礫250土基40下面，對方案一和方案二分開計算。4. 方案一設計彎沉計算由書上公式：ld =600NeKAcAA查表得：A公路等級系數(shù)，取1.0A路面類型系數(shù)，取1.0A路面結構類型系數(shù)，取1.0故，皓=600Neq2AcAsAb =600 2104 104 #2 1 1 1 =20.58（0.01mm）: 必=20.58 10

7、一3 1991 = 5.4962p F 2 0.7 10.65 0.55.3計算水泥石灰砂礫土層厚度R將該多層體系換算為當量二層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土= 4cm中粒式瀝目混避土h2 = 6cmE1y = 1991MPa n = 4cm粗粒式瀝宵混凝土也=8cmE2y 1425MPa水泥穩(wěn)定碎石hk = 25cmH水泥右灰砂礫土層1%土基 E0 = 40MPa土基E2y 1425=0.716;E1y1991查課本圖12-10得：a = 7.5 , K1 = 1.52,可得:5.方案一水泥石灰砂礫土層厚度計算5.1綜合修正系數(shù)計算K25.496 八=0.482:-K17.5 1.52由ls

8、 =ld ,代入書上公式，求得綜合修正系數(shù):H查課本圖 12-10 得= = 5.70,故 H =5.710.65= 60.71(cm) 6由：H = h2 h32.4 E3/E2h42.4 E4 / E2 h52 4 E5 / E2得： H= 6 6.84 34.97 h5 1.05= 60.71。®F =1.63()°.38(旦嚴6 = 1.63 (20.58)0.38 (迫嚴6 =0.5002000、 p2000 10.650.7故 h5=12.29(cm),取為 13cm。5.2求理論彎沉系數(shù)由課本公式（12-15）:ls_ 2 p、一 Ei6.方案一彎拉應力驗算6

9、.1容許彎拉應力計算求得:根據公式（12-34）:、-spOrKs<Tsp 瀝宵混凝土或半剛性基層的劈裂強度;承受彎曲壓應力，自然滿足要求 中粒式瀝宵混凝土層底彎拉應力Ks抗拉強度的結構系數(shù)；對瀝宵混凝土層的抗拉強度系數(shù)，Ks = 0.09N；22 / A ;se c對丁半剛性基層穩(wěn)定集料類的抗拉強度系數(shù)，Ks = 0.35N；11 / Ac ;對丁半剛性基層穩(wěn)定土類的抗拉強度系數(shù)，Ks = 0.45N；11 / Ac各層材料%Ks0細粒式瀝青混凝土1.23.6750.327中粒式瀝青混凝土1.03.6750.272粗粒式瀝青混凝土0.84.0430.198水泥穩(wěn)定碎石0.62.2990

10、.261水泥右灰砂礫土0.42.9560.135各層層底容許彎拉應力表換算成三層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土 n = 4cm 中粒式瀝宵混凝土 h2 = 6cm 粗粒式瀝宵混凝土 h3 = 8cm水泥穩(wěn)定碎石h4 = 25cm水泥石灰砂礫土層 * = 13cm 土基H h2 h1 4 E1 E2 = 6 4 4 2680/2175由旦=0.96 , 旦 =0.61,查圖12-18得,'E1y自然滿足要求。 粗粒式瀝宵混凝土層底彎拉應力E1y = 2175MPa HiE2y = 1320MPaH2土基 E0 = 40MPa10.21cm,<0 ,表明該層層底承受彎曲壓應力,6.2

11、各層材料層底彎拉應力驗算細粒式瀝宵混凝土層底彎拉應力細粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =6cmE1y =2680MPa h =4cm粗粒式瀝宵混凝土h3 =8cmE2y =2175MPa水泥穩(wěn)定碎石h4 =25cmH水泥右灰砂礫土層h5 =13cm土基 E0=40MPa換算成三層體系，如下圖：土基細粒式瀝宵混凝土' =4cm中粒式瀝目混避土h2 = 6cm粗粒式瀝宵混凝土炫=8cm水泥穩(wěn)定碎石h4 = 25cm水泥右灰砂礫土層代=13cm土基換算成三層體系，如下圖:E1y = 1320MPa H1E2y = 3188MPaH2土基 E0 = 40MPaHi h2 4瓦

12、后h1 4百后 =8 6由£ =0.376 , 旦 = 0.81, 旦 =0.018,查圖12-18得，。<0,表明該層層底'E1yE2y由41 = 1.84 , E2y = 2.4，查圖 12-18 得,:E1y2175/1320 4 4 2680/1320 = 19.57cm<0 ,表明該層層底承受彎曲壓應力，=62.46cm自然滿足要求。 水泥穩(wěn)定碎石層底彎拉應力換算成三層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土hi =4cm中粒式瀝目混避土h2 =6cmE1y=3188MPa H1粗粒式瀝宵混凝土h3 =8cmE2y =1591MPa水泥穩(wěn)定碎石瓦=25cmH2 =

13、13cm水泥右灰砂礫土層h5 13cm土基 E0=40MPa故 H2 = 1.位=17.00cm13cm，故取 H2= 17.00cm7.方案一剪應力驗算將多層結構換算為，以細粒式瀝宵混凝土圍計算層，以土基為基層的當量三 層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土 n = 4cm中粒式瀝宵混凝土 h2 = 6cmE/ = 750MPa h = 4 cm粗粒式瀝宵混凝土 h3 = 8cmE2 = 1425MPa水泥穩(wěn)定碎石 h4 = 25cmH水泥石灰砂礫土層 hs=17cm土基 E° = 40MPa土基計算剪應力時，面層為計算層，應采用高溫時的參數(shù)，其余各層采用抗壓回 彈模量。7.1計算當量三

14、層體系表面的剪應力及主壓應力5H = h2 寸 hi i=1由 h= 0.376 , H =5.86 ,旦= 0.8 ,巨=0.067 ,查圖 12-21、12 22 得: ''EV1%。(0.3)= 1.127,巳=1.020, 2 = 0.980換算成三層體系，同中一樣。由 蘭=3.82 , 旦=0.50，查圖 12-19 得，。= 0.692E1y,H.En由-=1.22 , 工=0.025,查圖 12-19 得，n=1.13:E2yHe計算出 n2 =0.247，查圖 12-19 得，-y =1.6m(0.3) = 0.420,巖= 0.898,匕=1.108E)= p

15、m(0.3JJ 0.7x 0.42區(qū) 0.89甲 1.108= 0.29MPa。1(0.3)=瑚；0.3)尸2 = 0.7尺 1.127 1.02* 0.98= 0.79MPa 停車場、交義口等緩慢制動處(f =0.2時)詠°.2)=")+1.3(f -0.3)p = 0.29 + 1.3x(0.2-0%0.7 = 0.20MPa。1(0.2) =。1(0.3) +0.46(f 0.3)p=0.79 0.46x0.1x0.7 = 0.76MPa 緊急制動時(f =0.5)：f =0.5時:O2(0.5)1(0.5) Em(0.5)(1 十 sin中)=0.850.47X (

16、1 十 sin37')= 0.10MPa=2c。tan峪=0.6 0.10 tan37'= 0.63MPaKv(0.5)= = 1.09a故:砧。5)=砧(0.3) +1.3(f 0.3)p = 0.29 + 1.3x(0.5 0.3)x0.7 = 0.47MPa。1(0.5) =。1(0.3)十0.46(f 0.3)p=0.79 + 0.46x0.2x0.7 = 0.85MPa7.2計算破壞面上可能發(fā)生的剪應力 f =0.2 H寸，1皿0.2)=砧(0.2) cos =0.2xcos37=0.16MPa f =0.5 時，玲0.5) f0.5) cos 平=0.76>&

17、lt;cos37'=0.61MPa7.3計算路表輪沿處容許剪應力f =0.2時：可滿足抗剪要求Kv了2(0.2)=二1(0.2) m(0.2)(1 sin ) =0.76-0.2 (1 sin37 )=0.44MPa=c。tan = 0.3 0.44 tan37 = 0.630 150.330 15Kv(02)=Ne 乂 =(21040000) X0.33/1.1 =3.67 (此處口 =1.1 由書上表查得)， Ct故：=063 = 0.167MPa 一.(02) = 0.16MPaKv 3.67(.)絲* = 4.2% 3%0.167可滿足抗剪要求0.68 0.62MPa >

18、 ”.(05) = 0.61MPa 1.09°.62一0.61=1.6%,：5%0.628.方案一防凍層厚度驗算由丁路基處中濕狀態(tài)，多年道路最大凍深175cm,基層為穩(wěn)定土類，查表12-2 得，最小防凍厚度為45-55cm。該方案路面厚度60cm,滿足防凍厚度要求。9.方案二設計彎沉計算由書上公式:_0 2ld = 600Ne AcAsAb查表得：Ac公路等級系數(shù)，取1.0As路面類型系數(shù)，取1.0Ab路面結構類型系數(shù)，取1.00.2故，ld= 600Ne . 11= 600 2104 101 1 1 = 20.58(0.01 mm)10.方案二水泥穩(wěn)定砂礫層厚度計算查課本圖12-1

19、0得：a = 7.5 , K1 = 1.52,可得:K2 =10.1綜合修正系數(shù)計算5.4960.482:Ki 7.5 1.52由Is =ld ,代入書上公式，求得綜合修正系數(shù):ls 、0 38 , E0、0 3620.58 、0 38 , 40、0 36s 3.""/ u、".""3.""、/ 3.sz"F =1.63() ()=1.63 ()()=0.5002000、. p2000 10.650.7H -查課本圖 12-10 得= = 5.70,故 H =5.7x10.65= 60.71(cm)8由：h = h

20、2 h'ETE； h42.4E7E h52,4亙E2得： H= 8+14.20十 h4x 1.08+8.72= 60.71Cm),故h4= 27.69(cm)，取為28cm。10.2計算理論彎沉系數(shù)11.方案二彎拉應力驗算由課本公式（12-15）:ls2 p、_ET求得:坦2p、F20.58 10； 19912 0.7 10.65 0.5=5.49611.1容許彎拉應力計算根據公式（12-34）:CJ二 spKs10.3計算水泥穩(wěn)定砂礫層厚度將該多層體系換算為當量三層體系，如下圖:sp瀝宵混凝土或半剛性基層的劈裂強度； spKs抗拉強度的結構系數(shù)；對瀝宵混凝土層的抗拉強度系數(shù)，Ks=

21、0.09N；22/A;對丁半剛性基層穩(wěn)定集料類的抗拉強度系數(shù)，Ks = 0.35N：11 / A ;對丁半剛性基層穩(wěn)定土類的抗拉強度系數(shù)，Ks = 0.45N：11 / Ac細粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =8cmE1y=1991MPa n=4cm密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y =1425MPa水泥穩(wěn)定砂礫1%H級配砂礫墊層h =18cm土基 E0 =40MPa土基由 9=0.376; 旦=空5 = 0.716; 旦= N=0.0281By 1991E2y 1425各層層底容許彎拉應力表各層材料aspKs4細粒式瀝青混凝土1.23.6750.327中粒式瀝青混凝土1.

22、03.6750.272密集配瀝青碎石0.62.2370.261水泥穩(wěn)定砂礫0.62.2370.26111.2各層材料層底彎拉應力驗算細粒式瀝宵混凝土層底彎拉應力密集配瀝宵碎石層底彎拉應力換算成三層體系，如下圖：換算成三層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =8cmBy= 2680MPa h = 4cm密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y =2175MPa水泥穩(wěn)定砂礫1%H級配砂礫墊層h = 18cm土基 E0=40MPa土基由業(yè)=0.376 ,金= 0.81,旦'E1yE2y= 0.018,查圖12-18得，。<0,表明該層層底承受彎曲壓應力，自然滿

23、足要求。中粒式瀝宵混凝土層底彎拉應力換算成三層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土h1 =4cm中粒式瀝目混避土h2 =8cmEy=2175MPaH密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y =1715MPa*水泥穩(wěn)定砂礫1%H2級配砂礫墊層h = 18cm土基 E0=40MPa土基H1 =h2 +h1 x4E1/E2 =8+"#2680/2175 = 12.21cm,由 嘗=1.15 ,旦 =0.79,查圖12-18得，B<0 ,表明該層層底承受彎曲壓應力, :E1 y細粒式瀝宵混凝土= 4cm中粒式瀝目混避土hb = 8cmBy = 1715MPaH1密集配瀝宵碎石也=15cm AE2

24、y = 1700MPa水泥穩(wěn)定砂礫h4H2級配砂礫墊層h5 = 18cm土基 E0 = 40MPa土基2H1 = h3+£ h/SEjE3 = 27.96cm ; H2 = h4 +R 0.9 E5 / E 30.14cm由旦= 2.63 , 旦=0.99, 旦= 2.83 , -E° = 斗，、.' E2ym2,認為層底彎拉應力自然滿足要求。0.024,在圖12-18上查不到對應的水泥穩(wěn)定砂礫層底彎拉應力換算成三層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土h = 4cm中粒式瀝目混避土= 8cmE1y = 1700MPaH1密集配瀝宵碎石也=15cmE2y = 250MPa水

25、泥穩(wěn)定砂礫h4H2級配砂礫墊層h5 = 18cm土基 E0 = 40MPa土基3 =兒+£ hi xjEj/E4 = 56.02cm , H2 = 18cm 舊r HE2、，, 一由-? = 5.26 , W = 0.15，查圖 12-18 得，汀:E1y = 0.15自然滿足要求,HeEc由-y =1.69 , 廣=0.16,查圖 12-18 得，m=1.05 , m2 = 1.04故該層層底彎拉應力：om = pLm =0.7 0.15 1.05 1.04 = 0.115 ：；r = 0.261MPa故該層層底彎拉應力滿足要求。12.方案二剪應力驗算將多層結構換算為，以細粒式瀝宵

26、混凝土圍計算層，以土基為基層的當量三 層體系，如下圖：細粒式瀝宵混凝土 K 4cm中粒式瀝宵混凝土 h2 =8cmEv1 = 750MPa h = 4 c m密集配瀝宵碎石h3 =15cmE2y=1425MPa水泥穩(wěn)定砂礫h4H級配砂礫墊層hs =18cm土基 E0=40MPa土基計算剪應力時，面層為計算層，應采用高溫時的參數(shù)，其余各層采用抗壓回 彈模量。12.1計算當量三層體系表面的剪應力及主壓應力5H =h2 ' hi 2：4巳 E2 = 63.06cmi由? =0.376 , H=5.92 , 旨= 0.8 , 豈=0.067,查圖 12-21、12 22,得:。（0.3）=1.

27、127, R =1.020,欄=0.980祐（0.3）=0.420,七=0.898, 丫2= 1.108m（0 3）= P m（0 3）1 2 = °.7 0.42 0.898 1.108 = 0.29MPalll（U.U）lll（U.U）。仙3 = PL03)J2 = 0.7 1.127 1.02 0.98= 0.79MPa I (0.3)(0.3) 停車場、交義口等緩慢制動處(f = 0.2時)Tm(0.2)=5)+ 1.3(f - 0.3)p= 0.29+1.3 (0.2-0.3)x 0.7= 0.20MPa。1(。.2)=6(。.3)+°.46(f 0.3)p= 0

28、.79 0.46x 0.修 0.7= 0.76MPa 緊急制動時(f = 0.5 )：tm(0.5)= t m(0.3)+ 1.3(f 0.3)p = 0.29+1爐(0.5 0.3)x 0.7= 0.47MPao1(0.5)=b1(0.3)+°.46(f 0.3)p=0.79+0.46x 0.2x 0.7=0.85MPa12.2計算破壞面上可能發(fā)生的剪應力 f =0.2 時，&(0.2) =pm(0.2)co審=0.2乂 cos37°= 0.16MPa f =0.5 時，電(0.5)= e m(0.5) co即=0.76乂 cos37'= 0.61MPa12.3計算路表輪沿處容許剪應力f =0.2時：B2(0.2) =s 1(0.2) Em(0.2) (1+sin中)=0.760.2乂(1+ sin37= 0.44MPa=c。tan = 0.3 0.44 tan37 = 0.63Kv(0 2) = N；15'空=(21040000) °.15x 0.33/1.1 = 3.67 (此處0 =1.1 由書上表查得)， a故：0.63r = /=宙= 0.167MPafo.2)=0.16MPa 01*6 = 4.2% 3%可滿足