瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第四章路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)資料(1) 自然地理?xiàng)l件新建濟(jì)南繞城高速，道路路基寬度為 24.5米，全長(zhǎng)5km,結(jié)合近幾年濟(jì)南 經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及人口增長(zhǎng)的情況，根據(jù)近期的交通量預(yù)測(cè)該路段的年平均交通量為 5000輛/日，交通量平均年增長(zhǎng)率'=4%路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為瀝宵混凝土路面結(jié)構(gòu)， 設(shè)計(jì)年限為15年。(2) 土基回彈模量濟(jì)南繞城高速北環(huán)所在地區(qū)為屆丁溫帶季風(fēng)氣候，季風(fēng)明顯，四季分明，春 季干旱少雨，夏季溫?zé)岫嘤辏锛緵鏊稍?，冬季寒冷少雪。?jù)區(qū)域資料，年平 均氣溫13.8 C，無霜期178天，最高月均溫27.2 C (7月)，最低月均溫-3.2 C (1月)，年平均降水量685毫米。道路沿線土質(zhì)

2、路基稠度 斜=1.3;因此該路基 處丁干燥狀態(tài)，根據(jù)公路自然區(qū)劃可知濟(jì)南繞城高速處丁皿5區(qū)，根據(jù)【JTGD50-2006公路瀝宵路面設(shè)計(jì)規(guī)范中表 5.1.4-1可確定工程所在地土基回彈 模量設(shè)計(jì)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1300二菱 FR41530511雙輪組800長(zhǎng)征CA160P 45.283.72雙輪組<3700宇通ZK6820G30551雙輪組700北京BK6150A48.571.22雙輪組>3400解放SP920031.3783雙輪組

3、>3600東風(fēng)SP925050.7113.33雙輪組>35001.2交通分析（1）軸載換算路面設(shè)計(jì)以雙輪組-單軸載為100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的 計(jì)算參數(shù)按表1-2確定。表1-2標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載P （KN100輪胎接地壓強(qiáng)p （MPa0.70單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d （cnj）21.30兩輪中心距（cnj）1.5d當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉為指標(biāo)時(shí)及驗(yàn)算瀝宵層層底拉應(yīng)力時(shí)，凡大丁 25kN的各級(jí)軸載Pi的作用次數(shù)Ni按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N的計(jì)算公式為：式中：N標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次數(shù)（次/d ）;Ni -被換算的車型各級(jí)軸載作用次數(shù)（次/d ）;P

4、 一標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；Pi -被換算車型的各級(jí)軸載（kN）；C1 -被換算車型的各級(jí)軸載系數(shù)，當(dāng)其間距大丁 3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)kN = '、 C1C2 N ii =1當(dāng)其間距小丁 3m時(shí)，按雙軸或多（m-1）；單輪組為6.4，雙輪組為1.0 ,軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)m, 軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為C1=1+1.2 被換算車型的各級(jí)軸載輪組系數(shù), 四輪組為0.38。4.35< PC2瀝宵路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次為：卜注火時(shí)35 = 4709.00 3當(dāng)以半剛性層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次數(shù)N '：' C 1 C 2 N ii =1P式中：C1軸數(shù)系數(shù)

5、C2輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。注：軸載小丁 50KN的特輕軸重對(duì)結(jié)構(gòu)的影響可以忽略不計(jì)，所以不納入當(dāng) 量換算。瀝宵路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次：NWGC2Nl38 = 4978.00 (次/d)該新建道路為高速公路，采用瀝宵路面，設(shè)計(jì)年限為 15年，交通增長(zhǎng)率為 4%即丫 =0.04。乂該路設(shè)計(jì)為雙向四車道,由【JTG D50-2006】公路瀝育路血 設(shè)計(jì)規(guī)范查表3.1.6得車道系數(shù)可取0.4-0.5，本設(shè)計(jì)取n=0.5oN 365N(1)t -1Ne1365 4709 (1 0.04)15 -1 0.5 Ne以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的

6、累計(jì)當(dāng)量軸次&為:0.04Ne =1.720812化107 （次）以半剛性基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne為:365N (1)t -1Ne =_15_365 4978 (1 0.04)1-1 0.5Ne 0.04Ne' = 1.8191129x107 (次)（4根據(jù)上述計(jì)算所得，由【JTGD50-2006】公路瀝宵路面設(shè)計(jì)規(guī)范查表3.1.8 判斷交通等級(jí) 一個(gè)車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh= 2500 ,屆丁重交通等級(jí)當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝宵層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)：路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次：4709.00設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上

7、的累計(jì)當(dāng)量軸次：1.7208121 乂107（次） 屆丁重交通等級(jí)當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)：路面營(yíng)運(yùn)第一年雙向日平均當(dāng)量軸次：4978.00設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次：1.8191129勺07 （次）屆丁重交通等級(jí)綜上，路面設(shè)計(jì)交通等級(jí)為重交通等級(jí)1.3初擬路面結(jié)構(gòu)(1) 路面結(jié)構(gòu)方案根據(jù)濟(jì)南繞城高速的功能性質(zhì)及【JTGD50-2006】公路瀝宵路面設(shè)計(jì)規(guī)范， 并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)與典型案例，初步擬定路面結(jié)構(gòu)組合與各層結(jié)構(gòu)厚度如下：方案一：采用半剛性基層(路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)1.0 ) 細(xì)粒式瀝宵混凝土40 mm 中粒式瀝宵混凝土60 mm 粗粒式瀝宵混凝土80 mm水泥穩(wěn)定碎

8、石待設(shè)計(jì)級(jí)配碎石200 mm方案二：采用柔性基層(路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù) 1.6 )細(xì)粒式瀝宵混凝土40 mm 中粒式瀝宵混凝土60 mm 粗粒式瀝宵混凝土80 mm密集配瀝宵碎石待設(shè)計(jì) 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm(2) 路面設(shè)計(jì)彎沉值ld和抗拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)K該公路等級(jí)為高速公路，兩種方案均采用瀝宵混凝土面層， 半剛性基層，公 路等級(jí)系數(shù) 入取1.0 ;基層為水泥穩(wěn)定碎石，因此路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù) AB為1.0 ; 面層為瀝宵混凝土面層，面層類型系數(shù) 入取1.0。0 2 一路面設(shè)計(jì)彎沉值ld : Id = 600Ne . AAAbld = 600 (1.7208121 107)42 1 1 1ld =

9、21.4(0.01 mm)抗拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)Ks :Ks = 0.09N°-22/AcKs = 0.35N；1"Ks = 0.45N(0'11/Ac(瀝宵混凝土面層)(無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料)(無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土) -sp容許拉網(wǎng)力bR=； , b sp-路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強(qiáng)度(MPa。Ks(3)路面材料相關(guān)參數(shù)的確定試驗(yàn)材料的確定：半剛性基層所用集料取自沿線料場(chǎng)，結(jié)合料瀝宵選用A級(jí)90號(hào)，面層采用SBS改性瀝宵，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均符合公路瀝宵路面施工技術(shù)規(guī)范bn(JTG_F40-2004相關(guān)的規(guī)定。路面材料劈裂強(qiáng)度：根據(jù)設(shè)計(jì)配合比，選取工程用各種原材料，測(cè)定規(guī)定穩(wěn)定和

10、齡期的材料劈裂 強(qiáng)度。按照公路工程瀝宵及瀝宵混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTGE20-2011)與公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E51-2009)中的方法進(jìn)行測(cè)定，參數(shù) 見表1-3。表1-3材料名稱細(xì)粒式瀝宵混凝土中粒式瀝宵混凝土粗粒式瀝宵混凝土密級(jí)配瀝 背碎石水泥穩(wěn)定 碎石劈裂強(qiáng)度(MPa1.21.00.80.60.6根據(jù)設(shè)計(jì)配合比，選取工程用各種原材料制件，測(cè)定設(shè)計(jì)參數(shù)。按照公路 工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程 中規(guī)定的項(xiàng)目頂面法測(cè)定半剛性材料的抗壓 回彈模量。按照公路工程瀝宵及瀝宵混合料試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定的方法測(cè)定瀝宵混合料 的抗壓回彈模量；測(cè)定20C、15 C的抗壓回彈模量，各種材料的試

11、驗(yàn)結(jié)果與設(shè) 計(jì)參數(shù)分別見表1-4、表1-5。材料名稱水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配砂礫級(jí)配碎石抗壓回彈模量(MPa3188250400半剛性材料抗壓回彈模量表1-4瀝宵材料抗壓回彈模量表1-5材料名稱細(xì)粒式瀝宵 混凝土中粒式瀝宵 混凝土粗粒式瀝宵 混凝土密級(jí)配瀝宵碎石20 C抗壓回彈模量(MPa19911425978124815C抗壓回彈模量(MPa26802175132017154由前面計(jì)算所得相關(guān)參數(shù)，計(jì)算路面各結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力。R,見表1-6。路面結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力計(jì)算表表1-6結(jié)構(gòu)層材料名稱NeAcKs0- spo- r (MPa細(xì)粒式瀝宵混凝土1.72 * 1071.03.521.20.34中粒式瀝

12、目混避土1.72 x 1071.03.521.00.28粗粒式瀝宵混凝土1.72 x 1071.03.520.80.23密級(jí)配瀝宵碎石1.72 x 1071.03.520.60.17水泥穩(wěn)定碎石1.81 V071.02.200.60.271.4路面結(jié)構(gòu)層厚度確定根據(jù)設(shè)計(jì)資料，利用HPDS-2011公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層厚度的 設(shè)計(jì)，以下分別進(jìn)行方案一、方案二設(shè)計(jì)層的厚度設(shè)計(jì)。方案一:公路等級(jí) 新建路面的層數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載 路面設(shè)計(jì)彎沉值高速公路5BZZ-10021.4 (0.01mm)路面設(shè)計(jì)層層位：4設(shè)計(jì)層最小厚度：150 (mm)表1-7層位結(jié)構(gòu)層材料 名稱厚度(mm)20 C平均

13、抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)15C平均 抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn) 差(MPa)容許應(yīng)力(MPa)1細(xì)粒式瀝宵混凝土4019910268000.342中粒式瀝目混避土601425021750P 0.283粗粒式瀝宵混凝土809780132000.234水泥穩(wěn)定碎石?31880318800.275級(jí)配碎石200400040006新建路基46按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：LD= 21.4 (0.01mm)LS= 23.3 (0.01mm)LS= 20.1 (0.01mm)H( 4 )= 200 mmH( 4 )= 250 mmH( 4 )= 229 mm( 僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度H

14、( 4 )= 229 mm(H( 4 )= 229 mm(H( 4 )= 229 mm(H( 4 )= 229 mm(第1層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) 第2層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) 第3層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) 第4層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)路面設(shè)計(jì)層厚度：H( 4 )= 229 mm(H( 4 )= 229 mm(僅考慮彎沉)同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力)通過對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及進(jìn)一步的修改 調(diào)整后得到路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖細(xì)粒式瀝宵混凝土AC-1040 mm中粒式瀝月混避土AC-1660 mm粗粒式瀝宵混凝土AC-2580 mm水泥穩(wěn)定碎石300 mm級(jí)配碎石200 mm新建路基路面最小防凍

15、厚度為 500 mm 結(jié)構(gòu)層總厚度(4驗(yàn)算路面防凍厚度：H =40 60 80 300 200H = 680mm 500mm驗(yàn)算結(jié)果表明,路面總厚度滿足防凍要求.方案二:公路等級(jí) 新建路面的層數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)軸載 路面設(shè)計(jì)彎沉值 路面設(shè)計(jì)層層位 設(shè)計(jì)層最小厚度高速公路5BZZ-10021.4 (0.01mm)4150 (mm)表1-8層位結(jié)構(gòu)層材料 名稱厚度(mm)20 C平均 抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)15C平均 抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)容許應(yīng)力(MPa)1細(xì)粒式瀝宵混凝土4019910268000.342中粒式瀝目混避土6014250217500.283粗粒式瀝宵混凝土80978

16、0132000.234密級(jí)配瀝宵碎石?12480171500.175水泥穩(wěn)定碎石3003188r 0318800.276新建路基46按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：LD= 21.4 (0.01mm)H( 4 )= 150 mm LS= 15.8 (0.01mm)由丁設(shè)計(jì)層厚度H( 4 )=Hmin時(shí)LS<=LD,故彎沉計(jì)算已滿足要求.H( 4 )= 150 mm( 僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：H( 4 )=:150 mm(第1H( 4 )=:150 mm(第2H( 4 )=:150 mm(第3H( 4 )=:150 mm(第4H( 4 )=:150 mm(第5路面設(shè)計(jì)層厚度：)H

17、( 4 )= 150 mm(H( 4 )= 150 mm(層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求僅考慮彎沉)同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力)勤通過對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整以及設(shè)計(jì)人員對(duì)路面厚度進(jìn)一步的修改，并根據(jù)瀝宵混合料壓實(shí)最小厚度與適宜厚度表選擇瀝宵混合料類別，調(diào)整后得到路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖細(xì)粒式瀝宵混凝土AC-1040 mm中粒式瀝月混避土AC-1660 mm粗粒式瀝宵混凝土AC-2580 mm密級(jí)配瀝宵碎石ATB-30150 mm水泥穩(wěn)定碎石300 mm新建路基(4驗(yàn)算路面防凍厚度：路面最小防凍厚度為 500 mm結(jié)

18、構(gòu)層總厚度 H =40 60 80 150 300 H = 630mm 500mm驗(yàn)算結(jié)果表明，路面總厚度滿足防凍要求。1.5交工驗(yàn)收彎沉值和層底拉應(yīng)力計(jì)算方案一：公路等級(jí)：高速公路新建路面的層數(shù)：5標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100表1-9層位結(jié)構(gòu)層材料名 稱厚度(mm)20 C平均 抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)15C平均 抗壓模量 (MPa)標(biāo)準(zhǔn) 差(MPa)珠合影響系數(shù)1細(xì)粒式瀝宵混凝土40199102680012 I中粒式瀝目混避土6014250匚 21750匚13粗粒式瀝宵混凝土8097801320014水泥穩(wěn)定碎石300318803188015級(jí)配碎石200建

19、路基461層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值LS= 17.5 (0.01mm)LS= 19.3 (0.01mm)LS= 21.6 (0.01mm)LS= 24.6 (0.01mm)計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值第1第2第3第4第5層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 139.6 (0.01mm)路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值LS= 202.5 (0.01mm)( 根據(jù)公路瀝宵路面設(shè)計(jì)規(guī)范公式計(jì)算)LS= 256.6 (0.01mm)( 根據(jù)公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范公式計(jì)算 )計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力:(未考慮綜合影

20、響系數(shù))第1層底面最大拉應(yīng)力。(1 )=:-0.197 (MPa):0.34(MPa)第2層底面最大拉應(yīng)力。(2 )=:-0.014 (MPa):：:0.28(MPa)第3層底面最大拉應(yīng)力。(3 )=:-0.07 (MPa):0.23(MPa)第4層底面最大拉應(yīng)力b ( 4 )=:0.209 (MPa):0.27(MPa)故瀝宵結(jié)構(gòu)層層底容許拉應(yīng)力大丁層底最大拉應(yīng)力，設(shè)計(jì)滿足要求方案二：公路等級(jí)：高速公路新建路面的層數(shù)：5標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100表 1-10層位結(jié)構(gòu)層材料 名稱厚度(mm)20 C平均 抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn) 差(MPa)15C平均 抗壓模量(MPa)標(biāo)準(zhǔn)差(MPa)綜合影 響

21、系數(shù)1細(xì)粒式瀝宵混凝土40199102680012 中粒式瀝目混避土6014250P 2175013粗粒式瀝宵混凝土8097801320014密級(jí)配瀝宵碎石150124801715015 水泥穩(wěn)定碎石30031880P 3188016新建路基461計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值LS= 15.8 (0.01mm)LS= 17.5 (0.01mm)LS= 19.7 (0.01mm)LS= 22.6 (0.01mm)LS= 32.2 (0.01mm)第1層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 第2層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 第3層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 第4層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 第5層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值LS= 202.5 (0.01mm)( 根據(jù)公路瀝宵路面設(shè)計(jì)規(guī)范公式計(jì)算)LS= 256.6 (0.01mm)( 根據(jù)公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范公式計(jì)算 )計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力:(