路面設(shè)計(jì)方案

1、一、瀝青路面設(shè)計(jì)方案1 路段所在地區(qū)基本資料公路等級(jí)：一級(jí)公路；II2區(qū)；設(shè)計(jì)車速：80km/h；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載：BZZ-100；中液限粘性土，填方路基高1.6m，地下水位距路床2.2m，屬中濕狀態(tài)；年降雨量850mm；最高氣溫38，最低氣溫-25；多年最大凍深120cm；2 土基回彈模量的確定設(shè)計(jì)路段路基處于中濕狀態(tài)，路基土為中液限粘質(zhì)土，查表可得土基回彈模量值為40MPa3交通量資料（1）EXCEL計(jì)算：(2)Hpds2006軟件計(jì)算：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= 1975 ,屬特重交通等級(jí)當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(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

2、 : 2201設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次 : 1.009389E+07 屬重交通等級(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 : 1634設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次 : 7.49E+06屬中等交通等級(jí)路面設(shè)計(jì)交通等級(jí)為特重交通等級(jí)4 初擬路面結(jié)構(gòu)擬定采用兩種路面結(jié)構(gòu)。按計(jì)算法確定方案一、方案二的路面厚度。根據(jù)結(jié)構(gòu)層的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工機(jī)具的功能等因素，初步確定路面結(jié)構(gòu)組合與各層厚度如下：方案一: 4cm細(xì)粒式瀝青混凝土 + 8cm中粒式瀝青混凝土 + 12cm粗粒式瀝青混凝土 + 300cm水泥穩(wěn)定碎石基層 + ？水泥

3、石灰砂礫土層，以水泥石灰砂礫土為設(shè)計(jì)層。方案二: 4cm細(xì)粒式瀝青混凝土 + 8cm中粒式瀝青混凝土 + 15cm密級(jí)配瀝青碎石+25cm水泥穩(wěn)定砂礫+20cm級(jí)配砂礫。路面材料配合比設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1 試驗(yàn)材料的確定半剛性基層所用集料與結(jié)合料取自沿線料場(chǎng)，瀝青選用重交通90#石油瀝青，上面層采用SBS改性瀝青，技術(shù)指標(biāo)均符合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ F40-2004）相關(guān)規(guī)定。2 路面材料抗壓回彈模量的確定（1）半剛性材料的抗壓回彈模量按照公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程（JTJ 057-94）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。（2）按照公路工程瀝青及瀝青混合料試

4、驗(yàn)規(guī)程（JTJ 052-2000）中規(guī)定的方法測(cè)定瀝青混合料的抗壓回彈模量，測(cè)定20、15的抗壓回彈模量，各種材料的試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)下表：半剛性材料及其他材料抗壓回彈模量測(cè)定與參數(shù)取值材料名稱抗壓模量（MPa）Ep方差Ep-2Ep+2Ep代水泥穩(wěn)定碎石318878216244752水泥石灰砂礫土159125010912091水泥穩(wěn)定砂礫261723421483086級(jí)配碎石400級(jí)配沙礫250瀝青材料抗壓回彈模量測(cè)定與參數(shù)取值材料名稱20抗壓模量（MPa）15抗壓回彈模量（MPa）Ep方差Ep-2Ep方差Ep-2Ep+2EpaEp代細(xì)粒式瀝青混凝土199120115892680344199

5、23368中粒式瀝青混凝土14251051215217518718012549粗粒式瀝青混凝土9785586813206012001440密級(jí)配瀝青碎石124811610161715156140320273 路面材料劈裂強(qiáng)度測(cè)定根據(jù)設(shè)計(jì)配合比，選取工程用各種原材料，測(cè)定規(guī)定溫度和齡期的材料劈裂強(qiáng)度。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程與公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)下表：材料名稱細(xì)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(jí)配瀝青碎石水泥穩(wěn)定碎石水泥穩(wěn)定砂礫水泥石灰砂礫土二灰穩(wěn)定砂礫劈裂強(qiáng)度（MPa）1.21.00.80.60.60.50.40.6路面材料

6、劈裂強(qiáng)度路面厚度設(shè)計(jì)（Hpds軟件計(jì)算）（1）方案一路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算公 路 等 級(jí) : 一級(jí)公路 新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100 路面設(shè)計(jì)彎沉值 : 23.8 (0.01mm) 路面設(shè)計(jì)層層位 : 5 設(shè)計(jì)層最小厚度 : 150 (mm)層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（mm）20平均抗壓模量（MPa）標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）15平均抗壓模量（MPa）標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）容許應(yīng)力（MPa）1細(xì)粒式瀝青混凝土40199120126803440.422中粒式瀝青混凝土80142510521751870.323粗粒式瀝青混凝土120978551320600.264水泥穩(wěn)定碎石300318878

7、231887820.255水泥石灰砂礫土？159125015912500.146新建路基40按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : LD= 23.8 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 1.4 (0.01mm)由于設(shè)計(jì)層厚度 H( 5 )=Hmin時(shí) LS<=LD, 故彎沉計(jì)算已滿足要求 .H( 5 )= 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( 5 )= 150 mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H( 5 )= 150 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 5 )= 1

8、50 mm(第 4 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H( 5 )= 150 mm(第 5 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) 路面設(shè)計(jì)層厚度 : H( 5 )= 150 mm(僅考慮彎沉) H( 5 )= 150 mm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力) 驗(yàn)算路面防凍厚度 :路面最小防凍厚度 600 mm驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 .通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)層厚度取整, 最后得到路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果如下: - 細(xì)粒式瀝青混凝土 40 mm - 中粒式瀝青混凝土 80 mm - 粗粒式瀝青混凝土 120 mm - 水泥穩(wěn)定碎石 300 mm - 水泥石灰砂礫土 150 mm - 新建路基 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗(yàn)收

9、彎沉值 :第 1 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 1.2 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 1.3 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 1.5 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 1.9 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 7.9 (0.01mm) 路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 145.6 (0.01mm) 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力 :(未考慮綜合影響系數(shù))第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.151 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.013 (MPa)

10、第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-0.064 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.121 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)力 ( 5 )= 0.111 (MPa)（2）方案二路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算 公 路 等 級(jí) : 一級(jí)公路 新建路面的層數(shù) : 5 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100 層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（mm）20平均抗壓模量（MPa）標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）15平均抗壓模量（MPa）標(biāo)準(zhǔn)差（MPa）容許應(yīng)力（MPa）1細(xì)粒式瀝青混凝土40199120126803440.362中粒式瀝青混凝土80142510521751870.33密級(jí)配瀝青碎石15012481161715

11、1560.184水泥穩(wěn)定砂礫250261723426172340.245級(jí)配砂礫200250025006新建路基40 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 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 1.3 (0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 1.5 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 1.8 (0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 2.8 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 10.3 (0.01mm) 路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 LS= 145.6 (0.01mm) 計(jì)算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大

12、拉應(yīng)力 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-0.188 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-0.019 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-0.046 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= 0.217 (MPa)最小防凍600mm，滿足要求二、水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方案水泥混凝土路面方案一1.交通分析表1可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公路技術(shù)等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路 安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（a）30302020目標(biāo)可靠度（）95908580目標(biāo)可靠指標(biāo)1.641.281.040.84變異水平等級(jí)低低中中中高表2

13、車輛輪跡橫向分布系數(shù)公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.170.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車道寬>7m0.34O39行車道寬7mO540.62由上表1，一級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級(jí)為二級(jí)。由上表2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取O.20。計(jì)算得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)為屬重交通等級(jí)。2.初擬路面結(jié)構(gòu)表3水泥混凝土面層厚度的參考范圍交通等級(jí)特重重公路等級(jí)高速一級(jí)二級(jí)高速一級(jí)二級(jí)變異水平等級(jí)低中低中低中低中面層厚度（mm）260250240270240260230250220交通等級(jí)中等輕公路等級(jí)二級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)三、四級(jí)變異水平等級(jí)高中高中高中面

14、層厚度（mm）240210230200220200230220由表1，安全等級(jí)二級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)一級(jí)公路、重交通等級(jí)和中級(jí)變異水平等級(jí)，查表3，初擬普通混凝土面層厚度為O.25m。基層選用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5)，厚0.20m。墊層為O.18m低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長(zhǎng)5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。3.路面材料參數(shù)確定表4中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值范圍(MPa)土 組公路自然區(qū)劃土質(zhì)砂26424050395035605060粘質(zhì)土25453040254530453045粉質(zhì)土22463254305027433045查

15、表4，路基回彈模量取40MPa。查表5，低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取700MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa。表5墊層和基層材料回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值范圍材料類型回彈模量(脅)材料類型回彈模量(m)中、粗砂80100石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料13001700天然砂礫150200水泥穩(wěn)定粒料13001700未篩分碎石180220瀝青碎石(粗粒式，20)600800級(jí)配碎礫石(墊層)200250瀝青混凝土(粗粒式，20)8001200級(jí)配碎礫石(基層)250350瀝青混凝土(中粒式，20)10001400石灰土200700多孔隙水泥碎石(水泥劑量9.511)13001700石灰粉煤灰土6

16、00900多孔隙瀝青碎石(20，瀝青含量2.53.5)600800計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下： 普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑計(jì)算為4荷載疲勞應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)kr=O.87。考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級(jí)，由下表，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)kc=1.25。綜合系數(shù)kc公路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路kc1.301.251.201.10荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為5溫度疲勞應(yīng)力最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度(/m)8883909586929398由

17、上表，區(qū)最大溫度梯度取83(m)。板長(zhǎng)5m， =50677=756，由書(shū)本483頁(yè)圖16-14可查普通混凝土板厚h=0.25m，Bx=O.82。最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt，計(jì)算為(查書(shū)包484表16-29可得區(qū)回歸系數(shù)a=0828,b=0.041,c=1.323)計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為查表1，一級(jí)公路的安全等級(jí)為二級(jí)，相應(yīng)于二級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)，目標(biāo)可靠度為90。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級(jí)，查書(shū)本484表16-22,確定可靠度系數(shù)=1.15。因而，所選普通混凝土面層厚度(O.25m)可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。水泥混

18、凝土路面方案二1交通分析由上表1，一級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級(jí)為二級(jí)。由上表2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取O.20。2初擬路面結(jié)構(gòu)由表1知，相應(yīng)于安全等級(jí)二級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)一級(jí)公路重交通等級(jí)和低變異水平等級(jí)，查表3，初擬普通混凝土面層厚度為O.24m，碾壓混凝土基層O.15m，底基層選用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5)，厚O.18m，墊層為O.15m低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。水泥混凝土上面層板的平面尺寸長(zhǎng)為5.0m、寬從中央分隔帶至路肩依次為4.5m、4.5m；縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。碾壓混凝土不設(shè)縱縫，橫縫設(shè)假縫，間距(板長(zhǎng))4m。3路面材料參數(shù)確定按書(shū)

19、本480頁(yè)表16-23和表16-25，取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31GPa；碾壓混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4.0MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為27GPa。查表4，路基土回彈模量取40MPa。查表5，低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取700MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa。計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：4荷載疲勞應(yīng)力普通混凝土面層與碾壓混凝土基層組成分離式復(fù)合式面層。此時(shí)ku=O，hx=O。復(fù)合式混凝土面層的截面總剛度，計(jì)算為復(fù)合式混凝土面層的相對(duì)剛度半徑，計(jì)算為標(biāo)準(zhǔn)軸載在普通混凝土面層臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為普通混凝土面層，因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)= O87；碾壓混凝土基層不設(shè)縱縫，不考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)。水泥混凝土面層，考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)；碾壓混凝土基層，考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級(jí)，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)后=125。普通混凝土面層的荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為碾壓混凝土基層的荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算