路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、5.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 瀝青路面5.1.1 交通量及軸載計(jì)算分析路面設(shè)計(jì)以單軸載雙輪組100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載。1）以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次: 軸載換算：k軸載換算采用如下的計(jì)算公式：NC1c2ni（Pi/P）4.35i 1計(jì)算結(jié)果如下表所示：表5.1軸載換算表型號Pi(KN)CC2n（次/日）GC2ni(Pi/P) 4.35(次/日)桑塔納前軸12.016.421801.382000后軸18.016.421808.04江淮前軸17.016.42300.66AL6600后軸26.5112300.71黃海前軸49.016.4420120.72DD680后軸91.511

2、420285.38北京前軸13.416.42400.25BJ130后軸27.4112400.86EQ140前軸23.616.46708.02后軸69.311670135.91黃河前軸58.616.4828518.28JN163后軸114118281464.09東風(fēng)前軸50.716.4320106.69SP9250后軸113.3113201652.61k _ _4 35NC1C2ni P/P4303.60i 1累計(jì)當(dāng)量軸次根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D50-2006，高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年 限取15年，四車道的車道系數(shù)是取0.5。累計(jì)當(dāng)量軸次：t11365Ne Nl15365 4303.

3、60 0.518918830 (次)1 0.064491 3650.064492）驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次軸載換算k驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力軸載換算公式：N' C'1C2ni（Pi / P）8i 1計(jì)算結(jié)果如下表所示:表5.2軸載換算結(jié)果（半剛性基層層底拉應(yīng)力）型號Pi(KN)CC2ni（次/日）C1'C2'ni(Pi/P) 8(次/ 日)桑塔納2000前軸12.0118.521800.00后軸18.0118.521800.04江淮AL6600前軸17.0118.52300.00后軸26.5112300.01黃海DD680前軸49.0118.54

4、2025.82后軸91.511420206.36北京BJ130前軸13.4118.52400.00后軸27.4112400.01EQ140前軸23.6118.56700.12后軸69.31167035.64黃河JN163前軸58.6118.5828213.00后軸114118282361.94東風(fēng)SP9250前軸50.7518.5320129.23后軸113.3513204344.69kN'G'Cz'n P/p8i 17316.87累計(jì)當(dāng)量軸次參數(shù)取值同上，設(shè)計(jì)年限是15年，車道系數(shù)取0.5累計(jì)當(dāng)量軸次:tNe11365N1151 0.064491、，、0.06449

5、365 7316.87 0.5 32165257 （次）5.1.2 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)及材料選取1）擬訂路面結(jié)構(gòu)組合方案根據(jù)規(guī)定推薦結(jié)構(gòu)，并考慮到公路沿途有大量碎石且有石灰供應(yīng)， 路面結(jié)構(gòu) 面層采用瀝青混凝土（取18cm）,基層采用水泥碎石（取20cm）,下基層采用 石灰土（厚度待定）。另設(shè)20cm厚的中粗砂墊層。2）擬訂路面結(jié)構(gòu)層的厚度由于計(jì)算所得的累計(jì)當(dāng)量軸載達(dá)到了 500萬次，按一級路的路面來設(shè)計(jì)，由 設(shè)計(jì)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D50-2006規(guī)定高速公路、一級公路的 面層由二層至三層組成。采用三層式瀝青面層，表面層采用細(xì)粒式密級配瀝青混 凝土（厚度為4cm）,中面層采用中粒式密級

6、配瀝青混凝土（厚度為 6cm）,下 面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（厚度為 8cm）。5.1.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)及設(shè)計(jì)參數(shù)確定1）確定路面等級和面層類型由上面的計(jì)算得到設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個行車道上的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次約為大于500萬次。根據(jù)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D50-2006和設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求可確定路面等級為高級路面，面層類型采用瀝青混凝土，設(shè)計(jì)年限為15年。2）確定土基的回彈模量此路為新建路面，根據(jù)設(shè)計(jì)資料可知路基干濕狀態(tài)為干燥狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，由設(shè)計(jì)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D50-2006，該路段處于112a區(qū)，為粉質(zhì)土，確定土基的稠度為 1.05。 查設(shè)計(jì)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JT

7、G D50-2006中“二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值（MPa）”表并作提高得土基回彈模量為E0 37.0MPa.3）各層材料的設(shè)計(jì)參數(shù)（抗壓模量與劈裂強(qiáng)度）查設(shè)計(jì)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D50-2006，得到各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度?？箟耗Ａ咳?0oC和15oC的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到20oC 和 15oC 的抗壓模量：細(xì)粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa和2000MPa,中粒式密級配瀝青混凝土為 1200MPa和1800MPa,粗粒式密級配瀝青混凝土為1000MPa和1400MPa,水泥石石（20oC或15°C）為1500MPa,石灰土（

8、 20oC或15°C）為550MPa,中粗砂（20oC或15°C）為90MPa。各層材料的劈裂強(qiáng)度：細(xì)粒式密級配瀝青混凝土為 1.2MPa,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,水泥石¥石為0.5MPa,石灰土為 0.225MPa。5.1.4 路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算1） 根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度 設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定，對于高速公路，規(guī)范要求以設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。2） 計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值按照設(shè)計(jì)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D50-2006中路面設(shè)計(jì)彎沉值公式Ld = 600用0.2人入人計(jì)算。該項(xiàng)公路為高速

9、公路，公路等級系數(shù)為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，基層類型系數(shù)取1.0 。設(shè)計(jì)彎沉值為：ld 600Ne 0.2AcAsAb 600 18918830 0.2 1 1 1 21.03（0.01mm）3） 計(jì)算各層材料的容許層底拉應(yīng)力由RS/KS瀝青混凝土：KS 0.09Ne0.22/Ac 0.09 321652570.22/1.0 4.035細(xì)粒式密級配瀝青混凝土：R S /KS 1.2/4.035 0.297MPa中粒式密級配瀝青混凝土：R S /KS 1.0/4.035 0.248MPa粗粒式密級配瀝青混凝土:R S/KS 0.8/4.035 0.198MPa

10、水泥碎石：KS 0.35Ne0.11/Ac 0.35 3216525701/1.0 2.344R S/KS 0.5/2.344 0.213MPa R S S石灰土：KS 0.45Ne0.11/Ac 0.45 3216525產(chǎn)/1.0 3.013R S/KS 0.225/3.013 0.075MPa R S S設(shè)計(jì)資料總結(jié)如下：設(shè)計(jì)彎沉值為21.03(0.01mm),相關(guān)設(shè)計(jì)資料匯總?cè)缦卤硭?。?.3設(shè)計(jì)資料匯總表材料名稱h(cm)20° C模量15° C模量容許拉應(yīng)力細(xì)粒式瀝青混凝土4140020000.297中粒式瀝青混凝土6120018000.248粗粒式瀝青混凝土8

11、100014000.198水泥碎石20150015000.213石灰土?5505500.075墊 層20180180一4)查圖法求計(jì)算層厚度 由上述計(jì)算可知設(shè)計(jì)彎沉值1d 21.03(0.01mm)，令ls ld,求綜合彎沉 系數(shù)F。 0.380.36則F 1.63 -L旦2000P0.380.3621.0337.01.63 2000 10.650.70.490220 / 15計(jì)算實(shí)際彎沉系數(shù)LsEi2000p21.03 14001.974計(jì)算理論彎沉系數(shù)aL2000 0.710.65s 1.974F 0.45464.343查三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖 對于細(xì)粒式密級配瀝青混凝土因?yàn)?10.6

12、50.38巨E1E0E2E2查圖得E1h、旦查圖得E2&和K2E2計(jì)算中層厚度12001400371200K1lKi0.860.0316.31.646.3H H /15002.4則解得計(jì)算石灰土層厚度4.3430.42 ,查圖得 -1.645.8 10.65 61.77cm5.8, 1200h5 25501200% 36.55cm貝 U 取 h5 37cm5.1.5路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)算5.1.5.1 驗(yàn)算瀝青混凝土各面層及半剛性基層、底基層的層底彎拉應(yīng)力1）瀝青面層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算（此時取15oC抗壓模量）細(xì)粒式密級配瀝青混凝土表層驗(yàn)算h 4cmn 1由H=hkk i 10.9 Ek Ei i目

13、口一'1400(1500550” ”即 H 6 8 0.9/ 20 0.9 37 0.9,| 38.29cm、18001180011800由 00.38、 3829 3.60、 且 -3 0.02 和10.6510.65E2 1800E黑0.9查圖圖中沒有所查的相應(yīng)數(shù)據(jù)，即s、mm2均小于零，因此可知層底不產(chǎn)生 拉應(yīng)力，產(chǎn)生壓應(yīng)力，即滿足要求。中粒式密級配瀝青混凝土表層驗(yàn)算i 匚 OCCC則 hhk4（ 4 4| 6 10.1cmk 1, Ei1800H hk0.9 Ek8 20 09 1500 37 09 55042.7cmk i 1, Ei 1.140011400由 h 101 0

14、.95、 J27 4.01、E0 _3L 0.03和10.6510.65E2 1400E2 1400 0.78 查圖E11800圖中沒有所查的相應(yīng)數(shù)據(jù)，即s、m1、m2均小于零，因此可知層底不產(chǎn)生 拉應(yīng)力，產(chǎn)生壓應(yīng)力，即滿足要求。粗粒式密級配瀝青混凝土表層驗(yàn)算一. i E則 h hk4 k 1Ei4 4 2000140018.8cm4 18008,1400;。任 20 37 <0032.14cm由 h 3 1.77、H10.6532H 3.02、旦 -37 0.02 和10.65E2 1500E2 1400 1.07 查圖圖中沒有所查的相應(yīng)數(shù)據(jù)，即s、m1、m2均小于零，因此可知層底不產(chǎn)

15、生拉應(yīng)力，產(chǎn)生壓應(yīng)力，即滿足要求。2）水泥碎石基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算k 1hk,2000, 18004 4 6 4,150015004 1400 15002038.44cmH 37cm典 3.61, H 工 3.47、旦10.6510.65E2375500.07、和E155015000.37查圖0.13MPa、m1 1.36, m20.68 ,又有p 0.7p m1m20.7 0.131.360.68 0.084MPa 0.213MPa即滿足要求。3）石灰土基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算一 i E.則 h hk4 一k 1 Ei/ 2000, 18004 1 1500 6 ,1500,14008 115002

16、0 38.44cmH 37cm38.44 361 H 3710.65. , 10.653.47、E。E375500.07、和E2E孤0.37查圖0.22MPa、n1 1.07, n20.35 ,又有p 0.7p n1n20.7 0.22 1.070.350.058MPa 0.075MPa即滿足要求。5.1.5.2 季節(jié)性冰凍地區(qū)瀝青混凝土路面防凍厚度驗(yàn)算因?yàn)樵摰貐^(qū)土基干濕類型為假定為干燥土基，且設(shè)計(jì)任務(wù)書中相關(guān)資料不 全，所以不作路面防凍厚度驗(yàn)算。5.1.6瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)熱拌瀝青棍合料的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)遵照下列步驟進(jìn)行：1）目標(biāo)配合比的設(shè)計(jì)階段，按規(guī)范中規(guī)定的礦料級配，用工程實(shí)際使用的 材料

17、計(jì)算各種材料的用量比例，進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定最佳瀝青用量。以礦料級 配及瀝青用量作 目標(biāo)配合比，供拌和機(jī)確定各冷料倉的供料比例、進(jìn)料速度及 試拌使用。2）生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段，瀝青混凝土采用間歇式拌和機(jī)拌和，從二次篩分 后進(jìn)入各熱料倉的材料取樣進(jìn)行篩分， 以確定各熱料倉的材料比例，供拌和機(jī)控 制室使用。同時反復(fù)調(diào)整冷料倉比例以達(dá)到供料均衡， 并取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最 佳瀝青用量及其土 0.3 %之間的三個瀝青用量進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定生產(chǎn)配合比 的最佳瀝青用量。3）生產(chǎn)配合比驗(yàn)證階段，拌和機(jī)采用生產(chǎn)配合比進(jìn)行試拌，鋪筑試驗(yàn)段， 并用拌和的瀝青混合料及路上鉆取的芯樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，由此確定生產(chǎn)用的標(biāo)準(zhǔn)

18、配合比。標(biāo)準(zhǔn)配合比的礦料級配中，0.074mm 2.5mm 5mmE檔的篩孔通過率 接近要求級配的中值。經(jīng)設(shè)計(jì)確定的標(biāo)準(zhǔn)配合比在施工過程中不得隨意變更，生產(chǎn)過程中，如遇進(jìn)場材料發(fā)生變化，經(jīng)檢測瀝青混合料的礦料級配、馬歇爾技術(shù)指標(biāo)不符合要求時， 應(yīng)及時調(diào)整配合比，使瀝青混合料質(zhì)量符合要求并保持相對穩(wěn)定， 必要時重新進(jìn) 行配合比設(shè)計(jì)。5.2水泥路面設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定：應(yīng)設(shè)計(jì)服務(wù)區(qū)或收費(fèi)站處的路面為水泥混凝土路面5.2.1 父通量分析由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D40-2003) »表3.0.1 (下同，均 為規(guī)范中表號)，高速公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級為一級。由表A.2.2

19、,臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.22。取交通量年平均增長率為6.449%。按式(A.2.2)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tNNs 1 gr 1 365egr306907.1 0.6449_LJ65 0.22 43158387 次0.6449屬特重交通等級。5.2.2結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)及材料選取1)初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0.1,相應(yīng)于安全等級一級的變異水平等級為低級。根據(jù)高速公路、 特重交通等級和低級變異水平等級，查表4.4.6,初擬普通混凝土面層厚度為0.28m?；鶎舆x用水泥粉煤灰碎石，厚 0.20m。墊層為0.15m低劑量無機(jī)結(jié)合料 穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4

20、.5m,長5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。2)路面材料參數(shù)確定按表3.0.6,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。查附錄F.1,路基回彈模量取37.0MPa。查附錄F.2,低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定 土墊層回彈模量取600MPa,水泥粉煤灰碎石基層回彈模量取1300MPa。5.2.3路面厚度設(shè)計(jì)計(jì)算按式(B. 1. 5)計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下:Exh2E1h2E212 h2_221300 0.22 600 0.1520.22 0.1521048MPaE1h13 E2h；h1 h2 21112124EihiE2h21300 0.2

21、3 600 0.1531212-20.2 0.151141300 0.2 600 0.153.083hx 3 12Dx/Ex 3 12 3.083/1048 0.328m r 0.537h3Ec/Et 0.537 0.28 3 31000/165 0.861m0.456.22 1 1.51 ExE06.22 1 1.511048370.454.1340.55b 1 1.44 Ex1 1.44E00.551048370.771Et1/3b _ Ex0.771 crahx E0 4.134 0.32837E。1/3104837197MPa普通混凝土面層的相對剛度半徑按式(B. 1. 3.2)計(jì)算為

22、1)荷載疲勞應(yīng)力按式(B.1.3),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ps 0.077r0.6h 2 0.077 0.8610.6 0.28 2 0.898MPa ps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=O87?？紤]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) kf Nen (43158387)0.057 2.724。根據(jù)公路等級，由表 B.1.2,考慮偏載和動 載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù) kc=1.30o按式(B. 1. 2),荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為Drkrkfkc dS 0.87 2.724 1.3 0.898 2.766MPapi 1 c ps2)溫度疲勞應(yīng)

23、力由表3.0.8, II區(qū)最大溫度梯度取 88(C /m)。板長5m, l/r=5/0.923=5.419,由 圖B.2.2可查普通混凝土板厚h=0.28m, Bx=0.42。按式(B.2.2),最大溫度梯度時 混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為tmcEchTgBx_ 5_ _1 1031000 0.28 8820.42 1.604MPa溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt,按式（B.2.3）計(jì)算為ktkatmctmfr50-5. 0.8281.6041.60451.3230.0410.446再由式（B.2.1）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為trkt tm 0.446 1.604 0.715MPa查表3.0.1,高速公路的安全

24、等級為一級，相應(yīng)于一級安全等級的變異水平 等級為低級，目標(biāo)可靠度為 95%。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級，查 表3.0.3,確定可靠度系數(shù)丫 r=1.33o按式（3.0.3）r pr tr 1.33 (2.766 0.715) 4.630MPa fr 5.0MPa因而，所選普通混凝土面層厚度0.28m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。5.2.4接縫構(gòu)造設(shè)計(jì)5.2.4.1 縱向接縫1）縱向接縫的布設(shè)應(yīng)路面寬度和施工鋪筑寬度而定： 一次鋪筑寬度小于路面寬度，應(yīng)設(shè)置縱向施工縫。縱向施工縫采用平縫 形式，上部鋸切槽口，深度為 40mm,寬度為8mm,槽內(nèi)灌塞填縫料，構(gòu)造如 圖5.1.1a）所示； 一次鋪筑寬度大于4.5m,應(yīng)設(shè)置縱向縮縫?？v向縮縫采用假縫形式， 鋸切的槽口深度應(yīng)大于施工縫的槽口深度。采用半剛性基層，槽口深度為板厚的2/5，取120mm。其構(gòu)造如圖5.1.1b）所示。圖5. 1縱縫構(gòu)造