半剛性瀝青路面設計

1、路基路面工程課程設計題目： 某高速公路瀝青路面結構設計 學部(系)： 城市建設工程學部專業(yè)班級: 土木道橋一班學生姓名： 指導老師： (職 稱)： 完成日期： 20*年6月27日目 錄一、設計資料 31、設計題目 32、設計依據(jù) 33、計方法與設計內(nèi)容34、設計步驟 45、設計要求 46、附錄 4二、設計過程 41、方案一 查表近似計算 62、方案一 程序電算 153、方案二 查表近似計算184、方案二 程序電算25三、經(jīng)濟比選 28四、路基結構圖 29 半剛性瀝青路面結構設計一，設計資料1、設計題目武漢地區(qū)某高速公路，其中某段經(jīng)調(diào)查路基為粉質中質中液限土，地下水位1.1米，路基填土高度0.5

2、米。近期混合交通量為29700輛/日交通組成，雙向六車道，代表車型的技術參數(shù)分別如表1、表2所示，.交通量年平均增長率8.5%。該路沿線可開采砂礫、碎石、粉煤灰、瀝青供應。請設計合適的半剛性瀝青路面結構。表1某路段混合交通組成表2代表車型的技術參數(shù)2、 設計依據(jù) 路基路面工程教材； 公路路基設計規(guī)范（JTG D30-2004），人民交通出版社，2004年，北京； 公路路基設計手冊，人民交通出版社，1996年, 北京； 公路瀝青路面設計規(guī)范（JTJ D50-2006），人民交通出版社，2006年，北京； 公路路面設計手冊，人民交通出版社，1994年, 北京。 3、設計方法與設計內(nèi)容（1） 根據(jù)自

3、然區(qū)劃、路基土類型和地下水位高度，確定土基回彈模量值；（2） 計算設計年限內(nèi)一個車道的累計當量軸次和設計彎沉值；（3） 根據(jù)設計資料，確定合適的面層類型（包括面層材料級配類型）；（4） 擬定2種可能的路面結構組合與厚度方案，確定各結構層材料的計算參數(shù)；（5） 根據(jù)公路瀝青路面設計規(guī)范驗算擬定的路面結構；5、 設計要求：（1） 總體要求：根據(jù)設計資料，初步擬定2種路面方案，并對這2種方案進行經(jīng)濟技術比較（經(jīng)濟技術比較以初始修建費為依據(jù)，每種材料的單價見附錄中表3所示）；（2） 要求計算每種代表車型的軸載換算系數(shù)（共兩種：一種以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時的軸載換算系數(shù)；另一種為進行半

4、剛性基層層底拉應力驗算時的軸載換算系數(shù)）。（3） 擬定的路面結構方案，應明確標示出每種材料的名稱、厚度和設計時使用的模量值，如附錄中（2）所示。并列出路面結構驗算過程。（4） 要求采用查表法和程序電算兩種方法6、 附錄（1） 武漢地區(qū)2003年材料單價表表3武漢地區(qū)2003年材料單價表（2） 材料設計參數(shù)參考表4瀝青混合料設計參數(shù)表5基層、底基層材料設計參數(shù)二，設計過程方案一：解法一 查圖標近似計算（1）確定路面結構方案 由表12-1到12-6，按當?shù)亟?jīng)驗與材料情況擬定路面結構組合設計方案（如圖所示）（2）確定路面設計彎沉值計算設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次Ne。由公式：1) 當以設計彎沉

5、為指標及瀝青層層底拉應力驗算時計算的當量交通量由相關規(guī)定可以得出下表（Excel），車輛類型.NiC1C2PiPPi/P(Pi/P)4.5N1軸桑塔納(前軸)7300.2616.471000.079.4662E-06五十鈴(前軸)12563.116.4141000.140.000193042軸 解放CA10B(前軸)6545.8816.419.41000.1940.000797882軸 黃河JN150(前軸) 2675.9716.4491000.490.044911027692軸 黃河JN162(前軸)561.3316.459.51000.5950.104507823753軸 交通SH361(

6、前軸)53.4616.4601000.60.1083821937.1合計11821182軸桑塔納（后軸）7300.2616.4141000.140.00019304五十鈴（后軸）12563.116.4281000.280.00393675不考慮2軸 解放CA10B（后軸）6545.881160.851000.60850.11522157542軸 黃河JN150 （后軸）2675.9711101.61001.0161.0714887828672軸 黃河JN162（后軸）561.33111151001.151.8366889210313軸 交通SH361（后軸）53.462.211101001.1

7、1.51376403178合計48314831N16012.當以設計彎沉為指標及瀝青層層底拉應力驗算時應用公式：由上表計算得N1=6012次天設計年限累計當量標準軸載數(shù)：其中t=15,=0.38,r=8.5%.2) 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時計算的當量交通量由相關規(guī)定可以得出下表（Excel），車輛類型NiC1C2PiPPi/P(Pi/P)8N1軸桑塔納（前軸）7300.26118.571000.075.7648E-10不考慮五十鈴（前軸）12563.1118.5141000.141.4758E-07不考慮2軸 解放CA10B（前軸）6545.88118.519.41000.1942.0

8、064E-06不考慮2軸 黃河JN150 （前軸）2675.97118.5491000.490.00332329164.52110172軸 黃河JN162（前軸）561.33118.559.51000.5950.01570854163.12694683軸 交通SH361（前軸）53.46118.5601000.60.0167961616.6115702合計后軸344.2596187344.26軸桑塔納（后軸）7300.26118.5141000.141.4758E-07不考慮五十鈴（后軸）12563.1118.5281000.283.778E-05不考慮2軸 解放CA10B（后軸）6545.8

9、81160.851000.60850.01879683123.04180682軸 黃河JN150 （后軸）2675.9711101.61001.0161.135402023038.3017512軸 黃河JN162（后軸）561.33111151001.153.059022861717.1213033軸 交通SH361（后軸）53.46311101001.127887733合計5222.2536345222.3N15566.5當進行半剛性基層層底拉應力驗算時應用公式：由上表計算得N1=5567次天設計年限累計當量標準軸載數(shù)： 其中t=15,=0.38,r=8.5%.確定

10、路面設計彎沉值ld查教材路基路面工程表12-9,12-10，12-11得Ac=1.0,As=1.0,As=1.0,由式(12-28), 確定土基回彈模量E0值 由教材路基路面工程表2-8，對中濕類粉質粘土組，其分界稠度為：1.05c0.90,現(xiàn)取c=1.0,參照教材路基路面工程表12-12，對3區(qū)中濕路段，E0=36.0Mpa。（3）、計算待求層厚度土基及路面材料的回彈模量及各強度值列于下表。材料名稱抗壓回彈模量劈裂強度抗彎拉強度彎拉回彈模量2015中粒式瀝青混泥土120018001.11.51500細粒式瀝青混泥土140020001.41.51500粗粒式瀝青混凝土100012000.81.

11、51500水泥穩(wěn)定碎石150015000.61.0 800石灰土5505500.250.31200土基 36.0- 根據(jù) ls=ld,利用式（12-15），求理論彎沉系數(shù)c:對于計算待求層厚度將該多層體系換成當量三層體系如下圖所示，其中中層厚度H由h2,h3 ，h4和h5 組合而成，其計算方法如下： （a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算計算H 由查教材路基路面工程圖12-10，得由查圖12-10，得由得再由及查得。故由式（12-16）計算: （4）驗算整體性材料層底部的最大彎拉應力 確定容許拉應力 由式（12-34），有；由式（12-35），對瀝青混凝土，；由式（12-36

12、），對水泥穩(wěn)定碎石，；對石灰土，；經(jīng)計算，細粒式瀝青混凝土：中粒式瀝青混凝土：粗粒式瀝青混凝土：水泥穩(wěn)定碎石： 石灰土： 得中粒式瀝青混凝土容許彎拉應力：細粒式瀝青混凝土容許彎拉應力： 粗粒式瀝青混凝土容許彎拉應力： 水泥穩(wěn)定碎石容許彎拉應力： 石灰土容許彎拉應力： 確定中粒式瀝青混凝土底層彎拉應力m1 將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：（a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算由由圖12-18，查得，表明該層層底承受彎曲壓應力，自然滿足要求。確定細粒式瀝青混凝土底層彎拉應力m2 將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：（a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當

13、量換算由由圖12-18，查得，表明該層層底承受彎曲壓應力，自然滿足要求。確定粗粒式瀝青混凝土底層彎拉應力m3 將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：（a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算由由圖12-18，查得，表明該層層底承受彎曲壓應力，自然滿足要求。確定水泥穩(wěn)定碎石底層彎拉應力m4 將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：（a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算由查圖12-18，查得；，查得，故 確定石灰土底層彎拉應力m5 將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：（a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算查圖12-29，得；由,查得；由

14、,查得。通過計算可以基本確定本方案所擬定路面結構符合要求，即，細粒式瀝青混凝土：5cm；細粒式瀝青混凝土：4cm；粗粒式瀝青混凝土：8cm；水泥穩(wěn)定碎石：20cm;石灰土;45cm。 解法二 由瀝青路面結構電算程序計算 （1）軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算 序號 車型 名稱 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 1 解放CA10B 19.4 60.85 1 雙輪組 6546 2 黃河JN150 49 101.6 1 雙輪組 2676 3 黃河JN162 59.5 115 1 雙輪組 561 4 交通SH361 60 110 2 雙輪組 3 53 設計年

15、限 15 ；車道系數(shù)0.38 ；交通量平均年增長率8.5 當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時 : 路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 6043 設計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 2.366327E+07 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時 : 路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 5563 設計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 2.178368E+07 公路等級 ：高速公路 公路等級系數(shù) 1 ； 面層類型系數(shù) 1 ； 基層類型系數(shù) 1 路面設計彎沉值 : 20.1 (0.01mm) 層位 結 構 層 材 料 名 稱 劈裂強度(MPa) 容許拉應力(MPa) 1 中粒式瀝青混凝土 1.

16、1 0.29 2 細粒式瀝青混凝土 1.4 0.37 3 粗粒式瀝青混凝土 0.8 0.19 4 水泥穩(wěn)定碎石 0.6 0.27 5 石灰土 0.25 0.09 （2）新建路面結構厚度計算 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 : 20.1 (0.01mm) 路面設計層層位 : 5 設計層最小厚度 : 15 (cm) 層位 結構層材料名稱 厚度(cm) 抗壓模量(MPa) 抗壓模量(MPa) 容許應力(MPa) （20) (15) 1 中粒式瀝青混凝土 5 1200 1800 0.29 2 細粒式瀝青混凝土 4 1400 20

17、00 0.37 3 粗粒式瀝青混凝土 8 1000 1200 0.19 4 水泥穩(wěn)定碎石 20 1500 1500 0.27 5 石灰土 ? 550 550 0.09 6 土基 36 按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 20.1 (0.01mm) H( 5 )= 40 cm LS= 21.3 (0.01mm) H( 5 )= 45 cm LS= 19.9 (0.01mm) H( 5 )= 44.3 cm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力驗算設計層厚度 : H( 5 )= 44.3 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 5 )= 44.3 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求) H(

18、5 )= 44.3 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 5 )= 44.3 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 5 )= 44.3 cm(第 5 層底面拉應力驗算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 5 )= 44.3 cm(僅考慮彎沉) H( 5 )= 44.3 cm(同時考慮彎沉和拉應力) （3）竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算 公 路 等 級 : 高速公路 新建路面的層數(shù) : 5 標 準 軸 載 : BZZ-100 層位 結構層材料名稱 厚度(cm) 抗壓模量(MPa) 抗壓模量(MPa) 計算信息 (20) (15) 1 中粒式瀝青混凝土 5 1200 1800

19、計算應力 2 細粒式瀝青混凝土 4 1400 2000 計算應力 3 粗粒式瀝青混凝土 8 1000 1200 計算應力 4 水泥穩(wěn)定碎石 20 1500 1500 計算應力 5 石灰土 45 550 550 計算應力 6 土基 36 計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值 : 第 1 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 19.9 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 21.7 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 23.7 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 27.7 (0.01mm) 第 5 層路面頂面竣工驗收彎沉值

20、LS= 55.2 (0.01mm) 土基頂面竣工驗收彎沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根據(jù)“基層施工規(guī)范”第88頁公式) LS= 258.8 (0.01mm)(根據(jù)“測試規(guī)程”第56頁公式) 計算新建路面各結構層底面最大拉應力 : 第 1 層底面最大拉應力 ( 1 )=-0.158 (MPa) 第 2 層底面最大拉應力 ( 2 )=-0.024 (MPa) 第 3 層底面最大拉應力 ( 3 )=-0.03 (MPa) 第 4 層底面最大拉應力 ( 4 )= 0.094 (MPa) 第 5 層底面最大拉應力 ( 5 )= 0.051 (MPa)兩種方法的比較：從兩種計算結果來看，近似

21、計算方法所的路面結構厚度稍微偏大，應該是手算時查表不準確所致！方案二：解法一 查圖標近似計算（1）確定路面結構方案 由表12-1到12-6，按當?shù)亟?jīng)驗與材料情況擬定路面結構組合設計方案（如圖所示）（2）確定路面設計彎沉值計算設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次Ne。由公式：1)當以設計彎沉為指標及瀝青層層底拉應力驗算時計算的當量交通量由相關規(guī)定可以得出與方案一同樣的計算表（見方案一），當以設計彎沉為指標及瀝青層層底拉應力驗算時應用公式：由上表計算得N1=6012次天設計年限累計當量標準軸載數(shù)： 其中t=15,=0.38,r=8.5%.2)當進行半剛性基層層底拉應力驗算時計算的當量交通量由相關規(guī)定

22、可以得出與方案一同樣的計算表（見方案一），當進行半剛性基層層底拉應力驗算時應用公式：由上表計算得N1=5567次天設計年限累計當量標準軸載數(shù)： 其中t=15,=0.38,r=8.5%.確定路面設計彎沉值ld查教材路基路面工程表12-9,12-10，12-11得Ac=1.0,As=1.0,As=1.0,由式(12-28), 確定土基回彈模量E0值 由教材路基路面工程表2-8，對中濕類粉質粘土組，其分界稠度為：1.05c0.90,現(xiàn)取c=1.0,參照教材路基路面工程表12-12，對3區(qū)中濕路段，E0=36.0Mpa。（3）、計算待求層厚度土基及路面材料的回彈模量及各強度值列于下表。材料名稱抗壓回彈

23、模量劈裂強度抗彎拉強度彎拉回彈模量2015中粒式瀝青混泥土140020001.11.51500細粒式瀝青混泥土120016001.41.51500粗粒式瀝青混凝土90012000.81.51500石灰土穩(wěn)定碎石100010000.60.61800石灰土5505500.250.31200土基 36.0- 根據(jù) ls=ld,利用式（12-15），求理論彎沉系數(shù)c:對于計算待求層厚度將該多層體系換成當量三層體系如下圖所示，其中中層厚度H由h2,h3 ，h4和h5 組合而成，其計算方法如下： （a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算計算H 由查教材路基路面工程圖12-10，得由查圖12

24、-10，得由得再由及查得。故由式（12-16）計算: （4）驗算整體性材料層底部的最大彎拉應力 確定容許拉應力 由式（12-34），有；由式（12-35），對瀝青混凝土，；由式（12-36），對石灰土穩(wěn)定碎石，；對石灰土，；經(jīng)計算，細粒式瀝青混凝土：中粒式瀝青混凝土：粗粒式瀝青混凝土：石灰土穩(wěn)定碎石： 石灰土： 得中粒式瀝青混凝土容許彎拉應力：細粒式瀝青混凝土容許彎拉應力： 粗粒式瀝青混凝土容許彎拉應力： 水泥穩(wěn)定碎石容許彎拉應力： 石灰土容許彎拉應力： 確定中粒式瀝青混凝土底層彎拉應力m1 將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算由由圖

25、12-18，查得，表明該層層底承受彎曲壓應力，自然滿足要求。確定細粒式瀝青混凝土底層彎拉應力m2將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算由由圖12-18，查得，表明該層層底承受彎曲壓應力，自然滿足要求。確定粗粒式瀝青混凝土底層彎拉應力m3 將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算由由圖12-18，查得，表明該層層底承受彎曲壓應力，自然滿足要求。 確定石灰土穩(wěn)定碎石底層彎拉應力m4將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示：a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算由查圖12

26、-18，查得；，查得，故確定石灰土底層彎拉應力m5將多層體系換算成當量三層體系，如下圖所示： a）實際路面結構 （b）當量三層體系 多層結構當量換算查圖12-29，得；由,查得；由,查得。通過計算可以基本確定本方案所擬定路面結構符合要求，即，細粒式瀝青混凝土：5cm；細粒式瀝青混凝土：4cm；粗粒式瀝青混凝土：8cm；水泥穩(wěn)定碎石：20cm;石灰土;45cm。 解法二 由瀝青路面結構電算程序計算（1）軸載換算及設計彎沉值和容許拉應力計算序號 車型 名稱 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 1 解放CA10B 19.4 60.85 1 雙輪組 6546 2

27、黃河JN150 49 101.6 1 雙輪組 2676 3 黃河JN162 59.5 115 1 雙輪組 561 4 交通SH361 60 110 2 雙輪組 3 53 設計年限15 ； 車道系數(shù)0.38 ； 交通量平均年增長率； 8.5 當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時 : 路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 6043 設計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 2.366327E+07 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時 : 路面竣工后第一年日平均當量軸次 : 5563 設計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次 : 2.178368E+07 公路等級 ：高速公路 公路等級系數(shù) 1 面層類型系數(shù)

28、 1 基層類型系數(shù) 1 路面設計彎沉值 : 20.1 (0.01mm) 層位 結 構 層 材 料 名 稱 劈裂強度(MPa) 容許拉應力(MPa) 1 中粒式瀝青混凝土 1.1 .29 2 細粒式瀝青混凝土 1.4 .37 3 粗粒式瀝青混凝土 .8 .19 4 石灰土穩(wěn)定碎石 .4 .18 5 石灰土 .25 .09 （1）新建路面結構厚度計算 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 : 20.1 (0.01mm) 路面設計層層位 : 5 設計層最小厚度 : 15 (cm) 層位 結構層材料名稱 厚度(cm) 抗壓模量(MPa

29、) 抗壓模量(MPa) 容許應力(MPa) (20) (15) 1 中粒式瀝青混凝土 4 1400 2000 .29 2 細粒式瀝青混凝土 4 1200 1600 .37 3 粗粒式瀝青混凝土 8 900 1200 .19 4 石灰土穩(wěn)定碎石 35 1000 1000 .18 5 石灰土 ? 550 550 .09 6 土基 36 按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 20.1 (0.01mm) H( 5 )= 30 cm LS= 20.7 (0.01mm) H( 5 )= 35 cm LS= 19.4 (0.01mm) H( 5 )= 32.3 cm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力驗算設計層厚度 : H( 5 )= 32.3 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 5 )= 32.3 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 5 )= 32.3 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 5 )= 32.3 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 5 )= 32.3 cm(第 5 層底面拉應力驗算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 5 )= 32.3 cm(僅考慮彎沉) H( 5 )= 32.3 cm(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