[課程設(shè)計(jì)]瀝青路面設(shè)計(jì)

1、PAGE 18 瀝青路面設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)（1）了解設(shè)計(jì)任務(wù),擬定工作計(jì)劃，查閱資料。（3）按公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JIG D50-2006的內(nèi)容及要求進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（5）根據(jù)指導(dǎo)教師的要求，采用指定的初始條件進(jìn)行設(shè)計(jì)：瀝青路面的設(shè)計(jì)，在完成路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)后，利用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算及各層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。在設(shè)計(jì)說明書（設(shè)計(jì)報(bào)告書）中應(yīng)畫計(jì)算圖，采用A4紙打印設(shè)計(jì)報(bào)告書。（6）出圖：瀝青路面設(shè)計(jì)不出圖（留待畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)訓(xùn)練出圖）二、課程設(shè)計(jì)報(bào)告書主要內(nèi)容（一）初始條件：廣西南寧地區(qū)（IV區(qū)）某新建雙向4車道一級(jí)公路，擬采用瀝青混凝土路面，路基土為高液限粘土，地下水位為1m，路基填土

2、高度1.2m，預(yù)計(jì)通車初年的交通量如下： 表一車型黃河JN150解放CA10B長征CZ160上海SH130小汽車交通量（輛/h）7201100280120100交通量年平均增長率7，沿線可開采碎石、砂礫，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供應(yīng)。（二）要求完成的主要任務(wù)：（1）確定路面等級(jí)和面層類型；（2）確定土基的回彈模量；（3）路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)；（4）根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度（采用瀝青路面設(shè)計(jì)專用程序，輸入設(shè)計(jì)彎沉值及設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表的設(shè)計(jì)參數(shù)后，對需進(jìn)行厚度計(jì)算的結(jié)構(gòu)層進(jìn)行厚度計(jì)算，并進(jìn)行各層底拉應(yīng)力驗(yàn)算）。1.基本資料確定1.1確定公路等級(jí)1.1.1計(jì)算通車初年的折算交通量其中折算系數(shù)查公路工

3、程技術(shù)指標(biāo)(JTG B01 2003)，表2.0.2各汽車代表車型與車輛折算系數(shù)。 表一：各車輛的折算系數(shù)車型序號(hào)車型名稱折算系數(shù)交通量（輛/日）折算后交通量（輛/日）1黃河JN1501.572010802解放CA10B1.5110016503長征CZ16022805604上海SH1301.51201805小汽車1.0100100 總計(jì) 3570 由上表可知初年的平均日交通量為3650輛/日1.1.2設(shè)計(jì)交通量 由公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD50-2006），表3.1.3各級(jí)公路瀝青路面設(shè)計(jì)年限。 一級(jí)公路設(shè)計(jì)年限為15年。其中：AADT 設(shè)計(jì)交通量（pcu/d）； ADT 起始年平均日交通

4、量（pcu/d）； 年平均增長率（%）； n 預(yù)測年限 則15年后的設(shè)計(jì)交通量為： =36501+7%15-1=9412 (pcu/d)1.2擬定路基寬度和設(shè)計(jì)速度及其他資料 1）擬定設(shè)計(jì)速度為：100km/h 2) 根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG B01 2003) 表3.0.11雙向四車道，路基寬度為：26m； 3) 擬采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)年限為15年； 4)沿線土質(zhì)為粘土； 5）土基回彈模量的確定 因無實(shí)測條件，由查表法預(yù)測土基回彈模量：（1）確定臨界高度查路基路面工程鄧學(xué)均，表1-9路基臨界高度參考值，公路自然區(qū)劃屬IV區(qū)得：=1.8m，= 1.5m，= 1.2m。地下水位為-1m，路

5、基填土高度為1.2m。所以以填方路段的路基處于干燥狀態(tài)。 （2）確定平均稠度 查路基路面工程鄧學(xué)均，表14-9土基干濕狀態(tài)的稠度建議值，得：填方路段的平均稠度為1.10。 （3）確定回彈模量 查路基路面工程鄧學(xué)均，表14-11二級(jí)自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值（MPa），得：填方路段的土基回彈模量為40.0Mpa。2.軸載計(jì)算2.1代表軸載 查路基路面工程鄧學(xué)均，表2-1的車輛軸載如下表 表二：車輛軸載表車型序號(hào)車型名稱前軸重后軸重后軸數(shù)后軸輪組數(shù)1黃河JN15049.00101.60122解放CA10B19.4060.85123長征CZ16045.283.7124上海SH13016.523

6、5小汽車- -2.2軸載換算 我國瀝青路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ-100。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)按表3確定。 表三：標(biāo)準(zhǔn)軸載個(gè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載P（KN）100單輪當(dāng)量圓直徑d（mm）21.30輪胎接地壓強(qiáng)P（Mpa）0.70兩輪中心距（cm）15d軸載換算以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉力為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或者以半剛性材料層的拉力為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2.2.1以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉力為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 式中： 相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN的作用次數(shù)（次/d）； 各級(jí)軸載的作用次數(shù)（次/d）； 各種被換算車型的軸載（KN）； 標(biāo)準(zhǔn)軸載（KN） 軸數(shù)系數(shù)

7、； 輪組系數(shù)，單輪組 = 6.4；雙輪組 = 1.0；四輪組 = 0.38; K被換算車型的軸載級(jí)別。注：當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸計(jì)算，此時(shí)軸系數(shù)為1；當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或者多軸按=1 + 1.2（m 1）計(jì)算，m為軸數(shù)。 表四：軸載換算匯總表車型Pi（KN）C1C2ni（次/d）黃河JN150前軸4916.4720206.9后軸101.611720771.5解放CA10B后軸60.85111100126.7長征CZ160前軸45.216.428056.6后軸83.72.21280284.1上海SH130前軸16.5120后軸23 120小汽車1001445.82.2.2以半剛

8、性材料層的拉力為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)式中：以半剛性材料層的拉力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/d）； 軸數(shù)系數(shù)； 輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09。其余符號(hào)含義參照上式。對于軸間距小于3m的雙軸及多軸的軸數(shù)系數(shù)按下式計(jì)算： = 1 + 2（m 1）式中：m 軸數(shù)。 表五：各級(jí)軸載（軸載小于50的不計(jì)） 車型Pi（KN）C1C2ni（次/d）黃河JN150后軸106.6117201200.5解放CA10B后軸60.8511110020.7長征CZ160后軸83.731280202.31423.52.2.3設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載數(shù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過的累積當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)

9、按下式計(jì)算：式中： 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過的累積標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次（次/車道）； 設(shè)計(jì)年限（年）； 路面運(yùn)營第一年雙向日平均當(dāng)量軸次（次/d）； 設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量平均增長率（%）；車道系數(shù)，雙向四車道高速公路取0.45。一級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為15年，雙向四車道的車道系數(shù)=0.45.Ne=1+t-1365N=1+0.0715-10.073651445.80.45=5967455（次/車道）Ne=1+t-1365N=1+0.0715-10.073651423.50.45=5875414（次/車道）根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD50-2006)P14表3.1.8交通分級(jí)可確定軸載等級(jí)為：中等交通

10、。3.路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)3.1擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案面層宜選擇瀝青混凝土，又由于該路為一級(jí)公路，因此采用三層結(jié)構(gòu)。3.2擬定路面結(jié)構(gòu)層厚度由公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD50-2006），表4.1.3-1瀝青混合料的壓實(shí)最小厚度和適宜厚度，表4.1.5各種結(jié)構(gòu)層壓實(shí)最小厚度和適宜厚度。方案一：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm中粒式瀝青混凝土+8cm粗粒式瀝青混凝土+20cm石灰碎石土+？石灰土（厚度待計(jì)算確定），以石灰土為設(shè)計(jì)層。方案二：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土+5cm中粒式瀝青混凝土+8cm粗粒式瀝青混凝土+22cm密集配瀝青碎石+？級(jí)配碎石，以級(jí)配碎石為設(shè)計(jì)層。3.3各層材料設(shè)計(jì)參數(shù) 由路基路面工

11、程鄧學(xué)鈞，由表14-15瀝青混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)得到下表 表七：半剛性路面瀝青混合料設(shè)計(jì)參數(shù)材料名稱 抗壓回彈模量（MPa） 劈裂強(qiáng)度（MPa）2015細(xì)粒式瀝青混凝土 1400 20001.4粗粒式瀝青混凝土 1000 14000.8中粒式瀝青混凝土 1200 18001石灰碎石土 15000.65石灰土 5500.225土基 40 -表八：柔性路面瀝青混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)材料名稱 抗壓回彈模量（MPa） 劈裂強(qiáng)度（MPa）2015細(xì)粒式瀝青混凝土 1400 20001.4粗粒式瀝青混凝土 1000 14000.8中粒式瀝青混凝土 1200 18001密集配瀝青碎石 1200 14000.8石灰土 20

12、0土基 40 -4.根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度4.1方案一計(jì)算路面設(shè)計(jì)彎沉值及其厚度 一級(jí)公路，取Ac=1.0，面層為瀝青混凝土，取As=1.0半剛性基層、底基層總厚度大于20cm,取AB=1.0.設(shè)計(jì)彎沉：ld=600Ne-0.2AcAsAB=600（5.97106）-0.2111=26.5（0.01mm）各層材料的容許層底拉應(yīng)力 R=spKs細(xì)粒式密集配瀝青混凝土（瀝青Ac=1.0，Ne=5967455）: Ks=0.09Ne0,22Ac=0.0959674550.22=2.79 R=1.42.79=0.5（MPa）中粒式密集配瀝青混凝土: Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=1

13、2.79=0.36（MPa） 粗粒式密集配瀝青混凝土: Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=0.82.79=0.29(MPa)二灰碎石：(Ne=5875414) Ks=0.35Ne0.11Ac=1.94 R=0.651.94=0.34（MPa）石灰土： Ks=0.45Ne0.11Ac=2.50 R=0.2252.50=0。09（MPa）表九：設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表材料名稱厚度（cm）20抗壓模量（MPa）15抗壓模量（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）細(xì)粒式瀝青混凝土4140020000.5中粒式瀝青混凝土6120018000.36粗粒式瀝青混凝土8100014000.29 石灰碎石土201500

14、0.34石灰土待定5500.09土基40 采用HPDS2011公路路面設(shè)計(jì)程序計(jì)算結(jié)果 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：26.5（0.01mm） 路面設(shè)計(jì)層層位：5 設(shè)計(jì)層最小厚度：15（cm）按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : 表十：HPDS2011厚度計(jì)算顯示表層位結(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4014000200000.52中粒式瀝青混凝土6012000180000.363粗粒式瀝青混凝土8010000140000.

15、294石灰碎石土20015000150000.345石灰土？550055000.096土基4040ld= 26.5 (0.01mm) H( 5 )= 200mm ls= 27.4 (0.01mm) H( 5 )= 250 mm ls= 25.2 (0.01mm) H( 5 )= 220 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 )= 220 mm(第 1 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 5 )= 220 mm(第 2 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 5 )= 220 mm(第 3 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求) H( 5 )= 220 mm(第 4 層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求

16、) H( 5 )= 290 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 )= 220 mm(僅考慮彎沉) H( 5 )= 220 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 500 mm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 表九：設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表 材料名稱厚度（cm）20抗壓模量（Mpa）15抗壓模量（Mpa）容許拉應(yīng)力（Mpa）細(xì)粒式瀝青混凝土4140020000.5中粒式瀝青混凝土6120018000.36粗粒式瀝青混凝土8100014000.29石灰碎石土2015000.34石灰土225500.09土基 40細(xì)粒式瀝青混凝土 4cm

17、中粒式瀝青混凝土 6cm粗粒式瀝青混凝土 8cm石灰碎石土 20cm石灰土 22cm土基 4.2方案二計(jì)算路面設(shè)計(jì)彎沉值及其厚度一級(jí)公路，取Ac=1.0，面層為瀝青混凝土，取As=1.0柔性基層、底基層總厚度大于20cm,取AB=1.6.設(shè)計(jì)彎沉：ld=600Ne-0.2AcAsAB=600（5.97106）-0.2111.6=42.4（0.01mm）各層材料的容許層底拉應(yīng)力 R=spKs細(xì)粒式密集配瀝青混凝土（瀝青Ac=1.0，Ne=5967455）: Ks=0.09Ne0,22Ac=0.0959674550.22=2.79 R=1.42.79=0.5（MPa）中粒式密集配瀝青混凝土: Ks

18、=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=12.79=0.36（MPa） 粗粒式密集配瀝青混凝土: Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=0.82.79=0.29(MPa)密集配瀝青碎石： Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=0.82.79=0.29(MPa)表十一：設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表材料名稱厚度（cm）20抗壓模量（MPa）15抗壓模量（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）細(xì)粒式瀝青混凝土4140020000.5中粒式瀝青混凝土5120018000.36粗粒式瀝青混凝土8100014000.29 密集配瀝青碎石22120014000.29級(jí)配碎石？200土基40采用HPDS2011公路

19、路面設(shè)計(jì)程序計(jì)算結(jié)果 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：42.4（0.01mm） 路面設(shè)計(jì)層層位：5 設(shè)計(jì)層最小厚度：15（cm）按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : 表十二：HPDS2011厚度計(jì)算顯示表層位結(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4014000200000.52中粒式瀝青混凝土5012000180000.363粗粒式瀝青混凝土8010000140000.294密集配瀝青碎石2012000140000.295級(jí)配碎石？

20、200020006土基4040按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度 : ld= 42.4 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm ls= 34.6 (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 )= 150 mm(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

21、 : 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 : 500 mm 驗(yàn)算結(jié)果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求表十三：設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表 材料名稱厚度（cm）20抗壓模量（Mpa）15抗壓模量（Mpa）容許拉應(yīng)力（Mpa）細(xì)粒式瀝青混凝土4140020000.5中粒式瀝青混凝土5120018000.36粗粒式瀝青混凝土8100014000.29密集配瀝青碎石2212001400 0.29級(jí)配碎石15200-土基 40通過對設(shè)計(jì)層厚度的調(diào)整細(xì)粒式瀝青混凝土 4cm中粒式瀝青混凝土 5cm粗粒式瀝青混凝土 8cm密集配瀝青碎石 22c

22、m級(jí)配碎石 15cm 土基5. 竣工驗(yàn)收彎沉值和層底彎拉應(yīng)力驗(yàn)算 方案一：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 表十四：HPDS2011竣工驗(yàn)算表層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）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）綜合影響系數(shù)1細(xì)粒式瀝青混凝土4140002000012中粒式瀝青混凝土6120001800013粗粒式瀝青混凝土8100001400014二灰碎石20150001500015石灰土225500550016土基4004001 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

23、面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls= 26.5(0.01mm) 第 2 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls= 29.5 (0.01mm) 第 3 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls= 34.8(0.01mm) 第 4 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls= 43 (0.01mm) 第 5 層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls= 121.2(0.01mm) 路基頂面交工驗(yàn)收彎沉值 Ls= 232.9 (0.01mm)( 根據(jù)“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”公式計(jì)算) Ls= 292.5 (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 :(未考慮綜合影響系數(shù)) 第 1 層底面最大拉應(yīng)力 ( 1 )=-.226 (MPa) 第 2 層底面最大拉應(yīng)力 ( 2 )=-.061 (MPa) 第 3 層底面最大拉應(yīng)力 ( 3 )=-.013 (MPa) 第 4 層底面最大拉應(yīng)力 ( 4 )= .134 (MPa) 第 5 層底面最大拉應(yīng)力 ( 5 )= .079 (MPa)有以上結(jié)果可知容許彎拉應(yīng)力R均大于各層地面最大拉壓力，故應(yīng)力滿足要求。方案二： 表十五：HPDS2011竣工驗(yàn)算表層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（cm）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）綜合影響