一級公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例

1、一級公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例例1 甲乙兩地之間計(jì)劃修建一條四車道的一級公路，在使用期內(nèi)交通量的年平均增長率為10%。該路段處于IV7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供給。預(yù)測該路竣工后第一年的交通組成如下表所示，試進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。軸載換算結(jié)果表（彎沉）車 型Pi（KN）C1C2ni（次/日）三菱T653B前軸29.316.43009.2后軸48.01130012.3黃河JN163前軸58.616.4400250.4后軸114.011400707.3江淮HF150前軸45.116.440080.2后軸101.511400426.8解放SP9200前軸31.316.

2、430012.3后軸78.031300305.4湘江HQP40后軸73.221400205.9東風(fēng)EQ155前軸26.516.44007.9后軸56.72.2140074.62092.3解：1)軸載分析路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載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)量軸次軸載換算軸載換算采用如下的計(jì)算公式：計(jì)算結(jié)果如表所示。累計(jì)當(dāng)量軸次根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，一級公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限取15年，四車道的車道系數(shù)是0.40.5，取0.45。 （2）驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次軸載換算驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力的軸載換算公式為：計(jì)算結(jié)果如下表所示。軸載換算結(jié)果表

3、（半剛性基層層底拉應(yīng)力）車 型PiC1C2ni黃河JN163前軸58.6118.5400102.9后軸114.0114001141.0江淮HF150后軸101.511400450.6解放SP9200后軸78.031300123.3湘江HQP40后軸73.22140065.9東風(fēng)EQ155后軸56.73140012.81896.5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0.45。累計(jì)當(dāng)量軸次：2)結(jié)構(gòu)組合與材料選取由Ne=1092萬次左右。根據(jù)規(guī)范推薦結(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(15cm=4+5+6)+水泥碎石(取25cm)+石灰土(

4、厚度待定)+土基。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4cm)，中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土(厚度5cm)，下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土(厚度6cm)。3)各層材料的抗壓模量與劈裂強(qiáng)度抗壓模量取20的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，得到20的抗壓模量：細(xì)粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式的為1200MPa，粗粒式的為1000MPa，水泥碎石為1500MPa，石灰土550MPa。 各層材料的劈裂強(qiáng)度：細(xì)粒式密級配瀝青混凝土為1.4MPa，中粒式的為1.0MPa，粗粒式的為0.8MPa，水泥碎石為0.5MPa，石灰土0.225MPa。4)土基回彈模量的確定

5、該路段處于IV7區(qū),為粉質(zhì)土,稠度為1.00,查352表14-9“二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值(MPa)”查得土基回彈模量為40MPa。5)設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定對于一級公路，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。(1)設(shè)計(jì)彎沉值路面設(shè)計(jì)彎沉值根據(jù)公式計(jì)算。該公路為一級公路，公路等級系數(shù)取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，底基層基層類型系數(shù)取1.0。設(shè)計(jì)彎沉值為：(2)各層材料的容許層底拉應(yīng)力細(xì)粒式密級配瀝青混凝土 ：中粒式密級配瀝青混凝土 ：粗粒式密級配瀝青混凝土 ：水泥碎石：石灰土：6）設(shè)計(jì)資料總結(jié)設(shè)計(jì)彎沉值為23.47（0.01mm），相關(guān)

6、設(shè)計(jì)資料匯總?cè)缦卤怼?）確定石灰土層厚度設(shè)計(jì)資料匯總表材料名稱h（cm）20模量（MPa）15模量（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）劈裂強(qiáng)度（15）細(xì)粒式瀝青混凝土4140020000.44031.4中粒式瀝青混凝土5120018000.31451.0粗粒式瀝青混凝土6100014000.22860.8水泥碎石2515000.24270.5石灰土？5500.08490.225土基40按設(shè)計(jì)彎沉值Ld計(jì)算石灰土層厚度：（1）計(jì)算綜合修正系數(shù)F：（2）計(jì)算理論彎沉系數(shù)c（3）求計(jì)算層厚度細(xì)粒式瀝青砼 h1=4cm E1=1400中粒式瀝青砼 h2=5cm E2=1200粗粒式瀝青砼 h3=6cm E3

7、=1000石灰土 h5=4cm E5=550水泥碎石 h4=4cm E4=1500土基 E0=40MPah1=4cm，E1=1400H=？ E2=1200En=E0=40 中層厚度計(jì)算公式：查三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖P360圖（14-14）：因?yàn)?8）驗(yàn)算層底拉應(yīng)力（1）對細(xì)粒式瀝青砼層底拉應(yīng)力驗(yàn)算換算成當(dāng)量三層體系h1=4cm，E1=2000h2=5cm，E2=1800h3=6cm，E3=1400h4=25cm，E4=1500h5=28.5cm，E5=550h1=4cm，E1=2000H=？，E2=1800E0=40E0求層底最大拉應(yīng)力（2）求中粒式瀝青砼層底拉應(yīng)力驗(yàn)算換算成當(dāng)量三層體系h

8、1 E1h2 E2h3 E3h4 E4h5 E5 E0h=？ E2H=？ E3 E0求層底最大拉應(yīng)力(3)對粗粒式瀝青砼層底拉應(yīng)力驗(yàn)算換算成當(dāng)量三層體系h1 E1h2 E2h3 E3h4 E4h5 E5 E0h=？ E3H=？ E4 E0求層底最大拉應(yīng)力(4)對水泥碎石進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算換算成當(dāng)量三層體系h1 E1h2 E2h3 E3h4 E4h5 E5 E0h=？ E4H=h5 E5 E0計(jì)算層底最大拉應(yīng)力(5)對石灰土層底進(jìn)行拉應(yīng)力驗(yàn)算換算成當(dāng)量三層體系h1 E1h2 E2h3 E3h4 E4h5 E5 E0h=？ E4H=h5 E5 E0計(jì)算層底最大拉應(yīng)力需要增加多層路面第5層(設(shè)計(jì)層)

9、的厚度,即增加H的厚度.由于h、E0、E1、E2不變,設(shè)H增大到34cm.故待設(shè)計(jì)層厚度為h5=34cm,石灰土厚度增大.當(dāng)計(jì)算體系為彈性三層體系時，理論彎沉的表達(dá)式為：上式中理論彎沉系數(shù)L由彈性三層體系理論計(jì)算求得。將三層連續(xù)體系的電算結(jié)果繪成諾謨圖如P360圖14-14所示。計(jì)算時取泊桑比1=2=0.25，0=0.35。車輪荷載在路面面層和基層底面產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力，用彈性層狀體系理論方法計(jì)算。計(jì)算中需要的理論公式和諾模圖1.彎沉等效換算法當(dāng)采用三層體系計(jì)算多層路面的彎沉和結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力時，需將多層路面換算為含有上層、中層和下層半空間體的彈性三層體系。彎沉等效時中層厚度的換算公式為：2.彎拉應(yīng)力等效換算法根據(jù)對電算結(jié)果的分析歸納得出計(jì)算上層和中層彎拉應(yīng)力的多層路面換算方法：1)計(jì)算上層底面彎拉應(yīng)力的換算方法 這里說的上層是換算為三層體系之后的上層，如下圖所示。當(dāng)計(jì)算第i層底面的彎拉壓力時，需將i層以上各層換算為模量Ei、厚度h的一層即所謂上層，換算公式為： 將i+1層至n-1層換算為模量Ei+1、厚度為H的一