瀝青路面設(shè)計(jì)

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),擬定工作方案，查閱資料?！?〕按《公路瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JIGD50-2006》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?！?〕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、水泥等材料供給?！捕骋笸瓿傻闹饕蝿?wù)：〔1〕確定路面等級和面層類型；〔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.根本資料確定1.1確定公路等級計(jì)算通車初年的折算交通量其中折算系數(shù)查《公路工程技術(shù)指標(biāo)》(JTGB012003)，表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/日設(shè)計(jì)交通量由《公路瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》〔JTGD50-2006〕，表3.1.3各級公路瀝青路面設(shè)計(jì)年限。一級公路設(shè)計(jì)年限為15年。其中：AADT—設(shè)計(jì)交通量〔pcu/d〕；ADT—起始年平均日交通量〔pcu/d〕；—年平均增長率〔%〕；n—預(yù)測年限那么15年后的設(shè)計(jì)交通量為：=3650×1+7%15-11.2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/h2)根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB012003)表雙向四車道，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〕土基回彈模量確實(shí)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，路基填土高度為1.2m。所以以填方路段的路基處于枯燥狀態(tài)?！?〕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?！?〕確定回彈模量查《路基路面工程》鄧學(xué)均，表14-11二級自然區(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\\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〕1．5d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)；—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P〔KN〕CCn〔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16.5\\120\后軸23\\120\小汽車\\\\100\1445.82.2.2以半剛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：各級軸載〔軸載小于50的不計(jì)〕車型P〔KN〕CCn〔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)年限內(nèi)一個(gè)車道通過的累積當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)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+γt-Ne=1+γt根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG

D50-2006)P14表交通分級可確定軸載等級為：中等交通。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)標(biāo)準(zhǔn)》〔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+？級配碎石，以級配碎石為設(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〕20℃15℃細(xì)粒式瀝青混凝土140020001.4粗粒式瀝青混凝土100014000.8中粒式瀝青混凝土120018001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〕20℃15℃細(xì)粒式瀝青混凝土140020001.4粗粒式瀝青混凝土100014000.8中粒式瀝青混凝土120018001密集配瀝青碎石120014000.8石灰土200—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,取設(shè)計(jì)彎沉：ld=600各層材料的容許層底拉應(yīng)力σ細(xì)粒式密集配瀝青混凝土〔瀝青Ac=1.0，Ne=5967455Ks=σR=1.4中粒式密集配瀝青混凝土:KsσR=1粗粒式密集配瀝青混凝土:KsσR二灰碎石：(NeσR=0.65石灰土：Ks=0.45Ne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：一級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8010000140000.294石灰碎石土20015000150000.345石灰土？550055000.096土基—4040—ldH(5)=200mmls=27H(5)=250mmls=25.2H(5)=220mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度:H(5)=220mm(第1層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H(5)=220mm(第2層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H(5)=220mm(第3層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H(5)=220mm(第4層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H(5)=290mm(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)=220mm(僅考慮彎沉)H(5)=220mm(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500mm驗(yàn)算結(jié)果說明,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,取設(shè)計(jì)彎沉：ld=600各層材料的容許層底拉應(yīng)力σ細(xì)粒式密集配瀝青混凝土〔瀝青Ac=1.0，Ne=5967455Ks=σR=1.4中粒式密集配瀝青混凝土:KsσR=1粗粒式密集配瀝青混凝土:KsσR密集配瀝青碎石：KsσR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級配碎石？200—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：一級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級配碎石？20002000—6土基—4040—按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度:ldH(5)=150mmls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)=150mm(僅考慮彎沉)按容許拉應(yīng)力計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度:H(5)=150mm(第1層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H(5)=150mm(第2層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H(5)=150mm(第3層底面拉應(yīng)力計(jì)算滿足要求)H(5)=150mm(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:H(5)=150mm(僅考慮彎沉)H(5)=150mm(同時(shí)考慮彎沉和拉應(yīng)力)驗(yàn)算路面防凍厚度:500mm驗(yàn)算結(jié)果說明,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22120014000.29級配碎石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22cm級配碎石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:一級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層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls=26.5第2層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls=29.5第3層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls=34.8第4層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls=43第5層路面頂面交工驗(yàn)收彎沉值Ls=121.2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)標(biāo)準(zhǔn)Ls=292.5(0.01mm)(根據(jù)“公路路面基層施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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σ(1)=-.226(MPa)第2層底面最大拉應(yīng)力σ(2)=-.061(MPa)第3層底面最大拉應(yīng)力σ(3)=-.013(MPa)第4層底面最大拉應(yīng)力σ(4)=.134(MPa)第5層底面最大拉應(yīng)力σ(5)=.079(MPa)有以上結(jié)果可知容許彎拉應(yīng)力σR方案二：表十五：HPDS2011竣工驗(yàn)算表