(全過程精細講解)路面結構設計及計算

1、路面結構設計及計算表7.1 交通量組成表車 型總重(KN)載重(KN)前軸重(KN)后軸重(KN)后軸數(shù)后輪輪組數(shù)前輪輪組數(shù)軸 距(cm)交通量黃河JN150150.682.649101.6l雙單760解放CA10B80.254019.4060.851雙單1710東風EQ14092.9050.0023.7069.201雙單760太脫拉138211.4120.0051.402802雙單132190標準軸載010013807.1 軸載分析路面設計以雙軸組單軸載100KN作為標準軸載a.以設計彎沉值為指標及驗算瀝青層層底拉應力中的累計當量軸次。（1）軸載換算軸載換算采用如下的計算公式： （7.1）式

2、中： N 標準軸載當量軸次，次/日 被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日 P標準軸載，KN 被換算車輛的各級軸載，KN K被換算車輛的類型數(shù) 軸載系數(shù)，m是軸數(shù)。當軸間距離大于3m時，按單獨的一個軸載計算；當軸間距離小于3m時，應考慮軸數(shù)系數(shù)。 ：輪組系數(shù)，單輪組為6.4,雙輪組為1，四輪組為0.38。軸載換算結果如表所示：表7.2 軸載換算結果表車型黃河JN150前軸4916.4760218.447 后軸101.611760814.331 解放CA10B后軸60.85111710197. 東風EQ140后軸69.21176012.930 太脫拉138前軸51.416.419067.239 后

3、軸802.21190158.350 標準軸載380380.000 1848.327 注：軸載小于25KN的軸載作用不計。（2）累計當量軸數(shù)計算根據(jù)設計規(guī)，一級公路瀝青路面的設計年限為15年，四車道的車道系數(shù)取0.40， =4.2 %，累計當量軸次： (7.2)驗算半剛性基層層底拉應力的累計當量軸次b.軸載換算 驗算半剛性基底層底拉應力公式為 (7.3)式中：為軸數(shù)系數(shù)， 為輪組系數(shù)，單輪組為1.85，雙輪組為1，四輪組為0.09。計算結果如下表所示：表7.3車型黃河JN150后軸101.611760862.906解放CA10B后軸60.8511171032.143東風EQ140后軸69.211

4、7600.424太脫拉138前軸51.411.851901.712后軸802.2119070.129標準軸載380380.0001347.313注：軸載小于50KN的軸載作用不計。 7.2 結構組合與材料選取由上面的計算得到設計年限一個行車道上的累計標準軸次約為700萬次左右，根據(jù)規(guī)推薦結構，路面結構層采用瀝青混凝土（15cm）、基層采用石灰粉煤灰碎石（厚度待定）、底基層采用石灰土（30cm）。規(guī)規(guī)定高速公路一級公路的面層由二至三層組成，查規(guī)，采用三層瀝青面層，表面層采用細粒式密級配瀝青混凝土（厚4cm），中間層采用中粒式密級配瀝青混凝土（厚5cm），下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（厚6cm

5、）。7.3 各層材料的抗壓模量與劈裂強度查有關資料的表格得各層材料抗壓模量（20）與劈裂強度表7.4 路面材料技術指標材料名稱20抗壓模量（MPa）15彎拉模量（Mpa）15彎拉強度（Mpa）Ep細粒瀝青混凝土140020001.4中粒瀝青混凝土120016001.0粗粒瀝青混凝土90012000.8細粒式瀝青瑪蹄脂碎石150018001.4中粒式瀝青瑪蹄脂碎石130017001粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石100013000.8水泥穩(wěn)定碎石160016000.5石灰粉煤灰碎石150015000.6二灰土6006000.3石灰土5505500.25表7.5 瀝青混合料的壓實最小厚度和適宜厚度瀝青混合料類

6、型最大粒徑(mm)公稱最大粒(mm)符號壓實最小厚(mm)適宜厚度(mm)密集配瀝青混合料細粒式13.29.5AC-102025 - 40中粒式1916AC-163540 -60粗粒式31.526.5AC-257070 - 120瀝青瑪蹄脂碎石混合料細粒式13.29.5SMA-102525 - 50中粒式1916SMA-164040 - 70粗粒式31.526.5SMA-258080 - 1207.4 土基回彈模量的確定 該路段處于4區(qū)，為粉質土，稠度為1.05，查相關表的土基回彈模量為51.5MPa。7.5 設計指標的確定對于一級公路，規(guī)要求以設計彎沉值作為設計指標，并進行結構層層底拉應力的

7、驗算。a.設計彎沉值（一級公路）:該公路為一級公路，路面等級系數(shù)Ac=1.0，面層是瀝青混凝土路面取1.0，半剛性基層，底基層總厚度大于20cm，基層類型系數(shù)Ab=1.0。設計彎沉值為： (7.4)b.各層材料的容許層底拉應力 (7.5)（1）細粒式密級配瀝青混凝土 (7.6) (7.7)（2）中粒式密級配瀝青混凝土 （3）粗粒式密級配瀝青混凝土 （4）細粒式瀝青瑪蹄脂碎石 （5）中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 （6）粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石 （7）水泥碎石 (7.8) （9）石灰粉煤灰碎石 (7.9) （10）石灰土 （11）二灰土 7.6 設計資料總結相關資料匯總如下表：公路等級 一級公路公路等級系數(shù)

8、1 面層類型系數(shù) 1 基層類型系數(shù) 1 路面設計彎沉值 : 26.5 (0.01mm)表7.6 方案A材料名稱H（CM）劈裂強度(MPA)容許拉應力（MPA）細粒式瀝青混凝土41.40.51中粒式瀝青混凝土51.00.36粗粒式瀝青混凝土60.80.26石灰粉煤灰碎石 ？0.60.32石灰土300.250.1土基按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 26.5 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 29.4 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 25.9 (0.01mm) H( 4 )= 19.1 cm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力驗算設計層厚度 : H( 4 )

9、= 19.1 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 5 層底面拉應力驗算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 4 )= 19.1 cm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 19.1 cm(同時考慮彎沉和拉應力) 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 60 cm 驗算結果表明 ,路面總厚度滿足防凍要求 . 通過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改

10、, 最后得到路面結構設計結果如下: - 細粒式瀝青混凝土 4 cm - 中粒式瀝青混凝土 5 cm - 粗粒式瀝青混凝土 6 cm - 石灰粉煤灰碎石 20 cm - 石灰土 30 cm - 土基表7.7 竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算材料名稱20抗壓模量（MPa）15彎拉模量（Mpa）15彎拉強度（Mpa）計算信息細粒瀝青混凝土140020001.4計算應力中粒瀝青混凝土120016001.0計算應力粗粒瀝青混凝土90012000.8計算應力石灰粉煤灰碎石150015000.6計算應力石灰土5505500.25計算應力土基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

11、面竣工驗收彎沉值 LS= 25.9 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 28.7 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 32.5 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 37.2 (0.01mm) 第 5 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 89.6 (0.01mm)土基頂面竣工驗收彎沉值 LS= 322.9 (0.01mm) LS= 258.8 (0.01mm)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 )=-0.224 (MPa) 第 2 層底面最大拉應力 ( 2 )=-0.069 (MPa) 第

12、 3 層底面最大拉應力 ( 3 )=-0. (MPa) 第 4 層底面最大拉應力 ( 4 )= 0.123 (MPa) 第 5 層底面最大拉應力 ( 5 )= 0.076 (MPa)方案B：表7.8材料名稱H（CM）劈裂強度(MPA)容許拉應力（MPA）細粒式瀝青瑪蹄脂碎石31.40.51中粒式瀝青瑪蹄脂碎石41.00.36粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石60.80.26水泥穩(wěn)定碎石 ？0.50.27二灰土300.30.12土基按設計彎沉值計算設計層厚度 : LD= 26.5 (0.01mm) H( 4 )= 15 cm LS= 29.4 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 25.8 (

13、0.01mm) H( 4 )= 19 cm(僅考慮彎沉) 按容許拉應力驗算設計層厚度 : H( 4 )= 19 cm(第 1 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 2 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 3 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 4 層底面拉應力驗算滿足要求) H( 4 )= 19 cm(第 5 層底面拉應力驗算滿足要求) 路面設計層厚度 : H( 4 )= 19 cm(僅考慮彎沉) H( 4 )= 19 cm(同時考慮彎沉和拉應力) 驗算路面防凍厚度 : 路面最小防凍厚度 60 cm 驗算結果表明 ,路面總厚

14、度滿足防凍要求 . 通過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改, 最后得到路面結構設計結果如下: - 細粒式瀝青瑪蹄脂碎石 3 cm - 中粒式瀝青瑪蹄脂碎石 4 cm - 粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石 6 cm - 水泥穩(wěn)定碎石 20 cm - 石灰粉煤灰土 30 cm - 土基 竣工驗收彎沉值和層底拉應力計算 計算新建路面各結構層及土基頂面竣工驗收彎沉值 :表7.9材料名稱20抗壓模量（MPa）15彎拉模量（Mpa）15彎拉強度（Mpa）計算信息細粒式瀝青瑪蹄脂碎石150018001.4計算應力中粒式瀝青瑪蹄脂碎石130017001計算應力粗粒式瀝青瑪蹄脂碎石100013000.8計算應力水泥穩(wěn)定碎石160016000.5計算應力二灰土6006000.3 第 1 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 25.8 (0.01mm) 第 2 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 27.9 (0.01mm) 第 3 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 31 (0.01mm) 第 4 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 35.5 (0.01mm) 第 5 層路面頂面竣工驗收彎沉值 LS= 85.7 (0.01mm) 土基頂面竣工驗收彎沉值 LS= 322.9 (0.01mm) LS= 258.8 (0.0