路面结构设计计算示例

课程名称：学生姓名：学生学号：专业班级：指导教师：年月日路面结构设计计算1试验数据处理1.1路基干湿状态和回弹模量1.1.1路基干湿状态路基土为粘性土，地下水位距路床顶面高度0.98m~1.85m。查路基临界高度参考值表可知IV5区H1=1.7~1.9m，H2=1.3~1.4m，H3=0.9~1.0m，本路段路基处于过湿~中湿状态。1.1.2土基回弹模量1)承载板试验表1.1承载板试验数据承载板压力（MPa）回弹变形（0.01mm)拟合后的回弹变形(0.01mm)0.0220100.0435250.0650410.0865570.1080720.15119剔除0.20169剔除0.25220剔除计算路基回弹模量时，只采用回弹变形小于1mm的数据，明显偏离拟合直线的点可剔除。拟合过程如图所示：路基回弹模量：2101011000(1)4niiniipDEl2）贝克曼梁弯沉试验表1.2弯沉试验数据测点回弹弯沉（0.01mm）1155218231704174515762007147817391721020711209122101317214170根据试验数据：l=∑2()15.85(0.01mm)1illSn√∑(l)20.56(0.01mm)式中：l——回弹弯沉的平均值（0.01mm）；S——回弹弯沉测定值的标准差（0.01mm）；li——各测点的回弹弯沉值（0.01mm）；n——测点总数。根据规范要求，剔除超出(2~3)lS的测试数据，重新计算弯沉有效数据的平均值和标准差。计算代表弯沉值：1174.791.64515.85200.86(0.01mm)allZSlZa为保证率系数，高速公路、一级公路取2.0，二、三级公路取1.645，四级公路取1.5。土基的回弹模量：220201220.70106.5(1)(10.35)0.71246.3(MPa)200.860.01pEl1.2二灰土回弹模量和强度1.2.1抗压回弹模量二灰土抗压回弹模量为：735MPa。1.2.250mm×50mm试件劈裂试验表1.3二灰土试件劈裂试验数据50mm×50mm试件劈裂试验最大荷载（N）2tPDh（kPa）处理结果1926235.80选用2982250.06选用31042265.34选用4986251.08选用51049267.13剔除6881224.34剔除有效数据平均值t（kPa）250.57有效数据样本标准差S（kPa）12.07变异系数Cv（%）4.82变异系数应小于6%，否则可在剔除偏差较大的数据后，重新计算平均值和标准差。设计值为：1.645247.221.64514.57223.25(kPa)ttdSt．＝．．1.3二灰稳定砂砾回弹模量和强度1.3.1二灰稳定砂砾回弹模量二灰稳定砂砾回弹模量为：1530MPa。1.3.2二灰稳定砂砾100mm×100mm试件劈裂试验表1.4二灰砂砾试件劈裂试验数据100mm×100mm试件劈裂试验最大荷载（N）DhPt2（kPa）处理结果110538671.21选用211735747.45选用311889757.26选用410794687.52选用510570673.25选用611519733.69选用711444728.92选用811671743.38选用912156774.27选用有效数据平均值t（kPa）724.10有效数据样本标准差S（kPa）37.70变异系数vC（%）5.2变异系数应小于10%，否则可在剔除偏差较大的数据后，重新计算平均值和标准差。设计值为：1.645628.341.64536.11568.94(kPa)ttdSt．＝1.4中粒式沥青混凝土回弹模量和强度1.4.1抗压回弹模量20℃时抗压回弹模量：1079(MPa)15℃时抗压回弹模量：1606(MPa)1.4.215℃时101.6mm×63.5mm试件劈裂试验表1.5沥青混凝土试件劈裂试验数据101.6mm×63.5mm试件劈裂试验最大荷载（N）DhPt2（kPa）处理结果1107461060.91选用210037990.92选用3105571042.25选用49248913.02选用510074994.57选用6108791074.04选用有效数据平均值t（kPa）1012.62有效数据样本标准差S（kPa）59.5变异系数vC（%）5.2设计值取为：996.18(kPa)ttdt1.5水泥混凝土抗折强度表1.6水泥混凝土试件弯拉强度试验数据组别试件极限荷载（kN）2cmPlfbh（kPa）处理结果11394933.3选用2395067.7选用3385333.3选用有效数据平均值cmf=5111.1（kPa）21395600.0选用2395733.3选用3395466.7选用有效数据平均值cmf=5600.0（kPa）一组3个试件，以3个试件测值的算术平均值为测定值。如任一个测值与中值的差值超过中值的15%时，则取中值为测定值。如有两个测值与中值的差值均超过上述规定时，则该组试验结果无效。因此第1组测定值为5.11MPa，第2组测定值为5.60MPa。一般情况下，用于路面设计的弯拉（抗折）强度标准值可取多组测定值的代表强度：racmffZS因试验数据仅有2组，弯拉强度标准值fr按规范要求取5.0MPa。2沥青路面设计2.1轴载分析该道路的交通组成情况如表2.1所示。表2.1交通组成表车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量解放CA10B19.4060.851双—解放CA39035.0070.151双—东风EQ14023.7069.201双—黄河JN15049.00101.601双—黄河JN25355.0066.002双3长征XD98037.1072.652双3日野ZM44060.00100.002双3日野KB22250.20104.301双—太拖拉13851.4080.002双3小客车2.1.1以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力的累计当量轴次沥青路面设计以单轴双轮组BZZ—100kN作为标准轴载。1)轴载换算轴载换算采用如下计算公式：4.35121kiiiPNCCNP式中：N—标准轴载当量轴次，次/日；Ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；P—标准轴载，kN；Pi—被换算车辆的各级轴载，kN；k—被换算车辆的类型数；1C—轴载系数，111.2(1)Cm,m为轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算，当轴间距离小于3m时，应考虑轴数系数。2C—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。轴载换算结果如表2.2所示。表2.2轴载换算表（一）车型iP1C2CiN35.421PPNCCii解放CA10B后轴60.8511解放CA390前轴35.0016.4后轴70.1511东风EQ140后轴69.2011黄河JN150前轴49.0016.4后轴101.6011黄河JN253前轴55.0016.4后轴66.002.21长征XD980前轴37.1016.4后轴72.652.21日野ZM440前轴60.0016.4后轴100.002.21日野KB222前轴50.2016.4后轴104.3011太拖拉138前轴51.4016.4后轴80.002.21合计备注：轴载小于25kN的轴载作用不计。2)累计当量轴次计算根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限为15年，六车道的车道系数是0.3~0.4，取0.35，γ=5.3%，累计当量轴次：115[(1)1]365[(10.053)1]3657593.960.350.05321412917teNN次2.1.2验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次1)轴载换算验算半刚性基层层底拉应力公式为：8''121kiiiPNCCNP'式中：'1C—轴组系数，'112(1)Cm；'2C—轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1，四轮组为0.09。计算结果如表2.3所示。表2.3轴载换算表（二）车型iP'1C'2CiN8''12iiPCCNP解放CA10B后轴60.8511解放CA390后轴70.1511东风EQ140后轴69.2011黄河JN150后轴101.6011黄河JN253前轴55.00118.5后轴66.0031长征XD980后轴72.6531日野ZM440前轴60.00118.5后轴100.0031日野KB222前轴50.20118.5后轴104.3011太拖拉138前轴51.40118.5后轴80.0031合计备注：轴载小于50kN的轴载作用不计。2)累计当量轴数计算根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限为15年，六车道的车道系数是0.3~0.4，取0.35,γ=5.3%，累计当量轴次：''115[(1)1]365[(10.053)1]3656254.890.350.05317637101teNN次2.2路面结构组合设计本道路位于IV5区，地下水位较高，所以需要考虑干燥（中湿）和潮湿（过湿）两种情况进行路面结构设计。2.2.1路基干燥（中湿）情况沥青路面结构根据本地区的路用材料、已有的工程经验和典型路面结构，拟定了两个路面结构方案。根据各结构层的混合料类型、最小施工厚度、施工机具等因素，初步确定了各结构层厚度。该公路地处IV5区，属江南丘陵过湿地区，根据气候资料，该地区年降水量大于1500mm；年最高月平均气温大于30℃，且高温季节长，年最低气温大于−9℃；春夏东南季风造成的梅雨和下雨与高温季节重叠，形成明显不利季节。根据地区交通组成资料和自然区划，地下水、地面水和重车渠化将是影响路面使用的重要原因。因气候湿热，沥青材料的高温稳定性、水稳定性，半刚性基层的水稳定性是要重点考虑的问题。在进行路面结构设计的时候，尽量采用热稳定性和水稳定性和结构强度好的材料。路面沥青材料采用标号低，粘附性能好的材料。同时，该公路地处湖南中部，根据湖南省政府发展中部地区经济的精神以及中南六省有关“中部崛起”的战略，可以预见，该公路的规划和修建除交通原因外还有巨大的社会意义。因此，须保证该公路良好的使用性能和耐久性，进行结构设计时，在经济允许的情况下，尽量使用技术性能好的结构材料。……综合上述原因，在本设计中采用方案A（推荐方案）进行设计计算。方案A方案B细粒式密级配沥青混凝土(AC-13)4cm细粒式密级配沥青混凝土(AC-13)4cm中粒式密级配沥青混凝土(AC-20)5cm中粒式密级配沥青混凝土(AC-20)5cm粗粒式密级配沥青混凝土(AC-25)7cm粗粒式密级配沥青碎石(ATB-30)15cm水泥稳定碎石？cm水泥稳定碎石？cm二灰稳定砂砾20cm二灰稳定砂砾20cm土基土基2.2.2路基潮湿（过湿）情况沥青路面结构当路基地下水位较高时，土质易受湿度的影响，导致路基承载力降低。首先应采用有效的措施降低地下水位，其次是设置防水垫层，隔断地下水对路面结构的不利影响，且提高路面结构的整体承载力。在同一个建设项目，为方便施工的组织，降低工程成本，路面结构不宜变化过大，因此路基潮湿路段路面结构与干燥、中湿路基段路面结构基本相同，仅增加一个防水垫层。路面结构组合方案如下：细粒式密级配沥青混凝土(AC-13)4cm中粒式密级配沥青混凝土(AC-20)5cm粗粒式密级配沥青混凝土(AC-25)7cm水泥稳定碎石？cm二灰稳定砂砾20cm级配碎石20cm土基2.3路面结构厚度计算2.3.1土基回弹模量根据试验资料处理，干燥路段土基回弹模量为48.86MPa，考虑到该地区地质水文情况，设计中选用40.00MPa进行计算。潮湿路段土基回弹模量为33.17MPa，考虑到该地区地质水文情况，设计中选用30.00MPa进行计算。2.3.2设计指标1)设计弯沉值计算公式为：0.2600d