路基路面设计

1工程概况1.1题目：新建沥青路面设计1.2设计资料某公路部分路段设计等级为高速公路，设计使用年限为20年，拟采用沥青路面结构，需进行路面结构设计。在使用期内，预计20年的前5年，交通量年平均增长率为8%；20年的中间10年，交通量年平均增长率为7.2%；后5年的交通量年平均增长率为5％。该公路地处Ⅱ2区，年降雨量为620mm/年，最高气温35℃，最低气温为-31℃，多年平均冻结指数为882℃·d，极大冻结指数为1225℃·d，一般冻结深度为1.8m。沿线土质为中液限粘性土，平均稠度为1.20，一般路基处于中湿状态。附近有小型采石厂，筑路材料丰富。路面所用水泥和沥青均需外购。据工程可行性研究机报告得知近期交通组成和交通量如表1所示。表1预测交通组成车型前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距（m）交通量（次/日）黄河JN15049101.61双轮组-460日野KF300D40.75792双轮组3500太湖XQ64133671双轮组-268江淮HF15018.941.81双轮组-450五十铃NPR595G23.544.01双轮组-320湘江HQP4023.173.22双轮组3400东风CS93824702双轮组33682根据设计资料要求，确定路面等级和面层类型2.1设计年限内累计交通量的计算将各类交通换算为BZZ-100的标准轴载作用的当量轴次，轴重小于25KN（城市道路20KN）可不计入。式中——标准轴载的当量轴次，次；——被换算车型的各级轴载作用次数，次；——标准轴载，；——被换算车型的各级轴载，；——轴数系数，，为轴数；——轮组系数，单轮组：6.4；双轮组：1；四轮组：0.38。当轴间距大于3m时，按单独一个轴载计算，此时，轴数系数即为轴数；当轴间距小于3m时，轴系数为。依交通增长率、车道分配系数由公式2推算设计年限末一个车道上的累计当量轴次：式中——设计年限末一个车道上的累计当量轴次，次；——设计年限，年；——路面竣工后第一年双向日平均当量轴次，次——设计年限内交通量年平均增长率，％；——车道系数，按表2选用。表2车道系数车道特征车道车道特征车道[1]4.35121kiiiPNCCnPN/din/dPKNiPKN1C111.2(1)Cmm2C1CeN[1]111365teNNeNt1N/d系数系数单车道1.0四车道0.4～0.5双车道有分隔0.5六车道0.3～0.4无分隔0.6～0.7表3轴载换算结果表车型轴重（KN）（次/日）（次/日）黄河JN150前轴16.4460132.2后轴11460492.9日野KF300D前轴16.450064.4后轴2.21500394.5太湖XQ641前轴16.426813.8后轴1126846.9江淮HF150前轴——450—后轴1145010.1五十铃NPR59前轴——320—后轴113209湘江HQP40前轴——400—后轴21400205.9东风CS938前轴——368—后轴21368156次/d1C2Cin4.3512()iiPCCnP4.35121()132.2492.964.4394.513.846.910.19205.91561525.6kiiiPNCCnP设计车道数为4车道，所以车道系数取0.45次次次20年间的累计当量轴次：次2.2确定路面层类型根据《路基路面工程》中结构组合设计原则中沥青路面设计规范所规定的各类面层所适应的交通范围，如下表。表4路面类型的选择公路等级路面等级面层类型设计年限（年）设计年限内累计标准轴次（万次/车道）高速一级公路高级路面沥青混凝土15400二级公路高级路面沥青混凝土12200次高级路面热拌沥青碎石混合料，沥青贯入式10100-200三级次乳化沥青碎石混810-10051[(10.08)1]3651525.60.451470051.70.08eN102[(10.072)1]3651525.60.453495001.30.072eN53[(10.05)1]3651525.60.451384611.60.05eN1231470051.73495001.31384611.66349665eeeeNNNN公路高级路面合料，沥青表处理四级公路中级路面水结碎石，泥结碎石，级配砾石，半整齐石块路面。5≤10低级路面粒料改善土5≤10根据设计年限末一个车道上的累计当量轴次400万次。故选择的面层类型为：沥青混凝土3计算设计弯沉值统计资料表明，路面竣工后的第一年不利季节的弯沉值与最大刚度状态所对应弯沉值比较接近。因此，现行公路沥青路面设计规范将路面竣工后的第一年的不利季节近似地假定为路面整体结构的最大刚度状态，而取作设计状况。并统一了路表弯沉的设计控制指标和竣工验收指标，由此得到沥青路面设计弯沉的计算公式。式中——路面设计弯沉——竣工验收弯沉；——容许弯沉；——相对弯沉变化系数，约等于1.20；——设计年限内一个车道的累积当量轴次；——分别为公路等级系数、面层类型系数及基层类型系数，分别如下表5，6，7所示。表5公路等级系数公路等级高速公路及一级公路二级公路三和四级公路1.01.11.21231470051.73495001.31384611.66349665eeeeNNNN[1]0.20600RdecsbTlllNAAAAdl0.01mm0lRlTAeN,,csbAAAcAcA表6面层类型系数面层类型沥青混凝土热拌及乳化沥青碎石上拌下贯贯入式沥青表面处治中低级路面1.01.11.11.21.3表7基层类型系数基层类型半刚性基层柔性基层1.01.6结合工程资料及施工要求：初步拟定基层类型为半刚性基层。所以取：4根据路基土类与干湿类型，确定土基回弹模量依设计资料沿线土质为中液限粘性土，平均稠度为1.2，一般路基处于中湿状态。属于区。根据《路基路面工程》中结果材料参数的确定，现行沥青路面设计规范推荐的土基回弹模量参考值可得该土基的回弹模量为。5确定路面结构层次组合与厚度方案以及各结构层材料的抗压模量与劈裂强度5.1路面结构层次（1）磨耗层——为了车辆行驶安全，舒适而设置的具有表面服务功能的结构层，应具有平整，抗滑荷耐磨功能。（2）面层——主要承受垂直荷载和水平荷载反复作用的结构层，可分一层，二层和三层。应具有足够的抗变形，抗水损害，抗疲劳的性能。当无磨耗层时，表面层应具有磨耗层的功能，厚度宜为30到50。中下面层应具有较好的密水性，高温稳定性，耐疲劳抗剥离等性能，中面层的厚度宜为50到70，下面层厚度宜为60到80。sAsAbAbAb1.01.0,1.0cSAAA，0.20.2060060063496651.01.01.00.026RdecsbTlllNAAAcmA2ⅡMPa0E33.5aMPmmmmmm（3）基层——是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传递到底基层，垫层和土基，是主要承重层。（4)底基层——设置在基层之下，并与面层，基层一起承受车轮荷载的反复作用，起次要承重作用。（5）垫层——设置在底基层与土基之间的结构层，起排水，隔水，防冻和防污等作用。5.2路面结构组合原则（1）适应行车荷载作用的要求。（2）在各种自然因素作用下稳定性好。（3）考虑结构层的特点。5.3设计路面结构组合和厚度方案结合设计资料要求，根据《路基路面工程》中沥青路面推荐结构，如下表。表8高速公路，一级公路推荐路面结构结构厚度（类型设计年限内一个车道的累积当量轴次万次/车道400～800800～20001200面层AC-12AC15AC16~18基层LFGALFGALFGA底基层GA20GA20~30GA20~30有上述计算结果并参考有关路面结构的技术标准综合得如cm）下路面结构组合和厚度方案：路面组合为：沥青面层+石灰土基层。路面结构采用混合式沥青路面，表面层采用细粒式沥青混凝土（），表面层下采用粗粒沥青混凝土（），沥青贯入（）石灰土层为待求层，路面结构层见下图。细粒沥青混泥土2.5cm粗粒沥青混泥土5.0cm沥青贯入4cm碎砾石灰土（剂量12%）？土基图1结构组合方案5.4确定各结构层材料的抗压模量与劈裂强度表9土基及路面材料设计参数材料名称抗压回弹模量劈裂强度15℃抗拉强度S弯拉回弹模量20℃15℃细粒式混凝土120018001.21.51500粗粒式混凝土80012000.61.51500沥青贯入500———石灰土5000.250.31200土基23———2.5cm5cm4cmayMpE6计算待求层厚度6.1计算系数根据,求理论弯沉系数;对于得6.2计算待求层将该多层体系换算成当量三层体系如图2.7，其中中层后H由组合而成，其计算方如下图：图2多层结构当量换算查图12-10得查图12-10;由再由36.0038.011200063.1,2,pElFFEplllssds利用公式c36.0038.011200063.1,2PElFFEplsscmMpPBZZa65.1023.21,7.0,100cmllsd026.036.038.07.02165.1020002663.1120065.107.02026.0c23.5c5432,,hhhh和667.01200800,23.065.105.212EEh0419.08005.33,23.0,5.8201EEh由11.61K1221ccKKKK，5.230.4337.51.614.5,,202HhEEK查及细粒式沥青混凝土h1=2.5cm粗粒式沥青混凝土h2=5cm沥青贯入式h3=4cm石灰土h5=？cm土基（a）际路面结构（连续）=1200h1=2.5cm（连续）=800aH=（b）当量三层体系1EMPa2EMPa0E28MPa取由式7验算整体性材料层底部的最大弯拉应力7.1确定容许拉应力由式.由式对沥青混凝土：经计算，细粒石混凝土：，,粗粒石混凝土：，，得细粒石混凝土容许拉应力：粗粒石混凝土容许拉应力：碎砾石灰土允许拉应力：\7.2确定细粒式沥青混凝土层底拉应力将多层结构换算为当量三层体系，如图3cmH5865.104.5cmH5844.2212hEEhHinii计算1342.42.42.42.42.4234422225005005.04.0800800niiEEEHhihhhhEEEcmh544RsspRKSegsANAK22.009.0aspMp2.10.1gA82.2sKaspMp6.01.1gA10.3sKasspRMpK43.082.22.11asspRMpK19.010.36.0230.250.131.96RaMp1m细粒式沥青混凝土h1=2.5cm粗粒式沥青混凝土h2=5cm图3多层结构当量换算h=h1=，所以：由由图12-18，查得表明该层层底承受弯曲压应力自然满足要求。7.3确定粗粒式混凝土层底弯拉应力；将多层结构换算为三层体系，如图4，图4多层结构转换10.9121nijiijjEHhhE2.5cmcmEEhEEhhH8.39800500548005000.40.59.09.09.02449.023321,0419.08005.33,667.01200800,235.065.105.22012yyyEEEEh,0'2m沥青贯入式h3=4cm石灰土h4=54cm土基（a）实际路面结构（连续）=1100h1=2.5cm（连续）=1500H=58cm=（b）当量三层体系细粒式沥青混凝土h1=2.5cm粗粒式沥青混凝土h2=5c