路面设计.docx
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路面设计
该路段设计资料
该段高速公路,该路段设计使用年限为15年,交通量年平均增长率为7.52%,车道系数为η=0.35,该路段处于中国公路自然区划V2区,路面宽度为B=33.5m,行车道为六车道2×11.25m,路段采用沥青混凝土路面,路基土为粉质中液限土,沿线有砂石,且有碎石,石灰,粉煤灰供应。
如表1-1新建一级公路交通量
车型
双向交通量(次/日)
黄河JN163
368
江维HF150
348
湘江HQP40
448
太脱拉138
256
三菱T653B
348
东风EQ140
352
沥青混凝土路面设计
6.1交通量分析
根据设计资料所给的交通量,查表分析各种车辆载重数据,汇总如表6-1
车型
前轴重
后轴重
后轴数
后轴轮组数
后轴距
交通量
黄河JN163
55.6
114
1
双
\
368
江维HF150
45.1
101.5
1
双
\
348
湘江HQP40
23.1
73.2
2
双
>3
448
太脱拉138
45.4
90
2
双
<3
256
三菱T653B
29.3
48
1
双
\
348
东风EQ140
23.7
69.2
1
双
\
352
6.2轴载换算
我国沥青路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,表示为BZZ-100,如表6-2
标准轴载
BZZ-100
标准轴载
BZZ-100
标准轴压P(KN)
100
单轮传压面圆半径d(mm)
21.3
轮胎接地压强P(MPa)
0.7
两轮中心距(cm)
1.5d
6.2.1以弯沉值作为设计指标
把各级轴载的作用次数按照公式换算成标准轴载的当量作用次数
公式6.1
式中:
N---以设计弯沉值和沥青层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数(次/d)
ni---被换算车型的各级轴载作用次数(次/d)
P---标准轴载(KN)
Pi---被换算车型的各级轴载(KN)
C1---被换算车型的轴数系数,当轴间距大于3m时,按单独的一个轴载计算,当轴间距小于3m时,轴数系数C1=1+1.2(m-1),m是轴数,。
C2---被换算车型的轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轮组为0.38
K---被换算车型的轴载级别
按照公式6.1,将设计资料中所给的交通量都换算成标准轴载的作用次数,如表6-3
车型
PI(KN)
C1
C2
ni
Ni
黄河JN163
前轴
55.6
1
6.4
368
183.275
后轴
114
1
1
368
650.705
江维HF150
前轴
45.1
1
6.4
348
69.731
后轴
101.5
1
1
348
371.284
湘江HQP40
前轴
23.1
1
6.4
448
4.888
后轴
73.2
2
1
448
230.638
太脱拉138
前轴
45.4
1
6.4
256
52.797
后轴
90
2.2
1
256
356.137
太脱拉138
前轴
29.3
1
6.4
348
10.682
后轴
48
1
1
348
14.288
东风EQ140
前轴
23.7
1
6.4
352
4.294
后轴
69.20
1
1
352
70.958
总计
2019.677
设计年限内一个车道上的累计当量轴次数Ne
公式6.2
Ne---设计年限内一个车道的累计当量轴次(次/车道)
t---设计使用年限,有设计资料可知t=15年
N1---运营第一年双向日平均当量次数(次/d)
γ---设计年限内的交通量平均增长率,由设计资料可知γ=7.52%
η---车道系数,由设计知道可知η=3.5
累计当量轴次数为
6.2.2以半刚性基层层底拉应力作为设计指标
把各级轴载的作用次数按照公式换算成标准轴载的当量作用次数
公式6.3
N`---以半刚性材料层的拉应力为设计指标时的标准轴载的当量轴次(次/d)
C`1---被换算车型的轴数系数,当轴间距离大于3m时,按单独的一个轴载计算,C1=1+2(m-1),m是轴数,当轴间距离小于3m时,应该考虑轴数系数。
C`2------轮组系数,单轮组为18.5,双轮组为1.0,四轮组为0.09
按照公式6.3,将设计资料中所给的交通量都换算成标准轴载的作用次数。
计算结果如表6-4
车型
PI(KN)
C`1
C`2
ni
Ni
黄河JN163
前轴
55.6
1
18.5
368
62.175
后轴
114
1
1
368
1049.752
江维HF150
前轴
45.1
1
18.5
348
11.019
后轴
101.5
1
1
348
392.019
湘江HQP40
前轴
23.1
1
18.5
448
0.067
后轴
73.2
3
1
448
110.787
太脱拉138
前轴
45.4
1
18.5
256
8.548
后轴
90
3
1
256
330.599
太脱拉138
前轴
29.3
1
18.5
348
0.350
后轴
48
1
1
348
0.981
东风EQ140
前轴
23.7
1
18.5
352
0.065
后轴
69.20
1
1
352
18.509
总计
1921.871
累计当量轴次数为
6.3结构组合与材料选取
在设计年限内一个车道上的累计当量标准轴次约为675万次,属于中等交通。
根据《公路沥青路面设计规范》,并考虑到公路沿途有砂石,碎石,石灰,粉煤灰供应,路面结构层采用沥青混凝土,基层采用二灰稳定沙粒厚度?
cm,底层采用级配碎石厚度30cm,面层采用沥青混凝土(厚18cm),表层为细粒式密级配沥青混凝土AC-13(厚4cm),中面层采用中粒式密级配沥青混凝土AC-20(厚6cm),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土AC-25(厚10cm)。
路面结构如表6-5
结构层
材料
厚度
抗压回弹模量
劈裂强度
200C
150C
面层
表面层
AC-15
4cm
1500MPa
2000MPa
1.8MPa
中面层
AC-20
6cm
1400MPa
1800MPa
1.4MPa
地面层
AC-25
8cn
1000MPa
1300MPa
0.8MPa
基层
上基层
水泥粉煤灰碎石
?
弯沉1500MPa
0.5MPa
拉应力2600MPa
下基层
水泥石灰砂石土
30cm
弯沉1500MPa
0.48MPa
拉应力2600MPa
土层
—
—
E0=48MPa
—
6.4设计标准的确定
路面设计弯沉值表征路面整体刚度大小的指标,是路面设计计算的主要标准。
6.4.1设计弯沉值
公路为一级公路,其等级系数取值为1.0,面层是沥青混凝土,面层类型的系数取值为1.0,面层整体类型系数也取值1.0,半刚性基层总厚度大于20cm,基层类型系数取值为1.0。
由公式计算设计弯沉值。
公式6.4
式中:
ld-------设计弯沉值(0.01mm)
Ne-------设计年限内一个车道累计当量轴次(次/车道)
Ac--------公路等级系数,高速公路,一级公路为1.0
AS――面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0
Ab――-面层结构类型系数,半刚性基层沥青路面为1.0
代入数值计算得
6.4.2计算各层层底容许拉应力
沥青混凝土层,半刚性材料基层和底层以拉应力为设计或验算指标时,材料的容许拉应力σR的计算公式为
公式6.5
式中:
σR―――-路面结构层材料的容许拉应力(MPa)
σs――――沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度(MPa)
Ks――――抗拉强度结构系数
(1)对于路面面层的上表面层:
AC-15
抗拉强度结构系数为:
该层容许弯拉应力为:
(2)对于路面面层的中面层:
AC-20
抗拉强度结构系数为:
该层容许弯拉应力为:
(3)对于路面面层的底面层:
AC-25
抗拉强度结构系数为
该层容许弯拉应力为:
(4)对于路面基层的上基层:
二灰稳定沙粒
抗拉强度结构系数为:
该层容许弯拉应力为:
(5)对于路面基层的下基层:
级配碎石
抗拉强度结构系数为:
该层容许弯拉应力为:
沥青路面各层材料参数如表6-6
结构层
厚度
抗压回弹模量
劈裂强度
容许拉应力
200C
150C
面层
上表面
4cm
1500MPa
2000MPa
1.8MPa
0.63MPa
中面层
6cm
1400MPa
1800MPa
1.4MPa
0.49MPa
底面层
8cm
1000MPa
1300MPa
0.8MPa
0.28MPa
基层
上基层
?
弯沉1500MPa
0.5MPa
0.20MPa
拉应力2600MPa
下基层
30cm
弯沉1000MPa
0.48MPa
0.189MPa
拉应力1500MPa
土层
—
—
48MPa
—
—
6.5计算待求层厚度
(1)根据ls=ld,理论弯沉系数ac,由
代入数据求得:
(2)计算基层厚度
AC-15h1=4cmE1=1500MPa
AC-20h2=6cmE2=1400MPa
土层E0=48MPa
AC-15h1=4cmE1=1500MPa
AC-20h2=6cmE2=1400MPa
AC-25h3=8cmE3=1000MPa
二灰稳定沙粒h4=?
E4=1500MPa
级配碎石h5=30cmE5=1000MPa
土层E0=48MPa
采用三层体系表面沉弯系数诺谟图确定计算厚度ac=ak1k2
查诺谟图得:
a=5.3
查诺谟图得:
k1=1.86
由可
,
查诺谟图得:
故:
H=76.8δ=6.8×10.65=72.42cm
由
cm
6.6验算各层层底拉应力
6.6.1验算AC-15层层底的弯拉应力
AC-15h1=4cmE1=2000MPa
h1=4cmE1=2000MPa
H=95.91cmE2=1800MPa
E0=48MPa
h1=4cmE1=2000MPa
H=?
E2=1800MPa
E0=48MPa
AC-20h2=6cmE2=1800MPa
AC-25h3=8cmE3=1300MPa
二灰稳定沙粒h4=40cmE4=2600MPa
级配碎石h5=30cmE5=1500MPa
土层E0=48MPa
查诺谟图得
该层受层底弯曲压应力,满足要求
6.6.2验算AC-16层层底弯拉应力
AC-15h1=4cmE1=2000MPa
h1=10.11cmE1y=1800MPa
H=140.97cmE2y=1300MPa
E0=48MPa
h1=?
E1y=2000MPa
H=?
E2y=1800MPa
E0=48MPa
AC-20h2=6cmE2=1800MPa
AC-25h3=8cmE3=1300MPa
二灰稳定沙粒h4=42cmE4=2600MPa
级配碎石h5=30cmE5=1500MPa
土层E0=48MPa
cm
查诺谟图得
该层受层底弯曲压应力,满足要求
6.6.3验算AC-25层层底弯拉应力
AC-15h1=4cmE1=2000MPa
h1=18.96cmE1y=1300MPa
H=71.26cmE2y=2600MPa
E0=48MPa
h1=?
E1y=1300MPa
H=?
E2y=2600MPa
E0=48MPa
AC-20h2=6cmE2=1800MPa
AC-25h3=8cmE3=1300MPa
二灰稳定沙粒h4=42cmE4=2600MPa
级配碎石h5=30cmE5=1500MPa
土层E0=48/MPa
查诺谟图得
该层受层底弯曲压应力,满足要求
6.6.4验算水泥粉煤灰层层底弯拉应力
AC-15h1=4cmE1=2000MPa
h=?
E1y=2000MPa
H=30cmE2y=1800MPa
E0=48MPa
h=45.28cmE1y=2600MPa
H=30cmE2y=1500MPa
E0=48MPa
AC-20h2=6cmE2=1800MPa
AC-25h3=8cmE3=1300MPa
二灰稳定沙粒h4=42cmE4=2600MPa
级配碎石h5=30cmE5=1500MPa
土层E0=48MPa
查诺谟图得
查诺谟图得
水泥粉煤灰碎石层层底拉应力符合要求
6.6.5验算水泥石灰砂砾土层底弯拉应力
AC-15h1=4cmE1=2000MPa
h=45.28cmE1y=2600MPa
H=30cmE2y=1800MPa
E0=48MPa
h=?
E1y=2600MPa
H=30E2y=1500MPa
E0=48MPa
AC-20h2=6cmE2=1800MPa
AC-25h3=8cmE3=1300MPa
二灰稳定沙粒h4=42cmE4=2600MPa
级配碎石h5=30cmE5=1500MPa
查诺谟图得
查诺谟图得
水泥粉煤灰碎石层层底拉应力符合要求
6.7路基防冻层厚度验算
该段公路处于中国公路自然区划V2区,属于季节性冻土处,参考资料可知该处道路冻深为(20-30)cm
路面厚度满足防冻厚度。
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