路面設計方案

1、.一、瀝青路面設計 方案1 路段所在地區(qū)基本資料公路等級：一級公路； II2 區(qū)；設計車速： 80km/h ；設計標準軸載： BZZ-100 ；中液限粘性土，填方路基高 1.6m，地下水位距路床 2.2m，屬中濕狀態(tài)；年降雨量 850mm；最高氣溫 38，最低氣溫 -25 ；多年最大凍深 120cm；2 土基回彈模量的確定設計路段路基處于中濕狀態(tài)，路基土為中液限粘質土，查表可得土基回彈模量值為40MPa3 交通量資料（ 1） EXCEL計算：(2)Hpds2006 軟件計算：一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh= 1975 , 屬特重交通等級當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指

2、標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次: 2201設計年限內一個車道上的累計當量軸次 : 1.009389E+07 屬重交通等級當以半剛性材料結構層層底拉應力為設計指標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次: 1634設計年限內一個車道上的累計當量軸次: 7.49E+06屬中等交通等級路面設計交通等級為特重交通等級4 初擬路面結構擬定采用兩種路面結構。 按計算法確定方案一、 方案二的路面厚度。 根據(jù)結構層的最小施工厚度、 材料、水文、交通量以及施工機具的功能等因素，初步確定路面結構組合與各層厚度如下：方案一 :4cm 細粒式瀝青混凝土+ 8cm中粒式瀝青混凝土+ 12cm粗粒式瀝青混凝土+ 30

3、0cm水泥穩(wěn)定碎石基層+ ？水泥石灰砂礫土層，以水泥石灰砂礫土為設計層。方案二 :4cm 細粒式瀝青混凝土 + 8cm 中粒式瀝青混凝土 + 15cm 密級配瀝青碎石 +25cm 水泥穩(wěn)定砂礫 +20cm級配砂礫。路面材料配合比設計與設計參數(shù)的確定1 試驗材料的確定半剛性基層所用集料與結合料取自沿線料場，瀝青選用重交通90#石油瀝青，上面層采用 SBS改性瀝青，技術指標均符合公路瀝青路面施工技術規(guī)范（ JTJ F40-2004 ）相關規(guī)定。2 路面材料抗壓回彈模量的確定.（ 1 ）半剛性材料的抗壓回彈模量按照公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程 （ JTJ 057-94 ）中規(guī)定的項目頂面法測定

4、半剛性材料的抗壓回彈模量。（2）按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程（ JTJ 052-2000 ）中規(guī)定的方法測定瀝青混合料的抗壓回彈模量，測定 20、 15的抗壓回彈模量，各種材料的試驗結果與設計參數(shù)見下表：半剛性材料及其他材料抗壓回彈模量測定與參數(shù)取值抗壓模量（ MPa）材料名稱Ep方差E p-2Ep+2Ep 代水泥穩(wěn)定碎石318878216244752水泥石灰砂礫土159125010912091水泥穩(wěn)定砂礫261723421483086級配碎石400級配沙礫250瀝青材料抗壓回彈模量測定與參數(shù)取值20抗壓模量（ MPa）15抗壓回彈模量（ MPa）材料名稱Ep方差Ep -2Ep方差Ep

5、-2Ep+2EpaEp 代細粒式瀝青混凝土19912011589268034419923368中粒式瀝青混凝土14251051215217518718012549粗粒式瀝青混凝土9785586813206012001440密級配瀝青碎石124811610161715156140320273 路面材料劈裂強度測定根據(jù)設計配合比，選取工程用各種原材料，測定規(guī)定溫度和齡期的材料劈裂強度。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程 與公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程 中規(guī)定的方法進行測定，結果見下表：路面材料劈裂強度細粒式中粒式粗粒式密級配水泥穩(wěn)水泥穩(wěn)水泥石灰二灰材料名稱瀝青混瀝青混瀝青混瀝青碎穩(wěn)定定碎石

6、定砂礫砂礫土凝土凝土凝土石砂礫劈裂強度1.21.00.80.60.60.50.40.6（ MPa）路面厚度設計（Hpds 軟件計算）（1）方案一路面結構厚度計算公路等級:一級公路新建路面的層數(shù): 5.標準軸載 : BZZ-100路面設計彎沉值: 23.8 (0.01mm)路面設計層層位: 5設計層最小厚度: 150 (mm)層結構層材厚度（mm）20平均抗壓模量標準差15平均抗壓模量標準差容許應力位料名稱（MPa）（ MPa）（MPa）（MPa）（MPa）1細粒式瀝40199120126803440.42青混凝土2中粒式瀝80142510521751870.32青混凝土3粗粒式瀝1209785

7、51320600.26青混凝土4水泥穩(wěn)定300318878231887820.25碎石5水泥石灰？159125015912500.14砂礫土6新建路基40按設計彎沉值計算設計層厚度:LD= 23.8 (0.01mm)H( 5 )= 150 mmLS= 1.4 (0.01mm)由于設計層厚度H( 5 )=Hmin時 LS<=LD,故彎沉計算已滿足要求.H( 5 )= 150 mm(僅考慮彎沉 )按容許拉應力計算設計層厚度:H( 5 )= 150 mm(第 1層底面拉應力計算滿足要求)H( 5 )= 150 mm(第 2層底面拉應力計算滿足要求)H( 5 )= 150 mm(第 3層底面拉應

8、力計算滿足要求)H( 5 )= 150 mm(第 4層底面拉應力計算滿足要求)H( 5 )= 150 mm(第 5層底面拉應力計算滿足要求)路面設計層厚度:H( 5 )= 150 mm(僅考慮彎沉 )H( 5 )= 150 mm(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600 mm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,最后得到路面結構設計結果如下:.-細粒式瀝青混凝土40 mm-中粒式瀝青混凝土80 mm-粗粒式瀝青混凝土120 mm-水泥穩(wěn)定碎石300 mm-水泥石灰砂礫土150 mm-新建路基計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值:第 1層路面

9、頂面交工驗收彎沉值LS= 1.2 (0.01mm)第 2層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 1.3 (0.01mm)第 3層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 1.5 (0.01mm)第 4層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 1.9 (0.01mm)第 5層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 7.9 (0.01mm)路基頂面交工驗收彎沉值LS= 145.6 (0.01mm)計算新建路面各結構層底面最大拉應力:( 未考慮綜合影響系數(shù) )第 1層底面最大拉應力 ( 1 )=-0.151 (MPa)第 2層底面最大拉應力 ( 2 )=-0.013 (MPa)第 3層底面最大拉應力 ( 3 )=-0.064 (MPa)第

10、 4層底面最大拉應力 ( 4 )= 0.121 (MPa)第 5層底面最大拉應力 ( 5 )= 0.111 (MPa)（ 2）方案二路面結構厚度計算公路等級:一級公路新建路面的層數(shù) : 5標 準 軸 載 : BZZ-100層位結構層材厚度（mm）20平均抗壓模標準差15平均抗壓模標準差容許應力料名稱量（ MPa）（ MPa）量（ MPa）（MPa）（MPa）1細粒式瀝40199120126803440.36青混凝土.2中粒式瀝80142510521751870.3青混凝土3密級配瀝150124811617151560.18青碎石4水泥穩(wěn)定250261723426172340.24砂礫5級配砂礫

11、200250025006新建路基40計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值:第 1層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 1.3 (0.01mm)第 2層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 1.5 (0.01mm)第 3層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 1.8 (0.01mm)第 4層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 2.8 (0.01mm)第 5層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 10.3 (0.01mm)路基頂面交工驗收彎沉值LS= 145.6 (0.01mm)計算新建路面各結構層底面最大拉應力:( 未考慮綜合影響系數(shù) )第 1層底面最大拉應力 ( 1 )=-0.188 (MPa)第 2層底面最大拉應力 (

12、 2 )=-0.019 (MPa)第 3層底面最大拉應力 ( 3 )=-0.046 (MPa)第 4層底面最大拉應力 ( 4 )= 0.217 (MPa)最小防凍600mm，滿足要求二、水泥混凝土路面設計方案水泥混凝土路面方案一1. 交通分析.表 1 可靠度設計標準公路技術等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路安全等級一級二級三級四級設計基準期（a）30302020目標可靠度95908580（）目標可靠指標1.641.281.040.84變異水平等級低低中中中高表 2 車輛輪跡橫向分布系數(shù)公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費站0.17 0.22二級及二級以下公路行車道寬 >7m0

13、.34 O 39行車道寬 7mO 54 0.62由上表1，一級公路的設計基準期為30 年，安全等級為二級。由上表2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取O.20。計算得到設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數(shù)為NeNs (1 gr )t 13651316.18 (10.07)301365 0.2gr0.0769.08 10次屬重交通等級。2. 初擬路面結構表 3 水泥混凝土面層厚度的參考范圍交通等級特重重公路等級高速一級二級高速一級二級變異水平等級低中低中低中低中面層厚度（ mm） 260 250 240 270 240260 230250 220交通等級中等輕公路等級二級三、四級三、四級三、

14、四級變異水平等級高中高中高中面層厚度（ mm）240 210230 200220 200 230 220由表 1，安全等級二級的變異水平等級為中級。根據(jù)一級公路、重交通等級和中級變異水平等級，查表 3，初擬普通混凝土面層厚度為O.25m?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量 5)，厚 0.20m。墊層為 O.18m 低劑量無機結合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m ，長5.0m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。.3. 路面材料參數(shù)確定表 4 中濕路基路床頂面回彈模量經驗參考值范圍(MPa)公路自然區(qū)劃土 組土質砂26 4240 5039 50356050 60粘質土25 4530

15、4025 45304530 45粉質土22 4632 5430 50274330 45查表 4，路基回彈模量取 40MPa。查表 5，低劑量無機結合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取700MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa。表 5 墊層和基層材料回彈模量經驗參考值范圍材料類型回彈模量 ( 脅)材料類型回彈模量 (m)中、粗砂80 100石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料1300 1700天然砂礫150 200水泥穩(wěn)定粒料1300 1700未篩分碎石180 220瀝青碎石 ( 粗粒式， 20 )600 800級配碎礫石 ( 墊層 )200 250瀝青混凝土 ( 粗粒式， 20)800 1200級配碎礫石 (

16、基層 )250 350瀝青混凝土 ( 中粒式， 20)1000 1400石灰土200 700多孔隙水泥碎石 ( 水泥劑1300 1700量 9.5 11)石灰粉煤灰土600 900多孔隙瀝青碎石 (20 ，瀝600 800青含量 2.5 3.5 )計算基層頂面當量回彈模量如下：Exh12 E1h22 E21500 0.202700 0.1821142 MPah12h220.2020.182.E1 h13E2 h23(h1h2 )2111Dx124E1 h1 E2 h215000.2037000.183(0.200.18) 211112415000.207000.184.54( MNm)1112

17、D x 3hx12 4.54 30.363(m)Ex1142Ex0.4511420.45a6.22 16.2211.514.6371.5140EoEx0.5511420.55b11.4410.772E1.4440o11Ex 31142Etb0.7673ahx EOEo4.6370.3634040259.27(MPa )普通混凝土面層的相對剛度半徑計算為11E3r 0.537hc31000 3 0.677(m)0.537 0.25E259.27t4荷載疲勞應力.標準軸載在臨界荷位處產生的荷載應力計算為ps0.077r 0.6 h20.0770.6610.60.25 2 0.961(MPa)因縱縫

18、為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)kr=O.87?？紤]設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)k fNen(9.08106 )0.0572.492 。根據(jù)公路等級，由下表，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)kc=1.25 。綜合系數(shù)kc公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路kc1.301.251.201.10荷載疲勞應力計算為prK r K f Kcps0.872.4921.25 0.9612.6(MPa)5溫度疲勞應力最大溫度梯度標準值T g公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度 (/m)88 8390 9586 9293 98由上表，區(qū)最大溫度梯度取83( m)。板長

19、5m， l/ r=5 0677=7 56，由書本 483頁圖16-14 可查普通混凝土板厚h=0.25m， Bx=O.82 。最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力計算為tmc Ec hTgBx1 105310000.25830.82222.8( MPa)溫度疲勞應力系數(shù)kt ， 計 算 為 (查書包 484表16-29可得區(qū)回歸系數(shù)a=0828,b=0.041,c=1.323)ktf ra( tm )cb50.828 ( 2.8)1.3230.041 0.613tmf r2.85計算溫度疲勞應力為.trkttm0.6132.81.72( MPa )查表 1，一級公路的安全等級為二級，相應于二級

20、安全等級的變異水平等級為中級，目標可靠度為 90。再據(jù)查得的目標可靠度和變異水平等級，查書本484 表 16-22, 確定可靠度系數(shù) r =1.15 。r (prtr )1.15(1.722.6)4.97MPaf r5.0MPa因而，所選普通混凝土面層厚度 (O.25m) 可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。水泥混凝土路面方案二1交通分析由上表 1，一級公路的設計基準期為 30 年，安全等級為二級。由上表 2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取 O.20。2初擬路面結構由表 1 知，相應于安全等級二級的變異水平等級為中級。根據(jù)一級公路重交通等級和低變異水平等級，查表3，初擬普

21、通混凝土面層厚度為O.24m，碾壓混凝土基層O.15m，底基層選用水泥穩(wěn)定粒料( 水泥用量5 ) ，厚 O.18m，墊層為 O.15m 低劑量無機結合料穩(wěn)定土。水泥混凝土上面層板的平面尺寸長為5.0m、寬從中央分隔帶至路肩依次為4.5m 、4.5m；縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。碾壓混凝土不設縱縫，橫縫設假縫，間距( 板長 )4m。3路面材料參數(shù)確定按書本 480 頁表 16-23 和表 16-25 ，取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為 31GPa；碾壓混凝土彎拉強度標準值為 4.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為 27GPa。查表 4，路基土回

22、彈模量取40MPa。查表 5，低劑量無機結合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取700MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa。計算基層頂面當量回彈模量如下：h12 E1h22 E21500 0.202700 0.1821142 MPaExh220.2020.182h12.E1h13E2 h23( h1h2 ) 2111D x124E1h1 E2h215000.2037000.183(0.200.18) 211112415000.207000.184.54( MNm)1112D3124.54hxx30.363( m)Ex1142Ex0.4511420.45a6.22 11.516.2211.514.

23、637E40oEx0.5511420.55b11.4411.440.7E40o11Ex31142Etb0.7673ahx EOE4.6370.3634040259.27( MPa )o4荷載疲勞應力普通混凝土面層與碾壓混凝土基層組成分離式復合式面層。此時 ku=O，hx=O。復合式混凝土面層的截面總剛度，計算為2DgEc1h013Ec 2 h023Ec1h01Ec 2 h02 (h01h02 )12124(Ec1h01kuEc 2h02 )310000.24327000 0.16331000 0.24 270000.16 (0.24 0.112124(310000.24270000.16)44

24、.928( MNm)復合式混凝土面層的相對剛度半徑，計算為.rg1.233 Dg / Et1.233 31.395/ 259.270.686(m)標準軸載在普通混凝土面層臨界荷位處產生的荷載應力計算為ps10.077rg0.6 Ec1h010.077 0.6860.631000 0.240.848( MPa )12D g12 44.9280.6 Ec 2 (0.5h02hx ku )27000 (0.5 0.16 0 0)ps20.077rg6D g0.077 0.6866 44.9280.492(MPa )普通混凝土面層，因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)kr = O 87；碾壓

25、混凝土基層不設縱縫，不考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)kr 。水泥混凝土面層，考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)kf Nen(9.08 106 )0.0572.49 ；碾壓混凝土基層，考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)k fN en(9.0810 6 ) 0.0652.833 。根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)后kc =1 25。普通混凝土面層的荷載疲勞應力計算為pr1K r K f 1K cps10.872.491.250.8482.296( MPa )碾壓混凝土基層的荷載疲勞應力計算為pr 2K f 2 K cps22.8331.25 0.492 1.742(MPa )5溫度疲勞應力可查區(qū)最大溫度梯度取83( m)。普通混凝土面層板長4m， l / rg 4 / 0.6945.768 ，由書本 483 頁圖 16-14 可由普通混凝土面層h01=O.22m，查得B x=0.69 ， Cx=1.03 。最大溫度梯度時普通混凝土上面層的溫度翹曲應力計算為