瀝青路面結構設計示例

2022-05-07 23:54:04 字數 3903 閱讀 6123

新建瀝青路面按以下步驟進行路面結構設計:

(1) 根據設計任務書和路面等級及面層型別,計算設計年限內乙個車道的累計當量軸次和設計彎沉值。

(2) 按路基土型別和乾濕狀態,將路基劃分為幾個路段,確定路段回彈模量值。

(3) 根據已有經驗和規範推薦的路面結構,擬定幾中可能的路面結構組合及厚度方案,根據選用的材料進行配合比實驗及測定結構層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度,確定各結構層材料設計引數。

(4) 根據設計彎沉值計算路面厚度。對二級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層材料的基層、底基層,應驗算拉應力是否滿足容許拉應力的要求。如不滿足要求,或調整路面結構層厚度,或變更路面結構層組合,或調整材料配合比,提高材料極限抗拉強度,再重新計算。

該路位於中原黃河沖積平原區,地質條件一般為a)第一層:沖積土;b)第二層:粘質土;c)第三層:

岩石。平原區二級汽車專用瀝青混凝土公路,路面使用年限為12年,年**平均增長率為6%。

(1)軸載分析

本設計的累計當量軸次的計算以雙輪組單軸載100kn為標準軸載,以bzz-100表示。標準軸載的計算引數按表7-1確定。

表7-1 標準軸載計算引數

表7-2 起始年交通量表

1)以設計彎沉為指標及驗算瀝青層層底拉應力

① 軸載換算

各級軸載換算採用如下計算公式:

7-1)

式中:n1—標準軸載的當量軸次,次/日;

ni—被換算車輛的各級軸載作用次數,次/日;

p—標準軸載,kn;

pi—被換算車輛的各級軸載,kn;

k—被換算車輛型別;

c1—軸數係數,c1=1+1.2(m-1),m是軸數。當軸間距大於3m時,按單獨的乙個軸載計算,當軸間距小於3m時,應考慮軸係數;

c2—輪組係數,單輪組為6.4,雙輪組為1.0,四輪組為0.38。

計算結果如下表7-3所示。

表7-3 軸載換算結果表(彎沉)

注:軸載小於25kn的軸載作用不計。

② 累計當量軸次為:

7-2)

式中:ne—累計當量軸次;

η—車道係數,規範規定二級公路η值為0.60~0.70,取0.60;

t—路面使用年限,二級公路取12年;

—年**平均增長率,二級路取6%;

n1—標準軸載的當量軸次,次/日。

2)驗算半剛性基層層底拉應力中的累計當量軸次

① 軸載換算

驗算半剛性基層層底拉應力的軸載換算公式為:

n1'=∑c1'*c2'*ni(pi/p)87-3)

計算結果如表7-4所示。

表7-4 軸載換算結果表(半剛性基層層底拉應力)

注:軸載小於50kn的軸載作用不計。

② 累計當量軸次

引數值同上,累計當量軸次ne'為:

7-4)

(2)路面結構組合材料選取

經計算路面設計使用年限內乙個車道上累計標準軸次為250萬次左右,根據規範推薦結構,並考慮到當地材料供用條件,決定面層採用瀝青混凝土路面(6cm),基層採用水泥混凝土穩定基層(水泥碎石15cm),底基層採用石灰穩定土(厚度待定)。

(3)各層材料的抗壓模量與劈裂強度的選定

查鄧學均主編的《路基路面工程》表14-13、14-14,得到各層材料的抗壓模量和劈裂強度。路面設計彎沉值計算路面結構厚度時,取20℃的抗壓模量,中粒式密級配瀝青混凝土e1=1400mpa,驗算層底彎拉應力時,取15℃的抗壓模量,中粒式瀝青混凝土e1=1800 mpa。水泥穩定碎石e2=1300 mpa;石灰穩定土e3=600 mpa。

各層材料劈裂強度:中粒式瀝青混凝土=1.2 mpa;水泥穩定碎石=0.

5 mpa;石灰穩定土=0.35 mpa。

(4)土基回彈模量的確定

該路段處於ⅳ2區,為粘質土,稠度0.9,查鄧學均主編的《路基路面工程》表14-9得土基回彈模量e0=23.0mpa。

(5)設計指標的確定

① 設計彎沉值

7-5)

式中:—路面設計彎沉值(0.01mm);

ac—公路等級係數,二級公路為1.1;

as—面層型別係數,瀝青混凝土面層為1.0;

ab—基層型別係數,對半剛性基層、底基層總厚度等於或大於

20cm時,ab =1.0;

所以: =6002522505-0.21.11.01.0=34.61(0.01mm)

② 各層材料容許層底拉應力

7-6)

式中:—路面結構層材料的容許拉應力,mpa;

結構層材料的極限抗拉強度,mpa,由實驗確定。我國公路瀝青路面設計規範採用極限劈裂強度;

—抗拉強度結構係數。

瀝青混凝土面層:

2.10

=1.2/2.10=0.57mpa

水泥穩定碎石:

1.61

=0.5/1.61=0.31mpa

石灰土:

=2.07

=0.35/2.07=0.17 mpa

式中:aa—瀝青混合料級配係數;細、中粒式瀝青混凝土為1.0,粗粒式瀝青混凝土為1.1;

ac—公路等級係數,二級公路取1.1。

(6)設計資料總結

經計算路面設計彎沉值為34.61(0.01mm),相關設計資料彙總如表7-5。

表7-5 設計資料彙總表

(7)確定石灰土層厚度

① 計算容許彎沉值

cm7-7)

式中:—容許回彈彎沉值,cm;

ne—累計當量軸載作用次數;

b—回歸係數,取1.1;

β—隨n改變的變化率。

② 計算彎沉綜合修正係數f

=0.627 (7-8)

式中:f—彎沉綜合修正係數;

—路面實測彎沉值,在計算路面厚度時,可用容許彎沉值;

、—標準車型的輪胎接地壓強(mpa)和當量圓半徑(cm),

通常取0.7mpa,取10.65cm;

e0—土基回彈模量。

③ 計算理論彎沉係數

=9.437-9)

用三層體系為計算體系,將四層體系按照彎沉等效的原則換算為三層體系。換算圖式如圖7-1所示。

圖7-1 多層體系換算示意圖

由已知引數求得:

;;;查鄧學均主編的《路基路面工程》p360頁圖14-14三層體系表面彎沉係數諾謨圖,可得=5.80,k1=1.87。

由公式7-10)

得0.87

由k2=0.87,,,查諾謨圖得:

則 h=3.3×10.65==35.15cm;

④ 計算石灰土底基層厚度h3

根據公式 27.80 cm7-11)

取最小厚度h3=28.0 cm。

由於本路段屬於ⅳ2區,常年無凍土出現,因此不必進行防凍驗算。

(8)各層底彎拉應力的驗算

先把四層體系換算成當量三層體系,此時第一層用15℃抗壓模量,其餘各層抗壓模量不變,換算成當量層三層體系如圖7-2所示。

圖7-2 體系換算示意圖

① 確定允許彎拉應力

查表知瀝青混凝土和石灰土的抗彎拉強度分別為:

mpa, mpa;

瀝青混凝土和石灰土的抗拉強度結構係數分別為:

7-12)

7-13)

其容許彎拉應力分別為:

mpa7-14)

mpa7-15)

② 驗算彎拉應力

瀝青混凝土層和水泥穩定碎石的計算回彈模量分為e1=1800mpa,e2=1300mpa,石灰土為e3=600 mpa。

a)結構上層等效換算: cm

換算公式為:

cm7-16)

又, =0.72,換算後的三層體系其上層及中

下層間均是連續接觸,查諾謨圖知為負值,故為負值。

7-17)

7-18)

即面層設計滿足要求。

b)驗算石灰土層的彎拉應力

21.5cm7-19

由, =2.63,查諾謨圖可得;

又,查諾謨圖可得=1.04;以及,查諾謨圖可得。

mpa7-20)

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