路面结构设计.docx
- 文档编号:11150272
- 上传时间:2023-05-29
- 格式:DOCX
- 页数:26
- 大小:45.51KB
路面结构设计.docx
《路面结构设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《路面结构设计.docx(26页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
路面结构设计
4路面结构设计
4.1路面类型及结构层组合
路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件,密切结合当地实践经验。
)在满足交通量和使用要求的前提下,应遵循因地制宜、合理取材、方便施工、利于养护、节约投资的原则,进行路面设计方案的技术经济比较,选择技术较先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化的路面结构方案。
4.1.1路面类型的确定目前,我国等级较高的公路一般采用沥青混凝土路面或水泥混凝土路面,两种路面类型各有优缺点,比较见表4.1
表4.1路面类型比较表
比较项目
沥青混凝土路面
水泥混凝土
类型
柔性
刚性
接缝
无
有
噪音
小
大
机械化施工
容易
较困难
施工速度
快
慢
稳定性
易老化
水稳、热稳均较好
养护维修
方便
困难
开放交通
快
慢
晴天反光情况
无
稍大
强度
高
很高
行车舒适性
好
较好
由交通量的计算知本道路为中等交通,则路面要选择高等级路面。
通过对两种不同类型路面的比较,另外结合当地材料来源及路面设计原则等各方面综合考虑,选用沥青混凝土路面类型。
4.1.2标准轴载及轴载换算
设计采用现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ-100KN,
p=0.7MPa,δ=10.65cm,设计使用年限为15年。
1)当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时
凡轴载大于25kN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数ni,按式(6-1)换算成标准轴载P的当量作用次数N:
KP4.35
NC1,iC2,iniPi(4-1)
i1P
式中:
N——标准轴载的当量轴次,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——被换算车型各级(单根)轴载,kN;C1i——被换算车型各级轴载的轴数系数。
当轴间距大于3m时,按单
独的一个轴计算,轴数系数即为轴数m;当轴间距小于3m时,按双轴或多轴计算,轴数系数为C1i=1+1.2(m-1);
C2i——被换算轴载的轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轮组为0.38。
2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时
(4-2)
凡轴载大于50kN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数ni,按式4-2换算成标准轴载P的当量作用次数N:
式中:
C
1',i——被换算车型各级轴载的轴数系数。
当轴间距大于3m时,按单独的一个轴计算,轴数系数即为轴数m;当轴间距小于3m时,双轴或多轴的轴数系数为C1',i12(m1);
K
NC1,iC2,ini
i1
Pi
P
C2',i——被换算轴载的轮组系数,单轮组为18.5,双轮组为1.0,四轮组为0.09。
上述轴载换算公式仅适用于单轴轴载小于130kN的轴载换算。
各种汽车当量轴次计算见表4.2:
表4.2(a)
交通量计算表
车
型
Pi(kN)
C1,i
C2,i
4.35
C1,iC2,i(Pi/P)4.35
ni次/日
nbi次/日
黄河JN150
后轴
101.6
1
1
1.071
1200
1285.2
前轴
49.0
1
6.4
0.287
1200
344.1
太脱拉138
后轴
80.0
2.2
1
0.758
450
341.1
前轴
51.4
1
6.4
0.354
450
159.3
解放A10B
后轴
前轴
60.85
1
6.4
0.115
750
86.25
19.40
1
1
0.005
750
3.75
跃进NJ130
后轴
38.30
1
1
0.008
1000
8
N=nbi=2228次/日
表4.2(b)
交通量
计算表
车
型
Pi(kN)
C1,i
C2,i
4.35
C1,iC2,i(Pi/P)
ni次/日
nbi次/日
黄河JN150
后轴
101.6
1
1
1.135
1200
1362
前轴
49.0
1
18.5
0.061
1200
73.2
太脱拉138
后轴
80.0
1
1
0.503
450
226.35
前轴
51.4
3
1
0.090
450
40.5
解放A10B
后轴
60.85
1
1
0.019
750
14.1
跃进NJ130
后轴
-
-
-
-
1000
0
N=nbi=1717次/日
注:
当计算弯沉和沥青混凝土层底拉应力时,轴载换算系数=C1C2(Pi/P)4..35;
''8当计算半刚性基层层底拉应力时,轴载换算系数C1'C2'PiP8;总(车辆)换算系数=后轴换算系数+前轴换算系数;当量轴次=交通量×总换算系数。
在设计年限内,一个车道上的累计当量轴次Ne参照式(4-3)进行计算:
(4-3)
式中:
Ne——设计年限内一个车道上的累计当量轴次,次;t——设计年限,取15年;
N1——路面竣工后第一年的平均日当量轴次,次/d;
Nt——设计年限最后一年的平均日当量轴次,次/d;
——设计年限内交通量的平均年增长率,为6%;
——车道系数,取0.5
所以
16%1513656
6%
22280.59.4642106(次)
15
'16%13656
Ne'17170.57.2936106(次)
e6%
3106 4.1.3路面结构层组合沥青路面交通等级为中等交通,根据规范推荐结构,并考虑到商州地区的实际情况,即有大量粉煤灰、石灰、水泥、碎石供应。 对于填方路基土基稳定性不好,则充分利用当地的资源,采用碎石处理,拟定结构层组合方案。 表4.3填方路基路面结构层组合方案表 材料名称 厚度 AC-16 4cm AC-25 8cm 水泥粉煤灰碎石 ? 二灰土 20cm 碎石处理土基 对于全挖方路基,路面下直接是岩石,根据工程实例, 则不需设置底基 层,拟定结构层组合方案。 表4.4挖方路基路面结构层组合方案 材料名称 厚度 AC-16 4cm AC-25 8cm 水泥粉煤灰碎石 ? 石基 4.2路面结构层组成设计 4.2.1基层组成设计基层、底基层应具有足够的强度和稳定性,在冰冻地区应具有一定的抗 冻性。 拟选用水泥粉煤灰碎石为基层,厚度根据计算得到。 底基层为16cm厚二灰土。 1)材料要求水泥为普通硅酸盐水泥。 粉煤灰含量为17%。 碎石最大粒径不大于 37.5mm,并应达到一定的级配规定。 中等交通水泥粉煤灰碎石结构压实度及 7d无侧限抗压强度见表4.5 表4.5水泥粉煤灰碎石结构压实度及7d无侧限抗压强度 层位 类别 压实度(%) 抗压强度(MPa) 集料 ≥98 1.5~3.5 底基层 集料 ≥97 ≥1.0 2)配合比 《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006建议水泥粉煤灰碎石配合比位8: 17: 80。 抗压模量E=1300~1700MPa(弯沉计算)、E=2400~3000MPa(拉应力计算用),劈裂强度σ=0.4~0.55MPa。 4.2.2面层组成设计一级公路路面沥青混凝土面层应具有良好的抗滑耐磨、高温稳定性好、抗裂强等性能。 各层沥青混合料应满足所在层位的功能要求,便于施工,不容易离析。 各层应连续施工并连结成为一个整体。 1)材料要求 (1)沥青根据面层的类型、交通量、气候、施工方法选择石油沥青(AH-70),锥入度,AH-70;延度>100cm;软化度=44~45°C;含蜡量<3%;密度>1。 (2)矿料矿料包括碎石、砾石、石屑、砂和矿粉。 它是沥青面层的骨架,承受行车荷载和车轮的磨耗主要靠矿料。 碎石: 有足够的强度和耐磨行,压碎值≤25%~28%;含泥量<1%,含水量<3%;粘结力≥4级。 砂和石屑: 砂(粒径<2.36mm),石屑(粒径<4.75mm),砂和石屑要求级配,含泥量<3%~5%。 矿粉(填料,粒径<0.075mm): 由石灰石、白云石磨细的石粉。 要求粒径<0.075mm成分占70%、含水量<1%。 2)配合比设计通过马歇尔试验、浸水马歇尔试验,车辙试验进行配合比设计。 3)强度指标 沥青混合料的车辙试验的动稳定度不低于800次/mm;水稳定性指标: 浸水马歇尔试验残留稳定度不小于80%,冻融劈裂试验残留强度不小于 75%;在温度-10℃、加载速率50mm/min条件下,低温弯曲试验破坏应变不小于2000με;渗水系数不大于120ml/min。 4.3填方路基路面结构层厚度确定 路线经过地区属Ⅲ4区,土质为粉性土,由于本路基设计为不利季节处于干燥状态,由规范知临界高度H1应2.4~3.0m之间。 本路段地下水位较低,设计标高较高,路基处于干燥状态。 根据《公路沥青路面设计规范》中附表F.0.1、F.0.2可知ω≥1.20。 根据《公路沥青路面设计规范》中附表和F.0.3,知土基回弹模量在≥ 74MPa,选定74MPa作为土基回弹模量。 对于填方和半填半挖路基,在半填半挖路段,挖方处进行多挖40cm,进行碎石处理,使整个路基顶层抗压模量相同。 抗压模量为200~350MPa,取300MPa。 填方路段: K0+000.00~K0+40.00,K0+280.00~K0+720.00,K0+820.00~K0+910.00,K1+60.00~K1+400.00。 半填半挖路段: K0+40.00`K0+280.00,K0+990.00~K1+60.00,K1+400.00~480.00。 在设计年限内,一个车道上的累计当量轴次Ne9.4642106次。 拟定路面结构方案,确定路面材料回弹模量和极限抗弯拉强度见表4.6 表4.6路面结构及参数表 抗压回弹模量(MPa) 层次 材料名称 层厚(cm) 15C 20C 劈裂强度(MPa) 1 AC-16 4 1800 1200 1.0 2 AC-25 8 1200 1000 0.8 3 水泥粉煤灰碎石 ? 2700 1500 0.5 4 二灰土 20 2400 800 0.25 5 土基 — 300 路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论,以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标,计算路面结构厚度。 并对沥青混凝土面层和半刚性基层进行层底拉应力的验算。 4.3.1确定路面设计弯沉值ld路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标,是路面厚度计算的主要依据。 其值应根据公路的等级、在设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按式6.4计算确定: ld600Ne0.A2cAsAb(4.4) 式中: ld——路面设计弯沉值,0.01mm; Ne——设计年限内一个车道上累计当量轴次; Ac——公路等级系数,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——基层类型系数,对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm 时为1.0。 所以 ld600(9.4642106)0.21.01.01.024.151(0.01mm) 4.3.2计算容许弯拉应力 1)中粒式沥青混凝土(AC-16)抗拉强度结构系数 Ks0.09AaNe0.22/Ac(4.5) 式中: Aa——沥青混合料级配的系数;细、中粒式沥青混凝土为1.0,粗粒 式沥青混凝土为1.1; 结构层材料的容许拉应力 RKsp(4.6) Ks 式中: R——路面结构层材料的容许拉应力; sp——结构层材料的极限抗拉强度,由试验确定,我国公路沥青路面设 计规范采用极限劈裂强度; Ks——抗拉强度结构系数。 所以 Ks0.091.0(9.4642106)0.22/1.03.083 sp Ks 1.0 3.083 0.32(MPa) 2)粗粒式沥青混凝土(AC-25) Aa1.1,同理知 Ks0.091.1(9.4642106)0.22/1.03.391 sp0.8 Rsp0.24(MPa) RKs3.391 3)水泥粉煤灰碎石 抗拉强度结构系数 (4.7) Ks0.35Ne0.11/Ac 则 Ks0.35(9.4642106)0.11/1.02.049 sp Ks 2.0490.244(MPa) 4)二灰土 抗拉强度结构系数 (4.7) Ks0.45Ne0.11/Ac 则 Ks0.45(9.4642106)0.11/1.02.634 spKs 0.25 2.634 0.095(MPa) 4.3.3按容许弯沉计算路面厚度 1)计算综合修正系数 0.38 F1.63200ls0 (4.9) 式中: ls——路面实际弯沉值,取ld,0.01mm; E0——土基回弹模量,MPa;p,δ——标准轴的轮胎接地压强和当量圆半径,MPa,cm 所以 0.36 3000.36 200010.650.7 F1.6324.15 .38 1. 098 2)计算L' L' ldE1 2pF (4.10) 0.024121200 1.77 20.710.651.098 3)进行三层体系换算 1k1k2 4.11) i2hi2.4EE2i h1 1=4cm E1 1=1200MPa h2 2=8cm E2=1000MPa h3=? cm E3=1500MPa h4=20cm E4=800MPa E0 =300MPa (4.12) h=h1=4cm E1=1200MPa H=? cm E2=1000MPa E0=300MPa 图4.1弯沉3层体系换算图 4 由h0.38,E2E1 10.65 1000 1200 0.83, E0E2 300 1000 0.3, 查三层 体系表面弯沉系数诺谟图,得 k1=0.305,α=6.5 '1.77 所以k2L1.770.89 2k16.50.305 查三层体系表面弯沉系数诺谟图,得 H4.2,即 H=4.2×10.65=44.73(cm) 4Ei1500800 Hhi2.4i8h32.4202.421.581.184h3 i2iE23100010003 h317.07(cm) 考虑到施工的方便和《公路沥青路面设计规范(JTGD50-2006)》表4.1.5-各种结构层压实最小厚度和适宜厚度规定,水泥粉煤灰碎石厚度选用18cm。 4.3.4验算弯拉应力 1)弯拉应力等效换算法 ihhk k1 n1 Hhk ki1 EkEi1 (1)计算上层地面弯拉应力的换算方法上层换算公式 4.13) 中层换算公式 4.14) (2)计算中层底面弯拉应力 n2h k1 此时即为计算路基之上的n-1层的弯拉应力 4.15) 2)结构层弯拉应力计算 4.16) r1pr1pm1m2r2pr2pn1n2 式中r1——三层体系上层底面弯拉应力,(MPa); r2——三层体系中层底面弯拉应力,(MPa); 、m1、m2、n1、n2——查三层体系上、中层地面弯拉应力系数诺模图。 3)验算各层底面弯拉应力 (1)验算沥青混凝土上面层(AC-16)底面弯拉应力 h1 1=4cm E1=1800MPa h=h1=4cm E1=1800MPa h2 2=8cm E2=1200MPa h3=18cm E3=2700MPa H=? cm E2=1200MPa h4=20cm E4=2400MPa E0=300MPaE0=300MPa 图6.2沥青混凝土面层底面弯拉应力3层体系换算图 则 Hhk0.9Ek8180.92700200.9240091.8(cm) k2kE212001200 4 10.65 0.38,E2E10.67,查表得 0。 则 r10r0.32(MPa) (2)AC-20底面弯拉应力 同理,0,r10r0.24(MPa) (3)验算水泥粉煤灰碎石底面弯拉应力 h1 1=4cm E1=1800MPa h2 2=8cm E2=1200MPa h=? cm E1=2700MPa h3=18cm E3=2700MPa h4=20cm E4=2400MPa H=20cm E2=2400MPa E0 =300MPa E0 =300MPa 图4.3水泥粉煤灰碎石弯拉应力3层体系换算图 则 hn2hk4Ek1884120044180030.14(cm) k1kEn227002700 h2.83,E2E10.9,E0E20.125,H1.5。 10.65 查表得: 0.03,m11.16,m21.3。 则 r1pr1pm1m20.70.031.161.30.032(MPa) 则r1r0.244(MPa) (4)验算二灰土底面弯拉应力换算图同水泥粉煤灰碎石弯拉应力3层体系换算图。 查表得: 0.195,n11.2,n20.45。 则 r2pr2pn1n20.70.1951.20.450.0737(MPa) 则r1r0.09(MPa)经过验算各层地面弯拉应力满足要求。 4.3.5验算沥青混凝土剪应力 由于本路段设计最大纵坡i=2.8%,小于规范设计的最大纵坡和本线路为公路,不需要计算和验算剪应力。 4.4其他路基路面结构厚度确定 4.4.1挖方路基路面结构 在挖方路基段: K0+720.00~K0+820.00,K0+910.00`K0+990.00,K1+480.00~K1+540.00。 开挖后下方为岩石,则回弹模量很大,不需设置底基层,只设置基层。 拟定路面结构方案,确定路面材料回弹模量和极限抗弯拉强度见表4.7 表4.7路面结构及参数表 层次 材料名称 层厚(cm) 抗压回弹模量(MPa) 劈裂强度(MPa) 15C 20C 1 AC-16 4 1800 1200 1.0 2 AC-25 8 1200 1000 0.8 3 水泥粉煤灰碎石 ? 2700 1500 0.5 5 石基 — 300 根据计算,基层只需满足构造、施工要求即可,取水泥粉煤灰碎石厚为 18cm,也做为基底找平。 根据验算各层地面弯拉应力满足要求。 4.4.2隧道内路面结构 隧道路段: K1+542.04~K1+820.86。 基层采用素混凝土,厚度为15cm,其抗压强度为C25。 路面采用复合式路面沥青上面层。 其路面结构见表4.8 表4.8隧道复合式路面结构 层数 材料名称 厚度(cm) 1 SMA-13 4 2 AC-16 4 3 钢纤维水泥混凝土面板 22 4 素混凝土基层 15 4.5路面施工要求 4.5.1沥青混凝土面层施工要求 1)材料要求 (1)沥青根据面层的类型、交通量、气候、施工方法选择石油沥青(AH-70),锥入度,AH-70;延度>100cm;软化度=44~45°C;含蜡量<3%;密度>1。 (2)矿料矿料包括碎石、砾石、石屑、砂和矿粉。 它是沥青面层的骨架,承受行车荷载和车轮的磨耗主要靠矿料。 碎石: 有足够的强度和耐磨行,压碎值≤25%~28%;含泥量<1%,含水量<3%;粘结力≥4级。 砂和石屑: 砂(粒径<2.36mm),石屑(粒径<4.75mm),砂和石屑要求级配,含泥量<3%~5%。 矿粉(填料,粒径<0.075mm): 由石灰石、白云石磨细的石粉。 要求粒径<0.075mm成分占70%、含水量<1%,其亲水系数应小于1,视密度不小于2.5t/m3。 2)混合料拌合、运输 拌合: 温度为155C~165C;混合料要均匀,颜色一致,无花白料,无团粒。 运输: 每两车配备帆布,保温防水;车厢喷液体(水: 柴油=1: 3~1: 5)防止粘车;车上旧料清除干净。 3)混合料摊铺 摊铺机连续不断摊铺;摊铺速度V=2~2.5m/min;摊铺温度为 120C~145C;路面下面层、中面层走钢丝,上面层走雪橇。 4)碾压 碾压温度为120C~145C;碾压完成温度为: 钢轮压路机不低于70C;轮胎压路机不低于80C;震动压路机不低于65C;严格可控制含水量,按“初压、复压、终压”碾压工艺进行碾压。 5)面层质量控制保证沥青混凝土路面质量达到设计要求,应控制以下质量标准。 表4.9沥青混凝土面层质量控制标准 序号 控制质量内容 标准 1 压实度 ≥95% 2 平整度 1.2mm 3 高程 ±10mm 4 厚度 总厚度-15上面层-8mm 5 宽度 +0以上 6 中线偏位 20mm 7 横坡 ±0.3% 8 弯沉 ≤竣工验收弯沉值 4.5.2水泥粉煤灰碎石基层施工要求 1)混合料组成 为节省投资,增加基层强度,在水泥稳定碎石中加入就地取材的粉煤灰, 组成水泥、粉煤灰稳定碎石基层。 混合料配合比为水泥: 粉煤灰: 碎石=6: 14: 80,因粉煤灰含水量在20~30%左右,所以施工配比调整为6: 17.5: 80;最佳含水量为9.8%;最大干密度2.15g/cm3松铺
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 路面 结构设计