沥青公路设计.docx
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- 沥青 公路 设计
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沥青路面设计 一、 交通调查与分析 1、 交通资料 车型 数量（辆／日） 车型 数量（辆／日） 东风SP9135B 300 风东KM340 531 五十铃NPR595G 350 黄河JN163 368 江淮HF140A 400 五十铃EXR181L 530 江淮HF150 406 三菱FR415 200 根据交通调查，进行综合分析，交通调查资料为2003年，设计计算年限的起算年为2007年，预测其交通增长率在前五年为10 ％、之后取8％。对水泥混凝土全设计年限内均采用5%。 2、 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载P1的作用次数n1应按下述公式换算成标准轴载P的当量作用次数N。 轴载换算 轴载换算采用如下公式： 式中：N——标准轴载的当量轴次，次/日 ——被换算车型的各级轴载作用次数，次/日 ——标准轴载， ——被换算车型的各级轴载， ——轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时的轴数系数为m;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算： ——轴数； ——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。 3、 当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载P1的作用次数n1应按下述公式换算成标准轴载P的当量作用次数N’。 轴载换算 轴载换算采用如下公式： 式中： ——轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时的轴数系数为m;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算： ——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。 4、 轴载换算分析 车型 后轴组数 后轴数 后轴距 车型 后轴组数 后轴数 后轴距 东风SP9135B 2 2 4 东风KM340 2 1 0 五十铃NPR595G 2 1 0 黄河JN163 2 1 0 江淮HF140A 2 1 0 五十铃EXR181 2 3 4 江淮HF150 2 1 0 三菱FR415 2 1 0 5、 轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层地拉应力中累计当量轴次。 车型 轴位 东风SP9135B 前轴 20.1 1 6.4 440 0 后轴 72.6 2 1 440 218.6 五十铃NPR595G 前轴 23.5 1 6.4 513 0 后轴 44.0 1 1 513 14.4 江淮HF140A 前轴 18.9 1 6.4 586 0 后轴 41.8 1 1 586 13.2 江淮HF150 前轴 45.1 1 6.4 595 119.2 后轴 101.5 1 1 595 634.8 东风KM340 前轴 24.6 1 6.4 777 0 后轴 67.8 1 1 777 143.3 黄河JN163 前轴 58.6 1 6.4 539 337.4 后轴 114.0 1 1 539 953.1 五十铃EXR181 前轴 60.0 1 6.4 776 538.3 后轴 100.0 3 1 776 2328 三菱FR415 前轴 30.0 1 6.4 293 10 后轴 51.0 1 1 293 15.7 累计换算轴次N =5326次/日 =N0.50.5=1332 次/日 = =1465次/日 累积当量轴次。 根据设计规范，一级公路的沥青路面设计年限为15年，车道系数。交通调查资料为2003年，设计年限的起算年为2007·， 2009年以前，交通量年增长率为10%，以后为8%。 设计年限内一个车道的累积当量轴次为： =5630365次 验算半刚性基层层底拉应力中累计当量轴次。 车型 轴位 东风SP9135B 前轴 20.1 1 18.5 440 0 后轴 72.6 2 1 440 67.9 五十铃NPR595G 前轴 23.5 1 18.5 513 0 后轴 44.0 1 1 513 0 江淮HF140A 前轴 18.9 1 18.5 586 0 后轴 41.8 1 1 586 0 江淮HF150 前轴 45.1 1 18.5 595 0 后轴 101.5 1 1 595 670.3 东风KM340 前轴 24.6 1 18.5 777 0 后轴 67.8 1 1 777 34.7 黄河JN163 前轴 58.6 1 18.5 539 138.7 后轴 114.0 1 1 539 1537.5 五十铃EXR181 前轴 60.0 1 18.5 776 241.1 后轴 100.0 3 1 776 2328 三菱FR415 前轴 30.0 1 18.5 293 0 后轴 51.0 1 1 293 1.3 ==5019次/日 =0.50.5=1255次/日 ==1380次/日 累积当量轴次。 根据设计规范，高速设计年限15年，四车道的折减系数为0.4—0.5，取0.45. 设计年限内一个车道的累积当量轴次为： =5305336次 规范规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。查规范中的第四节沥青路面的4.2高级路面中的表4.2.1“沥青混合料类型的选择（方孔筛）”，采用三层沥青面层，表面层采用抗滑表层（厚度为4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下面层采用粗粒式密集配沥青混凝土（9cm）.各层材料的抗压模量与劈裂强度。 抗压模量取20度的模量，各值均取规范给定的中值，细粒式沥青混凝土为1400MPa,中粒式沥青混凝土为1200MPa，粗粒式沥青混凝土为1000MPa,水泥碎石为1500MPa，石灰土为550MPa，各层材料的劈裂强度：细粒式为14MPa,中粒式为1.0，粗粒式为0.8MPa，水泥稳定碎石为0.5MPa，石灰土为0.225MPa. 土基回弹模量 该路段处于II区为粉质土，稠度0.80，二级自然区划各土组土基回弹模量为33.5MPa 设计指标的确定。 ①设计弯沉值：该公路为高速公路、公路等级系数为1.0面层是沥青混凝土面层系数为1.0. 半刚性基层，底基层总厚度大于20cm基层类型系数取1.0. ②设计弯沉值： ③各层材料的容许层底拉应力为 细粒式密集配沥青混凝土： =0.091.0/1.0=2.71 =1.4/2.71=0.5166MPa 中粒式密集配沥青混凝土=0.091.0/1.0=2.71 =1.0/2.71=0.3690MPa 粗粒式密集配沥青混凝土：=0.091.1/1.0=2.99 =0.8/2.995=0.2676MPa 水泥碎石： =0.35/1.0=1.92 =0.5/1.92=0.2604MPa 石灰土： =0.45/1.0=2.47 =0.225/2.47=0.0910MPa 设计资料总结： 设计弯沉值为19.87（0.01mm）相关设计资料如下表所示： 材料名称 h/cm 15度模量 20度模量 劈裂强度/MPa 容许拉应力/MPa 细粒式沥青混凝土 3 1800 1400 1.4 0.5166 中粒式沥青混凝土 6 1600 1200 1.0 0.3690 粗粒式沥青混凝土 9 1200 1000 0.8 0.2676 水泥碎石 18 1500 0.5 0.2604 石灰土 18 550 0.225 0.0910 土基 425 — （7）确定石灰土的土层厚度 通过计算机设计计算得到石灰土的厚度为 实际路面结构的路表实测弯沉值为26.49（0.01mm）沥青面层的层底的均受压应力，水泥碎石层底的是大拉应力为-0.026＜0.2203MPa 石灰土层底最大拉应力为0.0111MPa＜0.0751MPa。 上述设计结果满足设计要求。 ************************** *新建路面设计成果文件汇总* ************************** 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 东风SP9135B 20.1 72.6 2 双轮组 >3 300 2 五十铃NPR595 23.5 44 1 双轮组 350 3 江淮HF140A 18.9 41.8 1 双轮组 400 4 江淮HF150 45.1 101.5 1 双轮组 406 5 东风KM340 24.6 67.8 1 双轮组 531 6 黄河JN163 58.6 114 1 双轮组 368 7 五十铃EXR181 60 100 3 双轮组 >3 530 8 三菱FR415 30 51 1 双轮组 200 设计年限 15 车道系数 .4 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 10 ％ 2 10 8 ％ 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3652 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.546878E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3442 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.457929E+07 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 .41 2 中粒式沥青混凝土 1 .29 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .21 4 石灰粉煤灰碎石 .6 .28 5 石灰土 .25 .09 6 天然砂砾 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 .41 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 .29 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 .21 4 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 .28 5 石灰土 25 550 550 .09 6 天然砂砾 15 150 150 7 土基 36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 21.9 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 23.7 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 21.3 (0.01mm) H( 4 )= 28.8 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 28.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 28.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 28.8 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 28.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 80 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: --------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 3 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 29 cm --------------------------------------- 石灰土 25 cm --------------------------------------- 天然砂砾 15 cm --------------------------------------- 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 6 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力 4 石灰粉煤灰碎石 29 1500 1500 计算应力 5 石灰土 25 550 550 计算应力 6 天然砂砾 15 150 150 不算应力 7 土基 36 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.1 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.9 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 83.4 (0.01mm) 第 6 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 287.2 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 258.8 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.233 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.101 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.056 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .105 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .054 (MPa) ************************** *新建路面设计成果文件汇总* ************************** 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 东风SP9135B 20.1 72.6 2 双轮组 >3 300 2 五十铃NPR595 23.5 44 1 双轮组 350 3 江淮HF140A 18.9 41.8 1 双轮组 400 4 江淮HF150 45.1 101.5 1 双轮组 406 5 东风KM340 24.6 67.8 1 双轮组 531 6 黄河JN163 58.6 114 1 双轮组 368 7 五十铃EXR181 60 100 3 双轮组 >3 530 8 三菱FR415 30 51 1 双轮组 200 设计年限 15 车道系数 .4 序号 分段时间(年) 交通量年增长率 1 5 10 ％ 2 10 8 ％ 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3652 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.546878E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3442 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.457929E+07 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 .41 2 中粒式沥青混凝土 1 .29 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .21 4 石灰粉煤灰碎石 .6 .28 5 石灰土 .25 .09 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .41 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 .29 3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 .21 4 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 .28 5 石灰土 25 550 550 .09 6 土基 36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 21.9 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 24.2 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 21.7 (0.01mm) H( 4 )= 29.6 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 29.6 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 29.6 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 29.6 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 29.6 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 29.6 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 29.6 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 29.6 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 80 cm 验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 8.4 cm , 程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足 . 通过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面 最下层, 最后得到路面结构设计结果如下: --------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 5 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 8 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 30 cm --------------------------------------- 石灰土 33 cm --------------------------------------- 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应力 3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 计算应力 4 石灰粉煤灰碎石 30 1500 1500 计算应力 5 石灰土 33 550 550 计算应力 6 土基 36 计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 19.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.3 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 79.9 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 258.8 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.185 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.051 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.036 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .087 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .051 (MPa)展开阅读全文
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