路面设计图-论述路面结构设计步骤
首先看道路结构,这是最主要也是最简单的。每一个黑色的圆点就是表示指向该层。从下往上分别是路基和路面。当然路基、路面也分很多层,你可以数一下有几个黑点就代表有多少层。而且每层都在上面用文字标注了。
论述路面结构设计步骤7.2
路面结构设计
7.2.1
路面结构设计步骤
新建沥青路面按以下步骤进行路面结构设计:
(1)
根据设计任务书和路面等级及面层类型,计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。
(2)
按路基土类型和干湿状态,将路基划分为几个路段,确定路段回弹模量值。
(3)
根据已有经验和规范推荐的路面结构,拟定几中可能的路面结构组合及厚度方案,根据选用的材料进行配合比实验及测定结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度,确定各结构层材料设计参数。
(4)
根据设计弯沉值计算路面厚度。对二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层,应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求,或调整路面结构层厚度,或变更路面结构层组合,或调整材料配合比,提高材料极限抗拉强度,再重新计算。
7.2.2
路面结构层计算
该路位于中原黄河冲积平原区,地质条件一般为a)第一层:冲积土;b)第二层:粘质土;c)第三层:岩石。平原区二级汽车专用沥青混凝土公路,路面使用年限为12年,年预测平均增长率为6%。
(1)轴载分析
本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载,以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按表7-1确定。
表7-1
标准轴载计算参数
标
准
轴
载
BZZ-100
标
准
轴
载
BZZ-100
标准轴载P(kN)
100
单轮传压面当量圆直径d(cm)
21.30
轮胎接地压力p(MPa)
0.70
两轮中心距(cm)
1.5d
表7-2
起始年交通量表
车型
小汽车
解放CA15
东风EQ140
黄河JN162
数量
(辆/d)
1500
800
600
200
1)以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力
①
轴载换算
各级轴载换算采用如下计算公式:
(7-1)
式中:N1—标准轴载的当量轴次,次/日;
ni—被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日;
P—标准轴载,kN;
Pi—被换算车辆的各级轴载,kN;
k—被换算车辆类型;
C1—轴数系数,C1=1+1.2(m-1),m是轴数。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,应考虑轴系数;
C2—轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轮组为0.38。
计算结果如下表7-3所示。
表7-3
轴载换算结果表(弯沉)
车
型
Pi
(KN)
Ci
C2
ni
解放CA15
前轴
20.97
1
1
800
—
后轴
70.38
1
1
800
173.58
东风EQ140
前轴
23.70
1
1
600
—
后轴
69.20
1
1
600
120.95
黄河JN162
后轴
59.50
1
1
200
20.90
后轴
115.00
1
1
200
367.34
682.77
注:轴载小于25kN的轴载作用不计。
②
累计当量轴次为:
(7-2)
式中:Ne—累计当量轴次;
η—车道系数,规范规定二级公路η值为0.60~0.70,取0.60;
t—路面使用年限,二级公路取12年;
—年预测平均增长率,二级路取6%;
N1—标准轴载的当量轴次,次/日。
2)验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次
①
轴载换算
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:
N1'=∑C1'*C2'*ni(pi/p)8
(7-3)
计算结果如表7-4所示。
表7-4
轴载换算结果表(半刚性基层层底拉应力)
车
型
Pi(kN)
C1'
C2'
ni(次/日)
C1'*C2'*ni(pi/p)8
(次/日)
解放CA15
后轴
70.38
1
1
800
48.16
东风EQ140
后轴
69.20
1
1
600
31.55
黄河JN162
前轴
59.50
1
18.5
200
3.14
后轴
115.50
1
1
200
611.80
N1'=∑C1'*C2'*ni(pi/p)8
694.65
注:轴载小于50kN的轴载作用不计。
②
累计当量轴次
参数值同上,累计当量轴次Ne'为:
(7-4)
(2)路面结构组合材料选取
经计算路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次为250万次左右,根据规范推荐结构,并考虑到当地材料供用条件,决定面层采用沥青混凝土路面(6cm),基层采用水泥混凝土稳定基层(水泥碎石15cm),底基层采用石灰稳定土(厚度待定)。
(3)各层材料的抗压模量与劈裂强度的选定
查邓学均主编的《路基路面工程》表14-13、14-14,得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。路面设计弯沉值计算路面结构厚度时,取20℃的抗压模量,中粒式密级配沥青混凝土E1=1400Mpa,验算层底弯拉应力时,取15℃的抗压模量,中粒式沥青混凝土E1=1800
Mpa。水泥稳定碎石E2=1300
Mpa;石灰稳定土E3=600
Mpa。各层材料劈裂强度:中粒式沥青混凝土=1.2
Mpa;水泥稳定碎石=0.5
Mpa;石灰稳定土=0.35
MPa。
(4)土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅳ2区,为粘质土,稠度0.9,查邓学均主编的《路基路面工程》表14-9得土基回弹模量E0=23.0Mpa。
(5)设计指标的确定
①
设计弯沉值
(7-5)
式中:—路面设计弯沉值(0.01mm);
Ac—公路等级系数,二级公路为1.1;
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,Ab
=1.0;
所以:=6002522505-0.21.11.01.0=34.61(0.01mm)
②
各层材料容许层底拉应力
(7-6)
式中:—路面结构层材料的容许拉应力,MPa;
—结构层材料的极限抗拉强度,MPa,由实验确定。我国公路沥青路面设计规范采用极限劈裂强度;
—抗拉强度结构系数。
沥青混凝土面层:
=2.10
=1.2/2.10=0.57MPa
水泥稳定碎石:
=1.61
=0.5/1.61=0.31MPa
石灰土:
=2.07
=0.35/2.07=0.17
MPa
式中:Aa—沥青混合料级配系数;细、中粒式沥青混凝土为1.0,粗粒式沥青混凝土为1.1;
Ac—公路等级系数,二级公路取1.1。
(6)设计资料总结
经计算路面设计弯沉值为34.61(0.01mm),相关设计资料汇总如表7-5。
表7-5
设计资料汇总表
材料名称
h(cm)
20℃抗压摸量(MPa)
容许拉应力(MPa)
沥青混凝土(E1)
6
1400
0.57
水泥稳定碎石(E2)
15
1300
0.31
石灰土(E3)
?
600
0.17
(7)确定石灰土层厚度
①
计算容许弯沉值
cm
(7-7)
式中:—容许回弹弯沉值,cm;
Ne—累计当量轴载作用次数;
B—回归系数,取1.1;
β—随N改变的变化率。
②
计算弯沉综合修正系数F
=0.627
(7-8)
式中:F—弯沉综合修正系数;
—路面实测弯沉值,在计算路面厚度时,可用容许弯沉值;
、—标准车型的轮胎接地压强(MPa)和当量圆半径(cm),
通常
取0.7MPa,取10.65cm;
E0—土基回弹模量。
③
计算理论弯沉系数
=9.43
(7-9)
用三层体系为计算体系,将四层体系按照弯沉等效的原则换算为三层体系。换算图式如图7-1所示。
图7-1
多层体系换算示意图
由已知参数求得:
;;;
查邓学均主编的《路基路面工程》P360页图14-14三层体系表面弯沉系数诺谟图,可得=5.80,K1=1.87。
由公式
(7-10)
得:
=0.87
由K2=0.87,,,查诺谟图得:
则
H=3.3×10.65==35.15cm;
④
计算石灰土底基层厚度h3
根据公式
27.80
cm
(7-11)
取最小厚度h3=28.0
cm。
由于本路段属于Ⅳ2区,常年无冻土出现,因此不必进行防冻验算。
(8)各层底弯拉应力的验算
先把四层体系换算成当量三层体系,此时第一层用15℃抗压模量,其余各层抗压模量不变,换算成当量层三层体系如图7-2所示。
图7-2
体系换算示意图
①
确定允许弯拉应力
查表知沥青混凝土和石灰土的抗弯拉强度分别为:
MPa,MPa;
沥青混凝土和石灰土的抗拉强度结构系数分别为:
(7-12)
(7-13)
其容许弯拉应力分别为:
MPa
(7-14)
MPa
(7-15)
②
验算弯拉应力
沥青混凝土层和水泥稳定碎石的计算回弹模量分为E1=1800MPa,E2=1300MPa,石灰土为E3=600
MPa。
a)结构上层等效换算:cm
换算公式为:
cm
(7-16)
又
,=0.72,换算后的三层体系其上层及中
下层间均是连续接触,查诺谟图知为负值,故为负值。
(7-17)
(7-18)
即面层设计满足要求。
b)验算石灰土层的弯拉应力
=
21.5cm
(7-19)
由,=2.63,查诺谟图可得;
又,查诺谟图可得=1.04;以及,查诺谟图可得。
MPa
(7-20)
可见,设计满足要求。故h3=28cm也满足要求。
综上所述,路面结构各层厚度分别取h1=6cm,h2=15cm,h3=28cm。经过上述的设计,计算及验算,最终拟定路面结构图如图7-3所示。
图7-3
路面结构示意图
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