教學(xué)推薦案例1新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算

1、 案例1新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算.設(shè)計(jì)資料湖北省某新建高速公路，雙向四車道，擬采用瀝青路面結(jié)構(gòu)。沿線土質(zhì)為黏性土， 地下水位距路床頂面1.4 m,沿線有水泥及碎石供應(yīng)。根據(jù)計(jì)劃安排，該項(xiàng)目于 2010年建成通車。經(jīng)交通調(diào)查預(yù)測(cè)，2010年平均日交通量見案例表1;交通量年增長(zhǎng)率：20102014年為8%, 20152019年為7%, 20202024年為5%。案例表1通車第一年（2010年）交通組成與交通量車型分類代表車型交通量/ （輛/大）單后軸貨車黃河JN163760東風(fēng)EQ140520雙后軸貨車東風(fēng)EQ240460單后軸客車武漢WH644A790武漢WH644B870拖掛車交通SH-14

2、1220.設(shè)計(jì)步驟1）交通量計(jì)算及交通等級(jí)的確定（1）車輛參數(shù)及交通量計(jì)算，見案例表2。案例表2通車第一年（2010年）交通組成車輛參數(shù)與交通量序號(hào)車型名稱前軸重/kN后軸重/kN后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距/m交通量/ （輛/天）1黃河JN16358.61141雙輪組一7602東風(fēng)EQ14023.769.21雙輪組一5203東風(fēng)EQ24025.525.92雙輪組3220注：表中的車輛參數(shù)來自于 HPDS2011程序；后軸重為單軸重。（2）計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次 Ne。當(dāng)量軸次N1。a.當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)，通車第一年（2010年）雙向日平均當(dāng)量軸次N1的計(jì)算。按式（1-7）進(jìn)行前軸、

3、后軸當(dāng)量軸次的換算，計(jì)算過程見案例表3。案例表3第一年（2010年）雙向日平均當(dāng)量軸次 N1的計(jì)算汽車車型前軸當(dāng)量軸次換算后軸當(dāng)量軸次換算日交通量/ （輛/天）前軸重/kN軸數(shù) 系數(shù)Ci輪組 系數(shù)C2當(dāng)量軸次/ （次/天）后軸 重/kN后 軸 數(shù)后軸輪組數(shù)后 軸 距 /m軸 數(shù) 系 數(shù) Ci輪 組 系 數(shù) C2當(dāng)量軸次/ （次/天）黃河JN16358.616.447611412一111 344760東風(fēng)EQ14023.716.4669.212一11105520東風(fēng)EQ24025.516.4825.92232161220合計(jì)5551 780N1 （次/天）2 335N1=前軸當(dāng)量軸次+后軸當(dāng)量軸

4、次=555+1 780=2 335 （次/天）注：本表以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)。計(jì)算當(dāng)量軸次時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)。前軸均為單軸單輪。當(dāng)后軸距大于3 m時(shí)，按單獨(dú)軸載計(jì)算，即Ci二軸數(shù)。例如，案例表3中交通SH-141 的后軸軸數(shù)系數(shù) Ci=2。當(dāng)后軸距小于3 m時(shí)，按式（1-3）計(jì)算Ci。例如，案例表3中東風(fēng)EQ240的后軸軸數(shù)系數(shù)Ci=2.2ob.當(dāng)以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，通車第一年（2010年）雙向日平均當(dāng)量軸次Ni的計(jì)算。按式（1-4）進(jìn)行前軸、后軸當(dāng)量軸次的換算，計(jì)算過程見案例表4。要注意式（1-9）與式（1-7）中指數(shù)的區(qū)別，并注意案例表3與案例表4中C1、C2取值

5、的區(qū)別。案例表4第一年（2010年）雙向日平均當(dāng)量軸次 N1的計(jì)算汽車車型前軸當(dāng)量軸次換算后軸當(dāng)量軸次換算日交 通量/ （輛/ 天）前軸重/kN軸數(shù) 系數(shù)C1輪組 系數(shù)C2當(dāng)量 軸次/ （次/ 天）后軸重/kN后 軸 數(shù)后 軸 輪 組 數(shù)后軸距/m軸數(shù) 系數(shù)C1輪 組 系 數(shù) C2當(dāng)量軸次/ （次/ 天）黃河JN16358.6118.519611412112168760東風(fēng)EQ14023.7118.5069.212一1127520東風(fēng)EQ24025.5118.5025.92232112220合計(jì)一一一198一一一一一一2 266一N1 （次/天）2 464N1=前軸當(dāng)量軸次+后軸當(dāng)量軸次=19

6、8+2 266=2 464 （次/天）注：本表以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)。g計(jì)當(dāng)量軸次 Neo按式（1-11）計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Neo該公式為等比數(shù)列求和公式，其中，365N1rl是首項(xiàng)，（1+力是公比。365是指一年的天數(shù)，365N1將日作用次數(shù)換算為年作用次數(shù)；刀是車道系數(shù)，將雙向交通換算為設(shè)計(jì)車道上（即最不利車道）的作用次數(shù)。設(shè)計(jì)年限t:查表1-8,高速公路設(shè)計(jì)年限t=15年。車道系數(shù)ri：查表1-9,取車道系數(shù) 0.4。a.當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的計(jì)算見案例表5。案例表5設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的

7、計(jì)算各特征年雙向日 平均當(dāng)量軸次Ni/ （次/天）通車第n年156101115分段交通量增長(zhǎng)率/%875Ni/ （次/天）2 3353 1773 3994 4554 6785 686車道系數(shù)T10.4查表1-9累計(jì)當(dāng)量軸次Ne/ （次/車道）分段計(jì)算2010 2014 年2015- 2019 年2020 2024年1 999 9832 853 8273 773 940合計(jì)8 627 750注：本表以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)。b.當(dāng)以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的計(jì)算見案例表6。 案例表6設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的計(jì)算各特征年雙向日

8、平均當(dāng)量軸次Ni/（次/天）通車第n年156101115分段交通量增長(zhǎng) 率/%875Ni/ （次/天）2 4643 3523 5874 7024 9376 001車道系數(shù)T10.4查表1-9累計(jì)當(dāng)量軸次Ne/ （次/車道）分段計(jì)算2010 2014 年2015- 2019 年2020 2024年2 110 4743 011 6743 982 886合計(jì)9 105 034注：本表以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)交通等級(jí)。當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)，案例表5中計(jì)算得出的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne=8 627 750次/車道，查表1-10,得出交通等級(jí)為中等交通。當(dāng)以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)

9、，案例表6中計(jì)算得出的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne=9 105 034次/車道，查表 1-10,交通等級(jí)為中等交通。取最高的交通等級(jí)為設(shè)計(jì)交通等級(jí)，所以本項(xiàng)目的交通等級(jí)為中等交通。2）結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)（1）路基與墊層?；?。a_M基干濕類型。本項(xiàng)目自然區(qū)劃屬IV 3區(qū)（長(zhǎng)江中游平原中濕區(qū)），沿線土質(zhì)為黏性土， 查公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范 （JTG D50-2006 ） F.0.1,可得出路床面至地下水位臨界高度 為 H1=1.51.7 m, H2=1.1 1.2 m, H3=0.80.9 m。查案例1的設(shè)計(jì)資料，地下水位距路床頂面Ho=1.4 m。查公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范表 5.1.4-2,由H2HoHi得出，路基為

10、中濕狀態(tài)。b.路基回彈模量。公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范5.1.1條規(guī)定，路基回彈模量值應(yīng)大于 30 MPa, 重交通、特重交通路基回彈模量值應(yīng)大于40 MPa。通過室內(nèi)試驗(yàn)法，確定路基回彈模量為40 MPa,滿足公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范5.1.1條的規(guī)定。墊層。因路基處于中濕狀態(tài)，按公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范4.2.5條規(guī)定，不需設(shè)置墊層。（2）各結(jié)構(gòu)層的材料、厚度、回彈模量。初擬路面結(jié)構(gòu)。根據(jù)預(yù)測(cè)交通量、道路等級(jí)對(duì)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟆?水文、地質(zhì)、筑路材料供應(yīng)等情況，參考國內(nèi)外高等級(jí)公路設(shè)計(jì)、使用經(jīng)驗(yàn)及當(dāng)?shù)匾呀ê驮?建的高速公路施工經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，見案例表7。按表1-12、表1-1

11、3檢查各結(jié)構(gòu)層的厚度是否合理。案例表7瀝青路面結(jié)構(gòu)方案層 位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度/cm備 注1細(xì)粒式瀝青混凝土4AC-13C2中粒式瀝青混凝土6AC-203粗粒式瀝青混凝土7AC-254水泥穩(wěn)定碎石?基層5級(jí)配碎石20底基層注：瀝青路面的基層為承重層，底基層為次承重層，設(shè)計(jì)層可選用承重層或次承重層。本案例以基層為設(shè)計(jì)層，設(shè)計(jì)層的 厚度用“？ ”表示，設(shè)計(jì)層的最小厚度查表1-13,當(dāng)驗(yàn)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求時(shí)，程序會(huì)將設(shè)計(jì)層厚度加厚，直到驗(yàn)算滿足規(guī)范要求為止。路面各結(jié)構(gòu)層的回彈模量、 劈裂強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)高速公路施工圖時(shí)， 采用實(shí)測(cè)設(shè)計(jì)參數(shù), 回彈模量、劈裂強(qiáng)度見案例表8。案例表8路面各結(jié)構(gòu)層材料的回彈

12、模量、劈裂強(qiáng)度層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度 /mm20 C15 C劈裂強(qiáng)度/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa1細(xì)粒式瀝青混凝土401 4521252 1573171.22中粒式瀝青混凝土601 2251041 8701751.03粗粒式瀝青混凝土70978501 276850.84水泥穩(wěn)定碎石?1 6302541 6302540.65級(jí)配碎石2002401224012一注：以路表彎沉值為設(shè)計(jì)或驗(yàn)算指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)參數(shù)采用 20抗壓回彈模量；以瀝青層或半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè) 計(jì)指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)參數(shù)采用15 Q抗壓回彈模量。3)瀝青路面厚度設(shè)計(jì)(1)設(shè)計(jì)彎沉值。

13、設(shè)計(jì)彎沉值的計(jì)算見式(1-2),計(jì)算過程見案例表 9。案例表9設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算c設(shè)計(jì)彎沉值ld (0.01 mm)設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量 軸次Ne/ (次/車道)公路等級(jí)系數(shù)Ac面層類型系數(shù)As路面結(jié)構(gòu) 類型系數(shù)Abld=600Ne-0.2AcAA由案例表5計(jì)算得出24.68 627 750111(2)層底容許拉應(yīng)力。層底容許拉應(yīng)力的計(jì)算見式(1-3),計(jì)算過程見案例表 10。案例表10各結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力計(jì)算層位結(jié)構(gòu)層材料 名稱劈裂強(qiáng)度以/MPa抗拉強(qiáng)度名構(gòu)系數(shù)Ks的計(jì)算容許拉應(yīng)力MPa實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系 數(shù)Ks的計(jì)算公式Ks設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì) 當(dāng)量軸次Ne/ (次/車道)公路等級(jí)系數(shù)A

14、c見式(1-3)1細(xì)粒式瀝青 混凝土1.2Ks=0.09Ne0.22/Ac3.08 627 750見案例表51.00.402中粒式瀝青 混凝土1.03.08 627 750見案例表51.00.333粗粒式瀝青 混凝土0.83.08 627 750見案例表51.00.274水泥穩(wěn)定 碎石0.6Ks=0.35Ne0.11/Ac2.09 105 034見案例表61.00.305級(jí)配碎石一一一一一一(3)瀝青路面厚度設(shè)計(jì)。用 HPDS2011軟件進(jìn)行計(jì)算，以路表彎沉值作為路面整體強(qiáng) 度的控制指標(biāo)反算設(shè)計(jì)層厚度，并進(jìn)行瀝青混凝土路面面層和整體性材料基層的彎拉應(yīng)力驗(yàn)當(dāng)設(shè)計(jì)層的厚度取 36 cm時(shí)，路表計(jì)算

15、彎沉值 ls= 24.5 (0.01 mm),設(shè)計(jì)彎沉值ld=24.6 (0.01 mm),路表計(jì)算彎沉值小于設(shè)計(jì)彎沉值，滿足要求。當(dāng)設(shè)計(jì)層的厚度取 36 cm時(shí)，驗(yàn)算各層層底拉應(yīng)力cm,見案例表11,層底拉應(yīng)力 m小于容許拉應(yīng)力 (R,滿足要求。案例表11各結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力計(jì)算層位結(jié)構(gòu)層材料 名稱厚度/mm20 C15 C劈裂強(qiáng)度 /MPa容許拉應(yīng)力我/MPa層底面最大拉 應(yīng)力(m/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa1細(xì)粒式瀝青 混凝土401 4521252 1573171.20.40-0.2302中粒式瀝青 混凝土601 2251041 8701751.

16、00.330.0663粗粒式瀝青 混凝土70978501 276850.80.270.0274水泥穩(wěn)定碎 石3601 6302541 6302540.60.300.1675級(jí)配碎石2002401224012一一一HPDS2011程序操作過程演示(1)啟動(dòng)程序HPDS2011的“公路瀝青路面設(shè)計(jì)與驗(yàn)算”。啟動(dòng)程序HPDS2011,然后 選擇“路面設(shè)計(jì)與計(jì)算”一 “瀝青路面設(shè)計(jì)與計(jì)算” 一 “公路瀝青路面設(shè)計(jì)與驗(yàn)算”命令，如案例圖1所示。案例圖1案例圖1啟動(dòng)程序HPDS2011的“公路瀝青路面設(shè)計(jì)與驗(yàn)算”(2)交通量計(jì)算及交通等級(jí)確定。按案仞圖2所示對(duì)話框，輸入設(shè)計(jì)參數(shù)：公路等級(jí)、車道系數(shù)、設(shè)計(jì)年

17、限、增長(zhǎng)率分 段數(shù)、車輛類型數(shù)。* / 耳珥 |S3TE T妍容c 且*s 工累- - f：. |卡接遇器E.TI怩計(jì)三星玷慶二遇事的 F點(diǎn)療不庠j蚱,名間不 /班.工電耳,名間不 /班.工電耳I 單曲.4t- 遁坡丁地氏小小案例圖4輸入瀝青路面車輛與交通量參數(shù)案例圖2輸入設(shè)計(jì)參數(shù)前入交通量年增長(zhǎng)率分段數(shù)據(jù)。單擊案例圖2中的“各分段時(shí)間、增長(zhǎng)率輸入”按鈕,然后在彈出的對(duì)話框中輸入如案例圖3中所示的數(shù)據(jù)。而，質(zhì)而 *J案例圖3輸入交通量年增長(zhǎng)率分段數(shù)據(jù)輸入瀝青路面車輛與交通量參數(shù)。單擊案例圖2中的“車輛及交通參數(shù)輸入”按鈕,在彈出的對(duì)話框中輸入如案例圖 4中所示的數(shù)據(jù)(選擇車型名稱、輸入交通量)

18、。注意：?jiǎn)螕簟败囆兔Q”欄的相應(yīng)地方，可選擇車型、車型代碼、前軸重、后軸重、后 軸輪組數(shù)、后軸數(shù)、后軸距可由程序自動(dòng)生成，不必填寫。g計(jì)當(dāng)量軸次及交通等級(jí)的計(jì)算。單擊案例圖2中的“累計(jì)當(dāng)量軸次及交通等級(jí)的計(jì)算、確定和輸出”按鈕，結(jié)果如案例圖5所示。夙重71國中工止*4竟不日f艮工潼為打岬不苣上的累計(jì)當(dāng)朝做 mzRwwii,胃中等工/多匚：.案例圖5交通量計(jì)算及交通等級(jí)確定計(jì)算結(jié)果（3）選擇路面設(shè)計(jì)類型、路面設(shè)計(jì)內(nèi)容，如案例圖（3）選擇路面設(shè)計(jì)類型、路面設(shè)計(jì)內(nèi)容，如案例圖6所示。案例圖6選擇路面設(shè)計(jì)類型、路面設(shè)計(jì)內(nèi)容（4）路面設(shè)計(jì)參數(shù)輸入。 路面設(shè)計(jì)參數(shù)輸入如案例圖7、案例圖8、案例圖9和案例圖10所示。案例圖7案例圖7路面設(shè)計(jì)參數(shù)輸入（一）注：本案例中的第4層是設(shè)計(jì)層，請(qǐng)按規(guī)范規(guī)定的最小厚度或適宜厚度輸入水泥穩(wěn)定碎石的厚度,度（本表中359 mm注：本案例中的第4層是設(shè)計(jì)層，請(qǐng)按規(guī)范規(guī)定的最小厚度或適宜厚度輸入水泥穩(wěn)定碎石的厚度,度（本表中359 mm為程序反算的厚度）案例圖9路面設(shè)