路面設計方案

......一、瀝青路面設計方案路段所在地區(qū)基本資料公路等級：一級公路；II2區(qū)；設計車速：80km/h；設計標準軸載：BZZ-100；中液限粘性土，填方路基高1.6m，地下水位距路床2.2m，屬中濕狀態(tài)；年降雨量850mm；最高氣溫38℃，最低氣溫-25℃；多年最大凍深120cm；土基回彈模量的確定設計路段路基處于中濕狀態(tài)，路基土為中液限粘質(zhì)土，查表可得土基回彈模量值為40MPa3交通量資料（1）EXCEL計算：(2)Hpds2006軟件計算：一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量Nh=1975,屬特重交通等級當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次:2201設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次:1.009389E+07屬重交通等級當以半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應力為設計指標時:路面營運第一年雙向日平均當量軸次:1634設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次:7.49E+06屬中等交通等級路面設計交通等級為特重交通等級4初擬路面結(jié)構(gòu)擬定采用兩種路面結(jié)構(gòu)。按計算法確定方案一、方案二的路面厚度。根據(jù)結(jié)構(gòu)層的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工機具的功能等因素，初步確定路面結(jié)構(gòu)組合與各層厚度如下：方案一:4cm細粒式瀝青混凝土+8cm中粒式瀝青混凝土+12cm粗粒式瀝青混凝土+300cm水泥穩(wěn)定碎石基層+？水泥石灰砂礫土層，以水泥石灰砂礫土為設計層。方案二:4cm細粒式瀝青混凝土+8cm中粒式瀝青混凝土+15cm密級配瀝青碎石+25cm水泥穩(wěn)定砂礫+20cm級配砂礫。路面材料配合比設計與設計參數(shù)的確定試驗材料的確定半剛性基層所用集料與結(jié)合料取自沿線料場，瀝青選用重交通90#石油瀝青，上面層采用SBS改性瀝青，技術指標均符合《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTJF40-2004）相關規(guī)定。路面材料抗壓回彈模量的確定（1）半剛性材料的抗壓回彈模量按照《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTJ057-94）中規(guī)定的項目頂面法測定半剛性材料的抗壓回彈模量。（2）按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTJ052-2000）中規(guī)定的方法測定瀝青混合料的抗壓回彈模量，測定20℃、15℃的抗壓回彈模量，各種材料的試驗結(jié)果與設計參數(shù)見下表：半剛性材料及其他材料抗壓回彈模量測定與參數(shù)取值材料名稱材料名稱抗壓模量（MPa）Ep方差Ep-2σEp+2σσEp代水泥穩(wěn)定碎石318878216244752水泥石灰砂礫土159125010912091水泥穩(wěn)定砂礫261723421483086級配碎石400級配沙礫250瀝青材料抗壓回彈模量測定與參數(shù)取值材料名稱材料名稱20℃抗壓模量（MPa）15℃抗壓回彈模量（MPa）Ep方差Ep-2σEp方差Ep-2σEp+2σσEpaσEp代細粒式瀝青混凝土19912011589268034419923368中粒式瀝青混凝土14251051215217518718012549粗粒式瀝青混凝土9785586813206012001440密級配瀝青碎石124811610161715156140320273路面材料劈裂強度測定根據(jù)設計配合比，選取工程用各種原材料，測定規(guī)定溫度和齡期的材料劈裂強度。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》與《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》中規(guī)定的方法進行測定，結(jié)果見下表：路面材料劈裂強度材料名稱材料名稱細粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土密級配瀝青碎石水泥穩(wěn)定碎石水泥穩(wěn)定砂礫水泥石灰砂礫土二灰穩(wěn)定砂礫劈裂強度（MPa）1.21.00.80.60.60.50.40.6路面厚度設計（Hpds軟件計算）（1）方案一路面結(jié)構(gòu)厚度計算公路等級:一級公路新建路面的層數(shù):5標準軸載:BZZ-100路面設計彎沉值:23.8(0.01mm)路面設計層層位:5設計層最小厚度:150(mm)層層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（mm）20℃平均抗壓模量（MPa）標準差（MPa）15℃平均抗壓模量（MPa）標準差（MPa）容許應力（MPa）1細粒式瀝青混凝土40199120126803440.422中粒式瀝青混凝土80142510521751870.323粗粒式瀝青混凝土120978551320600.264水泥穩(wěn)定碎石300318878231887820.255水泥石灰砂礫土？159125015912500.146新建路基40按設計彎沉值計算設計層厚度:LD=23.8(0.01mm)H(5)=150mmLS=1.4(0.01mm)由于設計層厚度H(5)=Hmin時LS<=LD,故彎沉計算已滿足要求.H(5)=150mm(僅考慮彎沉)按容許拉應力計算設計層厚度:H(5)=150mm(第1層底面拉應力計算滿足要求)H(5)=150mm(第2層底面拉應力計算滿足要求)H(5)=150mm(第3層底面拉應力計算滿足要求)H(5)=150mm(第4層底面拉應力計算滿足要求)H(5)=150mm(第5層底面拉應力計算滿足要求)路面設計層厚度:H(5)=150mm(僅考慮彎沉)H(5)=150mm(同時考慮彎沉和拉應力)驗算路面防凍厚度:路面最小防凍厚度600mm驗算結(jié)果表明,路面總厚度滿足防凍要求.通過對設計層厚度取整,最后得到路面結(jié)構(gòu)設計結(jié)果如下:----------------------------------------細粒式瀝青混凝土40mm----------------------------------------中粒式瀝青混凝土80mm----------------------------------------粗粒式瀝青混凝土120mm----------------------------------------水泥穩(wěn)定碎石300mm----------------------------------------水泥石灰砂礫土150mm----------------------------------------新建路基計算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗收彎沉值:第1層路面頂面交工驗收彎沉值LS=1.2(0.01mm)第2層路面頂面交工驗收彎沉值LS=1.3(0.01mm)第3層路面頂面交工驗收彎沉值LS=1.5(0.01mm)第4層路面頂面交工驗收彎沉值LS=1.9(0.01mm)第5層路面頂面交工驗收彎沉值LS=7.9(0.01mm)路基頂面交工驗收彎沉值LS=145.6(0.01mm)計算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應力:(未考慮綜合影響系數(shù))第1層底面最大拉應力σ(1)=-0.151(MPa)第2層底面最大拉應力σ(2)=-0.013(MPa)第3層底面最大拉應力σ(3)=-0.064(MPa)第4層底面最大拉應力σ(4)=0.121(MPa)第5層底面最大拉應力σ(5)=0.111(MPa)（2）方案二路面結(jié)構(gòu)厚度計算公路等級:一級公路新建路面的層數(shù):5標準軸載:BZZ-100層位層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度（mm）20℃平均抗壓模量（MPa）標準差（MPa）15℃平均抗壓模量（MPa）標準差（MPa）容許應力（MPa）1細粒式瀝青混凝土40199120126803440.3622中粒式瀝青混凝土80142510521751870.33密級配瀝青碎石150124811617151560.184水泥穩(wěn)定砂礫250261723426172340.245級配砂礫200250025006新建路基40計算新建路面各結(jié)構(gòu)層及路基頂面交工驗收彎沉值:第1層路面頂面交工驗收彎沉值LS=1.3(0.01mm)第2層路面頂面交工驗收彎沉值LS=1.5(0.01mm)第3層路面頂面交工驗收彎沉值LS=1.8(0.01mm)第4層路面頂面交工驗收彎沉值LS=2.8(0.01mm)第5層路面頂面交工驗收彎沉值LS=10.3(0.01mm)路基頂面交工驗收彎沉值LS=145.6(0.01mm)計算新建路面各結(jié)構(gòu)層底面最大拉應力:(未考慮綜合影響系數(shù))第1層底面最大拉應力σ(1)=-0.188(MPa)第2層底面最大拉應力σ(2)=-0.019(MPa)第3層底面最大拉應力σ(3)=-0.046(MPa)第4層底面最大拉應力σ(4)=0.217(MPa)最小防凍600mm，滿足要求二、水泥混凝土路面設計方案水泥混凝土路面方案一1.交通分析表1可靠度設計標準公路技術等級公路技術等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路安全等級一級二級三級四級設計基準期（a）30302020目標可靠度（％）95908580目標可靠指標1.641.281.040.84變異水平等級低低～中中中～高表2車輛輪跡橫向分布系數(shù)公路等級公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費站0.17～0.22二級及二級以下公路行車道寬>7m0.34～O．39行車道寬≤7mO．54～0.62由上表1，一級公路的設計基準期為30年，安全等級為二級。由上表2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取O.20。計算得到設計基準期內(nèi)設計車道標準荷載累計作用次數(shù)為 N(1g)t13651316.18(10.07)301365Ns r 0.2e g 0.079.08106次r屬重交通等級。2.初擬路面結(jié)構(gòu)表3水泥混凝土面層厚度的參考范圍 交通等級 特重 重公路等級高速一級二級高速一級二級變異水平等級低中低中低中低中面層厚度（mm）≥260≥250≥240270～240260～230250～220交通等級中等輕公路等級二級三、四級三、四級三、四級變異水平等級高中高中高中面層厚度（mm）240～210230～200220～200≤230≤220由表1，安全等級二級的變異水平等級為中級。根據(jù)一級公路、重交通等級和中級變異水平等級，查表3，初擬普通混凝土面層厚度為O.25m。基層選用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5％)，厚0.20m。墊層為O.18m低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長5.0m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。3.路面材料參數(shù)確定表4中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗參考值范圍(MPa)土土組公路自然區(qū)劃ⅡⅢⅣⅤⅥ土質(zhì)砂26～4240～5039～5035～6050～60粘質(zhì)土25～4530～4025～4530～4530～45粉質(zhì)土22～4632～5430～5027～4330～45查表4，路基回彈模量取40MPa。查表5，低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取700MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa。表5墊層和基層材料回彈模量經(jīng)驗參考值范圍材料類型材料類型回彈模量(脅)材料類型回彈模量(m)中、粗砂80～100石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料1300～1700天然砂礫150～200水泥穩(wěn)定粒料1300～1700未篩分碎石180～220瀝青碎石(粗粒式，20℃)600～800級配碎礫石(墊層)200～250瀝青混凝土(粗粒式，20℃)800～1200級配碎礫石(基層)250～350瀝青混凝土(中粒式，20℃)1000～1400石灰土200～700多孔隙水泥碎石(水泥劑量9.5％～11％)1300～1700石灰粉煤灰土600～900多孔隙瀝青碎石(20℃，瀝青含量2.5％～3.5％)600～800計算基層頂面當量回彈模量如下： h2Eh2E 15000.2027000.182E11 221142MPax h2h2 0.2020.182 1 2...... 1 63718.0700120.0150014)18.020.0(18.0700120.0150014)18.020.0(1218.070020.01500114)(1223312211221322311hEhEhhhEhE.440114245.0)(27.259311142MPa)(677.027.259310003125m772.040114255.0)363.0114254.412311231ExDxh40767普通混凝土面層的相對剛度半徑計算為4．荷載疲勞應力537.0rEbxahtEDx1 ) .401 m (122.6 22.64544363.0.1.0637.0.1.0637.ox EE .55 ox0130m.5113ct0 (MNx 1ExEo ExEoEE14 .5444 Oh422.1.1b.6a......標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算為ps0.077r0.6h20.0770.6610.60.2520.961(MPa)因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)k=O.87。考慮設計基準期內(nèi)荷載應力r累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)kNn(9.08106)0.0572.492 f e 。根據(jù)公路等級，由下表，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)k=1.25。c綜合系數(shù)kc公路等級公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路kc1.301.251.201.10荷載疲勞應力計算為KKK0.872.4921.250.961pr r fcps2.6(MPa)5．溫度疲勞應力最大溫度梯度標準值Tg 公路自然區(qū)劃 Ⅱ、Ⅴ Ⅲ Ⅳ、Ⅵ Ⅶ最大溫度梯度(℃/m) 88～83 90～95 86～92 93～98由上表，Ⅱ區(qū)最大溫度梯度取83(℃／m)。板長5m，l/r=5／0．677=7．56，由書本483頁圖16-14可查普通混凝土板厚h=0.25m，B=O.82。最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲x應力計算為 EhT 1105310000.2583cc gB0.82tm 2 x 22.8(MPa) 溫度疲勞應力系數(shù)k，計算為(查書包484表16-29可得Ⅱ區(qū)回歸系數(shù)ta=0828,b=0.041,c=1.323) f5 2.8 kra(tm)cb0.828(5)1.3230.0410.613t f 2.8 tm r計算溫度疲勞應力為k0.6132.81.72(MPa)tr ttm 查表1，一級公路的安全等級為二級，相應于二級安全等級的變異水平等級為中級，目標可靠度為90％。再據(jù)查得的目標可靠度和變異水平等級，查書本484表16-22,確定可靠度系數(shù)=1.15。r()1.15(1.722.6)4.97MPafr pr tr r5.0MPa 因而，所選普通混凝土面層厚度(O.25m)可以承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。水泥混凝土路面方案二1．交通分析由上表1，一級公路的設計基準期為30年，安全等級為二級。由上表2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取O.20。2．初擬路面結(jié)構(gòu)由表1知，相應于安全等級二級的變異水平等級為中級。根據(jù)一級公路重交通等級和低變異水平等級，查表3，初擬普通混凝土面層厚度為O.24m，碾壓混凝土基層O.15m，底基層選用水泥穩(wěn)定粒料(水泥用量5％)，厚O.18m，墊層為O.15m低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土。水泥混凝土上面層板的平面尺寸長為5.0m、寬從中央分隔帶至路肩依次為4.5m、4.5m；縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。碾壓混凝土不設縱縫，橫縫設假縫，間距(板長)4m。3．路面材料參數(shù)確定按書本480頁表16-23和表16-25，取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為31GPa；碾壓混凝土彎拉強度標準值為4.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為27GPa。查表4，路基土回彈模量取40MPa。查表5，低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取700MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa。計算基層頂面當量回彈模量如下：Eh12E1h22E215000.2027000.1821142MPa x h2h2 0.2020.182 1 2 Eh3Eh3(hh)21 11 Dx11 221 2EhEh 12 4 11 22 15000.2037000.183(0.200.18)2 1 1 1 12 4 15000.207000.184.54(MNm)1hx12EDxx31211424.54130.363(m)Ex0.456.2211.511142400.454.637 a6.2211.51Eo Ex0.55b11.4411.4411420.550.7 Eo 40 1 1txOEEo30.767401142403259.27(MPa)EahbEx4.6370.3634．荷載疲勞應力普通混凝土面層與碾壓混凝土基層組成分離式復合式面層。此時k=O，h=O。復合式混凝土u x面層的截面總剛度，計算為 Eh3Eh3 EhEh(hh)2Dc101c2020102kg4(EhEh)u c101 c202310000.243270000.163310000.24270000.16(0.240.1 12 12 4(310000.24270000.16)44.928(MNm)復合式混凝土面層的相對剛度半徑，計算為r1.233D/E1.23331.395/259.270.686(m) g g t標準軸載在普通混凝土面層臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算為 Eh 310000.240.077r0.6 c1010.0770.6860.60.848(MPa)ps1 g12D 1244.928g E(0.5hhk) 27000(0.50.1600)0.077r0.6 c2 02 xu0.0770.686 ps2 g 6D 644.928g0.492(MPa)普通混凝土面層，因縱縫為設拉桿平縫，接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)k=O．87；碾壓混凝土基層不設縱縫，不考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)k。水泥混凝面層，考慮設計r基準期內(nèi)荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)kNn(9.08106)0.0572.49；碾壓混凝土基層，考慮設計基準期內(nèi)荷載應力f e累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)kNn(9.08106)0.0652.833。根據(jù)公路等級，考慮偏載和動載等因素對路疲k=1．25。c普通混凝土面層的荷載疲勞應力計算為KKK0.872.491.250.8482.296(MPa) pr1 r f1cps1 碾壓混凝土基層的荷載疲勞應力計算為KK2.8331.250.4921.742(MPa)pr2 f2cps2 5．溫度疲勞應力可查Ⅱ區(qū)最大溫度梯度取83(℃／m)。普通混凝土面層板長4m，l/r