柔性路面設(shè)計(jì)實(shí)例

精選資料可修改編輯3.行車荷載、環(huán)境因素對(duì)路面的影響路面直接暴露在大氣中，經(jīng)受著大自然中各種不同因素的影響，這些因素勢必對(duì)路面穩(wěn)定性等相關(guān)方面造成一定的影響。本章主要從行車荷載和環(huán)境因素兩個(gè)方面分析其對(duì)路面體系的影響。3.1行車荷載由第2章的相關(guān)內(nèi)容我們已知，道路路面主要是提供汽車以一定的速度，在道路上安全而舒適地行駛，因此在路面設(shè)計(jì)與施工中，首先要研究汽車的特性及其對(duì)路面的作用。3.1.1車輛的種類通常在道路上行駛的車輛有以下幾種[5]：1.小客車行駛速度高，自身重量與滿載重量都比較小。2.大客車供城間客運(yùn)和城市公共交通用，滿載總重一般為100KN。3.貨車按照用途的不同又分為載重汽車、傾卸汽車與牽引汽車三種。載重汽車總重量為50-150KN；傾卸汽車主要用于礦山內(nèi)部運(yùn)輸與工地施工材料運(yùn)輸，總重150-500KN以上；牽引汽車用于牽引掛車、平板車、集裝箱車等。牽引汽車本身自重50KN左右，被牽引的掛車重量最重的可達(dá)1000KN以上。3.1.2汽車荷載作用力汽車荷載對(duì)路面施加的作用力的大小和性質(zhì)，隨汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化。當(dāng)汽車停在路面上時(shí)，只有車輪對(duì)路面的垂直力作用；行駛時(shí)，除垂直力外還有車輪轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)路面產(chǎn)生的縱向水平切向力；轉(zhuǎn)向時(shí)又增加了橫向水平力。由此可見，汽車在任何一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下垂直力都是最基本的作用力，其次是水平力。柔性路面主要考慮了汽車荷載對(duì)路面作用的垂直力和水平力。1.車輪作用在路面上的垂直力[3]軸荷載通過充氣輪胎傳給路面，車輪與路面的接觸面積稱為輪印面積，其形狀為帶有輪胎花紋的近似橢圓，在柔性路面設(shè)計(jì)中，用等面積圓來代替，稱為輪印的當(dāng)量圓。汽車后軸一側(cè)輪胎多為雙輪（即雙輪組），將雙輪輪印化為一個(gè)當(dāng)量圓，稱為單圓荷載圖式；若化為兩個(gè)當(dāng)量圓，稱為雙圓荷載圖式?，F(xiàn)行的柔性路面設(shè)計(jì)方法，采用雙圓荷載圖式。若已知一側(cè)單輪荷載為(MN)，車輪對(duì)路面的單位垂直壓強(qiáng)為(MPa，約為輪胎充氣壓強(qiáng))，則當(dāng)量圓直徑(m)為：（2-1）式中δ：雙圓荷載圖式的當(dāng)量圓半徑（m）；（2-2）2.車輪作用于路面的水平力由汽車的行駛條件可知，水平力的最大值不能超過垂直力與路面車輪間的附著系數(shù)的乘積，即：(2-3)單位面積上的水平力，相應(yīng)的有：(2-4)的最大值一般不超過0.7-0.8。試驗(yàn)證明：汽車正常行駛時(shí)=（0.25-0.30）；一般加速或減速時(shí)，=（0.5-0.6）；緊急制動(dòng)或驟然加速事，=（0.75-0.80）。3.2環(huán)境因素對(duì)路面體系的影響3.2.1環(huán)境因素1.大氣水分與路基的濕度狀況路基濕度狀況的變化是影響路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性的重要因素之一。影響路基濕度的有以下幾個(gè)主要因素:大氣降水和蒸發(fā)、地面水的滲透、地下水的影響、溫差引起的濕度變化。2.氣溫變化對(duì)路面的影響大氣溫度在一年四季出現(xiàn)周期性的變化，每一天的晝夜氣溫也出現(xiàn)一定幅度的周期性變化。路面直接暴露在大氣之中，經(jīng)受著這些變化的影響，特別是面層材料所受的影響最大。路面表面的溫度變化與天氣溫度的變化大致是同步的。面層結(jié)構(gòu)內(nèi)不同深度處的溫度也同樣隨著大氣溫度產(chǎn)生周期性的變化，但是變化的幅度隨著深度的增加而逐漸減少。3.冰凍與融凍對(duì)路面的影響凍脹是冰凍的危害之一，它不僅影響車輛的正常行駛，有時(shí)還會(huì)使路面結(jié)構(gòu)遭到破壞。產(chǎn)生凍脹的原因有兩個(gè)：一是由于水分凍結(jié)時(shí)，體積將增加9%；二是由于路基土中的弱結(jié)合水向凍結(jié)區(qū)移動(dòng)的結(jié)果。引起路基凍脹有三個(gè)因素：路基土對(duì)冰凍的敏感性；氣溫下降緩慢；地下水不斷向冰凍區(qū)供給水源。春季來臨，冰凍的路基開始融化，會(huì)使土失去承載力，導(dǎo)致路面損壞，這種現(xiàn)象稱為春融翻漿，翻漿的主要原因是由于融化的過程是自上而下進(jìn)行的，當(dāng)路基頂面土開始融化時(shí)，水分無法排除，使得已經(jīng)融化的土達(dá)到飽和狀態(tài)。如果此時(shí)有大量重型車輛通過，路面結(jié)構(gòu)便會(huì)遭到嚴(yán)重破壞。3.2.2公路自然規(guī)劃我國地域遼闊，自然因素變化極為復(fù)雜。不同地區(qū)自然條件的差異同公路的建設(shè)密切關(guān)系，因此為了區(qū)分各地自然區(qū)域的筑路特性，特此制定了《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)JTJ003-86》。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，“公路自然區(qū)劃”分三級(jí)進(jìn)行區(qū)劃[6]：一級(jí)區(qū)劃一級(jí)區(qū)劃將全國分為下列七個(gè)大區(qū)：Ⅰ區(qū)——北部多年凍土區(qū)Ⅱ區(qū)——東部濕潤季凍區(qū)Ⅲ區(qū)——黃土高原干濕過渡區(qū)Ⅳ區(qū)——東南濕熱區(qū)Ⅴ區(qū)——西南潮暖區(qū)Ⅵ區(qū)——西北干旱區(qū)Ⅶ區(qū)——青藏高寒區(qū)二級(jí)區(qū)劃二級(jí)區(qū)劃是在每個(gè)一級(jí)區(qū)內(nèi)，再以潮濕系數(shù)為依據(jù)，分為六個(gè)等級(jí)，潮濕系數(shù)為年降雨量與年蒸發(fā)量之比，即：K>2.01級(jí)過濕2.0>K>1.52級(jí)中濕1.5>K>1.03級(jí)潤濕1.0>K>0.54級(jí)潤干0.5>K>0.255級(jí)中干K>0.56級(jí)過干三級(jí)區(qū)劃三級(jí)區(qū)劃是二級(jí)區(qū)劃的具體化。劃分的方法有兩種：一種是以水熱、地理和地貌為依據(jù)；另一種是以地表的地貌、水文和地質(zhì)為依據(jù)，由各省、自治區(qū)、直轄市自行劃定。4.柔性路面設(shè)計(jì)原理柔性路面是由具有粘性、彈塑性的結(jié)合料和顆粒礦料組成的路面，包括除用水泥混凝土作面層和基層以外的各種路面結(jié)構(gòu)。柔性路面設(shè)計(jì)內(nèi)容包括路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)計(jì)算以及路面材料配合比設(shè)計(jì)。本章主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述：彈性層狀體系理論、路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)原則、路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)參數(shù)、路面厚度計(jì)算及彎拉應(yīng)力驗(yàn)算。4.1彈性層狀體系理論在現(xiàn)實(shí)中路面材料和土基并不是在任何情況下都具有線彈性性能。采用非線性彈-粘-塑性理論，在一定條件下能更準(zhǔn)確地描述路面的受力狀況，但是考慮到車輪行駛作用的瞬時(shí)性，在路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力數(shù)量很小，因此可以將路面各結(jié)構(gòu)層看成是理想線彈性體，從而應(yīng)用多層線彈性理論來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。多層線彈性理論必須采用如下基本假定[3]：1.各層材料均為連續(xù)、均勻、各向同性并服從虎克定律，而且位移和形變是微小的；2.最下一層（土基）在水平方向和垂直向下方向?yàn)闊o限大，上面各彈性層則均具有一定厚度，但水平方向?yàn)闊o限大；3.各層在水平方向無限遠(yuǎn)處及最下一層向下無限深處，其應(yīng)力、形變和位移等于零；4.各層間的接觸條件是完全連續(xù)的；5.不計(jì)自重。4.2柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的任務(wù)是在一般路面設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下，根據(jù)道路等級(jí)、使用要求和設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)當(dāng)量軸次，綜合考慮筑路材料的供應(yīng)情況、自然因素的影響程度以及具體的施工條件，確定合理的路面結(jié)構(gòu)層次并選擇適用、經(jīng)濟(jì)的組成材料，組合成既能經(jīng)受行車荷載和自然因素的作用，又能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)層材料最大效能的路基路面結(jié)構(gòu)體系。柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下基本原則[4]：一、路線、路基、路面要做通盤考慮總體設(shè)計(jì)；二、根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能和交通特點(diǎn)選擇結(jié)構(gòu)層次；三、適應(yīng)行車荷載作用進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的組合；四、注意各結(jié)構(gòu)層的自身特點(diǎn)，作好層間結(jié)合；五、適當(dāng)?shù)膶訑?shù)與厚度；六、考慮水溫狀況的影響保證穩(wěn)定性。4.3路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)在進(jìn)行柔性路面設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要用到如下參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)軸載及當(dāng)量軸次、路面容許彎沉值、容許彎拉應(yīng)力等。下面將依次介紹上述參數(shù)及其計(jì)算公式[3]。4.3.1標(biāo)準(zhǔn)軸載及當(dāng)量軸次柔性路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸軸載100kN和60kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，分別以BZZ-100及BZZ-60表示，標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)見表3-1。我國柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級(jí)和二級(jí)公路及城市道路采用BZZ-100重型標(biāo)準(zhǔn)，三、四級(jí)公路可采用BZZ-60輕型標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于軸載大于20kN的各級(jí)軸載（包括車輛的前、后軸）的作用次數(shù)均應(yīng)按式（3-1）和式（3-2）換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)（簡稱當(dāng)量軸次）。（3-1）或（3-2）式中：標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量軸次（次/日）；：被換算的各級(jí)軸載作用次數(shù)（次/日）；P：標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；：被換算的各級(jí)軸載（kN）；:標(biāo)準(zhǔn)軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）；：被換算的各級(jí)軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）；：標(biāo)準(zhǔn)軸載的單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑（cm）；：被換算的各級(jí)軸載單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑（cm）；：被換算的各級(jí)軸載的輪組系數(shù)，雙輪組為1，單輪組為0.25，四輪組為4。設(shè)計(jì)年限T年內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次按式（3-3）或（3-4）確定。（3-3）或（3-4）式中、：分別為竣工后第一年和設(shè)計(jì)年限末年的日平均當(dāng)量軸次（次/日）；：設(shè)計(jì)年限（年）；：設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長率（%）；：車道系數(shù)，應(yīng)根據(jù)調(diào)查分析結(jié)果論證地確定；當(dāng)無資料或交通流分布均勻時(shí)，可參照表3-2確定。標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)表3-1標(biāo)準(zhǔn)軸載級(jí)別BZZ-100BZZ-60標(biāo)準(zhǔn)軸載P（kN）10060輪胎接地壓強(qiáng)p（MPa）0.700.50單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d（cm）21.3019.50兩輪中心距（cm）1.5d1.5d車道系數(shù)值表3-2車道數(shù)η單車道1.0雙車道分道行駛0.5混合行駛0.7四車道0.4-0.5六車道0.3-0.44.3.2路面容許彎沉值我們采用容許彎沉值作為路面整體剛度和強(qiáng)度的控制指標(biāo)。柔性路面容許彎沉值是指路面在使用年限末期的不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值?？梢岳孟铝腥菰S彎沉值的計(jì)算公式：（cm）（3-5）或(mm)（3-6）式中：道路等級(jí)系數(shù)，高速公路和城市快速路為0.85，一級(jí)公路和大城市主干路為1.0，二級(jí)公路和大城市次干路及中小城市主干路為1.1，三級(jí)、四級(jí)公路和大城市支路及中小城市次干路、支路為1.2；：面層類型系數(shù)，瀝青混凝土和熱拌瀝青碎石1.0，冷拌瀝青碎石、瀝青貫入式1.1，瀝青表面處治1.2，粒料類面層1.3；：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次（次），按式（3-3）或（3-4）確定。4.3.3容許彎拉應(yīng)力整體性路面材料修筑的結(jié)構(gòu)層，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)的破壞形式主要是疲勞開裂，所以在路面厚度設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行彎拉應(yīng)力驗(yàn)算，使路面結(jié)構(gòu)層的計(jì)算拉應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力，以防止過早出現(xiàn)彎拉疲勞破壞。路面結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力是路面結(jié)構(gòu)在行車荷載重復(fù)作用條件下，達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)的最大疲勞彎拉應(yīng)力?？梢岳孟率剑?-7）進(jìn)行計(jì)算：（3-7）式中：整體性路面結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力（MPa）；：材料的極限抗彎拉強(qiáng)度；：抗彎拉強(qiáng)度系數(shù)，與材料性質(zhì)以及荷載重復(fù)作用次數(shù)有關(guān)。對(duì)瀝青混凝土面層為：（3-8）對(duì)整體性基層（半剛性基層）為：（3-9）4.4以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的路面厚度計(jì)算彎沉是在一定荷載作用下路表面的豎向變形，是反映路面整體承載能力高低和使用狀況好壞的最直觀、最簡單的指標(biāo)。路面整體承載能力高，使用狀況良好時(shí)，則路面豎向變形較小，反之則較大。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定以雙輪組車輪荷載作用下，在路表面輪隙中心處的彎沉作為路面整體抗變形能力的指標(biāo)。下面就介紹如何利用彎沉進(jìn)行路面厚度計(jì)算[3]：1.各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量和層間接觸條件按彎沉指標(biāo)計(jì)算路面厚度或計(jì)算路面結(jié)構(gòu)表面彎沉?xí)r，各結(jié)構(gòu)層材料應(yīng)采用抗壓回彈模量，并運(yùn)用三層連續(xù)體系進(jìn)行分析，可知層間接觸條件為連續(xù)接觸。2.多層路面換算我們利用諾謨圖進(jìn)行查表計(jì)算時(shí)，應(yīng)先用當(dāng)量厚度法，按公式（3-10）把多層體系換算為三層體系（圖3-1）。（3-10）3.用彈性層狀體系理論計(jì)算路面厚度在設(shè)計(jì)柔性路面時(shí)，要求在設(shè)計(jì)荷載作用下，雙輪胎輪隙間中心處的路面表面最大的回彈彎沉值不應(yīng)大于容許彎沉值。值用彈性層狀體系理論計(jì)算。路表的理論彎沉值按式（3-11）計(jì)算：（3-11）式中：路表理論彎沉值（cm）；EMBEDEquation.DSMT4：標(biāo)準(zhǔn)軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）；EMBEDEquation.DSMT4：標(biāo)準(zhǔn)軸載單輪傳壓面當(dāng)量圓的半徑（cm）；：理論彎沉系數(shù)；：上層材料的抗壓回彈模量值（MPa）。已知各路面結(jié)構(gòu)層厚度和模量時(shí)，可利用三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖計(jì)算理論彎沉值。路面實(shí)際彎沉值與理論彎沉值之間存在一定的差別。通過分析實(shí)測彎沉值與計(jì)算理論彎沉值之間的關(guān)系，求得彎沉綜合修正系數(shù)。所以路表彎沉值可按式（3-12）計(jì)算：（3-12）其中，為彎沉綜合修正系數(shù)，可按式（3-13）計(jì)算：（3-13）為與標(biāo)準(zhǔn)軸載有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于BZZ-100，=1.47；對(duì)于BZZ-60，=1.50。在進(jìn)行路面厚度計(jì)算時(shí)，通常取，從而得到理論彎沉系數(shù)為：（3-14）路面設(shè)計(jì)時(shí)，確定上層厚度后，根據(jù)、、及值，即可從諾謨圖中求得值，于是可求得值。4.5彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力驗(yàn)算柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級(jí)和二級(jí)公路、城市道路需要驗(yàn)算其彎拉應(yīng)力，如果彎拉應(yīng)力不滿足要求，則須調(diào)整路面厚度或變更路面結(jié)構(gòu)組合或調(diào)整材料配合比以提高材料的抗彎拉強(qiáng)度和模量，再重新計(jì)算，直到滿足要求為止。那么如何對(duì)道路進(jìn)行彎拉應(yīng)力驗(yàn)算呢？[3]1.確定結(jié)構(gòu)層計(jì)算模量與層間接觸條件計(jì)算整體性路面材料結(jié)構(gòu)層的最大彎拉應(yīng)力時(shí)，計(jì)算層及計(jì)算層以上的結(jié)構(gòu)層采用彎拉回彈模量值，若其中某層為非整體性材料，則取抗壓回彈模量值。凡計(jì)算層以下的結(jié)構(gòu)層，均取抗壓回彈模量值。如何判斷各層間接觸條件，可以根據(jù)下述條件，并結(jié)合實(shí)際情況考慮：1）瀝青混凝土面層與其下面的瀝青層若連續(xù)施工，可作為連續(xù)接觸，反之則為滑動(dòng)接觸。2）瀝青混凝土面層與非瀝青類結(jié)構(gòu)層之間均為滑動(dòng)接觸。3）穩(wěn)定類材料結(jié)構(gòu)層與粒料類材料結(jié)構(gòu)層或土基之間均為連續(xù)接觸。2.把多層路面結(jié)構(gòu)換算為三層體系，再利用三層體系圖解法求解，在這里我們需要分為兩種情況進(jìn)行換算。1）計(jì)算層層時(shí)當(dāng)計(jì)算層層，利用式（3-15a）可將層及其以上各層換算成模量為計(jì)算層模量的一層（即三層體系的上層）；將層以下各層利用式（3-15b）換算成+1層模量的當(dāng)量層厚度。其換算公式為：（3-15a）（3-15b）2）計(jì)算層層時(shí)當(dāng)計(jì)算層層時(shí)，層以上各層換算為一層（即上層），層即為中層。其換算公式（式3-16）為：（3-16a）（3-16b）3.進(jìn)行最大彎拉應(yīng)力的計(jì)算。整體性路面結(jié)構(gòu)層層底部的最大彎拉應(yīng)力可通過彈性層狀體系理論計(jì)算，最大彎拉應(yīng)力的理論計(jì)算公式為：（3-17）式中：最大彎拉應(yīng)力（MPa）：理論最大彎拉應(yīng)力系數(shù)通過理論計(jì)算分析表明，對(duì)于三層體系在常用路面厚度的情況下，面層底面最大彎拉應(yīng)力產(chǎn)生在Z軸上。中層底面彎拉應(yīng)力通常產(chǎn)生在處。已知各層厚度、材料抗彎拉強(qiáng)度及彎拉回彈模量以及抗壓回彈模量時(shí)，就可以利用諾謨圖求解其結(jié)構(gòu)層底部的最大彎拉應(yīng)力。如果最大彎拉應(yīng)力小于容許彎拉應(yīng)力，則該路面厚度就滿足要求；否則需要調(diào)整路面厚度或采用其他措施，重新計(jì)算，直到滿足要求為止。5.柔性路面設(shè)計(jì)實(shí)例本章主要介紹柔性路面設(shè)計(jì)的具體步驟和柔性路面設(shè)計(jì)的具體實(shí)例，并對(duì)擬定的路面結(jié)構(gòu)組合方案進(jìn)行比選，從而選定比較合理的路面結(jié)構(gòu)組合方案。其中重點(diǎn)為柔性路面設(shè)計(jì)具體實(shí)例。5.1柔性路面設(shè)計(jì)的基本步驟[4]1.根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求和交通量調(diào)查資料計(jì)算的設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)當(dāng)量軸次，從而確定路面的等級(jí)和面層類型（附錄），并利用公式（3-4）計(jì)算路表容許彎沉值；高速公路、一級(jí)、二級(jí)公路和城市道路干道，還需要根據(jù)具體情況，計(jì)算整體性結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力值和容許剪應(yīng)力。2.按不同的路基土組和干濕類型將設(shè)計(jì)路段劃分為若干路段進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過現(xiàn)場試驗(yàn)或查表并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定各段的土基回彈模量值3.根據(jù)路面強(qiáng)度要求、當(dāng)?shù)夭牧霞安牧瞎?yīng)情況和施工條件等因素，擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度的初步方案（一般基層厚度在最后計(jì)算決定），然后通過試驗(yàn)測試或查表并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定路面材料抗壓回彈模量以及整體性路面材料的抗彎拉強(qiáng)度S和抗彎拉回彈模量值。4.根據(jù)容許彎沉值計(jì)算路面厚度。需要驗(yàn)算彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的路面結(jié)構(gòu)，還應(yīng)驗(yàn)算其彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力能否滿足容許值的要求，如不能滿足要求就應(yīng)調(diào)整路面厚度或變更路面結(jié)構(gòu)組合或調(diào)整材料配合比以提高材料的抗彎拉強(qiáng)度和回彈模量，再重新計(jì)算，直到滿足要求為止。在季節(jié)性冰凍地區(qū)的瀝青路面還應(yīng)驗(yàn)算防凍層厚度是否符合規(guī)定要求。5.對(duì)擬定的幾種路面結(jié)構(gòu)組合方案進(jìn)行方案比選，選定采用的路面結(jié)構(gòu)方案。5.2柔性路面設(shè)計(jì)實(shí)例在遼河平原上擬建一條一級(jí)公路，雙向六車道，并設(shè)有中央分隔帶，經(jīng)調(diào)查路線經(jīng)過的地區(qū)土質(zhì)為粉質(zhì)中液限粘土，地面水位離地面1.7m，多年觀測最大凍深為1.2m，填土高度為1.1m。交通量組成見下表（4-1），交通量年平均增長率為10%，擬選用瀝青混凝土面層，使用年限為15年。試設(shè)計(jì)該一級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)和厚度。交通量組成表4-1車型躍進(jìn)NJ130交通SH141太脫拉138黃河JN150日野KB211格斯51小汽車輛/d250012009007203002402001.進(jìn)行交通分析現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級(jí)、二級(jí)公路及城市道路應(yīng)采用BZZ-100重型標(biāo)準(zhǔn)，因此該一級(jí)公路選用BZZ-100重型標(biāo)準(zhǔn)。由于大客車、貨車的重量遠(yuǎn)較小客車大，因此在路面設(shè)計(jì)中主要考慮大客車與貨車的作用。將各種軸載作用次數(shù)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)，計(jì)算結(jié)果如下表所示:車型交通量（輛/日）輪壓（MPa）單輪輪跡直徑（cm）輪組系數(shù)后軸軸數(shù)前軸軸載（KN）躍進(jìn)NJ13025000.4017.501115.30交通SH14112000.4519.761125.55太脫拉1389000.6020.601251.40黃河JN1507200.7021.491149.00日野KB2113000.6023.031147.55格斯512400.3518.501116.00車型后軸換算系數(shù)前軸換算系數(shù)車輛（總）軸載換算系數(shù)當(dāng)量軸次（次/日）躍進(jìn)NJ1300.0140.0020.01640交通SH1410.0630.0170.08096太脫拉1380.3600.2790.999899黃河JN1501.0690.2311.300936日野KB2110.8310.2041.035311格斯510.0110.0030.0143后軸換算系數(shù)：前軸換算系數(shù)：車輛（總）軸載換算系數(shù)=后軸軸數(shù)后軸換算系數(shù)+前軸換算系數(shù)當(dāng)量軸次=交通量車輛（總）軸載換算系數(shù)由上表得：=2285次/日設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次為：查表（各種路面適應(yīng)的累計(jì)當(dāng)量軸次）可知該一級(jí)公路路面等級(jí)為高級(jí)路面。2.確定土基的回彈模量值由《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》查得遼河平原屬區(qū)。路槽底距地下水位的高度為=1.7+1.1=2.8m，查表（路基臨界高度參考值）可知介于（3.4）和（2.6）之間，接著查表（路基干濕類型）可知該路基屬中濕路基。然后查表（分界相對(duì)含水量建議值）可得出路基平均含水量介于（0.60）和（0.65）之間，取0.60，由表（二級(jí)自然區(qū)劃各土組土基回彈模量建議值）可知：=25Mpa。3.計(jì)算路表容許彎沉值一級(jí)公路=1，瀝青混凝土面層=1cm4.擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案，確定路面材料的相關(guān)參數(shù)第一種方案：層次結(jié)構(gòu)層名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）彎拉回彈模量（MPa）極限抗彎拉強(qiáng)度（MPa）1瀝青混凝土5120016002.32瀝青碎石108003石灰碎石土？40012000.44天然砂礫201405土基255.按容許彎沉值計(jì)算路面厚度1）計(jì)算綜合修正系數(shù)2）計(jì)算理論彎沉系數(shù)3）計(jì)算石灰碎石土層的厚度瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當(dāng)量三層體系的中層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。由，，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中主圖）得：由，，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中扇形圖）得：查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中梅花圖）得：，則中層當(dāng)量厚度：，取31。6.驗(yàn)算彎拉應(yīng)力1）驗(yàn)算瀝青混凝土面層底面的彎拉應(yīng)力瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當(dāng)量三層體系的中層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。當(dāng)量三層體系中層當(dāng)量厚度：則該路在瀝青碎石鋪筑后，要開放交通一段時(shí)間再鋪筑瀝青混凝土面層，故層間為滑動(dòng)接觸。由，，，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間滑動(dòng)））得：，，最大彎拉應(yīng)力：計(jì)算瀝青混凝土抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：計(jì)算瀝青混凝土容許彎拉應(yīng)力：可知：>，滿足要求2）驗(yàn)算石灰碎石土層底面的彎拉應(yīng)力由于石灰碎石土層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當(dāng)量三層體系的中層，第一、二、三層換算成當(dāng)量三層體系的上層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。上層當(dāng)量厚度為；cm中層當(dāng)量厚度為：cm,,,按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連續(xù)））得：，，最大彎拉應(yīng)力：計(jì)算石灰碎石土基層抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：計(jì)算石灰碎石土容許彎拉應(yīng)力：可知：>,滿足要求。7.驗(yàn)算高溫月份緊急制動(dòng)時(shí)瀝青混凝土面層的剪應(yīng)力考慮驗(yàn)算面層剪切時(shí)，應(yīng)為夏季高溫月份，土基處于非不利季節(jié)，土基的回彈模量可比春融期提高40%，。上層采用高溫季節(jié)值。第二層。確定剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度：由，，，，查圖（三層體系表面最大剪應(yīng)力系數(shù)諾謨圖）得，，，查圖（三層體系表面主壓應(yīng)力系數(shù)諾謨圖）得，，。因而得時(shí)緊急制動(dòng)時(shí)已知瀝青混凝土面層，：粘聚力；：內(nèi)摩擦角；：摩擦系數(shù)，可知>，滿足要求8.驗(yàn)算防凍厚度路面總厚度為5+10+31+20=66cm，該路段多年最大凍深為1.2m第二種方案：層次結(jié)構(gòu)層名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）彎拉回彈模量（MPa）極限抗彎拉強(qiáng)度（MPa）1瀝青混凝土6120016002.32瀝青貫入式87003水泥穩(wěn)定砂礫？40028000.54級(jí)配砂礫252005土基255、按容許彎沉值計(jì)算路面厚度1）計(jì)算綜合修正系數(shù)2）計(jì)算理論彎沉系數(shù)3）計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫層的厚度瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，回彈模量為；第二、三、四層換算成回彈模量為的當(dāng)量三層體系的中層；土基作為當(dāng)量三層體系的下層。由，，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中主圖）得：由，，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中扇形圖）得：由，，，查（三層體系諾謨圖中梅花圖）得：，cm代入中層當(dāng)量厚度：cm，取為33cm。6.驗(yàn)算彎拉應(yīng)力1）驗(yàn)算瀝青混凝土面層底面的彎拉應(yīng)力瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當(dāng)量三層體系的中層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。當(dāng)量三層體系中層當(dāng)量厚度：則該路在瀝青貫入鋪筑后，要開放交通一段時(shí)間再鋪筑瀝青混凝土面層，故層間為滑動(dòng)接觸。由，，，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間滑動(dòng)））得：，，最大彎拉應(yīng)力：計(jì)算瀝青混凝土抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：計(jì)算瀝青混凝土容許彎拉應(yīng)力：可知：>，滿足要求。2）驗(yàn)算水泥穩(wěn)定砂礫層底面的彎拉應(yīng)力由于水泥穩(wěn)定砂礫層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當(dāng)量三層體系的中層，第一、二、三層換算成當(dāng)量三層體系的上層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。上層當(dāng)量厚度為；cm中層當(dāng)量厚度為：cm，，，按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連續(xù)））得：，，最大彎拉應(yīng)力：計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫基層抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫容許彎拉應(yīng)力：可知：<,不滿足要求。調(diào)整：調(diào)整水泥穩(wěn)定砂礫層的厚度為35cm。重新驗(yàn)算瀝青混凝土面層底面的彎拉應(yīng)力瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當(dāng)量三層體系的中層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。當(dāng)量三層體系中層當(dāng)量厚度：則該路在瀝青貫入鋪筑后，要開放交通一段時(shí)間再鋪筑瀝青混凝土面層，故層間為滑動(dòng)接觸。由，，，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間滑動(dòng)））得：，，最大彎拉應(yīng)力：瀝青混凝土容許彎拉應(yīng)力：可知：>，滿足要求。重新水泥穩(wěn)定砂礫層底面的彎拉應(yīng)力由于水泥穩(wěn)定砂礫層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當(dāng)量三層體系的中層，第一、二、三層換算成當(dāng)量三層體系的上層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。上層當(dāng)量厚度為；cm中層當(dāng)量厚度為：cm，，，按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連續(xù)））得：，，最大彎拉應(yīng)力：計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫基層抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫容許彎拉應(yīng)力：可知：>,滿足要求。7.驗(yàn)算高溫月份緊急制動(dòng)時(shí)瀝青混凝土面層的剪應(yīng)力考慮驗(yàn)算面層剪切時(shí)，應(yīng)為夏季高溫月份，土基處于非不利季節(jié)，土基的回彈模量可比春融期提高40%，。上層采用高溫季節(jié)值。第二層。確定剪應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度：由，，，，查圖（三層體系表面最大剪應(yīng)力系數(shù)諾謨圖）得，，，查圖（三層體系表面主壓應(yīng)力系數(shù)諾謨圖）得，，。因而得時(shí)緊急制動(dòng)時(shí)已知瀝青混凝土面層，：粘聚力；：內(nèi)摩擦角；：摩擦系數(shù)，可知>，滿足要求8.驗(yàn)算防凍厚度路面總厚度為6+8+35+25=74cm，該路段多年最大凍深為1.2m，屬中濕路基，土質(zhì)為粉質(zhì)中液限粘土，查路面防凍最小厚度表可知符合要求。4.3兩種設(shè)計(jì)方案比選在進(jìn)行方案比選時(shí)，我們首先明確一下路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)必須遵循的三個(gè)原則：①適應(yīng)行車荷載作用的要求；②在各種自然因素作用下穩(wěn)定性要好；③層間聯(lián)結(jié)要緊密。第一種方案：瀝青混凝土、瀝青碎石、石灰碎石土、天然砂礫、土基第二種方案：瀝青混凝土、瀝青貫入式、水泥穩(wěn)定砂礫、級(jí)配砂礫、土基1.瀝青混凝土面層瀝青混凝土是由幾種大小不同顆粒的礦料（如碎石、石屑、砂和礦粉等），按級(jí)配原理選配，用瀝青作結(jié)合料，按一定比例配合，在嚴(yán)格控制條件下拌和而成。瀝青混凝土具有密實(shí)度大、整體性好、強(qiáng)度高、抵抗自然因素破壞的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。適合作為高速公路、一級(jí)公路的面層，因此該一級(jí)公路的面層我們采用瀝青混凝土，在前面兩個(gè)方案計(jì)算中瀝青混凝土的厚度是滿足要求的.2.面層與基層間的聯(lián)結(jié)層面層與基層結(jié)合是否緊密，對(duì)面層底面拉應(yīng)力影響很大。在相同荷載作用下，面層與基層的接觸面呈滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)面層底面的拉應(yīng)力要比接觸面呈連續(xù)狀態(tài)時(shí)大2-3倍，顯然對(duì)面層不利。因此，層間結(jié)合必須緊密，以保證結(jié)構(gòu)的整體性，避免產(chǎn)生層間滑移。為了保證瀝青混凝土面層與基層的緊密結(jié)合，在設(shè)計(jì)高速公路、一級(jí)公路時(shí)，在瀝青混凝土面層與半剛性基層之間需要設(shè)置瀝青碎石或?yàn)r青貫入式聯(lián)結(jié)層。在第一種方案中，采用瀝青碎石作為聯(lián)結(jié)層。瀝青碎石是由幾種不同粒徑大小的級(jí)配礦料，摻有少量礦粉或不加礦粉，用瀝青作結(jié)合料，按一定比例配合，均勻拌和所得。瀝青碎石具有高溫穩(wěn)定性、對(duì)石料級(jí)配和瀝青規(guī)格要求較寬，選用材料比較容易、瀝青用量少，且不用（或少用）礦粉，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)?？捎米鞲叩燃?jí)道路的聯(lián)結(jié)層。在第二種方案中，采用瀝青貫入式作為聯(lián)結(jié)層。瀝青貫入式是在初步壓實(shí)的碎石（或軋制礫石）上，分層澆灑瀝青，撒布嵌縫料而成。瀝青貫入式具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，可用作高級(jí)路面的聯(lián)結(jié)層。綜合考慮這兩種方案，不管是采用瀝青碎石還是瀝青貫入式作為瀝青混凝土面層與基層之間的聯(lián)結(jié)層，都是比較合適的。3.基層在第一種方案中，采用石灰碎石土作為基層。石灰碎石土是一種石灰穩(wěn)定土，石灰穩(wěn)定土是在粉碎的或原來松散的土（包括各種粗、中、細(xì)粒土）中，摻入足量的石灰，加水拌和并經(jīng)壓實(shí)，養(yǎng)生后得到的混合料，當(dāng)其抗壓強(qiáng)度符合規(guī)定的要求時(shí)，稱為石灰穩(wěn)定土。用石灰穩(wěn)定中粒土和粗粒土得到的混合料，視所用原材料而定，原材料為天然碎石土?xí)r，簡稱石灰碎石土。石灰穩(wěn)定土具有良好的力學(xué)性能，并有較好的水穩(wěn)性和一定的抗凍性，初期強(qiáng)度和水穩(wěn)性較低，后期強(qiáng)度較高，但是由于干縮、冷縮，容易產(chǎn)生裂縫，在施工中如要選用石灰穩(wěn)定土作為基層，需要注意