沥青路面结构层计算示例

11设计原始资料和依据该公路处于II3区，路线经过地区属于湿暖带半湿润季风气候区，海洋型和大陆型过渡的气候特征比较明显，气候温暖、四季分明、雨量充沛、冬寒夏热。年内夏、秋季降水相对集中，易出现暴雨造成涝灾，其余季节降水偏少。气候区内年平均气温13.7oC，以7、8月份最热，年平均最高气温19.4oC，年平均最低气温9.1oC，历年极端最高气温39.9oC，历年极端最低气温-22.4oC。历年最大积雪深度20cm，最大冻土深度33cm，历年平均无霜期163.5天。气候区内年平均降雨量884.0mm，历年最大降雨量1358.0mm，以7~10月降雨相对较为集中。区域内常年主导风向为东北风，历年平均风速3.3m/s。最大风速16.8m/s。8、9月份受台风影响区内空气湿度较高，年平均相对湿度为70%左右，最小相对湿度65%、最大相对湿度85%。设计线路经过地段主要由第四系松散沉积层所组成。第四纪沉积层由全新（Q4a1）的低~高液限粘土夹中粗砂及上更新（Q3a1）的低~高液限粘土所组成。由于古河道多次变迁作用，地层厚度分布不均，堆积层厚度上部全新（Q4a1）一般在3~9m局部达10m，地层岩性主要为低~高液限粘土，其CBR为2%~10%；下部上更新统（Q3a1）沉积层厚度一般为10~40m，地层岩性主要为低~高液限粘土，呈中~高压缩性。1.1.1路线服务范围交通运输要求和经济技术调查资料由于此路段处于江地势平缓，沿线以农业为主，该路段经过两条大渠和一条铁路，故该道路的修通对于完善苏北地区贸易交往，改善该地区的投资环境具有深远的意义。另外修建该路所需的路基填料、石灰、碎石等集料在附近地区都非常丰富，并且都能满足技术指标要求。1.1.2交通量资料表1-1交通量资料车型小汽车黄河JN-150跃进NJ-130解CA-10B太拖拉138交通量（辆/日）3500900110018006001.2设计依据本设计AB段高速公路位于徐州市洞山地区，根据沿线地形、地貌、地质、水文、气象等自然条件进行设计，依据的有关规范、规程具体如下：1)部颁《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）；2)部颁《公路路线设计规范》（JTGD20－2006）；3)部颁《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）；4)部颁《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）；5)部颁《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）；6)部颁《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80-1-2004)；7)部颁《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）；8)部颁《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）；9)部颁《公路排水设计规范》（JTJ018-97）；10)《京福高速公路绕徐州城西段设计说明书》；11)拟建公路的设计原始资料；12)拟建公路所处地区的地区地形图。2路面结构层厚度设计2.1.1土基回弹模量的确定由于本路段无实测条件，故可按查表法预测土基回弹模量值。1）确定临界高度本路段土基设计为不利季节处于干燥状态，因为徐州地区为Ⅱ5区，由设计资料知该地2区土质为粘性土，查《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)附录F.0.1可确定临界高度H1在2.1m~2.5m之间。2）土的平均稠度因本路段属于干燥类型，根据路基的临界高度，由《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)中5.1.4-1知路床表面以下80cm深度内平均稠度为Wc≥1.10，本设计取Wc=1.10。3）确定土基回弹模量据以上所述查表得该地区的土基回弹模量为E0=52.0Mpa。为保证高填土路基的含水量，设计中取E0为45.0Mpa。2.1.2路面设计参数的确定1）交通量组成已知设计年限为20年，设计年限内交通量年平均增长率r=8%，交通量组成见下表：表4-3-1交通量组成车类小汽车跃进NJ-130解放CA-10B黄河JN-150太脱拉138交通量(辆／日)3500110018009006002）标准轴载及轴载换算和当量轴次计算路面设计以双轮组单轴载100KN为标准荷载，标准轴载计算参数如下：表4-3-2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(cm)21.30轮胎接地压强P(MPa)0.70两轮中心距(cm)1.5d3）以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次（1）轴载换算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的各级荷载（包括车辆的前、后轴）1P的作用次数1n，均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。KiiPPnCCN135.4121(4-3-1)式中：N—标准轴载的当量轴次，次／日；1n—被换算车型的各级轴载作用次数，次／日；P—标准轴载，KN；1P—被换算车型的各级轴载，KN；1C—轴数系数；2C—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为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。)1(2.111mC（4-3-2）式中：m—轴数。本路段轴载换算如下表所示。表4-3-3标准轴载换算（一）车型Pi（KN）C1C2n1N1黄河JN—150后轴101.601.01.0900964.34前轴49.001.06.4900258.69跃进NJ—130后轴38.301.06.41100108.26前轴15.301.06.41100——3解放CA—10B后轴60.851.01.01800207.40.前轴19.401.06.41800——太脱拉—138后轴80.002.21.0600500.05前轴51.401.06.4600212.33小汽车后轴前轴合计2251.07注：轴载小于25KN的轴载作用不计，因为小起车轴载为25KN，所以在上表中未于列出。（现行规范没有这一条规定，小汽车应该也计算在内）（2）累计当量轴次计算由《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)3.1.2-1设计年限内一个车道上的累计当量轴次1N按下式计算。365]1)1([teN1N（4-3-3）式中：eN—设计年限内一个车道上的累计当量轴次，次；t—设计年限，年；1N—路面竣工后第一年双向日平均当量轴次，次／日；—设计年限内交通量的平均年增长率(%),应根据实际情况调查，预测交通量增长，经分析确定；—车道系数，查《公路沥青路面设计规范》(JTJ014－97)确定车道系数为0.4~0.5,本设计取=0.45。设计年限内一个车道上的累计当量轴次eN为45.007.225108.0365]1)08.01([20eN=16919948.48（次）4）验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各种车型的前后轴1P的作用次数1n，均按下式转换成标准轴载P的当量作用次数N。KiiPPnCCN18121（4-3-4）式中：1C—轴数系数；2C—轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算。)1(211mC（4-3-5）计算结果如下表。表4-3-4标准轴载换算（二）车型iP(KN)1C2C1niN黄河JN—150后轴101.601.01.09001021.86前轴49.001.018.5900——跃进NJ—130后轴38.301.018.51100——前轴15.301.018.51100——解放CA—10B后轴60.851.01.0180033.83前轴19.401.018.51800——太脱拉后轴80.03.01.0600301.004—138前轴51.401.018.560050.80合计1408.48注：轴载小于50KN的轴载作用不计。（现行规范没有这一条规定，全部荷载均应该计算在内）设计年限内一个车道上的累计当量轴次eN仍按式（4-3-3）进行计算：45.048.140808.0365]1)08.01([20eN=1058670（次）2.1.3路面结构层厚度计算方案一路面结构及计算参数见表4-3-5。表4-3-5路面结构及计算参数层次材料名称厚度(cm)200C抗压回弹模量(MPa)150C抗压回弹模量(Mpa)15o劈裂强度(MPa)1细粒式抗滑沥青混凝土，AK-13A4140020001.42中粒式沥青混凝土AC-20Ⅰ6120018001.03粗粒式沥青混凝土AC-30Ⅱ6100014000.84二灰碎石?150015000.75二灰土207507500.36土基——45——1）按容许弯沉计算路面厚度路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是根据设计年限内每个车道累计标准当量轴次、公路等级、面层和基层的类型等确定的。路面设计弯沉值可按下式计算：bscedAAANl2.0600（4-3-6）式中：dl—路面设计弯沉值(0.01mm);eN—设计年限内一个车道上的累计当量轴次；cA—公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；SA—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；bA—路面结构类型系数，半刚性基层、刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6，若基层由半刚性基层与柔性基层组合而成，通过线性内插确定。根据上式计算得：0.10.10.1169199496002.0dl=21.50（0.01mm）2）结构层材料的容许弯拉应力高速公路的沥青混凝土面层或半刚性材料基层、底基层，在进行层底拉应力验算时，结构层底面计算点的拉应力m应小于或等于该层材料的容许弯拉应力R，即：m≤R（4-3-7）容许弯拉应力R按下式列公式计算：5sSPRK（4-3-8）式中：R—路面结构层材料的容许弯拉应力(MPa)；SP—沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度(MPa)。对沥青混凝土指15℃时的劈裂强度；对水泥稳定类材料为龄期90d的劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类的材料为龄期180d的劈裂强度(MPa)；SK—抗压强度结构系数。对沥青混凝土面层：cesANK/09.022.0(4-3-9)式中：aA—沥青混凝土级配类型系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土为1.1。对无机结合稳定集料类：SKceAN/35.011.0（4-3-10）对无机结合类稳定细粒土类：SKceAN/45.011.0（4-3-11）（1）沥青混凝土上面层AK-13ASP＝1.4MpaSK=0.09×1.0×(16919949)0.22/1.0=3.503R=MPa3996.0503.34.1（2）沥青混凝土中面层AC-20ⅠSP＝1.0MpaSK=0.09×1.0×(16919949)0.22/1.0=3.503R=MPa2855.0503.30.1（3）沥青混凝土下面层AC-30ⅡSP＝0.8MpaSK=0.09×1.1×(16919949)0.22/1.0=3.853R=MPa2076.0853.38.0（4）二灰碎石基层SP＝0.7MpaSK=0.35×(10586703)0.11/1.0=2.074R=MPa3375.0074.27.0（5）二灰土底基层SP＝0.3MpaSK=0.45×(10586703)0.11/1.0=2.667R=MPa1125.0667.23.03）路面厚度计算路面厚度是根据多层弹性理论、层间接触条件为完全连续体系时，在双圆均布荷载作用下，轮隙中心处实测路表弯沉值sl等于设计弯沉值dl的设计原则进行计算（其力学图式如6图4-3-1），即sl＝dl（4-3-12）Aδδδδδh2E1E2hn-1En-1En=E0h1Ar图4-3-1路表弯沉值计算图式图4-3-1路表弯沉值计算图式路表弯沉值按下式计算：FEplcs121000（4-3-13）)......(10