沥青路面设计计算书.doc

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1、第六章 沥青路面设计计算说明书 6.1 交通量计算及分析6.1.1 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算表6-1 轴载换算表序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量1小客车11.5231双轮组023002中客车16.5231双轮组010003大客车28.768.21双轮组03054小货车25.7559.51双轮组019005中货车28.769.21双轮组05506中货车23.769.21双轮组09507大货车49101.61双轮组06008其他车50.2104.31双轮组04009拖挂车601002四轮组365设计年限 15 车道系数0.5 交通量平均年增长率

2、 9.5 6.1.2 累计标准轴次计算结果 一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 2725 ,属重交通等级。 当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时: 路面营运第一年双向日平均当量轴次: 3332 设计年限内一个车道上的累计当量轴次: 17302620 ,属重交通等级。 当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时: 路面营运第一年双向日平均当量轴次: 2568 设计年限内一个车道上的累计当量轴次: 13335280 ,属重交通等级。 路面设计交通等级为重交通等级。 6.2 干燥状态 确定土基回弹模量 计算设置：输入计算 土基回弹模量：E0=60MPa 6.2.1 方案一（

3、半刚性基层） 6.2.1.1 基本参数 新建路面的层数： 5 路面设计层层位： 5 标 准 轴 载 ： BZZ-100 设计层最小厚度： 150 (mm) 6.2.1.2 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 20.9 (0.01mm)表 6-2 容许拉应力表层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.50.432中粒式沥青混凝土1.20.343粗粒式沥青混凝土0.80.234水泥稳定碎石0.60.28 根据公路沥青路面设计规范（JTG D502006）的建议值确

4、定各结构层设计参数。表6-3 结构层设计参数表层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土40150015020002000.432中粒式沥青混凝土60120012018001800.343粗粒式沥青混凝土80100010012001200.234水泥稳定碎石200150015016001600.285石灰粉煤灰碎石？150015022002200.28 计算设置： 路面最小防冻深度不进行验算 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 20.9 (0.01mm) H( 5 )= 250 mm

5、 LS= 22.2 (0.01mm) H( 5 )= 300 mm LS= 20.2 (0.01mm) H( 5 )= 282 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 282 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 282 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 282 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 282 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 282 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 282 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 282 m

6、m(同时考虑弯沉和拉应力) 通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 水泥稳定碎石 200 mm - 石灰粉煤灰碎石 282mm 根据JTG D502006 公路沥青路面设计规范，石灰粉煤灰稳定碎石底基层厚度为180mm200mm，现水泥稳定碎石基层为282 mm，分两层施工。以下如有类似超厚情况，用同样方法处理。 6.2.2 方案二（ 柔性基层） 6.2.2.1 基本参数 新建路面的层数： 5 路面设计层层位： 5 标 准 轴 载 ： BZ

7、Z-100 设计层最小厚度： 150 (mm) 6.2.2.2 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1.6 路面设计弯沉值 : 33.5 (0.01mm)表6-4 容许拉应力表层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.50.432中粒式沥青混凝土1.20.343粗粒式沥青混凝土0.80.234密级配沥青碎石0.605级配碎石00 根据公路沥青路面设计规范（JTG D502006）的建议值确定各结构层设计参数。表6-5 结构层设计参数表层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量(M

8、Pa)标准差(MPa)15平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土40140014020002000.432中粒式沥青混凝土60100010016001600.343粗粒式沥青混凝土808008010001000.234密级配沥青碎石150160016022002200.235级配碎石?110011018001800 计算设置： 路面最小防冻深度不进行验算 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 33.5 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 31.4 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足

9、要求 . H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 150 mm(同时考虑弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥

10、青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 密级配沥青碎石 150 mm - 级配碎石 150 mm - 新建路基根据JTG D502006 公路沥青路面设计规范，级配碎石底基层厚度为100mm200mm，现水泥稳定碎石基层为150 mm，分一层施工。以下如有类似超厚情况，用同样方法处理。6.2.3 方案三（ 组合基层） 6.2.3.1 基本参数新建路面的层数： 5 标准轴载 ： BZZ-100 路面设计层层位： 5 设计层最小厚度： 150 (mm) 6.2.3.2 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数 公路等级 高速公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数

11、 1.6 路面设计弯沉值 : 33.5 (0.01mm)表6-6 容许拉应力表层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.60.452中粒式沥青混凝土10.283粗粒式沥青混凝土0.80.234密级配沥青碎石0.80.235水泥稳定碎石0.80.24 根据公路沥青路面设计规范（JTG D502006）的建议值确定各结构层设计参数。表6-7 结构层设计参数表层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土40150015020002000.452中粒式沥青混凝土

12、60140014018001800.283粗粒式沥青混凝土80120012014001400.234密级配沥青碎石150150015022002200.235水泥稳定碎石?220022030003000.24 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 33.5 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 31.4 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第

13、 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm ( 5 )= .308 MPa H( 5 )= 200 mm ( 5 )= .257 MPa H( 5 )= 178 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 178 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下

14、: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 密级配沥青碎石 150 mm - 水泥稳定碎石 178 mm - 新建路基根据JTG D502006 公路沥青路面设计规范，水泥稳定碎石底基层厚度为150mm200mm，现水泥稳定碎石基层为150 mm，分一层施工。以下如有类似超厚情况，用同样方法处理。 6.3 中湿状态 确定土基回弹模量 计算设置：输入计算 土基回弹模量：E0=50MPa 6.3.1 方案一（ 半刚性基层） 6.3.1.1 基本参数新建路面的层数： 6 标准轴载 ： BZZ-100路面设计弯沉值： 21.4 (0.0

15、1mm) 路面设计层层位： 5 设计层最小厚度： 200 (mm) 6.3.1.2 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数 公路等级 高速公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 20.9 (0.01mm)表6-8 容许拉应力表层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.50.432中粒式沥青混凝土10.283粗粒式沥青混凝土0.80.234水泥稳定碎石0.80.235级配碎石0.50.246天然砂砾00表根据公路沥青路面设计规范（JTG D502006）的建议值确定各结构层设计参数。表6-9 结构层设计参数表层位结层材料

16、名称厚度(mm)20平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土40150015020002000.432中粒式沥青混凝土60120012018001800.283粗粒式沥青混凝土80100010012001200.234水泥稳定碎石?150015030003000.245天然砂砾200100101001006新建路基50按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 20.9 (0.01mm) H( 5 )= 300 mm LS= 21.5 (0.01mm) H( 5 )= 350 mm LS= 19.6 (0.01mm) H(

17、 5 )= 315 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 315 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 315 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 315 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 315 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 315 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 315 mm(同时考虑弯沉和拉应力)验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝

18、土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 水泥稳定碎石 150 mm - 级配碎石 315 mm - 天然砂砾 150 mm - 新建路基根据JTG D502006 公路沥青路面设计规范，级配碎石基层厚度为100mm200mm，现水泥稳定碎石底基层为315 mm，分两层施工。以下如有类似超厚情况，用同样方法处理。 6.3.2 方案二 6.3.2.1 基本参数 新建路面的层数： 6 标准轴载 ： BZZ-100 路面设计弯沉值： 41.9 (0.01mm) 路面设计层层位： 5 设计层最小厚度： 150 (mm) 6.3.2.2 确定路面设计弯沉值与

19、抗拉强度结构系数 公路等级： 高速公路 公路等级系数 ：1 面层类型系数： 1 路面结构类型系数 ：1.6 路面设计弯沉值 : 33.5(0.01mm) 表6-10 容许拉应力表层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.50.432中粒式沥青混凝土10.283粗粒式沥青混凝土0.80.234密级配沥青碎石005级配碎石006未篩分碎石00根据公路沥青路面设计规范（JTG D502006）的建议值确定各结构层设计参数。表6-11 结构层设计参数表层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容

20、许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土40120012020002000.432中粒式沥青混凝土60100010016001600.283粗粒式沥青混凝土808008010001000.234密级配沥青碎石1501600160180018005级配碎石?350353503506未篩分碎石180200202002007新建路基50 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 33.5 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 29.9 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力

21、计算设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 150 mm(同时考虑弯沉和拉应力)验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm -

22、 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 密级配沥青碎石 150 mm - 级配碎石 150 mm - 未篩分碎石 150 mm - 新建路基 6.3.3 方案三（ 组合基层）6.3.3.1 基本参数新建路面的层数： 6 标准轴载 ： BZZ-100 路面设计弯沉值： 38.8 (0.01mm)路面设计层层位： 5 设计层最小厚度： 150 (mm)6.3.3.2 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数公路等级 高速公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1.6 路面设计弯沉值 : 33.5 (0.01mm)表6-12 容许拉应力表层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MP

23、a)1细粒式沥青混凝土1.50.432中粒式沥青混凝土10.283粗粒式沥青混凝土0.80.234密级配沥青碎石0.80.235水泥稳定碎石0.80.246天然砂砾00 根据公路沥青路面设计规范（JTG D502006）的建议值确定各结构层设计参数。表6-13 结构层设计参数表层位结构层材料名称厚度(mm)20平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土40150015020002000.432中粒式沥青混凝土60140014018001800.283粗粒式沥青混凝土80120012014001400.234密级配沥青碎石

24、15070070800800.235水泥稳定碎石?30030300300.246天然砂砾150100101001007新建路基50 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 33.5 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm LS= 33.8 (0.01mm) H( 5 )= 200 mm LS= 30.1 (0.01mm) H( 5 )= 154 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 154 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 154 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 154 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要

25、求) H( 5 )= 154 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 154 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 154 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 154 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 40 mm - 中粒式沥青混凝土 60 mm - 粗粒式沥青混凝土 80 mm - 密级配沥青碎石 150 mm - 水泥稳定碎石 154mm - 天然砂砾 180 mm - 新建路基 6.4

26、 沥青路面方案比选 本次设计沥青路面在干燥和中湿状态下各拟定三种方案，通过计算机程序的计算，各种方案均符合要求，现通过以下几个方面进行方案比选，择出最优方案。 6.4.2技术分析 每一种结构层都有个适宜的厚度，以保证结构层的压实度。有上述几种方案可知：只有当基层为半刚性基层时，其各个结构层的厚度均在适宜厚度中间，因此就施工技术上考虑应该选半刚性基层的路面。 6.4.3经济分析 采用水泥稳定碎石基层成本较低，附近石料场分布较多，且质量好，储存大，沿线运输条件整体情况较好，水泥产量丰富，产量大，就近取材有利于降低成本。通过综合比较考虑，选用水泥稳定碎石作为基层，并用未筛分碎石作为垫层。 6.4.4

27、使用性能分析 水泥稳定碎石基层具有整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好等特点。这些性能都比密级配沥青碎石、级配碎石和填隙碎石好，所以选用水泥稳定碎石作为基层。综上所述，在干燥和中湿方案采用方案一更为合理。具体方案如下表所示：表6-14 沥青路面方案比选表方案干湿类型结构层结构层材料结构层厚度（cm）方案一干燥表面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层水泥稳定碎石20底基层级配碎石20中湿表面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层水泥稳定碎石15底基层级配碎石31.5垫层天然砂砾15方案二干燥表面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层密级配沥青碎石 15底基层级配碎石15中湿表面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层密级配沥青碎石 15底基层级配碎石 15垫层未篩分碎石15方案三干燥表面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层密级配沥青碎石15底基层水泥稳定碎石18中湿表面层细粒式沥青混凝土4中面层中粒式沥青混凝土6下面层粗粒式沥青混凝土8基层密级配沥青碎石15底基层水泥稳定碎石16垫层天然砂砾18