第四章-路面结构层设计.doc

四 路面结构层设计
1、路面结构设计
1依据：
按照《沥青路面设计规范 》要求进行设计。全线采用沥青混凝土路面结构。沥青砼路面设计使用年限为15年，设计标准轴载采用BZZ—100重型标准 ，采用弹性系数法计算，预测基年为2010年交通量，预测起始年份为通车后的2012年，2026年交通量为24000辆/日.。
2、结构组合设计：
路面结构计算采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，层间接触条件为完全连续，以设计弯沉值Ld和沥青面层及半刚性性基层、底基层的容许拉应力σp控制计算路面结构层厚度。路面材料抗压回弹模量及土基回弹模量等系数按规范规定采用，路基干湿类型取干燥（依据《岩土工程勘察报告》），路基土为粘性土。按照规范中推荐的结构，并保证各结构层的最小厚度，根据交通量和道路等级对路面强度的要求，结合沿线土壤、水文和料源的分布情况，以及我省公路路面结构的使用经验，用路面结构设计软件在计算机中完成了一系列计算和验算过程，最后确定改线路段沥青混凝土路面结构。
路面设计为沥青混凝土地面，设计年限为12年，设计年限内累计标准轴次为2×106次/一车道，则Ne=2.4×106。初拟定路面结构及其力学参数如下；
层次
1
2
3
4
结构层名称
沥青混凝土
沥青碎石
石灰石
天然砂砾
土路基
厚度hi（cm）
6
10
？
17

计算弯沉Ei（Mpa）
1200
800
600
200
38.5
计算沥青混凝土拉应力
Ei（Mpa）
1500
800
600
200
38.5
σsp（Mpa）
1.5

计算石灰土拉应力
Ei（Mpa）
1200
800
600
200
38.5
σsp（Mpa）

0．25

计算沥青混凝土剪应力
Ei（Mpa）
600
750
600
200
53.9
C（Mpa）
0.25

φ（°）
41

利用弹性三层连续体系的诺谟图验算上表设计的路面结构
按弯沉指标要求计算石灰土层厚度h3

1 设计弯沉； ld=600（Ne）-0.2*Ac*As*Ab
=600×（2.4×106 ）-0.2×1.1×1.0×1.0=34.95（0.01mm）
综合修正系数； F=1.63×（ld/（2000×σ））0.38×（Eo/p）0.36
=1.63×（34.95/(2000×10.65)）0.38×（38.5/0.7）0.36
=0.603
将五层体系简化成上层为沥青混凝土，中层为沥青碎石以及土基组成的三层体系。
由h1/σ=6/10.65=0.563，E2/E1=800/1200=0.667，Eo/E2=38.5/800=0.048查图得；a=7.30，k1=1.05，则 k2=E1×la/（2p×σ×a×k1×F）=1200×0.03495/（2×0.7×10.65×7.3×1.05×0.603）=0.609
又查得H/σ=4.4，即H=4.4×10.65=46.86cm，代入当量厚度换算公式；
46.86=10+h3×+
解得h3=30.79cm，采用石灰土厚31cm

2 验算沥青混凝土面层层底拉应力
同样以上述求算h3时简化的三层体系求解。
抗拉强度结构系数； Ks=0.09Aa*Ne0.22/Ac
=0.09×1.0×（2.4×106）0.22/1.1=2.07
容许拉应力； σR =σsp/Ks=1.5/2.07=0.725（MPa）
由h/σ=0.563，E2/E1=800/1500=0.533，Eo/E2=0.048，
H=10++=36.16（cm）
H/σ=36.16/10.65=3.40
查图发现拉应力系数已不能从图中查到，表明沥青混凝土层将受压应力（或拉应力很微小），应视为拉应力验算通过。

3 验算石灰土层层底拉应力
抗拉强度结构系数；Ks=0.45×Ne0.11/Ac
=0.45×（2.4×106）0.11/1.1=2.06
容许拉应力； σR=σsp/Ks=0.25/2.06=0.121（MPa）
由于石灰土层下有天然砂砾层，故天然砂砾层作为中层，以上作为上层。
h =++31=48.9（cm）
h/σ=48.9/10.65=4.59，E4/E3=200/600=0.333
E0/E4=38.5/200=0.193，h4/σ=17/10.65=1.60
查图得ó=0.13，m1=1.01，m2=1.10.
σr=0.7×0.13×1.01×1.10=0.101（MPa）<σR
所以石灰层层底拉应力验算通过。
4 验算高温月份紧急制动时沥青混凝土面层剪应力
任然将五层体系简化成上层为沥青混凝土，中层为沥青碎石的三层体系，但各结构层的力学参数均应采用相当于当地高温季节的数值，见上表所示。摩擦系数f=0.5.
由 h/σ=0.563，E2/E1=750/600=1.25， Eo/E2=53.9/750=0.072
H=10++=48.0（cm）
H/σ=48.0/10.65=4.51
查表得，m=0.448，1=0.940， 2= 1.060
m，0.3=m×1×2=0.446
m，0.5 =m，0.3+1.3×（f-0.3）=0.446+1.3×（0.5-0.3）
=0.706
m=p×m，0.5=0.7×0.706=0.4942（MPa）
a=mcos=0.4942×cos41°=0.373（MPa）

5 验算防冻厚度
道路冻深hd=abc由表查得a=1.80， b=2.35， c=1.10， 已知f=630（℃.d）则
hd=1.8×2.35×1.1×=116.79（cm）
查表得最小防冻厚度为50cm。
现路面总厚度为6+10+31+17=64cm，满足要求。
综合以上，所涉及的结构合理，可以采用。

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