1、 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明一、設(shè)計(jì)原始資料和依據(jù)該公路處于處于6區(qū)（武夷南嶺山地過濕區(qū)），地貌屬中低山、丘陵地貌，南東部為珠江三角洲平原。區(qū)域內(nèi)多年平均降雨量1832mm，多年最大降雨量2428.5mm，多年最小降水量1128.7mm；每年49月為雨季，平均降水量1377.7mm，6月份降雨量最大，暴雨較多，月平均降雨量314.7mm，由于暴雨集中，對新開挖地表易造成破壞，而且勘察區(qū)內(nèi)局部地勢較為低洼，雨季時(shí)有洪澇現(xiàn)象。區(qū)域內(nèi)年平均風(fēng)速1.7m/s，強(qiáng)風(fēng)向主要為東北到東南風(fēng)，約占35%，平均風(fēng)速2.4m/s，極大風(fēng)速26m/s；次為西到西北風(fēng)，占18%，平均風(fēng)速2.3m/s，極大風(fēng)速12m/s，靜

2、風(fēng)占28%，其余風(fēng)向偏少。臺(tái)風(fēng)是本地區(qū)常見的自然災(zāi)害，每年4月至11月都受到影響。臺(tái)風(fēng)盛行期在79月，臺(tái)風(fēng)過境最大風(fēng)速28m/s，瞬時(shí)風(fēng)速高達(dá)35m/s，破壞力很強(qiáng)，伴隨臺(tái)風(fēng)而來的是暴雨，甚至引發(fā)山洪暴發(fā)、山體滑塌等災(zāi)害。設(shè)計(jì)線路經(jīng)過地段主要為微丘、丘陵間沖洪積盆地地貌，路線跨越綏江后沿河床階地、丘陵間溝谷、盆地展布，河谷呈開闊的“U”字型，綏江河床寬約100300m，水深26m，四季通航，屬于國家六級航道；線路沿線地表多為第四紀(jì)沖積層所覆蓋，其厚度大小不等，變化較大，層位變化較復(fù)雜；區(qū)內(nèi)多為農(nóng)田、魚塘，山丘多已開發(fā)種植有果樹、竹木等經(jīng)濟(jì)林。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)繪及鉆探勘察揭露，線路范圍內(nèi)軟弱土層主要為

3、第四系河流相或沼澤相淤泥、淤泥質(zhì)土層，厚度變化大，軟土埋深淺，一般小于3m，個(gè)別大于3m，軟土物理力學(xué)性質(zhì)不太差，本項(xiàng)目有多處路塹鉆孔發(fā)現(xiàn)存在高液限土層，主要分布于丘陵山坡上的殘坡積土層和全風(fēng)化巖中，其分布范圍較大，厚度大小不一，在縱橫上變化很大，且多呈不連續(xù)分布，局部土層還見有弱膨脹性。二、路面結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)1、土基回彈模量的確定該路段處于6區(qū)（武夷南嶺山地過濕區(qū)），為砂質(zhì)土，稠度為1.0，查規(guī)范表“二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值（Mpa）”得土基回彈模量E0=40Mpa。2、路面設(shè)計(jì)參數(shù)的確定1）交通量組成已知設(shè)計(jì)年限為15年，設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量年平均增長率r=6%，交通量組成見下表：

4、2）標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算和當(dāng)量軸次計(jì)算路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100KN為標(biāo)準(zhǔn)荷載，標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)如下：表1 標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載BZZ100標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載BZZ100標(biāo)準(zhǔn)軸載P(KN)100單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑(cm)21.30輪胎接地壓強(qiáng)P(MPa)0.70兩輪中心距(cm)1.5d3）以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次（1）軸載換算以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于25KN的各級荷載（包括車輛的前、后軸）的作用次數(shù)，均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)。 （1）知N=5648次（2）累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算由公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車

5、道上的累計(jì)當(dāng)量軸次按下式計(jì)算。 （2）根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限取15年，六車道的車道系數(shù)是0.30.4，取0.35。設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次為=16794357（次）4）驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力中的累計(jì)當(dāng)量軸次當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，各種車型的前后軸的作用次數(shù)，均按下式轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)。 （3）知N=5669次設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次仍按式（2）進(jìn)行計(jì)算： （次）其BZZ100累計(jì)當(dāng)量軸次在1.22.5之間，故屬重交通。3、路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算表2 路面結(jié)構(gòu)及計(jì)算參數(shù) 層次材料名稱厚 度(cm)200C抗壓回彈模量(MPa)150C抗壓回

6、彈模量(Mpa)150C劈裂強(qiáng)度(MPa)1細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂，SMA-134140013501.652中粒式瀝青混凝土AC-206120018001.03粗粒式瀝青混凝土AC-25I8100012000.84水泥穩(wěn)定碎石?150015000.55低劑量水泥穩(wěn)定碎石20120012000.46土基401）路面設(shè)計(jì)彎沉值的計(jì)算路面設(shè)計(jì)彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標(biāo)，是根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)每個(gè)車道累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層的類型等確定的。路面設(shè)計(jì)彎沉值可按下式計(jì)算： （4）式中： 路面設(shè)計(jì)彎沉值(0.01mm);設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次；公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，

7、二級公路為1.1，三、四級公路為1.2；面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層、剛性基層瀝青路面為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6，若基層由半剛性基層與柔性基層組合而成，通過線性內(nèi)插確定。根據(jù)上式計(jì)算得：=21.50（0.01mm）2）結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力高速公路的瀝青混凝土面層或半剛性材料基層、底基層，在進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)層底面計(jì)算點(diǎn)的拉應(yīng)力應(yīng)小于或等于該層材料的容許彎拉應(yīng)力，即： （5）容許彎拉應(yīng)力按下式列公式計(jì)算： （6）式中： 路面結(jié)構(gòu)層材料的容許彎拉應(yīng)力(MPa)；瀝青混凝土或半剛性材料的劈裂強(qiáng)度(MPa)。對瀝青混凝土指15時(shí)的劈裂強(qiáng)度；對水

8、泥穩(wěn)定類材料為齡期90d的劈裂強(qiáng)度(MPa)；對二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類的材料為齡期180d的劈裂強(qiáng)度(MPa)； 抗壓強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。對瀝青混凝土面層： （7）式中： 瀝青混凝土級配類型系數(shù)，細(xì)、中粒式瀝青混凝土為1.0，粗粒式瀝青混凝土為1.1。對無機(jī)結(jié)合穩(wěn)定集料類： （8）對無機(jī)結(jié)合類穩(wěn)定細(xì)粒土類： （9）（1）細(xì)粒式瀝青瑪蹄脂SMA-13上面層1.4 Mpa=0.09×1.0×(16794357)0.22/1.0=3.50=（2）中粒式瀝青混凝土AC-20中面層1.0 Mpa=0.09×1.0×(16794357)0.22/1.0=3.50=（3）粗

9、粒式瀝青混凝土AC-25I下面層0.8 Mpa=0.09×1.1×(16794357)0.22/1.0=3.847=（4）水泥穩(wěn)定碎石基層0.5 Mpa=0.35×(16830039)0.11/1.0=2.182=（5）低劑量水泥穩(wěn)定碎石底基層0.4 Mpa=0.35×(16830039)0.11/1.0=2.182=3）路面厚度計(jì)算路面厚度是根據(jù)多層彈性理論、層間接觸條件為完全連續(xù)體系時(shí)，在雙圓均布荷載作用下，輪隙中心處實(shí)測路表彎沉值等于設(shè)計(jì)彎沉值的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行計(jì)算（其力學(xué)圖式如圖1），即 （10）圖1 路表彎沉值計(jì)算圖式路表彎沉值按下式計(jì)算： （11

10、） （12） （13）式中： 路面實(shí)測彎沉值，0.01mm；p、標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強(qiáng)(MPa)和當(dāng)量圓半徑，cm；F彎沉綜合修正系數(shù)；理論彎沉系數(shù)；或土基回彈模量值，MPa；、各層材料回彈模量值；、 各結(jié)構(gòu)層厚度，cm。計(jì)算得：=0.5084由式（12）的理論彎沉系數(shù)：這是一個(gè)多層體系，計(jì)算時(shí)可以先將多層體系轉(zhuǎn)換為當(dāng)量三層體系，求出中間層的厚度H，然后再求出基層厚度，轉(zhuǎn)換圖式如下：h1=4cm E1=1400MP h1=4cm E1=1400MPh2=6cm E2=1200MP H=?cm E2=1200MPh3=8cm E3=1000MP h4=?cm E4=1500MPh5=20cm E

11、5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP 圖2 彎沉三層體系換算圖式由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第360頁圖14-14得3。由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第360頁圖14-14得。由于，所以=0.490再由，和=0.490查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第360頁圖14-14得 ，從而，cm 根據(jù)等效路表彎沉的結(jié)構(gòu)層轉(zhuǎn)換公式：得：cm,取34cm計(jì)。4）驗(yàn)算彎拉應(yīng)力（1）上面層底面彎拉應(yīng)力驗(yàn)算先轉(zhuǎn)化成三層體系（模量采用15時(shí)的抗壓回彈模量），圖示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=

12、4cm E1=1350MPh2=6cm E2=1800MP H=?cm E2=1800MPh3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MPh5=20cm E5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP圖3 AK13A上面層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上層厚度為cm。中層厚度為：cm對高速公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、低基層進(jìn)行拉應(yīng)力的驗(yàn)算時(shí)，各層按連續(xù)驗(yàn)算。驗(yàn)算層低拉應(yīng)力時(shí)根據(jù)多層彈性理論，層間接觸條件為完全連續(xù)體系，以雙圓荷載作用下按下式計(jì)算層低最大拉應(yīng)力。 （14）應(yīng)以下式計(jì)算： （15）式中： 、系數(shù)。驗(yàn)算層低拉應(yīng)力時(shí)，應(yīng)滿足下式要求： （16）式中： 容許

13、拉應(yīng)力。由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第362頁圖14-18得無具體的。由，查表無具體的值。由，查表無具體的值。說明上面層底面所受拉應(yīng)力較小，即可認(rèn)為：，從而，0=0.471MP，滿足強(qiáng)度要求。（2）中面層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=？cm E1=1800MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP H=? cm E2=1200MPh4=?cm E4=1500MPh5=20cm E5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP圖4 AC20中面層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上面層厚度：

14、cm中層厚度： cm同理，查表得，從而，0=0.2857，滿足強(qiáng)度要求。（3）下面層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=？cm E1=1200MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MP H=? cm E2=1500MPh5=20cm E5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP圖5 AC30下面層彎拉應(yīng)力三層體系換算上面層厚度：cm中層厚度：cm查表得，從而，0=0.208，滿足強(qiáng)度要求。（4）基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=？c

15、m E1=1500MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MP h5=20cm E5=1200MP H=20cm E2=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP圖6 基層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上面層厚度：cm中層厚度：H=20cm由，查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第362頁圖14-18得： Mpa；由查表得；由，查表得；從而：Mpa,所以基層滿足抗彎拉要求。（5）底基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算三層體系轉(zhuǎn)化圖示如圖7所示。h1=4cm E1=1350MP h1=？cm E1=1500MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MP h5=20cm E5=1200MP H=20cm E2=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP圖7 底基層彎拉應(yīng)力三層體系換算圖上層厚度：=50.016cm根據(jù)（5）中各參數(shù)查路基路面工程（鄧學(xué)鈞主編 張登良主審，人民交通出版社）第363頁圖14-1