1、5.路面結構設計5.1瀝青路面5.1.1交通量及軸載計算分析路面設計以單軸載雙輪組100KN為標準軸載。 1) 以設計彎沉值為指標及驗算瀝青層層底拉應力中的累計當量軸次：軸載換算：軸載換算采用如下的計算公式：計算結果如下表所示：表5.1軸載換算表型號Pi(KN)C1C2ni(次/日）C1C2ni(Pi/P)4.35(次/日）桑塔納2000前軸12.0 16.421801.38 后軸18.0 16.421808.04 江淮AL6600前軸17.0 16.42300.66 后軸26.5112300.71 黃海DD680前軸49.0 16.4420120.72 后軸91.511420285.38 北

2、京BJ130前軸13.416.42400.25 后軸27.4112400.86 EQ140前軸23.616.46708.02 后軸69.311670135.91 黃河JN163前軸58.616.4828518.28 后軸114118281464.09 東風SP9250前軸50.716.4320106.69 后軸113.3113201652.61 4303.60 累計當量軸次根據公路瀝青路面設計規范JTG D50-2006,高速公路瀝青路面的設計年限取15年，四車道的車道系數是取0.5。累計當量軸次： （次）2) 驗算半剛性基層層底拉應力中的累計當量軸次軸載換算驗算半剛性基層層底拉應力軸載換算公

3、式：計算結果如下表所示：表5.2 軸載換算結果（半剛性基層層底拉應力）型號Pi(KN)C1'C2'ni(次/日）C1'C2'ni(Pi/P)8(次/日）桑塔納2000前軸12.0 118.521800.00 后軸18.0 118.521800.04 江淮AL6600前軸17.0 118.52300.00 后軸26.5112300.01 黃海DD680前軸49.0 118.542025.82 后軸91.511420206.36 北京BJ130前軸13.4118.52400.00 后軸27.4112400.01 EQ140前軸23.6118.56700.12 后軸6

4、9.31167035.64 黃河JN163前軸58.6118.5828213.00 后軸114118282361.94 東風SP9250前軸50.7518.5320129.23 后軸113.3513204344.69 7316.87 累計當量軸次參數取值同上，設計年限是15年,車道系數取0.5。累計當量軸次： （次）5.1.2結構組合設計及材料選取1) 擬訂路面結構組合方案根據規定推薦結構，并考慮到公路沿途有大量碎石且有石灰供應，路面結構面層采用瀝青混凝土（取18cm），基層采用水泥碎石（取20cm），下基層采用石灰土（厚度待定）。另設20cm厚的中粗砂墊層。2) 擬訂路面結構層的厚度由于計算

5、所得的累計當量軸載達到了500萬次，按一級路的路面來設計，由設計規范公路瀝青路面設計規范JTG D50-2006規定高速公路、一級公路的面層由二層至三層組成。采用三層式瀝青面層，表面層采用細粒式密級配瀝青混凝土（厚度為4cm），中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土（厚度為6cm），下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（厚度為8cm）。5.1.3設計指標及設計參數確定1) 確定路面等級和面層類型由上面的計算得到設計年限內一個行車道上的累計標準軸次約為大于500萬次。根據規范公路瀝青路面設計規范JTG D50-2006和設計任務書的要求可確定路面等級為高級路面，面層類型采用瀝青混凝土，設計年限為15年。2

6、) 確定土基的回彈模量1 此路為新建路面，根據設計資料可知路基干濕狀態為干燥狀態。2 根據設計資料，由設計規范公路瀝青路面設計規范JTG D50-2006，該路段處于II2a區，為粉質土，確定土基的稠度為1.05。3 查設計規范公路瀝青路面設計規范JTG D50-2006中“二級自然區劃各土組土基回彈模量參考值(MPa)”表并作提高得土基回彈模量為. 3）各層材料的設計參數（抗壓模量與劈裂強度）查設計規范公路瀝青路面設計規范JTG D50-2006，得到各層材料的抗壓模量和劈裂強度。抗壓模量取和的模量，各值均取規范給定范圍的中值，因此得到和的抗壓模量：細粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa和2

7、000MPa，中粒式密級配瀝青混凝土為1200MPa和1800MPa，粗粒式密級配瀝青混凝土為1000MPa和1400MPa，水泥碎石（或）為1500MPa，石灰土（或）為550MPa，中粗砂（或）為90MPa。各層材料的劈裂強度：細粒式密級配瀝青混凝土為1.2MPa，中粒式密級配瀝青混凝土為1.0MPa,粗粒式密級配瀝青混凝土為0.8MPa，水泥碎石為0.5MPa，石灰土為0.225MPa。5.1.4路面結構厚度計算1) 根據設計彎沉值計算路面厚度設計指標的確定，對于高速公路，規范要求以設計彎沉值作為設計指標，并進行結構層底拉應力驗算。2) 計算設計彎沉值按照設計規范公路瀝青路面設計規范JT

8、G D50-2006中路面設計彎沉值公式計算。該項公路為高速公路,公路等級系數為1.0,面層是瀝青混凝土，面層類型系數取1.0，半剛性基層，基層類型系數取1.0 。設計彎沉值為： 3) 計算各層材料的容許層底拉應力 由 瀝青混凝土： 細粒式密級配瀝青混凝土： 中粒式密級配瀝青混凝土：粗粒式密級配瀝青混凝土： 水泥碎石： 石灰土： 設計資料總結如下： 設計彎沉值為，相關設計資料匯總如下表所示。表5.3設計資料匯總表材料名稱h(cm)20°C模量15°C模量容許拉應力細粒式瀝青混凝土4140020000.297中粒式瀝青混凝土6120018000.248粗粒式瀝青混凝土8100

9、014000.198水泥碎石20150015000.213石 灰 土?5505500.075墊 層201801804） 查圖法求計算層厚度1 由上述計算可知設計彎沉值，令,求綜合彎沉系數F。則 2 計算實際彎沉系數 3 計算理論彎沉系數 4 查三層體系表面彎沉系數諾謨圖對于細粒式密級配瀝青混凝土因為 由、查圖得 由、查圖得 由 、 和,查圖得 5 計算中層厚度 6 計算石灰土層厚度 由公式得 則解得 則取 5.1.5路面結構驗算5.1.5.1 驗算瀝青混凝土各面層及半剛性基層、底基層的層底彎拉應力1）瀝青面層層底拉應力驗算（此時取抗壓模量） 細粒式密級配瀝青混凝土表層驗算 由H= 即 由、和

10、查圖圖中沒有所查的相應數據，即、均小于零，因此可知層底不產生拉應力，產生壓應力，即滿足要求。中粒式密級配瀝青混凝土表層驗算 則由、和 查圖圖中沒有所查的相應數據，即、均小于零，因此可知層底不產生拉應力，產生壓應力，即滿足要求。粗粒式密級配瀝青混凝土表層驗算 則 由、和 查圖圖中沒有所查的相應數據，即、均小于零，因此可知層底不產生拉應力，產生壓應力，即滿足要求。2）水泥碎石基層層底拉應力驗算 則 由,、和 查圖得、,，又有則即滿足要求。3）石灰土基層層底拉應力驗算 則 由,、和 查圖得、,，又有則即滿足要求。5.1.5.2 季節性冰凍地區瀝青混凝土路面防凍厚度驗算 因為該地區土基干濕類型為假定為

11、干燥土基，且設計任務書中相關資料不全，所以不作路面防凍厚度驗算。5.1.6瀝青混合料配合比設計熱拌瀝青棍合料的配合比設計應遵照下列步驟進行：1) 目標配合比的設計階段，按規范中規定的礦料級配，用工程實際使用的材料計算各種材料的用量比例，進行馬歇爾試驗，確定最佳瀝青用量。以礦料級配及瀝青用量作 目標配合比，供拌和機確定各冷料倉的供料比例、進料速度及試拌使用。2) 生產配合比設計階段，瀝青混凝土采用間歇式拌和機拌和，從二次篩分后進入各熱料倉的材料取樣進行篩分，以確定各熱料倉的材料比例，供拌和機控制室使用。同時反復調整冷料倉比例以達到供料均衡，并取目標配合比設計的最佳瀝青用量及其±0.3之

12、間的三個瀝青用量進行馬歇爾試驗，確定生產配合比的最佳瀝青用量。3) 生產配合比驗證階段，拌和機采用生產配合比進行試拌，鋪筑試驗段，并用拌和的瀝青混合料及路上鉆取的芯樣進行馬歇爾試驗，由此確定生產用的標準配合比。標準配合比的礦料級配中，0.074mm，2.5mm，5mm三檔的篩孔通過率接近要求級配的中值。經設計確定的標準配合比在施工過程中不得隨意變更，生產過程中，如遇進場材料發生變化，經檢測瀝青混合料的礦料級配、馬歇爾技術指標不符合要求時，應及時調整配合比，使瀝青混合料質量符合要求并保持相對穩定，必要時重新進行配合比設計。5.2水泥路面設計任務書規定：應設計服務區或收費站處的路面為水泥混凝土路面

13、。5.2.1交通量分析由公路水泥混凝土路面設計規范（JTG D40-2003）表3.0.1（下同，均為規范中表號），高速公路的設計基準期為30年，安全等級為一級。由表A.2.2，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數取0.22。取交通量年平均增長率為6.449。按式(A.2.2)計算得到設計基準期內設計車道標準荷載累計作用次數為屬特重交通等級。5.2.2結構組合設計及材料選取1) 初擬路面結構由表3.0.1，相應于安全等級一級的變異水平等級為低級。根據高速公路、特重交通等級和低級變異水平等級，查表4.4.6，初擬普通混凝土面層厚度為0.28m。基層選用水泥粉煤灰碎石，厚0.20m。墊層為0.15m低

14、劑量無機結合料穩定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m，長5.0m。縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。2) 路面材料參數確定按表3.0.6，取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa，相應彎拉彈性模量標準值為31GPa。查附錄F.1，路基回彈模量取37.0MPa。查附錄F.2，低劑量無機結合料穩定土墊層回彈模量取600MPa，水泥粉煤灰碎石基層回彈模量取1300MPa。5.2.3路面厚度設計計算按式(B15)計算基層頂面當量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對剛度半徑按式(B132)計算為1) 荷載疲勞應力按式(B.1.3)，標準軸載在臨界荷位處產生的荷載應力計算為因縱縫為設拉桿平縫

15、，接縫傳荷能力的應力折減系數kr=O.87。考慮設計基準期內荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數。根據公路等級，由表B.1.2，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數kc=1.30。按式(B12)，荷載疲勞應力計算為2) 溫度疲勞應力由表3.0.8，區最大溫度梯度取88(/m)。板長5m，l/r=5/0.923=5.419，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚h=0.28m，Bx=0.42。按式(B.2.2)，最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力計算為溫度疲勞應力系數kt，按式(B.2.3)計算為再由式(B.2.1)計算溫度疲勞應力為查表3.0.1，高速公路的安全等級為一級，相應于一級安全

16、等級的變異水平等級為低級，目標可靠度為95。再據查得的目標可靠度和變異水平等級，查表3.0.3，確定可靠度系數r=1.33。按式(3.0.3)因而，所選普通混凝土面層厚度0.28m可以承受設計基準期內荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用。5.2.4接縫構造設計5.2.4.1 縱向接縫1) 縱向接縫的布設應路面寬度和施工鋪筑寬度而定：1 一次鋪筑寬度小于路面寬度，應設置縱向施工縫。縱向施工縫采用平縫形式，上部鋸切槽口，深度為40mm，寬度為8mm，槽內灌塞填縫料，構造如圖5.1.1a）所示；2 一次鋪筑寬度大于4.5m，應設置縱向縮縫。縱向縮縫采用假縫形式，鋸切的槽口深度應大于施工縫的槽口深度。采用

17、半剛性基層，槽口深度為板厚的2/5,取120mm。其構造如圖5.1.1b)所示。 圖51縱縫構造(尺寸單位：nun) a)縱向施工縫；b)縱向縮縫2) 縱縫應與路線中縫平行。在路面等寬的路段內或路面變寬路段的等寬部分，縱縫的間距和形式應保持一致。路面變寬段的加寬部分與等寬部分之間，以縱向施工縫隔開。3) 拉桿應采用螺紋鋼筋，設在板后中央，并應對拉桿中部100mm范圍內進行防銹處理。拉桿的直徑、長度和間距，可參照表5.1.3選用16×800×600（到自由邊或未設拉桿的縱縫距離為4.5m)。施工布設時，拉桿間距應按橫向接縫的實際位置予以調整，最外側的拉桿距橫向接縫的距離不得小于100mm。5.2.4.2 橫向接縫1) 每日施工結束或因臨時原因中斷施工時，必須設置橫向施工縫，其位置應盡可能選在縮縫或脹縫處。設在縮縫處的施工縫，采用傳力桿的平縫形式，其構造如圖5.2.1a)所示;設在脹縫處的施工縫,其構造與脹縫相同.遇有困難需設在縮縫之間時，施工縫采用設拉桿的企口縫形式，其構造如圖5.2.1b)所示。圖5.22) 橫向縮縫可等間距或變間距布置，采用假縫形式。本設計區段為特重和重交通公路的收費站段，縮縫采用設傳力桿假縫形式，其構造如圖5.2.a)所示。3) 橫向縮縫槽口增設深20mm、寬10mm的淺槽口，其構造如圖5.3所示