交通组成表路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载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).轴载换算轴载换算采用如下的计算公式:33.421⎪⎭⎫⎝⎛=P P N C C N i i式中: N —标准轴载当量轴次,次/日in —被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日P —标准轴载,KNip —被换算车辆的各级轴载,KNK —被换算车辆的类型数1c —轴载系数,11 1.2(1)c m =+-,m是轴数。
当轴间距离大于3m 时,按单独的一个轴载计算此时轴数系数为m ; 当轴间距离小于3m 时,应按照公式11 1.2(1)c m =+-计算考虑轴数系数。
2c :轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38。
轴载换算结果如表所示注:轴载小于25KN的轴载作用不计。
b).累计当量轴数计算根据设计规范,一级公路沥青路面的设计年限为15年,四车道的车道系数η是0.4~0.5取0.45,γ=10%,累计当量轴次:(1)1365te e N N γηγ⎡⎤+-⨯⨯⎣⎦=[]次)(113445721.045.036.185936511.0115=⨯⨯⨯-+=验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 a).轴载换算验算半刚性基底层底拉应力公式为8''121()ki i i pN c c n P ==∑式中:'1c 为轴数系数,)1(21'1-+=m c'2c 为轮组系数,单轮组为1.85,双轮组为1,四轮组为0.09。
计算结果如表所示:注:轴载小于50KN 的轴载作用不计。
'1'(1)1365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⨯⎣⎦=[]次117184581.045.068.22453651)1.01(15=⨯⨯⨯-+=2) 结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为1000万次左右,根据规范推荐结构,路面结构层采用沥青混凝土(15cm )、基层采用水泥碎石(暂定25cm )、底基层采用石灰土碎石(厚度暂定30cm )。
规范规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成,查规范,采用三层沥青面层,表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚4cm ),中间层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚5cm ),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚6cm )。
3)各层材料的抗压模量与劈裂强度查有关资料的表格得各层材料抗压模量(20℃)与劈裂强度路面结构组成简图35900150010001200暂定30cm 石灰土碎石水泥碎石粗粒中粒暂定25cm6cm 5cm 1400细粒4cm 土基A B CDE4)土基回弹模量的确定根据JTJ 003-86 公路自然标准区划图,可查出该路段处于Ⅲ2区,为土质砂,路基设定为干燥状态,稠度为1.2,查相关表的土基回弹模量为E 0=47.5MPa 。
5)设计指标的确定对于一级公路,规范要求以设计弯沉值作为设计指标,并进行结构层层底拉应力的验算。
a)容许弯沉值和设计弯沉值(一级公路)该公路为一级公路,路面等级系数0.1=c A ,面层是沥青混凝土路面s A 取1.0,半刚性基层,底基层总厚度大于20cm ,基层类型系数0.1=b A 。
容许弯沉值为:0.204650R e L N -==()0.2046501134457223.640.01mm -⨯= 设计弯沉值为:0.2600d e c s b L N A A A -=()0.260011344572 1.0 1.0 1.023.29(0.023.640.101)R mm mm L -=⨯⨯⨯⨯=<=b )各层材料的容许层底拉应力sspR K σσ=①细粒式密级配沥青混凝土cea S A N A K 22.009.0=0.220.09 1.011718458 3.231..0⨯⨯==1.40.43343.23SPR a SMP K σσ=== ②中粒式密级配沥青混凝土'0.220.09a e S cA N K A =0.220.09 1.011718458 3.231.0⨯⨯==1.00.30963.23SPR a SMP K σσ=== ③粗粒式密级配沥青混凝土'0.220.09a e S cA N K A =0.220.09 1.111718458 3.551.0⨯⨯==0.80.22543.55SPR a SMP K σσ=== ④水泥碎石'0.110.110.350.3511718458 2.101.0e s s N K A ⨯===0.50.23812.10SPR a SMP K σσ=== ⑤石灰土碎石'0.110.45a e S cA N K A =0.110.4511718458 2.701.0⨯==0.2250.08332.70SPR a SMP K σσ===6)设计资料总结设计弯沉值为23.29(0.01mm )相关资料汇总如下表:设计资料汇总表7)确定石灰土层厚度(换算成三层体系)0.211.0R e c s L N A A -=0.211.011344572 1.0 1.00.4270.0427mm cm -=⨯⨯⨯==38.002⎥⎦⎤⎢⎣⎡=δP E L A F R F0.380.04347.51.470.69120.710.65⨯⎡⎤=⨯=⎢⎥⨯⨯⎣⎦ 10.02314003.14220.710.650.691d L L E P F αδ⨯===⨯⨯⨯ cm h h 41==a MP E 14001=aMP E 12002=∑-=+=134.222n k K K E E h H H⎪⎩⎪⎨⎧====86.01400120038.065.10412E Eh δ查表得6.1a =0140.3810.6547.50.0401200h E E δ⎧==⎪⎨==⎪⎩ 查表得 1 1.20K = ∴21 3.140.436.1 1.20LK aK α===⨯ ∴查表得: 5.6Hδ=∴ 5.610.65 5.659.64cm H δ=⨯=⨯= 根据∑-=+=134.222n k K K E E h H H459.645625h =+⨯⨯ ∴429.98h cm = 取cm h 304=理论弯沉计算:1212p l aK K E δ= ()210.650.7 6.1 1.200.4312000.0391cm 39.10.01mm R L ⨯⨯=⨯⨯⨯==≤ 8) 弯拉应力的验算A 点 细粒式密级配沥青混凝土底cm h h 41== ∑-=+=129.01n k i k k E E h H=562530+⨯⨯⨯44.10cm = 19.065.10242=⨯=δh 2116000.8891800E E ==0247.50.0301600E E ==查弯拉应力计算诺莫图得σ为压应力,不需验算。
B 点 中粒式密级配沥青混凝土底1459.120i k h h cm ====∑6253047.10H cm =+⨯⨯= 9.120.432210.65h δ==⨯ 2116000.8891800E E ==0247.50.0301600E E ==查弯拉应力计算诺莫图得σ为压应力,不需验算。
C 点 粗粒式密级配沥青混凝土底145615.7988i k h h cm ====∑ cm H 840.34150055030259.0=⨯+= 15.79880.742210.65h δ==⨯ 211500 1.251200E E == 032.015005.4720==E E 查诺莫图得σ为压应力,不需验算D 点 水泥碎石层底14562539.9424i k h h cm ====∑ cm H 30=39.9424 3.7510.65h δ== 37.0150055012==E E ∴查三层连续体系上层地面拉应力计算诺莫图得13.0=σ 39.9424 3.7510.65h δ== 37.0150055012==E E0863.05505.4720==E E∴查诺莫图22.11=m817.265.1030==δH 37.0150055012==E E0863.05505.4720==E E∴查诺莫图83.02=m 120.70.13 1.220.830.09210.2381a R p m m MP σσσ==⨯⨯⨯=<= E 点 底层弯拉应力14562539.9424i k h h cm ====∑ 39.9424 3.7510.65h δ== 37.0150055012==E E0863.05505.4720==E Ecm H 30=∴查三层连续体系中层地面拉应力系数诺莫图得: 23.0=—σ 08.11=n 46.02=n5120.70.23 1.080.460.08000.0833a R p n n MP σσσ==⨯⨯⨯=<= 路面结构层设计厚度符合要求中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土石灰水泥综合稳定碎石石灰稳定土土基中粒式沥青混凝土图例。