某二级公路路面设计实例(2)

5．对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求(本次设计不考虑冻害)。

3轴载分析

路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。

1. 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

P轴载换算的计算公式：N=?C1C2ni(i)4.35 （7-1）

Pi?1k

计算结果列于下表：

车型 前轴 后轴 解放CA10B 前轴 后轴 黄河JN150 前轴 后轴 k表 7-1 轴仔换算结果表(弯沉)PPi（kN） C1 C2 ni（次/日） C1C2ni(i)4.35（次/日） P23.70 69.20 19.40 60.85 49.00 101.60 1 1 1 1 1 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 553 3041.5 395 111.48 350.45 423.24 885.38 东风EQ140 N=Pi4.35CCn() ?12iPi?1注：轴载小于25kN的轴载作用不计。

2）累计当量轴次

根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取12年，双车道的车道系数取0.6，年平均增长率?=5.4%。

累计当量轴次：

??1???t?1??365?Ne'??N1????1?5.4%??1??365???×885.38?0.6?3158727（次）5.4

2. 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次

1）轴载换算，结果列于下表：

表 7 - 2 轴仔换算结果表（半刚性基层层底拉应力）

车型 东风EQ140 解放CA10B 黄河JN150 后轴 后轴 后轴 N=PPi（kN） C1 C2 ni（次/日） C1C2ni(i)8（次/日） P69.20 60.85 101.60 k1 1 1 1 1 1 553 3041.5 395 57.17 448.48 505.65

Pi8CCn() ?12iPi?1注：轴载小于50kN的轴载作用不计

2）累计当量轴次

??1???t?1??365?Ne'??N1????1?5.4%??1??365???×505.65?0.6?1807550(次)5.4

4结构组合与材料选取

1. 结构组合与材料

根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途筑路材料较丰富，路面结构采用沥青混凝土（15cm），基层采用二灰碎石（20cm），基底层采用石灰土（厚度待定）。

二级公路面层采用三层式沥青面层：表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度3cm），中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下层采用粗粒式密级配沥青混凝土 （厚度7cm）。

2. 各层材料的抗压模量与劈裂强度

抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，具体参数如下：

表 7 - 3 抗压模量与劈裂强度表

细粒式密级配沥青混凝土 中粒式密级配沥青混凝土 粗粒式密级配沥青混凝土 二灰碎石 石灰土

抗压模量0(MPa)20C 1400 1200 1000 1500 550 劈裂强度（MPa） 1.4 1.0 0.8 0.5 0.225 3. 土基回弹模量的确定

拟定该路段处处于VI区，土基回弹模量为30MPa。

5设计指标的确定

对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。

1. 设计弯沉值。路面设计弯沉值计算：该公路为二级公路，公路等级系数取1.1，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm，基层类型系数取1.0。

设计弯沉值为：

Ld?600Ne?0.2AcAbAs?600?3158727?0.2?1.1?1.0?1.0=33.09（mm）

2. 各层材料容许层底拉应力

?R??sp/Ks

1）细粒式密级配沥青混凝土

Ks?0.09AaNe0.22/Ac=0.09?1.0?31587270.22/1.1=2.20

?R??sp/Ks=1.4/2.20=0.636MPa2）中粒式密级配沥青混凝土

Ks?0.09AaNe0.22/Ac=0.09?1.0?31587270.22/1.1=2.20

?R??sp/Ks=1.0/2.20=0.455MPa3）粗粒式密级配沥青混凝土

Ks?0.09AaNe0.22/Ac=0.09?1.1?31587270.22/1.1=2.42

?R??sp/Ks=0.8/2.42=0.331 MPa4）二灰碎石

Ks?0.35Ne0.11/Ac=0.35?31587270.11/1.1=1.65

?R??sp/Ks=0.5/1.65=0.303 MPa5）石灰土

Ks?0.45Ne0.11/Ac=0.45?31587270.11/1.1=2.12

?R??sp/Ks=0.225/2.12=0.106 MPa

设计弯沉值为33.09（0.01mm），相关资料汇总如下表：

表 7-4 设计资料汇总表 材料名称 H （cm） 抗压模量E1(MPa) 容许拉应力 （MPa） 20℃ 15℃ 1400 1200 1000 1500 2000 1800 1400 0.636 0.455 0.331 0.303 细粒式密级配 沥青混凝土 中粒式密级配 沥青混凝土 粗粒式密级配 沥青混凝土 二灰碎石 3 5 7 20 石灰土 土基 —— —— 550 30 0.106 —— 6确定石灰土层厚度

利用弯沉等效换算法把路面换算为三层连续体系：

图 7-1 多层体系转换图示

轮载P=0.7MPa，双圆荷载半径δ=10.65cm

计算弯沉综合系数：

F?1.63(

Ls0.38E00.3633.0930)()=1.63?()0.38?()0.36=0.5142000?p2000?10.650.7

E030??0.03E21000

h??3?0.28210.65

E21000??0.714E11400查三层体系表面弯沉系数诺谟图得

hEk1?f(,0)?f(0.282,0.03)?1.448?E2