第三章路面设计.docx
第三章路面设计3.1 路面设计概述：路面是用各种材料混合料铺筑在路基上供车辆行驶的层状结构物。道路的好坏直接影响行车速度、安全及运输成本。路面的质量对发挥道路运输经济效益有着十分重要的作用。路面按面层的使用品质，材料组成类型以及结构强度和稳定性，将路面分为四个等级。表：3.1各等级路面所具有的面层类型以及所适用的公路等级路面等级面层类型所适用的公路等级高级水泥混凝土,沥青混凝土高级、一级、二级次高级热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式二级乳化沥青碎石混合料、沥青表面处治三级中级水结碎石、泥结碎石、级配碎石、半整齐石块路面四级低级各种粒料或当地粒料改善土四级路面类型一般按所用的材料划分，在工程设计中，主要从路面结构在行车荷载作用下的力学特性出发，将路面划分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面。在设计中应对路面的强度和刚度、稳定性、表面平整度、耐久性、表面抗滑性、不透水性和少尘性进行综合考虑和比选。3.2 路面设计基本要求路面的基本是为车辆提供快速安全舒适和经济的行驶表面，要求路面能够满足行车的使用要求，降低运输费用和延长路面的使用年限。路面设计的基本要求包括：1、路面结构必须具有足够的强度和刚度，以抵抗行车作用下所产生的各种应力，避免路面破坏和变形。2、路面结构必须具有足够的稳定性，以保证路面的强度和刚度在水分和温度变化的情况下，不致发生明显的降低。3、路面必须具有一定的平整度，以保证行车的安全性和舒适性，同时减小因车辆对路面冲击而造成的路面破坏加快、汽车的机体和轮胎的磨损及油耗。4、应采用具有足够疲劳强度、抗老化和抗变形累积能力的路面结构和路面材料，以保证路面的耐久性要求。5、路面表面必须具有足够的抗滑性能，使车轮与路面之间具有足够的附着力或摩擦力，以保证行车安全和运输的经济效益。路面应具有不透水性和少沉性，以保证土基的强度和路面结构的稳定性。3.3 设计资料本设计路段位于河南省鹤壁市，属于城市二级主干道，鹤壁市属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，光照充足，气候温和，雨量适中，年平均气温14,年均降雨量670毫米。本设计路段设计车速40kmh,设计标准轴载为BZZ100,初期BZZ1.OO轴载交通量3000次/日，年平均增长率5%；非机动车高峰小时单向流量为3400辆/小时；机动车道设计通行能力5500辆/小时，非机动车道设计通行能力3600辆/小时。预测交通组成如表3.2所示。表3.2紫叶路预测交通组成表车型前轴重/KN后轴重/KN后轴数后轴轮组数后轴距交通量（次/日）三菱T653B29.348.01双轮祖500黄河JNI6358.6114.01双轮祖400江淮HF15045.1101.51双轮祖400解放SP920031.378.03双轮祖>3m600湘江HQP4023.173.22双轮祖>3m600东风EQ15526.556.72双轮祖>3m5003.4 路面设计比选根据设计要求，拟分别采用两种路面结构设计方案（水泥混凝土路面和沥青混凝土路面）进行路面结构方案比选，选取其中最优方案作为本设计路面结构，并应用于工程实际施工。1、水泥混凝土路面（1）设计方法水泥混凝土路面结构层的组合设计，应根据该路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况，选择和安排混凝土路面的结构层次，包括土基、垫层、基层和面层的结构组合设计，各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。（2）设计标准及参数混凝土路面设计以IOOKN轴载作为标准轴载。其他各级轴载Pi的作用次数Ni应按公式换算为标准轴载Pk的作用次数NcioNci=Nai=1.Fk式中：Nd设计初期，机动车车道上日交通量换算为日标准轴载的轴数（n/d）；Ni被换算各级轴载的轴数（n/d）；Pk标准轴载，为IOOKN；Pi被换算各级轴载（KN）；%与汽车后轴轴数及其他因素有关的后轴数系数，见表3.3o2、值在表列范围内而非表列数值时，可用插入法求后轴数设传力杆不设传力杆=375E'e=187.5%尸25双后轴（轴距1.35m）0.235.933.711.76单后轴11表3.3后轴数系数%注：1、EC为水泥混凝土弯拉弹性模量（MPa）；6为基层顶面的计算回弹模量（MPa）。双后轴轴距大于1.35m时，分别按单后轴计。轴载小于40KN的轴数可不计。轴载大于或等于40KN时均应换算为标准轴载的轴数。混凝土路面的交通等级按设计初期设计车道的日标准轴载的轴数N分为四级。交通等级及采用的设计年限见表3.4。表3.4混凝土路面交通等级及设计年限交通等级日标准轴载的轴数设计年限特重2150040重15OO>V.5OO30中等500>N1.i220020轻<20020设计年限内设计车道上标准轴载累计数N按下式计算。N=365N,(1+力式中：Nii设计初期，设计车道上日标准轴载的轴数(n/d)；S=/NeiNei设计初期，机动车车行道上日交通量换算为日标准轴载的轴数(n/d)；a轴载分布系数(见表3.5)表3.5轴载分布系数车道数机动车车行道宽度(m)轴载分布系数单车道5.51.0双车道6.07.00.60.727.50.5四车道214.50.5六车道222.00.30.4计算荷载应力按公式b'=demax计算。式中：c标准轴载作用下的计算荷载应力（MPa）；nux标准轴载作用下的最大应力（MPa）；d混凝土路面动荷系数（见表3.6）；及混凝土路面综合系数（见表3.6）。表3.6动荷系数与综合系数交通等级特重重中等轻动荷系数片1.151.151.201.20综合系数41.351.251.151.05注：采用半刚性基层时，动荷系数减少0.05；接缝处设传力杆时，动荷系数减少0.05。水泥混凝土的设计强度以龄期28d的弯拉强度为准，其值不得低于表3.7的规定值。水泥混凝土的弯拉弹性模量EC宜采用实测值。无实测值时，可按表3.8选用。表3.7水泥混凝土设计强度交通等级特重重中等轻设计强度几，（MPa）54.54.54表3.8水泥混凝土弯拉弹性模量设计强度几（MPa）54.54弯拉弹性模量EC310002800027000水泥混凝土的弯拉疲劳强度按设计年限内设计车道上标准轴载的累计数N确定，用公式%=£“(0.885-0.0631OgN)计算。式中：f一一水泥混凝土的弯拉疲劳强度(MPa)(3)设计计算轴载分析水泥混凝土路面设计以IooKN轴载作为标准轴载。其他各级轴载Pi的作用次数Ni应按公式换算为标准轴载Pk的作用次数Ncio式中：Nci设计初期，机动车车道上日交通量换算为日标准轴载的轴数(n/d)；Ni被换算各级轴载的轴数(n/d)；Pk标准轴载，为IOOKN；Pi一一被换算各级轴载(KN)；%与汽车后轴轴数及其他因素有关的后轴数系数，见表3.3o凡是前后轴载大于40KN的轴数均应换算成标准轴数。对于前后轴载小于或等于40KN的轴数因为对混凝土板产生的应力很小，引起的疲劳损伤也很轻微，可忽略不计。根据交通资料，经公式换算可得计算设计年通过的标准轴载作用次数。见表3.9表3.9计算设计年通过的标准轴载作用次数车型车轴Pi(KN)%Ni(nd)P),1,100三菱T635B前轴29.35195000.0007后轴48.015000.0040黄河JN163前轴58.638640029.8545后轴114.014003254.8997江淮HF150前轴45.14324000.5063后轴101.51400469.0314解放SP9200前轴31.35056000.0026后轴78.00.858×1086009.664x108湘江HQP40前轴23.15756002.267×10-5后轴73.20.416×10-56001.696×105东风EQ155前轴26.55425000.0002后轴56.70.44×W55000.025×1.O5累计3754.2994年平均增长率为：r=5%标准轴载作用次数：Na=£。“乂（二严二3754.2994（次）i=1.Pk交通分析设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数,可按下式计算确定。N=n（1+"x365式中：M一标准轴载累计作用次数;，一设计基准期；，一交通量年平均增长率；一临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数。二级公路的水泥混凝土路面设计基准期为P20年，安全等级为三级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取n=0.39。已知交通量年平均增长率为5队将参数代入上式计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：N:Mik1.+W-1.x365_3754.2994X(1+5.0%)201x3650.39er5.0%Ne=由于设计车道标准轴载累计作用次数M=I(X)X1.O42000x1.04时，属重交通等级。所以该路段属重交通等级。初拟路面结构根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表，初拟普通混凝土面层，厚度为0.22m。基层采用多孔隙开级配水泥稳定碎石(孔隙率约为20%,水泥用量6%)排水基层,厚0.18m；底基处选用水泥稳定砂砾(水泥用量5%)厚0.20m;普通混凝土板的平面尺寸长为5.0m,宽3.75m,纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。路面材料参数确定重交通等级的普通混凝土面层的弯拉强度标准值为fr=5.0MPa,相应弯拉弹性模量按取Z=31GPa.查表，路基回弹模量取42MPa。查表得，水泥稳定碎石基层回弹模量取E=1500MPa,水泥稳定砂砾底基层回弹模量为1300MPao新建公路的基层顶面当量回弹模量可按下式确定：A12E1÷Zz22F2a12+22de2i(i+)V11112124(他E22J-0.456基层顶面的当量回弹模量(MPa)；稣一路床顶面的当量回弹模量(MPa)；£.一基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)；4、三一基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa);儿一基层和底基层或垫层的当量厚度(m)；七一基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MNf);九、外基层和底基层或垫层的厚度(m);a> b与纥/&)有关的回归系数。将E=1500Mpa、E2= 1300Mpa> A1=O. 18m> 2=0. 20m> 线=42MPa 代入得:EX=h1.2El+h22E2
