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2017版沥青路面结构计算书.doc
新建路面设计
1. 项目概况与交通荷载参数
该项目位于西南地区,属于二级公路,设计时速为40Km/h,12米双车道公路,设计使用年限为12.0年,根据交通量OD调查分析,断面大型客车和货车交通量为1849辆/日, 交通量年增长率为8.2%, 方向系数取55.0%, 车道系数取70.0%。 根据交通历史数据,按表A.2.6-1确定该设计公路为TTC4类,根据表A.2.6-2得到车辆类型分布系数如表1所示。
表1. 车辆类型分布系数
车辆类型
2类
3类
4类
5类
6类
7类
8类
9类
10类
11类
车型分布系数(%)
28.9
43.9
5.5
0.0
9.4
2.0
4.6
3.4
2.3
0.1
根据路网相邻公路的车辆满载情况及历史数据的调查分析,得到各类车型非满载与满载比例,如表2所示。
表2. 非满载车与满载车所占比例(%)
车辆类型
2类
3类
4类
5类
6类
7类
8类
9类
10类
11类
非满载车比例
85.0
90.0
65.0
75.0
55.0
70.0
45.0
60.0
55.0
65.0
满载车比例
15.0
10.0
35.0
25.0
45.0
30.0
55.0
40.0
45.0
35.0
根据表6.2.1,该设计路面对应的设计指标为沥青混合料层永久变形与无机结合料层疲劳开裂。根据附表A.3.1-3,可得到在不同设计指标下,各车型对应的非满载车和满载车当量设计轴载换算系数,如表3所示。
表3. 非满载车与满载车当量设计轴载换算系数
设计指标
沥青混合料层永久变形
无机结合料层疲劳开裂
车辆类型
非满载车
满载车
非满载车
满载车
2类
0.8
2.8
0.5
35.5
3类
0.4
4.1
1.3
314.2
4类
0.7
4.2
0.3
137.6
5类
0.6
6.3
0.6
72.9
6类
1.3
7.9
10.2
1505.7
7类
1.4
6.0
7.8
553.0
8类
1.4
6.7
16.4
713.5
9类
1.5
5.1
0.7
204.3
10类
2.4
7.0
37.8
426.8
11类
1.5
12.1
2.5
985.4
根据公式(A.4.2)计算得到对应于沥青混合料层永久变形的当量设计轴载累计作用次数为8,109,551, 对应于无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为562,339,245。 本公路设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为4,989,710,交通等级属于中等交通。
2. 初拟路面结构方案
初拟路面结构如表4所示。
表4. 初拟路面结构
结构层编号
层位
材料类型
厚度(mm)
模量(MPa)
泊松比
1
上面层
沥青混合料
40.0
12000
0.25
2
下面层
沥青混合料
50.0
13500
0.25
3
基层
无机结合料稳定材料
300.0
18000
0.25
4
底基层
粒料材料
200.0
400
0.35
5
土基
50
0.40
路基标准状态下回弹模量取50MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取1.00,干湿与冻融循环作用折减系数Kη取1.00,则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为50MPa。
3. 路面结构验算
3.1 沥青混合料层永久变形验算
根据表G.1.2,基准等效温度Tξ为20.1℃,由式(G.2.1)计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为21.5℃。可靠度系数为1.04。
根据B.3.1条规定的分层方法,将沥青混合料层分为6个分层,各分层厚度(hi)如表5所示。利用弹性层状体系理论,分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力(Pi)。根据式(B.3.2-3)和式(B.3.2-4),计算得到d1=-8.23,d2=0.77。把d1和d2的计算结果带入式(B.3.2-2),可得到各分层的永久变形修正系数(kRi),并进而利用式(B.3.2-1)计算各分层永久变形量(Rai)。各计算结果汇总于表5中。
各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量Ra=19.2(mm),根据表3.0.6-1,沥青层容许永久变形为20.0(mm),拟定的路面结构满足要求。
表5. 沥青层永久变形计算结果
分层编号
分层厚度(mm)
竖向压力(MPa)
修正系数(kRi)
永久变形(mm)
1
10.0
0.70
2.23
0.9
2
15.0
0.70
3.28
2.0
3
15.0
0.70
6.95
4.2
4
10.0
0.68
7.77
3.0
5
20.0
0.66
7.42
5.4
6
20.0
0.60
6.04
3.7
总计
19.2
3.2 无机结合料层疲劳开裂验算
根据弹性层状体系理论,计算得到
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