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城市道路半剛性基層瀝青混凝土新建路面結構層的計算

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標簽:市政道路工程, 城市道路半剛性基層瀝青混凝土新建路面結構層的計算,http://www.tljciu.live
城市道路半剛性基層瀝青混凝土新建路面結構層的計算 

【摘要】:本文以工程實例通過基礎資料并依據規范要求的技術標準,較系統的闡述了半剛性基層瀝青路面結構層的擬定以及相應指標的驗算。

現行書刊多從理論方面闡述路面結構的設計,本文以工程實例對新建的城市道路半剛性基層瀝青混凝土路面進行結構計算。
一、 基礎資料
呼和浩特市地處內蒙古高原屬中溫帶大陸性氣候。年平均氣溫6.2℃,最冷月平均氣溫-12.5℃,極端最低氣溫-31.2℃;最熱月平均氣溫22.2℃,極端最高氣溫36.9℃。最大凍土深度156cm。年平均風速18m/s。
根據2000年呼和浩特經濟統計年鑒資料,市域總人口207.8萬人,城區人口74.1萬人。
呼和浩特市繞城南路工程擬建為城市I級主干路,雙向八車道,計算行車速度為60Km/h,路面設計標準軸載為BZZ-100;本工程采用半剛性基層瀝青混凝土路面,設計年限15年。
二、 軸載換算
因缺乏必要的交通量組成資料,采用高峰小時流量換算。
由《工程可行性研究報告》,設計年限末路段高峰小時流量(pcu/h)如下表:
呼準路~呼托路 呼托路~呼清路 呼清路~呼涼路 呼涼路~大臺什路 大臺什路~東風路
3559 3330 3224 3175 3670
選取路段最大高峰小時流量3670pcu/H為全路高峰小時流量。
《城市道路設計規范》(CJJ37-90),設計小時交通量與設計年限的平均日交通量有以下關系存在:
Nh=Nda·k·δ
式中,k值取11%,δ值取0.6;
則設計年限末的年平均日交通量為:Nda=55606pcu/d;
計算路段通行能力時,車種換算系數
小客車1.0→普通汽車1.5 (CJJ37-90)
將年平均日交通量以普通汽車表示,則設計年限末日交通量為37070輛/日。
所有普通汽車按解放CA-10B考慮。
汽 車 參 數
軸型號 車 型 前軸重(KN) 后軸重(KN) 軸距(cm) 后軸輪距(cm) 雙輪輪距(cm) 輪壓(MPa)
空車 滿載 空車 滿載 
1.2 解放CA-10B 19.3 20.3 21.0 60.0 400 174 29 0.5
《規范》 Nci=∑n i=1[γa·〔pi·ri1.5 pt·r1.5〕5·Ni]=∑n i=1 Nbi 
式中,Nci-設計年限末年雙向日平均當量軸次;
pt=0.7MPa;r=10.65cm;
車 型 Pi(MPa) ri (cm) γa γa·〔pi·ri1.5 pt·r1.5〕5 Ni Nbi
解放CA-10B 0.5 8.04 0.25 0.0056 37070 207.592
0.5 9.77 1 0.0974 37070 3610.618
∑Nbi=3820
設計年限末年雙向日平均當量軸次Nci=3820n/d;
三、 以彎沉值計算路面結構厚度
(一)、容許回彈彎沉值的計算
〔l〕=1.1·αr··αs/N0.2 (αr=1.0; αs=1.0)
N=ηn·Nct (ηn=0.5)
Nct=365·Nci·[(1+γ)t-1]/[γ·(1+γ)t-1] 
γ-年平均增長率,參照《工程可行性研究報告》分析確定為12%;
t-設計年限,15年;
Nct=10.64×106
N=0.5·Nct=5.32×106=532萬次;
則容許回彈彎沉值〔l〕=1.1×1.0×1.0/〔5.32×106〕0.2=0.050cm;
(二)、確定土基回彈模量
查公路自然區劃圖(JTJ003-86)知,呼和浩特市位于VI1 區(內蒙古草原中干區)。由《巖土工程報告》(西北設計院2001年)表6.4-2
路基土干濕類型劃分表
路段 分區 里程 液性指數 干濕類型
中西段 III SK0+000~SK10+140 0.28~0.62 中濕
東 段 II SK10+140~SK13+609.711 0.30~0.43 干燥
本工程按路基土干濕類型分兩段設計路面結構。
去除表層雜填土(0.5~2.0m),耕土(<1.0m),粉質粘土(1.5~7.3m)在南環全線呈層狀分布于路基表層或呈透鏡體分布于路基中下部。
III區(SK0+000~SK10+140)
該區水位埋深4.0~6.5m。
土的平均稠度: Bm=(WL-Wm)/(WL-Wp) 
《巖土工程報告》表6.3-1,WL=32.8%,Wp =18.7%,Wm=21.9%,
則 Bm=0.77 (介于0.75~1.00之間,中濕)
查《公路瀝青路面設計規范》(JTJ014-97)表E2,土基回彈模量En=32.0Mpa;
II區(SK10+140~SK13+609.711)
《巖土工程報告》表6.3-1,WL=31.3%,Wp =17.7%,Wm=13.6%,
則 Bm=1.30 (>1.0,干燥)
查《公路瀝青路面設計規范》(JTJ014-97)表E2,土基回彈模量En=50.0Mpa;
現以III區(SK0+000~SK10+140)為例進行路面結構的設計。
1. 設計年限內設計車道上的標準軸累計數
N=5.32×106次;
2. 容許回彈彎沉值
〔l〕=0.050cm;
3. 土基回彈模量
En=32.0MPa;
4. 初擬路面結構及其力學參數
層次 結構層名稱 厚度hi(cm) 計算路表彎沉 計算瀝青混凝土面層拉應力&nbs

p計算水泥穩定砂礫基層拉應力 計算瀝青混凝土面層剪應力
Ei(MPa) Ei(MPa) fam(MPa) Ei(MPa) frm(MPa) Ei(MPa) C(MPa) φ(º)
1 細粒式瀝青混凝土(AC-13) 3 1400 2000 1.4 1400 750 0.3 34
2 中粒式瀝青混凝土(AC-20) 5 1200 1800 1.0 1200 600 
3 粗粒式瀝青混凝土(AC-25) 6 1000 1400 0.8 1000 500 
瀝青砂(AC-5) 1 不參與強度計算
4 6%水泥穩定砂礫 ? 1300 1300 1300 0.5 1300 
5 天然砂礫 ? 160 160 160 160 
壓實土基 32.0 32.0 32.0 44.8 
5. 按彎沉指標要求計算基層厚度
將結構層多層體系簡化成三層體系,如下所示:

h1=3cm 1400 MPa h=3cm E1=1400MPa
h2=5cm 1200 MPa
h3=6cm 1000 MPa H=?cm E2=1200MPa
h4 1300 MPa
h5 160 MPa 
En=32.0MPa
設計彎沉 ls=2·Pt·r·(α·κ1·κ2)·φ1/E1 
=2·Pt·r·αL·φ1/E1
式中,Pt=0.7MPa,r=10.65cm,E1=1400MPa,
綜合修正系數 φ1=1.47×(〔L〕·En/(2·Pt·r))0.38
=1.47×(0.050×32.0/(2×0.7×10.65))0.38 
=0.629
理論彎沉系數 αL=α·κ1·κ2
=ls·E1/(2·Pt·r·φ1)
=〔l〕·E1/(2·Pt·r·φ1)
=0.050×1400/(2×0.7×10.65×0.629)
=7.464;
E2/E1=1200/1400=0.857
h/r=3/10.65=0.282
En/E2=32/1200=0.027
查圖9.4.3-3(CJJ 37-90),得 α=6.60
K1=1.560
則 K2=αL/(α·K1)=7.464/(6.60×1.560)
=0.725
查得H/r=3.40,得 H=36.21;
H=h2+h3·2.4√(E3/E2) +h4·2.4√(E4/E2) +h5·2.4√(E5/E2) 
=5+6×2.4√(1000/1200) +h4×2.4√(1300/1200) +h5×2.4√(160/1200)
=10.5716+h4×1.0974+h5×0.4319
得 h4×1.0339+h5×0.4319=25.6384
設天然砂礫厚h5=15cm,則6%水泥穩定砂礫厚h4=19.16cm
初步擬定路面結構和厚度為: 
細粒式瀝青混凝土(AC-13)3cm
中粒式瀝青混凝土(AC-20)5cm
粗粒式瀝青混凝土(AC-25)6cm
瀝青砂 (AC-5)1cm
6%水泥穩定砂礫 20cm
天然砂礫 15cm Σ50cm
6.驗算瀝青混凝土面層層底彎拉應力
1)驗算細粒式瀝青混凝土上面層層底彎拉應力
抗拉強度結構系數 Kam=0.12·N0.2/αr
=0.12×(5.32×106)0.2/1.0
=2.657
容許彎拉應力〔бa〕=1.4/2.657=0.527(MPa)
多層體系換算 
H= h2+h3·0.9√(E3/E2)+h4·0.9√(E4/E2)+h5·0.9√(E5/E2)
=5+6×0.9√(1400/1800) +20×0.9√(1300/1800)+15×0.9√(160/1800)
=24.489

h1=3cm 2000 MPa h=3cm E1=2000MPa
h2=5cm 1800 MPa
h3=6cm 1400 MPa H=24.489cm E2=1800MPa
h4=20cm 1300 MPa
h5 =15cm 160 MPa 
En=32.0MPa
h/r=3/10.65=0.282
E2/E1=1800/2000=0.9
En/E2=32/1800=0.018
H/r=24.489/10.65=2.299

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