路面结构计算书.docx
路面结构计算1、项目概况沿太行高速公路是河南省高速公路网规划（2021-2035年）中16条南北纵向通道之一，拟建沿太行高速公路焦段是沿太行高速公路的组成部分。项目东接沿太行高速公路新乡段，西接沿太行高速公路焦作济源段，设计采用四车道高速公路标准，全线设计速度采用100公里/小时标准，路基宽度26米。地层为第四系残坡积及冲洪积地层，地基土多以粉质黏土、黏土、碎石土为主，河谷多为砾卵石含漂石，路基填料以碎石土为主。2、气象水文资料项目区属暖温带大陆性气候，冷暖气团交替频繁，春、夏、秋、冬四季分明。年平均气温14.4°C左右，1月份最冷，平均气温-0.1°C；7月份最热，平均气温27.5。C0年平均最高气温20.7°C,极端最高气温43.6°C；年平均最低气温9.3oC,极端最低气温-19.3°C。平均年降水量为584毫米,年降水量最多为908.7亳米（1964年），年降水量最少是333毫米（1965年）。平均日照时数为2553小时，年日照百分率为58%。3交通参数依据项目工可，本项目交通量如下表：项目分车型交通量预测结果（单位：pcud）年份车型汽车小货中货大货拖挂小客大客自然数折算数20265553574349926037365874012729203111777399152148130337381875127307203615999771235298018018951257593751520411747103913413326200509832848541486204618501069141035972161797930522444522051195110931477387523217966325794745120562049111215404159248379433464050453经计算，整体式货车比例为49.8%,半挂式货车比例为36.7%。初始年设计车道大型客车和货车年平均日交通量（辆/日）2703O设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量（辆）1.167414×107o路面设计交通荷载等级为重交通荷载等级。4初拟路面结构方案结合工程经验，初拟水泥稳定碎石基层沥青路面结构列于下表，其中水泥稳定碎石基层厚度分别取340mm、360mm和38Ommo初拟水泥稳定碎石基层沥青路面结构结构乂材料类型厚度（mm）面层AC13（SBS改性沥青）40AC20（SBS改性沥青）6()AC25（70号道路石油沥青）80皿/水泥稳定碎石340/360/380底基层水泥稳定碎石1805路基和结构层材料参数路基顶面回弹模量路基为受气候影响的干燥类，土质为碎石土。参考公路路基设计规范（JTGD30-2015）与既有工程经验，干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为60MPa,满足规范522条规定。级配碎石底基层模量水泥稳定碎石基层模量和弯拉强度根据试验测定结果，水泥稳定碎石材料弹性模量为24000MPa,乘以结构层模量调整系数0.5,水泥稳定碎石基层模量为1400MPa、底基层模量取100OOMPa,弯拉强度为1.6MPa。沥青面层模量根据试验测定结果，20、IOHZ时，SBS改性沥青AC13表面层、SBS改性沥青AC20中面层模量为IlOOOMPa,基质沥AC25下面层模量为IoOooMPa。（5）泊松比根据规范表5.6.1,路基泊松比取0.40,沥青混合料面层和水泥稳定碎石基层取0.25。6路面结构验算根据规范表6.2.1,需要验算的设计指标为无机结合料基层层底拉应力和沥青混合料层永久变形；项目处于季节性冻土地区，由规范B.5.1条的规定，还需进行低温开裂指数验算。水泥稳定碎石基层层底应力根据结构层厚度和力学参数，采用弹性层状体系理论，计算得到水泥稳定碎石基层厚度为340mm、360mm和38Omm时的层底拉应力，列于下表。水泥稳定碎石基层层底拉应力计算结果水泥稳定碎石基层厚度（mm）拉应力（MPa）3400.2193600.1413800.126根据规范表3.0.1,高速公路目标可靠指标S取1.65。根据规范式（B.2.1-2）,当水泥稳定碎石基层厚度为340mm360mm和380mm,现场综合修正系数履分别为-1.201、-1.239和-1.271。根据工程所在地区，查规范表G.1.2得到基准路面结构温度调整系数%2=L16°根据表73初拟路面结构和路面结构层材料参数，按规范式（G.1.3/）计算得到水泥稳定碎石厚度为340mm、360mm和380mm时，路面结构的温度调整系数%72分别为1.25、1.22和1.19。由规范表B.2.1-1,疲劳开裂模型参数a=13.24,b=12.520根据以上参数，按规范式（B.2.1-1）计算不同基层厚度时水泥稳定碎石基层疲劳开裂寿命，列于表7-5。由2.5.2节交通参数示例，对应于无机结合料层层底拉应力的当量设计轴载累计作用次数为2.637899E÷10,设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数NZB2=1.867123E+09轴次，水泥稳定碎石基层厚度为360mm时,基层疲劳开裂寿命可满足设计要求,故基层厚度取360mm。沥青混合料层永久变形量在试验温度为60,压强为0.7MPa,加载次数为2520次时，三种沥青混合料车辙试验变形深度Ro见下表。沥青混合料&取值（mm）材料类型车辙试验总变形深度Ro改性沥青ACI32.5SBS改性沥青AC204.0道路石油沥青AC255.1查规范表G.1.2,基准等效温度7>18.2°C,带入7和沥青混合料层厚度九二18Omm,由规范式（G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为21.根据规范B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为七个分层：40mm改性沥青AC13表面层，分为10mm+15mm+15mm,共三层；60mm道路SBS改性沥青AC20中面层，分为20mm+20mm+20mm,共三层；80mm道路石油沥青AC25下面层，作为一层。分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力，以上七个分层应力分别标识为PP7,结果列入下。不同分层顶部压应力计算结果（MPa）PIP47%Pi().700.7()0.690.670.620.550.48根据规范式（B.3.2-3）和式（B.3.2-4）,自二18Omm时d=-4.15,=0.66o根据以上分层方法和规范式（B.3.2-2）规定的取值规则，至上而下各分层的中点深度取值分别为15mm、17.5mm>32.5mm、50mm、70mm>90mm和14Omm,根据力和力的计算结果，带入规范式（B.3.2-2）,可得到七个分层的永久变形修正系数取值如表7-8,分别以幻Ar7表示。各分层修正系数心i计算结果IcrikR2kR3IcrakR5kR6kR73.804.577.117366.224.741.94由252节交通参数示例，对应于沥青混合料层永久变形量的当量设计轴载累计作用次数为2.15x107次。根据以上参数，采用规范式（B.3.2-1）计算各分层永久变形量，分别以RaI-Ra7表示,第1层至第7层的永久变形量分别为R=0.6mm,R"2=1.0mm,R3=1.6mm,Ru=4.lmm,Ra5=3.0mm,=1.8mm,RaT=2.4m。各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量，Ra=/=IRai=I4.6（mm）,满足规范表3.0.6J容许变形量的要求。根据规范式（B.3.4）和表7-6所列车辙试验变形深度。计算沥青混合料的动稳定度，取整后列于表7-9,满足规范5.5.7条规定沥青混合料动稳定度（次mm）材料类型动稔定度改性沥青AC132729改性沥青AC202563基质沥青AC25840路面低温开裂指数根据气候条件，所在地区低温设计温度7为-20。根据规范式（B.5.1）,路基填料为低液限粘土，路基类型参数b=2o表面层改性沥青的C条件下弯曲梁流变试验的劲度模量S为300Mpao沥青混合料层厚度儿=18Omm。将上述参数带入规范式（B.5.1）,低温开裂指数C=2.7,满足规范3.0.6条对低温开裂指数的要求。7路基顶面和路表验收弯沉值根据规范B.7节，确定路基顶面和路表验收弯沉值时，荷载与落锤式弯沉仪相同，荷载盘半径为150mm,荷载为50kN。平衡湿度状态下的回弹模量为60MPa,采用弹性半空间体理论计算得到路基顶面验收弯沉值/g为248.1（0.01mm）,修正后取150（0.0Imm）O采用表7-3拟定的路面结构以及各层结构模量值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模型乘以模量调整系数h（k=0.5）,根据弹性层状体系理论计算得到路表验收弯沉值Ia为24.7（0.01mm）o8设计结论综合以上分析，满足无机结合料层疲劳开裂、沥青混合料容许永久变形量和沥青面层低温开裂要求的路面结构设计结果汇总如下：主线路面结构层（总厚度72Cm）面层：4cm细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）6cm中粒式改性沥青混凝土（AC-20C）8cm粗粒式沥青混凝土（AC-25C）下封层：热喷改性沥青碎石封层基层：36Cm水泥稳定碎石底基层：18Cm水泥稳定碎石（其他要求详见设计说明）
