E0、E1、E2、?En?1—— 土基及各层材料回弹模量(MPa);
。 h1、h2、?hn?1—— 各结构层厚度(cm)
,按下式计算: ?m——计算层底最大拉应力(MPa)
?m?p?m
m ? , 2 ,? ? ? n? 1 ; 2 , 3 ,? ? 。 ?m——理论最大拉应力系数,?f ( 1? 0 )hhh???沥青路面结构设计按设计弯沉值和容许拉应力两项指标控制计算结构层厚度,取其中较厚的作为最终
设计结果,即为同时满足弯沉与拉应力两项设计指标的要求。
上述计算过程比较复杂,可由给定的计算机程序软件hpds2011完成。 ㈦路面结构防冻厚度验算
根据《公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)》表5.2.4“最小防冻厚度”进行验算,若不满足要求,则可增设或增厚垫层来补足防冻厚度。
㈧绘制沥青路面结构设计图(见附录样图) 新规范(即将颁布):
1、初始年设计车道日平均当量轴次N1
EEE1E2EEn?1?PiN1??c1c2ni??P?s式中:N1——标准轴载的当量轴次;
??? (5.1) ?b; ni——被换算车型的各级轴载作用次数(次/日)
Ps——标准轴载;
Pi——换算车型的各级轴载;
b——换算指数。分析沥青层疲劳和沥青层永久变形时,b?4;分析路基永久变形时,b?5;
分析无机结合料层的疲劳寿命时,b?13;
C1——被换算轴型的轴数系数,前后轴间距大于3m时,分别按单个轴计算;轴间距小于3m
时,应按《规范》表A3.6-1取值;
C2——被换算轴—轮型轮组系数,双轮组为1.0,单轮时取4.5;
2、交通荷载等级的确定
表14 交通荷载分级
交通荷载等级 设计车道累计货车交通量极重 ≥20 特重 20~9 重 9~5 中等 5~1.5 轻 <1.5 (?106)
3、不同结构组合路面的设计指标
表15 不同结构组合路面的设计指标
基层类型 沥青结合料类 粒料类
底基层类型 粒料类 无机结合料类 粒料类 8
设计指标 沥青层永久变形、路基永久变形、沥青层疲劳 沥青层永久变形、无机结合料类层疲劳 沥青层永久变形、路基永久变形、沥青层疲劳 无机结合料类 无机结合料类 粒料类或无机结合料类 沥青层永久变形、沥青层疲劳、无机结合料类层疲劳 沥青层永久变形、无机结合料类层疲劳 沥青层永久变形 水泥混凝土、贫混凝土 注:除表中所列指标外,对于季节冰冻地区的高速公路和一级公路,应增加路面低温开裂的分析。
4、沥青路面结构设计指标验算
⑴沥青层疲劳开裂:沥青层疲劳寿命Nf1不小于按照沥青层疲劳等效换算得到的设计车道累计当量轴载作用次数Ne1。
?1?1?Nf1?6.32?10?15.6?0.37??kT?1????3.97?1??E?a????1.580.43?0.85?0.024ha?5.41???VFA?e2.72?1?0.3Ea??VFA???0.024ha?5.41???1?e??3.33
式中:Nf1——沥青层疲劳寿命(次);
; ha——沥青层厚度(mm)
?——可靠度指标,取值1.04;
kT1——温度调整系数,按《规范》附录C确定;
,通过软件BISAR3.0计算得到; ?——沥青层层底拉应变(10?6)
; Ea——沥青混合料20℃时的回弹模量(MPa)
VFA——沥青混合料的沥青饱和度(%)。范围70%~85%。
⑵无机结合料层疲劳开裂:无机结合料层疲劳寿命Nf2不小于按照无机结合料层疲劳等效换算得到
的设计车道累计当量轴载作用次数Ne2。
?ke?tlgNf2?a?b??kR?ss式中:Nf2——无机结合料层的疲劳寿命(次);
?t——无机结合料层的层底拉应力(MPa);
??ka???k??lgD?k??T2???? ? Rs——无机结合料稳定材料的弯拉强度(MPa),水泥稳定类、水泥粉煤灰稳定类材料的龄期为90d,石灰稳定类、石灰粉煤灰稳定类材料的龄期为180d;
?——可靠度指标,根据公路等级,按规范表3.1取值;
ke——考虑收缩裂缝影响的应力增大系数,根据无机结合料稳定材料无侧限抗压强度和厚度确定;查规范表E.1.3-1确定;
ks——弯拉强度设计值现场综合调整系数,按无机结合料层总厚度和沥青层厚度确定;查规范表E.1.3-2确定;
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ka——考虑裂缝扩展的寿命增大系数,按结构层厚度确定;查规范表E.1.3-3按内插法确定; kT2——温度调整系数,参照规范附录C确定;
a,b——由试验回归得到的参数,根据材料类型,按表E.1.3-4选取; kD——考虑材料疲劳性能的标准偏差值,按表E.1.3-4选取。
⑶路基永久变形:路基顶面的最大竖向压应变应不大于容许压应变值εz。路基顶面的竖向压应变可根据软件BISRE3.0计算获得。
?Z?1.25?104?0.1??kT3Ne式中:?Z——路基顶面容许压应变(10-6);
3??0.21
Ne3——设计期内设计车道上的累计当量轴载作用次数(次);
?——可靠度指标,根据公路等级,按规范表3.1取值; kT3——温度调整系数,按照规范附录C确定。
⑷沥青层永久变形:沥青层的容许永久变形量根据表16所列路面容许车辙深度确定。对于无机结合料稳定类基层和底基层采用无机结合料类材料的沥青稳定类基层沥青路面,沥青层容许永久变形量等同于路面容许车辙深度;对于粒料类基层和底基层采用粒料类材料的沥青稳定类基层沥青路面,可根据路面容许车辙深度和表17所列结构层永久变形比例计算沥青层容许永久变形量。
表16 各等级公路路面容许车辙深度(mm)
公路等级 容许车辙深度,不大于
表17 各结构层永久变形所占比重参考值
沥青层厚度(mm) 沥青层(%) 粒料基层(%) 粒料底基层(%) 路基(%) <50 30 15 45 10 50~100 70 15 10 5 100~200 80 10 5 5 >200 100 0 0 0 高速、一级公路 15 二级公路 20 三级、四级公路 25 对沥青层进行分层,计算各分层的永久变形量,分层要求如下: ①表面层,采用10~20mm为1分层厚度进行划分;
②第二层沥青层,采用20~25mm为1分层厚度进行划分;
③第三层沥青层,其厚度不大于100mm时,作为1个分层,大于100mm时等分为2个分层; ④第四层及其以下的沥青层,作为1个分层。
按下式计算各分层的永久变形量,沥青层永久变形量为各分层永久变形量之和。
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式中,R ——沥青层分层的永久变形量(mm);
T0、p0、N0、V0、h0 ——分层沥青混合料轮辙试验时对应的试验温度(℃)、压强(MPa)、加载次数(次)、试件空隙率(%)和厚度(mm);
T ——沥青层永久变形等效温度(℃),根据附录C.4确定; p ——沥青层分层顶面的竖向压应力(MPa);
Ne4——沥青层永久变形设计期内设计车道的标准轴载累计作用次数(次),按照规范3.3节的规定计算;
V ——沥青层施工完成后的初始空隙率(%); h——分层的厚度(mm);
?——设计车道上轮迹的横向分布系数,高速公路取0.5,其他等级公路取0.45;
R0——沥青混合料轮辙试验的总变形量(mm)。当轮辙试验温度为60℃,压强为0.7MPa,试件厚
度为50mm,加载次数为2520次时,R0与混合料动稳定度CS的关系可按下式计算;
?1.48 CS?9365R0K——综合修正系数,按照下式计算。
depth K?(C1?C2?depth)?0.97312C1??1.61?10?4ha?9.79?102ha?17.342 2C2?1.05?10?6ha?2.686?10?3ha?1.0798
式中,depth——沥青层分层的深度(mm),对于第一分层depth取15mm,其他分层为路表距沥青分层中点的深度;
ha——沥青层总厚度(mm),ha大于200mm时,取200mm。
⑸低温开裂:对于高速公路和一级公路,裂缝指数I宜不大于3.0。
?T?0.07ha?0.5a?lgSt?1.95?10?3Stlgb I?0.075式中:I——沥青路面裂缝指数;
T——路面低温设计温度(℃),取多年极端最低气温;
St——路面低温设计温度加10℃的试验温度条件下,沥青弯曲梁流变试验,加载167秒时的劲度模
量值(MPa);
; ha——沥青层厚度(mm)
,取3~5年; a——路面低温开裂的设计期(年)
b——路基类型参数,砂b=5,粉质粘土b=3,粘土b=2。
三、旧路改建路面加铺层结构设计 旧沥青路面改建加铺层设计
加铺设计可采用与新建青路面相同的设计期。 ㈠确定旧路计算回弹弯沉值
⒈计算实测回弹弯沉值的算术平均值
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