鋪面工程課程設(shè)計--瀝青混凝土路面設(shè)計

1、<p><b>　　同濟(jì)大學(xué)鋪面工程</b></p><p><b>　　鋪面課程設(shè)計</b></p><p><b>　　瀝青混凝土路面設(shè)計</b></p><p><b>　　1.背景與軸載換算</b></p><p><b>　　

2、1.1 背景</b></p><p>　?、?區(qū)某地區(qū)二級公路，當(dāng)?shù)赝临|(zhì)類型為粘性土，土的液限為35.6%，塑限為 29.5%；年降雨量為1500mm；夏季最高氣溫為39℃，持續(xù)時間較長。當(dāng)?shù)厥a(chǎn)砂石料。路面寬度7米，道路上有較陡的長坡。交通組成見表2和表3。</p><p><b>　　1.2 軸載換算</b></p><p>　

3、　瀝青路面根據(jù)規(guī)范要求，采用下面的公式計算標(biāo)準(zhǔn)軸載和累計軸載次數(shù)</p><p><b>　　為輕交通程度。</b></p><p>　　1.3 環(huán)境條件及路基彈性模量</p><p>　　平均稠度為1.143</p><p>　　查表可得，土基回彈模量為37.14MPa。</p><p><

4、;b>　　2.設(shè)計指標(biāo)</b></p><p>　　根據(jù)交通繁重程度，選用半剛性基層。擬定路面結(jié)構(gòu)組合如下</p><p><b>　　3.容許設(shè)計指標(biāo)</b></p><p>　　由《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JIG D50-2006）得知：</p><p>　　路表中心處的彎沉值不大于設(shè)計彎沉值<

5、;/p><p>　　瀝青面層的層底拉應(yīng)力不大于該層混合料容許拉應(yīng)力。</p><p>　　半剛性基層或底基層的最大拉應(yīng)力不大于該材料層的。</p><p>　　3．1路表設(shè)計彎沉為：</p><p><b>　　0.376mm</b></p><p>　　瀝青層底面容許拉應(yīng)力為：</p>

6、<p>　　水泥石灰砂礫土基層底面容許拉應(yīng)力為：</p><p><b>　　3.2軟件試算</b></p><p>　　3.2.1路面彎沉設(shè)計</p><p>　　水泥石灰砂礫土的厚度為待定厚度，假設(shè)路面彎沉等于設(shè)計彎沉。用BISAR軟件試算。</p><p>　　各層材料的回彈模量取值如下：</p&

7、gt;<p>　　軟件計算得到的彎沉值用下式修正：</p><p>　　試算得水泥石灰砂礫土的厚度為24.5cm。此時路表彎沉為軟件計算的理論彎沉為：0.5892mm</p><p>　　修正后得實際彎沉0.3557mm。</p><p>　　取厚度為24.5cm驗算瀝青混凝土層底和水泥穩(wěn)定隨時層底拉應(yīng)力。</p><p>&l

8、t;b>　　3.2.2應(yīng)力驗算</b></p><p>　　計算點(diǎn)位為單圓輪載中心軸線及雙輪輪隙中心下，軟件中設(shè)置如下：</p><p>　　面層底拉應(yīng)力為負(fù)值。如下圖所示</p><p><b>　　表面層：</b></p><p><b>　　下面層：</b></p>

9、;<p>　　b．基層底面拉應(yīng)力為0.121Mpa，符合要求。</p><p>　　底基層的底面拉應(yīng)力更小.這里不做驗算.</p><p><b>　　3.3設(shè)計指標(biāo)比較</b></p><p>　　故最后路面結(jié)構(gòu)組成為：</p><p><b>　　4.材料及相關(guān)設(shè)計</b><

10、/p><p><b>　　4.1路面材料考慮</b></p><p>　　降水量超過1000mm，二級公路的瀝青表面層用粗集料磨光值應(yīng)當(dāng)滿足PSV>40，且在基層下應(yīng)設(shè)置墊層，改善排水。</p><p>　　粗集料和瀝青應(yīng)有良好的黏結(jié)性，黏附性不低于4級。</p><p>　　如果采用了瀝青瑪蹄脂碎石混合料，則細(xì)集料不

11、宜使用天然砂。（在以下方案設(shè)計中體現(xiàn)）</p><p>　　二級公路基層、底基層的集料壓碎值不大于35。</p><p>　　4.2 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計</p><p>　　為防止雨水滲入路面結(jié)構(gòu)層、土基中，本方案在瀝青面層采用密級配瀝青混合料。</p><p>　　瀝青層之間設(shè)置黏層強(qiáng)化，基層上設(shè)置稀漿封層的下封層。</p><

12、;p><b>　　4.3 路基與墊層</b></p><p>　　在路塹和強(qiáng)風(fēng)化巖石路段，應(yīng)注意填挖交界處及路塹段的排水設(shè)計。</p><p>　　路面可能收到裂隙水等地下水影響時，應(yīng)設(shè)滲溝等排水設(shè)施加強(qiáng)路基排水。</p><p><b>　　4.4 面層</b></p><p>　　由于有長

13、陡坡路段，在該路段的表面層和中面層應(yīng)提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標(biāo)要求。選用稠度高、60ºC黏度大的瀝青、改性瀝青等。</p><p><b>　　備選方案</b></p><p><b>　　路面結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　采用開級配瀝青混凝土面層，初擬路面結(jié)構(gòu)如下。</p><p&

14、gt;　　OGFC作為排水路面的表面層,規(guī)范要求最小厚度為4cm。在該面層下設(shè)置防水層。</p><p><b>　　指標(biāo)驗算</b></p><p>　　2.1假設(shè)路表彎沉等于設(shè)計彎沉，確定水泥穩(wěn)定碎石層厚度。使用BISAR軟件試算如下：</p><p><b>　　各層模量設(shè)置如下：</b></p>&l

15、t;p>　　其中計算得水泥穩(wěn)定碎石基層厚度為28cm時，理論彎沉為0.6099mm，經(jīng)過修正，為0.376mm。</p><p>　　2.2結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗算。</p><p>　　2.2.1面層底面拉應(yīng)力驗算</p><p>　　各層均為負(fù)值。計算點(diǎn)位置同原方案。</p><p><b>　　表面層：</b><

16、;/p><p><b>　　下面層：</b></p><p>　　2.2.3基層底面拉應(yīng)力驗算</p><p>　　基層底面拉應(yīng)力為0.155Mpa，符合容許值。</p><p><b>　　設(shè)計指標(biāo)比較</b></p><p>　　故最后路面結(jié)構(gòu)組成為：</p>

17、<p><b>　　方案比較</b></p><p>　　相對于原方案，該方案有以下特點(diǎn)：</p><p>　　采用開級配瀝青混凝土做瀝青表面層，強(qiáng)化了路面排水能力，降低了不利天氣對路面使用性能的影響。</p><p>　　開級配瀝青混凝土面層的構(gòu)造深度較大，吸聲能力較強(qiáng)。</p><p>　　采用模量較小的石

18、灰土基層充分利用砂石材料，成本較低，并更大程度發(fā)揮路面結(jié)構(gòu)的受力能力。</p><p>　　在一般情況下，盡量采用備選方案。</p><p><b>　　其他背景</b></p><p><b>　　設(shè)計背景</b></p><p>　　如果該道路為高速公路，設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道的最大累計標(biāo)準(zhǔn)軸載為1

19、500萬次（基層應(yīng)力驗算為1800萬次），請進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計和其他相關(guān)考慮。 </p><p>　　Ne=1.5*107,重交通程度。</p><p><b>　　2.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　2.1 路基處理及回彈模量。</p><p>　　根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，重交通時土基回彈模量應(yīng)

20、不小與40Mpa。這里進(jìn)行地基處理使得土基模量達(dá)到40Mpa。</p><p><b>　　2.2 路面結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　其中瀝青穩(wěn)定碎石為ATB-30，適宜厚度為9-15cm，現(xiàn)厚度待定。其中瀝青面層均為密級配,瀝青穩(wěn)定碎石基層也是密級配。</p><p><b>　　3．設(shè)計指標(biāo)驗算</b></p

21、><p><b>　　3.1規(guī)范設(shè)計指標(biāo)</b></p><p>　　路表設(shè)計彎沉為：采用柔性基層瀝青路面</p><p><b>　　0.352mm</b></p><p>　　瀝青層底面容許拉應(yīng)力為：</p><p>　　瀝青穩(wěn)定碎石基層底面容許拉應(yīng)力為：</p>

22、<p><b>　　3.2指標(biāo)驗算</b></p><p><b>　　各層模量設(shè)置如下：</b></p><p>　　3.2.1 按瀝青容許彎沉設(shè)計基層厚度</p><p>　　根據(jù)規(guī)范中4.1.4取適宜厚度11.5cm。</p><p>　　理論彎沉為0.585mm，修正彎沉為0.

23、351mm。</p><p>　　3.2.2瀝青層底面最大拉應(yīng)力驗算</p><p><b>　　上面層：</b></p><p><b>　　中面層：</b></p><p><b>　　下面層:</b></p><p>　　最大拉應(yīng)力為0.102MP

24、a。</p><p>　　3.2.3基層底面拉應(yīng)力驗算</p><p>　　應(yīng)力值為0.184Mpa。</p><p><b>　　3.3設(shè)計指標(biāo)一覽</b></p><p>　　3.4最終路面結(jié)構(gòu)：</p><p>　　4.方案評價及其他方案</p><p>　　該方案偏

25、向于厚面層薄基層，瀝青層厚度較大。該方案中大量使用瀝青，而且在基地應(yīng)力上安全儲備較為浪費(fèi)。在砂石產(chǎn)量比較豐富的地方應(yīng)多的使用細(xì)集料比例大的混合料以減少使用其他材料的成本。地基處理是不必要達(dá)到100Mpa。</p><p>　　以下為第二方案主要目標(biāo):</p><p>　　面層和基層使用粒徑小的瀝青混合料,但表面層的集料平均粒徑不能過小以達(dá)到規(guī)范的構(gòu)造深度的要求；</p>&l

26、t;p>　　采用更薄的面層，減少瀝青的使用；</p><p>　　降低整體結(jié)構(gòu)厚度，減少路面結(jié)構(gòu)對路基的荷載；</p><p>　　合理的地基處理，考慮長期的使用應(yīng)進(jìn)一步加固地基。</p><p><b>　　第二方案</b></p><p><b>　　1.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p&

27、gt;<p>　　按規(guī)范要求，重交通時應(yīng)處理地基?，F(xiàn)處理地基使得其模量為45Mpa。</p><p><b>　　路面結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：</b></p><p>　　瀝青穩(wěn)定碎石層采用ATB-25。</p><p><b>　　2.指標(biāo)驗算</b></p><p>　　2.1按面層頂面彎沉

28、設(shè)計瀝青穩(wěn)定碎石層厚度</p><p>　　模量設(shè)置如下，用試算法確定基層厚度。</p><p>　　驗算得厚度為13cm時，軟件計算的面層彎沉為0.5835mm：</p><p>　　彎沉為0.5835mm，經(jīng)過修正后為：0.350mm。故基層最小厚度須大于13cm</p><p>　　2.2面層底面拉應(yīng)力驗算</p><

29、;p><b>　　上面層：</b></p><p><b>　　中面層：</b></p><p><b>　　下面層：</b></p><p>　　故面層拉應(yīng)力最大值為0.0544Mpa.</p><p>　　2.3基層底面拉應(yīng)力驗算</p><p&g

30、t;　　應(yīng)力為：0.201Mpa</p><p><b>　　3.4設(shè)計指標(biāo)一覽</b></p><p><b>　　3.5路面結(jié)構(gòu)為</b></p><p>　　3.路面材料設(shè)計（同原方案）</p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計</p><p>　　面層采用了瀝青瑪蹄脂

31、碎石混合料，則細(xì)集料不宜使用天然砂。高速公路基層、底基層的集料壓碎值不大于30。</p><p>　　為防止雨水滲入路面結(jié)構(gòu)層、土基中，本方案在瀝青面層采用密級配瀝青混合料。</p><p>　　粗集料和瀝青應(yīng)有良好的黏結(jié)性，黏附性不低于5級。</p><p>　　瀝青層之間設(shè)置黏層強(qiáng)化，基層上設(shè)置稀漿封層的下封層。</p><p><

32、b>　　3.2 路基與墊層</b></p><p>　　在路塹和強(qiáng)風(fēng)化巖石路段，應(yīng)注意填挖交界處及路塹段的排水設(shè)計。</p><p>　　路面可能收到裂隙水等地下水影響時，應(yīng)設(shè)滲溝等排水設(shè)施加強(qiáng)路基排水。</p><p><b>　　3.3面層</b></p><p>　　降水量超過1000mm，高速公

33、路的瀝青表面層用粗集料磨光值應(yīng)當(dāng)滿足PSV>42，且在基層下應(yīng)設(shè)置墊層，改善排水。</p><p>　　由于有長陡坡路段，在該路段的表面層和中面層應(yīng)提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度指標(biāo)要求。選用稠度高、60ºC黏度大的瀝青、改性瀝青等。</p><p>　　高速公路表面層抗滑性能以橫向力系數(shù)和構(gòu)造深度為主要指標(biāo)。在交工驗收時應(yīng)滿足規(guī)范要求。</p><p>

34、<b>　　1.設(shè)計背景</b></p><p>　　該道路為高速公路，設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道的最大累計標(biāo)準(zhǔn)軸載為3000 萬次（基層應(yīng)力驗算為3700 萬次），請進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料設(shè)計和其他相關(guān)考慮。 </p><p><b>　　重交通程度。</b></p><p><b>　　2.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計</b>

35、;</p><p>　　2.1 路基處理及回彈模量。</p><p>　　根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，重交通時土基回彈模量應(yīng)不小與40Mpa。這里進(jìn)行地基處理使得土基模量達(dá)到50Mpa。</p><p><b>　　2.2 路面結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　其中瀝青穩(wěn)定碎石為ATB-30，適宜厚度為9-15cm

36、，現(xiàn)厚度待定。</p><p><b>　　3．設(shè)計指標(biāo)驗算</b></p><p><b>　　3.1規(guī)范設(shè)計指標(biāo)</b></p><p>　　路表設(shè)計彎沉為：采用柔性基層瀝青路面</p><p><b>　　0.307mm</b></p><p>　

37、　瀝青層底面容許拉應(yīng)力為：</p><p>　　瀝青穩(wěn)定碎石基層底面容許拉應(yīng)力為：</p><p><b>　　3.2指標(biāo)驗算</b></p><p>　　3.2．1 按瀝青容許彎沉設(shè)計基層厚度</p><p><b>　　各層模量設(shè)置如下：</b></p><p>　　根據(jù)

38、規(guī)范中規(guī)定4.1.4取厚度為11cm</p><p>　　理論彎沉為0.5335mm，修正彎沉為0.3032mm。小于容許值。</p><p>　　3.2.2瀝青層底面最大拉應(yīng)力驗算</p><p><b>　　上面層：</b></p><p><b>　　中面層：</b></p>&

39、lt;p>　　上、中面層底面拉應(yīng)力均為負(fù)值。</p><p><b>　　下面層：</b></p><p>　　故面層底面最大拉應(yīng)力值為0.0983Mpa</p><p>　　3.2.3基層底面拉應(yīng)力驗算</p><p>　　應(yīng)力值為0.191Mpa。</p><p><b>　　

40、3.3設(shè)計指標(biāo)一覽</b></p><p><b>　　3.4 路面結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　如果該公路地處北方寒冷地區(qū)，則應(yīng)如何設(shè)計？</p><p>　　根據(jù)20以上的凍結(jié)指數(shù)平均值，確定冰凍區(qū)劃分等級（重冰凍區(qū)、中冰凍區(qū)等）。</p><p>　　計算多年最大凍深，進(jìn)行結(jié)構(gòu)層防凍厚度驗算。如果總

41、厚度小于最小防凍厚度，則應(yīng)增加防凍墊層使其滿足要求。防凍墊層的材料應(yīng)采用透水性好的粒料類材料。</p><p>　　在確定有關(guān)材料參數(shù)時應(yīng)考慮一年內(nèi)最不利季節(jié)的溫度和濕度影響。</p><p>　　如果在高速公路、一級公路中采用半剛性基層，宜使用石灰粉煤灰穩(wěn)定集料類材料做基層、底基層。在中、重冰凍區(qū)應(yīng)檢驗半剛性基層和底基層的抗凍能力。</p><p>　　可在石灰粉

42、煤灰穩(wěn)定集料里摻水泥或者其他早強(qiáng)劑，提高早期強(qiáng)度或越冬的抗凍性能</p><p><b>　　面層設(shè)計：</b></p><p>　　a.選用合適的瀝青混合料達(dá)到足夠的低溫抗裂性，對于高速公路、一級公路表面層宜在-10ºC進(jìn)行彎曲試驗，檢驗密級配瀝青混凝土的低溫抗裂性。</p><p>　　b.當(dāng)拌制瀝青混凝土無法達(dá)到低溫抗裂性的技術(shù)

43、要求時，應(yīng)采用摻有熱塑性橡膠類改性劑的改性瀝青。</p><p>　　對于季節(jié)性冰凍地區(qū)而可能使路面發(fā)生凍脹翻漿的現(xiàn)象，需充分考慮如下幾個因素：</p><p>　　土質(zhì)條件：路線經(jīng)過地區(qū)是否有軟土地基部分，或者容易引起不均勻沉降的不良地質(zhì)部分。應(yīng)設(shè)計正確的地基處理的方法（換填法等）和足夠的路基厚度。</p><p>　　水文條件：地下水位的變化是否侵蝕到路基，土基

44、的毛細(xì)吸水作用是否嚴(yán)重，附近是否有河流經(jīng)過等。</p><p>　　行車條件：是否以后特重交通荷載的出現(xiàn)。</p><p>　　養(yǎng)護(hù)條件：所處區(qū)域是否方便養(yǎng)護(hù)，是否有經(jīng)濟(jì)條件完成養(yǎng)護(hù)工作，以及考慮當(dāng)?shù)仞B(yǎng)護(hù)條件水平。</p><p>　　氣候條件：當(dāng)?shù)刈畹蜏囟龋径乳g最大溫差。選用良好抗凍性能的瀝青混合料和抗低溫的黏結(jié)材料以保證層間在低溫作用時能有效傳遞荷載和變形。&