续上表 3 4 5 6 粗粒式沥青混 凝土AC-30Ⅱ 二灰碎石 二灰土 土基 6 ? 20 —— 1000 1500 750 45 1400 1500 750 0.8 0.7 0.3 —— 1)按容许弯沉计算路面厚度 路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标,是根据设计年限内每个车道累计标准当量轴次、公路等级、面层和基层的类型等确定的。
路面设计弯沉值可按下式计算:
ld?600Ne?0.2AcAsAb (4-3-6)
式中: ld—路面设计弯沉值(0.01mm);
Ne—设计年限内一个车道上的累计当量轴次;
Ac—公路等级系数,高速公路、一级公路为1.0,二级公路为
1.1,
三、四级公路为1.2;
AS—面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0;
Ab—基层类型系数,对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm
时,Ab=1.0若面层与半刚性基层间设置等于或小于15cm级配碎石层、沥青贯入碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时,Ab可取1.0;柔性基层底基层
Ab=1.6,当柔性基层厚度大于15cm、底基层为半刚性下卧层时,Ab可取1.6。
根据上式计算得:
ld?600?16919949?0.2?1.0?1.0?1.0=21.50(0.01mm)
2)结构层材料的容许弯拉应力
高速公路的沥青混凝土面层或半刚性材料基层、底基层,在进行层底拉应力验算时,结构层底面计算点的拉应力?m应小于或等于该层材料的容许弯拉应力?R,即:
?m≤?R (4-3-7)
容许弯拉应力?R按下式列公式计算:
?R??SPsK (4-3-8)
式中: ?R—路面结构层材料的容许弯拉应力(MPa);
—沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度(MPa)。对沥青混凝土指
15℃时的劈裂强度;对水泥稳定类材料为龄期90d的劈裂强度(MPa);对二
?SP灰稳定类、石灰稳定类的材料为龄期180d的劈裂强度(MPa);
KS—抗压强度结构系数。
Ks?0.09AaNe0.22对沥青混凝土面层:
/Ac (4-3-9)
式中: Aa—沥青混凝土级配类型系数,细、中粒式沥青混凝土为1.0,粗粒式沥青混凝土为1.1。
对无机结合稳定集料类: KS?0.35Ne0.11/Ac (4-3-10)
对无机结合类稳定细粒土类:
KS?0.45Ne0.11/Ac (4-3-11)
(1)沥青混凝土上面层AK-13A
?SP=1.4Mpa
=0.09×1.0×(16919949)0.22/1.0=3.503
1.43.503?0.3996MPaKS?R=
(2)沥青混凝土中面层AC-20Ⅰ
?=1.0Mpa
0.22
KS=0.09×1.0×(16919949)/1.0=3.503
SP?R=
?1.03.503?0.2855MPa
(3)沥青混凝土下面层AC-30Ⅱ
SP=0.8Mpa
=0.09×1.1×(16919949)0.22/1.0=3.853
0.83.853?0.2076MPaKS?R =
?
(4)二灰碎石基层
=0.7 Mpa
KS=0.35×(10586703)0.11/1.0=2.074
SP?R=
0.72.074?0.3375MPa
(5)二灰土底基层
?=0.3Mpa
0.11
KS=0.45×(10586703)/1.0=2.667
SP?R =
0.32.667?0.1125MPa
3)路面厚度计算
路面厚度是根据多层弹性理论、层间接触条件为完全连续体系时,在双圆均布荷载作用下,轮隙中心处实测路表弯沉值ls等于设计弯沉值ld的设计原则进行计算(其力学图式如图4-3-1),即 ls=ld (4-3-12) δh1h2δδAE1E2δδrAhn-1En=E0En-1 图4-3-1 路弯沉值计算图4-3-1 表路表弯沉值计算图式 图式路表弯沉值按下式计算: ls?1000?2p?E1?c?F (4-3-13) ?c?f(Eh1h2hn?1E2E3,...,,,...0) ???E1E2En?1ls2000?)0.38 F?1.63(?(E0p)0.36 (4-3-14)
式中: ls—路面实测弯沉值,0.01mm;
p、?—标准车型的轮胎接地压强(MPa)和当量圆半径,cm; F—弯沉综合修正系数;
?c—理论弯沉系数;
E0或(En)—土基回弹模量值,MPa;
E1、E2、En?1—各层材料回弹模量值; h1、h2、hn?1 —各结构层厚度,cm。
计算得:
F?1.63?(21.502000?10.65)0.38?(450.7)0.36=0.5304
由式(4-3-13)得理论弯沉系数:
?c?lsE11000?2p??f?21.50?14001000?2?0.7?10.65?0.5304?3.806
这是一个多层体系,计算时可以先将多层体系转换为当量三层体系,求出中间层的厚度H,然后再求出基层厚度,转换图式如下: h1=4cmh2=6cmh3=6cmh4=?cmh5=20cm土基 E1=1400MPaE2=1200MPaE3=1000MPaE4=1500MPaE5=750MPaE0=45MPa图4-3-2 弯 沉三层体系换算图式土基 H=?cmE2=1200MPah1=4cmE1=1400MPaE0=45MPa图4-3-2 弯沉三层体系换算图式 由h??410.65?0.376,E2E1?12001400?0.857查《路基路面工程》(邓学钧主编 张登良主审,人民交通出版社)第360页图14-14得??6.43。
由h??410.65?0.376,
E0E2?451200?0.0375查《路基路面工程》(邓
学钧主编 张登良主审,人民交通出版社)第360页图14-14得k1?1.24。
由于?c?k1k2?,所以
k2??c??k1?0.0375=
3.80586.43?1.24=0.477
再由h??0.376,
E0E2和k2=0.477查《路基路面工程》(邓学
钧主编 张登良主审,人民交通出版社)第360页图14-14得H??6.05 ,
从而,H?6.05?10.65?64.43cm 根据等效路表弯沉的结构层转换公式:
5H??i?2hi?2.4EiE2?6?6?2.410001200?h4?2.415001200?20?2.47501200?64.43得:h4?33.09cm, 取34cm计。
4)验算弯拉应力
(1)上面层底面弯拉应力验算
先转化成三层体系(模量采用15℃时的抗压回弹模量),图示如下: h1=4cmh2=6cmh3=6cmh4=34cmh5=20cm土基 E1=2000MPaE2=1800MPaE3=1400MPaE4=1500MPaE5=750MPaE0=45MPa土基 H=?cmE2=1800MPah1=4cmE1=2000MPaE0=45MPa图4-3-3 AK-13A面层弯拉应力三层体系换算图 图4-3-3 AK—13A上面层弯拉应力三层体系换算图上层厚度为h?4cm。 中层厚度为:
5H??hi?2i?0.9EiE2?5?7?0.910001200?36?0.915001200?20?0.96001200?45.864cm
对高速公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、低基层进行拉应力的验算时,各层按连续验算。
验算层低拉应力时根据多层弹性理论,层间接触条件为完全连续体系,以
双圆荷载作用下按下式计算层低最大拉应力?m。
?m?p??m (4-3-15)
?m?f(?m应以下式计算:
hEEh1h2E,,......n?1;2,3,......0)???E1E2En?1
?m???m1?m2 (4-3-16)
式中: m1、m2—系数。
验算层低拉应力时,应满足下式要求: