路面设计方案比选

路面设计方案比选

1．路面基层，底基层的材料比选论证

材料的比选主要是从材料的性质上考虑，而半刚性材料的特点是整体性强，承载力高，刚度大，水稳定性好，且较为经济，其缺点主要是半刚性材料抗变形能力低，易产生开裂，形成发射裂缝造成路面开裂，唧浆和松散等不良病害。

而要解决半刚性材料的这种缺点充分利用它的优点就可以采用沥青路面的粗粒式沥青混凝土，因为它下面层具有很强的柔性和变形能力，作为应力消散层，可以有效的减少路面结构层的应力集中现象，大大缓解路面反射裂缝的产生。而根据这段路的材料来源来看，本路段的砂砾和石料储量丰富。半刚性材料的选择，应根据沿线的材料特征及分布情况和稳定类材料的力学性能综合来选择，在这种条件下就将基层初步拟定水泥稳定砂砾。底基层初步拟定水泥稳定土类。

按设计的要求，本沥青路面设计按97年颁布的新规范(在实际设计时，同时参考了将要颁布实施的2004规范)，采用专用的计算机程序进行路面结构计算与分析。现将设计过程列在下面；并按要求，根据土质和干湿类型设计了多种路面结构，并过方案比较，选择了一种较合理的路面结构组合方案。

2．路面面层材料的比选论证

首先必须考虑的本路段是修建在江西西部，是否经济是这条路考虑的一个很重要的因素。路面结构的面层材料选择上主要有沥青混凝土或水泥混凝土两种。而决定国民经济效益评价和行车硬件环境优劣的关键也是面层材料的选用。从运营环境方面：采用水泥混凝土路面接缝多，噪声大，影响行车的舒适性；而采用沥青混凝土路面运营质量均比水泥混凝土路面优良。下面针对典型路段的沥青混凝土和水泥混凝土上再从建设投资，技术运用，维修养护和建设条件四个方面进行分析比较：

1.从建设投资方面来看：采用水泥混凝土路面在建设投资方面要略小于用沥青混凝土路面。

2.从技术运用方面来看：采用水泥混凝土路面水泥混凝土施工采用滑摸摊铺机机械施工工艺，可确保施工质量，但在赣西地区尚缺乏大型机械化实践经验，如采用小型机械，则工期和质量均无法保证，特别是路面的平整度；而沥青混凝土同时需工厂化拌和，机械化施工，这已有成功经验.

3.从维修养护方面来看：采用水泥混凝土路面路面养护次数远小于沥青路面，但一旦出现破裂等病害，则修复困难且严重影响通车；而采用沥青混凝土路面维修方便，利于养护。

4.从建设条件方面看：采用水泥混凝土路面本地工程地质条件好，且当地盛产筑路材料，因地制宜，建水泥混凝土路面可以保证质量；而采用沥青混凝土路面沥青需外购。

以上从路面各层的材料使用情况和各层的相互改善情况分析可以看出：从初始投资考虑，水泥混凝土方案比沥青混凝土方案略低；但从实际应用上来看，与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整，无接缝，行车舒适，耐磨等优点，能够很好的保持路面的质量；从养护条件上来看，沥青路面维修方便，适于分期修建，且振动小，噪音低，施工期短，能够减少施工过程以及以后养护过程中对环境的影响。我国的公路和城市道路近20年来使用沥青材料修筑了相当数量的沥青路面，积累了大量的经验。沥青路面是我国高速公路的主要路面型式。随着国民经济和现代化道路交通运输的发展，沥青路面必将有更大的发展。经综合分析本工程初步设计推荐沥青混凝土路面。

因此本路段就决定采用沥青混凝土路面的设计方案，其中干燥状态选为第二种方案；中湿状态选为第二种方案；潮湿状态选定为第三种方案。

以下按路基土的干湿状态列出了3组9种方案。

I．假设路基土为干燥状态

一．方案设计方案（一）

1. 确定累计标准轴次

计算设置：根据交通量计算

根据《公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)》3.0.3条与3.0.4条的规定计算累计标准轴次Ne 1) 交通参数

公路等级：高速公路

路面等级：高级路面

设计年限：15 年

建设期限：2 年

年平均增长率：6.00 %

车道特征：四车道

车道系数：0.45

2) 交通量组成

3) 累计标准轴次计算结果

以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时：Ne = 14878938 轴次

进行半刚性基层层底拉应力验算时：Ne = 11917075 轴次

2. 确定路面设计弯沉值与抗拉强度结构系数

根据《公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)》7.0.2条与7.0.3条的规定计算设计指标

1) 设计指标各系数

公路等级：高速公路公路等级系数：1.0

面层类型：沥青混凝土面层面层类型系数：1.0

基层类型：半刚性基层、底基层总厚度≥20cm 基层类型系数：1.0

沥青混凝土级配类型：中粒式沥青混凝土级配类型系数：1.0

2) 设计指标

a. 设计弯沉值：ld = 22.06 (0.01mm)

b. 抗拉强度结构系数

对沥青混凝土面层：Ks = 3.4057

对无机结合料稳定集料类：Ks = 2.1011

对无机结合料稳定细粒土类：Ks = 2.7014

3. 确定土基回弹模量

计算设置：按规范计算

1) 根据《公路沥青路面设计规范》中表6.1.2-1“土基干湿状态的稠度建议值”

土组类型：粘质土

路基干湿状态：干燥状态

土基土质稠度：Wc = 1.10

2) 根据《公路沥青路面设计规范》中附表E2“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”公路自然区划：IV-7 区

土组类型：粘质土

土基回弹模量提高系数：23.0 %

土基回弹模量：E0 = 49.2 MPa

4. 确定结构设计参数

1) 基本参数

路基路面结构总层数： 6

结构设计层位： 5

2) 根据《公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)》的建议值确定各结构层设计参数

路面结构层设计参数表

┏━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━┳━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━┳━━━┓┃层┃┃┃厚度┃抗压模量(MPa) ┃劈裂┃容许┃┃┃材料名称┃材料类型┃┣━━━━┳━━━━┫强度┃拉应力┃┃位┃┃┃(cm) ┃20℃┃15℃┃(MPa) ┃(MPa)┃┣━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━┫┃1┃细粒式沥青混凝土┃沥青混凝土┃ 4.0 ┃1400.0 ┃2000.0 ┃ 1.40 ┃0.411┃

┣━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━┫┃2┃中粒式沥青混凝土┃沥青混凝土┃ 6.0 ┃1200.0 ┃1800.0 ┃ 1.00 ┃0.294┃

┣━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━┫┃3┃粗粒式沥青混凝土┃沥青混凝土┃8.0 ┃1000.0 ┃1400.0 ┃0.80 ┃0.235┃

┣━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━┫┃4┃水泥稳定砂砾┃稳定集料┃20.0 ┃1500.0 ┃非沥青砼┃0.50 ┃0.238┃┣━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━┫┃5┃水泥稳定土┃稳定细粒土┃设计层┃1100.0 ┃非沥青砼┃0.35 ┃0.130┃┣━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━┫┃6┃土基┃┃┃49.2 ┃┃┃┃┗━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━┛

5. 确定最小防冻厚度

计算设置：不进行验算

6. 设计结果

按设计弯沉设计, h5 = 19.8 cm。

已满足第1 层容许拉应力验算指标要求

已满足第2 层容许拉应力验算指标要求

已满足第3 层容许拉应力验算指标要求

已满足第4 层容许拉应力验算指标要求

已满足第5 层容许拉应力验算指标要求

7. 验算结果

1) 选定厚度为：h5 = 20.0 cm

2) 验算结果

计算弯沉值为：ls = 21.92 (0.01mm)

设计弯沉值为：ld = 22.06 (0.01mm),

满足路面整体刚度指标要求

第 1 层计算拉应力值为：σ1 = -0.203 MPa

容许拉应力值为：σR1 = 0.411 MPa

满足第1 层路面验算指标要求

第 2 层计算拉应力值为：σ2 = -0.054 MPa

容许拉应力值为：σR2 = 0.294 MPa

满足第2 层路面验算指标要求

第 3 层计算拉应力值为：σ3 = -0.020 MPa

容许拉应力值为：σR3 = 0.235 MPa