设计弯沉值
公路回弹弯沉值的作用 ,一,概 述
路基路面回弹弯沉的设计计算与检测～是公路建设过程中必不可少的一部份～是勘察设计、施工监理和检测单位都要进行的一个工作事项。首先由设计单位设计出弯沉值～再由施工单位去执行施工自检～然后由监理、检测部门抽检鉴定～实现设计意图。
在当前的规范规定中～《公路沥青路面设计规范》JTJ 014-97规定了路面顶层的设计弯沉计算公式和方法～但没有提出路基、路面基层的弯沉计算方,在《公路工程质量检验评定标准》JTJ 071-98中只提出要求检测路面顶层和土质路基回弹弯沉～没有提出检测路面基层弯沉的检测项,在《公路路面基层施工技术规范》JTJ 034-2000中则补充规定了路基、路面基层的相应回弹弯沉的计算检测标准。因此～对于很多工程技术人员来说～如果不同时熟悉上述三种规范～就容易混淆回弹弯沉的原意～造成错误认识～甚至做出错误的数据和结果。在阅读本文之前～请备好以下标准和规范:
1、 《公路工程技术标准》,2003,
2、 《公路沥青路面设计规范》JTJ 014-97
3、 《公路路面基层施工技术规范》JTJ 034-2000 4、 《公路工程质量检验评定标准》JTJ 071-98
,二, 弯沉的作用
公路工程回弹弯沉分为容许弯沉、设计弯沉和计算弯沉。 容许弯沉
容许弯沉是合格路面在正常使用期末不利季节～路面处于临界破坏壮态时出现的最大回弹弯沉～是从设计弯沉经过路面强度不断衰减的一个变化值。理论上是一个最低值。计算公式是
LR,720N *AC*AS。
《公路沥青路面设计规范》JTJ 014-97 119页 设计弯沉
设计弯沉值即路面设计控制弯沉值。是路面竣工后第一年不利季节～路面在标准轴载作用下～所测得的最大回弹弯沉值～理论上是路面使用周期中的最小弯沉值。是路面验收检测控制的指标之一。计算公式是
Ld,600N *AC*AS* Ab。
《公路沥青路面设计规范》JTJ 014-97 42页 计算弯沉值
计算弯沉值分检测计算弯沉值和理论计算弯沉值。 检测计算弯沉值:
通过对路基、路面和原有老路进行弯沉检测～并通过计算整理所得到的代表值。其作用主要是评定路基路面状况和作补强设计之用。 计算弯沉值
路基～路面基层、底基层等各层在设计时均要求计算出其弯沉设计值～ 在完工检测时也要检测其值～以检验其强度是否满足要求。此作为本文重点～后面详细介绍。
二、 路面设计弯沉值的计算 ,一, 路面顶面设计弯沉值
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标～是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限内累计当量轴次、面层和基层类型按下式计算:
Ld,600N *AC*AS*Ab
式中:Ld――路面设计弯沉值,0.01mm,, Ne――设计年限内一个车道上累计当量轴次,
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～沥青砼面层为1.0,热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面为1.1,沥青表面处治为1.2,中、低级路面为1.3,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, 新建公路和改建公路路设计弯沉均采用上面公式计算。 计算示例1:
某V3区拟新修建一条～三级公路～经勘察～沿线土质为粉质粘土～地下水位距地表1.2米～路基填土高平均0.8米～据预测竣工年初交
通组成如下表1.1示～使用年限内交通量年增长率γ=5%～试计算路面设计弯沉。
预测交通量组成 表1.1
车型 前轴重/KN 后轴重/KN 后轴数 后轴轮组数 后轴距/cm 交通量/,次*日-1, 东风EQ140 23.70 69.20 1 双 - 100 黄河JN150 49.00 101.60 1 双 - 80 黄河LN162 59.50 115.00 1 双 - 60 交通
141 25.55 55.10 1 双 - 50
长征CZ361 47.60 90.70 2 双 132.0 40 延安SX161 54. 91.25 2 双 135.0 50
解:
标准轴载及轴载换算:
路面设计采用双轮组单轴载100KN为标准轴载～以BZZ100表示～根据规范,97,规定～以设计弯沉值为指标～大于25KN的各级轴载均应进行换算。计算公式为:
N= C1C2n1(Pi/P)4.35 ,次*日-1, C1――后,前,轴数
C2――前后轮轮组系数～单轮组为6.4～双轮组为1～四轮组为0.38。 n1――被换算车型的各级轴载作用次数,次/日,
东风EQ140:
前轴23.70KN,25KN～不计。 后轴:
C1,1～C2,1～n1=100～Pi=69.20 KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×1×100×,69.20/100,4.35,20.2,次*日-1,
黄河JN150: 前轴:
C1,1～C2,6.4～n1=80～Pi=49.00 KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×6.4×80×,49.00/100,4.35,23.0,次*日-1,
后轴:
C1,1～C2,1～n1=100～Pi=101.60KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×1×100×,101.60/100,4.35,107.2,次*日-1,
黄河JN162: 前轴:
C1,1～C2,6.4～n1=60～Pi=59.50KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×6.4×60×,59.50/100,4.35,40.1,次*日-1, 后轴:
C1,1～C2,1～n1=60～Pi=115.00KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×1×60×,115.00/100,4.35,110.2,次*日-1,
交通141: 前轴:
C1,1～C2,6.4～n1=50～Pi=25.55KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×6.4×50×,25.55/100,4.35,0.9,次*日-1,
后轴:
C1,1～C2,1～n1=50～Pi=55.10KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×1×50×,55.10/100,4.35,3.8,次*日-1,
长征CZ361: 前轴:
C1,1～C2,6.4～n1=40～Pi=47.60KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×6.4×40×,47.60/100,4.35,10.1,次*日-1,
后轴:
C1,1+1.2×,m-1,=1+1.2×(2-1)=2.2～C2,1～n1=40～Pi=90.70KN～P,100 KN N=C1C2n1(Pi/P)4.35,2.2×1×40×,90.70/100,4.35,57.6,次*日-1, 延安SX161: 前轴:
C1,1～C2,6.4～n1=50～Pi=54.KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×6.4×50×,54./100,4.35,23.1,次*日-1,
后轴:
C1,2.2～C2,1～n1=50～Pi=91.25KN～P,100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35,1×1×50×,91.25/100,4.35,33.6,次*日-1,
合计: N=429.8,次,
三级公路设计使用年限8年～车道系数η,0.65～则累计当量轴次 Ne=[,1+γ,t-1]×365 Nη/[γ(1+γ)t-1]
=[,1+0.05,8-1] ×365×429.8×0.65/[0.05×(1+0.08)8-1] ,358801 次 路面设计弯沉值的计算: AC,1.2 AS,1.2
Ab,1.6 基层为级配碎石(柔性基层)
Ld,600N *AC*AS*Ab,600×358801-0.2×1.2×1.2×1.6,107 ,0.01mm, 注意:
若上述项目段为旧路改建～则交通量的来源是通过实地调查而得～然后再进行轴载换算。
三、 路基、路面基层设计弯沉值的计算 ,一, 路基顶面设计弯沉值
根据《公路路面基层施工技术规范》JTJ 034-2000规定～土基回弹弯沉的计算～首先应确定土基回弹模量E0
查《公路沥青路面设计规范》附录E或通过实测可得相应区域不利季的E0～然后按下式计算路基顶面设计弯沉值l0。
L0=9308×E0-0.938 (0.01mm)
E0――不利季节土基回弹模量 单位为Mpa, 计算示例2:
在非不利季节测定某公路土基回弹模量值得E0,50Mpa～季节影响系数K1,1.2～则土基回弹模量调整值为E0/,1.2×50,60Mpa～则 l0=9308×60-0.938
,200 ,0.01mm,
K1――季节影响系数～不同地区取值范围为1.2-1.4。可查《公路沥青路面设计规范》表14。
在进行土基弯沉测量后～路段的代表值 0+2S应小于此标准值,一级
公路和高速公路,～或 0+1.5S和 0+1.58S小于此标准值,二级和二级以下公路,。
注意:
若查表得E0值～则其值已是不利季节之值。 ,二, 路面底基层顶面设计弯沉值
根据《公路路面基层施工技术规范》JTJ 034-2000之规定～底基层顶面回弹弯沉按如下步骤计算:
1)利用土基和底基层材料的回弹模量计算值E0和E1以及底基层的厚度h1,cm,～计算模量比K1E0/K2E1及比值h1/δ(δ为单个轮迹当量圆半径,cm,,对于黄河卡车～δ,10.75,K2为底基层材料季节影响系数～可取1.1-1.2～或查《公路沥青路面设计规范》附录E) 2,查附图A.0.3～得底基层表面弯沉系数aL。
3,计算弯沉综合修正系数F F,3.3aL1.8519
4,计算底基层顶面回弹弯沉 l1=2pδaLF/E0K1
P――后轴重100KN卡车轮胎的单位压力～对于黄河卡车～可取0.7MPa, K1――季节影响系数～可取1.2-1.4。 计算示例3:
某公路路面结构层～土基回弹模量值查表得E0,45MPa～底基层为填隙碎石层～厚20cm～查《公路沥青路面设计规范》附录D得E1,250MPa～基层为级配碎石～层厚为15cm～查表得E2,280MPa～试计算底基层顶面回弹弯沉值。
解:
K1E0/K2E1,45/250,0.18 h1/δ,20/10.75,1.86 查附图A.0.3得: aL,0.44
F,3.3aL1.8519,3.3×0.441.8519 ,0.7965
l1=2pδaLF/E0K1
=2×0.7×10.75×0.44×0.7965/45 =0.117 (cm) =117 (0.01mm)
,三, 路面基层顶面设计弯沉值
路面基层回弹弯沉设计值的计算与底基层类似～不同之处在于将底基层换算为与基层材料相当的当量厚度。
计算步骤如下:
1,首先在计算底基层弯沉时已得底基层顶面的弯沉系数aL～接下来是对底基层进行当量换算。即将具有回弹模量E1和厚度h1的底基层
换算为与基层材料相当的厚度h2/～换算公式如下: h2/,h1 。 2,由h2/δ与h2//δ之和及K1E0/K3E2的值～从附图A.0.3查得基 层相应的aL,
3,按下式计算弯沉综合修正系数 F2,3.3aL1.8519
4,按下式计算基层顶面回弹弯沉 l2=2pδaLF/E0K1
计算示例4:
同示例2～求基层顶面回弹弯沉。 解:
当量厚度换算:h2/,h1 ,20× ,19.26cm
h2/δ=15/10.75=1.395 h2//δ=19.26/10.75=1.792 h2/δ+ h2//δ=3.187 K1E0/K3E2=45/280=0.161 查图A.0.3得: aL,0.34 F2,3.3aL1.8519,3.3×0.341.8519 ,0.494 l1=2pδaLF2/E0K1
=2×0.7×10.75×0.494×0.34/45 =0.056 (cm) =56 (0.01mm)
如路面基层上还有多层上基层～其计算方法与基层相同。 ,四, 路基、路面弯沉代表值的计算
本段主要结合CASIO4500计算器的统计功能～举例介绍如何对外业测得的弯沉值进行代表值的计算。
如测得如下弯沉:
110 120 88 56 140 106 102 68 204 200 146 1、 按MODE 3进入SD模式 2、 按2NDF SCI EXE 清除存储器内容
3、 输入数据～每输入一项数据时均要按DT键一次 4、 如输入:110 120 88～操作如下:
110DAT 120DAT 88DAT
按计算器上功能求出标准偏差值xón-1和平均值x～然后根据公路等级按式 0+2S、 0+1.5S或 0+1.58S计算代表值L～最后作路基路面弯沉评定或路面结构设计。
