四级公路弯沉值的控制范围及计算方法

四级公路弯沉值的控制范围及计算方法

四级公路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，...

四级公路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 54.64 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=54.64KN，P＝100 KN
N=C1C2n1(Pi/P)4.35＝1×6.4×50×（54.64/100）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+1.645S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＝3.643aL1.8519
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＝3.643aL1.8519＝3.643×0.441.8519
　　　　　　　　　　　　　＝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＝3.643aL1.8519
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＝3.643aL1.8519＝3.643×0.341.8519
＝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+1.645S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。