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公路沥青路面设计方法
设计理论
公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，计算路面结构厚度，并对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层进行层底拉应力的验算。
设计流程
1．根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许弯拉应力。
2．按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。
3．参与本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合和厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定个结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的设计参数。
4．根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。
5．对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求(本次设计不考虑冻害)。

轴载分析
路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。
1. 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次
1）轴载换算
轴载换算的计算公式：N= （7-1）
计算结果列于下表：
表 7-1 轴仔换算结果表(弯沉)
车型
（kN）

（次/日）
（次/日）
东风EQ140
前轴
23.70
1
6.4

后轴
69.20
1
1
553
111.48
解放CA10B
前轴
19.40
1
6.4

后轴
60.85
1
1
3041.5
350.45
黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4

后轴
101.60
1
1
395
423.24
N=
885.38
注：轴载小于25kN的轴载作用不计。

2）累计当量轴次
根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取12年，双车道的车道系数取0.6，年平均增长率。
累计当量轴次：

2. 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次

1）轴载换算，结果列于下表：

表 7 - 2 轴仔换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
车型
（kN）

（次/日）
（次/日）
东风EQ140
后轴
69.20
1
1
553

解放CA10B
后轴
60.85
1
1
3041.5
57.17
黄河JN150
后轴
101.60
1
1
395
448.48
N=
505.65
注：轴载小于50kN的轴载作用不计
2）累计当量轴次

4结构组合与材料选取
1. 结构组合与材料
根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途筑路材料较丰富，路面结构采用沥青混凝土（15cm），基层采用二灰碎石（20cm），基底层采用石灰土（厚度待定）。
二级公路面层采用三层式沥青面层：表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度3cm），中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度7cm）。
2. 各层材料的抗压模量与劈裂强度
抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，具体参数如下：
表 7 - 3 抗压模量与劈裂强度表

抗压模量(MPa)200C
劈裂强度（MPa）
细粒式密级配沥青混凝土
1400
1.4
中粒式密级配沥青混凝土
1200
1.0
粗粒式密级配沥青混凝土
1000
0.8
二灰碎石
1500
0.5
石灰土
550
0.225
3. 土基回弹模量的确定
拟定该路段处处于VI区，土基回弹模量为30MPa。
5设计指标的确定
对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。
1. 设计弯沉值。路面设计弯沉值计算：该公路为二级公路，公路等级系数取1.1，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm，基层类型系数取1.0。
设计弯沉值为：

2. 各层材料容许层底拉应力

1）细粒式密级配沥青混凝土
==2.20
=1.4/2.20=0.636MPa
2）中粒式密级配沥青混凝土
==2.20
=1.0/2.20=0.455MPa
3）粗粒式密级配沥青混凝土
==2.42
=0.8/2.42=0.331 MPa
4）二灰碎石
==1.65
=0.5/1.65=0.303 MPa
5）石灰土
==2.12
=0.225/2.12=0.106 MPa
设计弯沉值为33.09（0.01mm），相关资料汇总如下表：
表 7-4 设计资料汇总表
材料名称
H
（cm）
抗压模量E1(MPa)

容许拉应力
（MPa）
20℃
15℃

细粒式密级配
沥青混凝土
3
1400
2000
0.636
中粒式密级配
沥青混凝土
5
1200
1800
0.455
粗粒式密级配
沥青混凝土
7
1000

1400
0.331
二灰碎石
20
1500
0.303
石灰土
——
550
0.106
土基
——
30
——
6确定石灰土层厚度
利用弯沉等效换算法把路面换算为三层连续体系：

图 7-1 多层体系转换图示
轮载P=0.7MPa，双圆荷载半径δ=10.65cm
计算弯沉综合系数：
==0.514

查三层体系表面弯沉系数诺谟图得

由
得

查三层体系表面弯沉系数诺谟图得

由=55.59
得：cm取cm
7层底拉应力验算
采取15°C时的抗压模量，细粒式密级配沥青混凝土为2000MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1800MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1400MPa。
1. 对于细粒式沥青混凝土层

查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）
=≤0
≤0
查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）
E1＝2000MPa
h＝h1＝3cm
H＝？
E2＝1800MPa
E0＝30MPa
=
=

=0.7×0.341×1.234×0.31=0.091≤0.636
2. 对于中粒式沥青混凝土层
=

E1＝1800MPa
h＝?
H＝？
E2＝1400MPa
E0＝30MPa

查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）
=≤0
≤0

查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）
=

=0.26

3. 对于粗粒式沥青混凝土层

E1＝1400MPa
h＝?
H＝？
E2＝1500MPa
E0＝30MPa

查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

≤0

查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）
=1.23
=

=0.182≤0.331
4. 对二灰碎石

查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）
E1＝1500MPa
h＝?
H＝？
E2＝550MPa
E0＝30MPa
=≤0
≤0

查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）
=
=

=0.174≤0.303
综上所述，各层均满足要求。