沥青路面结构设计计算.docx

路面设计
7.1基本资料
1.设计规范：
《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）
《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002）
《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）
2.年平均增长率和交通组成
序号
车型名称
交通量
序号
车型名称
交通量
1
黄河JN150
190
7
斯柯达706R
94
2
日野KF300D
170
8
长征XD980
73
3
依士兹TD50
60
9
东风CS938
81
4
标准轴载BZZ100
633
10
尼桑CK10G
69
5
交通SH-141
62
11
东风SP9135
86
6
解放CA10B
436
12
日野KB222
97
车道系数：二级公路双向两车道在0.6~0.7，取0.6
年平均增长率：6%
3. 自然条件及气象资料
查询相关资料知，该公路地处区，年降雨量为1000（mm/年），最高气温15.7℃，最低气温-4℃以上，日照21000多小时，属东部湿润季冻区。
4.地质资料与筑路材料
沿线土质为中液限粘性土，路基一般处于中湿状态。公路沿线有丰富的沙砾，石料，筑路材料丰富。路面所需水泥和沥青均需外购。
5.路面设计方案
本设计采用柔性路面和刚性路面即沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两种方案进行设计，通过方案比选最终确定一种路面设计方案。
7.2沥青路面设计
采用沥青路面结构，确定设计年限12年，需进行沥青路面结构施工图设计。
（1）交通资料
据设计任务书得知其交通组成与交通量如表所示，预测其交通量年增长率为6%。不同车型的交通参数见表。

表7-1 设计交通组成、交通量与不同车型的交通参数
序号
车型名称
前轴重(kN)
后轴重(kN)后轴数
后轴数
后轴轮组数
后轴距(m)
交通量
1
黄河JN150
49
101.6
1
双轮组

190
2
日野KF300D
40.75
79
2
双轮组
<3
170
3
依士兹TD50
42.2
80
1
双轮组

60
4
标准轴载BZZ100
0
100
1
双轮组

633
5
交通SH-141
23
63.5
2
双轮组
>3
62
6
解放CA10B
19.4
60.85
1
双轮组

436
7
斯柯达706R
50
90
1
双轮组

94
8
长征XD980
37.1
72.65
2
双轮组
<3
73
9
东风CS938
24
70
2
双轮组
>3
81
10
尼桑CK10G
39.25
104.3
1
双轮组

69
11
东风SP9135
20.2
72.3
2
双轮组
>3
86
12
日野KB222
50.2
76
1
双轮组

97
（2）计算标准轴载累计计算交通量Ne，确定交通等级
a.用于弯沉验算和沥青层弯拉应力验算的Ne（A）
（7-1）
式中：——轮组系数，双轮组时为1.0，单轮组时为6.4，四轮组时为0.38；
——轴数系数；当轴间距大于3米时,按单独的一个轴载计算,则C2=1m,
当轴间距小于3m时,按双轴或多轴计算C2=1+1.2×(m-1)，m为轴数；
表7-2 用于弯沉验算和沥青层弯拉应力验算的Ne（A）
交通量计算参数

黄河

49
6.4
1
190
54.61
JN150

101.6
1
1
190
203.58
日野KF300D

40.75
6.4
1
170
21.91

79
1
2.2
170
134.14
依士兹TD50

42.2
6.4
1
60
9.00

80
1
1
60
22.73
标准轴载BZZ100

0
6.4
1
633
0.00

100
1
1
633
633.00
交通 SH-141

23
6.4
2.2
62
1.46

63.5
1
1
62
8.60
解放CA10B

19.4
6.4
1
436
2.23

60.85
1
1
436
50.24
斯柯达706R

50
6.4
1
94
29.50

90
1
1
94
59.44
长征XD980

37.1
6.4
1
73
6.26

72.65
1
2.2
73
40.01
东风CS938

24
6.4
1
81
1.04

70
1
2.2
81
37.76
尼桑 CK10G

39.25
6.4
1
69
7.55

76
1
1
69
20.91
东风 SP9135

20.2
6.4
1
86
0.52

72.3
1
2.2
86
46.15
日野 KB222

50.2
6.4
1
97
30.98

104.3
1
1
97
116.50
合计

1538.12

计算得：
取车道系数η=0.6，按下式计算

即累计当量轴次：

次
在中，属中等交通。
b.用于半刚性基层弯拉应力验算的
标准轴载P的当量作用次数N
（7-2）
式中：——轮组系数,单轮组为18.5,双轮组为1,四轮组为0.09 ；
——轴数系数，=1+2（m-1）。

表7-3 用于半刚性基层的交通量计算参数

黄河

49
18.5
1
190
11.68
JN150

101.6
1
1
190
215.73
日野KF300D

40.75
18.5
1
170
2.39

79
1
3
170
77.37
依士兹TD50

42.2
18.5
1
60
1.12

80
1
1
60
10.07
标准轴载BZZ100

0
18.5
1
633
0.00

100
1
1
633
633.00
交通 SH-141

23
18.5
3
62
0.03

63.5
1
1
62
1.64
解放CA10B

19.4
18.5
1
436
0.02

60.85
1
1
436
8.20
斯柯达706R

50
18.5
1
94
6.79

90
1
1
94
40.46
长征XD980

37.1
18.5
1
73
0.48

72.65
1
3
73
17.00
东风 CS938

24
18.5
1
81
0.02

70
1
3
81
14.01
尼桑 CK10G

39.25
18.5
1
69
0.72

76
1
1
69
7.68
东风 SP9135

20.2
18.5
1
86
0.00

72.3
1
3
86
19.26
日野 KB222

50.2
18.5
1
97
7.24

104.3
1
1
97
135.85
合计

1210.74

计算得：
=1210.74

验算半刚性基层拉应力中的累计当量轴次：
取车道系数η=0.6，按下式计算

=
=4473099次

在中，属中等交通。
式中 Ne——设计年限内一个车道的累计当量轴次；
t ——设计年限；
——设计年限内的交通量平均增长率；
——车道系数；
计算的Ne (轴次); =4473099 (轴次) 属于中等轻交通。
沥青路面结构组合与材料的选取：
表7-4 沥青路面设计参数
层位
材料名称
h
（mm）
20℃抗压回弹模量（MPa）
15℃抗压回弹模量（MPa）
劈裂强度
（MPa）
面层
细粒式沥青
混凝土
60
1400
2000
1.5
中粒式沥青
混凝土
100
1200
1600
1.1
粗粒式沥青
混凝土
120
900
1200
0.9
基层
石灰土稳定碎石
200
1100
2000
0.4
底
基 层
石灰土
180
500
1400
0.25
新建路基
—
36
—

土基回弹模量： 36 MPa
1、设计弯沉值：

（0.01mm）
式中：Ld——路面弯沉设计值，0.01mm；
Ne——设计年限内一个车道上标准轴载的累计当量轴次；
Ac——道路等级系数，高速和一级公路为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Ab=1.0，柔性基层Ab=1.6。
2、计算确定容许弯拉应力
根据公式：σR=σS/KS
式中：σR——路面结构层的容许拉应力；
σS——沥青混凝土和半刚性基层的劈裂强度（MPa）。对沥青混凝土指15℃时的劈裂强度，二灰稳定类材料为龄期为180天的劈裂强度；
KS——抗拉强度结构系数。
1,、细粒式沥青混凝土面层计算：
KS0.09Ne0.22/Ac

MPa
2、中粒式沥青混凝土面层计算：
KS0.09Ne0.22/Ac

0.44 MPa
3、粗粒式沥青混凝土面层计算：

KS0.09Ne0.22/Ac

MPa
式中： ——沥青混合料级配的系数（细、中粒式沥青混凝土为1.0粗粒式沥青混凝土为1.1）
4、石灰土稳定碎石计算：
KS=0.35Ne0.11/Ac

MPa
5、石灰土计算：
KS=0.45Ne0.11/Ac

MPa
表7-5 结构层容许弯拉应力σR
材料名称
极限弯拉强度（Mpa）
结构强度系数K
容许弯拉应力σR（Mpa）
细粒式沥青混凝土
1.5
2.50
0.6
中粒式沥青混凝土
1.1
2.50
0.44
粗粒式沥青混凝土
0.9
2.50
0.36
石灰稳定碎石
0.4
1.76
0.23
石灰土
0.25
2.26
0.11

2、路面厚度计算
计算路表弯沉（采用三层体系计算，通过查诺谟图方法）
令实际弯沉，则弯沉综合修正系数

式中： ——路面弯沉值，（0.01mm）；
P ——标准车型的轮胎接地压强（MPa）；P=0.7MPa
——当量圆半径（cm）；=10.65cm
F ——弯沉综合修正系数；
——理论弯沉系数。
——土基回弹模量值
由于上式中弯沉综合修正系数与路面弯沉值本身有关，必须试算。
计算

0.55

将多层体系照弯沉等效的原则换算为三层，上面层为一层，地基为一层，中部为一层。
第二层层底拉应力计算：

由三层体系表面弯沉系数诺谟图：
=6.1 =1.4
由
得
查诺谟图得
所以
17.66 取18cm
转化为三层体系如下：
--------------------------------------------------------------------------------
上层， E1=1400MPa, h=60mm
--------------------------------------------------------------------------------
中层， E2=1200MPa, H=521.85mm
--------------------------------------------------------------------------------
土基， E0=36MPa

底层拉应力验算：
面层为一层，基层为一层，地基为一层。

转化为三层体系如下：
--------------------------------------------------------------------------------
面层， E1=1400MPa, h=280mm
--------------------------------------------------------------------------------
基层， E2=1100MPa, H=380mm
--------------------------------------------------------------------------------
土基， E0=36MPa

由三层连续体系底面拉应力系数诺谟图查得：
=0.04，m1=0.8, m2=0.88,
由以上数据可算得三层体系中上层底面拉应力为：
б=pm1m2=0.7×0.04×0.8×0.88=0.02<0.60
故层底的实际拉应力小于设计拉应力值，满足要求。
同理，可得其他几层层底拉应力计算结果。
验算防冻层厚度：
查询相关资料知，该公路地处区，年降雨量为1000（mm/年），最高气温15.7℃，最低气温-4℃以上，日照21000多小时，属东部湿润季冻区。规范规定采用查表法，根据表所列的路面最小防冻厚度（cm）要求与该路状况作对比。区路面最小防冻厚度为200mm，路面结构方案总厚度660mm，大于最小防冻厚度，验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求。