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沥青路面设计

一、设计总说明
（一）、设计资料
某V2区计划修建一条高速公路，设计使用年限为20年，拟采用沥青路面结构。经勘察，沿线土质为紫色粉质粘性土，地下水位距地表1.8m，路基填土高平均为2.1m，沿线有大量碎石集料，并有水泥、石灰和粉煤灰等传供应。据预测该路竣工初年的交通组成如下：跃进NJ130车320辆/日，解放CA10B车730辆/日，黄河JN163车280辆/日，东风EQ155车200辆/日。使用年限内交通量的年平均增长率为8.5%。
（二）、参考文献
1、《路基路面工程》课本。
2、《公路沥青路面设计规范》。
3、《公路设计手册—路面》。

二、设计计算说明
(一)、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
轴载换算采用如下的计算公式

计算结果如下表所示。

轴载换算结果表（弯沉）

车型
/（KN）

 (次/日)

跃进NJ130
后轴
38.3
1
1
320
4.9
解放CA10B
后轴
60.9
1
1
730
84.4
黄河JN163
前轴
58.6
1
6.4
280
175.3
后轴
114.0
1
1
280
495.1
东风EQ155
前轴
26.5
1
6.4
200
4.0
后轴
56.7
2.2
1
200
37.3

801.0
注:轴载小于25KN的轴载作用不计

2)累计当量轴次
根据题意,该高速公路沥青路面设计年限为20年，四车道的车道系数是04~0.5，取0.45。
累计当量轴次
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
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:

计算结果如下表所示。

轴载换算结果表(半刚性基层层底拉应力)
车型
/（KN）

 (次/日)

解放CA10B
后轴
60.9
1
1
730
13.8
黄河JN163
前轴
58.6
1
1.85
280
7.2
后轴
114.0
1
1
280
798.7
东风EQ155
后轴
56.7
3
1
200
6.4

826.1
注：轴载小于50KN的轴载作用不计
2）累计当量轴次
参数取值同上，设计年限20年，车道系数取0.45。
累计当量轴次
次
（二）、结构组合与材料选取
（三）、各层材料的抗压模量与劈裂强度
查表得各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20℃时的模量，各值取规范给定范围中值，因此得到20℃的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，水泥稳定碎石为1500MPa，二灰土为750MPa。各层材料劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，水泥稳定碎石为0.5MPa，二灰土为0.25MPa。
（四）、土基回弹模量的确定
该路段处于V2区，为紫色粉质粘性土，地下水位距地表1.8m,路基填土高平均为2.1m,则路槽底面距地下水位的高度为=1.8+2.1=3.9m，查表得干燥状态类路基，再查表知，取其稠度为1.10，查表“二级自然区划各图组土基回弹模量（MPa）”查得土基模量为40MPa。
（五）、确定路面结构方案如图

（六）、设计指标确定
对于高速公路，规范要求以设计弯层作为设计指标，并进行结构层基底拉应力验算。
（1）设计弯沉值
该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层厚度大于20cm，基层类型系数取1.0，设计弯层值为：

（2） 各层材料容许层底拉应力

细粒式密级配沥青混凝土：

中粒式密级配沥青混凝土：

粗粒式密级配沥青混凝土：

水泥稳定碎石：

二灰土：

（七）、设计资料总结
设计弯层值26.1（0.01mm），相关设计资料汇总如下表：
设计资料汇总表

（八）、确定二灰土层厚度
单轴双轮组：P=0.7MPa， ，，，，。
综合修正系数F：

理论弯沉系数：

计算厚度：
由，，查图得：α=6.4
由，，查图得：

由，，，查图得：

∴H = 5.30×10.65 = 56.4cm
由 得：
0.65= a,66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666
21.5 cm。
故取二灰土的厚度为21.5 cm。
（九）、结构层底拉应力验算
（说明：验算层底弯拉应力15℃的抗压回弹模量）
(1) 细粒式沥青混凝土层底拉应力
将多层体系换算成当量三层体系，如下图：

，，，查表得，< 0，
表明该层层底受弯曲压应力，自然满足要求。
(2) 中粒式沥青混凝土层底拉应力
将多层体系换算成当量三层体系，如下图：

，，，查表得，< 0，
表明该层层底受弯曲压应力，自然满足要求。
（3）粗粒式沥青混凝土层底拉应力
同理：从诺谟图中可以看出当>0.8时，几乎都小于0，而当验算粗粒式沥青混凝土层底拉应力时，其=1.5，很明显查图可知< 0，所以该层层底也受弯曲压应力，自然满足要求。
（4）水泥稳定碎石层层底拉应力
将多层体系换算成当量三层体系，如下图：

，，，查表得，=0.10，
,再由，查图可得：=1.05。
<
故满足验算要求。
(5) 二灰土层层底拉应力
将多层体系换算成当量三层体系与水泥稳定碎石层层底拉应力当量三层体系的换算图相同。
则：，，，查得：=0.34，
，。
<
故满足验算要求。
综合上述各层检验层底拉应力都满足验算要求。
通过计算可以确定本方案所拟定路面结构符合要求，即：细粒式沥青混凝土：4cm；中粒式沥青混凝土：5cm；粗粒式沥青混凝土：7cm；水泥稳定碎石：25cm；二灰土：21.5cm。

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