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沥青路面结构设计与计算书

1 工程介绍
本路段属于安图至汪清段二级公路.K0+000～K3+500, 全线设计时速为60km/h二级公路, 路面采取60km/h二级公路标准。路基宽度为10m, 行车道宽度为2×3. 5m, 路肩宽度为2×0.75m硬路肩、 2×0.75土路肩。路面设计为沥青混凝土路面, 设计年限为。路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示; 依据沿线工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为: 路面面层采取4cm厚 细粒式沥青混凝土和6cm厚中粒式沥青混凝土, 基层采取20cm厚水泥稳定碎石, 底基层采取石灰粉煤灰土。
2 土基回弹模量确定
本设计路段自然区划位于Ⅱ3区, 当地土质为粘质土, 由《公路沥青路面设计规范（JTG D50-）》表F.2查得, 土基回弹模量在干燥状态取39Mpa,在中湿状态取34.5Mpa.
3 设计资料
（1）交通量年增加率: 5% 设计年限:
（2）初始年交通量以下表:
车型
前轴重（kN）
后轴重（kN）
后轴数
后轴轮组数
后轴距（m）
日交通量（辆/d）
解放 CA10B
19.4
60.85
1
双

578
黄河 JN150
49
101.6
1
双

210
尼桑CK20L
49.85
100
1
双

330
交通 SH141
25.55
55.1
1
双

126
太脱拉 138
51.4
80
2
双
1.32
41
东风EQ140
23.7
69.2
1
双

20
南阳351
48.7
97.3
1
双

25

。
4 设计任务
4.1 沥青路面结构组合设计
4.2 沥青路面结构层厚度计算, 并进行结构层层底拉应力验算
4.3 绘制沥青路面结构图
5 沥青路面结构组合设计
5.1 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示。标准轴载计算参数如表10－1所表示。

标准轴载
BZZ－100
标准轴载
BZZ－100
标准轴载P(KN)
100
单轮传压面当量圆半径δ（cm）
10.65
轮胎接地压强P(Mpa）
0.7
两轮中心距（cm）
3.0δ
5.1.1 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中累计当量轴次
5.1.1.1 轴载换算
轴载换算采取以下计算公式:
, , 计算结果以下表所表示。
轴载换算结果表（弯沉）
车型

(KN)

解放 CA10B
前轴
19.4
1
6.4
578

后轴
60.85
1
1
578

黄河 JN150
前轴
49
1
6.4
210
60.360
后轴
101.6
1
1
210
225.013
尼桑CK20L
前轴
49.85
1
6.4
330
102.220
后轴
100
1
1
330
330.000
交通 SH141
前轴
25.55
1
6.4
126
2.132
后轴
55.1
1
1
126
9.427
太脱拉 138
前轴
51.4
1
6.4
41
14.510
后轴
80
2.2
1
41
34.170
东风EQ140
前轴
23.7
1
6.4
20

后轴
69.2
1
1
20
4.032
南阳351
前轴
48.7
1
6.4
25
6.996
后轴
97.3
1
1
25
22.194

811.054

注: 轴载小于25KN轴载作用不计

5.1.1.2 累计当量轴次
依据设计规范, 二级公路沥青路面设计年限取, 车道系数η=0.7, =5.0%
累计当量轴次:
次
5.1.2 验算半刚性基层层底拉应力累计当量轴次

5.1.2.1 轴载验算

验算半刚性基层层底拉应力轴载换算公式为:

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
前轴
19.4
1
18.5
578

后轴
60.85
1
1
578
10.865
黄河 JN150
前轴
49
1
18.5
210

后轴
101.6
1
1
210
238.434
尼桑CK20L
前轴
49.85
1
18.5
330

后轴
100
1
1
330
330.000
交通 SH141
前轴
25.55
1
18.5
126

后轴
55.1
1
1
126
1.070
太脱拉 138
前轴
51.4
1
18.5
41
3.695
后轴
80
3
1
41
20.636
东风EQ140
前轴
23.7
1
18.5
20

后轴
69.2
1
1
20
1.052
南阳351
前轴
48.7
1
18.5
25

后轴
97.3
1
1
25
20.084

625.836

注: 轴载小于50KN轴载作用不计

5.1.2.2 累计当量轴次
参数取值同上, 设计年限为, 车道系数取0.7, 则累计当量轴次为:

5.2 路面结构层设计与材料选择
由上面计算得到设计年限内一个行车道上累计当量轴次。依据《路基路面工程》在干燥和中湿路段, 路面确定采取以下结构:
面 层: 细粒式沥青混凝土（厚度4cm）;
中粒式沥青混凝土（厚度6cm）;
基 层: 水泥稳定碎石（20cm）;
底基层: 石灰粉煤灰土（厚度待定）。
5.3 土基回弹模量确定
该路段处于Ⅱ3粘质土, 土基回弹模量: 干燥39 Mpa 、 中湿34.5Mpa。
5.4 设计指标确定
对于二级公路, 规范要求以设计弯沉作为设计指标, 并进行结构层层底拉应力验算。
5.4.1 设计弯沉值
该公路为二级公路。公路等级系数取1.1, 面层类型系数取1.0, 半刚性基层、 底基层总厚度大于20cm, 基层类型系数取1.0。
设计弯沉值为:

5.4.2 各层材料许可层底拉应力
各层材料劈裂强度: 细粒式密集配沥青混凝土为1.4MPa, 粗粒式密集配沥青混凝土为1.0MPa, 水泥稳定碎石为0.5MPa, 石灰粉煤灰土为0.25MPa
对于细粒式密集配沥青混凝土层
MPa
对于中粒式密集配沥青混凝土层
MPa

对于水泥稳定碎石
MPa
对于石灰粉煤灰土
MPa
5.5 设计资料汇总
设计弯沉值为30.45（0.01mm）, 相关设计资料汇总以下表:

路面设计结构参数（干燥）
材料名称
h
(cm)
抗压模量
20℃
抗压模量
15℃
许可拉应力
（MPa）
劈裂强度
（MPa）
中粒式沥青混凝土
4
1400

0.449
1.4
粗粒式沥青混凝土
6
1200
1800
0.360
1
水泥稳定碎石
20
1500
1500
0.301
0.5
石灰粉煤灰土
？
750
750
0.117
0.25
土基
—
39
39
—
—

路面设计结构参数（中湿）
材料名称
h
(cm)
抗压模量
20℃
抗压模量
15℃
许可拉应力
（MPa）
劈裂强度
（MPa）
中粒式沥青混凝土
5
1400

0.449
1.4
粗粒式沥青混凝土
7
1200
1800
0.360
1
二灰碎石
20
1500
1500
0.301
0.5
石灰土
？
750
750
0.117
0.25
土基
—
34.5
34.5
—
—
6 沥青路面结构层厚度计算 （干燥路段）
6.1 确定理论弯沉系数, 其中

又因

6.2 结构厚度计算, 以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。
r
A
E1=1400MPa
A
δ
δ
δ
δ
δ
p
中粒式沥青混凝土
粗粒式沥青混凝土
水泥稳定碎石
石灰粉煤灰土
E2=1200MPa
E3=1500MPa
E4=750MPa
E0=39MPa
路表弯沉值计算图式

‘
多层体系换算图式
（注: 此时取20℃是材料模量值）

查三层体系表面弯沉系数诺谟图, 因为所以。
因为
查诺漠图得 则
查诺漠图得 则
由弯沉等效换算得: , 则

取
7 层底拉应力验算
7.1对细粒式沥青混凝土层底拉应力验算
7.1.1换算成当量三层体系（此时采取150C时各材料模量）

; 查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得< 0,基地为压应力无需验算
.
7.2对中粒式水泥混凝土进行层底拉应力验算
7.2.1换算成当量三层体系（此时采取150C时各材料模量）

查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得< 0,基地为压应力无需验算

7.3对水泥稳定碎石基层层底弯拉应力验算
7.3.1换算成当量三层体系（此时采取150C时各材料模）

7.3.2 求层底最大拉应力:

7.4.对于石灰粉煤灰土层
7.4.1三层体系如图所表示

7.4.2 求层底最大拉应力:

7.最小防冻厚度验算
依据《规范》干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。

8 沥青路面结构层厚度计算 （中湿路段）
8.1 确定理论弯沉系数, 其中

又因

6.3 结构厚度计算, 以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。
r
A
E1=1400MPa
A
δ
δ
δ
δ
δ
p
中粒式沥青混凝土
粗粒式沥青混凝土
水泥稳定碎石
石灰粉煤灰土
E2=1200MPa
E3=1500MPa
E4=750MPa
E0=34.5MPa
路表弯沉值计算图式

‘
多层体系换算图式
（注: 此时取20℃是材料模量值）

查三层体系表面弯沉系数诺谟图, 因为所以。
因为
查诺漠图得 则
查诺漠图得 则
由弯沉等效换算得: , 则

取
7 层底拉应力验算
7.1对中粒式沥青混凝土层底拉应力验算
7.1.1换算成当量三层体系（此时采取150C时各材料模量）

; 查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得< 0,基地为压应力无需验算
.
7.2对粗粒式水泥混凝土进行层底拉应力验算
7.2.1换算成当量三层体系（此时采取150C时各材料模量）

查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得< 0,基地为压应力无需验算

7.3对水泥稳定碎石基层层底弯拉应力验算
7.3.1换算成当量三层体系（此时采取150C时各材料模）

7.3.2 求层底最大拉应力:

7.4.对于石灰粉煤灰土层
三层体系如图所表示

E1＝1500MPa
h＝?
H＝22cm
E2＝750MPa
E0＝34.5MPa

查中层底面弯拉应力系数诺谟图得

则 符合要求
7.最小防冻厚度验算
该路段路面结构总厚度为H＝4+6+20+25＝55cm。公路位于自然区划II3区, 由《规范》查得路面最小防冻厚度为55～65cm, 所以该路段路面结构厚度满足最小防冻要求。