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路面课程设计

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2020年4月19日
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设计说明书
（一）确定沥青路面的交通等级分析
1、轴载换算
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计算时，以双轮组单轴载100KN为标准轴载。查常见汽车设计参数表12-3，按式（12-6）进行轴载换算，计算结果列入下表。

表1.1 轴载换算结果表
车型

黄河JN150
前轴
49
1
6.4
1025
294.616

后轴
101.6
1
1
1025
1098.276
解放CA10B
后轴
60.85
1
1
2050
236.204
东风EQ140
后轴
69.2
1
1
615
123.976
太脱拉138
前轴
51.4
1
6.4
123
43.529

后轴
80
2.2
1
123
102.511
小汽车

287

1899.112
注：轴载小于40 KN的轴载作用忽略不计。 竣工第一年日当量轴次为1899.112 次/日

2、累计当量轴次及交通等级
（2）累计当量轴数计算
根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限为 ，双向二车道的车道系数η取0.65，γ =4.9 %，累计当量轴次：

计算结果与交通等级表比较，在中交通300—1200万次之间，交通等级属于中交通。采用沥青混凝土路面作为路面的面层，符合设计要求。
3、验算半刚性基层层底拉应力重的累计当量轴次
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式，计算结果列入下表中。
轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
车型
Pi
(KN)
C1
C2
ni
(次/日)
（次/日）
黄河JN150
前轴
49
1
18.5
1025
63.018
后轴
101.6
1
1
1163787
解放CA10B
前轴
19.40
1
18.5
2050
－
后轴
60.85
1
1
38.534
东风EQ140
前轴
23.70
1
18.5
615
－
后轴
69.2
1
1
32．339
太脱拉138
前轴
51.4
1
18.5
123
11.086
后轴
80
3
1
61.908
小汽车
前轴
－
－
－
287
－
后轴
－
－
－
－
合 计

1370.672
注：轴载小于40 KN的轴载作用忽略不计。
在进行累计当量轴次计算时各参数意义同前，设计年限为 ，车道系数取0.65，交通量平均年增长率γ为4.9%，轴载小于40KN的轴载作用不计。累计当量轴次：

（二）沥青路面结构层的拟定和组合设计
1.土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅱ4区，土质为粘性土。
由于路基处于潮湿状态，查表得 0.8≤wc ＜0.95
令稠度wc =0.9，根据土组和自然区划分以及相应路基的平均稠度，查表预估路基回弹模量E0为30Mpa，当采用重型击实标准时，路基回弹模量设计值可较表列数值提高25%，即E0=30×（1+25%）=37.5Mpa
2. 初拟路面结构
根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各厚度如下图所示。
根据规范推荐结构，方案一 路面结构层采用细粒沥青混凝土（4cm）和中粒沥青混凝土（6cm）、基层采用水泥稳定碎石（厚度待定）、垫层采用石灰粉煤灰碎石（25cm）
方案二 路面结构层采用中粒式沥青玛蹄脂碎石（4cm）和粗粒式沥青
玛蹄脂碎石（5cm）、基层采用水泥稳定碎石（25）、垫层采用石灰土（厚度待定）
3.路面材料配合比设计与设计参数的确定
1)试验材料的确定（略）
2)路面材料配合比确定（略）
3)路面材料抗压回弹模量确定
查表得各层沥青混合料20℃和15℃抗压模量及劈裂强度的设计参数参考值，列入下表中。半刚性基层和级配碎石的抗压模量和劈裂强度查表列入下表中。层间模量比符合设计要求。
有关资料的表格得各层材料抗压模量（20℃）与劈裂强度
路面材料技术指标
材料名称
20℃抗压模量（MPa）
15℃弯拉模量（Mpa）
15℃弯拉强度（Mpa）
Ep
细粒沥青混凝土
1400

1.2
中粒沥青混凝土
1200
1600
1.0
中粒式沥青
玛蹄脂碎石
1300
1700
1
粗粒式沥青
玛蹄脂碎石
1000
1300
0.8
水泥稳定碎石
1400
1400
0.6

石灰粉煤灰碎石
1500
1500
0.6
石灰土
550
550
0.25

沥青混合料的压实最小厚度和适宜厚度
沥青混合料类型
最大粒径(mm)
公称最大粒(mm)
符号
压实最小厚(mm)
适宜厚度(mm)
密集配沥青混合料
细粒式
13.2
9.5
AC-10
20
25 - 40
中粒式
19
16
AC-16
35
40 -60
中粒式
19
16
SMA-16
40
40 - 70
粗粒式
31.5
26.5
SMA-25
80
80 - 120

4.)确定计算层位
拟定石灰煤渣矿渣作为计算层位。
5.)验算层间模量比
路面结构层相邻层之比，基层/面层、基层/底基层、垫层/土基，均符合要求。
6.)论述各沥青混凝土路面结构组合的合理性
二级公路应采用沥青混凝土路面面层，有两层组成，总面层厚度及各层厚度符合要求；因为沥青面层弯成大，因此采用半刚性基层作为承重层；
（三）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。
各层材料的容许层底拉应力

（1）细粒式密级配沥青混凝土

(7.7)
（2）中粒式密级配沥青混凝土

（3）中粒式沥青玛蹄脂碎石

（4）粗粒式沥青玛蹄脂碎石

（5）水泥稳定碎石

（6）石灰粉煤灰碎石

（17）石灰土

(4)设计资料总结
1.设计弯沉值的确定
该公路为二级公路，公路等级系数取Ac=1.1，面层式沥青混凝土，面层类型系数取As=1.0，路面结构类型系数半刚性基层取Ab=1.0，路面设计弯沉值根据式计算为：

方案一的结构厚度计算

（1）新建路面结构厚度计算
公 路 等 级 : 二级公路
新建路面的层数 : 4
标 准 轴 载 : BZZ-100
路面设计弯沉值 : 28.11 (0.01mm)
路面设计层层位 : 3
设计层最小厚度 : 15 (cm)
层位
结 构 层 材 料 名 称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)
(20℃)
抗压模量(MPa)
(15℃)
容许应力(MPa)

1
细粒式沥青混凝土
4
1400

0.46
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
0.35
3
水泥稳定碎石
？
1400
1400
0.3
4
石灰粉煤灰碎石
25
1500
1500
0.24
5
土基

37.5

按设计弯沉值计算设计层厚度 :
LD= 28.11 (0.01mm)
H( 3 )= 15 cm LS= 27.2 (0.01mm)
由于设计层厚度 H( 3 )=Hmin时 LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求 .
H( 3 )= 15 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 3 )= 15 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 3 )= 15 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)
H( 3 )= 15 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)
H( 3 )= 15 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度 :
H( 3 )= 15 cm(仅考虑弯沉)
H( 3 )= 15 cm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度 路面最小防冻厚度 55 cm
验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 5 cm ,
程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足 .
经过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面
最下层以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构
设计结果如下:
-------------------------------------------------
细粒式沥青混凝土 4 cm
-------------------------------------------- ----
中粒式沥青混凝土 6 cm
---------- ----------
水泥稳定碎石 25 cm
-------------------------------------------------
石灰粉煤灰碎石 20 cm
-------------------------------------------------
土基
（2）竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公 路 等 级 : 二级公路
新建路面的层数 : 4
标 准 轴 载 : BZZ-100
材料名称
20℃抗压模量（MPa）
15℃弯拉模量（Mpa）
15℃弯拉强度（Mpa）
计算信息
细粒沥青混凝土
1400

1.2
计算应力
中粒沥青混凝土
1200
1600
1.0
计算应力
水泥稳定碎石
1400
1400
0.8
计算应力
石灰粉煤灰碎石
1500
1500
0.6
计算应力
土基

37.5

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :
第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 24 (0.01mm)
第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.6 (0.01mm)
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31 (0.01mm)
第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 91.1 (0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 310.8 (0.01mm) LS= 248.4 (0.01mm)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.216 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.073 (MPa)
第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )= 0.042 (MPa)
第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.176 (MPa)
方案二的结构厚度计算

层位
结 构 层 材 料 名 称
厚度(cm)
抗压模量(MPa)
(20℃)
抗压模量(MPa)
(15℃)
容许应力(MPa)

1
中粒式沥青玛蹄脂碎石
4
1400

0.38
2
粗粒式沥青玛蹄脂碎石
5
1200
1600
0.3
3
水泥稳定碎石
25
1500
1500
0.3
4
石灰土
？
550
550
0.1
5
土基

37.5

按设计弯沉值计算设计层厚度 :
LD= 28.11 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 30.2 (0.01mm)
H( 4 )= 25 cm LS= 27.4 (0.01mm)
H( 4 )= 23.7 cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 4 )= 23.7 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 23.7 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 23.7 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 23.7 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度 :
H( 4 )= 23.7 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 23.7 cm(同时考虑弯沉和拉应力)
验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 55 cm
验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .
经过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:

中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 cm
-----------------------------------------------------
粗粒式沥青玛蹄脂碎石 5 cm
-----------------------------------------------------
水泥稳定碎石 25 cm
-----------------------------------------------------
石灰土 24 cm
-----------------------------------------------------
土基

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :

材料名称
20℃抗压模量（MPa）
15℃弯拉模量（Mpa）
15℃弯拉强度（Mpa）
计算信息
中粒式沥青玛蹄脂碎石
1400

038
计算应力
粗粒式沥青玛蹄脂碎石
1200
1600
0.3
计算应力
水泥稳定碎石
1500
1500
0.3
计算应力
石灰土
550
550
0.1
计算应力
土基

37.5

第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.9 (0.01mm)
第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.2 (0.01mm)
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.7 (0.01mm)
第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 114 (0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 310.8 (0.01mm) LS= 248.4 (0.01mm)
计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :
第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.241 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.098 (MPa)
第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )= 0.143 (MPa)
第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.088 (MPa)
(5)方案比选
经分析，A方案路面结构造价低于B方案。同时考虑长期使用效能及本公路的交通状况，故采用A方案。