沥青公路设计.docx

沥青路面设计
一、 交通调查与分析
1、 交通资料
车型
数量（辆／日）
车型
数量（辆／日）
东风SP9135B
300
风东KM340
531
五十铃NPR595G
350
黄河JN163
368
江淮HF140A
400
五十铃EXR181L
530
江淮HF150
406
三菱FR415
200
根据交通调查，进行综合分析，交通调查资料为2003年，设计计算年限的起算年为2007年，预测其交通增长率在前五年为10 ％、之后取8％。对水泥混凝土全设计年限内均采用5%。
2、 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载P1的作用次数n1应按下述公式换算成标准轴载P的当量作用次数N。
轴载换算
轴载换算采用如下公式：
式中：N——标准轴载的当量轴次，次/日
——被换算车型的各级轴载作用次数，次/日
——标准轴载，
——被换算车型的各级轴载，
——轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时的轴数系数为m;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：

——轴数；
——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。
3、 当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载P1的作用次数n1应按下述公式换算成标准轴载P的当量作用次数N’。
轴载换算
轴载换算采用如下公式：
式中： ——轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时的轴数系数为m;当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：

——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。
4、 轴载换算分析
车型
后轴组数
后轴数
后轴距
车型
后轴组数
后轴数
后轴距
东风SP9135B
2
2
4
东风KM340
2
1
0
五十铃NPR595G
2
1
0
黄河JN163
2
1
0
江淮HF140A
2
1
0
五十铃EXR181
2
3
4
江淮HF150
2
1
0
三菱FR415
2
1
0

5、 轴载分析
路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载
以设计弯沉值为指标及验算沥青层层地拉应力中累计当量轴次。
车型
轴位

东风SP9135B
前轴
20.1
1
6.4
440
0
后轴
72.6
2
1
440
218.6
五十铃NPR595G
前轴
23.5
1
6.4
513
0
后轴
44.0
1
1
513
14.4
江淮HF140A
前轴
18.9
1
6.4
586
0
后轴
41.8
1
1
586
13.2
江淮HF150
前轴
45.1
1
6.4
595
119.2
后轴
101.5
1
1
595
634.8
东风KM340
前轴
24.6
1
6.4
777
0
后轴
67.8
1
1
777
143.3
黄河JN163
前轴
58.6
1
6.4
539
337.4
后轴
114.0
1
1
539
953.1
五十铃EXR181
前轴
60.0
1
6.4
776
538.3
后轴
100.0
3
1
776
2328
三菱FR415
前轴
30.0
1
6.4
293
10
后轴
51.0
1
1
293
15.7
累计换算轴次N
=5326次/日 =N0.50.5=1332 次/日
= =1465次/日
累积当量轴次。
根据设计规范，一级公路的沥青路面设计年限为15年，车道系数。交通调查资料为2003年，设计年限的起算年为2007·， 2009年以前，交通量年增长率为10%，以后为8%。
设计年限内一个车道的累积当量轴次为：

=5630365次
验算半刚性基层层底拉应力中累计当量轴次。

车型
轴位

东风SP9135B
前轴
20.1
1
18.5
440
0
后轴
72.6
2
1
440
67.9
五十铃NPR595G
前轴
23.5
1
18.5
513
0
后轴
44.0
1
1
513
0
江淮HF140A
前轴
18.9
1
18.5
586
0
后轴
41.8
1
1
586
0
江淮HF150
前轴
45.1
1
18.5
595
0
后轴
101.5
1
1
595
670.3
东风KM340
前轴
24.6
1
18.5
777
0
后轴
67.8
1
1
777
34.7
黄河JN163
前轴
58.6
1
18.5
539
138.7
后轴
114.0
1
1
539
1537.5
五十铃EXR181
前轴
60.0
1
18.5
776
241.1
后轴
100.0
3
1
776
2328
三菱FR415
前轴
30.0

1
18.5
293
0
后轴
51.0
1
1
293
1.3
==5019次/日 =0.50.5=1255次/日
==1380次/日
累积当量轴次。
根据设计规范，高速设计年限15年，四车道的折减系数为0.4—0.5，取0.45.
设计年限内一个车道的累积当量轴次为：

=5305336次
规范规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。查规范中的第四节沥青路面的4.2高级路面中的表4.2.1“沥青混合料类型的选择（方孔筛）”，采用三层沥青面层，表面层采用抗滑表层（厚度为4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下面层采用粗粒式密集配沥青混凝土（9cm）.各层材料的抗压模量与劈裂强度。
抗压模量取20度的模量，各值均取规范给定的中值，细粒式沥青混凝土为1400MPa,中粒式沥青混凝土为1200MPa，粗粒式沥青混凝土为1000MPa,水泥碎石为1500MPa，石灰土为550MPa，各层材料的劈裂强度：细粒式为14MPa,中粒式为1.0，粗粒式为0.8MPa，水泥稳定碎石为0.5MPa，石灰土为0.225MPa.
土基回弹模量
该路段处于II区为粉质土，稠度0.80，二级自然区划各土组土基回弹模量为33.5MPa
设计指标的确定。
①设计弯沉值：该公路为高速公路、公路等级系数为1.0面层是沥青混凝土面层系数为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.
②设计弯沉值：
③各层材料的容许层底拉应力为
细粒式密集配沥青混凝土： =0.091.0/1.0=2.71
=1.4/2.71=0.5166MPa
中粒式密集配沥青混凝土=0.091.0/1.0=2.71
=1.0/2.71=0.3690MPa
粗粒式密集配沥青混凝土：=0.091.1/1.0=2.99
=0.8/2.995=0.2676MPa
水泥碎石： =0.35/1.0=1.92
=0.5/1.92=0.2604MPa

石灰土： =0.45/1.0=2.47
=0.225/2.47=0.0910MPa
设计资料总结：
设计弯沉值为19.87（0.01mm）相关设计资料如下表所示：
材料名称
h/cm
15度模量
20度模量
劈裂强度/MPa
容许拉应力/MPa
细粒式沥青混凝土
3
1800
1400
1.4
0.5166
中粒式沥青混凝土
6
1600
1200
1.0
0.3690
粗粒式沥青混凝土
9
1200
1000
0.8
0.2676
水泥碎石
18

1500
0.5
0.2604
石灰土
18

550
0.225
0.0910
土基

425
—

（7）确定石灰土的土层厚度
通过计算机设计计算得到石灰土的厚度为 实际路面结构的路表实测弯沉值为26.49（0.01mm）沥青面层的层底的均受压应力，水泥碎石层底的是大拉应力为-0.026＜0.2203MPa
石灰土层底最大拉应力为0.0111MPa＜0.0751MPa。
上述设计结果满足设计要求。

**************************
*新建路面设计成果文件汇总*
*************

轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量
1 东风SP9135B 20.1 72.6 2 双轮组 >3 300
2 五十铃NPR595 23.5 44 1 双轮组 350
3 江淮HF140A 18.9 41.8 1 双轮组 400
4 江淮HF150 45.1 101.5 1 双轮组 406
5 东风KM340 24.6 67.8 1 双轮组 531
6 黄河JN163 58.6 114 1 双轮组 368
7 五十铃EXR181 60 100 3 双轮组 >3 530
8 三菱FR415 30 51 1 双轮组 200

设计年限 15 车道系数 .4

序号 分段时间(年) 交通量年增长率
1 5 10 ％
2 10 8 ％

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3652
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.546878E+07

当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3442
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.457929E+07

公路等级 高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa)
1 细粒式沥青混凝土 1.4 .41
2 中粒式沥青混凝土 1 .29
3 粗粒式沥青混凝土 .8 .21
4 石灰粉煤灰碎石 .6 .28
5 石灰土 .25 .09
6 天然砂砾

新建路面结构厚度计算
公 路 等 级 : 高速公路
新建路面的层数 : 6
标 准 轴 载 : BZZ-100
路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm)
路面设计层层位 : 4
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) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 .41
2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 .29
3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 .21
4 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 .28
5 石灰土 25 550 550 .09
6 天然砂砾 15 150 150
7 土基 36

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 21.9 (0.01mm)
H( 4 )= 25 cm LS= 23.7 (0.01mm)
H( 4 )= 30 cm LS= 21.3 (0.01mm)

H( 4 )= 28.8 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 4 )= 28.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 28.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 28.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 28.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 28.8 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度 :
H( 4 )= 28.8 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 28.8 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 80 cm

验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .

通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下:

---------------------------------------
细粒式沥青混凝土 3 cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土 4 cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 6 cm
---------------------------------------
石灰粉煤灰碎石 29 cm
-
石灰土 25 cm
---------------------------------------
天然砂砾 15 cm
---------------------------------------
土基

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公 路 等 级 高速公路
新建路面的层数 : 6
标 准 轴 载 : BZZ-100

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力
2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1600 计算应力
3 粗粒式沥青混凝土 6 900 1200 计算应力
4 石灰粉煤灰碎石 29 1500 1500 计算应力
5 石灰土 25 550 550 计算应力
6 天然砂砾 15 150 150 不算应力
7 土基 36

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= 21.7 (0.01mm)
第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.1 (0.01mm)
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25 (0.01mm)
第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.9 (0.01mm)
第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 83.4 (0.01mm)
第 6 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 287.2 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS= 258.8 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

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 )=-.233 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.101 (MPa)
第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.056 (MPa)
第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .105 (MPa)
第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .054 (MPa)

**************************
*新建路面设计成果文件汇总*
**************************

轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量
1 东风SP9135B 20.1 72.6 2 双轮组 >3 300
2 五十铃NPR595 23.5 44 1 双轮组 350
3 江淮HF140A 18.9 41.8 1 双轮组 400
4 江淮HF150 45.1 101.5 1 双轮组 406
5 东风KM340 24.6 67.8 1 双轮组 531
6 黄河JN163 58.6 114 1 双轮组 368
7 五十铃EXR181 60 100 3 双轮组 >3 530
8 三菱FR415 30 51 1 双轮组 200

设计年限 15 车道系数 .4

序号 分段时间(年) 交通量年增长率
1 5 10 ％
2 10 8 ％

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3652
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.546878E+07

当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3442
设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.457929E+07

公路等级 高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa)
1 细粒式沥青混凝土 1.4 .41
2 中粒式沥青混凝土 1 .29
3 粗粒式沥青混凝土 .8 .21
4 石灰粉煤灰碎石 .6 .28
5 石灰土 .25 .09

新建路面结构厚度计算
公 路 等 级 : 高速公路
新建路面的层数 : 5
标 准 轴 载 : BZZ-100
路面设计弯沉值 : 21.9 (0.01mm)
路面设计层层位 : 4
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) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .41
2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 .29
3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 .21
4 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 .28
5 石灰土 25 550 550 .09
6 土基 36

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 21.9 (0.01mm)
H( 4 )= 25 cm LS= 24.2 (0.01mm)
H( 4 )= 30 cm LS= 21.7 (0.01mm)

H( 4 )= 29.6 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 4 )= 29.6 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 29.6 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 29.6 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 29.6 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 29.6 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度 :
H( 4 )= 29.6 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 29.6 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 80 cm

验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 8.4 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 .

通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, 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 5 cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土 8 cm
---------------------------------------
石灰粉煤灰碎石 30 cm
---------------------------------------
石灰土 33 cm
---------------------------------------
土基

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公 路 等 级 : 高速公路
新建路面的层数 : 5
标 准 轴 载 : BZZ-100

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息
(20℃) (15℃)
1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应力
2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应力
3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 计算应力
4 石灰粉煤灰碎石 30 1500 1500 计算应力
5 石灰土 33 550 550 计算应力
6 土基 36

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= 19.5 (0.01mm)
第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21 (0.01mm)
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23 (0.01mm)
第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 26.3 (0.01mm)
第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 79.9 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)
LS= 258.8 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

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 )=-.185 (MPa)
第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.051 (MPa)
第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-.036 (MPa)
第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .087 (MPa)
第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= .051 (MPa)