路面计算

沥青路面结构设计与计算书

1 工程简介

本路段大蒲柴河至东清段二级公路.K0+000～K3+500，全线设计时速为80km/h的二级公路，路面采用80km/h的二级公路标准。路基宽度为12m，行车道宽度为2×3.75m，路肩宽度为2×1.5m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12年。路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示；根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：路面的面层采用5cm厚中粒式沥青混凝土和7cm厚粗粒式沥青混凝土，基层采用20cm厚二灰碎石，底基层采用石灰土。 2 土基回弹模量的确定

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 D50-2004）》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）交通量年增长率：5% 设计年限：12年 （2）初始年交通量如下表：

前轴重后轴重后轴轮组后轴距日交通量车型 后轴数 （kN） （kN） 数 （m） （辆/d） 解放 CA10B 19.4 60.85 1 双 515 黄河 JN150 尼桑CK20L 交通 SH141 太脱拉 138 东风EQ140 南阳351 49 49.85 25.55 51.4 23.7 48.7 101.6 100 55.1 80 69.2 97.3 1 1 1 2 1 1 双 双 双 双 双 双 1.32 147 225 105 20 20 25 。

4 设计任务

4.1 沥青路面结构组合设计

1

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所示。

标准轴载 BZZ－100 标准轴载 BZZ－100 标准轴载100 单轮传压面当量圆半径δ（cm） 10.65 P(KN) 轮胎接地压0.7 两轮中心距（cm） 3.0δ 强P(Mpa） 5.1.1 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 5.1.1.1 轴载换算

轴载换算采用如下的计算公式：

?Pi?N??C1C2ni???P?i?1k4.35，c1?1?1.2??m?1??1，计算结果如下表所示。

轴载换算结果表（弯沉） 车型 解放 CA10B 黄河 JN150 尼桑CK20L 交通 SH141 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 pi(KN) C1 C2 ni?次/日? 19.4 60.85 49 101.6 49.85 100 25.55 55.1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 2

?p?C1C2ni?i??100?4.35?次/日? 515 515 147 147 225 225 105 105 — 59.3 42.3 157.5 69.7 225.0 1.8 7.9

太脱拉 138 东风EQ140 南阳351 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 51.4 80 23.7 69.2 48.7 97.3 k1 2.2 1 1 1 1 4.356.4 1 6.4 1 6.4 1 20 20 20 20 25 25 7.1 16.7 — 4.0 7.0 22．2 620．5 N??i?1?p?C1C2ni?i??100?注：轴载小于25KN的轴载作用不计

5.1.1.2 累计当量轴次

根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取12年，车道系数η=0.7，?=5.0% 累计当量轴次： Ne??1????t?1?365??N???(1?0.05)?12?1?365?620.5?0.70.05??2523465次

5.1.2 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次

5.1.2.1 轴载验算

验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：

kN?'?i?1?P?''C1C2ni?i?

?P?8

3

轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力） 车型 解放 CA10B 黄河 JN150 尼桑CK20L 交通 SH141 太脱拉 138 东风EQ140 南阳351 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 pi(KN) C1 C2 ni?次/日?kN?' 19.4 60.85 49 101.6 49.85 100 25.55 55.1 51.4 80 23.7 69.2 48.7 97.3 k?i?1?P?''C1C2ni?i?（次/日） ?P?81 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 ?P?''C1C2ni?i? ?P?818.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 515 515 147 147 225 225 105 105 20 20 20 20 25 25 — 9.7 — 166.9 — 225 — 0.9 1.8 10.1 — 1.1 — 20.1 435.6 N?'?i?1注：轴载小于50KN的轴载作用不计

5.1.2.2 累计当量轴次

参数取值同上，设计年限为12年，车道系数取0.7，则累计当量轴次为：

4

Ne???1????t?1?365??N????(1?0.05)?12?1?365?435.6?0.70.05??1771509次

5.2 路面结构层设计与材料选取

由上面计算得到设计年限内一个行车道上的累计当量轴次。根据《路基路面工程》在干燥和中湿路段，路面拟定采用以下结构： 面 层：中粒式沥青混凝土（厚度5cm）；

粗粒式沥青混凝土（厚度7cm）；

基 层：水泥稳定碎石（20cm）； 底基层：石灰粉煤灰土（厚度待定）。 5.3 土基回弹模量的确定

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 设计指标的确定

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：

ld?600Ne?0.2AcAsAb?600?2523465?0.2?1.1?1.0?1.0?34.61(0.01mm)

5.4.2 各层材料的容许层底拉应力

各层材料的劈裂强度：中粒式密集配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密集配沥青混凝土为0.8MPa，水泥稳定碎石为0.5MPa，石灰粉煤灰土为0.25MPa

对于中粒式密集配沥青混凝土层 Ks?0.09Ne?r??sp0.22/Ac?0.09?2523465?0.4770.22/1.1?2.096

Ks?1.02.0960.22 MPa

0.22对于粗粒式密集配沥青混凝土层 Ks?0.09Ne

/Ac?0.09?25234655

/1.1?2.096

?r??spKs?0.82.096?0.382 MPa

对于水泥稳定碎石 Ks?0.35Ne ?r??sp0.11/Ac?0.35?1771509?0.3230.11/1.1?1.549

Ks?0.51.5480.11 MPa

0.11对于石灰粉煤灰土 Ks?0.45Ne ?r??sp/Ac?0.45?1771509?0.126/1.1?1.991

Ks?0.251.991 MPa

5.5 设计资料汇总

设计弯沉值为30.45（0.01mm），相关设计资料汇总如下表：

路面设计的结构参数（干燥） h 抗压模量 抗压模量 容许拉应力 材料名称 (cm) 20℃ 15℃ （MPa） 0.477 中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 石灰粉煤灰土 土基 7 20 ？ — 1000 1500 750 39 6

劈裂强度 （MPa） 1.0 0.8 0.5 0.25 — 1400 1500 750 39 0.382 0.323 0.126 —

材料名称 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 二灰碎石 石灰土 土基 h (cm) 5 7 20 ？ — 路面设计的结构参数（中湿） 抗压模量 抗压模量 容许拉应力 20℃ 15℃ （MPa） 0.477 1200 1800 1000 1500 750 34.5 1400 1500 750 34.5 0.382 0.323 0.126 — 劈裂强度 （MPa） 1.0 0.8 0.5 0.25 — 6 沥青路面结构层厚度计算 （干燥路段） （0.01mm) 6.1 确定理论弯沉系数?c，其中lS?ld?34.61?lS?F?1.63???2000??0.38?E0??????p?0.3634.61???1.63????2000?10.65?0.38?39????0.7?0.36?0.604

又因

lS?10002p?E1?cF??c?lSE12000p?F?34.61?12002000?0.7?10.65?0.604?4.612

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。

δ δ δ A 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

δ δ p E1=1200MPa E2=1000MPa E3=1500MPa E4=750MPa E0=39MPa

路表弯沉值计算图式

7 r A

???h1?5cm,E1?1200MPah2?7cm,E2?1000MPa????‘ h3?20cm,E3?1500MPa???H??cm,E2?1000MPa??E?E0?39MPah4?？cm,E4?750MPa???n?E0?39MPa?h1?5cm,E1?1200MPa

多层体系换算图式

（注：此时取20℃是材料的模量值）

查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为?c??K1K2,所以K2?E0E2391000E2E110001200h510.65?c?K1。

由于

??0.039

??0.833

???0.469

?K1?1.20?c4.612K???0.591 查诺漠图得? 则2?K16.5?1.20???6.5查诺漠图得

H??4.6 则H?4.6?10.65?48.99cmn?1

E4Ex由弯沉等效换算得：H??K?2hK2.4E4E2?h22.4?h3?h42.4，则

8

48.99?7?20?2.415001000?hx?2.47501000

hx?21 取hx?22cm

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

0

7.1.1换算成当量三层体系（此时采用15C时各材料的模量）

???h1?5cm,E1?1800MPah2?7cm,E2?1400MPa???? h3?20cm,E3?1500MPa???H??cm,E2?1400MPa??E?E0?34.5MPah4?22cm,E4?750MPa???n?E0?34.5MPa?h1?5cm,E1?1800MPan?1

H??k?i?1hk0.9EkEi?1E4E2

H?h20.9E2E2?h30.9E3E2?h40.9?7?20?0.915001400?22?0.97501400?39.58cm

h510.65HEE140039?3.716，2??0.778,0??0.02810.65E11800E2140039.58此时，???0.469,??；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

9

.

7.2对粗粒式水泥混凝土进行层底拉应力验算

0

7.2.1换算成当量三层体系（此时采用15C时各材料的模量）

???H??,E1?1400MPah2?7cm,E2?1400MPa???? h3?20cm,E3?1500MPa???h??,E2?1500MPa??E?E0?39MPah4?22cm,E4?750MPa???n?E0?39MPa?h1?5cm,E1?1800MPai

h??K?1hK4EKEi?h14E1E2?h2?5?418001400?7?12.32cm

n?1H???hk0.9EkEi?1?h30.9hE3Ei?1??h40.9E4Ei?1?20?22?0.97501500?30.18cmK?i?1此时，H30.1810.65??2.834,12.32?EE150039?1.157，2??1.071,0??0.02610.65E11400E21500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（此时采用150C时各材料的模）

10

???h??,E1?1500MPah2?7cm,E2?1400MPa???? h3?20cm,E3?1500MPa???H?22cm,E2?750MPa??h4?22cm,E3?750MPa?E?E0?39MPa??n?E0?39MPa?h1?5cm,E1?1800MPai

h?n?1?K?1hK4EKEi?h14E1E3?h24E2E3?h3?5?418001500?7?414001500?20?32.11cm

H??hk0.9EkEi?1?22?0.9750750?22cm

K?i?17.3.2 求层底最大拉应力: ?m?p??m

由h???32.1110.6532.1110.652210.65?3.015,?3.015,E2E1E2E1E2E1??750150075015007501500?0.500查诺谟图得??0.11?0.500,E0E2E0E2??3975039750?0.052查图得m1?1.37?0.052查图得m2?1.09?h由?H 由??2.066,??0.500,?m???m1?m2?m?p??m?0.7?0.11?1.37?1.09?0.115MPa?0.323MPa，满足要求。7.4.对于石灰粉煤灰土层 三层体系如图所示

11

ih??hEKE1E2K414?5?41800K?1E?hiE?h243E?h331500?7x414001500?20?32.11cm

H?22cm

h32.11??10.65?3.015 H?22?10.65?2.066

E0?0.052

E2E?39E?750

275011500?0.500查中层底面弯拉应力系数诺谟图得

n1?1.11n2?0.40??0.38

则??p?n1n2?0.7?0.38?1.11?0.40?0.118??R?0.126MPa 符合要求7.最小防冻厚度验算

根据《规范》干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。

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?c，其中lS?ld?34.61（0.01mm) 0.380.360.38F?1.63??lS???0.362000???E?1.63???0.578

???0???34.61??p???2000?10.65???34.5??0.7??又因

12

h＝? E1＝1500MPa H＝22cm

E2＝750MPa E0＝39MPa

lS?10002p?E1?cF??c?lSE12000p?F?34.61?12002000?0.7?10.65?0.578?4.819

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。

δ δ δ A 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

δ δ p E1=1200MPa E2=1000MPa E3=1500MPa E4=750MPa E0=34.5MPa

路表弯沉值计算图式

???h1?5cm,E1?1200MPah2?7cm,E2?1000MPa????‘ h3?20cm,E3?1500MPa???H??cm,E2?1000MPa??E?E0?34.5MPah4?？cm,E4?750MPa???n?E0?34.5MPa?h1?5cm,E1?1200MPar A

多层体系换算图式

（注：此时取20℃是材料的模量值）

查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为?c??K1K2,所以K2??c?K1。

13

由于

E0E2?34.51000?0.0345

E2E1?10001200?0.833

h??510.65?0.469

?K1?1.40?4.819查诺漠图得? 则K2?c??0.530

?K6.5?1.40??6.5?1查诺漠图得

H??4.8 则H?4.8?10.65?51.12cmn?1

E4Ex由弯沉等效换算得：H?15001000?K?2hK2.4E4E2?h2?h3?h42.4，则

51.12?7?20?2.4?hx?2.47501000

hx?23.04 取hx?24cm

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（此时采用150C时各材料的模量）

???h1?5cm,E1?1800MPah2?7cm,E2?1400MPa???? h3?20cm,E3?1500MPa???H??cm,E2?1400MPa??E?E0?34.5MPah4?24cm,E4?750MPa???n?E0?34.5MPa?h1?5cm,E1?1800MPa

14

n?1 H??k?i?1hk0.9EkEi?1E4E2

H?h20.9E2E2?h30.9E3E2?h40.9?7?20?0.915001400?24?0.97501400?40.59cm

h510.65HEE140034.5?3.811，2??0.778,0??0.02510.65E11800E2140040.59此时，???0.469,??；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

0

7.2.1换算成当量三层体系（此时采用15C时各材料的模量）

???H??,E1?1400MPah2?7cm,E2?1400MPa???? h3?20cm,E3?1500MPa???h??,E2?1500MPa??E?E0?34.5MPah4?24cm,E4?750MPa???n?E0?34.5MPa?h1?5cm,E1?1800MPai

h??K?1hK4EKEi?h14E1E2?h2?5?418001400?7?12.32cm

15

n?1H???hk0.9EkEi?1?h30.9hE3Ei?1??h40.9E4Ei?1?20?24?0.97501500?31.11cmK?i?1此时，H31.1110.65??2.921,12.32?EE150034.5?1.157，2??1.071,0??0.02310.65E11400E21500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（此时采用150C时各材料的模）

???h??,E1?1500MPah2?7cm,E2?1400MPa???? h3?20cm,E3?1500MPa???H?24cm,E2?750MPa??h4?24cm,E3?750MPa?E?E0?34.5MPa??n?E0?34.5MPa?h1?5cm,E1?1800MPai

h?n?1?K?1hK4EKEi?h14E1E3?h24E2E3?h3?5?418001500?7?414001500?20?32.11cm

H??hk0.9EkEi?1?24?0.9750750?24cm

K?i?17.3.2 求层底最大拉应力: ?m?p??m

16

由h11??32.10.65?3.015,E2E?75011500?0.500查诺谟图得??0.11由h??32.1110.65?3.015,E2E?750?0.046查图得m1?1.37511500?0.500,E0E?34.52750 由H??24?2.254,E2?750?0.500,E034.510.65E11500E?2750?0.046查图得m2?0.88?m???m1?m2?m?p??m?0.7?0.11?1.375??0.093MPa?0.323MPa，满足要求。7.4.对于石灰粉煤灰土层 三层体系如图所示

ih??hEE1E2K4KE?h14E?h24443E?h3?5?1800?32.11cmK?1i31500?7?14001500?20

H?24cm

h32.11??10.65?3.015 H??2410.65?2.254

E0E2E?34.50.052

2750?E?750?0.500

11500查中层底面弯拉应力系数诺谟图得

n1?1.10n2?0.38??0.37

则??p?n1n2?0.7?0.38?1.11?0.40?0.108??R?0.126MPa 符合要求17

h＝? E1＝1500MPa H＝22cm

E2＝750MPa E0＝34.5MPa

7.最小防冻厚度验算

该路段路面结构总厚度为H＝5+7+20+24＝56cm。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。

18

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