沥青路面设计示例

4.1沥青路面设计沥青路面结构设计采用两种结构，一种为半刚性基层的沥青路面结构，另一种为柔性基层的沥青混凝土路面结构。两种路面结构的面层采用SMA表面层。4.1.1半刚性基层的沥青路面结构计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为5.5%，该地段处于Ⅳ5区，为粘质土，稠度取1.05。表4-1第一年的交通预测组成表序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数交通量（次/日）1解放CA5028.768.21双轮组13502北京BJ13013.5527.21双轮组24003东风EQ14023.769.21双轮组11004黄河JN15049101.61双轮组5005日野KB22250.2104.31双轮组1400一.轴载分析1）.路面设计以双轮组-单轴载为100KN为标准轴载，以BZZ—100表示。标准轴载的计算参数按表（3.0.3）确定。表4-2标准轴载计算参数标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100标准轴载P(KN)100单轮传压面当量圆直径d(cm)21.3轮胎接地压强p(Mpa)0.70两轮中心距（cm）1.5d1.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（包括车辆的前、后轴）1P的作用次数1n，均按公式（3.0.3-1）换算成标准轴载P的当量作用次数0N。4.35k121N=iiipccnp式中：N------标准轴载的当量轴次，次/日；in------被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；p--------标准轴载，KN;ip-----被换算车辆的各级轴载，KN;k-------被换算车辆的类型数；1c------轴载系数；2c------轮组系数；①计算结果如下表表4-3当量轴次计算车型ip（KN）1c2cin`4.3512iipccnp解放CA50前轴28.716.4135037.87后轴68.2111350255.44北京BJ130后轴27.21124008.3东风EQ140后轴69.2111100223.1黄河JN150前轴4916.4500144后轴101.611500535.7日野KB222前轴50.216.41400447.36后轴104.31114001681.44.35121kiiipNccnp3347注：轴载小于25KN的轴载作用不计。②累计当量轴次根据《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97.查表3.0.2得一级公路沥青混凝土路面设计年限取15年。查表3.0.4-1得四车道系数是0.4-0.5，取0.4。累计当量轴次：设计时按公式（3.0.4-1）111365teNN15710.05513650.433470.0551.09502610次式中：eN-------设计年限内的累计当量轴次，次；---------设计年限内交通量的年平均增长率；1N-------设计的初期年平均交通量；---------轮迹横向分布系数。2.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（包括车辆的前、后轴）1P的作用次数1n，均按公式（3.0.3-3）换算成标准轴载P的当量作用次数'0N。8k'''121N=iiipccnp③计算结果如下表表4-4当量轴次计算车型ip（KN）'1c'2cin`8''12iipccnp解放CA50后轴68.211135063.18东风EQ140后轴69.211110057.842黄河JN150后轴101.611500567.7日野KB222前轴50.216.4140036.14后轴104.31114001960.78k'''121N=iiipccnp2786注：轴载小于50KN的轴载作用不计④累计当量轴次根据《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97.查表3.0.2得一级公路沥青混凝土路面设计年限取15年。查表3.0.4-1得四车道系数是0.4-0.5，取0.4。累计当量轴次：设计时按公式（3.0.4-1）111365teNN1510.05513650.427860.0559114858次二.路面结构计算1.路面结构方案拟定及材料选择由上述计算得到设计年限内一个车道上的累计标准轴载约1000万次左右。根据规范拟定二个路面结构方案并进行比选。方案一，路面结构采用沥青混凝土15cm（其中，SMA-16沥青玛蹄脂表面层4cm,AC-20Ⅰ中粒式混凝土中面层5cm，AC-25Ⅰ粗粒式沥青混凝土底面层6cm）基层采用5%的水泥稳定碎石，厚度待定，垫层采用石灰稳定土15cm.方案二.路面结构采用沥青混凝土10cm（其中，SMA-16沥青玛蹄脂表面层4cm,AC-20Ⅰ中粒式混凝土中面层6cm）沥青稳定碎石基层16cm，底基层采用5%的水泥稳定碎石，厚度待定。方案一方案二.2.各层材料的抗压模量与劈裂强度确定查附录表D1、表D2得各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20C的模量，各值均取规范中所给定范围的中值，因而得到20C的抗压模量，见下表。表4-5材料参数抗压模量劈裂强度SMA-1614001.4AC-2012001.0Ac-2510001.1水泥稳定碎石15000.5石灰土3500.2253.土基回弹模量的确定该地段处于Ⅳ5区为粘土，稠度为1.05查表E2的二级自然区划各土基回弹模量参考值Mpa取为40Mpa.4.设计指标的确定①对于一级公路规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力验算。该公路为一级公路，公路等级系数cA取1.0，沥青混凝土面层，面层类型系数sA取1.0，对半刚性基层、底基层的总厚度等于或大于20cm时bA取1.0。路面设计弯沉值采用公式（7.0.2）计算确定0.2600decsblNAAA0.2600109502601.01.01.023.5(0.01)mm式中：dl-------路面设计弯沉值，0.01mm；②各层材料容许底层拉应力，按公式（7.0.3-1）计算mRspRsK对沥青混凝土面层：0.220.09/saecKANA式中：cA--沥青混凝土级配类型系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土为1.1；对无机结合料稳定集料类：0.110.35/secKNA式中：sK-------抗拉强度结构系数；对无机结合料细粒式类：0.110.45/secKNASMA-16沥青玛蹄脂：0.220.091.010950260/1.03.184sK1.4/3.1840.44RMPa式中：R------路面结构材料的容许拉应力，Mpa；AC-20密级配中粒式沥青混凝土：0.220.091.010950260/1.03.1841.0/3.1840.31sRKMPaAC-25密级配粗粒式沥青混凝土：0.220.091.110950260/1.03.500.8/3.500.23sRKMPa水泥稳定碎石：0.110.359114858/1.03.040.5/3.040.25sRKMPa石灰土：0.110.459114858/1.03.9090.225/3.9090.09sRKMPa③计算资料汇总设计弯沉值dl为23.5（0.01mm）。相关设计资料汇总如下表表4-6设计资料汇总材料名称H/(cm)20c模量（Mpa）容许拉应力（Mpa）SMA-16414000.44AC-20512000.31AC-25610000.23水泥稳定碎石？15000.25石灰土153500.09土基---40----5.路面结构厚度计算①路面结构计算体系及公式表4-7路面结构计算路面结构层（n=6）换算三层体系换算公式表面层1h1E中面层2h2E底面层3h3E基层4h4E垫层5h5E1h1EH2E0E112.4232nkkkhhEHhhE土基0E②综合修正系数FF按公式（7.0.5-3）计算0.360.3801.632000slEFp令sdll，2d21.3/210.65，0.70p式中：sl-------路面实测弯沉值，0.01mm；0E-----土基回弹模量；p、----标准车辆轮胎接地压强（Mpa）和当量圆半径：0.380.3623.5401.630.528200010.650.70F③理论弯沉系数1323.51400/4.19520.7021.3100.526dlslEFpF式中：④求H由2112000.861400EE，4/0.37610.65h查得三层体系表面弯沉系数诺模图，得：6.4又由02400.0331200EE，4/0.37610.65h查得三层体系表面弯沉系数诺模图，得：11.34K则214.1950.48926.41.34lKK；查三层体系表面弯沉系数诺模图/5.4H，则5.410.6557.51Hcm⑤确定水泥稳定碎石厚度4h352.42.423522442.42EEHhhhEEhEE57.5155.56110.83734.61.097取435hcm6.层底拉应力验算：将六层体系路面结构换算成三层体系，按弯拉应力等效原理进行换算，见表4-8。中粒式沥青玛蹄脂碎石SMA-16:14hhcm0.90.90.91000150035056351558.5632120012001200H由2112000.861400EE，4/0.37610.65h查得三层体系上层层底面拉应力系数诺模图，得：为负值，结构层受压。同理，AC-20,AC-25沥青混凝土均受压。水泥稳定碎石：表4-8层底拉应力验算路面结构层（n=6）验算层换算三层体系换算公式表面层1h1E中面层2h2E底面层3h3E基层4h4E垫层5h5E土基0E上层底面（第i层in-1)hiEH1iE0E4110.912ikkkinkkkinEhhEEHhE中层底面（I=n-1）h2nEH1nE0E2412nkkknEhhE4441400120010004563549.0819150015001500h15H由213500.2331500EE，49.0819/4.608610.65h02400.1143350EE，15/1.408510.65H查得三层体系上层层底面拉应力系数诺模图，得：120.18,1.18,1.2mm120.700.181.181.20.17840.25pmmMPaMPa石灰土：h=49.0819cm15Hcm由213500.2331500EE，49.0819/4.608610.65h02400.1143350EE，15/1.408510.65H查得三层体系上层层底面拉应力系数诺模图，得：120.38,1.03,0.23nn120.700.381.030.230.0630.09pnnMPaMPa故：上述计算满足设计要求。计算机软件计算结果附后。***************************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)后轴数后轴轮组数交通量（次/日）1黄河JN15049101.61双轮组5002日野KB22250.2104.31双轮组14003解放CA5028.768.21双轮组13504东风EQ14023.769.21双轮组11005北京BJ13013.5527.21双轮组2400设计年限15车道系数0.4交通