新建沥青混凝土路面设计（版）范本

1、1 新建沥青混凝土路面设计 1.1 设计资料 1.1.1 工程概况济微公路是济南至济宁微山的一条重要通道,济微路宁阳境路段,近年来交通量迅速增多,车辆超载严重,造成路面大面积破坏,已不能适应日益增长的交通量的需要,制约了沿线地区的经济发展,路面改造势在必行。 1.1.2 路线路线的起点为肥城与长清界,往南经肥城老城、新城、仪阳、安临站、安驾庄,跨汶河进入宁阳境,经伏山、XX县城,到达终点宁阳与汶上界,路线全长73.6公里。 路线所经地区为平原微丘区,地形起伏平缓。全线按二级公路设计,设计速度采用80km/h。 1.1.3 路面及地理特征路面横坡度采用1.5,路肩横坡为1.5%。根据各路段的实际

2、情况,路面结构采用以下形式:对路面破坏严重及纵断面设计后采用路面补强不合要求的路段,采用新建路面结构。该地区多年平均冻深60cm,补强采用沥青混凝土路面,原路面表面伴有较严重的各种裂缝、坑槽、松散等破坏现象；原路面面层结构为:2cm(AC-10)细粒式沥青混凝土4cm(AM-2020粒式沥青碎石；基层为32cm的二灰稳定碎石,底基层为16cm的水泥稳定土,土基为中湿状态。 地理特征:沿线土多为粉质土,地下水位埋藏较深,路槽底面距地下水位的高度均在2.9m以上。沿线有碎石、石灰、水泥供应,并有一火电厂可供粉煤灰。 1.1.4 交通量资料:项目小货车中货车大货车小型客车中型客车大型客车载货挂车20

3、20年测日交通量980790750720280280550采用车型BJ-130CA-10BJN-150BJ-130BJ-130CA-10BJN-150交通量年增长率为5%。预计2020年通车运行。旧路改建交通量资料项目小货车中货车大货车小型客车中型客车大型客车载货挂车2020年测日交通量840810780680300265510采用车型BJ-130CA-10BJN-150BJ-130BJ-130CA-10BJN-1501.1.5 旧路面回弹弯沉值资料:2020年9月份对该公路进行结构评定,用标准车BZZ100实测弯沉值,测定时路表温度为25,统计结果如下:K5 +000 20208 k6+00

4、0 364.8 k7+000 237.6+100 180.2 +100 290.0 +100 254.4+2020 148.8 +2020 189.0 +2020 231.2+300 177.6 +300 160.8 +300 20206+400 198.6 +400 196.8 +400 256.0+500 242.4 +500 242.0 +500 286.6+600 231.8 +600 309.6 +600 271.6+700 22020 +700 343.2 +700 295.2+800 232.8 +800 350.4 +800 235.2+900 289.2 +900 225.6

5、 +900 20208K8+000 302.4 1.2 确定路面等级和面层类型 1.2.1 以设计弯沉为指标及沥青层层底拉应力验算 设计年限内一个车道的累计当量轴次数计算(确定路面等级)。车 型 前轴重( KN ) 后轴重( KN ) 后轴数 辆 / 日 BJ130 13.5527.21 1980CA10B 19.460.851 1070JN15049101.61 1300 (1)轴载换算各级轴载Pi的作用次数ni,匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。根据公路沥青路面设计规范公式 3.1.2-1 式中:标准轴次的当量轴次,次/日； 被换算车型

6、的各级轴载作用次数,次/日； 轴数系数,当轴间距大于3m时,应按单独的一个轴计算,此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时,双轴或多轴的轴数系数按下式计算:C1=1+1.2(m-1) (1.3) m轴数 轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38。标准轴载,KN被换算车型的各级轴载,KNBJ130 CA10B JN150 (2) 设计年限累计当量标准轴载数拟建二级公路,路面的设计年限为12年, 车道系数取=0.5 。年增长率为5%时的计算起算年 (次) Ne=6403827.29(次)4000000(次)故应属于高级路面。1.2.2 以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时 (1)

7、轴载当量换算 各级轴载Pi的作用次数ni,匀应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N BJ130 CA10B JN150 1.2.4 N 和N汇总得下表: 车 型Pi (kn)ni(辆/日)N (次)(次)C1C2C1C2BJ130前轴13.55198016.42.12118.50.004后轴27.2 1980116.8711 0.06CA10B前轴19.40107016.45.46118,50.04后轴60.85107011123.291120201JN150前轴49.00130016.4373.66118.579.93后轴101.601300111392.94111476.02合计-190

8、4.34-1576.16(2) 累计当量轴次 年增长率为5%时的计算起算年 (次) 故该值可用来计算半刚性基层层底的拉应力验算。(3) 结构组合与材料选取 根据规范推荐结构并考虑到公路沿途有大量碎石、砂、石灰、水泥等供应,路面结构面层采用沥青混凝土8cm,本设计采用二层式沥青,表层采用中粒式开级配沥青混凝土,厚度(4cm),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土,厚度(4cm),基层采用水泥稳定碎石2020,底基层采用石灰土。 1.2.3 路面设计弯沉值的计算AC :公路等级系数 二级公路取1.10; AS:面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0:沥青表面处治为1.2；中、低级路面为1.3； Ab基层

9、类型系数,对于半刚性基层为1.0; Ne:设计年限内一个车道上的累计当量轴次数=6403827.29次。1.2.4 路基回弹模量的确定按路基土类与干湿类型,确定该路段土基弹性模量。2.1由原始材料可知:沿线土多为粉质土,地下水位埋藏较深,路槽底面距地下水位的高度均在2.9m以上。地区所在的自然区为II5a,该地区多年平均冻深为60cm。查表的土基的干湿类型为干燥类型。得分界稠度C1.05,取稠度C=1.05.所以查表的土基回弹模量E为44.5mpa。 1.2.5 拟定路面结构方案和材料模量的确定沥青混合料结构层的抗压回弹模量按我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2020)进行试

10、验测定。当以设计弯沉值为设计验算指标时,取标准温度为2020度；当以层底拉应力为设计验算指标时,取标准试验温度为15摄氏度,以适应不同设计控制指标所对应的最不利环境温度。路面结构方案上面已经说明,查路基路面工程课本抗压模量取2020度的模量,各值均取规定范围的中值,因此得到2020度的抗压模量:中粒式密级配沥青混凝土为12020Pa,细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa,水泥稳定碎石为1500MPa,石灰土为550MPa；各层材料的劈裂强度:细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa, 中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa,水泥稳定碎石为0.5MPa,石灰土为0.23MPa。 (1)结构组合与材料

11、的初选定 因为设计年限内一个车道上的累计当量轴次数大于400,所以组合如下: - 面层 沥青混凝土 8 cm - 基层 水泥稳定碎石 2020m - 底基层 石灰土 -拟订路面组合与厚度为 - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 水泥稳定碎石 2020m - 石灰土 ？ cm - (2)各层材料抗压模量与劈裂强度的确定查路基路面工程得到各种材料的抗压模量和劈裂强度,见下表: 材料数值抗压模量/MPa劈裂强度/MPa2015细粒式密级配沥青混凝土140020201.4中粒式密级配沥青混凝土120018001.0水泥稳定碎石150015000.5石灰土5505500.2

12、31.2.6 路面厚度的计算和拉应力验算对于二级公路,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。1） 设计弯沉值= 28.72cm (0.01 mm)2)各层材料的容许层底拉应力为其中, : 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期(MPa) :抗拉强度结构系数 ； Aa:沥青混凝土级配类型系数 细、中粒式沥青混凝土为1.0；粗粒式为1.1 ； Ac :公路等级系数 ,二级公路取1.10； Ne=6403827.29次(用于沥青混凝土面层的计算) ；=5302269.41次(用于半刚性材料的计算)细粒式、中粒式Ks 水泥稳定碎石: 石灰土:带入公式计算其容许拉应力。细粒式沥青混

13、凝土:中粒式沥青混凝土:水泥稳定碎石石灰土1.2.7设计资料总结: 材料数值厚度/cm2020量/MPa15模量/MPa劈裂强度/MPa容许拉应力/MPa细粒式密级配沥青混凝土4140020201.40.54中粒式密级配沥青混凝土4120018001.00.39水泥稳定碎石20150015000.50.29石灰土？5505500.230.1土基-44.5-确定石灰土的厚度 通过计算机设计得到确定石灰土的厚度为32cm,实际路面结构的实测弯沉值为26.3cm(0.01mm)29.7cm,沥青面层的层底均受压应力,水泥稳定碎石层层底的最大拉应力为0.136Mpa0.30Mpa,石灰土层层底的拉应力

14、为0.083Mpa0.23Mpa,上述计算结果均满足设计要求。1.3 技术经济比较并确定采用方案面层仍采用细、中二层沥青混凝土,基层采用水泥稳定碎石取25cm,底基层采用石灰粉煤灰土厚度待定各层材料的抗压模量与劈裂强度:面层不变,水泥稳定碎石层不变,石灰粉煤灰土的2020度的抗压模量为1500MPa,劈裂强度为0.7MPa,土基回弹模量仍取44.5MPa设计弯沉值仍为28.72(0.01mm)各层材料的容许层底拉应力:面层材料不变,二灰土设计资料总结设计弯沉值为28.72(0.01mm)表1.7 设计资料汇总表 材料数值厚度/cm2020量/MPa15模量/MPa劈裂强度/MPa容许拉应力/M

15、Pa细粒式密级配沥青混凝土4140020201.40.54中粒式密级配沥青混凝土4120018001.00.39水泥稳定碎石20150015000.50.29二灰土？7507500.250.0996确定石灰土厚度通过计算机计算得到二灰土的厚度为23cm,实际路面结构的路表实测值为24.2(0.01mm),沥青的表面层和中面层均受压应力,石灰土稳定碎石层底最大拉应力为0.136MPa0.2564MPa石灰土层底最大拉应力为0.083MPa0.0896MPa上述设计结果满足设计要求根据工程所在地地基情况并综合考虑施工等因素影响,两种方案均适合本路段的实际情况,暂且采用方案一。1.4新建石灰稳定土路

16、面设计电算成果 运用HPDS2020公路路面设计程序系统进行计算。 * *新建路面设计成果文件汇总* *1.4.1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 北京BJ130 13.55 27.2 1 双轮组 1980 2 解放CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 1070 3 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 1300 设计年限 12 车道系数 .5 交通量平均年增长率 5 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 : 1904 设计年限内一个车

17、道上累计当量轴次 : 5530883 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 : 1576 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 4578084 公路等级 二级公路公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 29.6 (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 .56 2 中粒式沥青混凝土 1 .4 3 水泥稳定碎石 .5 .29 4 石灰土 .23 .1 1.4.2 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

18、载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 29.6 (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) (2020 (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2020 .56 2 中粒式沥青混凝土 4 12020 1600 .4 3 水泥稳定碎石 2020 1500 1500 .29 4 石灰土 ? 550 550 .1 5 土基 44.5 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 29.6 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 30 (0.

19、01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 27.2 (0.01mm) H( 4 )= 25.7 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 25.7 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.7 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.7 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 25.7 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 25.7 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 25.7 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 60 cm

20、验算结果表明 ,路面总厚度比路面最小防冻厚度小 6.3 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 4 cm - 水泥稳定碎石 2020m - 石灰土 32 cm - 土基1.4.3 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 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa)

21、 计算信息 (2020 (15) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2020 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 4 12020 1600 计算应力 3 水泥稳定碎石 2020 1500 1500 计算应力 4 石灰土 32 550 550 计算应力 5 土基 44.5 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= 26.3 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.6 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 74.3 (0.01mm)

22、土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 264.7 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 20203 (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 ( 1 )=-.24 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.108 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )= .136 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .083 (MPa)通过计算机设计得到确定石灰土的厚度为32cm,实际路面结构的实测弯沉值为26.3cm(0.01mm)29.7cm,沥青面层的层底均受压应力,水泥稳定

23、碎石层层底的最大拉应力为0.136Mpa0.30Mpa,石灰土层层底的拉应力为0.083Mpa2020次,所以公路等级二级符合要求,属于高级路面,沥青混凝土,该值可以用来计算路面的设计弯沉及沥青层底拉应力。(2) 计算路面设计弯沉及验算沥青层层底拉应力时用的设计年限内一个车道上的累计当量轴次数。年增长率为5%时的计算起算年 (次) 故该值可用来计算半刚性基层层底的拉应力验算。2.1.3 结构组合与材料选取按规范规定二级公路面层采用双层结构,表面层采用密级配细粒式沥青混凝土厚度为4cm,下面层采用中粒式密级配沥青混凝土厚度4cm。2.1.4 计算设计弯沉值基层采用水泥稳定碎石厚度待定。该公路为二

24、级公路,公路等级系数取1.1,面层是沥青混凝土面层系数取1.0,半刚性基层底基层总厚度大于2020,基层类型系数取1.0设计弯沉值公式为 (2.7)式中: 设计年限内的累计交通量； 路面设计弯沉值,0.01mm；公路等级系数,高速公路、一级公路为1.0,二级公路为1.1,三、四级公路为1.2面层类型系数,沥青混凝土面层为1.0,热拌沥青碎石、乳化沥青碎石路面为1.1,沥青表面处治为1.1,中低级路面为1.1路面结构类型系数,对半刚性基层、刚性基层沥青路面为1.0,柔性基层沥青路面为1.6.若基层由半刚性材料层和柔性材料层组合而成,则路面结构类型系数介于两者之间通过线性内插决定。设计弯沉值为 2

25、.1.5 各补强层的容许拉应力计算其中, : 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期(MPa) :抗拉强度结构系数 ； Aa:沥青混凝土级配类型系数 细、中粒式沥青混凝土为1.0；粗粒式为1.1 ； Ac :公路等级系数 ,二级公路取1.10； Ne=6357697.86次(用于沥青混凝土面层的计算) ；=5260323.01次(用于半刚性材料的计算)细粒式、中粒式Ks 水泥稳定碎石: 带入公式计算其容许拉应力。细粒式沥青混凝土:中粒式沥青混凝土:水泥稳定碎石2.2 确定改建路段中原路面的当量回弹模量2020年9月份对该公路进行结构评定,用标准车BZZ100实测弯沉值,测定时路表温度为25,统

26、计结果如下:K5 +000 20208 k6+000 364.8 k7+000 237.6+100 180.2 +100 290.0 +100 254.4+2020 148.8 +2020 189.0 +2020 231.2+300 177.6 +300 160.8 +300 20206+400 198.6 +400 196.8 +400 256.0+500 242.4 +500 242.0 +500 286.6+600 231.8 +600 309.6 +600 271.6+700 22020 +700 343.2 +700 295.2+800 232.8 +800 350.4 +800 2

27、35.2+900 289.2 +900 225.6 +900 20208K8+000 302.4 2.2.1 计算弯沉值 式中: 路段的计算弯沉值(0.01mm)； 路段内原路面上实测弯沉的平均值(0.01mm)； 路段内原路面上实测弯沉的标准差(0.01mm)； 保证率系数,补强二级及二级以上公路路面时, 取1.5；补强三级、四级公路时取1.3；、季节影响系数和湿度影响系数,根据当地经验确定；温度修正系数。Za为保证率系数,高速公路、一级公路取1.645,补强二级及二级以上公路路面时取1.5,补强三、四级公路时取1.3；查规范得季节影响系数K1取1.3,湿度影响系数K2取1.0,温度修正系数

28、 2.2.2 原路面当量回弹模量的计算 (2.13)式中: 原路面的当量回弹模量(MPa)；D与弯沉测定车双圆轮迹面积相等的承载板直径,(cm)；原路面的计算弯沉(0.01mm)；弯沉测定车的轮胎压力； 用标准轴载的汽车在原路面上测得的弯沉值与用承载板在相同压强条件下所测得的回弹变形值之比,即轮板对比值,比值应根据各地的对比试验结果论证地确定,在没有对比试验资料的情况下,可取=1.1(轮隙弯沉法)进行计算。 原路面当量回弹模量扩大系数,计算与原路面接触的补强层层底拉应力时,按式计算,计算其他补强层层底拉应力及弯沉值时,=1.0。2.3 确定各补强层的材料参数查路基路面课本抗压模量取2020度的

29、模量,各值均取规定范围的中值,因此得到2020度的抗压模量,细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa,中粒式密级配沥青混凝土为12020Pa,水泥稳定碎石为1500MPa,各层材料的劈裂强度:细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa,中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa,水泥稳定碎石为0.5MPa.设计资料总结表3.4 设计资料汇总表材 料 名 称h/cm15模量2020量劈裂强度容许拉应力细粒式密级配沥青混凝土4202014001.40.54中粒式密级配沥青混凝土4180012001.00.39水泥稳定碎石?150015000.50.29改建前原路面-33.2-2.4 根据补强的设计方法计算水泥稳

30、定碎石层厚度通过计算机设计软件计算得到水泥稳定碎石层的厚度为42cm,沥青上面层和下面层均受压应力,水泥稳定碎石层底的最大拉应力为0.211MPa0.29MPa.上述设计结果满足设计要求。2.5 运用HPDS2020公路路面设计程序系统进行计算。 *旧路补强设计成果文件汇总*2.5.1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 北京BJ130 13.55 27.2 1 双轮组 182020 2 解放CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 1075 3 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组

31、1290 设计年限 12 车道系数 .5 交通量平均年增长率 5 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 : 1891 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 549312020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 : 1564 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 4543226 公路等级 二级公路公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 29.6 (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 .56 2 中粒式沥

32、青混凝土 1 .4 3 水泥稳定碎石 .5 .29 2.5.2 改建路段原路面当量回弹模量计算 原路面实测弯沉值(0.01mm) 20208 180.2 148.8 177.6 198.6 242.4 231.8 22020 232.8 289.2 364.8 290 189 160.8 196.8 242 309.6 343.2 350.4 225.6 237.6 254.4 231.2 20206 256 286.6 271.6 295.2 235.2 20208 302.4 原路面有效弯沉数 : 31 原路面平均弯沉值 : 245 (0.01mm)原路面弯沉值标准差 : 55 (0.01

33、mm)测定汽车轴载 100 kN改建公路等级 二级公路保证率系数 1.5 原沥青面层厚度 8 (cm)测定时路表温度与测定前5d日平均气温的平均值之和 25 ()原路面基层类型 : 粒料类或沥青稳定类基层季节影响系数 1.3 湿度影响系数 1 温度修正系数 1.16 原路面计算弯沉值 : 494 (0.01 mm)原路面当量回弹模量 : 33.2 (MPa) 2.5.3 改建路面补强厚度计算 公 路 等 级 : 二级公路 加铺路面的层数 : 3 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 29.6 (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(