沥青路面结构设计

1、第四章路面结构设计1、 1 设计资料（ 1）自然地理条件新建济南绕城高速，道路路基宽度为 24、5 米，全长 5km，结合近几年济南经济增长及人口增长得情况，根据近期得交通量预测该路段得年平均交通量为5000 辆 / 日，交通量平均年增长率=4%。路面结构设计为沥青混凝土路面结构，设计年限为 15 年。（ 2）土基回弹模量济南绕城高速北环所在地区为属于温带季风气候， 季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。据区域资料，年平均气温 13、8，无霜期 178 天，最高月均温27、2（ 7 月），最低月均温 -3 、2（ 1 月），年平均降水量 685 毫米。道路

2、沿线土质路基稠度c =1、 3；因此该路基处于干燥状态，根据公路自然区划可知济南绕城高速处于5 区，根据【 JTGD50-2006】公路沥青路面设计规范中表5、1、4-1 可确定工程所在地土基回弹模量设计值为 46MPa。（ 3）交通资料交通组成及各车型汽车参数表 1-1车型前轴重后轴重后轴数后轴轮后轴距（KN）（KN）组数(m)交通量江淮 HF140A18、 941、81双轮组1300三菱 FR41530511双轮组800长征 CA16045、 283、72双轮组3400BK6150A解放 SP920031、 3783双轮组3600东风 SP925050、 7113、33双轮组35001、

3、2 交通分析（ 1）轴载换算路面设计以双轮组 - 单轴载为 100KN为标准轴载，以 BZZ-100 表示。标准轴载得计算参数按表 1-2 确定。表 1-2标准轴载BZZ-100标准轴载 P（ KN）100轮胎接地压强 p（ MPa）0、70单轮传压面当量圆直径d（ cm）21、30两轮中心距（ cm）1、5d1 当以设计弯沉为指标时及验算沥青层层底拉应力时，凡大于 25kN 得各级轴载Pi 得作用次数 Ni 按下式换算成标准轴载P 得当量作用次数 N得计算公式为：k4.35PiNC 1 C 2 N iPi1式中： N标准轴载当量轴次数（次/d ）；Ni被换算得车型各级轴载作用次数（次/d ）

4、；P 标准轴载（ kN）；Pi被换算车型得各级轴载（ kN）；C1被换算车型得各级轴载系数，当其间距大于3m时，按单独得一个轴计算，轴数系数即为轴数 m，当其间距小于 3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数为 C1=1+1、 2（m-1）；C2被换算车型得各级轴载轮组系数，单轮组为6、4，双轮组为 1、0，四轮组为 0、 38。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次为：k4 .35PiNC1 C 2 N ii 1P= 4709 、 00（次 /d ）2 当以半刚性层底拉应力为设计指标时，标准轴载当量轴次数N ：k8P iNC1C2N iPi 1式中：C1 轴数系数C2 轮组系数，单轮组为18、5，

5、双轮组为 1、0，四轮组为 0、09。注：轴载小于 50KN得特轻轴重对结构得影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次：k8PiNC1 C2N ii 1P = 4978 、00（次 /d ）该新建道路为高速公路，采用沥青路面，设计年限为15 年，交通增长率为34%，即 =0、04。又该路设计为双向四车道，由【JTGD50-2006】公路沥青路面设计规范查表 3、1、6 得车道系数可取0、4-0 、5，本设计取=0、5。以设计弯沉值为指标时，设计年限内一个车道上得累计当量轴次N e 为：365N(1)t1Ne3654709(10.04)1510.5Ne0.04N

6、e 1.7208121107（次）以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，设计年限内一个车道上得累计当量轴次Ne 为：365N (1 )t1Ne365 4978 (10.04)1510.5Ne0.04Ne1.8191129 107 （次）4 根据上述计算所得，由【JTG D50-2006】公路沥青路面设计规范查表3、1、8 判断交通等级一个车道上大客车及中型以上得各种货车日平均交通量 Nh= 2500 , 属于重交通等级当以设计弯沉值与沥青层层底拉应力为指标时:路面营运第一年双向日平均当量轴次: 4709、00设计年限内一个车道上得累计当量轴次: 1.7208121 107（次）属于重交通等级当以

7、半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:路面营运第一年双向日平均当量轴次: 4978、00设计年限内一个车道上得累计当量轴次:1.8191129107 （次）属于重交通等级综上，路面设计交通等级为重交通等级1、 3 初拟路面结构（ 1）路面结构方案根据济南绕城高速得功能性质及 【JTGD50-2006】公路沥青路面设计规范 ，并结合工程经验与典型案例，初步拟定路面结构组合与各层结构厚度如下：方案一：采用半刚性基层（路面结构类型系数1 、0）-细粒式沥青混凝土40 mm-中粒式沥青混凝土60 mm-粗粒式沥青混凝土80 mm-水泥稳定碎石待设计-级配碎石200 mm方案二：采用柔性基层（路面结构

8、类型系数1 、6）-细粒式沥青混凝土40 mm-中粒式沥青混凝土60 mm-粗粒式沥青混凝土80 mm-密集配沥青碎石待设计-水泥稳定碎石300 mm（ 2）路面设计弯沉值 ld 与抗拉结构强度系数K该公路等级为高速公路， 两种方案均采用沥青混凝土面层，半刚性基层， 公路等级系数 Ac 取 1、0；基层为水泥稳定碎石， 因此路面结构类型系数 AB 为 1、0；面层为沥青混凝土面层 , 面层类型系数 As取 1、0。路面设计弯沉值 ld ：ld600Ne 0.2 Ac As ABl d600 (1.7208121 10 7 ) 0.21 1 1l d21.4(0.01 mm)抗拉结构强度系数K

9、S ：KS0.09N0.22 / Aec（沥青混凝土面层）KS0.35N0.11 / A（无机结合料稳定集料）ecK S0.45Ne0.11 / Ac（无机结合料稳定细粒土）spsp -MPa）。容许拉应力R，路面结构材料得极限抗拉强度（Ks（ 3）路面材料相关参数得确定1 试验材料得确定：半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A 级 90 号，面层采用SBS改性沥青，相关技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范bn（ JTG_F40-2004）相关得规定。2 路面材料劈裂强度：根据设计配合比， 选取工程用各种原材料， 测定规定稳定与龄期得材料劈裂强度。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规

10、程 （JTG E20-2011）与公路工程无机结合料稳定材料试验规程 （JTG E51-2009）中得方法进行测定，参数见表 1-3 。表 1-3材料名称细粒式沥中粒式沥粗粒式沥密级配沥水泥稳定青混凝土青混凝土青混凝土青碎石碎石劈裂强度1、21、00、80、 60、6（MPa）3 路面材料抗压回弹模量得确定：根据设计配合比，选取工程用各种原材料制件，测定设计参数。按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程 中规定得项目顶面法测定半刚性材料得抗压回弹模量。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 中规定得方法测定沥青混合料得抗压回弹模量；测定 20、 15得抗压回弹模量，各种材料得试验结果与设计参数分别

11、见表 1-4 、表 1-5 。材料名称水泥稳定碎石级配砂砾级配碎石抗压回弹模量（ MPa）3188250400半刚性材料抗压回弹模量表 1-4沥青材料抗压回弹模量表 1-5材料名称细粒式沥青中粒式沥青粗粒式沥青密级配沥青混凝土混凝土混凝土碎石20抗压回弹模量199114259781248（MPa）15抗压回弹模量2680217513201715（MPa）由前面计算所得相关参数，计算路面各结构层容许拉应力R，见表 1-6 。4路面结构层容许拉应力计算表表 1-6结构层材料名称NeAcKssp （MPa）R细粒式沥青混凝土1、721071、 03、 521、 20、34中粒式沥青混凝土1、7210

12、71、 03、 521、 00、28粗粒式沥青混凝土1、721071、 03、 520、 80、23密级配沥青碎石1、721071、 03、 520、 60、17水泥稳定碎石1、811071、 02、 200、 60、271、 4 路面结构层厚度确定根据设计资料 , 利用 HPDS-2011公路路面设计程序系统进行路面结构层厚度得设计，以下分别进行方案一、方案二设计层得厚度设计。方案一：公路等级:高速公路新建路面得层数: 5标准轴载 : BZZ-100路面设计弯沉值: 21、 4 (0 、 01mm)路面设计层层位: 4设计层最小厚度: 150 (mm)表 1-7层位结 构 层 材 料厚度20

13、平均标准15平均标准容许应力名 称(mm)抗压模量差抗压模量差(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)1细粒式沥青混凝土4019910268000、342中粒式沥青混凝土6014250217500、283粗粒式沥青混凝土809780132000、234水泥稳定碎石?31880318800、275级配碎石200400040006新建路基46按设计弯沉值计算设计层厚度 :1LD= 21 、 4 (0 、01mm)H( 4 )= 200 mmLS= 23、 3 (0 、 01mm)H( 4 )= 250 mmLS= 20、 1 (0 、 01mm)H( 4 )= 229 mm(仅考虑弯沉

14、)2按容许拉应力计算设计层厚度 :H( 4 )= 229 mm(第 1层底面拉应力计算满足要求 )H( 4 )= 229 mm(第 2层底面拉应力计算满足要求 )H( 4 )= 229 mm(第 3层底面拉应力计算满足要求 )H( 4 )= 229 mm(第 4层底面拉应力计算满足要求 )路面设计层厚度:H( 4 )= 229 mm(H( 4 )= 229 mm(仅考虑弯沉 )同时考虑弯沉与拉应力)3 通过对设计层厚度取整以及进一步得修改,调整后得到路面结构厚度设计结果如下图:-细粒式沥青混凝土AC-1040 mm-中粒式沥青混凝土AC-1660 mm-粗粒式沥青混凝土AC-2580 mm-水

15、泥稳定碎石300 mm-级配碎石200 mm-新建路基4 验算路面防冻厚度:路面最小防冻厚度为500 mm结构层总厚度H406080300200H 680mm 500mm验算结果表明 , 路面总厚度满足防冻要求 、方案二：公路等级:高速公路新建路面得层数 :5标准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 :21、 4 (0 、 01mm)路面设计层层位 :4设计层最小厚度 :150 (mm)表 1-8结构层材料厚度20平均 标准15平均标准容许应力层位抗压模量差抗压模量差(MPa)名 称(mm)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)1细粒式沥青混凝土4019910268000、 342中粒

16、式沥青混凝土6014250217500、 283粗粒式沥青混凝土809780132000、 234密级配沥青碎石?12480171500、 175水泥稳定碎石30031880318800、 276新建路基461 按设计弯沉值计算设计层厚度:LD= 21、4 (0、 01mm)H( 4 )= 150 mm 由于设计层厚度LS= 15H( 4 )=Hmin、8 (0 、01mm)时 LS=LD,故弯沉计算已满足要求、H( 4 )= 150 mm(仅考虑弯沉)2 按容许拉应力计算设计层厚度:H( 4 )= 150 mm(第 1层底面拉应力计算满足要求 )H( 4 )= 150 mm(第 2层底面拉应

17、力计算满足要求 )H( 4 )= 150 mm(第 3层底面拉应力计算满足要求 )H( 4 )= 150 mm(第 4层底面拉应力计算满足要求 )H( 4 )= 150 mm(第 5层底面拉应力计算满足要求 )路面设计层厚度 :H( 4 )= 150 mm(仅考虑弯沉 )H( 4 )= 150 mm(同时考虑弯沉与拉应力 )3 通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步得修改, 并根据沥青混合料压实最小厚度与适宜厚度表选择沥青混合料类别， 调整后得到路面结构厚度设计结果如下图 :-细粒式沥青混凝土AC-1040 mm-中粒式沥青混凝土AC-1660 mm-粗粒式沥青混凝土AC-2580

18、mm-密级配沥青碎石ATB-30150 mm-水泥稳定碎石300 mm-新建路基4 验算路面防冻厚度:路面最小防冻厚度为500 mm结构层总厚度H406080150300H 630mm 500mm验算结果表明 , 路面总厚度满足防冻要求。1、 5 交工验收弯沉值与层底拉应力计算方案一：公路等级:高速公路新建路面得层数 : 5标 准 轴 载 : BZZ-100表 1-9结构层材料名厚度20平均标准15平均标准综合层位抗压模量差抗压模量差影响称(mm)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)系数1细粒式沥青混凝土40199102680012中粒式沥青混凝土60142502175013粗粒式沥青混凝

19、土8097801320014水泥稳定碎石300318803188015级配碎石2004000400016新建路基461计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:第 1层路面顶面交工验收弯沉值LS= 17 、5 (0 、01mm)第 2层路面顶面交工验收弯沉值LS= 19 、3 (0 、01mm)第 3层路面顶面交工验收弯沉值LS= 21 、6 (0 、01mm)第 4层路面顶面交工验收弯沉值LS= 24 、6 (0 、01mm)第 5层路面顶面交工验收弯沉值LS= 139 、6 (0 、 01mm)路基顶面交工验收弯沉值LS= 202、 5(0 、01mm)( 根据公路沥青路面设计规范公式

20、计算 )LS= 256、 6(0 、01mm)( 根据公路路面基层施工技术规范公式计算 )计算新建路面各结构层底面最大拉应力:( 未考虑综合影响系数 )第 1层底面最大拉应力( 1 )= -0、197 (MPa)0、34(MPa)第 2层底面最大拉应力( 2 )= -0、014 (MPa)0、28(MPa)第 3层底面最大拉应力( 3 )= -0、07 (MPa)0、23(MPa)第 4层底面最大拉应力( 4 )= 0、209 (MPa)0、27(MPa)故沥青结构层层底容许拉应力大于层底最大拉应力，设计满足要求。方案二：公路等级:高速公路新建路面得层数 :5标 准 轴 载 : BZZ-100

21、表 1-10结构层材料厚度20平均标准15平均标准综合影层位抗压模量差抗压模量差名 称(mm)响系数(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)1细粒式沥青混凝土40199102680012中粒式沥青混凝土60142502175013粗粒式沥青混凝土8097801320014密级配沥青碎石150124801715015水泥稳定碎石300318803188016新建路基461计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:第 1层路面顶面交工验收弯沉值LS= 15 、8 (0 、01mm)第 2层路面顶面交工验收弯沉值LS= 17 、5 (0 、01mm)第 3层路面顶面交工验收弯沉值LS= 19 、7 (0 、01mm)第 4层路面顶面交工验收弯沉值LS= 22 、6 (0 、01mm)第 5层路面顶面交工验收弯沉值LS= 32 、2 (0 、01mm)路基顶面交工验收弯沉值LS= 202、5 (0 、01mm)( 根据公路沥青路面设计规范公式计算)LS=256、6 (0 、01mm)( 根据公路路面基层施工技术规范公式计算)计算