沥青路面结构层计算

1、 沥青路面结构设计说明一、设计原始资料和依据该公路处于处于6区（武夷南岭山地过湿区），地貌属中低山、丘陵地貌，南东部为珠江三角洲平原。区域内多年平均降雨量1832mm，多年最大降雨量2428.5mm，多年最小降水量1128.7mm；每年49月为雨季，平均降水量1377.7mm，6月份降雨量最大，暴雨较多，月平均降雨量314.7mm，由于暴雨集中，对新开挖地表易造成破坏，而且勘察区内局部地势较为低洼，雨季时有洪涝现象。区域内年平均风速1.7m/s，强风向主要为东北到东南风，约占35%，平均风速2.4m/s，极大风速26m/s；次为西到西北风，占18%，平均风速2.3m/s，极大风速12m/s，静

2、风占28%，其余风向偏少。台风是本地区常见的自然灾害，每年4月至11月都受到影响。台风盛行期在79月，台风过境最大风速28m/s，瞬时风速高达35m/s，破坏力很强，伴随台风而来的是暴雨，甚至引发山洪暴发、山体滑塌等灾害。设计线路经过地段主要为微丘、丘陵间冲洪积盆地地貌，路线跨越绥江后沿河床阶地、丘陵间沟谷、盆地展布，河谷呈开阔的“U”字型，绥江河床宽约100300m，水深26m，四季通航，属于国家六级航道；线路沿线地表多为第四纪冲积层所覆盖，其厚度大小不等，变化较大，层位变化较复杂；区内多为农田、鱼塘，山丘多已开发种植有果树、竹木等经济林。根据现场调绘及钻探勘察揭露，线路范围内软弱土层主要为

3、第四系河流相或沼泽相淤泥、淤泥质土层，厚度变化大，软土埋深浅，一般小于3m，个别大于3m，软土物理力学性质不太差，本项目有多处路堑钻孔发现存在高液限土层，主要分布于丘陵山坡上的残坡积土层和全风化岩中，其分布范围较大，厚度大小不一，在纵横上变化很大，且多呈不连续分布，局部土层还见有弱膨胀性。二、路面结构层厚度设计1、土基回弹模量的确定该路段处于6区（武夷南岭山地过湿区），为砂质土，稠度为1.0，查规范表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（Mpa）”得土基回弹模量E0=40Mpa。2、路面设计参数的确定1）交通量组成已知设计年限为15年，设计年限内交通量年平均增长率r=6%，交通量组成见下表：

4、2）标准轴载及轴载换算和当量轴次计算路面设计以双轮组单轴载100KN为标准荷载，标准轴载计算参数如下：表1 标准轴载计算参数 标 准 轴 载BZZ100标 准 轴 载BZZ100标准轴载P(KN)100单轮传压面当量圆直径(cm)21.30轮胎接地压强P(MPa)0.70两轮中心距(cm)1.5d3）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（1）轴载换算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的各级荷载（包括车辆的前、后轴）的作用次数，均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。 （1）知N=5648次（2）累计当量轴次计算由公路沥青路面设计规范设计年限内一个车

5、道上的累计当量轴次按下式计算。 （2）根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数是0.30.4，取0.35。设计年限内一个车道上的累计当量轴次为=16794357（次）4）验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各种车型的前后轴的作用次数，均按下式转换成标准轴载的当量作用次数。 （3）知N=5669次设计年限内一个车道上的累计当量轴次仍按式（2）进行计算： （次）其BZZ100累计当量轴次在1.22.5之间，故属重交通。3、路面结构层厚度计算表2 路面结构及计算参数 层次材料名称厚 度(cm)200C抗压回弹模量(MPa)150C抗压回

6、弹模量(Mpa)150C劈裂强度(MPa)1细粒式沥青玛蹄脂，SMA-134140013501.652中粒式沥青混凝土AC-206120018001.03粗粒式沥青混凝土AC-25I8100012000.84水泥稳定碎石?150015000.55低剂量水泥稳定碎石20120012000.46土基401）路面设计弯沉值的计算路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是根据设计年限内每个车道累计标准当量轴次、公路等级、面层和基层的类型等确定的。路面设计弯沉值可按下式计算： （4）式中： 路面设计弯沉值(0.01mm);设计年限内一个车道上的累计当量轴次；公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，

7、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；路面结构类型系数，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，若基层由半刚性基层与柔性基层组合而成，通过线性内插确定。根据上式计算得：=21.50（0.01mm）2）结构层材料的容许弯拉应力高速公路的沥青混凝土面层或半刚性材料基层、底基层，在进行层底拉应力验算时，结构层底面计算点的拉应力应小于或等于该层材料的容许弯拉应力，即： （5）容许弯拉应力按下式列公式计算： （6）式中： 路面结构层材料的容许弯拉应力(MPa)；沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度(MPa)。对沥青混凝土指15时的劈裂强度；对水

8、泥稳定类材料为龄期90d的劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类的材料为龄期180d的劈裂强度(MPa)； 抗压强度结构系数。对沥青混凝土面层： （7）式中： 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。对无机结合稳定集料类： （8）对无机结合类稳定细粒土类： （9）（1）细粒式沥青玛蹄脂SMA-13上面层1.4 Mpa=0.09×1.0×(16794357)0.22/1.0=3.50=（2）中粒式沥青混凝土AC-20中面层1.0 Mpa=0.09×1.0×(16794357)0.22/1.0=3.50=（3）粗

9、粒式沥青混凝土AC-25I下面层0.8 Mpa=0.09×1.1×(16794357)0.22/1.0=3.847=（4）水泥稳定碎石基层0.5 Mpa=0.35×(16830039)0.11/1.0=2.182=（5）低剂量水泥稳定碎石底基层0.4 Mpa=0.35×(16830039)0.11/1.0=2.182=3）路面厚度计算路面厚度是根据多层弹性理论、层间接触条件为完全连续体系时，在双圆均布荷载作用下，轮隙中心处实测路表弯沉值等于设计弯沉值的设计原则进行计算（其力学图式如图1），即 （10）图1 路表弯沉值计算图式路表弯沉值按下式计算： （11

10、） （12） （13）式中： 路面实测弯沉值，0.01mm；p、标准车型的轮胎接地压强(MPa)和当量圆半径，cm；F弯沉综合修正系数；理论弯沉系数；或土基回弹模量值，MPa；、各层材料回弹模量值；、 各结构层厚度，cm。计算得：=0.5084由式（12）的理论弯沉系数：这是一个多层体系，计算时可以先将多层体系转换为当量三层体系，求出中间层的厚度H，然后再求出基层厚度，转换图式如下：h1=4cm E1=1400MP h1=4cm E1=1400MPh2=6cm E2=1200MP H=?cm E2=1200MPh3=8cm E3=1000MP h4=?cm E4=1500MPh5=20cm E

11、5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP 图2 弯沉三层体系换算图式由，查路基路面工程（邓学钧主编 张登良主审，人民交通出版社）第360页图14-14得3。由，查路基路面工程（邓学钧主编 张登良主审，人民交通出版社）第360页图14-14得。由于，所以=0.490再由，和=0.490查路基路面工程（邓学钧主编 张登良主审，人民交通出版社）第360页图14-14得 ，从而，cm 根据等效路表弯沉的结构层转换公式：得：cm,取34cm计。4）验算弯拉应力（1）上面层底面弯拉应力验算先转化成三层体系（模量采用15时的抗压回弹模量），图示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=

12、4cm E1=1350MPh2=6cm E2=1800MP H=?cm E2=1800MPh3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MPh5=20cm E5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP图3 AK13A上面层弯拉应力三层体系换算图上层厚度为cm。中层厚度为：cm对高速公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、低基层进行拉应力的验算时，各层按连续验算。验算层低拉应力时根据多层弹性理论，层间接触条件为完全连续体系，以双圆荷载作用下按下式计算层低最大拉应力。 （14）应以下式计算： （15）式中： 、系数。验算层低拉应力时，应满足下式要求： （16）式中： 容许

13、拉应力。由，查路基路面工程（邓学钧主编 张登良主审，人民交通出版社）第362页图14-18得无具体的。由，查表无具体的值。由，查表无具体的值。说明上面层底面所受拉应力较小，即可认为：，从而，0=0.471MP，满足强度要求。（2）中面层底面拉应力验算三层体系转化图示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=？cm E1=1800MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP H=? cm E2=1200MPh4=?cm E4=1500MPh5=20cm E5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP图4 AC20中面层弯拉应力三层体系换算图上面层厚度：

14、cm中层厚度： cm同理，查表得，从而，0=0.2857，满足强度要求。（3）下面层底面拉应力验算三层体系转化图示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=？cm E1=1200MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MP H=? cm E2=1500MPh5=20cm E5=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP图5 AC30下面层弯拉应力三层体系换算上面层厚度：cm中层厚度：cm查表得，从而，0=0.208，满足强度要求。（4）基层层底拉应力验算三层体系转化图示如下：h1=4cm E1=1350MP h1=？c

15、m E1=1500MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MP h5=20cm E5=1200MP H=20cm E2=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP图6 基层弯拉应力三层体系换算图上面层厚度：cm中层厚度：H=20cm由，查路基路面工程（邓学钧主编 张登良主审，人民交通出版社）第362页图14-18得： Mpa；由查表得；由，查表得；从而：Mpa,所以基层满足抗弯拉要求。（5）底基层层底拉应力验算三层体系转化图示如图7所示。h1=4cm E1=1350MP h1=？cm E1=1500MPh2=6cm E2=1800MP h3=8cm E3=1200MP h4=?cm E4=1500MP h5=20cm E5=1200MP H=20cm E2=1200MP土基 E0=40MP 土基 E0=40MP图7 底基层弯拉应力三层体系换算图上层厚度：=50.016cm根据（5）中各参数查路基路面工程（邓学钧主编 张登良主审，人民交通出版社）第363页图14-1