沥青路面与水泥混凝土路面结构设计计算（60页）

1、沥青路面与水泥混凝土路面结构设计一、路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算二、路面结构层计算三、路面垫层四、路面基层、底基层五、路面面层六、路面原材料的选取七、路面排水设计 目 录一、路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算标准轴载沥青路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算水泥路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算超载对路面累计标准轴载作用次数的影响一、路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算标准轴载标准轴载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)1.5d当以设计弯沉值及沥青面层层底拉应力为设计指标时：

2、（轴载25-130 kN）当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时：（轴载50-130 kN）累计交通荷载：一、路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算沥青路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算一、路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算超载对路面累计标准轴载作用次数的影响（轴载130-220 kN）（轴载130-220 kN）当以设计弯沉值及沥青面层层底拉应力为设计指标时：当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时：标准轴载作用次数的换算:累计交通荷载：一、路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算水泥路面标准轴载及累计标准轴载作用次数计算二、路面结构层计算沥青路面结构层计算水泥混凝土路面结构层计算二、路面结

3、构层计算路面结构层厚度的确定应满足结构整体刚度（即承载力）与沥青层或半刚性性基层、底基层抗疲劳开裂的要求。 轮隙中心处（A点）路表计算弯沉值 应小于或等于设计弯沉值 ，即： 轮隙中心（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力 应小于或等于容许拉应力 ，即：沥青路面结构层计算二、路面结构层计算设计弯沉值（根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型确定）：材料的容许拉应力（沥青混凝土层、半刚性材料基层和底基层以拉应力为设计或验算指标时）:路表计算弯沉值：层底拉应力（层底拉应力以单圆中心（B点）及双圆轮隙中心（C点）为计算点，并取较大值作为层底拉应力）：沥青路面结构层计算二、路面结构

4、层计算沥青路面结构层计算流程图二、路面结构层计算水泥路面结构层计算弹性地基单层板模型 适用于粒料基层上混凝土面层，旧沥青路面加铺混凝土面层。 面层板底面以下部分按弹性地基处理。弹性地基双层板模型 适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层。 面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或者旧面层底面以下部分按弹性地基处理。复合板模型 适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。 旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性能材料组成的层间黏结的面层，作为弹性地基上的单层板或者弹性地基上双层板的上层板。 无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基

5、层组成的基层，作为弹性地基上双层板得下层板。二、路面结构层计算水泥路面结构层计算水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准：贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准：水泥混凝土路面结构设计应以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准：弹性地基单层板荷载应力弹性地基双层板荷载应力复合板荷载应力 设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力： 在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力： 最重轴载在面层板临界荷位处产生的最大荷载应力： 最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力： 面层板或上

6、面层板的荷载疲劳应力： 贫混凝土或碾压混凝土基层板或下面层板的荷载疲劳应力：最重轴载在面层板临界荷位处产生的最大荷载应力： 最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力： 面层复合板得荷载疲劳应力： 面层复合板的疲劳温度应力： 面层复合板的最大荷载应力： 面层复合板得最大温度应力：二、路面结构层计算水泥路面结构层计算二、路面结构层计算水泥混凝土路面结构层计算三、路面垫层垫层的作用垫层的材料选取垫层的厚度选取 改善土基的湿度和温度状况 保证面层和基层的强度、刚度和稳定度不受土基的影响 将基层传下的车辆荷载应力进一步扩散 减小土基顶面压应力和竖向变形的作用垫层的作用季节性冰冻地区的路面结构厚度小于最小防

7、冻厚度要求时防冻垫层使路面结构免除或减轻冻胀和翻浆病害水文地质条件不良的土质路堑的路床土湿度较大时排水垫层疏干路床土并改善路面结构的支承条件三、路面垫层垫层的材料选取 具有一定的强度和较好的水稳性 在冰冻地区尚需具有较好的抗冻性透水性垫层砂、砾石、炉渣煤渣等组成稳定性垫层石灰、水泥和炉渣稳定土等组成三、路面垫层三、路面垫层水泥混凝土路面结构层最小防冻厚度沥青路面结构层最小防冻厚度垫层的厚度选取四、路面基层和底基层基层和底基层的作用基层和底基层的材料选取沥青路面和水泥混凝土路面在基层选取上的差别主要承受由面层传递的行车荷载垂直力并将它扩散和分布到垫层和土基上四、路面基层和底基层基层和底基层的作用

8、基层底基层起主要承重作用的层次起次要承重作用的层次与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用半刚性水泥稳定类、石灰稳定类、石灰工业废渣稳定类刚性普通混凝土、碾压式混凝土、贫混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土等柔性沥青混凝土、沥青碎石、多孔隙水泥或沥青稳定碎石、沥青贯入碎石、级配碎石、级配砾石、配碎砾石、天然砂砾、填隙碎石等基层和底基层的材料选取四、路面基层和底基层力学特征材料组成整体型水泥稳定类、石灰稳定类、石灰工业废渣类嵌锁型泥结碎石、填隙碎石、沥青贯入式等级配型级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、沥青碎石等水泥稳定土四、路面基层和底基层水泥稳定土可适用于各级公路的基层和底基层，但水泥土不得用

9、做二级和二级以上公路高级路面的基层。按重型击实试验法确定的最低要求压实度： 基层： 高速公路和一级公路 98% 二级和二级以下公路 水泥稳定中粒土和粗粒土 97% 水泥稳定细粒土 93% 底基层： 高速公路和一级公路 水泥稳定中粒土和粗粒土 97% 水泥稳定细粒土 95% 二级和二级以下公路 水泥稳定中粒土和粗粒土 95% 水泥稳定细粒土 93%四、路面基层和底基层水泥稳定土的颗粒组成范围（高速公路和一级公路）：水泥稳定土用做底基层水泥稳定土用做基层123筛孔尺寸(mm)37.510010031.59010010026.59010019679072899.5456847674.75501002

10、95029492.36183817350.6171008228220.0750300707液限（%）28塑性指数9水泥稳定土水泥稳定土四、路面基层和底基层用做基层筛孔尺寸（mm）通过质量百分率（%）用做底基层筛孔尺寸（mm）通过质量百分率（%）37.5901005310026.5661004.755010019541000.6171009.5391000.0750504.7528840.0020302.3620701.1814570.68470.075030水泥稳定土的颗粒组成范围（二级和二级以下的公路）：四、路面基层和底基层 基层： 高速公路和一级公路不大于30% 二级和二级以下公路不大于3

11、5% 底基层： 高速公路和一级公路不大于30% 二级和二级以下公路不大于40%水泥稳定土的抗压强度标准：公路等级 层位二级和二级以下公路高速公路和一级公路基层（Mpa）2.5335底基层（Mpa）1.52.01.52.5水泥稳定土水泥稳定土中碎石或砾石的压碎值应符合下列要求：四、路面基层和底基层石灰稳定土适用于各级公路的底基层，以及二级和二级以下公路的基层，但石灰土不得用做二级公路的基层和二级以下公路高级路面的基层。基层：二级和二级以下公路 石灰稳定中粒土和粗粒土 97% 石灰稳定细粒土 93%底基层：高速公路和一级公路 石灰稳定中粒土和粗粒土 97% 石灰稳定细粒土 95%二级和二级以下公路

12、 石灰稳定中粒土和粗粒土 95% 石灰稳定细粒土 93%石灰稳定土按重型击实试验法确定的最低要求压实度：四、路面基层和底基层塑性指数为1520的粘性土以及含有一定数量粘性土的中粒土和粗粒土均适宜于用石灰稳定。石灰稳定土用做高速公路和一级公路和底基层时，颗粒的最大粒径不应超过37.5mm，用做其他等级公路的底基层时，颗粒的最大粒径不应超过53mm。石灰稳定土用做基层时，颗粒的最大粒径不应超过37.5mm。塑性指数在10以下的亚砂土和砂土用石灰稳定时，应采取适当的措施或采用水泥稳定。塑性指数在15以上的粘性土更适宜于用石灰和水泥综合稳定。用石灰稳定无塑性指数的级配砂砾、级配碎石和未筛分碎石时，应添

13、加15%左右的粘性土。石灰稳定土四、路面基层和底基层基层：二级公路不大于30%二级以下公路 不大于35%底基层：高速公路和一级公路 不大于30%二级和二级以下公路 不大于35%石灰稳定土的抗压强度标准:公路等级 层 位二级和二级以下公路高速公路和一级公路基层（Mpa）0.8底基层（Mpa）0.50.70.8石灰稳定土中碎石或砾石的压碎值应符合下列要求：石灰稳定土石灰工业废渣稳定土四、路面基层和底基层石灰工业废渣稳定土可适用于各级公路的基层和底基层，但二灰、二灰土和二灰砂不应用做二级和二级以上公路高级路面的基层。基层：高速公路和一级公路98%二级和二级以下公路 稳定中粒土和粗粒土97% 稳定细粒

14、土93%底基层：高速公路和一级公路 稳定中粒土和粗粒土97% 稳定细粒土95%二级和二级以下公路 稳定中粒土和粗粒土95% 稳定细粒土93%按重型击实试验法确定的最低要求压实度：四、路面基层和底基层用于二级及二级以下公路的二灰稳定土应符合下列要求：二灰稳定土用做底基层时，石料颗粒的最大粒径不应超过53mm；二灰稳定土用做基层时，石料颗粒的最大粒径不应超过37.5mm。二灰级配砂砾中集料的颗粒组成范围编号 通过质量百分率（%）筛孔尺寸（mm）1237.510031.58510010019.06585851009.50507055754.75355539592.36254527471.181735

15、17350.60102710250.075015010二灰级配砂砾石中集料的颗粒组成范围编号 通过质量百分率（%）筛孔尺寸（mm）1237.510031.59010010019.0729081989.50486852704.75305030502.36183818381606206200.0750707用于高速公路和一级公路的二灰稳定土应符合下列要求：二灰稳定土用做底基层时，土中碎石、砾石颗粒的最大粒径不应超过37.5mm；二灰稳定土用做基层时，二灰的质量应占15%，最多不超过20%，石料颗粒的最大粒径不应超过31.5mm。石灰工业废渣稳定土四、路面基层和底基层 基层

16、： 高速公路和一级公路不大于30% 二级和二级以下公路不大于35% 底基层： 高速公路和一级公路不大于35% 二级和二级以下公路不大于40%二灰混合料的抗压强度标准:公路等级 层 位二级和二级以下公路高速公路和一级公司基层（MPa）0.60.80.81.1底基层（MPa）0.50.6碎石或砾石的压碎值应符合下列要求：石灰工业废渣稳定土级配碎石级配碎石可用于各级公路的基层和底基层，也用做较薄沥青面层与半刚性基层之间的中间层。中间层100基 层98底基层96按重型击实试验法确定的最低要求压实度：当级配碎石用做二级和二级以下公路的基层时，其最大粒径应控制在37.5mm以内；当级配碎石用做高速公路和一

17、级公路的基层以及半刚性路面的中间层时，其最大粒径宜控制在31.5mm以下。 基层： 高速公路和一级公路不大于26 二级公路不大于30 二级以下公路不大于35 底基层： 高速公路和一级公路不大于30 二级公路不大于35 二级以下公路不大于40级配碎石或级配碎砾石所用石料的压碎值应满足下列规定：四、路面基层和底基层四、路面基层和底基层级配碎石或级配碎砾石用做二级和二级以下公路的基层时，其颗粒组成和塑性指数应满足1号级配的规定。级配碎石用做高速公路和一级公路的基层时或者用做各级公路的中间层时，其颗粒组成和塑性指数应满足2号级配的规定。同时，级配曲线宜为圆滑曲线。编 号 通过质量百分率（%）12筛孔尺

18、寸（mm）37.510031.59010010019.07388851009.5496952744.75295429542.36173717370.68208200.0750707液限（%）2828塑性指数6（或9）6（或9）级配碎石未筛分碎石四、路面基层和底基层未筛分碎石用做二级和二级以下公路的底基层时，其颗粒组成和塑性指数应符合1号级配的规定。未筛分碎石底基层颗粒组成范围：编 号 通过质量百分率（%）12筛孔尺寸（mm）5310037.58510010031.569888310019.0406554849.5194329594.75103017452.3682511350.66186210

19、.075010010液限（%）2828塑性指数6（或9）6（或9）未筛分碎石用做高速公路和一级公路的底基层时，其颗粒组成和塑性指数应符合2号级配的规定。级配砾石四、路面基层和底基层级配砾石可适用于轻交通的二级和二级以下公路的基层以及各级公路的底基层。基层 98 底基层 96按重型击实试验法确定的最低要求压实度： 基层： 二级公路 不大于30 三级和四级公路 不大于35 底基层： 高速公路和一级公路 不大于30 二级公路 不大于35 二级以下公路 不大于40石料的集料压碎值应满足下列规定：四、路面基层和底基层级配砾石基层的颗粒组成范围编 号 通过质量百分率（%）12筛孔尺寸（mm）5310037

20、.59010010031.581949010010019.063817388851009.54566496952744.752751295429542.361635173717370.68208208200.075070707液限（%）2828塑性指数6（或9）6（或9）6（或9）砂砾底基层的级配范围筛孔尺寸(mm)5337.59.54.750.60.075通过质量百分率()10080100401002585845015级配砾石用做基层时，砾石的最大粒径不应超过37.5mm；用做底基层时，砾石的最大粒径不应超过53mm。级配砾石填隙碎石四、路面基层和底基层填隙碎石可用于各等级公路的底基层和二级

21、以下公路的基层。填隙碎石用做基层时，碎石的最大粒径不应超过53mm；用做底基层时，碎石的最大粒径不应超过63mm。填隙碎石、粗碎石的颗粒组成：通过质量百分率()标称尺寸(mm)筛孔尺寸(mm)635337.531.526.519169.5306010025600150525501002550015052040100357001505 基层不大于26 底基层不大于30粗碎石的压碎值应符合下列规定：半刚性基层 按混合料结构状态分为骨架密实型、骨架空隙型、悬浮密实型、均匀密实型。 水泥稳定集料类、石灰粉煤灰稳定集料类适用于各级公路基层、底基层。石灰粉煤灰稳定集料类宜用于冰冻多雨潮湿地区高速和一级公路

22、的下基层或底基层。石灰稳定类材料宜用于各级公路的底基层以及三四级公路基层。 高速、一级公路的基层或上基层宜选用骨架密实型混合料。二级及二级以下公路的基层和各级公里的底基层可采用悬浮密实型混合料。均匀密实型混合料适用于高速、一级公路的底基层，二级及二级以下公路的基层。骨架空隙型混合料具有较高的空隙率，适用于需考虑路面内部排水要求的基层。柔性基层 热拌沥青碎石混合料（密级配ATB具有较高承载能力、半开级配AM具有承重和减缓反射裂缝的一定排水能力、开级配ATPB适用于排水基层，混合料配合比设计可用马歇尔试验方法）宜用于中等交通及其以上的公路基层底基层，可用于改建工程的调平层。贯人式沥青碎石宜用于中、

23、重交通的公路基层底基层，可用于改建工程的调平层。 级配碎石可用于各级公路的基层和底基层。级配碎石可用做较薄沥青面层与半刚性基层之间的中间层。 级配砾石和级配碎砾石和符合要求的天然砂砾可用于轻交通的二级及二级以下公路的基层和各级公路的底基层。天然砂砾符合规定的级配要求，而旦塑性指数在6或9以下时，可以直接用做基层。 填隙碎石：适用于三、四级公路基层和各级公路底基层。刚性基层 适用于重交通、特重交通及运煤、矿石、建筑材料等的公路工程。沥青路面按公路等级四、路面基层和底基层沥青路面和水泥混凝土路面在基层的选取上的差别交通荷载等级基层材料类型底基层材料类型极重、特重贫混凝土、碾压混凝土级配碎石，水泥稳

24、定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石沥青混凝土重密级配沥青稳定碎石级配碎石，水泥稳定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石水泥稳定碎石中等、轻级配碎石未筛分碎石、级配砾石，或不设水泥稳定碎石，石灰、粉煤灰稳定碎石水泥混凝土路面按交通荷载等级四、路面基层和底基层五、路面面层水泥混凝土路面面层封层、粘层、透层沥青路面面层面层类型适用条件热拌沥青混合料 热拌沥青混合料（沥青混凝土AC、玛蹄脂碎石SMA、抗滑面层OGFC、沥青碎石AM/ATB/ATPB）适用于各等级沥青路面。沥青贯入式路面 适用于三级及三级以下公路面层，也可以作为沥青路面的联结层或基层。 拌和层宜用石油沥青为结合料，沥青混合料应选AC-10和AC-13。

25、沥青表面处治 适用于三、四级公路面层，可采用道路石油沥青或乳化沥青为结合料。稀浆封层 一般用于二级及二级以下公路的预防性养护，也适用于新建公路的下封层，可采用普通乳化沥青或改性乳化沥青。 分为ES-1（三四级公路、停车场罩面）和ES-2（二级及二级以下公路罩面，新建公路下封层）和ES-3（二级公路罩面，新建公路下封层）。微表处 主要用于高速公路及一级公路的预防性养护以及填补轻度车撤，也适用于新建公路的抗滑磨耗层，必须采用改性乳化沥青。 分为MS-2（中等交通量高速、一二级公路罩面）和MS-3（高速、一级公路罩面）。冷拌沥青混合料 宜采用乳化沥青或液体沥青拌制，也可以采用改性乳化沥青，混合料宜采

26、用密级配沥青混合料，当采用半开级配的冷拌沥青碎石混凝料路面时应铺筑上封层。 适用于三级及三级以下公路的沥青面层、二级公路的罩面层，以及各级公路沥青路面的基层、联接层或整平层，还可以用于沥青路面的坑槽冷补。五、路面面层沥青路面面层面层类型适用条件连续配筋混凝土面层高速公路复合式面层密级配沥青混合料上面层极重、特重交通荷载的高速公路连续配筋混凝土下面层设传力杆普通混凝土下面层碾压混凝土面层二级及二级以下公路钢纤维混凝土面层高程受限制路段、混凝土加铺层混凝土预制块面层二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段、服务区停车场五、路面面层水泥混凝土路面面层粘层 宜采用快裂或中裂乳化沥青、改性乳化沥青，也可采

27、用快、中凝液体石油沥青，所使用的基质沥青标号宜与主层沥青混合料相同。透层 选择渗透性好的液体沥青、乳化沥青、煤沥青。 透层油渗透入基层的深度宜不小于5mm（无机结合料稳定集料基层）-10mm（无结合料基层），并能与基层联结成为一体。封层 各种封层适用于加铺薄层罩面、磨耗面、水泥混凝土路面上的应力缓冲层、各种防水和密水层、预防性养护罩面层。 上封层根据情况可选择乳化沥青稀浆封层、微表处、改性沥青集料封层、薄层磨耗层或其他适宜的材料。 下封层宜采用层铺法表面处治或稀浆封层法施工。稀浆封层可采用乳化沥青或改性沥青作结合料。五、路面面层封层、粘层、透层六、路面原材料的选取细集料粗集料水泥和水六、路面原

28、材料的选取粗集料沥青路面水泥混凝土路面 材料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等。 高速公路和一级公路不得使用筛选砾石和矿渣。筛选砾石仅适用于三级及三级以下公路的沥青表面处治路面。 粗集料应满足质量技术要求和粒径规格。 高速公路、一级公路沥青路面的表面层的粗集料应满足粘附性和磨光值的要求。 高速公路、一级公路的其他层次及其他等级公路的各个层次应满足粘附性的要求。 材料包括碎石、碎卵石、卵石。 按照建筑用卵石、碎石（GB/T 14685）的规定：C60以上高强度混凝土应使用I级粗集料；C30-C60中强度混凝土使用II级粗集料；C30以下的低强度混凝土使用III级粗集料。 高速公路、一级公

29、路、二级公路及有抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的粗集料级别不低于II级。 无抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土及贫混凝土基层可使用III级粗集料。 粗集料应满足级配要求。六、路面原材料的选取细集料沥青路面水泥混凝土路面 材料包括天然砂、机制砂、石屑。 细集料应满足质量要求。 天然砂可采用河砂或海砂，通常采用粗、中砂，应符合天然砂规格的要求。 机制砂宜采用专用的制砂机制造，并选用优质石料生产，级配应符合S16的要求。 石屑为采石场破碎石料时用过4.75mm或2.36mm的筛下部分。高速公路和一级公路的沥青混合料宜将S14与S16组合使用，S15可在沥青稳定碎石基层或其

30、他等级公路中使用。 材料包括天然砂、机制砂或混合砂。 高速公路、一级公路、二级公路及有抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面使用的砂应不低于II级。 无抗（盐）冻要求的三、四级公路混凝土路面、碾压混凝土及贫混凝土基层可使用III级砂。 特重、重交通混凝土路面宜使用河砂。在河砂资源紧缺的沿海地区，二级及二级以下公路混凝土路面和基层可使用淡化海砂。缩缝设传力杆混凝土路面不宜使用淡化海砂；钢筋混凝土及钢纤维混凝土路面和桥面不得使用淡化海砂。 细集料应满足级配要求。六、路面原材料的选取水泥和水水泥特重、重交通旋窑硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥满足抗折强度、抗压强度的要求中、轻交通矿渣硅酸盐水泥低温天气施工

31、或快通要求R型水泥其它普通型水泥水饮用水可直接作为混凝土搅拌和养护用水检验指标： 流酸盐含量(按SO42-计)小于0.0027mg/mm 含盐量不得超过0.005 mg/mm PH值不得小于4 不得含有油污、泥和其他有害杂质七、路面排水设计路面表面排水中央分隔带排水路面边缘排水排水基层排水排水系统类型拦水带七、路面排水设计类型组成及要求路面排水系统表面排水路面排水路面做成中间高、两边低的路拱横坡，坡度一般采用1%2%路肩排水路肩与路面横坡应平滑相接、路肩横坡一般较路拱坡度大1%中央分隔带排水可在中央分隔带现浇薄层水泥混凝土或铺设预制水泥混凝土方砖封层拦水带由沥青混凝土现场浇筑，或由水泥混凝土预制块铺砌而成，拦水带顶面略高于过水断面的设计水面高边沟公路路面排水一般使路面径流路肩横坡汇流至路基边沟排水内部排水边缘排水系统由透水性填料集水沟、带孔纵向排水管、横向出水管和反滤织物等组成排水基层由直接设在面层下的透水性基层、边缘纵向集水沟和排水管、横向出水管及反滤织物等