沥青路面结构设计原则及内容（96页）

1、沥青路面结构设计原则及内容12.1 概 述结构、材料、荷载、环境、经济 沥青路面设计包括交通量实测、分析与预测，材料选择，混合料配合比设计，设计参数的测试与确定，路面结构组合设计与厚度计算，路面排水系统设计和其他路面工程设计等。并进行路面结构方案的技术经济综合比较，提出推荐方案。12.1.1 沥青路面设计内容 12.1.2 沥青路面设计原则 综合设计 、因地制宜、合理选材、节约资源的原则，选择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面结构方案。结合当地条件，积极、慎重地推广新技术、新结构、新材料、新工艺，并认真铺筑试验路段，总结经验，不断完善，逐步推广。12.1.3 沥青路面结构设计理论与方

2、法经验法从理论法向经验法、再从经验法向理论法转变的曲折过程 1901年，美国麻省出现了第一个路面设计方法的公式 1929年，开创加州承载比（CBR）的相对强度试验法，1942年，通过十余年的路面调查，把土的CBR与路面的经验厚度建立了关系，得出图解，提出了CBR方法 1956年，美国AASHO试验路 70年代，美国的AI法和Shell设计法 1987年，美国启动了历时5年、投资1.5亿美元的SHRP计划，重要的成果之一即为SUPERPAVETM (Superior Performing Asphalt Pavement)高性能沥青路面设计和分析系统。 力学经验法12.1.4沥青路面损坏形式及控

3、制指标1路面结构的损坏形式（1）横向裂缝 图12.1 收缩裂缝 图12.2 基层引起的反射裂缝（2）纵向裂缝（3）网裂及龟裂 （4）沉陷与坑槽（5）车辙、波浪与拥包（6）其他病害2. 设计的控制标准（1）控制路基路面沉陷指标。（2）控制疲劳开裂指标（3）控制车辙指标（4）控制低温缩裂指标（5）控制面层的剪切推移指标 沥青路面在力学性质上属于非线性的粘弹塑性体，但是考虑到行驶车轮作用的瞬时性，在路面结构中产生粘塑性变形数量较少，对于厚度较大、强度较高的高等级路面，将其视作线性弹性体，并应用弹性层状体系理论进行分析计算将是合适的。上级 上页 下页12.2弹性层状体系理论简介及应力分析严格地说，沥青

4、路面在力学性质上属于非线性的弹一粘一塑性体。但 12.2.1 基本假设假设： 1）各结构层是完全弹性的线变形体。 2）各结构层内部连续。 3）材料均质，各向同性 4）路基路面体系的位移微小。 5）结构物在受车轮荷载作用以前，初应力为零。 6）在结构物表面作用有限尺寸的荷载，荷载作用范围以外无其他荷载作用。 7）接触条件。 12.2.2 解题方法设计任务：确定技术经济合理的路面结构，使之能承受交通荷载与环境因素的作用。并在预定的使用期限内处于设计状态。 一、设计内容结构组合设计、材料组成设计、厚度设计验算、结构方案比选、路肩构造设计、排水系统设计等设计。上级 上页 下页二、设计原则三、设计理论与

5、方法（一）经验法CBR法、AASHTO法为代表（二）力学-经验法Shell法、AI法、前苏联运输工程部方法以及我国沥青路面设计方法为代表上级 上页 下页上级 上页 下页我国沥青路面设计规范规定沥青路面设计理论为弹性层状体系理论。 弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间体 设计方法概述力学模型双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系 路面整体刚度设计指标设计弯沉值 路面抗弯拉验算指标层底容许拉应力 路面抗剪验算指标面层容许剪应力 四、交通等级1.路面设计年限公路等级及其功能设计年限高速公路一级公路（干线功能）20一级公路（集散功能）二级公路15三、四级公路1

6、0上级 上页 下页2.标准轴载及轴载当量换算上级 上页 下页标 准 轴 载BZZ100 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上级 上页 下页沥青路面设计的荷载换算方程1）当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时式中：N标准轴载的当量轴次，次/日；n1被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；PS标准轴载100KN； Pi被换算车辆的各级轴载，KN；k被换算车辆的类型数；C1轴载系数， C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距大于3米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于3米时，按双轴或多轴计算。C2

7、轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。不计40KN以下轴载换算原则：等效疲劳：作用在同一结构上的A荷载使其破坏的次数为a； B荷载使其破坏的次数为b，则（A-a）等效（B-b）上级 上页 下页2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.09轴载系数， C1=1+2（m-1),m是轴数不计40KN以下轴载上级 上页 下页3.设计年限内累计交通量或车道系数双向单车道1.0双向六车道0.30.4双向双车道0.60.7双向八车道0.2-0.3双向四车道0.40.5公路无分隔时，路面窄取高值，路面宽取低值4.交通等级我国沥青路面按其承担的

8、交通荷载轻重划分为四个交通等级，即：轻、中等、重、特重。上级 上页 下页12.3 路面结构层与组合设计路面结构组合设计即根据公路所在区域的水文地质、气候特点、公路等级、使用要求，交通量及其交通组成等因素，结合当地实践经验，选择适宜的路面结构组合形式（面层、基层类型、层数、材料等，层间联结和封层），拟定沥青层厚度。沥青路面结构层的选择和层次的合理安排，是整个路面设计的关键 原则： （1）保证路面表面使用品质长期稳定。（2）路面各结构层的强度、抗变形能力与各层次的力学响应相匹配。（3）直接经受温度、湿度等自然因素变化的结构层次应提高其抵御能力。 （4）充分利用当地材料，节约外运材料，做好优化选择，

9、降低 建设与养护费用面层：单层、双层或三层沥青面层基层：柔性、半刚性、刚性或组合式垫层：排水、防冻、防水、防污等粒料或稳定土土基：密实、坚固、不透水层间结合：牢固沥青路面结构组合14-3 沥青路面结构组合设计P385-389 上级 上页 下页公 路 等 级沥青层推荐厚度（cm）公 路 等 级沥青层推荐厚度（cm）高速公路12-18三级公路2-4一级公路10-15四级公路1-2.5二级公路5-10结构层类型施工最小厚度（cm）结构层的适宜厚度（cm）沥青混凝土热拌沥青碎石粗 粒 式5.06-8中 粒 式4.04-6细 粒 式2.52.5-4沥青石屑1.51.5-2.5沥青砂1.01.0-1.5沥

10、青贯入式4.04-8沥青上拌下贯式6.06-10沥青表面处治1.0层铺1-3，拌和2-4水泥稳定类15.016-20石灰稳定类15.016-20石灰工业废渣类15.016-20级配碎、砾石810-15泥结碎石810-15填隙碎石1010-1212.3.1 路面结构层设计1.面层一般为双层，也可为单层或三层。 表面层也是磨耗层，应具有平整密实、抗滑耐磨、抗老化、抗低温开裂的功能；中、下面层应具有高温抗车辙、抗剪切、密实、基本不透水的性能；下面层应具有抗疲劳开裂的力学性能。热拌沥青混凝土可用于各级公路的面层；贯入式沥青碎石和上拌下贯式沥青碎石可用于三、四级公路的面层；沥青表面处治和稀浆封层可用于三

11、、四级公路的面层；冷拌沥青混合料可用于交通量小的三、四级公路面层。沥青层的厚度应根据级配类型、结构组合及施工条件等确定 。压实最小厚度不宜小于混合料公称最大粒径的2.53倍 面层类型应与公路等级、使用要求、交通等级相适应。沥青混合料类型最大粒径（mm）公称最大粒径（mm）符号压实最小厚度（mm）适宜厚度（mm）密级配青混合料（AC）砂粒式9.54.75AC-5151530细粒式13.29.5AC-102025401613.2AC-13354060中粒式1916AC-1640508026.519AC-205060100粗粒式31.526.5AC-257080120AC沥青混合料的压实最小厚度与适

12、宜厚度 2.基层 主要承重层，应具有稳定、耐久、较高的承载能力 可为单层或双层（基层、底基层）。基层可选用无机结合料稳定集料类或沥青处治粒料、粒料、贫混凝土等材料，底基层应充分利用沿线地方材料，可采用无机结合料稳定细粒土类或粒料类等。 沥青混合料、粒料类柔性基层，半刚性基层,刚性基层 基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，充分发挥压实机具的功能，以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。 半刚性材料基层、底基层的一层压实厚度宜为180200mm，并不得设计小于150mm的薄层，对半刚性材料的上基层厚度不宜小于180mm。表12.4 结构层最小施工厚度与适宜厚度结 构 层

13、 类 型最小施工厚度（mm）适宜厚度（mm）级配碎石80100200水泥稳定类150180200石灰稳定类150180200石灰粉煤灰稳定类150180200贫混凝土150180240级配砾石80100200泥结碎石80100150填隙碎石1001001203.垫层排水、隔水、防冻、防污 材料主要为透水性的砂砾、煤渣等。垫层由于不参与沥青路面设计计算，其厚度主要由最小填土高度、最小防冻厚度等综合确定。沥青混合料类型公称最大粒径（mm）最小压实厚度（mm）适宜厚度（mm）砂粒式沥青砼4.75101525细粒式沥青砼9.5202025细粒式沥青砼13.2303040中粒式沥青砼16404060中粒

14、式沥青砼19506080粗粒式沥青砼26.56070100粗粒式大粒径沥青碎石26.57080120粗粒式大粒径沥青碎石31.590100150特粗式大粒径沥青碎石37.510012015012.3.2 路面结构组合设计（1）基层与沥青面层的模量比宜在1.53之间；基层一与底基层的模量比不宜大于3.0；底基层与土基模量比宜在2.512.5之间。（2）为防止雨水、雪水渗入路面结构层、土基，沥青面层应选用密级配沥青混合料。当采用排水基层时，其下应设防水层，并设置结构内部的排水系统，将水排出路基。（3）刚性基层沥青路面应采取措施加强沥青层与刚性基层间的结合，并提高沥青混合料的抗剪强度。设计时应采取下

15、列技术措施，加强路面各结构层之间的结合，提高路面结构的整体性，避免产生层间滑移。1)沥青层之间应设粘层。粘层沥青可用乳化沥青、改性乳化沥青或热沥青，洒布数量宜为0.30.6kg/m2。2)各种基层上宜设置透层沥青。透层沥青应具有良好的渗透性能，可用液体沥青(稀释沥青)、乳化沥青等。3)在半刚性基层上应设下封层。下封层可用沥青单层表面处治或砂粒式、细粒式密级配沥青混合料，稀浆封层等。其材料规格与要求宜符合本规范有关规定。4)新、旧沥青层之间，沥青层与旧水泥混凝土板之间应洒布粘层沥青，宜用热沥青或改性乳化沥青、改性沥青。5)拓宽路面时，新、旧路面接茬处，宜喷涂粘结沥青。6)双层式半刚性材料基层宜采

16、取连续摊铺、碾压工艺，增强层间结合，以形成整层结 构 层 类 型最小压实厚度（mm）适宜厚度（mm）上拌下贯沥青碎石6060100沥 青 贯入式碎石404080沥青表处101030水泥稳定类150*180200石灰稳定类150*180200石灰粉煤灰稳定类150*180200贫混凝土150180240级配碎、砾石80100200泥 结 碎 石80100150填 隙 碎 石100100120结构类型最小厚度/cm结构层适宜厚度/cm柔性基层沥青稳定碎石无结合料级配碎石101510-2015-25半刚性基层水泥稳定类石灰粉煤灰稳定类综合稳定类20202020-3020-3020-30刚性基层不配筋

17、混凝土配筋混凝土连续配筋混凝土22222222-2422-2422-24我国沥青路面典型结构组合示例1.东部温润季冻区(1、2、3区）结构层次设计年限内一个行车道上的累计标准轴次（万次）400-800800-12001200厚度(cm)结构厚度(cm)结构厚度(cm)结构表面层4AC-13(16)或SMA-13(16)4AC-13(16)或SMA-13(16)4AC-13(16)或SMA-13(16)中、下面层6AC-206AC-207AC-2068AC-20或AC-2569AC-20或AC-2579AC-20或AC-25基层10LSM-25(30)12LSM-25(30)15LSM-25(3

18、0)或1530CGA或LFGA或1534CGA或LFGA或1538CGA或LFGA底基层?LFS或CLS或GA?LFS或CLS或GA?LFS或CLS或GA表5 高速公路、一级公路推荐结构表12.6 二级、三级公路推荐结构结构层次设计年限内一个行车道上的累计标准轴次（万次）100100-200200-400厚度(cm)结构厚度(cm)结构厚度(cm)结构表面层34AC-13(16)34AC-13(16)34AC-13(16)或SMA-13(16)面层57AC-20或AM-2058AC-20或AM-2069AC-20或AM-20基层-6LSM-208LSM-20（25）18CGA或LFGA18CG

19、A或LFGA1830CGA或LFGA底基层?LFS或CLS或GA?LFS或CLS或GA?LFS或CLS或GA12.4 我国新建沥青路面设计方法设计规范：1958年版、1966年版、1978年版、1987年版、1997年版和2006版 12.4.1 轴载换算 弯沉及沥青层底拉应力为设计指标的换算公式：被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）,适宜25130KN 轴数系数；当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于等于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算： 轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为，四轮组为0.38。 半刚性材料层底拉应力为设计指标的换算公式： 标准

20、轴载的当量轴次(次/日) 被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）,适宜50130KN 轴数系数；当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于等于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算： 轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为，四轮组为0.09。 2）设计年限内的累计当量轴次： 1）沥青路面的设计年限：至少公路等级设计年限（年）公路等级设计年限（年）高速、一级15三级公路8二级公路12四级公路6设计年限与累计当量轴次 我国沥青路面按其承担的交通荷载轻重划分为四个交通等级，即：轻、中等、重、特重，具体以两种划分方法进行计算后取较高等级进行定级。交通等级BZZ-10

21、0KN累计标准轴次Ne(万次/车道)中型以上货车及大客车（辆/日.车道）轻交通30025003000我国沥青路面交通轻重的等级划分沥青路面的交通等级12.4.2 设计指标我国公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）中规定：高速、一级、 二级公路的路面结构设计，应以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层层底拉应力(或拉应变)及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。三级、四级公路以路表面设计弯沉值为设计指标。有条件时，对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪切强度。1.计算图示上级 上页 下页ph1hnEn-1 n-1E1 1E0 0AA路表弯沉值计算图式ph1hnEn-1 n-1E1 1E0 0BDE

22、CCEDB层底拉应力计算图式h1hnEn-1 n-1E1 1E0 0DD剪应力计算图式2.设计指标（1）设计弯沉弯沉为荷载以下路面结构整体产生的竖向总位移，单位为0.01mm。 弯沉值可以表征路面结构强度，弯沉值越小，强度越高。贝克曼梁法进行现场测试 路表设计弯沉，即根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定，是路面厚度计算的主要依据。 路面设计弯沉值可以作为路面竣工后第一年不利季节、路面温度为20时在标准轴载l00kN作用下，竣工验收的最大回弹弯沉值，它与交通量、公路等级、面层和基层类型有关。一、设计指标与极限标准弯沉测定：贝克曼法：传统检测方法，速度慢，

23、静态测试，试验方法成熟，目前为规范规定的标准方法。自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。落锤弯沉仪法：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹量，快速连续测定，使用时应用贝克曼进行标定换算。上级 上页 下页设计弯沉上级 上页 下页设计弯沉值 ：是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测得的最大(代表)回弹弯沉值。根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值。l d设计弯沉值（0.01mm）；N e设计年限内一个车道累计当量轴次

24、；A c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；A s面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1。A p基层类型系数，半刚性基层取1.0，柔性基层取1.6 用路表弯沉作为设计指标能够从总体结构与宏观性能方面控制路面结构在设计年限内正常工作，但是弯沉指标却不能够表征路面结构内个别结构层的某一个指标是否出现破坏极限状态。此外，由于路表实测弯沉值随气候和水温环境发生变化，有时候难以确定弯沉与路面结构工作状态的绝对对应关系，因此，规范规定，以沥青面层和基层层底拉应力作为沥青路面结构设计的第二项设计控制指

25、标。上级 上页 下页 材料的容许拉应力： 上级 上页 下页式中： 路面结构层材料的容许拉应力（Mpa）; 材料的极限抗拉强度（Mpa）； 抗拉强度结构系数。 对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数，宜下式计算： 对无机结合料稳定集料类： 对无机结合料稳定细粒土类： 对贫混凝土： 1.拟定结构的路表计算弯沉值小于或等于设计弯沉值。 上级 上页 下页2.拟定结构的层底拉应力应小于或等于容许拉应力。 二、极限标准三、路面结构设计参数上级 上页 下页1.计算弯沉2.弯沉综合修正系数 上级 上页 下页弯沉综合修正系数：弹性层状理论是在一定假设条件下（半无限空间体、材料各向同性、均质体且不计自重）经过复杂的力

26、学、数学推演的理论体系，假设条件与路面实际不完全相符合，这是导致理论与实际不一致的原因。因此引入弯沉修正系数F，将理论弯沉值进行修正，使计算弯沉与实测弯沉值趋于接近。上级 上页 下页3.层底拉应力 理论最大拉应力系数实际设计时，该值通过程序计算得到4.路基回弹模量上级 上页 下页1. 现场实测法 1）刚性承载板测定2）由回弹弯沉测定EoL某点土基回弹模量；Eos某路段土基回弹模量设计值； 、 S分别为该路段实测土基回弹模量平均值与标准差；Za保证率系数，高速公路、一级公路为2，二三级公路为1.648，四级公路为1.5；K1不利季节影响系数，可根据当地经验选用。设计弯沉值 （2）层底容许拉应力控

27、制裂缝的产生和扩展 极限抗拉强度 对沥青混凝土的极限抗拉强度，系指15时的极限抗拉强度；对水泥稳定类材料系指龄期为90d的极限抗拉强度；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限抗拉强度；对水泥粉煤灰稳定类材料系指龄期为120d的极限抗拉强度。 抗拉强度结构系数12.4.3 路面结构厚度计算方程式与设计参数沥青路面设计步骤：首先进行结构组合设计（即结构层材料选择、层位、厚度初步选定等），然后进行荷载换算、设计参数的试验和选取，最后通过设计弯沉和层底容许拉应力进行厚度计算。路面厚度计算即沥青路面设计图示，采用多层弹性层状体系，通过电算方式 计算出路表弯沉值 和个结构层的层底拉应力 应满

28、足下面二式。 单圆中心 (B点)及双圆轮隙中心 (C点)为计算点，并取二者大值 3. 结构层材料参数高速公路、一级公路施工图设计时应选取工程用路面材料实测设计参数；各级公路采用新材料时，也必须实测设计参数。高速公路、一级公路的初步设计或二级以下公路设计时可借鉴本地区已有的试验资料或工程经验确定。可行性研究阶段可参考表确定。间接抗拉强度试验（劈裂强度）无侧限抗压强度试验试验法确定回弹模量设计值时有两种试验数据计算方法。 表12.13 沥青混合料设计参数参考值 材 料 名 称抗压模量 (MPa)15劈裂强度备注2015(MPa)细粒式密级配沥青混凝土密级配12001600180022001.21.

29、6AC-10,AC-13开级配7001000100014000.61.0OGFC沥青马蹄脂碎石12001600160020001.41.9SMA中粒式沥青混凝土10001400160020000.81.2AC-16，AC-20密级配粗粒式沥青混凝土8001200100014000.61.0AC-25沥青碎石基层密级配10001400120016000.61.0ATB-25, ATB -35半开级配600800AM-25, AM-40沥青贯入式400600 表12.14 基层材料设计参数 材 料 名 称配合比或规格要求抗压模量（MPa）（弯沉计算用）抗压模量（MPa）（拉应力计算用）劈裂强度 （

30、MPa）水泥砂砾4%6%11001500300042000.40.6水泥碎石4%6%13001700300042000.40.6二灰砂砾7：13：8011001500300042000.60.8二灰碎石8：17：8013001700300042000.50.8石灰水泥粉煤灰砂砾6：3：16：7512001600270037000.40.55水泥粉煤灰碎石4：16：8013001700240030000.40.55石灰土碎石粒料60%7001100160024000.30.4碎石灰土粒料40%50%600900120018000.250.35水泥石灰砂砾土4：3：25：6880012001500

31、22000.30.4二灰土10：30：60600900200028000.20.3石灰土8%12%400700120018000.20.25石灰土处理路基4%7%200350级配碎石基层连续级配型300350基层骨架密实型300500底基层、基层用200250填隙碎石底基层200280未筛分碎石底基层180220天然砂砾底基层150200中、粗砂垫层80100沥青路面设计Design of Asphalt Pavement沥青路面结构设计方法种类 经验法：AASHTO法；CBR法。依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际。 力学经验法（M-E）

32、：AI法；SHELL法；我国设计方法。依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。 典型结构法：法国方法；中国八五研究成果。通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。 优化设计法通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成熟。ph1hnEn-1 n-1E1 1E0 0AA路表弯沉值计算图式ph1hnEn-1 n-1E1 1E0 0BDECCEDB层底拉应力计算图式设计时，宜使路基处于干燥或中湿状态，土基回弹模量值应大于30MPa，对重交通、特重交通的土基回弹模量值

33、应大于40MPa路基回弹模量设计值确定方针：新建公路路初步设计，可根据查表法（或现有公路调查法）、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的路基回弹模量设计值；已建公路，可现场测定路基回弹模量（承载板法、贝克曼梁弯沉仪法）或室内试验测定路基土回弹模量值与室内路基土CBR值等资料，建立可靠的换算关系，利用换算关系估算现场路基回弹模量。（1）查表法根据当地经验或路基临界高度，判断各路段土基的干湿类型，论证得到各路段土的平均稠度 2）拟定土的平均稠度根据土质、气候条件按当地经验确定 1）确定临界高度（2）承载板实测法刚性承载板 3）预测土基回弹模量参考表预测土基回弹模量值。当采用

34、重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值提高15%30%。二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）区划 稠度 c土组0.800.901.001.051.101.151.201.301.401.702.001粘质土 粘质土19.0 18.522.0 22.525.0 27.026.5 29.028.0 31.529.5 33.531.02粘质土 粉质土19.5 20.022.5 24.526.0 29.028.0 31.529.5 34.031.5 36.533.5（4）室内试验法采用100mm直径承载板进行试验 （3）贝克曼梁弯沉仪实测法可测定路基弯沉值，检验路基设计回弹模量相对性的弯

35、沉值 （5）换算法承载板法贝克曼梁法新建沥青路面的厚度设计根据设计要求，按弯沉或弯拉指标计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，计算设计弯沉值;按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各路段土基回弹模量设计值;参考本地区经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定或依据参考值选定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的设计参数，计算容许拉应力; 根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度; 对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求; 进行技术经济比较，确

36、定路面结构方案。主要内容和步骤： 搜集调查交通量并计算累计标准轴次根据交通、道路设计等级等资料计算设计弯沉气象资料、材料调查及混合料试验确定土基干湿类型、回弹模量拟 定 路 面 结 构 方 案确定材料抗压回弹模量按设计弯沉计算路面厚度是否验算拉力确定路面材料抗拉强度确定容许疲劳拉应力R计算层底拉应力mmR？是否增加厚度是否调整材料是否验算防冻厚度是否有其他方案技术经济比选，确定采用的路面结构总厚度防冻厚度？否否否验算合格不合格有不满足满足否是是路面结构层厚度计算有两种方法：（1）计算法（2）验算法通常采用计算法确定厚度，在构组合设计过程，根据粒径大小和施工厚度拟定沥青面层各层厚度和基层厚度，而

37、底基层厚度通过计算确定。新建路面的厚度设计示例路段所在地区基本资料：某新建高速公路地处2区，为双向四车道，拟采用沥青路面结构，进行施工图设计，沿线土质为中液限粘性土，填方路基高1.8m，地下水位距路床2.4m；年降雨量为620mm/年，最高气温35，最低气温-31，平均冻结指数为882d，最大冻结指数为1225d。土基回弹模量的确定：设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘质土，根据室内试验法确定土基回弹模量设计值为36MPa。交通量调查资料:沥青路面交通轴载分析年限为15年，预测交通量增长率前五年为8.0% 、之后五年为7.0%，最后五年为5.0%。1. 基本资料车型分类代表车型数量（辆/

38、日）小客车桑塔纳20002280中客车江淮AL6600220大客车黄海DD680450轻型货车北京BJ130260中型货车东风EQ140660重型货车黄河JN163868铰接挂车东风SP9250330累计轴次计算结果如表所示，属于重交通等级。2.设计轴载表 轴载换算与累计轴载汽车车型前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)日交通量(日/辆)北京BJ130型轻型货车13.427.4120260东风EQ140型23.669.3120660东风SP9250型50.7113.3324330黄海DD680型长途客车49.091.5120450黄河JN163型58.6114.0120868

39、江淮AL6600型17.026.5120220换算方法弯沉及沥青层拉应力指标半刚性层拉应力指标累计交通轴次2098万次2673万次3.初拟路面结构拟定采用两种路面结构根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：结构一: 4cm细粒式沥青混凝土 + 6cm中粒式沥青混凝土 + 8cm粗粒式沥青混凝土 + 36cm水泥稳定碎石基层+ ？二灰土底基层，以二灰土为设计层。结构二: 4cm细粒式沥青混凝土 + 6cm中粒式沥青混凝土 + 18cmATB（大粒径沥青碎石）+ ？二灰稳定砂砾+ 15cm天然砂砾垫层，以二灰稳定砂砾为设计层。4.

40、路面材料配合比设计与设计参数的确定（1）试验材料的确定半刚性基层所用集料与结合料取自沿线料场，沥青选用A级90#，上面层采用SBS改性沥青，技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范相关规定。（2） 路面材料配合比设计（试验确定）（3） 路面材料抗压回弹模量的确定 1）半刚性材料的抗压回弹模量按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTJ057）中T0801-94规定的顶面法测定。水泥稳定碎石试验均值为3188，方差为782；二灰土试验均值为2091，方差为688；二灰稳定砂砾均值为3617，方差为634。 2 ）沥青混合料的抗压回弹模量参照T0801-94规定的方法进行，测定20的抗压回弹模量。

41、各种材料的试验结果与设计参数见表12.24和表12.25。表12.24 沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值材料名称20抗压模量（MPa）15抗压回弹模量（MPa）Ep方差Ep-2Ep方差Ep-2Ep+2Ep代Ep代细粒式沥青混凝土19912011589268034419923368中粒式沥青混凝土14251051215217518718012549粗粒式沥青混凝土9785586813206012001440大粒径沥青碎石LSM12481161016171515614032027表12.25 半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值材料名称抗压模量（MPa）Ep方差Ep-2Ep+2Ep代水

42、泥稳定碎石318878216244752二灰土20916887153467二灰稳定砂砾261723421493085天然砂砾250（4） 路面材料劈裂强度根据当地已有试验资料，结合相邻公路的设计情况，强度选用经验值材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土大粒径沥青碎石水泥稳定碎石二灰土二灰稳定砂砾劈裂强度（MPa）1.21.00.80.60.60.30.5表12.26 路面材料强度5.路面厚度设计高速公路设计年限为15年，设计弯沉值为20.60 (0.01mm)。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为3.2cm； 满足层底拉应力要求的结构层厚度为29.2cm。设计

43、厚度取30 cm。（1）结构1厚度计算表12.27 结构厚度计算结果序号结构层材料名称平均抗压模量(Mpa)抗压模量标准差(Mpa)平均弯拉模量(Mpa)弯拉模量标准差(Mpa)弯拉强度(Mpa)厚度(cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土199120126803441.24-0.210.462中粒式沥青混凝土142510521751871.060.080.383粗粒式沥青混凝土978551320600.88-0.020.314水泥碎石318878231887820.6360.170.265二灰土209168820916880.3300.10.16土基360-设计弯沉

44、值为22.66 (0.01mm)，利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为16.2cm； 满足层底拉应力要求的结构层厚度为33.8cm。设计厚度取34 cm。各结构层的验算结果如表12.28所示。（2）结构2厚度计算序号结构层材料名称平均抗压模量(Mpa)抗压模量标准差(Mpa)平均弯拉模量(Mpa)弯拉模量标准差(Mpa)弯拉强度(Mpa)厚度(cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土199120126803441.24-0.230.462中粒式沥青混凝土14251052175187160.020.383大粒径沥青碎石124811617151560.610

45、-0.010.234二灰稳定砂砾261723426172340.5340.190.195天然砂砾2500-20-6土基360-6.验算防冻厚度例题甲乙两地之间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10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如下表14-14所示，试进行路面结构设计。预测交通组成表车型前轴重 (KN)后轴重 (KN)后轴数后轴轮组数后轴距交通量(次/日)三菱T653B29.348.01双轮组300黄河JN16358.6114.01双轮组400江淮HF15045.1101.51双轮组4

46、00解放SP920031.378.03双轮组3m300湘江HQP4023.173.22双轮组3m400东风EQ15526.556.72双轮组3m400解 轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。(1)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 a.轴载换算：计算结果如下表14-15：车型Pi(KN)C1C2ni(次/日) (次/日)三菱T653B前轴29.3113001.4后轴48.01130012.3黄河JN163前轴58.61140039.1后轴114.011400707.3江淮HF150前轴45.11140012.5后轴101.511400426.8解放SP92

47、00前轴31.3113001.9后轴78.031300305.4湘江HQP40后轴73.221400205.9东风EQ155前轴26.5114001.2后轴56.72.2140074.61788.4 轴载换算结果表（弯沉） 解b.累计当量轴次根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.40.5，取0.45，累计当量轴次： =9332998次轴载分析(2)验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次a.轴载换算：计算结果如下表：轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型黄河JN163前轴58.6114005.6后轴114.0114001141.0江淮HF150后轴101.

48、511400450.6解放SP9200后轴78.031300123.3湘江HQP40后轴73.22140065.9东风EQ155后轴56.73140012.81799.2b.累计当量轴次参数取值同上，设计年限是15年，车道系数取0.45。累计当量轴次：=9389359次结构组合与材料选取 由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为九百万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土(15cm)，基层采用水泥碎石（取25cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。规范规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。查规范中的第四节沥青路面的4.2

49、 高级路面中的表4.2.1“沥青混合料类型的选择(方孔筛)”，采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)。各层材料的抗压模量与劈裂强度查表14-12，14-13，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20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1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，水泥碎石为1500MPa，石灰土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，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。土基回弹模量的确定该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.00，查表14-9 “二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（Mpa）”查得:土基回弹模量为40MPa。设计指标的确定对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。（1）设计弯沉值本公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大