沥青路面设计原理和方法-参考

1、1 设计原理路面结构设计流程根据设计要求， 按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标 准当量轴次，确定设计交通量和交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯 沉值或容许弯拉应力。按路基土类和干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定 各个路段土基回弹模量设计值。参和本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合和厚度方案， 根据工程选 用的材料进行配合比试验， 测定个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。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（ 本次设计不考虑冻害）。路面设计参数在进行路

2、面组合设计时，我们需要求得以下参数：标准轴载及当量轴次、 路面容许弯沉值、容许弯拉应力等当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时， 凡轴载大于 25KN 的各级轴载（包括前后轴） pi 的作用次数 ni ，均按下式换算成标准轴载 p的当p量作用次数 NKNC1C2nii1式中 N 标准轴载的当量轴次（次 / 日）ni 被换算的各级轴载 pi 的作用次数（次 / 日）p 标准轴载（ KN）pi 被换算的各级轴载（ KN）k 被换算车辆的类型系数；C1 轴数系数， C1 1 1.2 m 1 ，m是轴数，当轴间距大于 3m时，按单 独的一个轴载计算，当轴间距小于 3m时，应考虑轴数系数；C2

3、 被换算的各级轴载单轮轮组系数， 单轮组为 6.4 ，双轮组为 1，四轮 组为 0.38 。ppi8当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于 50kN 各级轴载的作用 次数 ni ，均按下式换算成标准轴载 p的当量作用次数 ：kNC1C2ni1式中 以半刚性材料层的拉应力为设计指标时标准轴载的当量轴次（次 /日）;C1 被换算车型的轴数系数，以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴 数系数按式 C1 =1+2（m-1）计算；C2 被换算车型的轮组系数，单轮组为 1.85 ，双轮组为 1.0 ，四轮组为 0.09设计年限累计当量轴载数 NeNe=(1 r)t 1 365 Nr式中 Ne 设计年限

4、内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次（次）t 设计年限（年）r 设计年限交通量平均增长率（ %） 车道系数路面设计弯沉值 在经过大量的测试和分析，得到路面设计弯沉值计算公式如下：lRN0.2 eAC As1.10式中 l R 路面设计弯沉值（ 0.01mm）Ne - 设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ac 公路等级系数，高速公路、一级公路为 1.0 ，二级公路为 1.1 ，三四级为 1.2As- -面层类型系数， 沥青混凝土面层为 1.0 ，热拌沥青碎石、沥青表面处 治为 1.2 ；结构层材料的容许拉应力我国沥青路面设计除了以路面设计弯沉值为设计控制指标之外，对高等级 道路路面还要验算沥

5、青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。 要求结构层底面 的最大拉应力不大于结构层材料的容许拉应力，在路面设计中表示为结构层材料的容许拉应力是路面承受行车载荷反复作用达到的临界破坏状 态时的最大疲劳应力。 这一应力较一次荷载作用的抗拉强度小， 减小的程度同重 复荷载次数及路面结构层材料的性质有关。当沥青混凝土层、半刚性材料基层、 底基层以拉应力为设计或验算指标时，这种关系表示如下：s/K式中 R - 路面结构层材料的容许拉应力；S - 沥青混凝土层或半刚性材料的极限劈裂强度；Ks - 抗拉强度结构系数。表征结构层的抗拉强度因疲劳而降低的抗拉强度结构系数，根据载荷应力 和达到疲劳临界状态的荷载作用

6、次数之间的疲劳方程表示如下：沥青混凝土面层Ks 0.09 Aa Ne0.22 /Ac无机结合料稳定集料类Ks 0.35AaN e0.11 / Ac无机结合料稳定土类Ks 0.45AaN e0.11 / Ac式中 Aa - 沥青混合料级配的系数，细、中粒式沥青混凝土为 1.0 ，粗粒式沥青 混凝土 1.1Ac - 公路等级系数。2 设计方案2.1 交通量组成表 1 交通量车型东风 EQ140解放 CA10B黄河 NJ150太脱拉 138小汽车辆/日3407501007450现行规范规定：高速公路，一级，二级公路及城市道路应采用BZZ-100 重型标准，因此一级公路选用 BZZ-100 重型标准。

7、将各种轴载作用次数换算为标准轴 载作用次数表 2 各种车辆参数车型交通量（辆轮压 pi单 轮轮机 直轮组系数后轴轴数前轴轴载 Pi/日）(MPa)径 di(cm)ci(KN)东风EQ1403400502101123.70解放CA10B75005019541119.40黄河NJ15010007021491149.0太脱拉1387406020601251.4小汽车50-表 3 当量轴次换算车型后轴换算系数前轴换算系数车辆（总）轴载换算系数当量轴次 nbi（次 /日）东风E012620 17978961.1解放CA10B00973750 0056660 10304177.3

8、黄河N2305921 237275123.7太脱2791980 999398740当量轴次 =336N1nbi 336 次 /日累计当量轴次：根据规范，一级公路沥青路面的设计年限为 15 年，设计车道为 四车道，车道系数取值 0.45. 累计当量轴次为：Ne(1 r)t 1 365N1(1 0.10)15 1 3650.10336 0.451558630.861 次，为轻型路面。2.2. 确定土基的回弹模量 E0 值由全国公路自然区规划图可知南京位于区，路槽底距地下水位的高度为 H0=1.2+0.8=2.0m，查表（路基临界高度参考值 ）可知

9、 H0介于 H1和 H2之间，接着 查表（路基干湿类型） 可知该路基属于中湿路基。 然后再查个自然区划土基干湿 分界稠度可知 Wc=0.96，然后再有表二级自然区划各土组土基回弹模量参考值可 知 E0=36Mp。a计算路表容许弯沉值 l R1.10级公路 Ac 1 ，沥青混凝土面层 As 1lR 1.100.2 ACAs0.2 1 1 0.0635cmR Ne0.2 C (1558630.861.480) 0.2计算路表设计弯沉值 l Rld 600Ne0.2Ac AsAb 600 1558630.861 0.2 1.0 1.0 1.0 0.0346cm新建路面结构厚度计算拟定路面结构组合方案

10、，确定路面结构材料的相关参数表 4 路面材料参数层次结构层名称厚度（ cm）抗压回弹模量（MPa） 20 C抗压回弹模量（MPa） 15 C极限抗弯拉强 度（ Mpa ）1细粒式沥青混凝土（ DAC-13 ）5140020001.52中粒式沥青混凝土（ DAC-20 ）7120018000.93粗粒式沥青碎 石（ DAC-25 ）10100011000.74水泥砂砾土5005000.55砂砾201501506土基302.6 按容许弯沉值计算路面厚度1）计算综合修正系数lRE0 0.380.0635 36 0.38F AF ( R 0 )0.38 1.47 ()0.38 0.490F 2p 2

11、0.7 10.652)计算理论弯沉系数lRE1 12p F0.0635 14002 0.7 10.65 0.49012.1683）计算 的厚度沥青混凝土面沉作为当量三层体系的上层，第二，三，四，五层换算成当量三 层体系中的中层，土基作为当量体系的下层。由 h 510.65 0.469 ， 2 E1 12001400 0.857, 0 E2 361200 0.03查（ 三层体系表面弯沉系数诺谟图中主图 ） 得：6.54图）得 k1=1.43k2k112.1686.5 1.431.31查（三层体系表面弯沉系数诺谟图中梅花图）得：H 4.0 ，则 H=4.0 10.65 42.6中层当量厚度：7 1

12、0 2.41000h42.4 500 20 2.4 150 71200 4 1200 1200+9.268+0.694h 4 +8.409=42.6 h4 25.8, 取 26cm各层材料的容许底层拉应力计算R s /Ks细粒式密级配沥青混凝土 :Ks 0.09AaNe0.22 / Ac 0.09 1.0 1558630.8610.222.071.01.5Rs / K s0.72 MP2.07中粒式密级配沥青混凝土 :Ks 0.09 AaN e0.22 / Ac 0.09 1.0 1558630.8611.02.070.9R s / K s 0.43MP2.07粗粒式密级配沥青混凝土Ks 0.

13、09 AaN e0.22 / Ac0.09 1.0 1558630.8610.221.02.07R s / K s 0.7 0.34MP2.07水泥砂砾土0.11Ks 0.35AaNe0.11 / Ac 0.35 1.0 1558630.8610.111.01.68R s /Ks0.5 0.30MP1.67计算弯拉应力1）：验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力 沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二，三，四，五层换算成当量三层 体系中的中层，土基作为当量三层体系的下层。 当量三层体系中层当量厚度为：7 101000 26 0.9 500 20 0.1200 1200150 26.981000由

14、 h 105.65 0.469，面弯拉应力系数诺谟图则 H 1206.6958 2.53E1 1400 0.857 , E2 1200 0.03 ,查（三层体系上层底上层，中层间滑动） ） 得：0.30 ，m1=1.20 ，m2=1.10 ，最大弯拉应力 r1 p m1m2 0.7 0.30 1.20 1.10 0.277MPa 计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：KS 0.12 Ne0.2 0.12 （1558630.861）0.2 2.08AC1计算沥青混凝土容许弯拉应力S 1.50.721MPaKS 2.08可知： R r1，满足要求2）验算水泥砂砾层底面的弯拉应力 由于水泥砂砾层下面有天

15、然砂砾层，把天然砂砾层当作三层体系中的中层，第 一二三四层换算成当量三层中的上层，土基作为当量三层体系的下层。 上层当量厚度为：E1E2 E3 140012001000h h1 4 1 h2 4 2 h34 3 h4 5 4 7 4 10 4 26 53.071 E42 E43 E44 500500500中层当量厚度为 20cmh 53.07 4.983 ，10.65E2 150E1 14000.107 , E0 36 0.24E2 150H 102.065 1.878 ， 按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层，中层间连续）得：0.20 ，m1=0.98 ，m2=

16、1.04 最大弯拉应力： r2 p m1m2 0.7 0.2 0.98 1.04 0.143MPa 计算水泥稳定砂砾层抗弯拉结构强度系数：Ks 0.40 Ne0.1 0.4 （1558630.861）0.1 1.322AC1计算水泥稳定砂砾容许弯拉应力：0.5KS 1.3220.378MPa可知 Rr2 ，满足要求。程序计算路面厚度新建路面结构厚度计算公 路 等 级 : 一级公路新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 34.6 (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

17、(MPa) 抗压模量 (MPa) 容许应力 (MPa)(20)(15)1细粒式沥青混凝土514002000.722中粒式沥青混凝土712001800.433粗粒式沥青混凝土1010001100.344水泥砂砾土?500500.35天然砂砾 20 1501506土基 36按设计弯沉值计算设计层厚度LD= 34.6 (0.01mm)H( 4 )= 25 cm LS= 35.3 (0.01mm)H( 4 )= 30 cm LS= 32.2 (0.01mm)H( 4 )= 26.1 cm(仅考虑弯沉 )按容许拉应力验算设计层厚度H( 4 )= 26.1 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )= 26.1 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求 )H( 4 )=