沥青路面结构设计与计算书

沥青路面结构设计与计算书

1工程简介

本路段属于安图至汪清段二级公路.K0+000〜K3+500,全线设计时速为6Qkm/h的二级公路，路面采用60km/h的二级公路标准。路

基宽度为10m,行车道宽度为2X3.5m,路肩宽度为2X0.75m硬路肩、2X0.75土路肩。路面设计为沥青混凝土路面，设计年限为12

年。路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴教，以BZZ—100表示；根据沿浅工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为：路

面的面层采用4cm厚细粒式沥青混凝土和6cm厚中粒式沥声混凝土，基层采用20cm厚水泥稳定碎石，底基层采用石灰粉煤灰土。

2土基回弹模量的确定

本设计路段自然区划位于H3区，当地土质为粘质土，由《公路沥青路面设计规范(JTGD50-2004)»表F.2有得，土基回弹模量

在干燥状态取39Mpa,在中湿状态取34.5Mpa.

3设计资料

(1)交通量年增长率：5%设计年限：12年

(2)初始年交通城如卜表：

前轴雨后轴承.后轴轮后轴距日交通量(辆

车型后轴数

(kN)(kN)组数(m)/d)

解放

19.460.851双578

CA10B

黄河

49101.61双210

JN150

尼桑

49.851001双330

CK20L

交通

25.5555.11双126

SII141

太脱拉

51.4802双1.3211

138

东风

23.769.21双20

EQ140

南阳

48.797.31双25

351

4设计任务

4.1沥青路面结构组合设计

4.2沥青路面结构层厚度计算，并进行结构层层底拉应力验算

4.3绘制沥青路面结构图

5沥青路面结构组合设计

5.1路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载计算参数如表10—1所示。

标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100

标准轴载

100单轮传压面当量圆半径6(cm)10.65

P(KN)

轮胎接地压

0.7两轮中心距(cm)3.06

强P(Mpa)

5.1.1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

5.1.1.1轴载换算

轴载换算采用如卜的计算公式:

c,=1+L2x(/-I)=l,计算结果如下表所示。

'夺。喏厂W

C._____C,_____、(次/日

车型P._____)

(KN)

解放|前轴19.416.4578

CA10B后轴60.8511578

贡河前铀4916.421060.360

JN150后轴101.611210225.013

尼桑前轴49.8516.4330102.220

CK20L后轴10011330330.000

交通前轴25.5516.41262.132

SH141后轴55.1111269.427

太脱拉前轴51.416.44114.510

138后轴802.214134.170

东风前轴23.716.420

EQ140后轴69.211204.032

南阳前轴48.716.4256.996

351后轴97.3112522.194

811.054

注：轴载小于25KN的轴载作用不计

5.1.1.2累计当量轴次

根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取12年，车道系数（1=0.7,/=5.0%

累计当量轴次：

N-I+一一小365A，[。+0.05尸-l]x365x8U.05x0.7二邠1।,A

*y0.05

5.1.2验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次

5.1.2,1轴载验算

验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:

轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）

C._____C,_____氨次/日)（次/日）

车型E____

(KN)二

解放前轴19.4118.5578

CA10B后轴60.851157810.865

黄河前轴49118.5210

JN150后轴101.611210238.434

尼桑前轴49.85118.5330

CK20L后轴10011330330.000

交通前轴25.55118.5126

SH141后轴55.1111261.070

太脱拉前轴51.4118.5413.695

138后轴80314120.636

东风前轴23.7118.520

EQ140后轴69.21i201.052

南阳前轴48.7118.525

351后轴97.3112520.084

625.836

注：轴载小于50KN的轴载作用不计

5.1.2.2累计当量轴次

参数取值同上，设计年限为12年，车道系数取0.7,则累计当量轴次为：

N'=1+，-1卜365N,卜+0.05/-l]x365x625.836xO/7=2545167次

'y'0.05

5.2路面结构层设计与材料选取

由上面计算得到设计年限内•个行车道上的累计当量轴次。根据《路基路面工程》在干燥和中湿路段，路面拟定采用以下结构：

面层：细粒式沥青混凝土（厚度4cm）；

中粒式沥青混凝土（厚度6cm）；

基层:水泥稳定碎石（20cm）；

底基层：石灰粉煤灰土（厚度待定）。

5.3土基回弹模量的确定

该路段处于小粘质土，土基回弹模量：干燥39Mpa、中湿34.5Mpa.

5.4设计指标的确定

利•于二级公路，规范要求以设计弯沉作为设计指标，并进行结构层层底拉应力验算。

5.4.1设计驾沉值

该公路为二级公路,公路等级系数取1.1,面层类型系数取L0,半刚性基层、底菸层总厚度大于20cm,基层类型系数取1.0。

设计弯沉值为：

=600M3AA4=600x329841^,:xl.lxl.0xl.0=32.80w〃）

5.4.2各层材料的容许层底拉应力

各层材料的劈裂强度：细粒式密集配沥青混凝土为L4VPa,粗粒式密集配沥青混凝土为LOMPa,水泥稔定碎石为0.5MPa,石灰

粉煤灰土为0.25MPa

对「•细粒式密集配沥青混，疑土层K,=0.09N；81A.=0.09x32984=2.222

T=&■==0.449MPa

K,2.222

J2

对于中粒式密集配沥青混凝土层K,=0.09N,°22/A=0.09x3298414°/1.1=2.222

'=工5-=o36()MPa

rK,2.222

对于水泥稳定碎石K,=0.35^°"/4,-=0.35x3298414,>"/l.l=1.658

=^=_05_=03()1,[pa

,K,1.658

对于石灰粉煤灰土K,=0.45N「”/A=0.45x3298414?"1H.1=2.132

f^=_O25^=0H7明

Kt2.132

5.5设计资料汇总

设计弯沉值为30.45(0.01mm),相关设计资料汇总如下表：

路面设计的结构参数(干燥)

h抗压模量抗压模量容许拉应力劈裂强度

材料名称

(cm；20T15c(MPa)(MPa-

中粒式沥青混凝土4140020000.4491.4

粗粒式沥青混凝土6120018000.3601

水泥稳定碎石20150015000.3010.5

石灰粉煤灰土?7507500.1170.25

—

士基—3939—

路面设计的结构参数(中湿)

h抗压模量抗压模量容许拉应力劈裂强变

材料名称

(cm'20c15-C(MPa)(MPa;

中粒式沥青混凝土5140020000.4491.4

粗粒式沥青混凝土7120018000.3601

二灰碎石20150015000.3010.5

石灰上77507500.1170.25

士基—34.534.5——

6沥青路面结构层国度计算(干燥路段)

6.1确定理论弯沉系数生，其中4=/4=32.80(0.01w〃)

、0.38/-\。36

32.80

—=0.592

2000x10.65)lo.7j

乂因

1000空里产lE_32.80x1400

st=5.202

2000p6F~2000x0.7x10.65x0.592

6.2结构厚度计算，以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。

rrrT"Ir*r

11111Al1口II"

中粒式沥背混凝土Ei=1400MPa

粗粒式沥青混凝t除］200MPa

水泥稳定碎石E,=1500MPa

%=4cm,E,=1400"尸〃

h2=6cm.E2=l2WMPa/i,=4C/TLE,=1400MPa

'hy=20cm,Ey=150()MPa'=>'H=?cm,E2=l2OOMPa

%=?cmE=750MPaEa=E0=39MPa

%=39M&J

多层体系换算图式

（注：此时取20c是材料的模量值）

查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为a,=aKK,所以&=务。

ctKl

由于且=J2_=0.033刍■=幽=().857-=—=0.375

E,1200E、14X)810.65

K]=1.30

查诺漠图得则K、=—=51)2=0616

a=6.52阳6.5x1.30

查诺漠图得抵=4.2则H=4.2<10.65=44.73cm

由弯沉等效换算得:

孙73=6+球舟丸x儡

=20.41取九=21cm

7层底拉应力验算

7.1对细粒式沥青混凝土层底拉应力验算

7.1.1换兑成当量三层体系（此时采用15"C时各材料的模量）

/»,=4cin.£=2000MPa

It=6cm,E2=1800MPa/?,=4cm,E[=2000/V/Pd

h3=20cm,E3=l5(X)MPan，=?<vw，G=180aWPa

E„=E=34.5WPa

/z4=21C/H,£4=75(1WP«n

3=34.5MP"

30.27cm

此时,《=羲=。375《=怒=2.842,福=黑=。9自=彘=。.02「查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得

3<0.基地为压应力无需验算

7.2对中粒式水泥混凝土进行层底拉应力验算

7.2.1换算成当量三层体系（此时采用15"C时各材料的模量）

九=4cm,片=2000M&J

h2-6cm.E2=1800AfPa〃=?,£=1800MPa

力；=28m,々=1500M户"，=\500MPa

h4=2\cm.E4=150MPaEn=E0=39MPu

Eu-39MPa

此时号=^=2.7901=黑=°918,亮=器=0.833,£=^=086查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得嬴

。.基地为压应力无需验匏

7.3对水泥稳定碎石基层层底弯拉皮力验算

7.3.1换算成当量三层体系（此时采用15t时各材料的模）

%=4cm,片=

h2=6cm,E2=1800M&h=?,El=\500MPa

4=20cm,J=1500/WP〃=,〃=2lew,E2-150MPa

hA=2k?n.E3=750WPaEn=E„=39MPa

E°=39MP”

"=£"恰="移增后+”「4】部+6）儒+20=30.573〃

732求层底最大拉应力•5,=〃.5,

HI4=30.578=2.871与75()=0.500查诺谟图磊=0.11

z>10.65耳1500

31.578E75()

由心二2.979,2=-=--0-.5D0.”=—=0.052查图得町=1.37

310.65E、1500区750

,H21=1.971，二75():0.50).2=21=0.052查图得m,=1.10

[tl—=----==----=

810.65耳1500E2750

<7«=<rx叫xm2

tTm=p.^=0.7x0.11x1.37x1.10=0.116MP«<0.301M尸”，满足要求。

7.4.对于石灰粉煤灰土层

741三层体系如图所示

7.4.2求层底最大拉应力：％=pq

QQ一

=，-=0.052查诺漠图加■=0.38

750

由卜磊⑼L=29=().50(),查图得%=1.09

1500

由品部“97L:应包=2.871,至=当=0.05查图得%=()=9

10.65E.15002

<7...=（Txn,x/j,

3=p=0.7x0.38x1.09x0.39=0.113MPa<0.11IMPa,满足要求。

7.最小防冻厚度验算

根据《规范》干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。

8沥青路面结构层厚度计算（中湿路段）

8.1确定理论弯沉系数%,其中&=。=32.80（0.01〃口〃）

0.380J6

32.80

=0.565

2000x10.65

又因

L=l(XX)&〃/na,="E、32.80x1400

=5.45

E\2000〃/2000x0.7x10.65x0.565

6.3结构厚度计算，以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。

111114)口□”

中粒式沥青混凝土EpHOOMPa

粗粒式沥青混凝土E产1200MPa

水泥稳定碎石区=1500MPa

石灰粉煤灰上E,=750MPa

Eo=34.5MPa

路表弯沉值计算图式

%=4cm,Et=l4W)MPa

h,—6cnt.E2—1200MPaA,=Acm,E}=1400MPa

小=20c〃，G=1500MR/=>H=?cm,E2=\2OOMPa

hi=?cm、E4=750MpoEn=E(,=34.5MPa

E0=34.5M&J

多层体系换算图式

（注：此时取20c是材料的模量值）

查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为a,.=aKK.所以写。

aK]

由于"=9=0.028々1200

=().857=0.375

h,1200记二而610.65

%=1.505.45

古东漠图得=0.558

a-6.56.5xl.5()

查诺漠图得=4.5则H=4.5x10.65=47.925〃

由弯沉等效换算得：H=*儿德=-2超，则

47.925=6+20x2；

h,=24.294取儿=25cm

7层底拉应力验算

7.1对中粒式沥青混凝土层底拉应力验兑

7.1.1换兑成当量三层体系（此时采用150C时各材料的模量）

/?,=4cm,Et=20(X)JWP«

/»,=6cm.E2=1800历P”/?1-4cm.Et-2000MPa

/JX=20CW,E3=150(WP«-=><H=?C/H,E2=l8(MWPa

A4=25cm.E4=75O.WP«E“=%=34.5M&

E0=34.5MP”

/1—i

H=

大二，+1

此时'>1^=°375丹=治骡=2,卷=黑=。.9由=孤=°。9：查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图

得广<0,基地为压应力无需验算

7.2对粗粒式水泥混凝土进行层底拉应力验尊

7.2.1换尊成当量三层体系（此时采用15"C时各材料的模量）

h、=4cm,E,=20(XWPa

h2=6cm.E2=1SOOMPa”=?,£=1800MP〃

/i?=20CZN,E5=l5(MWPa.n〃=?,&=1500MPa

h4=25t/?».E4=7SUMPaE„=E0=34.5MPa

Eo=34.5MPa

〃=口倍=Mf+%=4x儒+6=10.*

此时，弓==2.964.4=假=0.948,-^-=^-=0833.冬^-=0.023查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得

b10.65d10.65EtI8(X)E215(A)

。.基地为压成力无需酷算

7.3对水泥稳定碎石基层层底弯拉应力验算

7.3.1换算成当量三层体系(此时采用150C时各材料的模)

儒+20=30.575

7.3.2求层底最大拉应力：crm=pam

殳

,h30.57

由1