《路基路面工程设计》课件 5.5 HPDS沥青路面设计案例

沥青路面设计HPDS沥青路面设计案例目录content沥青路面设计软件演示HPDS软件设计成果文件0203沥青路面设计原始资料01某高速公路设计车速为100km/h，双向六车道，设计使用年限15年。该地区为北温带大陆性季风气候，自然区划属于Ⅱ2区，年均降雨量为607mm，年平均气温为11.6℃，月平均气温最低为-3.2℃，月平均气温最高为24.8℃，多年最低平均气温为-20℃。冻结指数为242℃·日。根据OD调查分析，断面大型客货车交通量为3500辆/日，交通量年增长率为6.5%。方向系数取0.55，车道系数取0.50。路基干湿类型为受气候影响的干燥类；土质为低液限黏土。1沥青路面设计原始资料初拟路面结构1沥青路面设计原始资料结构层材料类型厚度/mm面层细粒式沥青混凝土AC-13C（SBS改性沥青）40中粒式沥青混凝土AC-20C（90号道路石油沥青）60粗粒式沥青混凝土AC-25C（90号道路石油沥青）80基层水泥稳定碎石300底基层级配碎石1802沥青路面设计软件演示选择“沥青路面设计与验算”：选择“路面设计与计算”→“沥青路面设计与计算”→“沥青路面设计与验算（HAPDS）”（1）启动HPDS2017程序首次进行原始数据输入时，请选用“人机对话键盘输入”（2）原始数据输入2沥青路面设计软件演示（3）公路等级公路等级：本案例为高速公路。2沥青路面设计软件演示左键单击这个按钮。（4）交通量2沥青路面设计软件演示1）交通参数输入在“交通参数输入窗口”中输入参数。这是本案例的交通参数输入结果，共有8项参数。（4）交通量2沥青路面设计软件演示a.路面设计使用年限（年）1）交通参数输入（4）交通量2沥青路面设计软件演示公路等级高速公路、一级公路二级公路三级公路四级公路设计年限/年1512108表1-11各级公路的沥青路面设计年限b.通车至首次针对车辙维修的期限（年）1）交通参数输入（4）交通量2沥青路面设计软件演示沥青路面设计规范规定，设计使用年限内，面层可进行表面功能修复。因此，通车至首次针对车辙维修的期限，可根据项目的具体情况取值，本项目取为15年。c.初始年大型客车和货车双向年平均日交通量1）交通参数输入（4）交通量根据交通量调查资料，本项目初始年大型客车和货车双向年平均日交通量为3500辆/日。2沥青路面设计软件演示d.方向系数1）交通参数输入（4）交通量《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）A.2.4规定：方向系数宜根据不同方向上实测交通量数据确定，无实测数据时可在0.5~0.6范围内选取。根据沥青路面设计规范规定，本案例选取方向系数为0.55。2沥青路面设计软件演示e.车道系数1）交通参数输入（4）交通量《公路沥青路面设计规范》（2017）A.2.5规定：车道系数可按下列三个水平确定。新建路面设计，采用水平二或水平三。本案例采用水平三查表确定。高速公路，双向六车道，单向车道数为3，查表得出车道系数为0.45~0.60，本案例选取车道系数为

0.5。2沥青路面设计软件演示f.交通量年平均增长率1）交通参数输入（4）交通量根据交通量调查资料，本案例交通量年平均增长率为6.5%。2沥青路面设计软件演示g.整体货车比例、半挂式货车比例1）交通参数输入（4）交通量根据交通量调查资料，本项目整体货车比例为35%、半挂式货车比例为45%。2沥青路面设计软件演示h.各类车型中满载车所占比例1）交通参数输入（4）交通量可按照水平二取当地经验值，或水平三取全国经验值（沥青路面设计规范右表所示）进行确定。本案例取当地经验值。2沥青路面设计软件演示车型非满载比例满载比例车型非满载比例满载比例2类0.80~0.900.10~0.207类0.65~0.750.25~0.353类0.85~0.950.05~0.158类0.40~0.500.50~0.604类0.60~0.700.30~0.409类0.55~0.650.35~0.455类0.70~0.800.20~0.3010类0.50~0.600.40~0.506类0.50~0.600.40~0.5011类0.60~0.700.30~0.40表1-14

2类~11类车辆非满载车与满载车的比例1）交通参数输入（4）交通量输入了这8项参数后，左键单击“确定”按钮，得出设计交通荷载等级及当量设计轴载累计作用次数的计算结果。2沥青路面设计软件演示本案例设计交通荷载等级为重交通。进行沥青混合料层疲劳开裂、沥青混合料层永久变形量、无机结合料稳定层疲劳开裂、路基顶面竖向压应变验算时，设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数分别为2.10×107次、2.10×107次、1.38×109

次、3.54×107

次。2）设计交通荷载等级及当量设计轴载累计作用次数计算（4）交通量2沥青路面设计软件演示左键单击“路面结构验算公共参数输入”按钮。在“路面结构验算公共参数输入窗口”中输入参数。（5）路面结构验算公共参数输入2沥青路面设计软件演示1）季节性冻土地区调整系数（5）路面结构验算公共参数输入根据气象资料，工程所在地的冻结指数为242℃·日，查沥青路面设计规范的表B.1.1，通过内插，季节性冻土地区调整系数取值为0.95。2沥青路面设计软件演示2）基准路面结构温度调整系数、基准等效温度（5）路面结构验算公共参数输入可根据连续10年的气温资料平均值，查《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）表G.1.2确定。本案例最热月平均气温为24.8℃、最冷月平均气温为-3.2℃、年平均气温为11.6℃。2沥青路面设计软件演示地名省（自治区、直辖市）最热月平均气温（℃）最热月平均气温（℃）年平均气温（℃）温度调整系数基准等效温度（℃）沥青混合料层层底拉应变、无机结合料稳定层层底拉应力路基顶面竖向压应变大连辽宁24.8-3.211.61.161.0218.2表G.1.2各地气温统计资料及相应的基准路面结构温度调整系数和等效温度3）沥青混合料的沥青饱和度（5）路面结构验算公共参数输入沥青混合料的沥青饱和度，根据混合料设计结果或按现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40）的有关规定确定。根据《公路沥青路面施工技术规范》规定，本案例沥青混合料的沥青饱和度取70%。2沥青路面设计软件演示（5）路面结构验算公共参数输入输入了路面结构验算公共参数后，左键单击“确定”按钮。2沥青路面设计软件演示（6）路面设计类型本案例为新建公路，“路面设计类型”选择“新建路面设计”。2沥青路面设计软件演示（7）路面设计参数输入本案例路面结构层数为5层；2沥青路面设计软件演示左键单击“路面结构层的参数输入“按钮。路面材料名称根据路面结构组合设计的结果输入。（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示交通荷载等级极重、特重重中等轻面层250~150250~150200~100150~20基层(无机结合料稳定类)600~350550~300500~250450~150底基层(粒料类)200~150表1-19

无机结合料稳定类基层(粒料类底基层)路面厚度范围/mm（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示沥青混合料类型沥青种类70号道路石油沥青90号道路石油沥青110号道路石油沥青SBS改性沥青SMA10、SMA13、SMA16---7500~12000AC10、AC138000~120007500~115007000~105008500~12500AC16、AC20、AC259000~135008500~130007500~120009000~13500ATB257000~11000---注:

沥青黏度大、级配好或空隙率小时取高值，反之取低值。表1-32常用沥青混合料20℃条件下动态模量取值范围/MPa（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示本案例表面层为AC-13C（改性）、中面层为AC-20C（改性）、下面层为AC-25C，采用水平三时，查表确定模量分别为11000MPa、10000MPa、10000MPa。材料弯拉强度弹性模量水泥稳定粒料、水泥粉煤灰稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料1.5~2.018000~280000.9~1.514000~20000水泥稳定土、水泥粉煤灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土0.6~1.05000~7000石灰土0.3~0.73000~5000注:结合料用量高、材料性能好、级配好或压实度大时取高值,反之取低值。表1-31

无机结合料稳定类材料弯拉强度和弹性模量取值范围/MPa（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示本案例基层为水泥稳定碎石，采用水平三时，查表确定其弹性模量为24000MPa，结构验算时，应乘以结构层模量调整系数0.5。因此，弹性模量为12000MPa，弯拉强度为1.8MPa。材料类型和层位最佳含水率与压实度要求相应的干密度条件下经湿度调整后级配碎石基层200~400300~700级配碎石底基层180~250190~440级配砾石基层150~300250~600级配砾石底基层150~220160~380未筛分碎石层180~220200~400天然砂砾层105~135130~240注:材料性能好、级配好或压实度大时取高值,反之取低值。表1-30

粒料回弹模量取值范围/MPa（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示本案例底基层为级配碎石，采用水平三时，查表确定级配碎石底基层的回弹模量为300MPa。表1-33

泊松比取值材料类别路基粒料无机结合料密级配沥青混合料开级配沥青混合料、半开级配沥青混合料泊松比0.400.350.250.250.40（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示沥青混合料车辙试验永久变形量：指沥青混合料在试验温度为60℃，压强为0.7MPa，加载次数为2520次时，车辙试验得到的永久变形量。（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示本案例的路面结构材料为细粒式沥青混凝土表面层、中粒式沥青混凝土中面层、粗粒式沥青混凝土下面层、水泥稳定碎石基层、级配碎石底基层。路面结构类型为无机结合料稳定类基层，粒料类底基层，设计指标为无机结合料稳定层的疲劳开裂及沥青混合料层的永久变形量。当无机结合料稳定层疲劳开裂验算结果为不合格时，程序则按设置的步长增加无机结合料稳定层的厚度，直至合格为止。因此，路面设计层位为无机结合料稳定材料基层，自上而下为第4层，输入路面设计层位4。（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示（7）路面设计参数输入设计层起始厚度：本案例为300mm。这里输入的300mm是按照沥青路面设计规范附录C推荐的厚度范围低限取值。交通荷载等级极重、特重重中等轻面层250~150250~150200~100150~20基层(无机结合料稳定类)600~350550~300500~250450~150底基层(粒料类)200~150表1-19无机结合料稳定类基层(粒料类底基层)路面厚度范围/mm2沥青路面设计软件演示材料种类集料公称最大粒径/mm厚度/mm，不小于密级配沥青碎石半开级配沥青碎石开级配沥青碎石19.05026.58031.510037.5120沥青贯入碎石—40贫混凝土31.5120无机结合料稳定类19.0、26.5、31.5、37.515053.0180级配碎石19.0、26.5100未筛分碎石31.5级配砾石、级配碎砾石31.5填隙碎石53(基层)，63(底基层)100表1-26不同材料基层和底基层的厚度2沥青路面设计软件演示当程序验算的结果为不合格时，则会自动按照输入的步长增加设计层厚度，直至验算合格为止。例如，本案例水泥稳定碎石基层的厚度由起始厚度300mm，按步长20mm增加直至360mm时，才使验算合格。若设置的起始厚度太厚，会使验算一次性通过，也就是说，设计层厚度薄于起始厚度时，验算也可能满足要求，这样会漏掉既经济又安全的设计厚度方案。设计层厚度增加的步长（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示设计层厚度增加的步长可以设置为10mm，也可以设置为20mm。步长一般可设置为10mm，使基层厚度按1cm逐渐增加，使设计结果经济合理。但当基层厚度较大，可以设置步长为20mm，可使基层厚度为偶数，施工时使上基层和下基层厚度相等，方便施工组织管理。（7）路面设计参数输入2沥青路面设计软件演示（8）路基设计参数输入本案例新建路基顶面回弹模量为53MPa，干湿循环或冻融循环条件下路基土模量折减系数为0.8，路基的泊松比为0.4。表1-29路基顶面回弹模量/MPa交通荷载等级极重特重重中等、轻回弹模量，不小于706050402沥青路面设计软件演示路基顶面回弹模量：路基顶面回弹模量按路基设计规范规定的方法确定。路面结构验算时，路基顶面回弹模量=标准状态下路基动态回弹模量值×路基回弹模量湿度调整系数×干湿循环或冻融循环条件下路基土模量折减系数。（8）路基设计参数输入2沥青路面设计软件演示标准状态下路基动态回弹模量值《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）表B-1土组取值范围（MPa）土组取值范围（MPa）砾（G）110~135粉土质砂（SM）65~95含细粒土砾（GF）100~130黏土质砂（SC）60~90粉土质砾（GM）100~125低液限粉土（ML）50~90黏土质砾（GC）95~120低液限黏土（CL）50~80砂（S）95~125高液限粉土（MH）30~70含细粒土砂（SF）80~115高液限黏土（CH）20~50表C.0.3-1不同自然区划的TMI值范围区划亚区TMI范围ⅠⅠ1-5.0~-8.1Ⅰ20.5~-9.7ⅡⅡ1黑龙江-0.1~-8.1Ⅱ1辽宁、吉林8.7~35.1Ⅱ1a-3.6~-10.8Ⅱ2-7.2~-12.1Ⅱ2a-1.2~-10.6…………路基顶面回弹模量：路基回弹模量湿度调整系数：按照《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）附录D确定。本案例为干燥类路基，由湿度指标TMI查表确定路基回弹模量湿度调整系数。Ⅱ2区TMI范围为-7.2~-12.1。2沥青路面设计软件演示（8）路基设计参数输入

土组TMI-50-30-10103050砂（S）1.30~1.841.14~1.801.02~1.770.93~1.730.86~1.690.8~1.64粉土质砂（SM）1.59~1.651.10~1.260.83~0.970.73~0.830.70~0.760.70~0.76黏土质砂（SC）低液限粉土（ML）1.35~1.551.01~1.230.76~0.960.58~0.770.51~0.650.42~0.62低液限黏土（CL）1.22~1.710.73~1.520.57~1.240.51~1.020.49~0.880.48~0.81表D.0.2干燥类路基的回弹模量湿度调整系数路基顶面回弹模量：路基回弹模量湿度调整系数：取0.952沥青路面设计软件演示（8）路基设计参数输入根据试验确定；初步设计阶段，季节性冻土地区，根据冻结温度与含水率确定，折减系数可取0.75~0.9。本案例取0.80。路基顶面回弹模量：干湿与冻融循环作用土基模量折减系数Kη：2沥青路面设计软件演示（8）路基设计参数输入2沥青路面设计软件演示路基顶面回弹模量的确定路基干湿类型干燥查路基设计规范附录C标准状态下的路基顶面回弹模量（MPa）70查路基设计规范附录B表B-1自然区划Ⅱ2已知条件（或查自然区划图）湿度指数TMI-7.2~-12.1查路基设计规范附录C表C.0.3-1路基回弹模量湿度调整系数Ks0.95查路基设计规范附录D表D.0.2干湿与冻融循环作用折减系数Kη0.80查路基设计规范公式3.2.5-1路基顶面回弹模量（MPa）53查路基设计规范公式3.2.5-1交通荷载等级重已确定路基顶面回弹模量要求值（MPa），不小于50查公路沥青路面设计规范表5.5.2路基顶面回弹模量设计值（MPa）53（9）验算沥青面层低温开裂指数和路面防冻厚度本案例工程所在地为辽宁，属于季节性冰冻地区需要验算沥青面层低温开裂指数。因路基为干燥路基，因此，不用验算路面最小防冻厚度。2沥青路面设计软件演示左键点击“沥青面层低温开裂指数验算的参数输入”（9）验算沥青面层低温开裂指数和路面防冻厚度根据气候条件，本案例所在地区路面低温设计温度为-20℃（指连续10年年最低气温平均值）；2沥青路面设计软件演示路基填料为低液限黏土，路基类型参数为2；表面层改性沥青的-10℃条件下弯曲梁流变试验的劲度模量St为300MPa。（季节性冻土地区，高速、一级公路路面低温设计温度提高10℃的试验条件下沥青弯曲梁流变试验蠕变劲度不宜大于300MPa。）（10）计算与存盘左键单击“计算”按钮，生成成果文件，文件名后缀为“.txt”。2沥青路面设计软件演示2沥青路面设计软件演示左键单击“数据存盘”按钮，生成数据文件，文件名后缀为“.dat“。数据存盘。（10）计算与存盘2沥青路面设计软件演示当要进行设计参数修改时，原始数据输入可以直接调用原有的数据文件。（10）计算与存盘2沥青路面设计软件演示3HPDS软件设计成果文件交通量计算得出两个成果：一是交通荷载等级为重交通。二是计算得到了4个当量设计轴载累计作用次数，分别用于沥青混合料层疲劳开裂、无机结合料稳定层疲劳开裂、沥青混合料层永久变形量、路基顶面竖向压应变的验算。这是我们输入程序的路面结构组合及材料设计参数。设计层为第4层，即水泥稳定碎石基层，这里的问号表示设计层的厚度待定，将由起始厚度增加直至验算合格。3HPDS软件设计成果文件由于本案例为无机结合料稳定类基层、粒料类底基层，故需