沥青路面结构设计

1、第四章路面结构设计设计资料(1) 自然地理条件新建济南绕城高速，道路路基宽度为米，全长5km结合近几年济南经济增长及人口 增长的情况，根据近期的交通量预测该路段的年平均交通量为5000辆/日，交通量平均年增长率 =4%路面结构设计为沥青混凝土路面结构，设计年限为15年。(2) 土基回弹模量济南绕城高速北环所在地区为属于温带季风气候，季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。据区域资料，年平均气温°C，无 霜期178天，最高月均温C( 7月)，最低月均温C( 1月)，年平均降水量685毫米。道 路沿线土质路基稠度 c=;因此该路基处于干燥状态，根据公路

2、自然区划可知济南绕城高 速处于°5区，根据【JTGD50-2006】公路沥青路面设计规范1可确定工程所在地土基 回弹模量设计值为46MPa(3) 交通资料交通组成及各车型汽车参数表1-1车型前轴重(KN后轴重(KN后轴数后轴轮 组数后轴距(m)交通量江淮HF140A1双轮组1300三菱FR41530511双轮组800长征CA1602 1双轮组<3700宇通ZK6820G30551双轮组700北京BK6150A2双轮组>3400解放SP9200783双轮组>3600东风SP92503双轮组>3500交通分析(1) 轴载换算路面设计以双轮组-单轴载为100KN为标

3、准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数 按表1-2确定。表1-2标准轴载BZZ-100标准轴载P （KN100轮胎接地压强p（ MPa单轮传压面当量圆直径d（ cm两轮中心距（cm）当以设计弯沉为指标时及验算沥青层层底拉应力时，凡大于25kN的各级轴载Pi的作用次数Ni按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N的计算公式为： 式中：N标准轴载当量轴次数（次/d ）;Ni被换算的车型各级轴载作用次数（次/d ）;P 标准轴载（kN）;Pi被换算车型的各级轴载（kN）;C1 被换算车型的各级轴载系数，当其间距大于3m时，按单独的一个轴计算,轴数系数即为轴数 m当其间距小于3m时，按双轴或多轴

4、计算，轴数系数 为 C1=1+ （m-1）；C2 被换算车型的各级轴载轮组系数，单轮组为，双轮组为，四轮组为。 沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次为：C1C2 N ii 14.35PLP（次 /d ）当以半刚性层底拉应力为设计指标时，标准轴载当量轴次数N :式中:C1轴数系数C2 轮组系数，单轮组为，双轮组为，四轮组为。注：轴载小于50KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。 沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次：kP 8NC1 C2 N i L（次 /d ）i 1P该新建道路为高速公路，采用沥青路面，设计年限为15年，交通增长率为4%即丫 =。 又该路设计为双向四车道，

5、由【JTG D50-2006】公路沥青路面设计规范查可取，本设计取 =。以设计弯沉值为指标时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne为：以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne为:（根据上述计算所得，由【JTG D50-2006公路沥青路面设计规范查表判断交通等 级 一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量 Nh= 2500 , 属于重交通等级 当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 :设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 1.7208121 107 （次） 属于重交通等级当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指

6、标时 : 路面营运第一年双向日平均当量轴次 :设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 1.8191129 107 （次） 属于重交通等级综上，路面设计交通等级为重交通等级初拟路面结构（1）路面结构方案根据济南绕城高速的功能性质及【JTG D50-2006】公路沥青路面设计规范，并结合工程经验与典型案例，初步拟定路面结构组合与各层结构厚度如下方案一：采用半刚性基层（路面结构类型系数）细粒式沥青混凝土40 mm中粒式沥青混凝土60 mm粗粒式沥青混凝土80 mm水泥稳定碎石待设计级配碎石200 mm方案二：采用柔性基层（路面结构类型系数）细粒式沥青混凝土40 mm中粒式沥青混凝土60 mm粗粒式沥

7、青混凝土80 mm密集配沥青碎石待设计水泥稳定碎石300 mm(2) 路面设计弯沉值ld和抗拉结构强度系数K该公路等级为高速公路，两种方案均采用沥青混凝土面层，半刚性基层，公路等级 系数Ac取；基层为水泥稳定碎石，因此路面结构类型系数AB为；面层为沥青混凝土面层 面层类型系数A取。0 2路面设计弯沉值Id :Id 600 Ne - Ac As AB抗拉结构强度系数Ks :KS 0.09N；22/代KS 0.35隔.11/人KS 0.45NJ1/代(沥青混凝土面层)(无机结合料稳定集料)(无机结合料稳定细粒土)sp容许拉应力 r， sp-路面结构材料的极限抗拉强度(MPa。Ks(3) 路面材料相

8、关参数的确定 试验材料的确定：半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用 A级90号，面层采用SBS改性 沥青，相关技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范 bn (JTG_F40-2004相关的 规定。 路面材料劈裂强度：根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定规定稳定和龄期的材料劈裂强度。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20-2011)与公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009)中的方法进行测定，参数见表1-3。表1-3材料名称细粒式沥 青混凝土中粒式沥 青混凝土粗粒式沥 青混凝土密级配沥 青碎石水泥稳定 碎石劈裂强度(MPa 路面材料抗压回弹模量的确

9、定:根据设计配合比，选取工程用各种原材料制件，测定设计参数。按照公路工程无 机结合料稳定材料试验规程中规定的项目顶面法测定半刚性材料的抗压回弹模量。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程中规定的方法测定沥青混合料的抗压 回弹模量；测定20C、15C的抗压回弹模量，各种材料的试验结果与设计参数分别见表 1-4、表 1-5。半刚性材料抗压回弹模量表1-4材料名称水泥稳定碎石级配砂砾级配碎石抗压回弹模量(MPa3188250400沥青材料抗压回弹模量表1-5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 混凝土密级配沥青 碎石20 r抗压回弹模量(MPa19911425978124815C抗压

10、回弹模量(MPa26802175132017154由前面计算所得相关参数，计算路面各结构层容许拉应力c R见表1-6路面结构层容许拉应力计算表表1-6结构层材料名称NeAcKsc spc r( MPa细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土密级配沥青碎石水泥稳定碎石路面结构层厚度确定根据设计资料，利用HPDS-2011公路路面设计程序系统进行路面结构层厚度的设计，以下分别进行方案一、方案二设计层的厚度设计。方案一:公路等级：高速公路新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100路面设计弯沉值：路面设计层层位：4设计层最小厚度：150 (mm)LD=H( 4 )= 200 mmH( 4 )=

11、 250 mmH( 4 )= 229 mm(LS=LS=仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度H( 4 )=:229 mm(第1H( 4 )=:229 mm(第2H( 4 )=:229 mm(第3H( 4 )=:229 mm(第4路面设计层厚度：层底面拉应力计算满足要求 层底面拉应力计算满足要求 层底面拉应力计算满足要求 层底面拉应力计算满足要求)H( 4 )= 229 mm(H( 4 )= 229 mm(仅考虑弯沉)同时考虑弯沉和拉应力)表1-7层位结构层材料 名称厚度(mm)20 °C平均 抗压模量(MPa)标准 差(MPa)15C平均 抗压模量(MPa)标准 差(MPa)容许应

12、力(MPa)1细粒式沥青混凝土4019910268002 :中粒式沥青混凝土6014250217503粗粒式沥青混凝土809780132004水泥稳定碎石?31880318805级配碎石200400040006新建路基46200 mm通过对设计层厚度取整以及进一步的修改 调整后得到路面结构厚度设计结果如下图细粒式沥青混凝土AC-1040 mm中粒式沥青混凝土AC-1660 mm粗粒式沥青混凝土AC-2580 mm水泥稳定碎石300 mm级配碎石新建路基(验算路面防冻厚度路面最小防冻厚度为 500 mm结构层总厚度 H 40 60 80 300 200验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求方案二:

13、公路等级：高速公路新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100路面设计弯沉值：路面设计层层位：4设计层最小厚度：150 (mm)表1-8层位结构层材料 名称厚度(mm)20 r平均 抗压模量(MPa)标准 差(MPa)15°C平均 抗压模量(MPa)标准 差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4019910268002 :中粒式沥青混凝土6014250217503粗粒式沥青混凝土809780132004密级配沥青碎石?12480171505 1水泥稳定碎石30031880318806新建路基46)H( 4 )= 150 mm(H( 4 )= 150 mm(仅考虑弯沉)同时考虑

14、弯沉和拉应力)通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,并根据沥青混合料LD=H( 4 )= 150 mm LS=由于设计层厚度H( 4 )=Hmin时LS<=LD,故弯沉计算已满足要求H( 4 )= 150 mm( 仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度H( 4 )=:150 mm(第1H( 4 )=:150 mm(第2H( 4 )=:150 mm(第3H( 4 )=:150 mm(第4H( 4 )=:150 mm(第5路面设计层厚度：层底面拉应力计算满足要求 层底面拉应力计算满足要求 层底面拉应力计算满足要求 层底面拉应力计算满足要求 层底面拉应力计算满足要求压实最小厚

15、度与适宜厚度表选择沥青混合料类别，调整后得到路面结构厚度设计结果如 下图：细粒式沥青混凝土AC-1040 mm中粒式沥青混凝土AC-1660 mm粗粒式沥青混凝土AC-2580 mm密级配沥青碎石ATB-30150 mm水泥稳定碎石300 mm新建路基(验算路面防冻厚度：路面最小防冻厚度为 500 mm结构层总厚度 H 40 60 80 150 300验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。交工验收弯沉值和层底拉应力计算方案一：公路等级：高速公路新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100表1-9层位结构层材料名 称厚度(mm)20 r平均 抗压模量(MPa)标准 差(MPa)15C平均 抗压模量

16、(MPa)标准 差(MPa)综合 影响 系数1细粒式沥青混凝土40199102680012 :中粒式沥青混凝土60P 1425P 021750r 13粗粒式沥青混凝土8097801320014水泥稳定碎石300318803188015 1级配碎石20040004000r 16新建路基461计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值：第1层路面顶面交工验收弯沉值LS= 第2层路面顶面交工验收弯沉值LS= 第3层路面顶面交工验收弯沉值LS= 第4层路面顶面交工验收弯沉值LS= 第5层路面顶面交工验收弯沉值LS= 路基顶面交工验收弯沉值LS=( 根据公路沥青路面设计规范公式计算)LS=（根据公路路

17、面基层施工技术规范公式计算 ）计算新建路面各结构层底面最大拉应力:（未考虑综合影响系数）第1层底面最大拉应力c ( 1 )=(MPa)(MPa)第2层底面最大拉应力c ( 2 )=(MPa)(MPa)第3层底面最大拉应力c ( 3 )=(MPa)(MPa)第4层底面最大拉应力c ( 4 )=(MPa)(MPa)故沥青结构层层底容许拉应力大于层底最大拉应力，设计满足要求方案二：公路等级：高速公路新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100表 1-10层位结构层材料 名称厚度(mm)20 r平均 抗压模量（MPa）标准 差（MPa）15°C平均 抗压模量（MPa）标准 差（MPa）综合影

18、响系数1细粒式沥青混凝土40199102680012 :中粒式沥青混凝土6014250217501 丁3粗粒式沥青混凝土8097801320014密级配沥青碎石150124801715015水泥稳定碎石300318803188016新建路基461计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值：第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=第5层路面顶面交工验收弯沉值LS= 路基顶面交工验收弯沉值LS=（根据公路沥青路面设计规范公式计算）LS=（根据公路路面基层施工技术规范公式计算 ）计算新建路面各结构层底面最大拉应力:（未考虑综合影响系数）第1层底面最大拉应力c ( 1 )=