沥青路面设计

1、 沥青路面设计一、课程设计任务（1）了解设计任务,拟定工作计划，查阅资料。（3）按公路沥青路面设计规范 JIG D50-2006的内容及要求进行沥青路面结构设计；（5）根据指导教师的要求，采用指定的初始条件进行设计：沥青路面的设计，在完成路面结构组合设计后，利用设计软件进行结构层厚度计算及各层底拉应力验算。在设计说明书（设计报告书）中应画计算图，采用A4纸打印设计报告书。（6）出图：沥青路面设计不出图（留待毕业设计时训练出图）二、课程设计报告书主要内容（一）初始条件：广西南宁地区（IV区）某新建双向4车道一级公路，拟采用沥青混凝土路面，路基土为高液限粘土，地下水位为1m，路基填土高度1.2m，

2、预计通车初年的交通量如下： 表一车型黄河JN150解放CA10B长征CZ160上海SH130小汽车交通量（辆/h）7201100280120100交通量年平均增长率7，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。（二）要求完成的主要任务：（1）确定路面等级和面层类型；（2）确定土基的回弹模量；（3）路面结构组合设计；（4）根据设计弯沉值计算路面厚度（采用沥青路面设计专用程序，输入设计弯沉值及设计参数汇总表的设计参数后，对需进行厚度计算的结构层进行厚度计算，并进行各层底拉应力验算）。1.基本资料确定1.1确定公路等级1.1.1计算通车初年的折算交通量其中折算系数查公路工程技术指标(J

3、TG B01 2003)，表2.0.2各汽车代表车型与车辆折算系数。 表一：各车辆的折算系数车型序号车型名称折算系数交通量（辆/日）折算后交通量（辆/日）1黄河JN1501.572010802解放CA10B1.5110016503长征CZ16022805604上海SH1301.51201805小汽车1.0100100 总计 3570 由上表可知初年的平均日交通量为3650辆/日1.1.2设计交通量 由公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006），表3.1.3各级公路沥青路面设计年限。 一级公路设计年限为15年。其中：AADT 设计交通量（pcu/d）； ADT 起始年平均日交通量（pcu/d

4、）； 年平均增长率（%）； n 预测年限 则15年后的设计交通量为： =3650×1+7%15-1=9412 (pcu/d)1.2拟定路基宽度和设计速度及其他资料 1）拟定设计速度为：100km/h 2) 根据公路工程技术标准(JTG B01 2003) 表3.0.11双向四车道，路基宽度为：26m； 3) 拟采用沥青路面结构，设计年限为15年； 4)沿线土质为粘土； 5）土基回弹模量的确定 因无实测条件，由查表法预测土基回弹模量：（1）确定临界高度查路基路面工程邓学均，表1-9路基临界高度参考值，公路自然区划属IV区得：=1.8m，= 1.5m，= 1.2m。地下水位为-1m，路基

5、填土高度为1.2m。所以以填方路段的路基处于干燥状态。 （2）确定平均稠度 查路基路面工程邓学均，表14-9土基干湿状态的稠度建议值，得：填方路段的平均稠度为1.10。 （3）确定回弹模量 查路基路面工程邓学均，表14-11二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa），得：填方路段的土基回弹模量为40.0Mpa。2.轴载计算2.1代表轴载 查路基路面工程邓学均，表2-1的车辆轴载如下表 表二：车辆轴载表车型序号车型名称前轴重后轴重后轴数后轴轮组数1黄河JN15049.00101.60122解放CA10B19.4060.85123长征CZ16045.283.7124上海SH13016.5235

6、小汽车- -2.2轴载换算 我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表3确定。 表三：标准轴载个参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P（KN）100单轮当量圆直径d（mm）21.30轮胎接地压强P（Mpa）0.70两轮中心距（cm）15d轴载换算以设计弯沉值和沥青层层底拉力为设计标准或者以半刚性材料层的拉力为设计标准。2.2.1以设计弯沉值和沥青层层底拉力为设计标准 式中： 相当于标准轴载100KN的作用次数（次/d）； 各级轴载的作用次数（次/d）； 各种被换算车型的轴载（KN）； 标准轴载（KN） 轴数系数；

7、 轮组系数，单轮组 = 6.4；双轮组 = 1.0；四轮组 = 0.38; K被换算车型的轴载级别。注：当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或者多轴按=1 + 1.2（m 1）计算，m为轴数。 表四：轴载换算汇总表车型Pi（KN）C1C2ni（次/d）黄河JN150前轴4916.4720206.9后轴101.611720771.5解放CA10B后轴60.85111100126.7长征CZ160前轴45.216.428056.6后轴83.72.21280284.1上海SH130前轴16.5120后轴23 120小汽车1001445.82.2.2以半刚性

8、材料层的拉力为设计标准式中：以半刚性材料层的拉力为设计指标时的标准轴载的当量轴次（次/d）； 轴数系数； 轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。其余符号含义参照上式。对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算： = 1 + 2（m 1）式中：m 轴数。 表五：各级轴载（轴载小于50的不计） 车型Pi（KN）C1C2ni（次/d）黄河JN150后轴106.6117201200.5解放CA10B后轴60.8511110020.7长征CZ160后轴83.731280202.31423.52.2.3设计年限累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数按

9、下式计算：式中： 设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次/车道）； 设计年限（年）； 路面运营第一年双向日平均当量轴次（次/d）； 设计年限内交通量平均增长率（%）；车道系数，双向四车道高速公路取0.45。一级公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数=0.45.Ne=1+t-1×365N=1+0.0715-10.07×365×1445.8×0.45=5967455（次/车道）Ne=1+t-1×365N=1+0.0715-10.07×365×1423.5×0.45=5875414（次/车道）根据公路

10、沥青路面设计规范(JTG D50-2006)P14表3.1.8交通分级可确定轴载等级为：中等交通。3.路面结构组合设计3.1拟定路面结构组合方案面层宜选择沥青混凝土，又由于该路为一级公路，因此采用三层结构。3.2拟定路面结构层厚度由公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006），表4.1.3-1沥青混合料的压实最小厚度和适宜厚度，表4.1.5各种结构层压实最小厚度和适宜厚度。方案一：4cm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+20cm石灰碎石土+？石灰土（厚度待计算确定），以石灰土为设计层。方案二：4cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+8cm粗粒

11、式沥青混凝土+22cm密集配沥青碎石+？级配碎石，以级配碎石为设计层。3.3各层材料设计参数 由路基路面工程邓学钧，由表14-15沥青混凝土设计参数得到下表 表七：半刚性路面沥青混合料设计参数材料名称 抗压回弹模量（MPa） 劈裂强度（MPa）2015细粒式沥青混凝土 1400 20001.4粗粒式沥青混凝土 1000 14000.8中粒式沥青混凝土 1200 18001石灰碎石土 15000.65石灰土 5500.225土基 40 -表八：柔性路面沥青混凝土设计参数材料名称 抗压回弹模量（MPa） 劈裂强度（MPa）2015细粒式沥青混凝土 1400 20001.4粗粒式沥青混凝土 1000

12、 14000.8中粒式沥青混凝土 1200 18001密集配沥青碎石 1200 14000.8石灰土 200土基 40 -4.根据设计弯沉值计算路面厚度4.1方案一计算路面设计弯沉值及其厚度 一级公路，取Ac=1.0，面层为沥青混凝土，取As=1.0半刚性基层、底基层总厚度大于20cm,取AB=1.0.设计弯沉：ld=600Ne-0.2AcAsAB=600×（5.97×106）-0.2×1×1×1=26.5（0.01mm）各层材料的容许层底拉应力 R=spKs细粒式密集配沥青混凝土（沥青Ac=1.0，Ne=5967455）: Ks=0.09Ne

13、0,22Ac=0.09×59674550.22=2.79 R=1.42.79=0.5（MPa）中粒式密集配沥青混凝土: Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=12.79=0.36（MPa） 粗粒式密集配沥青混凝土: Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=0.82.79=0.29(MPa)二灰碎石：(Ne=5875414) Ks=0.35Ne0.11Ac=1.94 R=0.651.94=0.34（MPa）石灰土： Ks=0.45Ne0.11Ac=2.50 R=0.2252.50=0。09（MPa）表九：设计参数汇总表材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压模量

14、（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土6120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29 石灰碎石土2015000.34石灰土待定5500.09土基40 采用HPDS2011公路路面设计程序计算结果 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：26.5（0.01mm） 路面设计层层位：5 设计层最小厚度：15（cm）按设计弯沉值计算设计层厚度 : 表十：HPDS2011厚度计算显示表层位结构层材料名称厚度（mm）20平均抗压模量（Mpa）标准差（Mpa）15平均抗压模量（Mpa）

15、标准差（Mpa）容许应力（Mpa）1细粒式沥青混凝土4014000200000.52中粒式沥青混凝土6012000180000.363粗粒式沥青混凝土8010000140000.294石灰碎石土20015000150000.345石灰土？550055000.096土基4040ld= 26.5 (0.01mm) H( 5 )= 200mm ls= 27.4 (0.01mm) H( 5 )= 250 mm ls= 25.2 (0.01mm) H( 5 )= 220 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 220 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )=

16、220 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 220 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 220 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 290 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 220 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 220 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 表九：设计参数汇总表 材料名称厚度（cm）20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）容许拉应力（Mpa）细粒式沥青混凝土414002000

17、0.5中粒式沥青混凝土6120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29石灰碎石土2015000.34石灰土225500.09土基 40细粒式沥青混凝土 4cm中粒式沥青混凝土 6cm粗粒式沥青混凝土 8cm石灰碎石土 20cm石灰土 22cm土基 4.2方案二计算路面设计弯沉值及其厚度一级公路，取Ac=1.0，面层为沥青混凝土，取As=1.0柔性基层、底基层总厚度大于20cm,取AB=1.6.设计弯沉：ld=600Ne-0.2AcAsAB=600×（5.97×106）-0.2×1×1×1.6=42.4（0.01mm）各层材料

18、的容许层底拉应力 R=spKs细粒式密集配沥青混凝土（沥青Ac=1.0，Ne=5967455）: Ks=0.09Ne0,22Ac=0.09×59674550.22=2.79 R=1.42.79=0.5（MPa）中粒式密集配沥青混凝土: Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=12.79=0.36（MPa） 粗粒式密集配沥青混凝土: Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=0.82.79=0.29(MPa)密集配沥青碎石： Ks=0.09Ne0,22Ac=2.79 R=0.82.79=0.29(MPa)表十一：设计参数汇总表材料名称厚度（cm）20抗压模量（MPa）15抗压

19、模量（MPa）容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土5120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29 密集配沥青碎石22120014000.29级配碎石？200土基40采用HPDS2011公路路面设计程序计算结果 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：42.4（0.01mm） 路面设计层层位：5 设计层最小厚度：15（cm）按设计弯沉值计算设计层厚度 : 表十二：HPDS2011厚度计算显示表层位结构层材料名称厚度（mm）20平均抗压模量（Mpa）标准差（Mpa）15平均抗压模量（

20、Mpa）标准差（Mpa）容许应力（Mpa）1细粒式沥青混凝土4014000200000.52中粒式沥青混凝土5012000180000.363粗粒式沥青混凝土8010000140000.294密集配沥青碎石2012000140000.295级配碎石？200020006土基4040按设计弯沉值计算设计层厚度 : ld= 42.4 (0.01mm) H( 5 )= 150 mm ls= 34.6 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 5 )=Hmin时 LS<=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力计算设计层厚度 : H( 5 )= 15

21、0 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求) H( 5 )= 150 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 5 )= 150 mm(仅考虑弯沉) H( 5 )= 150 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 500 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求表十三：设计参数汇总表 材料名称厚度（cm）20抗压模量（Mpa）15抗压模量（Mpa）容许拉应力（Mpa）细粒式沥青混凝土4140020000.5中粒式沥青混凝土

22、5120018000.36粗粒式沥青混凝土8100014000.29密集配沥青碎石2212001400 0.29级配碎石15200-土基 40通过对设计层厚度的调整细粒式沥青混凝土 4cm中粒式沥青混凝土 5cm粗粒式沥青混凝土 8cm密集配沥青碎石 22cm级配碎石 15cm 土基5. 竣工验收弯沉值和层底弯拉应力验算 方案一：公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 表十四：HPDS2011竣工验算表层位结构层材料名称厚度（cm）20平均抗压模量（Mpa）标准差（Mpa）15平均抗压模量（Mpa）标准差（Mpa）综合影响系数1细粒式沥青混凝土

23、4140002000012中粒式沥青混凝土6120001800013粗粒式沥青混凝土8100001400014二灰碎石20150001500015石灰土225500550016土基4004001 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= 26.5(0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值Ls= 29.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值Ls= 34.8(0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值Ls= 43 (0.01mm) 第 5 层路面顶面交工验收弯沉值Ls= 121.2(0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值

24、 Ls= 232.9 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算) Ls= 292.5 (0.01mm)( 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 ( 1 )=-.226 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.061 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.013 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .134 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .079 (MPa)有以上结果可知容许弯拉应力R均大于各层地面最大拉压力，故应力满足要求。方案二： 表十五：HPDS2011竣工验算表层位结构层材料名称厚度（cm）20平均抗压模量（Mpa）标准差（Mpa）15平均抗压模量（Mpa）标