高速公路沥青路面设计实例

1、高速公路沥青路面设计实例一、设计资料：本公路等级为高速公路，经调查得，近期交通量如下表所示。交通量年平均增长率为9.5%，设计年限为15年，该路段处于2区。二、交通分析：轴载分析路面设计以BZZ-100为标准轴载。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（1）累计当量轴次车型(KN)C1C2(次/日)小客车前轴16.516.4675017.0427后轴23.011675011.2933中客车SH130前轴25.5516.4200033.8345后轴45.1011200062.6178大客车CA50前轴28.7016.4125035.0652后轴68.20111250236.

2、522小货车BJ130前轴13.4016.442504.33985后轴27.4011425015.2266中货车CA50前轴28.7016.4150042.0782后轴68.20111500283.827中货车EQ140前轴23.7016.4212525.9235后轴69.20112125428.371大货车JN150前轴49.0016.42125610.79后轴101.601121252276.91特大车日野KB222前轴50.2016.41500478.997后轴104.301115001801.47拖挂车五十铃前轴60.0016.4187.5130.059后轴100（3轴）31187.5

3、562.57056.875注：轴载小于25KN的轴载作用不计。（2）累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数取0.30.4，取0.3。交通量平均增长率为9.5%。2、验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次（1）轴载换算车型(KN)C1C2(次/日)小客车前轴16.5118.567500.0686后轴23.01167500.05286中客车SH130前轴25.55118.520000.67194后轴45.101120003.42328大客车CA50前轴28.70118.512501.06448后轴68.2011125058.5039小货车BJ1

4、30前轴13.40118.542500.00817后轴27.401142500.13502中货车CA50前轴28.70118.515001.27737后轴68.2011150070.2047中货车EQ140前轴23.70118.521250.39131后轴69.20112125111.74大货车JN150前轴49.00118.52125130.647后轴101.601121252412.73特大车日野KB222前轴50.20118.51500111.916后轴104.301115002100.71拖挂车五十铃前轴60.00118.5187.558.2617后轴100（3轴）31187.5562

5、.55624.304注：轴载小于50KN的轴载作用不计（2）累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数取0.30.4，取0.3。交通量平均增长率为9.5%。三、设计指标的确定1、计算设计弯沉值Ld该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层为沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：2、抗拉强度结构系数对沥青混凝土面层 对无机结合料稳定集料类 对无机结合料稳定细粒土类 四、设计计算（一）干燥状态1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中表5.1.4-1

6、“土基干湿状态的稠度建议值”土质类型 ： 粉质土路基干湿状态： 干燥状态土基土质稠度： Wc = 1.10根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中附表F.0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：2区土基回弹模量： E0 = 48.5 MPa2、路面参数设计（1）确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.36×107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表4.1.3-1

7、及附录E确定各层材料设计参数。层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强度 (MPa)容许底层拉应力（MPa）(20)(15)1细粒式沥青混凝土4140020001.40.382中粒式沥青混凝土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定160016000.50.215石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石202302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为17cm（取整）。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm) 20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm)

8、 19.93818设计控制层厚度(cm) 16.3第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 19.93818实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa) 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 21.70816实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa) 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 24.57569实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa) 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 28.63524实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa) 3.739316E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 15.58239实际路面结构第 5层底最大拉应力(

9、MPa) .1280616第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 168.4614土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 192.0715满足要求。（二）中湿状态1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中表5.1.4-1“土基干湿状态的稠度建议值”土质类型 ： 粉质土路基干湿状态： 中湿状态土基土质稠度： Wc = 1.00根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中附表F.0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：2区土基回弹模量： E0 = 42.5 MPa2、路面参数设计（1）确定路面等级和面层类型交通量设计

10、年限内累计标准轴次Ne=2.36×107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强度 (MPa)容许底层拉应力（MPa）(20)(15)1细粒式沥青混凝土4140020001.40.382中粒式沥青混凝土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定160016000.50.2

11、15石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石202302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm（取整）。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm) 20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm) 20.0985设计控制层厚度(cm) 18.3第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 20.0985实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa) 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 21.85131实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa) 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 24.6571实际路面结构第 3

12、层底最大拉应力(MPa) 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 28.55338实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa) 3.899089E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 14.95647实际路面结构第 5层底最大拉应力(MPa) .1245208第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 183.7254土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 219.1875满足要求。（三）潮湿状态1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中表5.1.4-1“土基干湿状态的稠度建议值”土质类型 ： 粉质土路基干湿状态： 中湿状态土基土质稠度：

13、 Wc = 0.90根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中附表F.0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：2区土基回弹模量： E0 = 36.5 MPa2、路面参数设计（1）确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.36×107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强度

14、 (MPa)容许底层拉应力（MPa）(20)(15)1细粒式沥青混凝土4140020001.40.382中粒式沥青混凝土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定160016000.50.215石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石362302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为16cm（取整）。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm) 20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm) 19.93864设计控制层厚度(cm) 15.59999第 1结构层顶面施工控制弯沉

15、(0.01mm) 19.93864实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa) 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 21.57448实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa) 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 24.14809实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa) 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 27.67547实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa) 3.293055E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 14.30912实际路面结构第 5层底最大拉应力(MPa) .1202179第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 118

16、.0143土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 255.2184满足要求。4、防冻厚度验算根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表5.2.4“最小防冻厚度”土质类型 ： 粉质土路基干湿状态：潮湿状态路面结构材料层：稳定土类道路多年最大冻深：>200cm路面最小防冻厚度：6070cm验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。（四）过湿状态1、土基回弹模量的确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中表5.1.4-1“土基干湿状态的稠度建议值”土质类型 ： 粉质土路基干湿状态： 中湿状态土基土质稠度： Wc = 0.8根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-200

17、6)中附表F.0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”公路自然区划：2区土基回弹模量： E0 = 31.0 MPa2、路面参数设计（1）确定路面等级和面层类型交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.36×107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa)劈裂强度 (MPa)容许底层拉应力（MPa）(20)(15)1细粒式沥青混凝

18、土4140020001.40.382中粒式沥青混凝土6120016001.00.273粗粒式沥青混凝土890012000.80.24水泥稳定碎石设计层厚度待定160016000.50.215石灰粉煤灰碎石20150015000.70.36级配碎石362302303、确定设计层厚度利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm（取整）。计算结果路面设计弯沉值(0.01mm) 20.12路面结构的实测弯沉值(0.01mm) 20.09002设计控制层厚度(cm) 18.3第 1结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 20.09002实际路面结构第 1层底最大拉应力(MPa)

19、 0第 2结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 21.68821实际路面结构第 2层底最大拉应力(MPa) 0第 3结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 24.16145实际路面结构第 3层底最大拉应力(MPa) 0第 4结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 27.47129实际路面结构第 4层底最大拉应力(MPa) 3.479101E-02第 5结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 13.69618实际路面结构第 5层底最大拉应力(MPa) .1146381第 6结构层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 127.1239土基层顶面施工控制弯沉(0.01mm) 300.499满足要求。4

20、、防冻厚度验算根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)表5.2.4“最小防冻厚度”土质类型 ： 粉质土路基干湿状态：潮湿状态路面结构材料层：稳定土类道路多年最大冻深：>200cm路面最小防冻厚度：6070cm验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。五、确定结构层设计参数根据公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)的建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计沥青混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求。沥青路面结构层参数与方案建议路基状况结构层厚度(cm)适用状态干燥细粒式沥青混凝土AC-10中粒式沥青混凝土AC-16粗粒式沥青混凝土AC-25水泥稳定碎石(水泥用量5

21、%)石灰粉煤灰碎石(石灰用量8%)级配碎石468172020高填路堤细粒式沥青混凝土AC-10中粒式沥青混凝土AC-16防或透水封层462桥梁中湿细粒式沥青混凝土AC-10中粒式沥青混凝土AC-16粗粒式沥青混凝土AC-25水泥稳定碎石(水泥用量5%)石灰粉煤灰碎石(石灰用量8%)级配碎石468192020低路堤明暗涵通互通闸道潮湿细粒式沥青混凝土AC-10中粒式沥青混凝土AC-16粗粒式沥青混凝土AC-25水泥稳定碎石(水泥用量5%)石灰粉煤灰碎石(石灰用量8%)级配碎石468162036路堑细粒式沥青混凝土AC-10中粒式沥青混凝土AC-16粗粒式沥青混凝土AC-25防或透水封层4682隧

22、道过湿细粒式沥青混凝土AC-10中粒式沥青混凝土AC-16粗粒式沥青混凝土AC-25水泥稳定碎石(水泥用量5%)石灰粉煤灰碎石(石灰用量8%)级配碎石468192036浸水路堤过水路堑高速公路水泥混凝土路面设计实例一、轴载换算水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。 （1） ； （2） （3） ； （4）Ns100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重（KN）；轴型和轴载级位数；各类轴型级轴载的作用次数；轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴-单轮时

23、，按式（2）计算；双轴-双轮组时，按式（3）计算；三轴-双轮组时,按式（4)计算。轴载换算车型(KN)(次/日)小客车前轴16.566567500后轴23.0167500中客车SH130前轴25.5555120000后轴45.10120000.0059大客车CA50前轴28.70524.212500后轴68.20112502.7382小货车BJ130前轴13.40727.342500后轴27.40142500中货车CA50前轴28.70524.215000后轴68.20115003.2858中货车EQ140前轴23.70569.121250后轴69.20121255.8757大货车JN150前

24、轴49.00416.521250.02347后轴101.60121252739.4177特大车日野KB222前轴50.20412.115000.0244后轴104.30115002941.9832拖挂车五十铃前轴60.00381.7187.50.0529后轴100（3轴）0187.505693.4073上表为双车道双向交通调查结果， 取交通量年平均增长率为9.5。小于和等于40KN(单轴)和80KN（双轴）的轴载可略去。调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为6，所以交通量车道分布系数取0.6。Ns=0.5×0.6×5693.4073=17

25、08.02次查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)，此路面属重交通，设计使用年限为30年。由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)取轮迹横向分布系数为0.22，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：二、路面板厚度计算路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构的设计，路基按干湿状态不同，分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态，当处于过湿状态时，路基不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面。下面对潮湿、中湿、干燥3种状态分别讨论。（一）干燥状态1、初拟路面结

26、构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5），厚为h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为 （2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录F，路基回弹模量取。查附录F.2

27、,水泥稳定粒料基层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取。按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为 4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8，区最大温度梯度区88/。板

28、长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为温度疲劳应力系数，按式（B.2.3）计算为再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）因而所选的普通混凝土面层厚度，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。（二）中湿状态1、初拟路面结构查公路

29、水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5），厚为h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为 （2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录F，路基回弹模量取。查附录F.2,水泥稳

30、定粒料基层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取。按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为 4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8，区最大温度梯度区88/。板长，由图

31、B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为温度疲劳应力系数，按式（B.2.3）计算为再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）因而所选的普通混凝土面层厚度，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。（三）潮湿状态1、初拟路面结构查公路水泥砼路

32、面设计规范(JTG D40-2002)表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5），厚为h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为 （2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录F，路基回弹模量取。查附录F.2,水泥稳定粒料基

33、层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取。按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为3、荷载疲劳应力计算按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为 4、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.8，区最大温度梯度区88/。板长，由图B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为温度疲劳应力系数，按式（B.2.3）计算为再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）因而所选的普通混凝土面层厚度，可以承受设计基准期内荷载应力和