新建沥青路面结构层厚度计算（含表格）

1、案例1 新建沥青路面结构层厚度计算1.设计资料湖北省某新建高速公路，双向四车道，拟采用沥青路面结构。沿线土质为黏性土，地下水位距路床顶面1.4 m，沿线有水泥及碎石供应。根据计划安排，该项目于2010年建成通车。经交通调查预测，2010年平均日交通量见案例表1；交通量年增长率：20102014年为8%，20152019年为7%，20202024年为5%。案例表1 通车第一年（2010年）交通组成与交通量车型分类代表车型交通量/（辆/天）单后轴货车黄河JN163760东风EQ140520双后轴货车东风EQ240460单后轴客车武汉WH644A790武汉WH644B870拖挂车交通SH-14122

2、02.设计步骤1）交通量计算及交通等级的确定（1）车辆参数及交通量计算，见案例表2。案例表2 通车第一年（2010年）交通组成车辆参数与交通量序号车型名称前轴重/kN后轴重/kN后轴数后轴轮组数后轴距/m交通量/（辆/天）1黄河JN16358.61141双轮组7602东风EQ14023.769.21双轮组5203东风EQ24025.525.92双轮组3220注：表中的车辆参数来自于HPDS2011程序；后轴重为单轴重。（2）计算累计当量轴次Ne。当量轴次N1。a.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，通车第一年（2010年）双向日平均当量轴次N1的计算。按式（1-7）进行前轴、后轴当量轴次

3、的换算，计算过程见案例表3。案例表3 第一年（2010年）双向日平均当量轴次N1的计算汽车车型前轴当量轴次换算后轴当量轴次换算日交通量/（辆/天）前轴重/kN轴数系数C1轮组系数C2当量轴次/（次/天）后轴重/kN后轴数后轴轮组数后轴距/m轴数系数C1轮组系数C2当量轴次/（次/天）黄河JN16358.616.447611412111 344760东风EQ14023.716.4669.21211105520东风EQ24025.516.4825.92232161220合计5551 780N1（次/天）2 335N1=前轴当量轴次+后轴当量轴次=555+1 780=2 335（次/天）注：本表以设

4、计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标。计算当量轴次时应注意如下几点。前轴均为单轴单轮。当后轴距大于3 m时，按单独轴载计算，即C1=轴数。例如，案例表3中交通SH-141的后轴轴数系数C1=2。当后轴距小于3 m时，按式（1-3）计算C1。例如，案例表3中东风EQ240的后轴轴数系数C1=2.2。b.当以半刚性材料层拉应力为设计指标时，通车第一年（2010年）双向日平均当量轴次N1的计算。按式（1-4）进行前轴、后轴当量轴次的换算，计算过程见案例表4。要注意式（1-9）与式（1-7）中指数的区别，并注意案例表3与案例表4中C1、C2取值的区别。案例表4 第一年（2010年）双向日平均当量轴次N1的

5、计算 汽车车型前轴当量轴次换算后轴当量轴次换算日交通量/（辆/天）前轴重/kN轴数系数C1轮组系数C2当量轴次/（次/天）后轴重/kN后轴数后轴轮组数后轴距/m轴数系数C1轮组系数C2当量轴次/（次/天）黄河JN16358.6118.519611412112168760东风EQ14023.7118.5069.2121127520东风EQ24025.5118.5025.92232112220合计1982 266N1（次/天）2 464N1=前轴当量轴次+后轴当量轴次=198+2 266=2 464（次/天）注：本表以半刚性材料层拉应力为设计指标。累计当量轴次Ne。按式（1-11）计算设计年限内一

6、个车道的累计当量轴次Ne。该公式为等比数列求和公式，其中，365N1是首项，（1+）是公比。365是指一年的天数，365N1将日作用次数换算为年作用次数；是车道系数，将双向交通换算为设计车道上（即最不利车道）的作用次数。设计年限t：查表1-8，高速公路设计年限t=15年。车道系数：查表1-9，取车道系数=0.4。a.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的计算见案例表5。案例表5 设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的计算各特征年双向日平均当量轴次Ni/（次/天）通车第n年156101115分段交通量增长率/%875Ni/（次/天）2 3353 1773

7、 3994 4554 6785 686车道系数0.4查表1-9累计当量轴次Ne/（次/车道）分段计算20102014年20152019年20202024年1 999 9832 853 8273 773 940合计8 627 750注：本表以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标。b.当以半刚性材料层拉应力为设计指标时，设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的计算见案例表6。案例表6 设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne的计算各特征年双向日平均当量轴次Ni/（次/天）通车第n年156101115分段交通量增长率/%875Ni/（次/天）2 4643 3523 5874 7024 9376 001车道系

8、数0.4查表1-9累计当量轴次Ne/（次/车道）分段计算20102014年20152019年20202024年2 110 4743 011 6743 982 886合计9 105 034注：本表以半刚性材料层拉应力为设计指标。交通等级。当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，案例表5中计算得出的累计当量轴次Ne=8 627 750 次/车道，查表1-10，得出交通等级为中等交通。当以半刚性材料层拉应力为设计指标时，案例表6中计算得出的累计当量轴次Ne=9 105 034次/车道，查表1-10，交通等级为中等交通。取最高的交通等级为设计交通等级，所以本项目的交通等级为中等交通。 2）结构组合设

9、计（1）路基与垫层。路基。a.路基干湿类型。本项目自然区划属IV3区（长江中游平原中湿区），沿线土质为黏性土，查公路沥青路面设计规范（JTG D502006）F.0.1，可得出路床面至地下水位临界高度为H1=1.51.7 m，H2=1.11.2 m，H3=0.80.9 m。 查案例1的设计资料，地下水位距路床顶面H0=1.4 m。查公路沥青路面设计规范表5.1.4-2，由H2H0H1得出，路基为中湿状态。b.路基回弹模量。公路沥青路面设计规范5.1.1条规定，路基回弹模量值应大于30 MPa，重交通、特重交通路基回弹模量值应大于40 MPa。通过室内试验法，确定路基回弹模量为40 MPa，满足

10、公路沥青路面设计规范5.1.1条的规定。垫层。因路基处于中湿状态，按公路沥青路面设计规范4.2.5条规定，不需设置垫层。（2）各结构层的材料、厚度、回弹模量。初拟路面结构。根据预测交通量、道路等级对路面结构强度的要求，结合当地气象、水文、地质、筑路材料供应等情况，参考国内外高等级公路设计、使用经验及当地已建和在建的高速公路施工经验，进行路面结构组合设计，见案例表7。按表1-12、表1-13检查各结构层的厚度是否合理。案例表7 沥青路面结构方案层 位结构层材料名称厚度/cm备 注1细粒式沥青混凝土4AC-13C2中粒式沥青混凝土6AC-203粗粒式沥青混凝土7AC-254水泥稳定碎石？基层5级配

11、碎石20底基层注：沥青路面的基层为承重层，底基层为次承重层，设计层可选用承重层或次承重层。本案例以基层为设计层，设计层的厚度用“？”表示，设计层的最小厚度查表1-13，当验算结果不满足规范要求时，程序会将设计层厚度加厚，直到验算满足规范要求为止。路面各结构层的回弹模量、劈裂强度。在设计高速公路施工图时，采用实测设计参数，回弹模量、劈裂强度见案例表8。案例表8 路面各结构层材料的回弹模量、劈裂强度层位结构层材料名称厚度/mm20 15 劈裂强度/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa1细粒式沥青混凝土401 4521252 1573171.22中粒式沥青混凝土

12、601 2251041 8701751.03粗粒式沥青混凝土70978501 276850.84水泥稳定碎石?1 6302541 6302540.65级配碎石2002401224012注：以路表弯沉值为设计或验算指标时，设计参数采用20 抗压回弹模量；以沥青层或半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时，设计参数采用15 抗压回弹模量。3）沥青路面厚度设计（1）设计弯沉值。设计弯沉值的计算见式（1-2），计算过程见案例表9。案例表9 设计弯沉值计算c设计弯沉值ld（0.01 mm）设计年限内一个车道累计当量轴次Ne/（次/车道）公路等级系数Ac面层类型系数As路面结构类型系数Abld=600Ne-

13、0.2AcAsAb由案例表5计算得出24.68 627 750111（2）层底容许拉应力。层底容许拉应力的计算见式（1-3），计算过程见案例表10。案例表10 各结构层容许拉应力计算层位结构层材料名称劈裂强度s/MPa抗拉强度结构系数Ks的计算容许拉应力R/MPa实测抗拉强度结构系数Ks的计算公式Ks设计年限内一个车道累计当量轴次Ne/（次/车道）公路等级系数Ac见式（1-3）1细粒式沥青混凝土1.2Ks=0.09Ne0.22/Ac3.08 627 750见案例表51.00.402中粒式沥青混凝土1.03.08 627 750见案例表51.00.333粗粒式沥青混凝土0.83.08 627 7

14、50见案例表51.00.274水泥稳定碎石0.6Ks=0.35Ne0.11/Ac2.09 105 034见案例表61.00.305级配碎石（3）沥青路面厚度设计。用HPDS2011软件进行计算，以路表弯沉值作为路面整体强度的控制指标反算设计层厚度，并进行沥青混凝土路面面层和整体性材料基层的弯拉应力验算。当设计层的厚度取36 cm时，路表计算弯沉值ls= 24.5（0.01 mm），设计弯沉值ld=24.6（0.01 mm），路表计算弯沉值小于设计弯沉值，满足要求。当设计层的厚度取36 cm时，验算各层层底拉应力m，见案例表11，层底拉应力m小于容许拉应力R，满足要求。案例表11 各结构层拉应力

15、计算层位结构层材料名称厚度/mm20 15 劈裂强度/MPa容许拉应力R/MPa层底面最大拉应力m/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa平均抗压模量/MPa标准差/MPa1细粒式沥青混凝土401 4521252 1573171.20.40-0.2302中粒式沥青混凝土601 2251041 8701751.00.330.0663粗粒式沥青混凝土70978501 276850.80.270.0274水泥稳定碎石3601 6302541 6302540.60.300.1675级配碎石2002401224012注：拉应力为负，表示受压。4）HPDS2011程序操作过程演示（1）启动程序HPDS2

16、011的“公路沥青路面设计与验算”。启动程序HPDS2011，然后选择“路面设计与计算”“沥青路面设计与计算”“公路沥青路面设计与验算”命令，如案例图1所示。案例图1 启动程序HPDS2011的“公路沥青路面设计与验算”（2）交通量计算及交通等级确定。按案例图2所示对话框，输入设计参数：公路等级、车道系数、设计年限、增长率分段数、车辆类型数。案例图2 输入设计参数输入交通量年增长率分段数据。单击案例图2中的“各分段时间、增长率输入”按钮，然后在弹出的对话框中输入如案例图3中所示的数据。案例图3 输入交通量年增长率分段数据输入沥青路面车辆与交通量参数。单击案例图2中的“车辆及交通参数输入”按钮，

17、在弹出的对话框中输入如案例图4中所示的数据（选择车型名称、输入交通量）。案例图4 输入沥青路面车辆与交通量参数注意：单击“车型名称”栏的相应地方，可选择车型、车型代码、前轴重、后轴重、后轴轮组数、后轴数、后轴距可由程序自动生成，不必填写。累计当量轴次及交通等级的计算。单击案例图2中的“累计当量轴次及交通等级的计算、确定和输出”按钮，结果如案例图5所示。案例图5 交通量计算及交通等级确定计算结果（3）选择路面设计类型、路面设计内容，如案例图6所示。案例图6 选择路面设计类型、路面设计内容（4）路面设计参数输入。路面设计参数输入如案例图7、案例图8、案例图9和案例图10所示。案例图7 路面设计参数输入（一）注：本案例中的第4层是设计层，请按规范规定的最小厚度或适宜厚度输入水泥稳定碎石的厚度，程序将反算设计层的厚度（本表中359