沥青路面设计原理及方法

1、1设计原理1.1路面结构设计流程1.1.1根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标 准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯 沉值或容许弯拉应力。1.1.2按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定 各个路段土基回弹模量设计值。1.1.3参与本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合和厚度方案，根据工程选 用的材料进行配合比试验，测定个结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确 定各结构层的设计参数。1.1.4根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。1.1.5对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求（

2、本次设计不考虑冻 害）。1.2路面设计参数在进行路面组合设计时，我们需要求得以下参数：标准轴载及当量轴次、 路面容许弯沉值、容许弯拉应力等 1.2.1当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN 的各级轴载（包括前后轴）p,的作用次数n,，均按下式换算成标准轴载p的当A 4.35量作用次数NN =寸 CC ni =1式中N-标准轴载的当量轴次（次/日）；n被换算的各级轴载p,的作用次数（次/日）；p标准轴载（KN）;p,被换算的各级轴载（KN）;k被换算车辆的类型系数；C 1 -轴数系数，C1=1 + 1.2（m -1）, m是轴数，当轴间距大于3m时，按单 独的一个轴

3、载计算，当轴间距小于3m时，应考虑轴数系数；C2 被换算的各级轴载单轮轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四 轮组为0.38。1.2.2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50kN各级轴载的作用 次数气，均按下式换算成标准轴载p的当量作用次数n N 上 CC ni式中N-以半刚性材料层的拉应力为设计指标时标准轴载的当量轴次（次/ 日）；C -被换算车型的轴数系数，以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴 1数系数按式C =1+2（m-1）计算；1C -被换算车型的轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为 20.091.2.3设计年限累计当量轴载数NeNe= （1+ I1、65

4、 n 门 r1式中Ne-设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次（次）t-设计年限（年）r-设计年限交通量平均增长率（）n -车道系数1.2.4路面设计弯沉值在经过大量的测试和分析，得到路面设计弯沉值计算公式如下：1.10N 0.2AcAs式中lR路面设计弯沉值（0.01mm）N一设计年限内一个车道上的累计当量轴次A公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级为1.2q 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0,热拌沥青碎石、沥青表面 处治为1.2；1.2.5结构层材料的容许拉应力我国沥青路面设计除了以路面设计弯沉值为设计控制指标之外，对高等级 道路路面还要验算沥青

5、混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。要求结构层底面 的最大拉应力不大于结构层材料的容许拉应力，在路面设计中表示为b m卯R结构层材料的容许拉应力是路面承受行车载荷反复作用达到的临界破坏状 态时的最大疲劳应力。这一应力较一次荷载作用的抗拉强度小，减小的程度同重 复荷载次数及路面结构层材料的性质有关。当沥青混凝土层、半刚性材料基层、 底基层以拉应力为设计或验算指标时，这种关系表示如下：b =b /K式中b R-路面结构层材料的容许拉应力；b一沥青混凝土层或半刚性材料的极限劈裂强度；K -一抗拉强度结构系数。表征结构层的抗拉强度因疲劳而降低的抗拉强度结构系数，根据载荷应力 与达到疲劳临界状态的荷载作

6、用次数之间的疲劳方程表示如下：沥青混凝土面层K = 0.09 AN A无机结合料稳定集料类K = 0.35 AN 0.11 / Asa ec无机结合料稳定土类K = 0.45 ANo.ii/ A式中A一沥青混合料级配的系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0,粗粒式沥青混凝土 1.1Ac -一公路等级系数。2设计方案2.1交通量组成表1 交通量车型东风EQ140解放CA10B黄河NJ150太脱拉138小汽车辆/日3407501007450现行规范规定：高速公路，一级，二级公路及城市道路应采用BZZ-100重型标 准，因此一级公路选用BZZ-100重型标准。将各种轴载作用次数换算为标准轴 载作用次数表

7、2各种车辆参数车型交通量(辆/日)轮压p.(MPa)单轮轮机直径di(cm)轮组系数后轴轴数前轴轴载P.(KN)东风EQ1403400. 5021. 01123.70解放CA10B7500. 5019. 541119.40黄河NJ1501000. 7021. 491149.0太脱拉138740. 6020. 601251.4小汽车50表3当量轴次换算车型后轴换算系数前轴换算系数车辆（总）轴载换算系数当量轴次nbi （次/日）东 风EQ1400. 1671690. 012620. 17978961.1解 放CA10B0. 0973750. 0056660. 10304177.3黄 河NJ1501

8、. 0066830. 2305921. 237275123.7太脱拉1380. 3601000. 2791980. 99939874. 0当量轴次=336N =Z n . = 336 次/日累计当量轴次：根据规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，设计车道为 四车道，车道系数取值0.45.累计当量轴次为：0. 1 0十(1：n?=睥0. 365 x336x0.45 = 1 祝630.86 1 次，为轻 型路面。2.2.确定土基的回弹模量E0值由全国公路自然区规划图可知南京位于W区，路槽底距地下水位的高度为 H0=1.2+0.8=2.0m，查表（路基临界高度参考值）可知H0介于H1和H2之间，

9、接着 查表（路基十湿类型）可知该路基属于中湿路基。然后再查个自然区划土基十湿 分界稠度可知Wc=0.96,然后再有表二级自然区划各土组土基回弹模量参考值可 知 E0=36Mpa。2.3计算路表容许弯沉值一级公路气=1,沥青混凝土面层A =1l =110 A As =1.10 x 1x 1 = 0.0635 cmR Ns c (1558630.861.480)0.22.4计算路表设计弯沉值l = 600N - 0.2 AAA = 600 x 1558630.861- 0.2 x1.0 x1.0 x1.0 = 0.0346cm de c s b2.5新建路面结构厚度计算拟定路面结构组合方案，确定路

10、面结构材料的相关参数表4路面材料参数层次结构层名称厚度（cm）抗压回弹模量（MPa） 20。C抗压回弹模量（MPa）15。C极限抗弯拉强度（Mpa）1细粒式沥青混凝土（DAC-13）5140020001.52中粒式沥青混凝土（DAC-20）7120018000.93粗粒式沥青碎石（DAC-25）10100011000.74水泥砂砾土5005000.55砂砾201501506土基302.6按容许弯沉值计算路面厚度1）计算综合修正系数F = A (0)0.38 = 1.47 X ( 0.0635 X 36 )0.38 = 0.490F 2虚2 X 0.7 X 10.65计算理论弯沉系数0.0635

11、 X14002 x 0.7 x 10.65 x 0.490=12.1683）计算的厚度沥青混凝土面沉作为当量三层体系的上层，第二，三，四，五层换算成当量三 层体系中的中层，土基作为当量体系的下层。由 % = %0.65 = 0,469，E/E = I”%。= 057 , E0E = 361200 = 0.03 查（三层-1-2体系表面弯沉系数诺谟图中主图）得：a = 6.54 图）得 k=1.431k 二= 221竺=1.312 a k16.5 X1.43查（三层体系表面弯沉系数诺谟图中梅花图）得：H5 = 4.0，则H=4.0X 10.65 = 42.6中层当量厚度： TOC o 1-5 h

12、 z HYPERLINK l bookmark88 o Current Document E, I E:E1000 ,：300150, HYPERLINK l bookmark91 o Current Document H = h + h 3 + h牛 + h 脚5 = 7 +10 x 24+ h 2/+ 20 x 24= 7 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 232f E42f E524 E（12004普 12001120022 七2+9.268+0.694% +8.409=42.6 n hq = 25.8,取 26cm2.7各层材料的容许底

13、层拉应力计算b =b /K细粒式密级配沥青混凝土:0.09 x1.0 x 1558630.8610.22=0.09A No.22 / A = 2.071.01.5=0.72 MP 2.07中粒式密级配沥青混凝土:0.09 x1.0 x 1558630.8610.22=0.09A No.22 / A = 2.071.0=b / K0.9=0.43 MP 2.07粗粒式密级配沥青混凝土0.09 x1.0 x 1558630.8610.22=0.09A No.22 / A = 2.071.0b / K0.7=0.34 MP 2.07水泥砂砾土K -MSMJA=。誓I。=1.681.0b b / K0

14、5 = 0.30 MP1.672.8计算弯拉应力1）：验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二，三，四，五层换算成当量三层 体系中的中层，土基作为当量三层体系的下层。当量三层体系中层当量厚度为：500 ”+ 20 x 1200划 - 26.981000厂 7 区,I :E1000 ,H 一 h + h 3 + h 4 + h5 7 +10 x 占+ 26 x230f E24戏 E25。： E2Of 1200则=赤982.53510.65由仅= = 0.469/5 10.65E1200E36= 0.857 , o = 0.03,查(三层体系上层底气 1400E2

15、 1200面弯拉应力系数诺谟图（上层，中层间滑动）得：。=0.30 , m1=1.20, m2=1.10,最大弯拉应力 b 1 =施 m = 0.7 X 0.30X1.20X1.10 = 0277MPa计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：K = 012 N 0.2 =些(1558630.861)12 = 2.08S A e 1计算沥青混凝土容许弯拉应力b =JL = JA = 0.721MPaR %2.08 可知：br b，满足要求2）验算水泥砂砾层底面的弯拉应力由于水泥砂砾层下面有天然砂砾层，把天然砂砾层当作三层体系中的中层，第 一二三四层换算成当量三层中的上层，土基作为当量三层体系的下层。上

16、层当量厚度为：h = h E + h 旦 + h E + h = 5x*1400 + 7x4；1200 +10 x4，1000 + 26 = 53.0714 E424 E434 E444 5004 500* 500h, =荣/5 10.65=4.983中层当量厚度为20cmt =上0 = 0.107 , E =史=0.24 气 1400E2150=1.878按规范规定属连续体系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层，中 层间连续）得：b =0.20，m0.98，m2=1.04最大弯拉应力：b 2 = pb= 0.7x0.2x0.98x1.04 = 0.143MPa计算水泥稳定砂砾层抗弯

17、拉结构强度系数：K = 040 N 0.1 = 04 x （1558630.861）.1 = 1.322 A e 1计算水泥稳定砂砾容许弯拉应力：b =S = _L = 0.378MPaR 、1.322可知气 气2，满足要求。2.9程序计算路面厚度新建路面结构厚度计算公路等级: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：34.6 (0.01mm)路面设计层层位：4设计层最小厚度：15 (cm)层位 结构层材料名称 厚度(cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土(20 r)5(15D14002000.722中粒式沥青混凝土712001800.433粗粒式沥青混凝土1010001100.344水泥砂砾土?500500.35天然砂砾201501506土基36按设计弯沉值计算设计层厚度：LD= 34.6 (0.01mm)H( 4 )= 25 cmLS= 35.3 (0.01mm)H( 4 )= 30 cmLS= 32.2 (0.01mm)H( 4 )= 26.1 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度：H（ 4 ）= 26.1 cm（第1层底面拉应力验算满足要求）H（ 4