公路沥青路面设计方法

公路沥青路面设计方法设计理论公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，计算路面结构厚度，并对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层进行层底拉应力的验算。设计流程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。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。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。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。5．对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求(本次设计不考虑冻害)。轴载分析路面设计以双轮组单轴载 100kN为标准轴载。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）轴载换算轴载换算的计算公式：N=ki4.35（7-1）C1C2ni(P)i1P计算结果列于下表：表7-1轴仔换算结果表(弯沉)车型前轴东风EQ140后轴前轴解放CA10B后轴前轴黄河JN150后轴

Pi（kN）C1C2（次/日）Pi4.35niC1C2ni()（次/日）P23.7016.469.2011553111.4819.4016.460.85113041.5350.4549.0016.4101.6011395423.24kC1C2ni(Pi)4.35N=885.38i1P注：轴载小于 25kN的轴载作用不计。2）累计当量轴次根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取 12年，双车道的车道系数取0.6，年平均增长率 =5.4%。累计当量轴次：1t1365Ne'N115.4%123651×885.38 0.6 3158727（次）5.4%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，结果列于下表：表7-2 轴仔换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型东风EQ140解放CA10B黄河JN150注：轴载小于

Pi（kN）C1C2（次/日）Pi8niC1C2ni()（次/日）P后轴69.2011553后轴60.85113041.557.17后轴101.6011395448.48kPi8N=CCn()505.6512iPi150kN的轴载作用不计2）累计当量轴次tNe'11365N1121 5.4% 1 365×505.65 0.6 1807550(次)5.4%结构组合与材料选取结构组合与材料根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途筑路材料较丰富，路面结构采用沥青混凝土（15cm），基层采用二灰碎石（20cm），基底层采用石灰土（厚度待定）。二级公路面层采用三层式沥青面层：表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度3cm），中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度5cm），下层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度 7cm）。各层材料的抗压模量与劈裂强度抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，具体参数如下：表7-3抗压模量与劈裂强度表抗压模量(MPa)劈裂强度0（MPa）20C细粒式密级配沥青混凝土14001.4中粒式密级配沥青混凝土12001.0粗粒式密级配沥青混凝土10000.8二灰碎石15000.5石灰土5500.225土基回弹模量的确定拟定该路段处处于 VI区，土基回弹模量为 30MPa。设计指标的确定对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。设计弯沉值。路面设计弯沉值计算：该公路为二级公路，公路等级系数取1.1，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm，基层类型系数取 1.0。设计弯沉值为：0.2AcAbAs60031587270.21.11.0（）Ld600Ne1.0=33.09mm各层材料容许层底拉应力Rsp/Ks1）细粒式密级配沥青混凝土Ks0.09AaNe0.22/Ac=0.091.031587270.22/1.1=2.20sp/Ks=1.4/2.20=0.636MPa2）中粒式密级配沥青混凝土0.22

0.22Ks

0.09AaNe

/Ac=0.09

1.0

3158727

/1.1=2.20sp/Ks=1.0/2.20=0.455MPa3）粗粒式密级配沥青混凝土0.22

0.22Ks

0.09AaNe

/Ac=0.091.1

3158727

/1.1=2.42sp/Ks=0.8/2.42=0.331MPa4）二灰碎石Ks 0.35N0e.11/Ac=0.3531587270.11/1.1=1.65sp/Ks=0.5/1.65=0.303MPa5）石灰土0.11

0.11Ks

0.45Ne

/Ac=0.453158727

/1.1=2.12sp/Ks=0.225/2.12=0.106MPa设计弯沉值为33.09（0.01mm），相关资料汇总如下表：表7-4设计资料汇总表抗压模量E1(MPa)材料名称H容许拉应力（cm）（MPa）20℃15℃细粒式密级配3140020000.636沥青混凝土中粒式密级配5120018000.455沥青混凝土粗粒式密级配7100014000.331沥青混凝土二灰碎石2015000.303石灰土——5500.106土基——30——确定石灰土层厚度利用弯沉等效换算法把路面换算为三层连续体系：图7-1多层体系转换图示轮载P=0.7MPa，双圆荷载半径δ=10.65cm计算弯沉综合系数：F1.63(Ls)(E)=1.63(33.09)(30)=0.5140.3800.360.380.362000p200010.650.7E0300.03E21000h30.28210.65E210000.714E11400查三层体系表面弯沉系数诺谟图得k1f(h,E0)f(0.282,0.03)1.448E2af(h,E2)f(0.282,0.714)7.68E1Ld 10002p acF由 E1ac ak1k2得k2 0.511查三层体系表面弯沉系数诺谟图得H 5.22H 55.59由Hn1hK2.4E4h25h3h4h52.4E=55.59K22E2E得：h532.65cm取h535cm7层底拉应力验算采取15°C时的抗压模量，细粒式密级配沥青混凝土为 2000MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1800MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 1400MPa。1.对于细粒式沥青混凝土层n1E4h2h30.9E3h40.9E4+h50.9E5=36.0HKi1hk0.9EH36.0010.65=3.381h3=0.28210.65E0300.017E21800E218000.9E12000查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）f(h,E2)E1=f(0.282,0.9)≤0Pm1m2≤0R查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）n1E2,Hf(0.9,3.381)1.234h＝h1＝3cmE1＝2000MPa=f()E1n2HhE2H＝？E2＝1800MPa=f(,,E1)f(3.381,0.282,0.9)=0.31E0＝30MPaf(H,E0)f(3.381,0.017)=0.341E2n1n2=0.7×0.341×1.234×0.31=0.091≤0.636对于中粒式沥青混凝土层h1ihk4Ekh14E1h234180058.19k1Ei=E21400Hn1hkEkh30.9E3h40.9E4h50.9E57200.91500550=40.990.90.9Ki1i1E3E3E3140035E1400H 3.85h0.769h＝?E1＝1800MPaH＝？2＝1400MPaEE0300.02E0＝30MPaE21400E214000.778E11800查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）f(h,E2)E1 =f(0.769,0.778)≤0P m1m2≤0R查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）n1E2Hf(0.778,3.85)1.166=f(,)E1HhE2n2=f(,,E1)f(3.85,0.769,0.778)=0.25HE0f(,E2)f(3.85,0.02)=0.26P n1n2 0.053 0.455对于粗粒式沥青混凝土层hihk4Ekh14E1h24E2h3342000641800716.67K1EiE3E314001400Hn1hk0.9Ekh4h50.9E5200.9550=31.48Ki1i1E4351500EH2.96h＝?E1＝1400MPaH＝？2＝1500MPaEh1.57E0＝30MPaE030E20.021500E21500E11.071400查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）f(h,E2)=f(1.57,1.07) 0E1P m1m2≤0R查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）n1E2Hf(,)f(1.07,2.96)1.23=1.23E1n2=n2f(HhE2,,E1)f(2.96,1.57,1.07)0.46HE0f(,E2)f(2.96,0.02)0.46n1n2=0.182≤0.331对二灰碎石hihk4Ekh14E1h24E2h34E3h4K1EiE4E4E43420006418007414002036.38150015001500n1EkHhk0.935Eiki11H3.29h 3.42E030E20.05550E21500E12.73550查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）f(h,E2)h＝?E1＝150