沥青路面结构设计与计算书

沥青路面结构设计与计算书1工程简介本路段属于安图至汪清段二级公路.K0+000〜K3+500，全线设计时速为60km/h的二级公路，路面采用60km/h的二级公路标准。路基宽度为10m,行车道宽度为2X3.5m，路肩宽度为2X0.75m硬路肩、2X0.75土路肩。路面设计为沥青混凝土路面，设计年限为12年。路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ-100表示；根据沿线工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为：路面的面层采用4cm厚细粒式沥青混凝土和6cm厚中粒式沥青混凝土，基层采用20cm厚水泥稳定碎石，底基层采用石灰粉煤灰土。2土基回弹模量的确定本设计路段自然区划位于113区，当地土质为粘质土，由《公路沥青路面设计规范(JTGD50-2004)》表F.2查得，土基回弹模量在干燥状态取39Mpa,在中湿状态取34.5Mpa.3设计资料交通量年增长率：5%设计年限：12年初始年交通量如下表：车型前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)日交通量(辆/d)解放CA10B19.460.851双578黄河JN15049101.61双210尼桑CK20L49.851001双330交通SH14125.5555.11双126太脱拉13851.4802双1.3241

东风EQ14023.769.21双20南阳35148.797.31双254设计任务4.1沥青路面结构组合设计4.2沥青路面结构层厚度计算，并进行结构层层底拉应力验算4.3绘制沥青路面结构图5沥青路面结构组合设计5.1路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载计算参数如表10-1所示。标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ-100标准轴载P(KN)100单轮传压面当量圆半径6(cm)10.65轮胎接地压强P(Mpa)0.7两轮中心距(cm)3.065.1.1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5.1.1.1轴载换算轴载换算采用如下的计算公式:N=寸CCn1i=1CP\4.35匕=1+1.2x(m-1)=1,计算结果如下表所示。车型p.(KN)3载换等结果表(弯沉)次/日)前轴19.416.4578解放CA10B后轴60.8511578黄河JN150前轴4916.421060.360后轴101.611210225.013尼桑CK20L前轴49.8516.4330102.220后轴10011330330.000交通SH141前轴25.5516.41262.132后轴55.1111269.427太脱拉138前轴51.416.44114.510后轴802.214134.170东风EQ140前轴23.716.420后轴69.211204.032南阳351前轴48.716.4256.996后轴97.3112522.194811.054注：轴载小于25KN的轴载作用不计5.1.1.2累计当量轴次根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取12年，车道系数n=0.7，7=5.0%累计当量轴次:]0.05N—L+丫）」365n¥【1+。.。加-岛65x811.05x0.7=3298414次e 70.055.1.2验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次5.1.2.1轴载验算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为:轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型P. V1； (KN)C—1 C—2 七以/日）（次/日）解放前轴19.4118.5578CA10B后轴60.851157810.865黄河前轴49118.5210JN150后轴101.611210238.434尼桑前轴49.85118.5330CK20L后轴10011330330.000交通前轴25.55118.5126SH141后轴55.1111261.070太脱拉前轴51.4118.5413.695138后轴80314120.636东风前轴23.7118.520EQ140后轴69.211201.052南阳前轴48.7118.525351后轴97.3112520.084625.836

注：轴载小于50KN的轴载作用不计5.1.2.2累计当量轴次设计年限为12年，车道系数取0.7，则累计当量轴次为：

365NF=[1+0.°加一1!<365x625.836x0.7=2545167次

0.055.2路面结构层设计与材料选取由上面计算得到设计年限内一个行车道上的累计当量轴次。根据《路基路面工程》在干燥和中湿路段，路面拟定采用以下结构:面层：细粒式沥青混凝土（厚度4cm）；中粒式沥青混凝土（厚度6cm）；基层：水泥稳定碎石（20cm）；底基层：石灰粉煤灰土（厚度待定）。5.3土基回弹模量的确定该路段处于113粘质土，土基回弹模量：干燥39Mpa、中湿34.5Mpa。5.4设计指标的确定对于二级公路，规范要求以设计弯沉作为设计指标，并进行结构层层底拉应力验算。5.4.1设计弯沉值该公路为二级公路。公路等级系数取1.1，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：l=600N-0.2AAA=600x329841心.2xl.lxl.0x1.0=32.80mm）d ecsb5.4.2各层材料的容许层底拉应力各层材料的劈裂强度：细粒式密集配沥青混凝土为1.4MPa，粗粒式密集配沥青混凝土为1.0MPa，水泥稳定碎石为0.5MPa，石灰粉煤灰土为0.25MPa对于细粒式密集配沥青混凝土层K=0.09N0.22/A=0.09x32984140.22/1.1=2.222b=L=_!9=0.449MParK2.222s对于中粒式密集配沥青混凝土层K=0.09N0.22/A=0.09x32984140.22/1.1=2.222b=—sp=°’=0.360MParK2.222s对于水泥稳定碎石 K=0.35No.ii/A=0.35x32984140.ii/1.1=1.658b='=°^=0.301MParK1.658s对于石灰粉煤灰土 K=0.45No.n/A=0.45x32984140.11/1.1=2.132b=L=021=0.117MParK2.132s5.5设计资料汇总设计弯沉值为30.45(0.01mm)，相关设计资料汇总如下表：路面设计的结构参数(干燥)材料名称h(cm)抗压模量20°C抗压模量15C容许拉应力(MPa)劈裂强度(MPa)中粒式沥青混凝土4140020000.4491.4粗粒式沥青混凝土6120018000.3601

水泥稳定碎石20150015000.3010.5石灰粉煤灰土？7507500.1170.25土基—3939——路面设计的结构参数(中湿)材料名称h(cm)抗压模量20°C抗压模量15C容许拉应力(MPa)劈裂强度(MPa)中粒式沥青混凝土5140020000.4491.4粗粒式沥青混凝土7120018000.3601二灰碎石20150015000.3010.5石灰土？7507500.1170.25土基—34.534.5——6.1确定理论弯沉系数a，其中ls=ld=32.8O(0.01mm)(l6.1确定理论弯沉系数a，其中ls=ld=32.8O(0.01mm)(l \0.38(E、0.36「T."2000T) [J=1.63x(32.80丫[史]

[2000x10.65)[0.7)0.36=0.592又因=10002^aFna1IE、2000p5F2000x0.7x10.65x0.59232.80x1400=5.2026.2结构厚度计算，以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。中粒式沥青混凝土 EU1400MP3粗粒式沥青混凝土 E2=1200MPa水泥稳定碎石 E3=1500MPaqq=4cm,气=1400MPah1=4cm,E1=1400MPa'h2=6cm,E2=1200MPah3=20cm,E3=1500MPa>n]H=?cm,E2=1200MPah=cm,E=750MPaE=E0=39MPa39391200E0=39MPa多层体系换算图式（注：此时取20°C是材料的模量值）查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为a=aK1K2,所以K=1土〒E由于一=E查诺漠图得［K1=：：0la=查诺漠图得［K1=：：0la=6.5E □-—1200—0857h4一 -03752 .o・。E114005 10.65则Ka5.202-0.6162aK6.5x1.30a e—2 aK=0.0331查诺漠图得；=4.2则H=4.2x查诺漠图得；=4.2则H=4.2x10.65=44.73cm由弯沉等效换算得:H一，h4一h+hx1—3+hxI—4，

K2K了E2 3 2.14E4E44.73=6+20x.15002t1200+:750X24 41200h-20.411cm取h-21cmX层底拉应力验算7.1对细粒式沥青混凝土层底拉应力验算7.1.1换算成当量三层体系（此时采用15（C时各材料的模量）七=4cm,气=2000MPah2=6cm,E2=1800MPah3=20cm,E3=1500MPa>«=21cm,E4=750MPaE0=34.5MPa%=4cm,气=2000MPa2=1800MPaE=E0=34.5MPaog!og!!0=30.27cm11800H= 1hk0寸~E^k=i+1 i+1E 1500 3=6+20x0o+21x*E2 飞1800

此时，#=—-—=0.375,g=30.27_2.842,—=捋°°=0.9,—0==0.021；查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得5 10.65 5 10.65 E1 2000 E2 1800。<0,基地为压应力无需验算7.2对中粒式水泥混凝土进行层底拉应力验算7.2.1换算成当量三层体系（此时采用15oC时各材料的模量）h1h1=4cm,E1=2000MPah2=6cm,E2=1800MPah=20cm,E=1500MPa>h4=21cm,E4=750MPaE0=39MPaH=?,E1=1800MPa>h=?,E2=1500依。E=E0=39MPah=Zh耳=h£+h=4x4：四+6=10.10cm

14：E2 2 418003°?E3°?E■ i+1E40?Ei+1网EH—乙hk0.9E hM+hK=i+1 * i+1

■750—=20+21x09 =29.72cm' 1500H 29.72 h 10.10 八c,°E此时， = =2.790,= =H 29.72 h 10.10 八c,°E此时， = =2.790,= =0.948,—5 10.65 5 10.65 E11800 E2 15000,基地为压应力无需验算7.3对水泥稳定碎石基层层底弯拉应力验算7.3.1换算成当量三层体系（此时采用15oC时各材料的模）h1=4cm,E1=2000MPah2=6cm,E2=1800MPah=20cm,E=1500MPa>h4=21cm,E3=750MPaE0=39MPah=?,E1=1500MPan〈H=21cm,E=750MPa2E=E0=39MPah=Zh匹K4Eh=Zh匹K4EK=1 i=4x4, +6x4 +20=30.578cm41500 41500H=习hnJ—」=21x0.9」75O=21cmK=i+1片Ei+1 E7.3.2求层底最大拉应力：a皿=p9皿由h=些炎=2.871,E=25°=0.500查诺谟图得b=0.115 10.65 E 1500h31.578 E750 E39由5=1065=2.979,—^=1500=0.500,e^=75。=0.052查图得刀=1.37. 1 2.H21 E750 E39 由"5=1065=1.971,~e2=1500=0.500,E0=750=0.052查图得刀=1.10.1 2bm=axmxma=p•厂=0.7x0.11x1.37x1.10=0.116MPa<0.301MPa，满足要求。7.4.对于石灰粉煤灰土层7.4.1三层体系如图所示Eh=Lh疽—kK4EK=1 iH=21cm,.'2000=4x4. 41500/ ：1800“+6x4 +20=4150031.578cm,H,H21由一= 8 10.65H21由一= 8 10.65H21由一= 8 10.657.4.2求层底最大拉应力：b=p-aE39=1.971,―0= =0.052查诺漠图得a=0.38E2 750E750=1.971,E=——=0.500,查图得n=1.09E1500 1h30.578E750=1.971,^= =2.871,—= =0.05查图得％=0.39.1am=axnxna=p•厂=0.7x0.38x1.09x0.39=0.113"。＜0.117MPa，满足要求。7.最小防冻厚度验算根据《规范》干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。8沥青路面结构层厚度计算（中湿路段）8.1确定理论弯沉系数a，其中ls=l=32.80(0.01mm)F=1.630.36=1.63x32.80 \0.3612000x10.65)3.7J=0.565又因32.80x140032.80x1400=5.452000p8F2000x0.7x10.65x0.5656.3 结构厚度计算，以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。卜a卜a+儿疽-111111A p中粒式沥青混凝土E=1400MPa粗粒式沥青混凝土E=1200MPa水泥稳定碎石E=1500MPa 3 石灰粉煤灰土E=750MPa4E=34.5MPa0路表弯沉值计算图式%=4cm,%=1400MPa«=6cm,E2=1200MPa>n<1J — h=4cm,E=1400MPah3=20cm,E3=1500MPaH=?cm,E2=1200MPah=cm,E=750MPaE=E0=34.5MPaE=34.5MPa0 J多层体系换算图式（注：此时取20°C是材料的模量值）查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为a=aKK,所以K=土12 2 aK1土〒E由于i=E234.51200=0.028E1200

―2= R1400=0.857h_4?=10.65=0.375.漠图得/.漠图得/■[a=6.5查诺漠图得-=4.55则K= ='45=0.5582aK6.5x1.50

1则H=4.5x10.65=47.925cm由弯沉等效换算得:S… ，cc11500 7 \75047.925=6+20x2_J +h•2讪 V1200 *I11200h=24.294取/?=25cmX X层底拉应力验算7.1对中粒式沥青混凝土层底拉应力验算7.1.1换算成当量三层体系（此时采用150C时各材料的模量）h=4cm,E=2QQQMPa1 1h=6cm,E=1800"口2 h=20cm,E=1500"口>3 h-25cm.E―750MPaTOC\o"1-5"\h\z4E=34.5"口o Jh =2000"口i i<H=?an,E=1800"口 2 E=E=34.5"口、n0k=i+1thEkEi+1E=6+20Xog1500+25Xoj'250=31.783如

\1800 *1800此时,g=—-—=0.375,g=31.783=2.984,―=如。。=0.9,—=，'^=0.019；查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图810.65 8 10.65 E1 2000 E2 1800得＜0,基地为压应力无需验算h=4cm,E=2000MPah=6cm,E=1800MPa>^^Vr —— H=?,E1=1800MPah=20cm,E=1500MPah=?,E=1500MPah4=25cm,E4=750MPaE=E0=34.5MPa7.2对粗粒式水泥混凝土进行层底拉应力验算7.2.1换算成当量三层体系（此时采用15（C时各材料的模量）E=34.5"。0Eh=乙h广—kK4EK=1 i7E7 / -2000=h1苛+h=4xV[goo+6=10.10cmT2H=笑H=笑1hkK=i+1=31.57cm7丁7克 750=h3气广 4眺广=20+255。,91500i+1 、'i+11500nQgE =0.833, =1800 E2兰兰=0.023查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得7<1500H31.57c八〜h10.101500nQgE =0.833, =1800 E2兰兰=0.023查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得7<15008 10.65 8 10.65 E10,基地为压应力无需验算7.3对水泥稳定碎石基层层底弯拉应力验算7.3.1换算成当量三层体系（此时采用15（C时各材料的模）%=4cm,%=1800MPah=6cm,E=1400MPah=20cm,E=1500MPa>h4=25cm,E3=750MPaE0=34.5MPah=?,E1=1500MPan]H=24cm,E2=