沥青路面的设计-沥青路面设计案例

沥青路面设计案例一、工程概况东北地区某高速公路，设计车速100km/h,设计使用年限为15年，双向六车道。所在地区自然区划属Ⅱ-2区，沥青路面气候分区属于2-2区，年均降雨量607毫米，年平均气温11.6℃，月平均气温最低为-3.2℃，月平均最高气温为24.8℃，多年最低气温为-20℃。沥青路面设计案例二、交通参数分析及计算根据OD分析，断面大型客车和货车交通量为3500辆/日，交通量年增长率为6.5%。方向系数取0.55；车道系数取0.50，则设计车道初始年大型客车和货车日均交通量为962辆/日，进而计算得到15年大型客车和货车累计为850万辆，可知设计交通荷载等级为重交通等级。根据对路段每辆车实际收集到的轴载组成数据，经统计分析后，得到车辆类型分面系数列于下表：由车辆类型分布系数、累计货车和客车交通量计算得到的各类车型交通量如下表：二、交通参数分析及计算水平二时，非满载车与满载车比例取当地经验值，计算得到各类车型非满载与满载数量如下表：二、交通参数分析及计算根据当地经验值，计算得到下列三个指标各车型对应的非满载与满载车的当量设计轴载换算系数如下表：计算结果：（1）对应沥青混合料层底拉应变和永久变型量的当量设计轴载累计作用次数为2.74X107次；（2）对应无机结合料稳定层层底拉应力的当量设计轴载累计作用次数为1.91X109次；（3）对应于路基顶面竖向压应变的当量设计轴载累计作用次数为5.22X107次注：上表为非全国经验值，与规范表A.3.1-3有一定区别，采用水平三为全国经验值。三、初拟路面结构及相关参数的确定结合工程经验，初拟水泥稳定碎石基层沥青路面结构于下表，其中水泥稳定碎石基层厚度分别取340mm、360mm、380mm。1）、初拟路面结构三、初拟路面结构及相关参数的确定①路基顶面回弹模量路基为受气候影响的干燥类，土质为低液限黏土。参考《公路路基设计规范》，土质为低液限黏土路基标准状态下回弹模量取70MPa，回弹模量湿度调整系数ks取0.95，干湿与冻融循环作用折减系数kη取0.8，则经过湿度调整和干湿与冻融循化作用折减的路基顶面回弹模量为53MPa,满足规范5.2.2条重交通的规定。

Ks与kη取值参考路基设计规范3.2.5节要求取值，必要时需经过试验才能确定取值。②级配碎石底基层模量根据试验测定结果，经湿度调整后，经配碎石底基层模量为300MPa。③

水泥稳定碎石基层模量和弯拉强度根据试验测定结果，水泥稳定碎石材料弹性模量为24000MPa，乘以结构层模量调整系数0.5，水泥稳定碎石基层模量为12000MPa，弯拉强度为1.8MPa。④

沥青面层模量根据试验测定结果，20℃、10Hz时，SBS改性沥青AC13表面层模量为11000MPa,90号沥青AC20与AC25模量为10000MPa。⑤

泊松比根据规范表5.6.1，路基泊松比取0.4，级配碎石取0.35，沥青混合料与水泥稳定碎石基层取0.25。2）、相关参数取值四、路面结构计算分析根据规范要求，需要验算的设计指标为无机结合料基层层底拉应力和沥青混合料永久变形；项目处于季节性冻土地区，因此，还需进行低温开裂指数验算。（1）水泥稳定碎石基层层底拉应力验算根据结构层厚度和力学参数，采和弹性层状体系理论，计算得到水泥稳定碎石基层厚度为340mm、360mm、380mm时的层底拉应力如下表：根据规范表3.0.1，高速公路目标可靠度指标β取1.65。根据气象资料，工程所在地区冻结指数F为242℃·日，按照表B.1.1内插取值，季节性冻土地区调整系数ka取0.95。根据规范式B.2.1-2，当水稳基层厚度分别为上述厚度时，现场综合修正系数kc分别为-1.201、-1.239、-1.271。根据工程所在地区，查规范表G.1.2得到基准路面结构温度调整系数k,T2=1.16。根据初拟路面结构和路面结构层材料参数，按规范中G.1.3-1计算得到不同水稳厚度下，路面结构温度调整系数kT2分别为1.25、1.22、1.19。四、路面结构计算分析由规范式B.2.1-1，疲劳开裂模型参数a=13.24，b=12.52。根据以上参数，按规范中式B.2.1-1计算得到水稳基层不同厚度下疲劳开裂寿命如下表，根据计算结果，基层取380mm。（2）沥青混合料永久变形量在试验温度为60℃，压强为0.7MPa，加载次数为2520次时，三种沥青混合料车辙试验变形深度R0值为下表所示。备注：标准车辙试验试件厚度为50mm。四、路面结构计算分析查规范表G.1.2，基准等效温度Tξ=18.2℃，带入Tξ和沥青混合料层厚度ha=180mm,由规范式G.2.1计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为21.1℃。根据规范B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为七个分层：40mm改性沥青AC13表面层分为10mm+15mm+15mm三层；60mm普通沥青AC20中面层分为20mm+20mm+20mm三层；80mm普通沥青AC25下面层，作为一层。分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力，以上七个分层应力分别标识为p1~p7,结果列入下表（2）沥青混合料永久变形量根据规范式B.3.2-3和式B.3.2-4，ha=180mm时d1=-4.15，d2=0.66。根据以上分层方法和规范中式B.3.2-2规定的取值规则，至上而下各分层的中点深度取值分别为15mm,17.5mm,32.5mm,50mm,70mm,90mm和140mm,根据d1和d2的计算结果，带入规范式B.3.2-2，可得到七个分层的永久变形修正系数值如下表，分别以kR1~kR7表示。四、路面结构计算分析根据前述对应于沥青混合料层永久变形量的当量设计轴载累计作用次数为2.15X107次。根据以上参数，采用规范式B.3.2-1计算各分层永久变形量，分别以Ra1~Ra7表示，第1层至第7层的永久变形量分别是为0.6mm、1.0mm、1.6mm、4.1mm、3.0mm、1.8mm、2.4mm。各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形Ra=14.6mm，满足规范中表3.06-1容许变形量的要求。根据规范式B.3.4和上述车辙试验变形深度R0计算沥青混合料的动稳定度，取整后列于下表，且满足规范5.5.7条的规定。（2）沥青混合料永久变形量四、路面结构计算分析根据气候条件，所在地区低温设计温度T为-20℃。根据规范式B.5.1，路基填料为低液限粘土，路基类型参数b=2。表面层改性沥青的-10℃条件下弯曲梁流变试验的劲度模量St为300MPa。沥青混合料层厚度ha=180mm。将上述参数带入规范式B.5.1，低温开裂指数CI=1.7，满足规范3.0.6条对低温开裂指数的要求。（3）路面低温开裂指数（4）路基顶面和路表验收弯沉值根据规范B.7节，确定路基顶面和路表验收弯沉值时，荷载与落锤式弯沉仪相同，荷载盘半径为150mm，荷载为50kN。路基标准状态下回弹模量取70MPa，回弹模量湿度调整系数ks取0.95，则平衡湿度状态下的回弹模量为66MPa，采用弹性半空间体理论计算得到路基顶面验收弯沉值lg为282.9(0.01mm)。采用最终拟定路面结构厚度及模量采取值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模量乘以模量调整系数kl（取0.5），为33MPa，根据弹性层状体系理论计算得到路表验收弯沉值la为24.7(0.01mm)。五、计算结论各指标均满足要求路面结构如下表所示：序号层位材料类型厚度（mm）1上面层改性沥青AC13402中面层普通沥青AC20603下面层普通沥青AC25804基