瀝青路面設計原理及方法

1、1設計原理1.1路面結(jié)構(gòu)設計流程1.1.1根據(jù)設計要求，按彎沉或彎拉指標分別計算設計年限內(nèi)一個車道的累計標 準當量軸次，確定設計交通量與交通等級，擬定面層、基層類型，并計算設計彎 沉值或容許彎拉應力。1.1.2按路基土類與干濕類型及路基橫斷面形式，將路基劃分為若干路段，確定 各個路段土基回彈模量設計值。1.1.3參與本地區(qū)的經(jīng)驗擬定幾種可行的路面結(jié)構(gòu)組合和厚度方案，根據(jù)工程選 用的材料進行配合比試驗，測定個結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、劈裂強度等，確 定各結(jié)構(gòu)層的設計參數(shù)。1.1.4根據(jù)設計指標采用多層彈性體系理論設計程序計算或驗算路面厚度。1.1.5對于季節(jié)性冰凍地區(qū)應驗算防凍厚度是否符合要求（

2、本次設計不考慮凍 害）。1.2路面設計參數(shù)在進行路面組合設計時，我們需要求得以下參數(shù)：標準軸載及當量軸次、 路面容許彎沉值、容許彎拉應力等 1.2.1當以設計彎沉值為設計指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡軸載大于25KN 的各級軸載（包括前后軸）p,的作用次數(shù)n,，均按下式換算成標準軸載p的當A 4.35量作用次數(shù)NN =寸 CC ni =1式中N-標準軸載的當量軸次（次/日）；n被換算的各級軸載p,的作用次數(shù)（次/日）；p標準軸載（KN）;p,被換算的各級軸載（KN）;k被換算車輛的類型系數(shù)；C 1 -軸數(shù)系數(shù)，C1=1 + 1.2（m -1）, m是軸數(shù)，當軸間距大于3m時，按單 獨的一個軸

3、載計算，當軸間距小于3m時，應考慮軸數(shù)系數(shù)；C2 被換算的各級軸載單輪輪組系數(shù)，單輪組為6.4,雙輪組為1，四 輪組為0.38。1.2.2當進行半剛性基層層底拉應力驗算時，凡軸載大于50kN各級軸載的作用 次數(shù)氣，均按下式換算成標準軸載p的當量作用次數(shù)n N 上 CC ni式中N-以半剛性材料層的拉應力為設計指標時標準軸載的當量軸次（次/ 日）；C -被換算車型的軸數(shù)系數(shù)，以拉應力為設計指標時，雙軸或多軸的軸 1數(shù)系數(shù)按式C =1+2（m-1）計算；1C -被換算車型的輪組系數(shù)，單輪組為1.85，雙輪組為1.0，四輪組為 20.091.2.3設計年限累計當量軸載數(shù)NeNe= （1+ I1、65

4、 n 門 r1式中Ne-設計年限內(nèi)一個車道沿一個方向通過的累計標準當量軸次（次）t-設計年限（年）r-設計年限交通量平均增長率（）n -車道系數(shù)1.2.4路面設計彎沉值在經(jīng)過大量的測試和分析，得到路面設計彎沉值計算公式如下：1.10N 0.2AcAs式中l(wèi)R路面設計彎沉值（0.01mm）N一設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次A公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三四級為1.2q 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0,熱拌瀝青碎石、瀝青表面 處治為1.2；1.2.5結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應力我國瀝青路面設計除了以路面設計彎沉值為設計控制指標之外，對高等級 道路路面還要驗算瀝青

5、混凝土面層和整體性材料基層的拉應力。要求結(jié)構(gòu)層底面 的最大拉應力不大于結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應力，在路面設計中表示為b m卯R結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應力是路面承受行車載荷反復作用達到的臨界破壞狀 態(tài)時的最大疲勞應力。這一應力較一次荷載作用的抗拉強度小，減小的程度同重 復荷載次數(shù)及路面結(jié)構(gòu)層材料的性質(zhì)有關。當瀝青混凝土層、半剛性材料基層、 底基層以拉應力為設計或驗算指標時，這種關系表示如下：b =b /K式中b R-路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應力；b一瀝青混凝土層或半剛性材料的極限劈裂強度；K -一抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。表征結(jié)構(gòu)層的抗拉強度因疲勞而降低的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)，根據(jù)載荷應力 與達到疲勞臨界狀態(tài)的荷載作

6、用次數(shù)之間的疲勞方程表示如下：瀝青混凝土面層K = 0.09 AN A無機結(jié)合料穩(wěn)定集料類K = 0.35 AN 0.11 / Asa ec無機結(jié)合料穩(wěn)定土類K = 0.45 ANo.ii/ A式中A一瀝青混合料級配的系數(shù)，細、中粒式瀝青混凝土為1.0,粗粒式瀝青混凝土 1.1Ac -一公路等級系數(shù)。2設計方案2.1交通量組成表1 交通量車型東風EQ140解放CA10B黃河NJ150太脫拉138小汽車輛/日3407501007450現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：高速公路，一級，二級公路及城市道路應采用BZZ-100重型標 準，因此一級公路選用BZZ-100重型標準。將各種軸載作用次數(shù)換算為標準軸 載作用次數(shù)表

7、2各種車輛參數(shù)車型交通量(輛/日)輪壓p.(MPa)單輪輪機直徑di(cm)輪組系數(shù)后軸軸數(shù)前軸軸載P.(KN)東風EQ1403400. 5021. 01123.70解放CA10B7500. 5019. 541119.40黃河NJ1501000. 7021. 491149.0太脫拉138740. 6020. 601251.4小汽車50表3當量軸次換算車型后軸換算系數(shù)前軸換算系數(shù)車輛（總）軸載換算系數(shù)當量軸次nbi （次/日）東 風EQ1400. 1671690. 012620. 17978961.1解 放CA10B0. 0973750. 0056660. 10304177.3黃 河NJ1501

8、. 0066830. 2305921. 237275123.7太脫拉1380. 3601000. 2791980. 99939874. 0當量軸次=336N =Z n . = 336 次/日累計當量軸次：根據(jù)規(guī)范，一級公路瀝青路面的設計年限為15年，設計車道為 四車道，車道系數(shù)取值0.45.累計當量軸次為：0. 1 0十(1：n?=睥0. 365 x336x0.45 = 1 祝630.86 1 次，為輕 型路面。2.2.確定土基的回彈模量E0值由全國公路自然區(qū)規(guī)劃圖可知南京位于W區(qū)，路槽底距地下水位的高度為 H0=1.2+0.8=2.0m，查表（路基臨界高度參考值）可知H0介于H1和H2之間，

9、接著 查表（路基十濕類型）可知該路基屬于中濕路基。然后再查個自然區(qū)劃土基十濕 分界稠度可知Wc=0.96,然后再有表二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值可 知 E0=36Mpa。2.3計算路表容許彎沉值一級公路氣=1,瀝青混凝土面層A =1l =110 A As =1.10 x 1x 1 = 0.0635 cmR Ns c (1558630.861.480)0.22.4計算路表設計彎沉值l = 600N - 0.2 AAA = 600 x 1558630.861- 0.2 x1.0 x1.0 x1.0 = 0.0346cm de c s b2.5新建路面結(jié)構(gòu)厚度計算擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案，確定路

10、面結(jié)構(gòu)材料的相關參數(shù)表4路面材料參數(shù)層次結(jié)構(gòu)層名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa） 20。C抗壓回彈模量（MPa）15。C極限抗彎拉強度（Mpa）1細粒式瀝青混凝土（DAC-13）5140020001.52中粒式瀝青混凝土（DAC-20）7120018000.93粗粒式瀝青碎石（DAC-25）10100011000.74水泥砂礫土5005000.55砂礫201501506土基302.6按容許彎沉值計算路面厚度1）計算綜合修正系數(shù)F = A (0)0.38 = 1.47 X ( 0.0635 X 36 )0.38 = 0.490F 2虛2 X 0.7 X 10.65計算理論彎沉系數(shù)0.0635

11、 X14002 x 0.7 x 10.65 x 0.490=12.1683）計算的厚度瀝青混凝土面沉作為當量三層體系的上層，第二，三，四，五層換算成當量三 層體系中的中層，土基作為當量體系的下層。由 % = %0.65 = 0,469，E/E = I”%。= 057 , E0E = 361200 = 0.03 查（三層-1-2體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中主圖）得：a = 6.54 圖）得 k=1.431k 二= 221竺=1.312 a k16.5 X1.43查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中梅花圖）得：H5 = 4.0，則H=4.0X 10.65 = 42.6中層當量厚度： 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 腳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各層材料的容許底

13、層拉應力計算b =b /K細粒式密級配瀝青混凝土:0.09 x1.0 x 1558630.8610.22=0.09A No.22 / A = 2.071.01.5=0.72 MP 2.07中粒式密級配瀝青混凝土:0.09 x1.0 x 1558630.8610.22=0.09A No.22 / A = 2.071.0=b / K0.9=0.43 MP 2.07粗粒式密級配瀝青混凝土0.09 x1.0 x 1558630.8610.22=0.09A No.22 / A = 2.071.0b / K0.7=0.34 MP 2.07水泥砂礫土K -MSMJA=。誓I。=1.681.0b b / K0

14、5 = 0.30 MP1.672.8計算彎拉應力1）：驗算瀝青混凝土面層底面的彎拉應力瀝青混凝土面層作為當量三層體系的上層，第二，三，四，五層換算成當量三層 體系中的中層，土基作為當量三層體系的下層。當量三層體系中層當量厚度為：500 ”+ 20 x 1200劃 - 26.981000廠 7 區(qū),I :E1000 ,H 一 h + h 3 + h 4 + h5 7 +10 x 占+ 26 x230f E24戲 E25。： E2Of 1200則=赤982.53510.65由僅= = 0.469/5 10.65E1200E36= 0.857 , o = 0.03,查(三層體系上層底氣 1400E2

15、 1200面彎拉應力系數(shù)諾謨圖（上層，中層間滑動）得：。=0.30 , m1=1.20, m2=1.10,最大彎拉應力 b 1 =施 m = 0.7 X 0.30X1.20X1.10 = 0277MPa計算瀝青混凝土抗彎拉結(jié)構(gòu)強度系數(shù)：K = 012 N 0.2 =些(1558630.861)12 = 2.08S A e 1計算瀝青混凝土容許彎拉應力b =JL = JA = 0.721MPaR %2.08 可知：br b，滿足要求2）驗算水泥砂礫層底面的彎拉應力由于水泥砂礫層下面有天然砂礫層，把天然砂礫層當作三層體系中的中層，第 一二三四層換算成當量三層中的上層，土基作為當量三層體系的下層。上

16、層當量厚度為：h = h E + h 旦 + h E + h = 5x*1400 + 7x4；1200 +10 x4，1000 + 26 = 53.0714 E424 E434 E444 5004 500* 500h, =榮/5 10.65=4.983中層當量厚度為20cmt =上0 = 0.107 , E =史=0.24 氣 1400E2150=1.878按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應力系數(shù)諾謨圖（上層，中 層間連續(xù)）得：b =0.20，m0.98，m2=1.04最大彎拉應力：b 2 = pb= 0.7x0.2x0.98x1.04 = 0.143MPa計算水泥穩(wěn)定砂礫層抗彎

17、拉結(jié)構(gòu)強度系數(shù)：K = 040 N 0.1 = 04 x （1558630.861）.1 = 1.322 A e 1計算水泥穩(wěn)定砂礫容許彎拉應力：b =S = _L = 0.378MPaR 、1.322可知氣 氣2，滿足要求。2.9程序計算路面厚度新建路面結(jié)構(gòu)厚度計算公路等級:一級公路新建路面的層數(shù)：5標準軸載：BZZ-100路面設計彎沉值：34.6 (0.01mm)路面設計層層位：4設計層最小厚度：15 (cm)層位 結(jié)構(gòu)層材料名稱 厚度(cm)抗壓模量(MPa)抗壓模量(MPa)容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土(20 r)5(15D14002000.722中粒式瀝青混凝土712001800.433粗粒式瀝青混凝土1010001100.344水泥砂礫土?500500.35天然砂礫201501506土基36按設計彎沉值計算設計層厚度：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(僅考慮彎沉)按容許拉應力驗算設計層厚度：H（ 4 ）= 26.1 cm（第1層底面拉應力驗算滿足要求）H（ 4