瀝青路面結構設計示例

1、7.2 路面結構設計7.2.1 路面結構設計步驟新建瀝青路面按以下步驟進行路面結構設計：(1) 根據(jù)設計任務書和路面等級及面層類型，計算設計年限內一個車道的累計當量軸次和設計彎沉值。(2) 按路基土類型和干濕狀態(tài)，將路基劃分為幾個路段，確定路段回彈模量值。(3) 根據(jù)已有經(jīng)驗和規(guī)范推薦的路面結構，擬定幾中可能的路面結構組合及厚度方案，根據(jù)選用的材料進行配合比實驗及測定結構層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度，確定各結構層材料設計參數(shù)。(4) 根據(jù)設計彎沉值計算路面厚度。對二級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層材料的基層、底基層，應驗算拉應力是否滿足容許拉應力的要求。如不滿足要求，或調整路面結構層厚度，或

2、變更路面結構層組合，或調整材料配合比，提高材料極限抗拉強度，再重新計算。7.2.2 路面結構層計算該路位于中原黃河沖積平原區(qū)，地質條件一般為a）第一層：沖積土；b）第二層：粘質土；c）第三層：巖石。平原區(qū)二級汽車專用瀝青混凝土公路，路面使用年限為12年，年預測平均增長率為6%。（1）軸載分析 本設計的累計當量軸次的計算以雙輪組單軸載100kN為標準軸載，以BZZ-100表示。標準軸載的計算參數(shù)按表7-1確定。表7-1 標準軸載計算參數(shù)標 準 軸 載BZZ-100標 準 軸 載BZZ-100標準軸載P（kN）100單輪傳壓面當量圓直徑d(cm)21.30輪胎接地壓力p（MPa）0.70兩輪中心距

3、（cm)1.5d表7-2 起始年交通量表車型小汽車解放CA15東風EQ140黃河JN162數(shù)量（輛/d）15008006002001）以設計彎沉為指標及驗算瀝青層層底拉應力 軸載換算各級軸載換算采用如下計算公式： （7-1）式中：N1標準軸載的當量軸次，次/日； ni被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日；P標準軸載，kN；Pi被換算車輛的各級軸載，kN；k被換算車輛類型；C1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，按單獨的一個軸載計算，當軸間距小于3m時，應考慮軸系數(shù)； C2輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1.0，四輪組為0.38。計算結果如下表7-3所示。 表7

4、-3 軸載換算結果表（彎沉）車 型Pi(KN)CiC2ni 解放CA15前軸20.9711800后軸70.3811800173.58東風EQ140前軸23.7011600后軸69.2011600120.95黃河JN162后軸59.501120020.90后軸115.0011200367.34 682.77注：軸載小于25kN的軸載作用不計。 累計當量軸次為： （7-2）式中：Ne累計當量軸次；車道系數(shù)，規(guī)范規(guī)定二級公路值為0.600.70，取0.60；t路面使用年限，二級公路取12年；年預測平均增長率，二級路取6%；N1標準軸載的當量軸次，次/日。2）驗算半剛性基層層底拉應力中的累計當量軸次

5、軸載換算驗算半剛性基層層底拉應力的軸載換算公式為：N1=C1*C2*ni(pi/p)8 （7-3）計算結果如表7-4所示。 表7-4 軸載換算結果表（半剛性基層層底拉應力）車 型Pi（kN）C1C2ni(次/日)C1*C2*ni(pi/p)8(次/日)解放CA15后軸70.381180048.16東風EQ140后軸69.201160031.55黃河JN162前軸59.50118.52003.14后軸115.5011200611.80N1=C1*C2*ni(pi/p)8694.65注：軸載小于50kN的軸載作用不計。 累計當量軸次參數(shù)值同上，累計當量軸次Ne為： （7-4） （2）路面結構組合材

6、料選取經(jīng)計算路面設計使用年限內一個車道上累計標準軸次為250萬次左右，根據(jù)規(guī)范推薦結構，并考慮到當?shù)夭牧瞎┯脳l件，決定面層采用瀝青混凝土路面（6cm），基層采用水泥混凝土穩(wěn)定基層（水泥碎石15cm），底基層采用石灰穩(wěn)定土（厚度待定）。（3）各層材料的抗壓模量與劈裂強度的選定查鄧學均主編的路基路面工程表14-13、14-14，得到各層材料的抗壓模量和劈裂強度。路面設計彎沉值計算路面結構厚度時，取20的抗壓模量，中粒式密級配瀝青混凝土E1=1400Mpa，驗算層底彎拉應力時，取15的抗壓模量，中粒式瀝青混凝土E1=1800 Mpa。水泥穩(wěn)定碎石E2=1300 Mpa；石灰穩(wěn)定土E3=600 Mpa

7、。各層材料劈裂強度：中粒式瀝青混凝土=1.2 Mpa；水泥穩(wěn)定碎石=0.5 Mpa；石灰穩(wěn)定土=0.35 MPa。（4）土基回彈模量的確定該路段處于2區(qū)，為粘質土，稠度0.9，查鄧學均主編的路基路面工程表14-9得土基回彈模量E0=23.0Mpa。（5）設計指標的確定 設計彎沉值 （7-5）式中：路面設計彎沉值（0.01mm）； Ac公路等級系數(shù)，二級公路為1.1； As面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0； Ab基層類型系數(shù)，對半剛性基層、底基層總厚度等于或大于20cm時，Ab =1.0；所以：=6002522505-0.21.11.01.0=34.61（0.01mm） 各層材料容許層底拉應

8、力 （7-6） 式中：路面結構層材料的容許拉應力，MPa； 結構層材料的極限抗拉強度，MPa，由實驗確定。我國公路瀝青路面設計規(guī)范采用極限劈裂強度；抗拉強度結構系數(shù)。瀝青混凝土面層： =2.10=1.2/2.10=0.57MPa水泥穩(wěn)定碎石： =1.61 =0.5/1.61=0.31MPa石灰土：=2.07 =0.35/2.07=0.17 MPa式中：Aa瀝青混合料級配系數(shù)；細、中粒式瀝青混凝土為1.0，粗粒式瀝青混凝土為1.1； Ac公路等級系數(shù)，二級公路取1.1。（6）設計資料總結經(jīng)計算路面設計彎沉值為34.61（0.01mm），相關設計資料匯總如表7-5。表7-5 設計資料匯總表材料名稱

9、h（cm）20抗壓摸量（MPa）容許拉應力（MPa）瀝青混凝土（E1）614000.57水泥穩(wěn)定碎石（E2）1513000.31石灰土（E3）？6000.17 （7）確定石灰土層厚度 計算容許彎沉值cm （7-7）式中：容許回彈彎沉值，cm； Ne累計當量軸載作用次數(shù)；B回歸系數(shù)，取1.1；隨N改變的變化率。 計算彎沉綜合修正系數(shù)F=0.627 （7-8）式中：F彎沉綜合修正系數(shù)；路面實測彎沉值，在計算路面厚度時，可用容許彎沉值； 、標準車型的輪胎接地壓強（MPa）和當量圓半徑（cm），通常 取0.7MPa，取10.65cm；E0土基回彈模量。 計算理論彎沉系數(shù)=9.43 （7-9） 用三層體

10、系為計算體系，將四層體系按照彎沉等效的原則換算為三層體系。換算圖式如圖7-1所示。 圖7-1 多層體系換算示意圖由已知參數(shù)求得： ；查鄧學均主編的路基路面工程P360頁圖14-14三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖，可得=5.80，K1=1.87。由公式 （7-10）得： =0.87 由K2=0.87，查諾謨圖得：則 H=3.310.65=35.15cm； 計算石灰土底基層厚度h3根據(jù)公式 27.80 cm （7-11）取最小厚度h3=28.0 cm。由于本路段屬于2區(qū)，常年無凍土出現(xiàn)，因此不必進行防凍驗算。（8）各層底彎拉應力的驗算先把四層體系換算成當量三層體系，此時第一層用15抗壓模量，其余各層抗

11、壓模量不變，換算成當量層三層體系如圖7-2所示。圖7-2 體系換算示意圖 確定允許彎拉應力查表知瀝青混凝土和石灰土的抗彎拉強度分別為：MPa，MPa；瀝青混凝土和石灰土的抗拉強度結構系數(shù)分別為： (7-12) (7-13)其容許彎拉應力分別為：MPa (7-14)MPa (7-15) 驗算彎拉應力瀝青混凝土層和水泥穩(wěn)定碎石的計算回彈模量分為E1=1800MPa，E2=1300MPa，石灰土為E3=600 MPa。a）結構上層等效換算：cm換算公式為：cm (7-16)又 ，=0.72，換算后的三層體系其上層及中下層間均是連續(xù)接觸，查諾謨圖知為負值，故為負值。 (7-17) (7-18)即面層設計滿足要求。b）驗算石灰土層的彎拉應