沥青路面结构设计与计算书.docx
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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2×3.5m，路肩宽度为2×0.75m硬路肩、2×0.75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
3设计资料
1）交通量年增长率：
5%设计年限：
12年
2）初始年交通量如下表：
4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
10－1所示。
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
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δ（cm）
10.65
轮胎接地压强P（Mpa）
0.7
两轮中心距（cm）
3.0δ
5.1.1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：
4.35
kPi
Ni1C1C2niPPi，c111.2m11，计算结果如下表所示
轴载换算结果表（弯沉）
pi
C1
C2
ni次/日
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η=0.7，=5.0%累计当量轴次：
Ne1t1365N（10.05）121365811.050.73298414次
e0.05
5.1.2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
PPi8
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：
k
N'C1'C'2ni
i1
轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）piC1C2ni次/日
5.1.2.2累计当量轴次
参数取值同上，设计年限为12年，车道系数取0.7，则累计当量轴次为：
5.2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Ⅱ3，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：
ld600Ne0.2AcAsAb60032984140.21.11.01.032.80mm）
5.4.2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Ks0.09Ne0.22/Ac0.0932984140.22/1.12.222
sp1.0
r0.449MPa
rKs2.222
对于中粒式密集配沥青混凝土层Ks0.09Ne0.22/Ac0.0932984140.22/1.12.222
对于水泥稳定碎石Ks0.35Ne0.11/Ac0.3532984140.11/1.11.658
r0.117MPa
rKs2.132
5.5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℃
抗压模量
15℃
容许拉应力
（MPa）
劈裂强度（MPa）
中粒式沥青混凝土
4
1400
2000
0.449
1.4
粗粒式沥青混凝土
6
1200
1800
0.360
1
水泥稳定碎石
20
1500
1500
0.301
0.5
石灰粉煤灰土
？
750
750
0.117
0.25
土基
—
39
39
—
—
路面设计的结构参数（中湿）
材料名称
h（cm）
抗压模量
20℃
抗压模量
15℃
容许拉应力
（MPa）
劈裂强度（MPa）
中粒式沥青混凝土
5
1400
2000
0.449
1.4
粗粒式沥青混凝土
7
1200
1800
0.360
1
二灰碎石
20
1500
1500
0.301
0.5
石灰土
？
750
750
0.117
0.25
土基
—
34.5
34.5
—
—
6沥青路面结构层厚度计算（干燥路段）
6.1确定理论弯沉系数c，其中lSld32.8（00.01mm）
F1.63
0.38
2000p
lS
0.36
1.63
0.38
32.800.3839200010.65
0.7
0.36
0.592
又因
lS1000
2pcFc
lSE1
32.801400
E1
5.202
2000pF20000.710.650.592
6.2
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。
路表弯沉值计算图式
h14cm,E11400MPah26cm,E21200MPah320cm,E31500MPah4？
cm,E4750MPa
E039MPa
h14cm,E11400MPa
H?
cm,E21200MPa
2
EnE039MPa
多层体系换算图式
注：
此时取20℃是材料的模量值）
查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为
cK1K2,所以K2
K1
由于E0390.033
E21200
E212000.857h40.375
10.65
E1
1400
查诺漠图得
K11.30
6.5
则K2
K1
5.2020.616
6.51.30
查诺漠图得H4.2
则H4.210.6544.73cm
由弯沉等效换算得：
n1
hK
K2
2.4EE4h2h32.
Ex3h42.Ex
h4
E4，则
44.736202.41500
1200
750
hx2.41200
hx20.411cm
取hx21cm
7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150C时各材料的模量）
h14cm,E12000MPa
h26cm,E21800MPa
h14cm,E12000MPa
h320cm,E31500MPa
H?
cm,E21800MPa
h421cm,E4750MPa
EnE034.5MPa
E034.5MPa
n1
h
ki1
k0.9
Hh20.9E2
2E2
E3h30.9E2
Ek
Ei1
6200.91500210.975030.27cm
18001800
此时，h104.650.375,H1300..62572.842，EE12128000000.9,EE201830900.021；查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得
<0,基地为压应力无需验算
h14cm,E12000MPa
h26cm,E21800MPa
H?
E11800MPa
h320cm,E31500MPa
h?
E21500MPa
h421cm,E4750MPa
EnE039MPa
E039MPa
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150C时各材料的模量）
hihK4EKh14E1h2442000610.10cm
K1KEi1E221800
n1
Hhk
Ki1
0.9EEik1
h30.9
EEi31h40.9
E420210.9
Ei11500
29.72cm
390.026查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得<1500
0,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150C时各材料的模）
7.3.2
h14cm,E12000MPa
E039MPa
hhK4EKh14E1
K1KEi1E3
h24EE23h3441500
20006418002030.578cm
1500
n1E750
Hhk0.9Ek210.975021cm
Ki1kEi1750
7.3.3求层底最大拉应力:
mpm
由h30.5782.871,E27500.500查诺谟图得0.11
10.65E11500
h31.578E2750E039
由2.979,20.500,00.052查图得m11.37
10.65E11500E27501
由H211.971,E27500.500,E0390.052查图得m21.10
10.65E11500E27502
mm1m2
mpm0.70.111.371.100.116MPa0.301MPa，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
hK1hK4EEKih14EE31h24EE23h3441250000064118500002031.578cm
H21cm
7.4.2求层底最大拉应力:
mpm
由H211.971,E0390.052查诺谟图得0.38
10.65E2750
由H211.971,E27500.500,查图得n11.09
10.65E115001
H21h30.578E2750
由1.971,2.871,20.05查图得n20.39
10.6510.65E115002
mn1n2
mpm0.70.381.090.390.113MPa0.117MPa，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c，其中lSld32.8（00.01mm）
又因
路表弯沉值计算图式
h14cm,E11400MPa
E034.5MPa
多层体系换算图式
注：
此时取20℃是材料的模量值）
查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为
cK1K2,所以K2
c
K1
由于E034.50.028E21200
E21200E11400
0.857h40.375
10.65
查诺漠图得K11.50
6.5
5.45
则K2c5.450.558
2K16.51.50
由弯沉等效换算得：
n1EE
HK2hK2.4EE42h2h3h42.4EE4x，则
查诺漠图得H4.5
则H4.510.6547.925cm
11250000hx2.41725000
hx24.294取hx25cm
7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）
Hh20.9EE22h30.9EE32h40.9EE246200.911850000250.9178500031.783cm
此时，h40.375,H31.7832.984，E218000.9,E034.50.019；查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图
10.6510.65E12000E21800
得<0,基地为压应力无需验算
7.2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150C时各材料的模量）
h14cm,E12000MPah26cm,E21800MPah320cm,E31500MPa
E034.5MPa
Hhk0.9Ekh30.9E3h40.9E420250.975031.57cm
Ki1kEi13Ei14Ei11500
此时，H31.572.964,h10.100.948，E215000.833,E034.50.023查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图得<
10.6510.65E11800E21500
0,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150C时各材料的模）
E034.5MPa
hhK4EKh14E1h24E2h34420006418002030.57cm
K1KEi1E32E3315001500
n1
hk
0.9
Ek
Ki1
Ei1
250.975025cm
750
7.3.2求层底最大拉应力:
mpm
由h30.572.870,E27500.500查诺谟图得0.11
10.65E11500
由h30.572.870,E27500.500,E034.50.046查图得m11.375
10.65E11500E27501
由H252..347,E27500.500,E034.50.046查图得m20.85
10.65E11500E27502
mm1m2
mpm0.70.111.3750.850.089MPa0.301MPa，满足要求。
7.4.对于石灰粉煤灰土层
三层体系如图所示
hhK4EKh14E1h24E2h35418007414002032.11cm
K1KEi1E32E3315001500
H24cm
H＝22cmE2＝750MPa
E0＝34.5MPa
查中层底面弯拉应力系数诺谟图得
n11.12n20.380.35
则pn1n20.70.381.120.350.104R0.117MPa符合要求
7.最小防冻厚度验算
由《规范》查得路面最小防冻厚度为
该路段路面结构总厚度为H＝4+6+20+25＝55cm。
公路位于自然区划II3区，55～65cm，所以该路段路面结构厚度满足最小防冻要求。
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