高速公路沥青路面设计实例.docx
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高速公路沥青路面设计实例
高速公路沥青路面设计实例
一、设计资料：
本公路等级为高速公路，经调查得，近期交通量如下表所示.交通量年平均增长率为9。
5%，设计年限为15年，该路段处于Ⅳ2区。
二、交通分析：
轴载分析路面设计以BZZ—100为标准轴载。
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
（1）累计当量轴次
车型
（KN）
C1
C2
（次/日）
小客车
前轴
16。
5
1
6.4
6750
17.0427
后轴
23.0
1
1
6750
11.2933
中客车
SH130
前轴
25.55
1
6。
4
2000
33.8345
后轴
45.10
1
1
2000
62。
6178
大客车
CA50
前轴
28。
70
1
6.4
1250
35.0652
后轴
68.20
1
1
1250
236.522
小货车
BJ130
前轴
13。
40
1
6。
4
4250
4.33985
后轴
27。
40
1
1
4250
15。
2266
中货车
CA50
前轴
28.70
1
6。
4
1500
42。
0782
后轴
68.20
1
1
1500
283.827
中货车
EQ140
前轴
23.70
1
6.4
2125
25。
9235
后轴
69.20
1
1
2125
428.371
大货车
JN150
前轴
49.00
1
6。
4
2125
610.79
后轴
101。
60
1
1
2125
2276。
91
特大车日野
KB222
前轴
50。
20
1
6.4
1500
478.997
后轴
104。
30
1
1
1500
1801.47
拖挂车
五十铃
前轴
60.00
1
6。
4
187。
5
130.059
后轴
100（3轴）
3
1
187。
5
562.5
7056。
875
注:
轴载小于25KN的轴载作用不计。
（2）累计当量轴次
根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数η取0。
3~0.4，取0.3。
交通量平均增长率为9.5%.
2、验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次
（1）轴载换算
车型
（KN）
C1
C2
（次/日）
小客车
前轴
16.5
1
18.5
6750
0。
0686
后轴
23。
0
1
1
6750
0.05286
中客车
SH130
前轴
25.55
1
18。
5
2000
0.67194
后轴
45.10
1
1
2000
3。
42328
大客车
CA50
前轴
28。
70
1
18。
5
1250
1。
06448
后轴
68。
20
1
1
1250
58。
5039
小货车
BJ130
前轴
13。
40
1
18。
5
4250
0.00817
后轴
27.40
1
1
4250
0。
13502
中货车
CA50
前轴
28.70
1
18.5
1500
1.27737
后轴
68。
20
1
1
1500
70。
2047
中货车
EQ140
前轴
23。
70
1
18。
5
2125
0.39131
后轴
69.20
1
1
2125
111.74
大货车
JN150
前轴
49。
00
1
18.5
2125
130.647
后轴
101。
60
1
1
2125
2412.73
特大车日野
KB222
前轴
50。
20
1
18。
5
1500
111。
916
后轴
104.30
1
1
1500
2100。
71
拖挂车
五十铃
前轴
60。
00
1
18。
5
187.5
58。
2617
后轴
100（3轴）
3
1
187.5
562。
5
5624。
304
注：
轴载小于50KN的轴载作用不计
（2）累计当量轴次
根据公路沥青路面设计规范,高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数η取0.3~0。
4，取0。
3.交通量平均增长率为9。
5％.
三、设计指标的确定
1、计算设计弯沉值Ld
该公路为高速公路，公路等级系数取1.0,面层为沥青混凝土,面层类型系数取1。
0，半刚性基层,底基层总厚度大于20㎝，基层类型系数取1.0。
设计弯沉值为:
2、抗拉强度结构系数
对沥青混凝土面层
对无机结合料稳定集料类
对无机结合料稳定细粒土类
四、设计计算
（一）干燥状态
1、土基回弹模量的确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》中表5.1.4—1“土基干湿状态的稠度建议值”
土质类型：
粉质土
路基干湿状态:
干燥状态
土基土质稠度：
Wc=1.10
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》中附表F。
0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”
公路自然区划：
Ⅳ2区
土基回弹模量：
E0=48。
5MPa
2、路面参数设计
（1）确定路面等级和面层类型
交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.36×107次,由公路沥青路面设计规范,该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。
（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》表4。
1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。
层位
结构层材料名称
厚度（cm）
抗压模量（MPa）
劈裂强度
（MPa）
容许底层拉应力
（MPa）
（20℃）
（15℃）
1
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
1.4
0.38
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
1。
0
0.27
3
粗粒式沥青混凝土
8
900
1200
0.8
0.2
4
水泥稳定碎石
设计层厚度待定
1600
1600
0.5
0。
21
5
石灰粉煤灰碎石
20
1500
1500
0.7
0.3
6
级配碎石
20
230
230
3、确定设计层厚度
利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为17cm（取整）.
计算结果
路面设计弯沉值（0。
01mm）20。
12
路面结构的实测弯沉值（0。
01mm）19.93818
设计控制层厚度（cm）16。
3
第1结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）19。
93818
实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）0
第2结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）21.70816
实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）0
第3结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）24。
57569
实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）0
第4结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）28.63524
实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）3。
739316E—02
第5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）15。
58239
实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）.1280616
第6结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）168。
4614
土基层顶面施工控制弯沉（0.01mm）192。
0715
满足要求。
（二）中湿状态
1、土基回弹模量的确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》中表5.1。
4—1“土基干湿状态的稠度建议值"
土质类型：
粉质土
路基干湿状态：
中湿状态
土基土质稠度：
Wc=1。
00
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》中附表F.0。
3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”
公路自然区划：
Ⅳ2区
土基回弹模量：
E0=42.5MPa
2、路面参数设计
（1）确定路面等级和面层类型
交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2。
36×107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。
（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》表4。
1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。
层位
结构层材料名称
厚度（cm）
抗压模量（MPa）
劈裂强度
（MPa）
容许底层拉应力
（MPa）
（20℃）
（15℃）
1
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
1。
4
0.38
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
1.0
0。
27
3
粗粒式沥青混凝土
8
900
1200
0.8
0.2
4
水泥稳定碎石
设计层厚度待定
1600
1600
0。
5
0.21
5
石灰粉煤灰碎石
20
1500
1500
0。
7
0.3
6
级配碎石
20
230
230
3、确定设计层厚度
利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm（取整）。
计算结果
路面设计弯沉值（0。
01mm）20。
12
路面结构的实测弯沉值（0.01mm）20。
0985
设计控制层厚度（cm）18.3
第1结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）20。
0985
实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）0
第2结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）21.85131
实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）0
第3结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）24.6571
实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）0
第4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）28。
55338
实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）3。
899089E-02
第5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）14。
95647
实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）.1245208
第6结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）183.7254
土基层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）219。
1875
满足要求。
（三）潮湿状态
1、土基回弹模量的确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》中表5.1。
4—1“土基干湿状态的稠度建议值”
土质类型:
粉质土
路基干湿状态：
中湿状态
土基土质稠度：
Wc=0.90
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》中附表F。
0。
3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”
公路自然区划：
Ⅳ2区
土基回弹模量:
E0=36.5MPa
2、路面参数设计
（1）确定路面等级和面层类型
交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.36×107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。
（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》表4。
1。
3-1及附录E确定各层材料设计参数。
层位
结构层材料名称
厚度（cm）
抗压模量（MPa）
劈裂强度
（MPa）
容许底层拉应力
（MPa）
（20℃）
（15℃）
1
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
1。
4
0。
38
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
1。
0
0。
27
3
粗粒式沥青混凝土
8
900
1200
0.8
0.2
4
水泥稳定碎石
设计层厚度待定
1600
1600
0.5
0.21
5
石灰粉煤灰碎石
20
1500
1500
0。
7
0。
3
6
级配碎石
36
230
230
3、确定设计层厚度
利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为16cm（取整）。
计算结果
路面设计弯沉值（0.01mm）20.12
路面结构的实测弯沉值（0.01mm）19。
93864
设计控制层厚度（cm）15.59999
第1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）19。
93864
实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）0
第2结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）21。
57448
实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）0
第3结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）24。
14809
实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）0
第4结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）27.67547
实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）3.293055E-02
第5结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）14。
30912
实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）.1202179
第6结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）118.0143
土基层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）255.2184
满足要求。
4、防冻厚度验算
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》表5.2.4“最小防冻厚度”
土质类型：
粉质土
路基干湿状态：
潮湿状态
路面结构材料层：
稳定土类
道路多年最大冻深：
〉200cm
路面最小防冻厚度：
60~70cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求。
（四）过湿状态
1、土基回弹模量的确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》中表5。
1。
4—1“土基干湿状态的稠度建议值”
土质类型：
粉质土
路基干湿状态:
中湿状态
土基土质稠度：
Wc=0。
8
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》中附表F。
0。
3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”
公路自然区划:
Ⅳ2区
土基回弹模量:
E0=31。
0MPa
2、路面参数设计
（1）确定路面等级和面层类型
交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2。
36×107次，由公路沥青路面设计规范,该路交通等级为重交通,高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。
（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》表4。
1.3—1及附录E确定各层材料设计参数。
层位
结构层材料名称
厚度（cm）
抗压模量（MPa）
劈裂强度
（MPa）
容许底层拉应力
（MPa）
（20℃）
（15℃）
1
细粒式沥青混凝土
4
1400
2000
1.4
0.38
2
中粒式沥青混凝土
6
1200
1600
1。
0
0。
27
3
粗粒式沥青混凝土
8
900
1200
0.8
0。
2
4
水泥稳定碎石
设计层厚度待定
1600
1600
0.5
0。
21
5
石灰粉煤灰碎石
20
1500
1500
0.7
0.3
6
级配碎石
36
230
230
3、确定设计层厚度
利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm（取整）。
计算结果
路面设计弯沉值（0.01mm）20。
12
路面结构的实测弯沉值（0。
01mm）20.09002
设计控制层厚度（cm）18。
3
第1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）20.09002
实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）0
第2结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）21。
68821
实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）0
第3结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）24.16145
实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）0
第4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）27。
47129
实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）3。
479101E—02
第5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）13。
69618
实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）。
1146381
第6结构层顶面施工控制弯沉（0。
01mm）127.1239
土基层顶面施工控制弯沉（0.01mm）300。
499
满足要求。
4、防冻厚度验算
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》表5。
2。
4“最小防冻厚度”
土质类型：
粉质土
路基干湿状态:
潮湿状态
路面结构材料层：
稳定土类
道路多年最大冻深：
〉200cm
路面最小防冻厚度：
60～70cm
验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。
五、确定结构层设计参数
根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50—2006）》的建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计沥青混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求。
沥青路面结构层参数与方案建议
路基状况
结构层
厚度（cm）
适用状态
干燥
细粒式沥青混凝土AC-10
中粒式沥青混凝土AC—16
粗粒式沥青混凝土AC—25
水泥稳定碎石（水泥用量5%）
石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）
级配碎石
4
6
8
17
20
20
高填路堤
细粒式沥青混凝土AC—10
中粒式沥青混凝土AC-16
防或透水封层
4
6
2
桥梁
中湿
细粒式沥青混凝土AC-10
中粒式沥青混凝土AC-16
粗粒式沥青混凝土AC—25
水泥稳定碎石（水泥用量5%）
石灰粉煤灰碎石（石灰用量8％）
级配碎石
4
6
8
19
20
20
低路堤
明暗涵通
互通闸道
潮湿
细粒式沥青混凝土AC—10
中粒式沥青混凝土AC-16
粗粒式沥青混凝土AC-25
水泥稳定碎石（水泥用量5％）
石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）
级配碎石
4
6
8
16
20
36
路堑
细粒式沥青混凝土AC—10
中粒式沥青混凝土AC-16
粗粒式沥青混凝土AC-25
防或透水封层
4
6
8
2
隧道
过湿
细粒式沥青混凝土AC-10
中粒式沥青混凝土AC—16
粗粒式沥青混凝土AC-25
水泥稳定碎石（水泥用量5%）
石灰粉煤灰碎石（石灰用量8％）
级配碎石
4
6
8
19
20
36
浸水路堤
过水路堑
高速公路水泥混凝土路面设计实例
一、轴载换算
水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。
不同轴轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。
（1）;
（2）
（3）;（4）
Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数;
Pi——单轴—单轮、单轴-双轮组或三轴—双轮组轴型级轴载的总重（KN）；
——轴型和轴载级位数；
-—各类轴型级轴载的作用次数；
-—轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴—单轮时，按式
（2）计算；双轴—双轮组时，按式（3）计算；三轴—双轮组时,按式（4）计算。
轴载换算
车型
（KN）
（次/日）
小客车
前轴
16.5
665
6750
0
后轴
23。
0
1
6750
0
中客车
SH130
前轴
25。
55
551
2000
0
后轴
45.10
1
2000
0。
0059
大客车
CA50
前轴
28.70
524.2
1250
0
后轴
68.20
1
1250
2。
7382
小货车
BJ130
前轴
13。
40
727.3
4250
0
后轴
27.40
1
4250
0
中货车
CA50
前轴
28.70
524。
2
1500
0
后轴
68。
20
1
1500
3。
2858
中货车
EQ140
前轴
23。
70
569。
1
2125
0
后轴
69。
20
1
2125
5.8757
大货车
JN150
前轴
49。
00
416.5
2125
0.02347
后轴
101.60
1
2125
2739.4177
特大车日野
KB222
前轴
50.20
412。
1
1500
0。
0244
后轴
104.30
1
1500
2941。
9832
拖挂车
五十铃
前轴
60.00
381。
7
187.5
0.0529
后轴
100（3轴）
0
187。
5
0
5693.4073
上表为双车道双向交通调查结果，取交通量年平均增长率为9。
5％。
小于和等于40KN（单轴）和80KN（双轴）的轴载可略去。
调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数,一般取0。
5，车道数为6，所以交通量车道分布系数取0。
6。
Ns=∑0。
5×0。
6×5693.4073=1708。
02次
查《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40—2002）》，此路面属重交通，设计使用年限为30年。
由《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》取轮迹横向分布系数为0.22，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：
二、路面板厚度计算
路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系,并在很大程度上影响路面结构的设计，路基按干湿状态不同,分为四类：
干燥、中湿、潮湿和过湿。
为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态,当处于过湿状态时，路基不稳定，冰冻区春融翻浆,非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面.下面对潮湿、中湿、干燥3种状态分别讨论。
（一）干燥状态
1、初拟路面结构
查《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40—2002）》表4。
4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m，基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5％）,厚为h1=0.22m。
底基层厚度为h2=0。
20m的级配碎石。
普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5。
0m。
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝.
2、材料参数的确定
（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量
按《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40—2002）》表3。
0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为
（2）土基的回弹模量
参照《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》附录F，路基回弹模量取.查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取,天然砂砾回弹模量取。
按式（B。
1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下:
普通混凝土面层的相对刚度半径按（B。
1.3—2）计算为
3、荷载疲劳应力计算
按式（B。
1。
3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为
因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数。
考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。
根据公路等级，由《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》附录B,考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数
按式（B.1。
2）,荷载疲劳应力计算为
4、温度疲劳应力
由《公路水泥砼路面设计规范（
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