路面设计计算书.docx
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路面设计计算书
第六章路面设计
6.1沥青路面结构设计
6.1.1设计资料
1、地形、地貌
拟建公路位于盆地，公路沿线地形整体比较缓和，属于平原微丘区，地势由
东南向西北倾斜，自然地面坡度约为3～8‰。
本段地处公路自然区划的Ⅵ2区，
海拔高度在500m～700m之间。
2、起止桩号
起止桩号，建设里程为。
路基宽度为10m。
3、地层岩性
项目所在地区自西向东，依据沿线地貌、工程地质、水文地质等条件，当地域主要区分为三个工程地质分区：
残积—坡积低山丘陵区、剥蚀—聚积平原区微风积荒漠区。
残积—坡积低山丘陵区岩性以泥岩、粉砂岩、砾岩、凝灰岩、碎屑岩、煤层为主；
剥蚀—聚积平原区岩性以泥质砂岩、细砂岩、红色砾岩、中、细砂、低液限
粉土为主。
风积荒漠区岩性以细砂、中砂、低液限粉土为主。
地层主要分为两层，第一层为细砂、低液限粉土，层厚0.4～，松懈、硬塑，允许承载力σ0=100～
120kPa，土、石匠程分级为Ⅰ；第二层为角砾、砾砂，揭露层厚，中密，允许承载力σ0=400kPa，土、石匠程分级为Ⅲ。
4、水文及水文地质
本项目沿线基本为沙漠荒漠，无大型沟河，降水稀罕，无地表水流入。
路线
全线有多处冲沟，沿线沟壑多呈漫流状，流程较短，水量不大，地表水冲洗印迹
显然。
主要的河沟有2条。
沿线地下水的独一根源是大气降水补给，地势较低段
落受地形条件影响形成凹地，周边地下水聚集在此。
地下水埋深状况见下表
表1.地下水埋深状况一览表
编号地下水埋深
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
4、天气气象
项目地区地处荒漠、沙漠地带，日照充分，蒸发激烈，夏天酷热，冬天严寒，
空气干燥，日夜温差大，春夏天多风，属典型的大陆性干旱天气。
地区内年均匀气温3.0℃～6.5℃，一月份均匀气温－11.7℃～－18.4℃，七月份均匀气温23.5℃～26.0℃，极端最低气温－42.6℃，极端最高气温43.0℃，年均降水量170mm，蒸发量约2141mm，最大冻土深度136～141cm。
项目所在地区内日照充分，整年日照时数2841～3650小时，整年狂风日达100天以上，主导风向为东风、东南风，刹时最狂风速可达41m/s。
冬天严寒，均匀降雪量5～
12mm。
6、自然区划
依据公路自然区划，拟建公路位于Ⅵ2区，即绿洲荒漠区。
7、交通量检查与剖析
1.交通量年均匀增加率％，交通组偏见表7-1。
表7-1近期交通构成、交通量与不一样车型的交通参数
汽车种类
前轴重（KN）
后轴重（KN）
后轴数
后轴轮组数
日交通量（辆/天）
小客车
1
双
1350
交通SH141
1
双
400
四平SPK6150
38
2
双
765
北京BJ130
1
双
850
解放CA50
1
双
305
东风EQ140
1
双
425
黄河JN-150
1
双
425
特大车日野KB222
1
双
拖挂车五十铃
83
2
双
6.1.2.计算标准轴载确立交通等级
300
29
路面设计以双轮组单轴载100KN作为标准轴载。
1、以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的积累当量轴次
a.轴载换算的计算公式
n
pi
N
C1C2ni
（7-1）
p
i1
式中：
N—标准轴载的当量轴次，次/日；
ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；
P—标准轴载，KN；
Pi—被换算车辆的各级轴载，KN；
C2—轮组系数，双轮组为，单轮组为，四轮组为；
C1—轴数系数；当轴间距大于3m时，按独自的一个轴载计算，对轴间距
小于3m的双轴或多轴应试虑轴数系数，
C1（m-1），m为轴数。
依据上述公式，详细计算结果，见表7-2。
表7-2
轴载换算表
Pi（KN）
C1
C2
ni
车型
C1C2niPi/P
小客车
前轴
1
1350
后轴
1
1
交通SH141
前轴
1
400
后轴
1
1
四平SPK6150
前轴
38
1
765
后轴
1
1
北京BJ130
前轴
1
805
后轴
1
1
解放CA50
前轴
1
305
后轴
1
1
东风EQ140
前轴
1
425
后轴
1
1
黄河JN-150
前轴
1
425
后轴
1
1
日野KB222
前轴
1
96
后轴
1
1
300
拖挂车五十铃
前轴
83
1
后轴
1
29
n
n
pi
N
C1C2ni
p
i1
i
1
注：
轴载小于25KN的轴载作用不计
b.设计年限内标准轴载累计当量轴次
设计年限内一个车道沿一个方向经过的累计当量标准轴次
Ne按下式计算：
1
t
1365N1
Ne
（7-2）
式中：
Ne—设计年限内一个车道沿一个方向经过的累计标准当量轴次，次；
t—设计年限，年；
N1—路面运营第一年双向日均匀当量轴次，次/日；
γ—设计年限内交通量均匀增加率，%；η—与车道数有关的车辆横向散布系数，简称车道系数。
将N1=1764.3，t=12，γ=4.45%，η=0.6代入式（7-2），得Ne=5957831（次）
2、以半刚性资料层底弯拉应力为设计指标计算累计当量轴次轴载当量轴次
验算半刚性基层底拉应力的轴载换算公式：
n
8
pi
N'
C1'C2'ni
（7-3）
i1
p
式中：
C1－轮组系数，双轮组为
，单轮组为，四轮组为；
C2－轴数系数：
当轴间距大于3m时，按单独一个轴计算，此时轴数系为
1；当轴间距小于
3m时，双轴或多轴的轴数系数按
C2=1+2（m-1）计算。
依据上述公式，计算结果见表7-3
表7-3
轴载换算表
Pi（KN）
C1
C2
ni
8
车型
C1C2niPi/P
小客车
前轴
1
1350
后轴
1
1
交通SH141
前轴
1
400
后轴
1
1
四平SPK6150
前轴
38
1
765
后轴
1
1
北京BJ130
前轴
1
850
后轴
1
1
解放CA50
前轴
1
305
后轴
1
1
东风EQ140
前轴
1
425
后轴
1
1
黄河JN-150
前轴
1
后轴
1
1
425
日野KB222
前轴
1
后轴
1
1
300
拖挂车五十铃
前轴
83
1
后轴
1
3
29
n
n
pi
N
C1C2ni
p
i1
i
1
设计年限内标准轴载累计当量轴次
将，t=12，γ=4.45%，η=0.65代入式（7-3），得Ne=4974821（次）
依据累计轴次结果，由《公路沥青路面设计规范》表通等级属于C级交通等级即中等交通等级。
3.1.8查得沥青路面交
6.1.3土基回弹模量
设计路段路基土质为砾石类土，土基处于中湿状态，土基回弹模量为50MPa。
6.1.4初拟路面结构组合确立设计参数
（1）设计方案一（半刚性基层沥青路面）：
拟采纳4cm细粒式沥青混凝土
+5cm中粒式沥青混凝土+6cm粗粒式沥青混凝土+？
水泥稳固砂砾+20cm矿渣稳固粒料,以水泥稳固砂砾为设计层。
（2）确立设计参数
按试验规程规定的方法试验确立20℃的沥青混淆料和其余结构层资料的抗压回弹模量。
15℃沥青混淆料和其余结构层资料的弯拉回弹模量值，以及沥青混淆料15℃弯拉强度和半刚性资料的弯拉强度值，见表7-4。
表7-4
路面结构设计参数
层位
结构层资料
厚（cm）
抗压模量（MPa）
抗压模量（MPa）
弯拉强度（MPa）
名称
（20℃）
（℃）
（15℃）
弯沉是依据设计年限内一个车道上展望经过的积累当量轴次、构种类而确立的路表设计弯沉值。
1
细粒式沥青
4
1400
2000
混凝土
2
中粒式沥青
5
1200
1500
混凝土
3
粗粒式沥青
6
1000
1200
混凝土
4
水泥稳固砂
？
1500
3000
砾
5
矿渣稳固粒
20
750
-----
料
6.1.5路面结构层厚度设计
（1）计算确立设计弯沉
往常设计时，采纳半刚性资料龄期为三个月或六个月的模量值，土基模量值为不利年份不利季节。
资料设计参数期与路面完工后第一年不利季节基本靠近，
所以我们称这一状态为设计状态。
表征设计状态的弯沉值称为设计弯沉值。
设计公路等级、路面结
依据下式计算路面设计弯沉值ld：
ld600NeAcAsAb
（7-4）
式中：
ld－路面设计弯沉值，；
Ne－设计年限内一个车道上标准轴的累计当量轴次；
Ac－道路等级系数，二级公路为；
As－面层种类系数，沥青混凝土面层为
；
Ab—基层种类系数，对半刚性基层为
，柔性基层为。
计算结果以下：
ld600595783130.75（）
（2）各层资料的允许层底拉应力
经过大批路面实验，表示蒙受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到相同断裂所施加疲惫应力之间的比值与加载次数存在以下有关关系：
sp
（7-5）
R
ks
式中：
sp—沥青混凝土或半刚性资料的极限劈裂强度（MPa）；
R—路面结构资料的允许拉应力；
kS—抗拉强度结构系数，依据结构层资料不一样，按以下公式计算kS值。
对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，按下式计算：
ks
e/Ac
（7-6）
对无机联合稳固集料类的抗拉强度结构系数，按下式计算：
ks
0.35Ne/Ac
（7-7）
对无机联合料稳固细粒土类的抗拉强度结构系数，按下式计算：
ks
0.45Ne/Ac
（7-8）
a.细粒式密集配沥青混凝土：
0
.22
/Ac
ks0.09Ne
0.095957831
sp
R
ks
b.中粒式密集配沥青混凝土：
0
.22
/Ac
ks0.09Ne
0.095957831
sp
R
ks
c.粗粒式密级配沥青混凝土：
ks
e/Ac
5957831
R
sp
0.3162Mpa
ks
d.水泥稳固沙砾：
ks
0.35Ne/Ac
5957831
sp
R
ks
0.2824Mpa
e.级配碎石：
因为级配碎石没有劈裂强度，故不用计算其允许拉应力。
计算结果列于表7-5。
表7-5
结构层参数
层
结构层资料名称
极限弯拉强度
允许拉应力（MPa）
位
1
细粒式沥青混凝土
3
中粒式沥青混凝土
4
粗粒式沥青混凝土
5
水泥稳固砂砾
6
矿渣稳固粒料
----
-----
6.1.6路面结构层厚度计算
（1）计算弯沉综合修正系数
E0
0.36
Ls
（7-9）
p
2000
式中：
F—综合修正系数；
ls—路表计算弯沉（），此时可取设计弯沉值代入计算；
δ—当量圆半径（cm），此处为双圆荷载，取δ；p—标准车轴载轮胎接地压力（MPa）。
E0—土基回弹模量（MPa）。
E0
Ls
50
p
2000
（2）计算理论弯沉系数
lS
10002p
cF
（7-10）
E1
式中：
c—理论弯沉系数；
E1—各结构层资料的回弹模量（MPa）。
即：
lsE1
103
0.030751400
c
F
2p
（3）确立石灰土基层的厚度
这是一个多层系统，计算时能够先将多层系统转变为当量三层系统，求出中
间层的厚度H，而后再求出基层厚度，变换图式如图7-1。
图7-1弯沉三层系统换算图式
h1=4cm
E1=1400MPa
h=h1=4cm
E1=1400MPa
h2
=5cm
E2
=1200MPa
h3=6cm
E3=1000MPa
H=？
cm
E2
=1200MPa
h4=？
cm
E4
=1500MPa
h5=20cm
E5
=750MPa
土基
E0
=50MPa
土基
E0=50MPa
h
4
由
，查诺谟图得
6.43；
1200
E2
E1
1400
h
4
，查诺谟图得K1
；
E0
50
E2
1000
因为
K1K2
，所以K2
C
h
4
0.72，查诺谟图得H
再由
和K2
E0
50
E2
1000
则：
依据等效路表弯沉的结构层变换公式：
4
Ek
H
h
（7-11）
h2.4
2
k
E2
k3
则：
H56
1100
h4
1500
20
750
cm
1200
1200
1200
上式解得h4，取15cm。
6.1.7路面结构层验算
1.验算基层结构层面拉应力
验算层底拉应力时依据多层弹性理论，层间接触条件为完整连续系统，以双圆荷载作用下按下式计算：
mp··1·2
（7-12）
验算基层拉应力时，应知足m
R,式中
R为同意拉应力。
（1）验算细粒式沥青混凝土底面弯拉应力，见图7-1
图7-1
多层系统计算下边层拉应力换算图
h1=4cm
E1=1400MPa
h=？
cm
E3=1000MPa
h2=5cmE2=1200MPa
h3=6cm
E3=1000MPa
H=？
cm
E4=1500MPa
h4=15cm
E4=1500MPa
h5=20cm
E5=750MPa
土基
E0=50MPa
土基
E0=50MPa
上边层厚度：
3
4Ek/Ei541200/1400+6
4
h
hk
k
1
中面层厚度：
3
H
h
0.9E
k
/E
4
15+20
k
k
2
由：
h
1.5；E2
1500
E1
1000
E0
50
0.03；H
E2
1500
查诺谟图可得K1
K2
0.
91
允许拉应力，验算知足。
（2）验算半刚性基层底面弯拉应力，见图7-2
图7-2多层系统计算基层拉应力换算图
h1=4cm
E1=1400MPa
h=?
cm
E4=1500MPa
h2=5cm
E2=1200MPa
h3=6cm
E3=1000MPa
h4=15cm
E5=1500MPa
H=20cm
E5=750MPa
h5=20cm
E5=750MPa
土基
E0=50MPa
土基
E0=50MPa
上边层厚度：
4
4Ek/Ei441400/1500541200/1500+6
4
h
hk
k
1
中面层厚度：
H20cm
由：
h
E2
750
2.6；
1500
E1
E0
50
0.07；H
20
E2
750
查诺谟图得：
K1
K2
1.
允许拉应力
0.2824MPa，验算知足。
（3）防冻厚度验算
依据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》表“最小防冻厚度”；土质种类：
砂砾类土
路基干湿状态：
干燥状态
路面结构资料层：
稳固土类
道路多年最大冻深：
136～141cm
路面最小防冻厚度：
40~45cm
验算结果表示，路面总厚度知足防冻要求。
6.2水泥混凝土路面设计
6.2.1设计资料：
公路技术等级：
二级公路；
自然区划：
Ⅵ2；
土基回弹模量：
50Mpa；
交通增加率：
4.45%；
行车道宽度：
车辆构成及交通量见表6-6。
表6-6
交通量
汽车种类
前轴重（KN）
后轴重（KN）
后轴数
后轴轮组数
日交通量（辆/天）
小客车
1
双
1350
交通SH141
1
双
400
四平SPK6150
38
2
双
765
北京BJ130
1
双
850
解放CA50
1
双
305
东风EQ140
1
双
425
黄河JN-150
1
双
425
特大车日野KB222
1
双
300
拖挂车五十铃
83
2
双
29
依据《公路工程技术标准》（JTGD40-2004）和《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2000）设计。
6.2.2设计要求
路基应稳固、密实、均质，对路面结构供给均匀的支承。
垫层的宽应与路基同宽，其最小厚度为150mm。
水文地质条件不良的土质路堑，路床土湿度较大时，宜设置排水垫层，排水垫宜采纳砂、砂砾等颗粒资料。
基层应拥有足够的抗冲洗能力和必定的刚度。
基层种类宜依据交通等级按表6-7，6-7采纳
表
6-6
适合各交通等级的基
升级会员 