绵竹市新建高速沥青路面设计资料.docx
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绵竹市新建高速沥青路面设计资料
绵竹市新建高速沥青路面设计
1任务分析
1.1任务概述
绵竹市准备新建绕城高速，根据交通量，设计出此路段的道路等级，并根据15年后的交通量确定路面结构。
根据行车载荷确定绵竹市绕城高速的路面结构，设计出三种方案，并对此三种方案进行各参数验证，然后进行比较，确定出既能适应此交通量的发展，又经济实惠的路面。
1.2交通数据
绵竹市近年交通流量数据统计如表1
绵竹市修建道路近期交通量表1
车型名称
起始年日
交通量（辆）
东风EQ140
1000
解放CA10B
800
黄河JN150
800
太脱拉138
60
小汽车
1100
车辆数据如表2
表2
序号
车辆类型
前轴重力（KN）
后轴重力（KN）
后轴数
轮组数
后轮距（cm）
交通量（辆/天）
1
东风EQ140
23.70
69.20
1
双
—
1000
2
解放CA10B
19.40
60.85
1
双
—
800
3
黄河JN150
49.00
101.60
1
双
—
800
4
太拖拉138
51.40
2×80.00
2
双
132.0
60
5
小汽车
—
—
1
双
—
1100
1.3公路等级、路面等级、基层确定
由设计资料得知该公路等级为绕城高速，为双向四车道，拟定采用沥青路面，基层为填挖结合。
2绵竹绕城高速基本情况及参数确定
2.1自然条件
由《公路自然区划标准》知新建高速公路位于V2区属于西南潮暖区，沿线为粉质中液限黏性土，稠度1.10，属于中湿状态，年降雨量达1000mm，七月平均气温大于30℃，年最低气温〉-9.0℃。
二级区划特征指标如表3。
表3
二级区名
（包括副区）
水热状态
潮湿系数（K）
年降水量（mm）
雨型
最高月
K值
最大月雨期长度
最高月平均地温（℃）
Ⅴ 西南潮暖区中
1.25～1.75
1000～1400
夏雨秋雨
2.0～3.0
3.5～4.5
30.0～32.5
2.2土基回弹模量的确定
设计路段路基处于中湿状态，为中液限黏土，运用查表法确定土基回弹模量，查二级自然区划土基回弹模量表得设计值为40.0MPa
2.3拟定路基断面尺寸
绵竹市绕城高速设计速度120km/h，为双向四车道高速公路。
主线路基断面设计为：
中央分隔带2m+左侧路缘带2×0.75m+车行道2×2×3.75m+紧急停靠2×2m+硬路肩2×3m+土路肩2×0.75m=30m。
2.4交通量验算
预计绵竹市绕城高速的交通量增长率为11%，设计年限为15年。
交通量验算如表4所示
起始年日交通量表表4
序号
车型名称
起始年日
交通量（辆）
增长率
第15年交通量（辆/天）
1
东风EQ140
1000
11%
4310.4
2
解放CA10B
800
11%
3448.4
3
黄河JN150
800
11%
3448.4
4
太脱拉138
60
11%
258.6
5
小汽车
1100
11%
4741.5
2.5轴载计算
2.5.1代表轴载
上述车辆轴载如表6：
车辆轴载表表6
序号
车辆类型
前轴重力（KN）
后轴重力（KN）
后轴数
轮组数
后轮距（cm）
交通量（辆/天）
1
东风EQ140
23.70
69.20
1
双
—
1000
2
解放CA10B
19.40
60.85
1
双
—
800
3
黄河JN150
49.00
101.60
1
双
—
800
4
太拖拉138
51.40
2×80.00
2
双
132.0
60
5
小汽车
—
—
1
双
—
1100
2.5.2轴载换算
轴载换算以弯层值和沥青层的层底拉力和半刚性材料的底层拉力为设计标准。
2.5.3设计年限内一个车道的累计当量轴次的计算
标准轴载换算：
N—相当于标准轴载100KN的作用次数；
ni—各级轴载的作用次数；
Pi—各种被换算车型的轴载（KN）；
C1—轴数系数，C1=1+1.2（m–1），m为轴数；
C2—轮组系数，单轮组C2=6.4；双轮组C2=1.0；四轮组C2=0.38（轴距小于3m）
注：
当轴间距大于3m时，按单独的一个轴计算，此时轴系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或者多轴按C1+1.2（m–1）计算，m为轴数。
轴载换算表7
车型
Pi
（KN）
C1
C2
ni
（次/天）
N
（次/天）
东风EQ140
前轴
23.70
—
—
—
—
后轴
69.20
1
1
1000
201.6
解放CA10B
前轴
19.40
—
—
—
—
后轴
60.85
1
1
800
92.2
黄河JN150
前轴
49.00
1
1
800
35.9
后轴
101．60
1
1
800
857.2
太拖拉138
前轴
51.40
1
1
60
3.3
后轴
2×80.00
2.2
1
60
1019.8
2210
轴载小于25KN的特轻轴重忽略不计
（1）半刚性基层、基底层应力设计标准：
—轴数系数；
—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。
轴间距的划分如上，对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：
=1+2（m–1）
m—轴数。
半刚性基层、基底层应力换算表表7
车型
Pi
（KN）
ni
（次/天）
N
（次/天）
东风EQ140
前轴
23.70
—
—
—
—
后轴
69.20
1
1
1000
52.6
解放CA10B
前轴
19.40
—
—
—
—
后轴
60.85
1
1
800
15.0
黄河JN150
前轴
49.00
1
1
800
2.7
后轴
101．60
1
1
800
908.3
太拖拉138
前轴
51.40
3
1
60
0.9
后轴
2×80.00
3
1
60
7730.9
8710.4
轴载小于40KN的特轻轴重忽略不计
（2）设计年限累计当量标准轴载数：
设计年限内一个车道通过的累积当量标准轴载次数Ne按下式计算：
Ne—设计年限内一个车道通过的累积标准当量轴次（次）；
t—设计年限（年）；
N1—路面运营第一年双向日平均当量轴次（次/日）；
r—设计年限内交通量平均增长率（%）；
—车道系数，双向四车道高速公路取0.45。
设计年限内一个车道通车的累计当量标准轴载次数：
Ne=[（1+γ）t-1]*365*N1*
/γ
Ne—设计年限内一个车道通过的累计准当量轴次（次）；
t—设计年限（年）；
N1—路面运营第一年双向日平均当量轴次（次/日）；
γ—设计年限内交通量平均增长率（%）；
—车道系数。
车道系数如表8
表8
车道特征
车道系数
车道特征
车道系数
双向单车道
1.00
双向六车道
0.3～0.4
双向两车道
0.60～0.70
双向八车道
0.25～0.35
双向四车道
0.40～0.50
因为所建道路为双向四车道，
可取0.5
Ne=[（1+γ）t-1]*365*N1*
/γ
把前面所求数据分别带入上式得
Ne1=[（1+11%）15-1]*365*2210*0.5/11%=1.39*107
Ne2=[（1+11%）15-1]*365*8710.4*0.5/11%=5.5*107
根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006），路面交通等级划分如表9
沥青路面交通等级表表9
交通等级
BZZ-100累计标准轴次Ne
（次/车道）
大货车及中型以上各种货车交通量Nn（辆/d/车道）
轻交通
<3*106
<600
中等交通
3*106～1.2*107
600～1500
重交通
1.2*107～2.5*107
1500～3000
特重交通
>2.5*107
>3000
由此可知，该新建道路交通量属于特重交通。
2.6初步拟定方案并计算各方案的弯层值
2.6.1材料的确定
路段沿河可开采砂砾，碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应，因此半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A级90号，上面层采用SBS改性沥青以改善路面高温及低温稳定性，技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）相关规定。
2.6.2初步拟定方案
结合以往工作经验与构造，拟定以下三个方案，根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能因素，初步确定路面结构组合及厚度如表10
表10
细粒式密级配沥青混凝土3cm
中粒式密级配沥青混凝土4cm
方案一
粗粒式密级配沥青混凝土6cm
以水泥石灰沙砾土为设计层
水泥稳定碎石37cm
水泥石灰沙砾土？
细粒式密级配沥青混凝土3cm
中粒式密级配沥青混凝土7cm
方案二
密级配沥青碎石15cm
以水泥稳定碎石为设计层
水泥稳定砂砾20cm
水泥稳定碎石？
细粒式密级配沥青混凝土4cm
中粒式密级配沥青混凝土6cm
方案三
粗粒式沥青混凝土6cm
以水泥石灰沙砾土层为设计层
水泥稳定碎石基层30cm
水泥石灰沙砾土层？
2.6.3计算各方案弯沉值
根据我国《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）规定路面设计弯层值ld由下式计算：
—设计弯层值（0.01mm）；
—设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数：
—公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.0；
—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；
—路面结构层系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。
若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则
介于两者之间通过线性内插决定。
计算各方案弯层值：
方案一：
为半刚性基层，路面系数取1.0
ld=600*（1.39*107）-0.2*1.0*1.0*1.0=22.36mm
方案二：
为柔性基层，路面系数取1.6
，ld=600*（1.39*107）-0.2*1.0*1.0*1.6=35.78mm
方案三：
为刚性基层，路面系数取1.0
ld=600*（1.39*107）-0.2*1.0*1.0*1.0=22.36mm
各方案弯层值表11
方案
方案一
方案二
方案三
22.36mm
35.78
22.36mm
2.7路面材料抗压回弹模量与劈裂强度的确定
2.7.1路面材料抗压回弹模量的确定
根据《路基路面工程》表14-15拟定材料20℃和15℃的抗压回弹模量，见表12：
沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值表12
材料名称
20℃抗压回弹模量（MPa）
15℃抗压回弹模量（MPa）
Ep
方差
Ep-2
Ep
方差
Ep-2
Ep+2
Epa
Ep代
细粒式沥青混凝土
1990
200
1590
3665
340
1985
3365
中粒式沥青混凝土
1420
100
1220
2170
185
1800
2540
粗粒式沥青混凝土
970
55
860
1315
60
1195
1435
密级配沥青碎石
1245
115
1015
1710
155
1400
2020
半刚性材料及其他材料抗压回弹模量的确定：
根据《路基路面工程》表14-16和相关计算拟定材料抗压回弹模量。
查《路基路面工程（第三版）》（邓学钧著）、见表13：
半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值表13
材料名称
抗压模量（MPa）
Ep
方差
Ep-2
Ep+2
Ep代
水泥稳定碎石
2500
200
2100
2900
水泥石灰砂砾土
1700
150
1400
2000
水泥稳定砂砾
2200
175
1850
2550
级配碎石
400
级配砂砾
250
2.7.3路面材料劈裂强度测定
根据《路基路面工程》表14-15和表14-16确定材料劈裂强度，见表14
路面材料劈裂强度表14
材料名称
细粒式沥青混凝土
中粒式沥青混凝土
粗粒式沥青混凝土
水泥稳定碎石
水泥稳定砂砾
水泥稳定砂砾土
二级稳定砂砾
劈裂强度
1.2
1.0
0.8
0.6
0.5
0.4
0.6
2.8计算抗拉强度结构系数，容许拉应力
2.8.1抗拉结构系数的计算
①沥青混凝土面层：
=
=3.56
②无机结合料稳定集料
=
=2.14
③无机结合料稳定细粒土
=
=2.75
④贫混凝土
=
=0.57
2.8.2计算各方案容许拉应力
承受一次加载断裂的极限弯拉应力受多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加载的次数之间的关系如下：
—路面结构的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准实验方法测得；
—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限
次加载的疲劳弯拉应力（MPa）；
—抗拉结构强度系数。
根据结构层材料不同，按以下公式计算
值。
=
（沥青混凝土面层）
=
（无机结合料稳定集料）
=
（无机结合料稳定细粒土）
=
（贫混凝土）
由以上两公式可得弯拉应力设计控制指标容许拉应力为：
结构层容许弯拉应力表15
材料名称
（Mpa）
（Mpa）
细粒沥青混凝土
1.2
3.56
0.34
中粒沥青混凝土
1.0
3.56
0.28
粗粒沥青混凝土
0.8
3.56
0.22
密级配沥青碎石
0.6
3.56
0.17
水泥稳定碎石
0.6
2.14
0.28
水泥稳定砂砾
0.5
2.14
0.23
水泥石灰砂砾土
0.4
2.75
0.15
二级稳定砂砾
0.6
2.75
0.22
3验算拟定方案
3.1验算方案
（1）检验方案一，由程序计算可得过程、结果如下：
公路等级:
一级公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
22.36（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
150（mm）
层位
结构层材料名称
厚度（mm）
抗压模量（MPa）
（20℃）
标准差（MPa）
抗压模量（MPa）
（15℃）
标准差（MPa）
容许应力
（MPa）
1
细粒式沥青混凝土
30
1901
201
2680
344
.34
2
中粒式沥青混凝土
40
1425
105
2175
187
.28
3
粗粒式沥青混凝土
60
978
55
1320
60
.22
4
水泥稳定碎石
370
3188
782
3188
782
.28
5
水泥石灰砂砾土
？
1591
250
1591
250
.15
6
路基
40
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.36（0.01mm）
H（5）=150mmLS=1.4（0.01mm）
由于设计层厚度H（5）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=150mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
H（5）=150mm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度500mm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
（2）检验方案二，由程序计算可得过程、结果如下：
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
35.78（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
150（mm）
层位
结构层材料名称
厚度（mm）
抗压模量（MPa）
（20℃）
标准差（MPa）
抗压模量（MPa）
（15℃）
标准差（MPa）
容许应力
（MPa）
1
细粒式沥青混凝土
30
1901
201
2680
344
.34
2
中粒式沥青混凝土
70
1425
105
2175
187
.28
3
密级配沥青碎石
150
978
55
1320
60
.17
4
水泥稳定砂砾
200
3188
782
3188
782
.23
5
水泥稳定碎石
？
1591
250
1591
250
.28
6
路基
40
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=35.78（0.01mm）
H（5）=150mmLS=1.5（0.01mm）
由于设计层厚度H（5）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=150mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
H（5）=150mm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度500mm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
（3）检验方案三，由程序计算可得过程、结果如下：
公路等级:
高速公路
新建路面的层数:
5
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
22.36（0.01mm）
路面设计层层位:
5
设计层最小厚度:
150（mm）
层位
结构层材料名称
厚度（mm）
抗压模量（MPa）
（20℃）
标准差（MPa）
抗压模量（MPa）
（15℃）
标准差（MPa）
容许应力
（MPa）
1
细粒式沥青混凝土
40
1901
201
2680
344
.34
2
中粒式沥青混凝土
60
1425
105
2175
187
.28
3
粗粒式沥青混凝土
60
978
55
1320
60
.22
4
水泥稳定碎石
300
3188
782
3188
782
.28
5
水泥石灰砂砾土
？
1591
250
1591
250
.15
6
路基
40
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=22.36（0.01mm）
H（5）=150mmLS=1.5（0.01mm）
由于设计层厚度H（5）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力计算设计层厚度:
H（5）=150mm（第1层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第2层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第3层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第4层底面拉应力计算满足要求）
H（5）=150mm（第5层底面拉应力计算满足要求）
路面设计层厚度:
H（5）=150mm（仅考虑弯沉）
H（5）=150mm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度:
路面最小防冻厚度500mm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求。
3.2方案总结
三方案均满足要求，在保证设计层最低厚度情况下取：
方案一沥青厚度为13cm，总厚度为67cm；
方案二沥青厚度为25cm，总厚度为66cm。
方案三沥青厚度为16cm,总厚度为61cm
从承载能力评价，方案二优于方案一、三，具有较高的承载能力，更适合车辆行驶；
从经济性评价，方案二明显比方案一，三造价高。
采用粗粒沥青碎石作为联结层，它具有高温稳定性、对石料级配和沥青规格要求较宽造价低等优点，适合作高速公路的联结层。
采用水泥稳定砂砾作为基层，它具有较好的水稳定性和一定的抗冻性，可用于高速公路的基层。
采用水泥稳定碎石作为垫层，可就地取材，施工简易，造价低，含土少，水稳定性好，适合作高级路面的垫层。
综上所述，各层均满足设计要求，且经济可行。
从长远利益来看，由于设计路段属于特重交通，要求承载能力高，需要防止不容易产生破环造成交通事故和路面损害，因而尽可能选择方案二。
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