路面课程设计

路面课程设计
设计说明书
（一）确定沥青路面的交通等级分析
1、轴载换算
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计算时，以双轮组单轴载100KN 为标准轴载。

查常用汽车设计参数表12-3，按式（12-6）进行轴载换算，计算结果列入下表。

车型
i p 1c 2c i n
35
..421)(
P
p n c c i i 黄河JN150 前轴 49 1 6.4 1025 294.616
后轴
101.6 1 1 1025 1098.276 解放CA10B 后轴60.85 1 1 2050 236.204 东风EQ140 后轴69.2 1 1 615 123.976 太脱拉138 前轴51.4 1 6.4 123 43.529 后轴 80 2.2 1 123 102.511 小汽车
287
35
..421)(P
p n c c i i
1899.112
注：轴载小于40 KN 的轴载作用忽略不计。

竣工第一年日当量轴次为1899.112 次/日
2、累计当量轴次及交通等级
（2）累计当量轴数计算
根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限为12年，双向二车道的车道系数η取0.65，γ =4.9 %，累计当量轴次：
[]
次）（.7130313049
.065
.0112.189********.0112
=-+=
计算结果与交通等级表比较，e N 在中交通300—1200万次之间，交通等级属于中交通。

采用沥青混凝土路面作为路面的面层，符合设计要求。

3、验算半刚性基层层底拉应力重的累计当量轴次
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式8
1121
k
i i i P N C C n P =??
= ∑，计算结果列
入下表中。

8
12i i P C C n P ?? ?
轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
车型 P i (KN)
C 1 C 2
n i (次/日)
（次/日）
黄河JN150 前轴 49 1 18.5 1025
63.018 后轴 101.6
1 1 1163.787 解放CA10B 前轴 19.40
1 18.5 2050
－后轴 60.85
1 1 38.534 东风EQ140 前轴 23.70
1 18.5 615
－后轴 69.2 1 1 32．339
太脱拉138
前轴 51.4 1 18.5 123
11.086 后轴 80
3 1 61.908 小汽车
前轴－－－ 287
－后轴
－
－
－
－合计
8
1121
k
i i i P N C C n P =??
= ∑
1370.672
注：轴载小于40 KN 的轴载作用忽略不计。

在进行累计当量轴次计算时各参数意义同前，设计年限为12年，车道系数取0.65，交通量平均年增长率γ为4.9%，轴载小于40KN 的轴载作用不计。

累计当量轴次：
[]
γ
η
γ'13651)1(N N
t
e
-+=
[]
次387949049
.065
.0672.13703651)049.01(12
=-+=
（二）沥青路面结构层的拟定和组合设计 1.土基回弹模量的确定该路段处于Ⅱ4区，土质为粘性土。

由于路基处于潮湿状态，查表得0.8≤w c ＜0.95
令稠度w c =0.9，根据土组和自然区划分以及相应路基的平均稠度，查表预估路基回弹模量E 0为30Mpa ，当采用重型击实标准时，路基回弹模量设计值可较表列数值提高25%，即E 0=30×（1+25%）=37.5Mpa 2.初拟路面结构
根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，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等因素，初步确定路面结构组合与各厚度如下图所示。

根据规范推荐结构，方案一路面结构层采用细粒沥青混凝土（4cm）和中粒沥青混凝土（6cm）、基层采用水泥稳定碎石（厚度待定）、垫层采用石灰粉煤灰碎石（25cm）
方案二路面结构层采用中粒式沥青玛蹄脂碎石（4cm）和粗粒式沥青
玛蹄脂碎石（5cm）、基层采用水泥稳定碎石（25）、垫层采用石灰土（厚度待定）3.路面材料配合比设计与设计参数的确定
1)试验材料的确定（略）
2)路面材料配合比确定（略）
3)路面材料抗压回弹模量确定
查表得各层沥青混合料20℃和15℃抗压模量及劈裂强度的设计参数参考值，列入下表中。

半刚性基层和级配碎石的抗压模量和劈裂强度查表列入下表中。

层间模量比符合设计要求。

有关资料的表格得各层材料抗压模量（20℃）与劈裂强度
材料名称20℃抗压模量
（MPa）
15℃弯拉模量
（Mpa）
15℃弯拉强度
（Mpa）Ep
细粒沥青混凝土1400 2000 1.2 中粒沥青混凝土1200 1600 1.0 中粒式沥青
玛蹄脂碎石
1300 1700 1 粗粒式沥青
玛蹄脂碎石
1000 1300 0.8 水泥稳定碎石1400 1400 0.6 石灰粉煤灰碎石1500 1500 0.6 石灰土550 550 0.25
沥青混合料类型最大粒径
(mm)
公称最大
粒(mm)
符号
压实最小
厚(mm)
适宜厚度
(mm)
密集配沥青混合料细粒式13.2 9.5 AC-10 20 25 - 40 中粒式19 16 AC-16 35 40 -60 中粒式19 16 SMA-16 40 40 - 70 粗粒式31.5 26.5 SMA-25 80 80 - 120
4.)确定计算层位
拟定石灰煤渣矿渣作为计算层位。

5.)验算层间模量比
路面结构层相邻层之比，基层/面层、基层/底基层、垫层/土基，均符合要求。

6.)论述各沥青混凝土路面结构组合的合理性
二级公路应采用沥青混凝土路面面层，有两层组成，总面层厚度
及各层厚度符合要求；因为沥青面层弯成大，所以采用半刚性基层作为承重层；
（三）设计指标的确定
对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。

各层材料的容许层底拉应力
s sp
R K σσ=
（1）细粒式密级配沥青混凝土
c
e
S A N K 22
.009.0=
634.21
.1713031309.022
.0=?=
a S
SP
R MP K 46.0634
.22
.1==
=
σσ (7.7)
（2）中粒式密级配沥青混凝土
c
e S A N K 22
.009.0=
897.20
.1713031309.022
.0=?=
SP
R MP K 35.0897
.21
==
=
σσ （3）中粒式沥青玛蹄脂碎石c
e
S A N K 22
.009.0=
634.21
.17130313
09.022
.0=?=
a S
SP
R MP K 38.0634
.21
==
=
σσ （4）粗粒式沥青玛蹄脂碎石c
e
S A N K 22
.009.0=
634.21
.17130313
09.022
.0=?=
SP
R MP K 30.0634
.28
.0==
=
σσ （5）水泥稳定碎石
987.1713031335.035.011.011
.0=?==
c
e
S A N K
a R SP R MP 30.0987
.16
.0===
σσσ （6）石灰粉煤灰碎石
55.2713031345.045.011.011
.0=?==c e S A N K
a R SP R MP 24.055
.26
.0===σσσ （17）石灰土
55.2713031345.045.011.011
.0=?==c e S A N K
a R SP R MP 1.055
.225
.0===
σσσ (4)设计资料总结
1.设计弯沉值的确定
该公路为二级公路，公路等级系数取A c =1.1，面层式沥青混凝土，面层类型系数取A s =1.0，路面结构类型系数半刚性基层取A b
=1.0，路面设计弯沉值根据式计算为：
b s
c e
d A A A N L 2.0600-=
)01.0(11.280.10.11.17130313
6002
.0mm ==-
方案一的结构厚度计算
（1）新建路面结构厚度计算公路等级 : 二级公路新建路面的层数 : 4
标准轴载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 28.11 (0.01mm) 路面设计层层位 : 3 设计层最小厚度 : 15 (cm)
层位结构层材料名称厚度(cm)
抗压模量(MPa) (20℃)
抗压模量(MPa) (15℃) 容许应力(MPa)
1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 0.46
2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1600 0.35
3 水泥稳定碎石？ 1400 1400 0.3
4 石灰粉煤灰碎石 2
5 1500 1500
0.24 5
土基
37.5
按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 28.11 (0.01mm)
H( 3 )= 15 cm LS= 27.2 (0.01mm) 由于设计层厚度 H( 3 )=Hmin 时 LS<=LD, 故弯沉计算已满足要求 . H( 3 )= 15 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :
H( 3 )= 15 cm(第1 层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 15 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 15 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 3 )= 15 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路
面设计层厚度 :
H( 3 )= 15 cm(仅考虑弯沉)
H( 3 )= 15 cm(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55 cm
验算结果表明,路面总厚度比路面最小防冻厚度小5 cm ,
程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足.
通过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面最下层以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:
-------------------------------------------------
细粒式沥青混凝土 4 cm
-------------------------------------------- ----
中粒式沥青混凝土 6 cm
--------------------------------------- ----------
水泥稳定碎石25 cm
-------------------------------------------------
石灰粉煤灰碎石20 cm
-------------------------------------------------
土基
（2）竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公路等级: 二级公路
新建路面的层数: 4
标准轴载: BZZ-100
材料名称20℃抗压模
量（MPa）
15℃弯拉模量
（Mpa）
15℃弯拉强度
（Mpa）
计算信息
细粒沥青混凝土1400 2000 1.2 计算应力中粒沥青混凝土1200 1600 1.0 计算应力水泥稳定碎石1400 1400 0.8 计算应力石灰粉煤灰碎石1500 1500 0.6 计算应力土基37.5
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
第1 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 24 (0.01mm)
第2 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 26.6 (0.01mm)
第3 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 31 (0.01mm)
第4 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 91.1 (0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值LS= 310.8 (0.01mm)
LS= 248.4 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1 层底面最大拉应力σ( 1 )=-0.216 (MPa)
第2 层底面最大拉应力σ( 2 )=-0.073 (MPa)
第3 层底面最大拉应力σ( 3 )= 0.042 (MPa)
第4 层底面最大拉应力σ( 4 )= 0.176 (MPa)
方案二的结构厚度计算
层位结构层材料名称厚度(cm) 抗压模量(MPa)
(20℃) 抗压模量(MPa)
(15℃)
容许应力(MPa)
1 中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 1400 2000 0.38
2 粗粒式沥青玛蹄脂碎石 5 1200 1600 0.3
3 水泥稳定碎石25 1500 1500 0.3
4 石灰土？550 550 0.1
5 土基37.5
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD= 28.11 (0.01mm)
H( 4 )= 20 cm LS= 30.2 (0.01mm)
H( 4 )= 25 cm LS= 27.4 (0.01mm)
H( 4 )= 23.7 cm(仅考虑弯沉)
按容许拉应力验算设计层厚度:
H( 4 )= 23.7 cm(第1 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 23.7 cm(第2 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 23.7 cm(第3 层底面拉应力验算满足要求)
H( 4 )= 23.7 cm(第4 层底面拉应力验算满足要求)
路面设计层厚度:
H( 4 )= 23.7 cm(仅考虑弯沉)
H( 4 )= 23.7 cm(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55 cm
验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.
通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: -----------------------------------------------------
中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 cm
-----------------------------------------------------
粗粒式沥青玛蹄脂碎石 5 cm
-----------------------------------------------------
水泥稳定碎石25 cm
-----------------------------------------------------
石灰土24 cm
-----------------------------------------------------
土基
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值:
材料名称20℃抗压模
量（MPa）
15℃弯拉模量
（Mpa）
15℃弯拉强度
（Mpa）
计算信息
中粒式沥青玛蹄脂
碎石
1400 2000 0.38 计算应力
粗粒式沥青玛蹄脂
碎石
1200 1600 0.3 计算应力
水泥稳定碎石1500 1500 0.3 计算应力石灰土550 550 0.1 计算应力
土基37.5
第1 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 27.9 (0.01mm)
第2 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 31.2 (0.01mm)
第3 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 35.7 (0.01mm)
第4 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 114 (0.01mm)
土基顶面竣工验收弯沉值LS= 310.8 (0.01mm)
LS= 248.4 (0.01mm) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力:
第1 层底面最大拉应力σ( 1 )=-0.241 (MPa)
第2 层底面最大拉应力σ( 2 )=-0.098 (MPa)
第3 层底面最大拉应力σ( 3 )= 0.143 (MPa)
第4 层底面最大拉应力σ( 4 )= 0.088 (MPa)
(5)方案比选
经分析，A方案路面结构造价低于B方案。

同时考虑长期使用效能及本公路的交通状况，故采用A方案。