沥青路面结构设计示例

7.2路面结构设计

7.2.1路面结构设计步骤

新建沥青路面按以下步骤进行路面结构设计：

(1) 根据设计任务书和路面等级及面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。

(2) 按路基土类型和干湿状态，将路基划分为几个路段，确定路段回弹模量值。

(3) 根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几中可能的路面结构组合及厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验及测定结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。

(4) 根据设计弯沉值计算路面厚度。对二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构层组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。

7.2.2 路面结构层计算

该路位于中原黄河冲积平原区，地质条件一般为a）第一层：冲积土；b）第二层：粘质土；c）第三层：岩石。平原区二级汽车专用沥青混凝土公路，路面使用年限为12年，年预测平均增长率为6%。

（1）轴载分析

本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按表7-1确定。

表7-1标准轴载计算参数

表7-2起始年交通量表

1）以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力 ① 轴载换算

各级轴载换算采用如下计算公式：

4.35

1121(

)k

i i i p N c c n p

==∑ （7-1） 式中：N 1—标准轴载的当量轴次，次/日；

n i —被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日； P —标准轴载，kN ；

P i —被换算车辆的各级轴载，kN ； k —被换算车辆类型；

C 1—轴数系数，C 1=1+1.2（m -1），m 是轴数。当轴间距大于3m 时，按单独的一个轴载计算，当轴间距小于3m 时，应考虑轴系数； C 2—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。

计算结果如下表7-3所示。

表7-3 轴载换算结果表（弯沉）

注：轴载小于25kN 的轴载作用不计。

② 累计当量轴次为：

112[(1)1]365

(10.06)1

365682.770.600.062522505t e N N γη

γ

+-⨯=

+-=⨯⨯⨯=次

（7-2）

式中：N e —累计当量轴次；

η—车道系数，规范规定二级公路η值为0.60~0.70，取0.60； t —路面使用年限，二级公路取12年；

γ—年预测平均增长率，二级路取6%；

N 1—标准轴载的当量轴次，次/日。

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

验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：

N 1'=∑C 1'*C 2'*n i (p i /p)8 （7-3）

计算结果如表7-4所示。

表7-4 轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力） 注：轴载小于50kN 的轴载作用不计。

② 累计当量轴次

参数值同上，累计当量轴次N e '为：

'

'112[(1)1]365

(10.06)1365694.650.600.062566396t e N N γη

γ

+-⨯=

+-=⨯⨯⨯=次

（7-4）

（2）路面结构组合材料选取

经计算路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次为250万次左右，根据规范推荐结构，并考虑到当地材料供用条件，决定面层采用沥青混凝土路面（6cm ），基层采用水泥混凝土稳定基层（水泥碎石15cm ），底基层采用石灰稳定土（厚度待定）。

（3）各层材料的抗压模量与劈裂强度的选定

查邓学均主编的《路基路面工程》表14-13、14-14，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。路面设计弯沉值计算路面结构厚度时，取20℃的抗压模量，中粒式密级配沥青混凝土E 1=1400Mpa ，验算层底弯拉应力时，取15℃的抗压模量，中粒式沥青混凝土E 1=1800 Mpa 。水泥稳定碎石E 2=1300 Mpa ；石灰稳定土E 3=600 Mpa 。各层材料劈裂强度：中粒式沥青混凝土1σ=1.2 Mpa ；水泥稳定碎石2σ=0.5 Mpa ；石灰稳定土3σ=0.35 MPa 。

（4）土基回弹模量的确定

该路段处于Ⅳ2区，为粘质土，稠度0.9，查邓学均主编的《路基路面工程》表14-9得土基回弹模量E 0=23.0Mpa 。

（5）设计指标的确定 ① 设计弯沉值d l

0.2600d e c s b l N A A A -= （7-5）

式中：d l —路面设计弯沉值（0.01mm ）； A c —公路等级系数，二级公路为1.1； A s —面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；

A b —基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于

20cm 时，A b =1.0；

所以：d l =600⨯2522505-0.2⨯1.1⨯1.0⨯1.0=34.61（0.01mm ） ② 各层材料容许层底拉应力

/R SP S K σσ= （7-6）

式中：R σ—路面结构层材料的容许拉应力，MPa ；

SP σ—结构层材料的极限抗拉强度，MPa ，由实验确定。我国公路沥青

路面设计规范采用极限劈裂强度；

S K —抗拉强度结构系数。

沥青混凝土面层： 0.22

0.22

0.09 1.025225050.09/ 1.1

e

c Ks A N A α⨯⨯===2.10

/R SP S K σσ==1.2/2.10=0.57MPa

水泥稳定碎石： 0.11

0.11

0.3525663960.35/ 1.1

e

c Ks N A ⨯===1.61

/R SP S K σσ==0.5/1.61=0.31MPa

石灰土：

0.11

0.11

0.4525663960.45/ 1.1

e

c Ks N A ⨯===2.07

/R SP S K σσ==0.35/2.07=0.17 MPa

式中：A a —沥青混合料级配系数；细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥

青混凝土为1.1；

A c —公路等级系数，二级公路取1.1。 （6）设计资料总结

经计算路面设计弯沉值为34.61（0.01mm ），相关设计资料汇总如表7-5。

表7-5 设计资料汇总表

（7）确定石灰土层厚度 ① 计算容许弯沉值R l

0.21.1

1.1 1.00.0632522505

R c s e B l A A N β=

=⨯⨯=cm （7-7） 式中：R l —容许回弹弯沉值，cm ；

N e —累计当量轴载作用次数；