新建沥青路面设计-道路工程课程设计复习课程

第一章新建沥青路面设计

1.1路基干湿类型及路基回弹模量的确定

资料：路基地属高原西南潮暖区V4区，路段地质组为泥质砂岩，上覆盖亚粘土。路床顶面距地下水位2.0m。

（1）通过上述资料可查的：V4区粘土路基的临界高度H1=1.7~1.9m，H2=0.9~1.1m，由于H>H1，可判定路基干燥稳定路面强度和稳定性不受地下水和地表积水的影响，路基干湿类型为干燥。

（2）路床表面下80cm深度内平均稠度Wc与分界稠度的关系是Wc>=Wc1，因为路基干湿类型为干燥，可查的分界稠度Wc1=1.1，即Wc>=1.1，估计该段路基上层80cm范围内的平均稠度为1.15左右。

（3）由于路基土的平均稠度为1.15，所以查设计规范得土基回弹模量E0=47MPa.

(4)由于是高等公路，由沥青面设计规范说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量E0提高15%~30%，现取提高15%，则E0=47*(1+15%)=54.05MPa。路基干湿类型为干燥。

1.2沥青路面结构方案的选定与结构层厚度的设计

（1）计算累计轴载作用次数，确定路面等级及计算设计弯沉值。

路面设计以双轮组单轴载100KN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时。

轴载换算：

N=∑

=

?

?

?

?

?

k i

i

i

P

P

n

c

c

1

2

1

35

.4

汽车型号Pi C1 C2 ni ∑

=

?

?

?

?

?

k

i

i

i

P

P

n

c

c

1

2

1

35

.4

江淮AL6600 前轴17 1 6.4 1050 _ 后轴26.5 1 1 1050 3.3

会客JT6912 前轴31.2 1 6.4 180 7.3 后轴65.6 1 1 180 28..8

跃进牌NJ131 前轴20.2 1 6.4 700 _ 后轴38.2 1 1 700 10.6

东风牌EQ140 前轴23.7 1 6.4 500 _ 后轴69.2 1 1 500 100.8

黄河牌JN-150 前轴49 1 6.4 500 143.7 后轴101.6 1 1 500 535.7

日野KB222 前轴50.2 1 6.4 120 38.3 后轴104 1 1 120 142.3

太脱拉138 前轴51 1 6.4 280 95.8 后轴80 2.2 1 280 233.4 当量轴载累计1340

累计当量轴次计算：

已知：此公路设计为高速公路，设计年限为15年，四车道的车道系数为0.4~0.5，

在此取0.45。 t=2005-2002+1=4 N1=()

1

200211

r t N +-?

=()%713

1340+?

=1641.6次 ()η????????-?=

+1

13651N r

N r T e =()45.06.164113

.0136513.0115

????????-?+ =10897874.1次

2)验算半刚性基层层底拉应力是；

① 轴载换算公式：

??

?

??∑=''='P P i

k

i i n c c N 8

121

汽车型号 Pi

1'c 2'c

ni ?

?

? ??''P P n c c i i 8

21

江淮AL6600 前轴 17 1 18.5 1050 _ 后轴 26.5 1 1 1050 _ 会客JT6912 前轴 31.2 1 18.5 180 _ 后轴 65.6 1 1 180 6.17 跃进牌NJ131 前轴 20.2 1 18.5 700 _ 后轴 38.2 1 1 700 _ 东风牌EQ140 前轴 23.7 1 18.5 500 _ 后轴 69.2 1 1 500 26.29 黄河牌JN —150 前轴 49 1 18.5 500 _ 后轴 101.6 1 1 500 567.7 日野KB222 前轴 50.2 1 18.5 120 8.95 后轴 104 1 1 120 164.23 太脱拉138

前轴 51 1 18.5 280 23.71 后轴 80 3 1 280 140.93

当量轴载累计

937.98

② 累计当量轴次计算：

N1=()

1200211

r t N +-?=()7.013

98.937+?

=1149.1次 ()

η????????-?=+113651N r N r T e =

()45.01.114913

.0136513.0115

????????-?+ =7628379.1次

3)已知此公路等级为I 级，设计年限为15年，设计年内累计标准轴>400万次/车道，面层为沥青混凝土，查规范可得：此路面等级为高级路面。 4)计算设计弯沉值：

通过上述已知条件从而得到Ac=1.0,As=1.0,Ab=1.0;

()

mm N b s c e

d A A A l 01.04.230.10.10.16006001.108978742

.02

.0=????=???=--(2)拟定路面结构方案，确定路面材料参数 方案一：

初步拟定路面结构有5层，具体如下： 材料名称 厚度（cm ） 抗压模量E （MPa) 劈裂强度

（MPa ） 20℃ 15℃

细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 1.4

中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 1.0

粗粒式沥青混凝土 7 900 1200 0.8

石灰粉煤灰碎石 22 1500 1500 0.6

石灰土 23 550 550 0.25 （3）根据设计弯沉值计算路面厚度：路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下达到临界状态容许的最大拉应力。 S

SP

R K σσ=

a. 对于沥青混凝土面层 S K =e a N A 22.009.0/c A

b. 对于无机结合料稳定集料类 c e

s A K N 11

.035.0= c. 对于无机结合料稳定细粒土类 c e s A K N 11

.045.0=

已知：0.1=c A ;1.10897874=e N

18.30.1/1.108978740.109.022

.0=??=s K

细粒式沥青混凝土层底拉应力计算：

S

SP

R K σσ=

=MPa 44.018.34.1=

中粒式沥青混凝土层底拉应力计算 S

SP

R K σσ=

=MPa 31.018.30.1=

粗粒式沥青混凝土层底拉应力计算

S

SP

R K σσ=

=MPa 25.018.38.0= 已知：0.1=c A ；1.10897874=e N

e

s N K 11

.035.0=/08.20.11.1089787435.0/11.0=?=c

A

S

SP

R K σσ=

=

MPa 288.008

.26

.0=

石灰土层容许拉应力计算：

c e

s A K N 11

.045.0==67.20.1/1

.1089787445.011

.0=?

S SP R K σσ=

=MPa 09.067

.225

.0=

1.3 新建沥青路面方案的电算过程附图 1.3.1交通量年增长率分段数据

1.3.2沥青路面车辆与交通量参数

1.3.3沥青路面材料参数

轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号 车 型 名 称 前轴重(kN) 后轴重

(kN) 后轴数

后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 江淮

AL6600 17 26.5 1

双轮组 1286.3 2 会客

JT6912 31.2 65.6 1

双轮组 220.5 3 跃进

NJ131

20.2 38.2 1

双轮组

857.7

4

东风

EQ140

23.7 69.2 1 双轮组612.5

5

黄河

JN150

49 101.6 1 双轮组612.5

6

日野

KB222

50.2 104.3 1 双轮组147

7 太脱拉

138

51.4 80 2 双轮组<3 343

设计年限15 车道系数.45 交通量平均年增长率13 ％

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:

路面竣工后第一年日平均当量轴次: 1664

设计年限内一个车道上累计当量轴次: 1.104658E+07

当进行半刚性基层层底拉应力验算时:

路面竣工后第一年日平均当量轴次: 1194

设计年限内一个车道上累计当量轴次: 7926451

公路等级高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值: 23.4 (0.01mm)

层位结构层材料名

称

劈裂强度

(MPa)

容许拉应力(MPa)

1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.44

2 中粒式沥青混凝土 1 0.31

3 粗粒式沥青混凝土0.8 0.23

4 石灰粉煤灰碎石0.6 0.3

5 石灰土0.25 0.1 1.3.4沥青路面设计程序

1.3.5沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序

新建路面结构厚度计算

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: 23.4 (0.01mm)

路面设计层层位: 5

设计层最小厚度: 16 (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 0.44

2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 0.31

3 粗粒式沥青混凝土7 900 1200 0.23

4 石灰粉煤灰碎石22 1500 1500 0.3

5 石灰土22.1 550 550 0.1

6 土基54.05

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD= 23.4 (0.01mm)

H( 5 )= 21 cm LS= 23.8 (0.01mm)

H( 5 )= 26 cm LS= 22 (0.01mm)

H( 5 )= 22.1 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度:

H( 5 )= 22.1 cm(第1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 22.1 cm(第2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 22.1 cm(第3 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 22.1 cm(第4 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 22.1 cm(第5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度:

H( 5 )= 22.1 cm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 22.1 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40 cm

验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.

1.3.6沥青路面结构参数调整

1.3.7竣工验算设计程序

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公路等级: 高速公路

新建路面的层数: 5

标准轴载: BZZ-100

层位结构层材料

名称

厚度

(cm)

抗压模量

(MPa)

(20℃)

抗压模量

(MPa)

(15℃)

计算信息

1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应

2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应

3 粗粒式沥青混凝土7 900 1200 计算应

4 石灰粉煤灰碎石22 1500 1500 计算应

5 石灰土22.1 550 550 计算应

6 土基54.05

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= 23.4 (0.01mm)

第2 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 25.9 (0.01mm)

第3 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 29.5 (0.01mm)

第4 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 34.9 (0.01mm)

第5 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 100.3 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值LS= 220.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第

88页公式)

LS= 172.3 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

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 )=-.214 (MPa)

第2 层底面最大拉应力σ( 2 )=-.062 (MPa)

第3 层底面最大拉应力σ( 3 )=-.035 (MPa)

第4 层底面最大拉应力σ( 4 )= .126 (MPa)

第5 层底面最大拉应力σ( 5 )= .072 (MPa)

1.4路面结构附

1.5路面结构的组合与厚度方案（方案二）

路面结构见下表

路面结构细粒式沥

青混凝土

中粒式沥青

混凝土

粗粒式沥青

混凝土

石灰粉煤灰

砂砾

碎石灰土

劈裂强度

(MPa)

1.4 1.0 0.8 0.7 0.3

路面结构层材料的容许拉应力是指路面结构在行车荷载的反复作用下达到临界破坏状态时容许的最大拉应力。

S

SP

R K σσ=

d. 对于沥青混凝土面层 S K =e a N A 22.009.0/c A

e. 对于无机结合料稳定集料类 c e

s A K N 11

.035.0= f. 对于无机结合料稳定细粒土类 c e s A K N 11

.045.0=

已知：0.1=c A ;1.10897874=e N

18.30.1/1.108978740.109.022

.0=??=s K

细粒式沥青混凝土层底拉应力计算：

S

SP

R K σσ=

=MPa 44.018.34.1=

中粒式沥青混凝土层底拉应力计算 S

SP

R K σσ=

=MPa 31.018.30.1=

粗粒式沥青混凝土层底拉应力计算

S

SP

R K σσ=

=MPa 25.018.38.0= 已知：0.1=c A ；1.10897874=e N

e

s N K 11

.035.0=/08.20.1/1.1089787435.011.0=?=c A

S SP

R K σσ=

=

34.008

.27

.0=MPa

碎石灰土层容许拉应力计算：

c e

s A K N 11

.045.0==67.20.1/1

.1089787445.011

.0=?

S SP

R K σσ=

=

MPa 11.067

.23

.0=

1.6新建沥青路面方案的电算过程附图

1.6.1交通量年增长率分段数据

1.6.2沥青路面车辆与交通量参数

1.6.3沥青路面材料参数

1.6.4沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序

轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号车型

名称

前轴重

(kN)

后轴重

(kN)

后轴数

后轴轮

组数

后轴距

(m)

交通量

1

江淮

AL6600

17 26.5 1 双轮组1286.3

2

会客

JT6912

31.2 65.6 1 双轮组220.5

3

跃进

NJ131

20.2 38.2 1 双轮组857.7

4

东风

EQ140

23.7 69.2 1 双轮组612.5

5

黄河

JN150

49 101.6 1 双轮组612.5

6

日野

KB222

50.2 104 1 双轮组147

7 太脱拉

138

51.4 80 2 双轮组<3 343

设计年限15 车道系数.45 交通量平均年增长率13 ％

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时:

路面竣工后第一年日平均当量轴次: 1662

设计年限内一个车道上累计当量轴次: 1.10333E+07

当进行半刚性基层层底拉应力验算时:

路面竣工后第一年日平均当量轴次: 1190

设计年限内一个车道上累计当量轴次: 7899897

公路等级高速公路

公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值: 23.4 (0.01mm)

层位结构层材料名

称

劈裂强度

(MPa)

容许拉应力(MPa)

1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.44

2 中粒式沥青混凝土 1 0.31

3 粗粒式沥青混凝土0.8 0.23

4 石灰粉煤灰砂砾0.7 0.35

5 碎石灰土0.3 0.12

1.6.5沥青路面设计程序

1.6.6沥青路面结构参数调整

新建路面结构厚度计算

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: 23.4 (0.01mm)

路面设计层层位: 5

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 0.44

2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 0.31

3 粗粒式沥青混凝土7 900 1200 0.23

4 石灰粉煤灰砂砾20 1500 1500 0.35

5 碎石灰土20.7 800 800 0.12

6 土基54.05

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD= 23.4 (0.01mm)

H( 5 )= 20 cm LS= 23.7 (0.01mm)

H( 5 )= 25 cm LS= 21.5 (0.01mm)

H( 5 )= 20.7 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度:

H( 5 )= 20.7 cm(第1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 20.7 cm(第2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 20.7 cm(第3 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 20.7 cm(第4 层底面拉应力验算满足要求)

H( 5 )= 20.7 cm(第5 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度:

H( 5 )= 20.7 cm(仅考虑弯沉)

H( 5 )= 20.7 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40 cm

验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.

1.6.7沥青路面结构参数调整

1.6.8竣工验算设计程序

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公路等级: 高速公路

新建路面的层数: 5

标准轴载: BZZ-100

层位结构层材料

名称

厚度

(cm)

抗压模量

(MPa)

(20℃)

抗压模量

(MPa)

(15℃)

计算信息

1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应

2 中粒式沥青混凝土 5 1200 1600 计算应

3 粗粒式沥青混凝土7 900 1200 计算应

4 石灰粉煤灰碎石20 1500 1500 计算应

5 石灰土20.7 800 800 计算应

6 土基54.05

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= 23.3 (0.01mm)

第2 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 25.8 (0.01mm)

第3 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 29.4 (0.01mm)

第4 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 34.8 (0.01mm)

第5 层路面顶面竣工验收弯沉值LS= 92.2 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值LS= 220.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

LS= 172.3 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

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 )=-.212 (MPa)

第2 层底面最大拉应力σ( 2 )=-.062 (MPa)

第3 层底面最大拉应力σ( 3 )=-.036 (MPa)

第4 层底面最大拉应力σ( 4 )= .099 (MPa)

第5 层底面最大拉应力σ( 5 )= .104 (MPa)

1.7路面结构附

1.8方案选择

在一定轴型的荷载作用下，路面的变形越大，达到某一破坏状态时允许通过的轴次越少。根据竣工验收的结果及其它因素，最终选择方案二。

第二章 水泥混泥土路面设计

2.1设计使用年限内标准累计当量轴次计算

()

η????????-=+r

t N N r s e 365

11 已知：根据调查得设计车道使用初期标准轴载日作用次数为1800，大于规范中的1500，所以判定交通等级为特重，设计使用年限为30年。

交通等级 使用初期标准轴载日作用次数s N （n/d)

设计使用年限

特重 >1500 30 重 200~1500 30 中等 5~200 20 轻 <=5 20

通过已知资料查得临界荷位的车辆轮迹分布系数36.0=η

()

()

36

.

01

.011800365365

111.0130

???????-??=

??-+=

+???

?

???

?

ηr

r t N N S e

=38906126.3

2.2初步拟定路面结构方案 2.2.1已知；该路段地处公路自然区划区II4区，路床表面距地表长期积水位4.3m ，查规范得II4区粘性土基的临界高度H1=2.4~2.6;H2=1.9~2.1,可得该段路基属中

湿类型，则分界稠度为95.0;1.121==c c ωω，因此估计该段路基上层80cm 范围内的平均稠度为1.05左右；查规范得MPa E 0.390=。 方案一：

2.2.2根据已知条件及路基土质和水文状况，路面材料的性质与供应情况及交通繁重程度初步拟定路面接结构如下：

层位 使用材料 厚度（mm ） 抗压模量E(MPa ） 面层 水泥混凝土 260 — 基层 水泥稳定砂砾 200 1500 垫层 石灰土 150 500

混凝土板的平面尺寸为宽4.5m ，长5m ，纵缝为设拉杆平缝，橫缝为设传力杆的假缝。

2.2.3确定基层顶面的当量回弹模量t E

MPa E E E h

h h h

x 1140500

150015

.02.015.02

.02

22

2

2

2

1

2

2

22

11

2

=+?+?=++=

()??

????

++-?+

+=2

2

1

1

1

2

1

2

2

3

2131114

12

h E h E h h h h E E D x =

()

MPa 98.215.050012.0150014

5.012.01215.05002.015001

2

3

3

=???++?+???

????+-

m E D h X

X x

315.01140

98.2121233

/1=?==

??

????

MPa E 390=

16.439114051.1122.651.1122.645

.0045.0=????

?

??????-?=???????????-?=??? ????? ??--E E a X 78.039114044.1144.1155

.00

55

.0=?

-=?

-=??

?

?????

????--E E b X

MPa MPa E E E h a E x x b

t 12098.20239114039315.016.43

/178.0003

/1>=?

??=??

?

???=??

????

满足要求。

查规范可得：设计弯拉强度MPa f cm 0.5=，弯拉弹性模量MPa E c 10303

?=。 2.2.4设计荷载疲劳应力

t tc nE E =

27.198.202300002610

178.110

178.18

.03

8

.03

=???=?=??

? ????

? ??--t C E hE n

MPa E tc 78.25798.20227.1=?= 普通混凝土面层相对刚度半径为r

m E E h r tc c 68.078.2573000026.0537.0537.03

/13

/1=?

?==??

??????

????

考虑行车荷载重复作用疲劳损耗的荷载应力，标准轴载s P 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力p σ由下下式计算： ps c f r pr k k k σσ=