沥青路面的设计指标计算

新建路面结构设计指标与要求
一、沥青路面结构设计指标
沥青路面结构设计应满足结构整体刚度、沥青层或半刚性基层抗疲劳开裂和沥青层抗变形的要求。

应根据道路等级选择路表弯沉值、沥青层层底拉应变、半刚性材料基层层底拉应力和沥青层剪应力作为沥青路面结构设计指标，并应符合下列规定：
1 快速路、主干路和次干路采用路表弯沉值、沥青层层底拉应变、半刚性材料基层层底拉应力、沥青层剪应力为设计指标。

2 支路可仅采用路表弯沉值为设计指标。

3 可靠度系数可根据当地相关研究成果选择；
当无资料时可按下表取用
可靠度系数
二、沥青路面结构设计的各项设计指标应符合下列规定：
1 轮隙中心处路表计算的弯沉值应小于或等于道路表面的设计弯沉值，应满足下式要求：
γa l s≤l d
式中：γa——沥青路面可靠度系数；
l s ——轮隙中心处路表计算的弯沉值（0.01mm）；
l d——路表的设计弯沉值（0.01mm）；
2 柔性基层沥青层层底计算的最大拉应变应小于或等于材料的容许拉应变，应满
足下式要求：
γaεt≤[εR ]
式中：εt——沥青层层底计算的最大拉应变；
[εR ] ——沥青层材料的容许拉应变。

3 半刚性材料基层层底计算的最大拉应力应小于或等于材料的容许抗拉强度，应满足下式要求：
γa σm ≤[σR ]
式中： σm ——半刚性材料基层层底计算的最大拉应力（MPa ）；
[σR ]——路面结构层半刚性材料的容许抗拉强度（MPa ）。

4 沥青面层计算的最大剪应力应小于或等于材料的容许抗剪强度，应满足下式要求：
γa τm ≤[τR ]
式中： τm ——沥青面层计算的最大剪应力（MPa ）；
[τR ]——沥青面层的容许抗剪强度（MPa ）。

三、 沥青路面表面设计弯沉值应根据道路等级、设计基准期内累计当量轴次、面层和基层类型按下式计算确定：
l d =600 N e -0.2A c A s A b
式中 ： A c ——道路等级系数，快速路、主干路为1.0，次干路为1.1，支路为1.2；
A s ——面层类型系数，沥青混合料为1.0，热拌和温拌或冷拌沥青碎石、
沥青表面处治为1.1；
A b ——基层类型系数，无机结合料类（半刚性）基层1.0，沥青类基层
和粒料基层1.6。

四、 沥青路面材料的容许拉应变[εR ]应按下列公式计算确定：
[εR ] =0.15 E
m
-1/3
10M / 4N e e -1 / 4
）（69.0V V 84.4M a
b b
-+=V
式中： M ——沥青混合料空隙率与有效沥青含量的函数；
E m ——沥青混合料20℃动态回弹模量（MPa ）；
V b ——有效沥青含量（%）； V a ——空隙率（%）。

五、 半刚性材料基层材料的容许抗拉强度应按下式计算：
Ks
][s
R σε=
式中： σs ——对于水泥稳定类材料系指90d 龄期的劈裂强度；对二灰稳定类和
石灰稳定类材料系指180d 龄期的劈裂强度；对于水泥粉煤灰稳定材料系指龄期120d 龄期的劈裂强度（MPa ）；
K s ——抗拉强度结构系数，应依据结构层的混合料类型按下列要求进行
计算：
1）无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数应按下式计算：
K
sr =0.35 N e e 0.11 A c
2） 无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数应按下式计算：
K
st =0.45 N e e 0.11 A c
六、沥青混合料结构层容许抗剪强度应按下式计算：
r
s
R K ][ττ=
式中： s τ——沥青混合料结构层60°C 抗剪强度（MPa ）；
K r ——抗剪强度结构系数，对一般行驶路段K r=1.2 A c ；对交叉口和公交车
停车站缓慢制动路段K r =0.39 N p 0.15 /A c ；
N p ——公交车停车站或交叉口设计基准期内同一位置停车的累计当量轴
次。

七、 路面质量验收时，应对沥青路面弯沉进行检测和验收，并应符合下列规定：
1 应在不利季节采用BZZ-100 标准轴载实测轮隙中心处路表弯沉值，实测弯沉代表值应按下式计算：
21a 00Z l l K K S ）（+=-
式中：0l ——路段内实测路表弯沉代表值（0.01mm ）；
-
0l ——路段内实测路表弯沉平均值（0.01mm ）；
S ——路段内实测路表弯沉标准差（0.01mm ）；
Z a ——与保证率有关的系数，快速路、主干路Z a =1.645，其它道路沥青路
面Z a =1.5；
K 1——季节影响系数，可根据当地经验确定； K 3——温度修正系数，可根据当地经验确定。

2 应按最后确定的路面结构厚度与材料模量，计算道路表面弯沉检测标准值
l a ，实测弯沉代表值应满足下式要求：
a
l l 0≤
式中：l a ——路表面弯沉检测标准值（0.01mm ），按最后确定的路面结构厚度与
材料模量计算的路表面弯沉值。

3 检测代表弯沉值应用标准轴载BZZ-100 的汽车实测路表弯沉值，若为非标准轴载应进行换算。

对半刚性基层结构宜采用5.4m 的弯沉仪；对柔性结构可采用3.6m 的弯沉仪测定。

检测时，当沥青厚度小于或等于50mm 时，可不进行温度修正；其他情况下均应进行温度修正。

若在非不利季节测定，应考虑季节修正。

4 测定弯沉时应以1km~3km 为一评定路段。

检测频率视道路等级每车道每 10m~50m 测一点，快速路、主干路每公里检测不少于80 个点，次干路及次干路以下等级道路每公里检测不少于40 个点。

沥青混凝土路面的结构设计
一、标准轴载换算
标准轴载计算参数（BZZ-100）
()KN P 标准轴载()
MPa P 轮胎接地压强100
7
.0()
cm d 单轮压面当量直径()
cm 两轮中心距30
.21d
5.1 根据公式（12-30）
∑==k
i i i p p n c c 1
35
.421)
(N
i n ——各级轴载作用次数；p ——标准轴载； i p ——被换算车型的各级轴载；
1c ——轴数系数，）（1m 2.111-+=c m 为轴数；2c ——轮组系数，双轮组取为1；
将各种不同重量的汽车荷载换算成标准轴载。

根据公式（12-31）()111365
N t e N γηγ
⎡⎤+-⨯⎣
⎦=（η——车道系数，取值0.45）推算设计年限期末一个车道上的累计当量轴次N e ，。

得：N e=
()15
10.041365
865.430.45
0.04
⎡⎤
+-⨯
⎣⎦⨯⨯=2846290=285（万次）
二、路面结构方案
方案一：
cm
细粒式沥青混凝土4
cm
中粒式沥青混凝土6
cm
粗粒式沥青混凝土8
25cm
水泥稳定碎石
水泥石灰沙砾土层？
土基
方案二：
cm
细粒式沥青混凝土4
cm
中粒式沥青混凝土8
cm
粗粒式沥青混凝土15
cm
密集配碎石？
水泥稳定沙砾18cm
土基
路面材料设计参数如下：
三、确定路面设计弯沉值。

查表得：c A ——公路等级系数，取1.0
s A ——路面类型系数，取1.0 b A ——路面结构类型系数，取1.0
()
0.2
0.246006002851011130.7(0.01)
d e c s b l N A A A mm --⇒==⨯⨯⨯⨯⨯=
四、计算待求层厚度。

1、求理论弯沉系数 由公式（12-15）
12s l p l F E δα=
其中， 0.36
0.38
01.632000s l E F p δ⎛⎫
⎛⎫
= ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭
对于BZZ-100: 0.7p MPa =，21.3
10.652
cm δ=
= 0.03d s l l cm == 0.38
0.36
20.710.6530.7210.03 1.631200200010.650.7l α⨯⨯⎛⎫
⎛⎫
⇒=⨯ ⎪
⎪⨯⎝⎭⎝⎭
4.78l α⇒=
2、计算基层与垫层的厚度。

将该多层体系换算为当量三层体系如图：
cm
3细粒式沥青混凝土cm
5中粒式沥青混凝土cm 7粗粒式沥青混凝土2h 粉煤灰三渣3
h 天然沙砾土基
MPa
E 0.270=MPa
E 1603=MPa
E 6002=⇒
MPa 1200E y 1=cm h 311=MPa
800E y 2=H
MPa
27E 0=计算H ：
282.065.10311
==
δ
h ；667.01200
800
12==y y E E ；0338.0800
27
2==y o E E 查课本图12-10得2.8=a ；35.11=K
221 4.78
0.438.2 1.35
l K K K αα=
⇒==⨯ 查课本图12-10得
6.10 6.1010.6564.97()H
H cm δ
=⇒=⨯=
由：121323 H h h h h =+
23 H 57 64.97h h ⇒=+= 230.8080.46653.591h h ⇒+=
取垫层厚度3h 为50cm ，得2h 为37.5cm ，取38cm 。

五、验算整体性材料层底部的最大弯拉应力。

1、确定容许拉应力R σ 根据公式（12-34）
S s
R K σσ=
s σ——沥青混凝土或半刚性基层的劈裂强度；
S K ——抗拉强度的结构系数；
对沥青混凝土层的抗拉强度系数， c e
A /N 09.0K 22
.0 S =
细粒式60.22S s R1S 0.09(2.8510)1K 2.3681.01.20.507()K 2.368MPa σσ⎧⎫⨯⨯==⎪⎪⎪⎪
⇒⎨⎬⎪⎪
===⎪⎪⎩⎭
中粒式60.22S s R2S 0.09(2.8510)1K 2.3681.00.80.338()K 2.368MPa σσ⎧⎫⨯⨯==⎪⎪⎪⎪
⇒⎨⎬⎪⎪===⎪⎪⎩⎭
粗粒式60.22S s R3S 0.09(2.8510) 1.1K 2.6051.00.60.230()
K 2.605MPa σσ⎧⎫⨯⨯==⎪⎪⎪⎪
⇒⎨⎬⎪⎪===⎪⎪⎩⎭
对于无机结合料稳定集料类的抗拉强度系数， c e A /N 35.0K 11
.0 S =
795.10.1/)1085.2(35.0K 0116 S =⨯=⇒ 粉煤灰三渣层的容许拉应力 )(223.0795
.14
.0K
S s
R4MPa ==
=
σσ （由课本，均采用15℃时的抗压回弹模量计算） 2、确定细粒式沥青混凝土层底部的弯拉应力。

将多层结构换算为当量三层体系：
cm
3细粒式沥青混凝土cm
5中粒式沥青混凝土cm 7粗粒式沥青混凝土2h 粉煤灰三渣3
h 天然沙砾土基
MPa
E 0.270=MPa
E 1603=MPa
E 6002=⇒
MPa 1800E y 1=cm
h 311=MPa
1600E y 2=H
MPa
27E 0
=121323 H H 57
38
5026.7cm
h h h h =+⇒=+=
11
h 30.2810.65δ
=
=，211600
0.891800
y y E E ==，2270.0171600o y E E == 查图12-18得，0σ'≤，表明该层层底承受弯曲拉应力，自然满足要求。

3、确定中粒式沥青混凝土底部的弯拉应力。

将多层结构换算为当量三层体系：
cm
3细粒式沥青混凝土cm
5中粒式沥青混凝土cm 7粗粒式沥青混凝土2
h 粉煤灰三渣3
h 天然沙砾土基
MPa
E 0.270=MPa
E 1603=MPa E 6002=⇒
MPa
1600E y 1=1
H MPa
1200E y 2=2
H MPa
27E 0
=112 H h h =+
1 H 538.09cm ⇒=+=
213232 H H 7385029.92cm
h h h =+=+=1
H 8.090.7610.65δ==，2H 29.92 2.8110.65δ==，2112000.751600y y E E ==，227
0.02251200o y E E == 查图12-18得，0σ'≤，表明该层层底承受弯曲拉应力，自然满足要求。

4、确定粗粒式沥青混凝土底部的弯拉应力。

将多层结构换算为当量三层体系：
cm
3细粒式沥青混凝土cm
5中粒式沥青混凝土cm 7粗粒式沥青混凝土2h 粉煤灰三渣3
h 天然沙砾土基
MPa
E 0.270=MPa
E 1603=MPa
E 6002=⇒
MPa
1200E y 1=1
H MPa
600E y 2=2
H MPa
27E 0
=1131 H H 75315.7cm
h h h =+=+
2232H H 385049.5cm h h =+⇒=+=
1
H 15.7 1.4710.65δ
=
= ，2H 49.5 4.6510.65δ== ，21600
0.51200
y y E E == ，2270.045600o y E E == 查图12-18得，0.15σ'=、 1 1.15m = 、20.55m =
m312R30.7m m 0.70.15 1.150.550.066a []0.230()MP MPa σσσ'⇒==⨯⨯⨯=<=
5、确定粉煤灰三渣底部的弯拉应力。

将多层结构换算为当量三层体系：
cm
3细粒式沥青混凝土cm
5中粒式沥青混凝土cm
7粗粒式沥青混凝土2h 粉煤灰三渣3
h 天然沙砾土基MPa
E 0.270=MPa E 1603=MPa E 6002=⇒MPa 600E y 1=1H MPa 160E y 2=2H MPa 27E 0
=121232 H H 38+ 75356.7cm H H 50h h h h h cm
=+⇒===⇒= 1
H 56.7 5.3210.65δ==， 2H 50 4.7010.65δ== ，211600.27600y y E E == ，2270.169160o y E E == 查图12-19得，120.2 1.060.88m m σ'===
m412R40.7m m 0.70.1 1.00.40.028a []0.223()MP MPa σσσ'⇒==⨯⨯⨯=<= 综上，该沥青路面以及基层都符合弯拉应力的要求。

六、路面表面剪应力验算。

将多层结构换算为当量三层体系：
cm
3细粒式沥青混凝土cm
5中粒式沥青混凝土cm
7粗粒式沥青混凝土2h 粉煤灰三渣3
h 天然沙砾土基MPa
E 0.270=MPa E 1603=MPa
E 6002=⇒MPa v 750E 1=cm 3MPa v 600E 2=H MPa 27E 0
=121323 H H 5+ 7385078.3cm h h h h =+⇒=⨯
⨯⨯ 30.2810.65h δ==，H 78.37.3510.65δ==，216000.8750v v E E ==，2270.045600
o v E E ==
查图12-21、12-22得：
(0.3) 1.126σ'=，1 1.032ρ=，20.980ρ= (0.3)0.417m
τ'=，1 1.06γ=，20.94γ= 12(0.3)(0.3)0.70.417 1.060.940.29m m
p MPa ττγγ'⇒==⨯⨯⨯= 112(0.3)(0.3)0.7 1.126 1.0320.980.80p MPa σσρρ'⇒==⨯⨯⨯=
1、停车场、交叉口等缓慢制动处（0.2f =时）： 最大剪应力、最大压应力：
(0.2)(0.3) 1.3(0.3)0.29 1.3(0.20.3)0.70.199m m f p MPa ττ⇒=+-=+⨯-⨯= 11(0.2)(0.3)0.46(0.3)0.800.46(0.20.3)0.70.768f p MPa σσ⇒=+-=+⨯-⨯= 破坏面上可能发生的剪应力a τ：
0(0.2)(0.2)cos 0.199cos340.165a m MPa ττϕ⇒==⨯= 路标轮缘处（D 点）容许剪应力R τ： 021(0.2)(0.2)(0.2)(1sin )0.7680.199(1sin34)0.458m MPa σστϕ⇒=-+=-⨯+= 又0tan 0.30.458tan340.61c MPa τσϕ=+=+= 0.1560.15(0.2)0.33
0.33(2.8510) 3.081
v e K N α=⨯=⨯⨯= (0.2)0.610.199(0.2)0.1653.07
R a v MPa MPa K τ
ττ⇒===≥= 故满足要求！ 2、紧急制动时（0.5f =）：
最大剪应力、最大压应力：
11(0.5)(0.3) 1.3(0.3)0.29 1.3(0.50.3)0.70.472(0.5)(0.3)0.46(0.3)0.800.46(0.50.3)0.70.864m m f p MPa f p MPa ττσσ⇒=+-=+⨯-⨯=⇒=+-=+⨯-⨯= 破坏面上可能发生的剪应力a τ： 0(0.5)(0.5)cos 0.472cos340.391a m MPa ττϕ⇒==⨯= 路标轮缘处（D 点）容许剪应力R τ：
0210(0.5)(0.5)
(0.5)(0.5)(0.5)(1sin )0.8640.472(1sin 34)0.128tan 0.60.128tan 340.6861.2 1.20.6860.572(0.5)0.3911.2m v R a v MPa c MPa K MPa MPa K σστϕτσϕατττ⇒=-+=-⨯+==+=+==
=⇒===≥= 故路面结构能满足紧急制动的要求！。