路面结构设计计算

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

标准轴载BZZ-100 标准轴载BZZ-100

标准轴载P（kN）100 单轮传压面当量圆直径d(cm) 21.30

轮胎接地压力p（MPa）0.70 两轮中心距（cm) 1.5d

表7-2 起始年交通量表

车型小汽车解放CA15 东风EQ140 黄河JN162

数量

（辆/d）1500 800 600 200

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：

（7-1）

式中：N1—标准轴载的当量轴次，次/日；

ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；

P—标准轴载，kN；

Pi—被换算车辆的各级轴载，kN；

k—被换算车辆类型；

C1—轴数系数，C1=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；

C2—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）

车型Pi

(KN) Ci C2 ni

解放CA15 前轴20.97 1 1 800 —

后轴70.38 1 1 800 173.58

东风EQ140 前轴23.70 1 1 600 —

后轴69.20 1 1 600 120.95

黄河JN162 后轴59.50 1 1 200 20.90

后轴115.00 1 1 200 367.34

682.77

注：轴载小于25kN的轴载作用不计。

②累计当量轴次为：

（7-2）

式中：Ne—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；

—年预测平均增长率，二级路取6%；

N1—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：

N1'=∑C1'*C2'*ni(pi/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）

车型Pi（kN）C1' C2' ni(次/日) C1'*C2'*ni(pi/p)8

(次/日)

解放CA15 后轴70.38 1 1 800 48.16

东风EQ140 后轴69.20 1 1 600 31.55

黄河JN162 前轴59.50 1 18.5 200 3.14

后轴115.50 1 1 200 611.80

N1'=∑C1'*C2'*ni(pi/p)8 694.65

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Ne'为：

（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E1=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E1=1800 Mpa。水泥稳定碎石E2=1300 Mpa；石灰稳定土E3=600 Mpa。各层材料劈裂强度：中粒式沥青混凝土=1.2 Mpa；水泥稳定碎石=0.5 Mpa；石灰稳定土=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E0=23.0Mpa。

（5）设计指标的确定

①设计弯沉值

（7-5）

式中：—路面设计弯沉值（0.01mm）；

Ac—公路等级系数，二级公路为1.1；

As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；

Ab—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，Ab =1.0；

所以：=6002522505-0.21.11.01.0=34.61（0.01mm）

②各层材料容许层底拉应力

（7-6）

式中：—路面结构层材料的容许拉应力，MPa；