路面结构设计及计算.docx
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路面结构设计及计算
路面结构设计及计算
表交通量构成表
总重
载重
前轴重
后轴重
后轮
前轮
轴距
车型
（KN）
（KN）
（KN）
后轴数
轮组数
轮组数
（cm）
交通量
（KN）
黄河JN150
49
l
双
单
760
解放CA10B
40
1
双
单
1710
东风EQ140
1
双
单
760
太脱拉138
2×80
2
双
单
132
190
标准轴载
0
100
1
380
轴载剖析
路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载
a.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。
（1）轴载换算
4.35
轴载换算采纳以下的计算公式：
Pi
（）
NC1C2
NiP
式中：
N
—标准轴载当量轴次，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—被换算车辆的种类数
c1—轴载系数，c111.2（m1），m是轴数。
当轴间距
离大于3m时，按独自的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应试虑轴数系数。
c2：
轮组系数，单轮组为,双轮组为1，四轮组为。
轴载换算结果如表所示：
表
轴载换算结果表
车型
pi
c1
c2
ni
c1c2ni（pi）4..35
P
黄河JN150
前轴
49
1
760
后轴
1
1
760
解放CA10B
后轴
1
1
1710
东风EQ140
后轴
1
1
760
太脱拉138
前轴
1
190
后轴
80
1
190
标准轴载
380
c1c2ni（pi）4..35
P
注：
轴载小于25KN的轴载作用不计。
（2）累计当量轴数计算
依据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η取，γ=%，累计当量轴次：
（1）t
1365N1
Ne
（1
15
0.042）
13651848.3270.40
5484490.次
0.042
验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次
b.轴载换算
验算半刚性基基层底拉应力公式为
k
8
N'
c1
'c2
'ni（pi）
i1
P
式中：
c1'
为轴数系数，c1'
12（m1）
'
c2为轮组系数，单轮组为，双轮组为1，四轮组为。
表
车型
pi
c1'
c2'
ni
c1'c2'ni（pi）8
P
黄河
后轴
1
1
760
JN150
解放
后轴
1
1
1710
CA10B
东风
1
1
760
后轴
EQ140
太脱拉
1
190
前轴
138
后轴
80
1
190
标准轴载
380
c1'c2'ni（pi）8
P
注：
轴载小于50KN的轴载作用不计。
（1）t
1365N1'
Ne
（1
0.042%）15
1
365
1347.313
0.40
3397845次
0.042%
结构组合与资料选用
由上边的计算获得设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为700万次
左右，依据规范介绍结构，路面结构层采纳沥青混凝土（15cm）、基层采纳石灰
粉煤灰碎石（厚度待定）、底基层采纳石灰土（30cm）。
规范规定高速公路一级公路的面层由二至三层构成，查规范，采纳三层沥青
面层，表面层采纳细粒式密级配沥青混凝土（厚4cm），中间层采纳中粒式密级
配沥青混凝土（厚5cm），下边层采纳粗粒式密级配沥青混凝土（厚6cm）。
各层资料的抗压模量与劈裂强度
查有关资料的表格得各层资料抗压模量（20℃）与劈裂强度
表路面资料技术指标
20℃抗压模量
资料名称
（MPa）
15℃弯拉模量
15℃弯拉强度
（Mpa）
（Mpa）
Ep
细粒沥青混凝土
1400
2000
中粒沥青混凝土
1200
1600
粗粒沥青混凝土
900
1200
细粒式沥青
1500
1800
玛蹄脂碎石
中粒式沥青
1300
1700
1
玛蹄脂碎石
粗粒式沥青
1000
1300
玛蹄脂碎石
水泥稳固碎石
1600
1600
石灰粉煤灰碎石
1500
1500
二灰土
600
600
石灰土
550
550
表
沥青混淆料的压实最小厚度和适合厚度
沥青混淆料种类
最大粒径
公称最大
符号
压实最小
适合厚度
（mm）
粒（mm）
厚（mm）
（mm）
密集配沥
细粒式
AC-10
20
25-40
中粒式
19
16
AC-16
35
40-60
青混淆料
粗粒式
AC-25
70
70-120
沥青玛蹄
细粒式
SMA-10
25
25-50
脂碎石混
中粒式
19
16
SMA-16
40
40-70
合料
粗粒式
SMA-25
80
80-120
土基回弹模量确实定
该路段处于Ⅲ4区，为粉质土，稠度为，查有关表的土基回弹模量为。
设计指标确实定
关于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。
a.设计弯沉值（一级公路）:
该公路为一级公路，路面等级系数Ac=，面层是沥青混凝土路面As取，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层种类系数Ab=。
设计弯沉值为：
L
d
960N
0.2
AAA
e
cs
b
960
5484490
0.2
1.0
1.0
1.0
26.5（0.01
）
mm
b.各层资料的允许层底拉应力
R
sp
Ks
（1）细粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe
0.22
KS
Ac
0.09
1.0
5484490
0.22
1..0
2.734
SP
1.4
R
0.5MPa
KS
2.734
（2）中粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.0
54844900.22
2.734
1..0
SP
1
0.36MPa
R
KS
2.734
（3）粗粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.1
5484490
0.22
1.0
3.01
SP
0.8
0.26MPa
R
KS
3.01
（4）细粒式沥青玛蹄脂碎石
0.09AaNe
0.22
KS
Ac
0.09
1.0
5484490
0.22
1..0
2.734
SP
1.4
R
0.5MPa
KS
2.734
（5）中粒式沥青玛蹄脂碎石
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.0
5484490
0.22
1..0
2.734
SP
1
0.36MPa
R
KS
2.734
（6）粗粒式沥青玛蹄脂碎石
0.09AaNe0.22
KS
Ac
0.09
1.1
5484490
0.22
1.0
3.01
SP
0.8
0.26MPa
R
KS
3.01
（7）水泥碎石
KS
0.35Ne
0.11
0.3554844900.11
1.93
Ac
SP
R
R
0.5
0.27MPa
1.93
（9）石灰粉煤灰碎石
KS
0.45Ne0.11
0.11
2.48
Ac
0.455484490
SP
R
R
0.6
0.32MPa
2.48
（10）石灰土
KS
0.45Ne0.11
0.11
2.48
Ac
0.455484490
SP
R
R
0.25
2.48
0.1MPa
（11）二灰土
KS
0.45Ne0.11
0.11
2.48
Ac
0.455484490
SP
R
R
0.3
0.12MPa
2.48
设计资料总结
有关资料汇总以下表：
公路等级一级公路
公路等级系数1
面层种类系数1
基层种类系数1
路面设计弯沉值:
（0.01mm）
表方案A
资料名称
劈裂强度
允许拉应力
H（CM）
（MPA）
（MPA）
细粒式沥青混凝土
4
中粒式沥青混凝土
5
粗粒式沥青混凝土
6
石灰粉煤灰碎石
石灰土
30
土基
—
—
按设计弯沉值计算设计层厚度
:
LD=（0.01mm）
H（4）=15cm
LS=（0.01mm）
H（4）=20cm
LS=（0.01mm）
H（4）=19.1cm（
仅考虑弯沉）
按允许拉应力验算设计层厚度
:
H（4）=19.1cm（
第1
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=19.1cm（
第2
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=19.1cm（
第3
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=19.1cm（
第4
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=19.1cm（
第5
层底面拉应力验算知足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=19.1cm（
仅考虑弯沉）
H（4）=19.1cm（
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60cm
验算结果表示,路面总厚度知足防冻要求.
经过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的改正,最后获得路面结构设计结果以下:
---------------------------------------
细粒式沥青混凝土
4cm
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土
5cm
---------------------------------------
粗粒式沥青混凝土
6cm
---------------------------------------
20cm
石灰粉煤灰碎石
---------------------------------------
石灰土
30cm
---------------------------------------
土基
表完工查收弯沉值和层底拉应力计算
资料名称
20℃抗压模
15℃弯拉模量
15℃弯拉强度
量（MPa）
（Mpa）
计算信息
（Mpa）
细粒沥青混凝土
1400
2000
计算应力
中粒沥青混凝土
1200
1600
计算应力
粗粒沥青混凝土
900
1200
计算应力
石灰粉煤灰碎石
1500
1500
计算应力
石灰土
550
550
计算应力
土基
36
计算新建路面各结构层及土基顶面完工查收弯沉值:
第1层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）第2层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）第3层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）第4层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）第5层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）
土基顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）
LS=（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）=（MPa）第2层底面最大拉应力σ
（2）=（MPa）第3层底面最大拉应力σ（3）=（MPa）第4层底面最大拉应力σ（4）=（MPa）第5层底面最大拉应力σ（5）=（MPa）
方案B：
表
资料名称
H（CM）
劈裂强度
允许拉应力
（MPA）
（MPA）
细粒式沥青玛蹄脂碎石
3
中粒式沥青玛蹄脂碎石
4
粗粒式沥青玛蹄脂碎石
6
水泥稳固碎石
二灰土
30
土基
—
—
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=（0.01mm）
H（4）=
15cm
LS=（0.01mm）
H（4）=
20cm
LS=（0.01mm）
H（4）=
19cm（
仅考虑弯沉）
按允许拉应力验算设计层厚度:
H（4）=
19cm（
第1
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=
19cm（
第2
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=
19cm（
第3
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=
19cm（
第4
层底面拉应力验算知足要求）
H（4）=
19cm（
第5
层底面拉应力验算知足要求）
路面设计层厚度:
H（4）=
19cm（
仅考虑弯沉）
H（4）=
19cm（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60cm
验算结果表示,路面总厚度知足防冻要求.
经过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的改正,
最后获得路面结构设计结果以下:
---------------------------------------
细粒式沥青玛蹄脂碎石
3cm
---------------------------------------
中粒式沥青玛蹄脂碎石
4cm
---------------------------------------
6cm
粗粒式沥青玛蹄脂碎石
---------------------------------------
水泥稳固碎石
20cm
---------------------------------------
30cm
石灰粉煤灰土
---------------------------------------
土基
完工查收弯沉值和层底拉应力计算
计算新建路面各结构层及土基顶面完工查收弯沉值:
表
资料名称
20℃抗压模
15℃弯拉模量
15℃弯拉强度
计算信息
量（MPa）
（Mpa）
（Mpa）
细粒式沥青
1500
1800
计算应力
玛蹄脂碎石
中粒式沥青
1300
1700
1
计算应力
玛蹄脂碎石
粗粒式沥青
1000
1300
计算应力
玛蹄脂碎石
水泥稳固碎石
1600
1600
计算应力
二灰土
600
600
第1层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）第2层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）
第3层路面顶面完工查收弯沉值LS=31（0.01mm）
第4层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）第5层路面顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）
土基顶面完工查收弯沉值LS=（0.01mm）
LS=（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）=（MPa）第2层底面最大拉应力σ
（2）=（MPa）第3层底面最大拉应力σ（3）=（MPa）第4层底面最大拉应力σ（4）=（MPa）第5层底面最大拉应力σ（5）=（MPa）
方案比选
经剖析，A方案路面结构造价低于B方案。
同时考虑长久使用效能及本公路的交通情况，故采纳A方案。
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