沥青路面设计

该路段道路路线位于微丘区，公路自然区划为Ⅱ1区。地震烈度为六级，设计标高243.50m，地下水位1.5m。平均稠度1.08，季节性冰冻地区，冻结深度为1.2m，所经地区多为粉性土。路基中湿，E=35MPa。设计为双向六车道的一级公路，设计使用年限为15年。

表.1预测交通量及交通组成

车型 小客车 风潮HDF650 三菱 PV413 黄河 JN162A 江淮 HFF3150C07 雷诺 JN75 山西 SX341 东风YCY-900 尤尼克 2766 交通量年平均增长率（%） 前轴重 — 13.50 49.70 62.28 49.20 30.50 23.70 25.00 67.00 后轴重 — 27.00 101.00 116.22 96.30 58.50 68.70 78.20 102.50 后轴数 — 1 2 1 1 1 1 2 4 后轴轮组数 — 2 2 2 2 2 2 2 2 后轴距 — 0 2 0 0 0 0 4 2 交通量（辆/昼夜） 3147 647 767 1547 857 797 847 847 127 — 9.9 2.轴载分析

2.1以设计弯沉值为设计指标及验算沥青层底层拉应力中的累计当量轴次

（1）轴载换算

当以弯沉值和沥青底层拉应力为设计指标时，凡前后轴轴载大于25KN的各级轴载Pi的作用次数ni均换算成标准轴载P的当量作用次数N。

piNC1.C2nipi1K4.35

式中：N——标准轴载的当量轴次（次/昼夜）；

ni——各种被换算的车辆作用次数（次/昼夜）； P——标准轴载（KN）； Pi——各种被换算车型的轴载（KN）； C1——轴数系数； C2——轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。 当后轴间距大于3m时，按单独的轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：

C1=1+1.2（m-1）

式中：m——轴数。 计算结果如表.2所示。

车型 小客车 风潮 HDF650 三菱 PV413 黄河 JN162A 江淮 HFF3150C07 ─ 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi（KN） ─ 13.50 27.00 49.70 101.00 62.28 116.22 49.20 96.30 C1 ─ 1 1 1 2.2 1 1 1 1 C2 ─ 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 ni (次/日) 3147 647 647 767 767 1547 1547 857 857 4.35 Ni=C1C2n（iPi/P）─ ─ 2.32 274.3 1858.53 1296.34 3055.59 263.02 763.02 表.2轴载换算结果

雷诺 JN75 山西 SX341 东风 YCY-900 尤尼克 2766 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 30.50 58.50 23.70 68.70 25.00 78.20 67.00 102.50 1 1 1 1 1 2 1 4.6 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 797 882 882 932 932 932 212 212 30.66 81.45 ─ 173.64 13.68 610.07 189.45 865.55 N=N ik9477.62 （2）设计年限累计当量标准轴载数

设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数Ne按下面公式计算：

Ne1r1365Nη tr1式中：Ne——设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）；

t——设计年限（年）；

N1——路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/昼夜）； r——设计年限内交通量平均增长率；

η——与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。

根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，六车道的车道系数为0.30-0.40,取0.35。

t

累计当量轴次：Ne1r1365Nηr1(10.099)=

13659477.620.35=38165382.35（次）

0.099152.2验算半刚性基层底层拉应力中的累计当量轴次

（1）轴载换算

验算半刚性基层底层拉应力的轴载换算公式为：

pi' N=C1'C2nip

i1k8 式中：C1-轴数系数；

C2-轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。

''轴载小于50KN的忽略不计。

当后轴间距大于3m时，按单独的轴计算，此时轴数系数为1；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：

C1'12(m1)

式中：m——轴数。计算结果如表.3所示。

（2）设计年限累计当量标准轴载数

参数取值同上，设计年限为15年，车道系数取0.35。 累计当量轴次：

Ne1r1365Nηtr110.099136511076.870.35=44605395.48（次） =

150.099

换算方法 BZZ—100累计标准轴次(次/车道) 由此可得，为特重交通等级。 沥青层的底层压力计算时 半刚性层的底层压力计算时 3.8107 4.5107 3.结构组合和材料选取

车型 小客车 风潮 HDF650 三菱 PV413 黄河 JN162A 江淮 HFF3150C07 雷诺 JN75 山西 SX341 东风 YCY-900 尤尼克 2766 ─ 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi（KN） ─ 13.50 27.00 49.70 101.00 62.28 116.22 49.20 96.30 30.50 58.50 23.70 68.70 25.00 78.20 67.00 102.50 k C1' C2ni (次/日) 3232 732 732 852 852 1632 1632 942 942 882 882 932 932 932 932 212 212 pi''CCn12ipi1k8 ─ 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 7 ─ 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 ─ ─ ─ ─ 2628.09 665.4 5288.97 ─ 664.92 ─ 11.51 ─ ─ 248.65 126.96 1441.37 NNi' 'i111076.87 根据《公路交通沥青路面设计规范》，并考虑交通状况，结构层最小施工厚度，施工设备，水文条件，地区材料种类以及经济性，初拟各结构层厚度及材料参数如下：

方案一：

层次 层数 材料名 细粒式沥青混凝土（AC-13） 中粒式沥青混凝土(AC-16) 粗粒式沥青混凝土(AC-25) 沥青稳定碎石(ATB-40) 水泥稳定碎石 煤渣，矿渣稳定粒料 20℃时抗压厚度（cm） 回弹模量Ei（MPa） 4 1400 15℃时抗压回弹模量(MPa) 2000 劈裂强度（MPa） 1 1.4 面层 2 5 1200 1800 1.0 3 8 1200 1200 0.8 4 基层 5 垫层 6 待定 1200 1400 0.8 20 10 1300 1300 0.5 沥青稳定碎石层为设计层

方案二：

层次 层数 材料名 开级配沥青磨耗层（OGFC-13） 中粒式沥青混凝土(AC-16) 粗粒式沥青混凝土(AC-25) 沥青稳定碎石(ATB-40) 水泥稳定碎石 煤渣，矿渣稳20℃时抗压厚度（cm） 回弹模量Ei（MPa） 4 900 15℃时抗压回弹模量(MPa) 1200 劈裂强度（MPa） 1 1.0 面层 2 5 1200 1800 1.0 3 8 1200 1200 0.8 4 基层 5 垫层 6 10 待定 10 1200 1300 1400 1300 0.8 0.5 定粒料 水泥稳定碎石层为设计层

方案三： 层次 层数 材料名 沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13） 中粒式沥青混凝土(AC-16) 粗粒式沥青混凝土(AC-25) 沥青稳定碎石(ATB-40) 水泥稳定碎石 煤渣，矿渣稳定粒料 20℃时抗压厚度（cm） 回弹模量Ei（MPa） 4 1300 15℃时抗压回弹模量(MPa) 1800 劈裂强度（MPa） 1 1.6 面层 2 5 1200 1800 1.0 3 8 1200 1200 0.8 4 基层 5 垫层 6 待定 20 10 1200 1300 1400 1300 0.8 0.5 沥青稳定碎石层为设计层

3.1计算设计弯沉值和结构强度系数

（1）设计弯沉值

0.2路面设计弯沉值根据公式：ld600NeAcAsAB计算。

式中：ld——设计弯沉值；

Ne——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数

AC--公路等级系数，高速公路，一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级公路为1.2；

AS--面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石，冷拌沥青碎石、上

拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；

AB——路面基层类型结构系数，刚性基层，半刚性基层，沥青路面为1.0，柔性

基层沥青路面为1.6。若基层由半刚性材料层与柔性材料层组合而成，则介于两者之间通过线性内插决定。

设计公路为一级公路，公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0；基层为柔性基层与半刚性基层组合而成，基层类型系数取1.37。

即弯沉设计值为：

.350.21.01.01.37=25.03(0.01mm) ld600Ne0.2AcAsAB=60038165382（2）各层材料容许底层拉应力计算

材料容许拉应力，按下列公式计算：RSPKS

式中：SP——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa）； 力；

KS——抗拉强度结构系数。根据材料的不同，按以下公式计算值。

R——路面结构材料的容许压应力，即材料能承受设计年限加载的疲劳弯拉应

KS0.09Ne0.22/Ac （沥青混凝土面层）

KS0.35NeKS0.45NeKS0.25Ne0.11/Ac （无机结合料稳定集料） /Ac （无机结合料稳定细粒土） /Ac （贫混凝土）

0.110.05 即各设计结构层容许弯拉应力如表.4所示：

表.4结构层容许弯拉应力

方案一： 材料名称 细粒式沥青混凝土(AC-13) 中粒式沥青混凝土(AC-16) 粗粒式沥青混凝土(AC-25) 沥青稳定碎石(ATB-40) 水泥稳定碎石 矿渣、煤渣稳定粒料

方案二：

sp（MPa） 1.4 1.0 0.8 0.8 0.5 ks 4.19 4.19 4.19 3.07 3.07 R 0.33 0.24 0.19 0.26 0.16 材料名称 开级配沥青磨耗层（OGFC-13） 中粒式沥青混凝土(AC-16) 粗粒式沥青混凝土(AC-25) 沥青稳定碎石（ATB-40） 水泥稳定碎石 矿渣、煤渣稳定粒料

方案三：

材料名称 沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13） 中粒式沥青混凝土(AC-16) 粗粒式沥青混凝土(AC-25) 沥青稳定碎石（ATB-40） 水泥稳定碎石 矿渣、煤渣稳定粒料 sp（MPa） 1.0 1.0 0.8 0.8 0.5 ks 4.19 4.19 4.19 3.07 3.07 R 0.24 0.24 0.19 0.26 0.16 sp（MPa） 1.6 1.0 0.8 0.8 0.5 ks 4.19 4.19 4.19 3.07 3.07 R 0.38 0.24 0.19 0.26 0.16

（3）土基回弹模量的确定

该路段位于微丘区，处于公路自然区划Ⅱ1区，多为粉性土，平均稠度1.08，查表得土基回弹模量E0为35MPa.

3.2确定设计层厚度

（1）计算理论弯沉系数 ls10002paCF E10.38l 式中：F——弯沉综合修正系数，；F1.63s2000

E0——路基回弹模量；

E1——第一层结构层材料回弹模量；

E0P0.36

p、——标准车轴载轮胎接地压力（MPa）和当量圆半径（cm）；

ac——理论弯沉系数；

ls——路边弯沉（0.01mm），理论上等于。

表.5标准轴载计算参数 标准轴载名称 标准轴载P（KN） 轮胎接地压强（MPa） BZZ-100 100 0.7 标准轴载名称 单轮当量圆直径d（cm） 两轮中心距（cm） BZZ-100 21.30 1.5d 代入数值得： （方案一）：

lF1.63s2000ac0.38E0P0.3625.03=1.63200010.650.38350.70.36=0.52

25.031400=4.52

100020.710.650.52

（方案二）：

lF1.63s2000ac0.38E0P0.3625.03=1.63200010.650.38350.70.36=0.52

25.03900=2.91

100020.710.650.52（方案三）：

lF1.63s2000ac0.38E0P0.3625.03=1.63200010.650.38350.70.36=0.52

25.031600=5.16

100020.710.650.52 （2）确定设计层厚度 （方案一）：

采用三层体系表面弯沉系数，有莫诺图计算设计层厚度。

h=4/10.65=0.376；E2=1200/1400=0.857； E1由三层体系理论弯沉系数诺莫图查得：a=6.22。

h=4/10.65=0.376；E0=35/1200=0.029 E2

由三层体系弯沉系数莫诺图查得K1=1.38。

ack1k2a;即：k2由K2、

ac4.520.53 k1a1.386.22E0

E2

、h 值查表得H=4.14;即：H=4.1410.6544.09(cm)

Hh2hk2.43n1120012001300Ek=582.4=44.09(cm) h42.4202.4120012001200E2 即：h4=10.48(cm)。故沥青稳定碎石基层厚度为11cm，满足最小厚度要求。 （方案二）:

采用三层体系表面弯沉系数，有莫诺图计算设计层厚度。

h=4/10.65=0.376；E2=1200/900=1.33； E1由三层体系理论弯沉系数诺莫图查得：a=5.0。

h=4/10.65=0.376；E0=35/1200=0.029 E2

由三层体系弯沉系数莫诺图查得K1=1.38。

ack1k2a;即：k2由K2、

ac2.910.42 k1a1.385E0

E2

、h 值查表得H5.41即：H5.4110.6557.62(cm)

Hh2hk2.43n1120012001300Ek=57.62(cm) 582.4102.4h42.4120012001200E2 即：h4=32.8cm。故取水泥稳定碎石基层厚度为33cm，满足最小厚度要求。 （方案三）:

采用三层体系表面弯沉系数，有莫诺图计算设计层厚度。

h=4/10.65=0.376；E2=1200/1300=0.92； E1由三层体系理论弯沉系数诺莫图查得：a=4.86

h=4/10.65=0.376；E0=35/1200=0.029 E2

由三层体系弯沉系数莫诺图查得K1=1.38。

ack1k2a，即：k2由K2、

ac5.160.77k1a1.384.86

E0

E2

、h 值查表得H5.12即：H5.1210.6554.52(cm)

Hh2hk2.43n1120012001300Ekh42.4202.4=582.4=54.52(cm) 120012001200E2即：h4=17.52(cm)。故沥青稳定碎石基层厚度为18cm，满足最小厚度要求。

4.各层层底拉应力验算

结构底层拉应力m按公式mpm1m2，mpn1n2计算。（注意：计算弯拉时水泥碎石抗压模量为3000MPa） (方案一）:

4.1.1细粒式沥青混凝土层层底拉应力

hhkk11Ek'2000==4(cm) 4E1'2000'EK18001200140030000.90.90.90.9=58112053.70cm 'E21800180018001800Hhk0.9K2n1

h410.650.376 H53.710.655.04

E218000.9 E12000E0350.019

E21800查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.35MPa满足要求。

4.1.2中粒式沥青混凝土层层底拉应力

hhkk2n11Ek'2000180045==9.22(cm) 'E218001800'EK1200140030000.90.90.98112076.42cm ='E3120012001200Hhk0.9K3h9.220.866 H76.427.18 10.6510.65E212000.67 E11800E0350.029

E21200查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.25MPa满足要求。

4.1.3粗粒式沥青混凝土层底层拉应力

hhkk1n13Ek'200018001200458==19.29 E3'120012001200'EK140030000.90.9112057.65 ='E414001400Hhk0.9K4h19.291.81 H57.655.41 10.6510.65E214001.17 E11200E0350.025

E21400查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.20MPa满足要求。

4.1.4沥青稳定碎石层层底拉应力

hhkk14Ek'2000180012001400==28.86(cm) 45811'E41400140014001400'EK30000.9=2020cm E5'3000Hhk0.9K5n1h28.862.71 H201.88 10.6510.65E230002.5 E11200E0E2350.012

3000查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.34MPa满足要求。

4.1.5水泥稳定碎石层底拉应力

计算公式同上,h=28.86(cm) H=20(CM)

h28.862.71 H201.88 10.6510.65E230002.5 E11200E0E2350.012

3000,n20.3，故查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0.58,n11.31m0.581.310.30.70.16R0.21MPa满足要求。

（方案二）：

4.2.1开级配沥青磨耗层层底拉应力

hhkk1n11

Ek'12004==4(cm) E1'1200'EK18001200140030000.90.90.90.958113377.86(cm) ='E21800180018001800Hhk0.9K2

h410.650.376 H77.867.31 10.65E218001.5 E11200E0350.019

E21800查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.25MPa满足要求。

4.2.2中粒式沥青混凝土层层底拉应力

hhkk12Ek'1200180045==5.08(cm) 'E218001800Hhk0.9K3n1'EK1200140030000.90.90.9=8103398.68(cm) E3'120012001200h5.080.48 H98.689.26 10.6510.65E212000.67 E11800E0E2350.029

1200查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.25MPa满足要求。

4.2.3粗粒式沥青混凝土层底层拉应力

hhkk1n13Ek'120018001200==18.13(cm) 458E3'120012001200'EK140030000.90.9=103384.71cm 'E414001400Hhk0.9K4h18.131.70 H84.717.95 10.6510.65E214001.17 E11200E0E2350.025

1400查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.20MPa满足要求。

4.2.4沥青稳定碎石层层底拉应力

hhkk1n14Ek'200018001200140045810==26.78(cm) 'E41400140014001400'EK30000.93333(cm) =E5'3000Hhk0.9K5h26.782.51 H333.10 10.6510.65E230002.5 E11200E0E2350.012

3000查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.34MPa满足要求。

4.2.5水泥稳定碎石层底拉应力

计算公式同上,,h=26.78(cm) H=33(CM)

h26.782.51 H333.10 10.6510.65E230002.5 E11200E0E2350.012

3000查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0.37,n11.33,n20.38，故

m0.371.330.380.70.13R0.21MPa满足要求。

（方案三）：

4.3.1沥青玛蹄脂碎石层底拉应力

hhkk1n11Ek'1800==4(cm) 4'E11800'EK18001200140030000.90.90.90.9=58172058.18(cm) 'E21800180018001800Hhk0.9K2

h410.650.376 H1.0

58.185.46 10.65E0E23518000.019

E2E118001800查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.25MPa满足要求。

4.3.2中粒式沥青混凝土层层底拉应力

hhkk1n12Ek'1800180045==9.0(cm) 'E218001800'EK1200140030000.90.90.9=8172083.53(cm) E3'120012001200Hhk0.9K3h910.650.84 H83.537.84 10.65E0E23518000.019E2E1120018000.67

查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.25MPa满足要求。

4.3.3粗粒式沥青混凝土层底层拉应力

hhkk1n13Ek'180018001200458==19.02(cm) 'E3120012001200'EK140030000.90.9172063.64cm ='E414001400Hhk0.9K4h19.021.78 H63.645.98 10.6510.65E2E1140012001.17

E0E23518000.015

查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.20MPa满足要求。

4.3.4沥青稳定碎石层层底拉应力

hhkk1n14Ek'1800180012001400==34.61(cm) 45817'E41400140014001400'EK30000.9=2020(cm) 'E53000Hhk0.9K5h34.613.25 H201.88 10.6510.65E2E1300012002.50 E0E2350.012

3000查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0，故mR=0.34MPa满足要求。

4.3.5水泥稳定碎石层底拉应力

计算公式同上,,h=34.61(cm) H=20(CM)

h34.613.25 H201.88 10.6510.65E230002.5 E11200E0E2350.012

3000查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图得0.74,n11.12,n20.18，故

m0.741.120.210.70.12R0.21MPa满足要求。

5.防冻层厚度验算

根据规范知：在季节性冰冻地区的中湿路段，路面设计应进行防冻厚度检验，若不满足应增加垫层厚度。

（方案一）：

路面结构层厚度h45810331070cm，大于最小防冻厚度45cm满足要求。

（方案二）：

路面结构层厚度h45811201058cm，大于最小防冻厚度45cm满足要求。

（方案三）：

路面结构层厚度h45810172064cm，大于最小防冻厚度45cm满足要求。

6.方案比选

从适用性上来讲，两种方案均满足要求，三种方案均为柔性路面，但方案二有磨耗层，方案三是玛蹄脂碎石，相对来说比较优越，但从经济上和施工性上来讲，方案一更加优越。综合考虑，选择方案一。

7.参考资料

《公路路基设计规范》 JTJ013-95

《公路沥青路面设计规范》 JTJ014-97

《路基路面工程》 邓学钧编著 人民交通出版社 2006年 《路面工程》 方福森编著 人民交通出版社 1995年