沥青路面课程设计

计划修建一条双向四车道的高速公路，设计使用年限为15年。在使用期内，预计未来十年，交通量年平均增长率为 11.1% ,并有石灰供给.路基中湿,E=50MP.预计交通量如表1.

表1 预测交通组成

车型 中客车SH130 大客车CA10B 小货车NJ130 中货车SH142 中货车HF140 大货车JN150 特大车日野HY942 拖挂车SK661 中120.6 后127.8 中93.8 后86.6 2 双轮组 5.60 102 前轴重（kN） 后轴重（KN） 后轴数 16.5 19.4 38.0 26.6 19.8 49.0 127.6 23.0 60.9 72.0 55.1 42.1 101.6 2*75 1 1 1 1 1 1 3 后轴轮组数 单轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 后轴距（m） 交通量（次/日） 2.50 4.00 3.30 3.50 2.90 4.00 1.16 1512 1262 3250 1410 1062 1552 1512

一 轴载分析

路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。

(1)以设计弯矩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

P采用如下计算公式： NC1C2niiPi1k4.35

轴载换算结果表

C1C2车型 中客车SH130 大客车CA10B 小货车NJ130 中货车SH142 中货车HF140 大货车JN150 Pi（KN） ni（次/日） PNC1C2niiPi1k4.35 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 16.5 23.0 19.4 20.9 30.8 72.0 26.6 55.1 19.8 22.1 49.0 101.6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.4 6.4 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 1512 1512 1262 1262 3250 3250 1410 1410 1062 1062 1552 1552 （次/日） 3.8(0) 16.2(0) 6.4(0) 1.4(0) 124(0) 778.6 28.4(0) 105.4 6(0) 1.4(0) 446 1663 特大车日野HY942 前轴 后轴 前轴 127.6 2*75 中120.6 后127.8 中93.8 后86.6 k1 1 1 1 6.4 1 6.4 1 4.351512 1512 102 102 27937.2 432.6 1474.6 77.2 拖挂车SK661 后轴 合计 PNC1C2niiPi1 33100.4 注：轴载小于25KN的轴载作用不计,后面挂车的荷载不计.

②累计当量轴次

根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.4～0.5，取0.45

累计当量轴次：

Ne1t136515

N1

=[(1+0.102)-1]*365*33100.4*0.45/0.102=1755019次 (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

采用如下计算公式：

P NC1C2niiP i1k8

轴载换算结果表

PNC1C2nii Pi1k8车型 中客车SH130 大客车CA10B 小货车NJ130 中货车SH142 中货车HF140 大货车JN150 特大车日野Pi（KN） C1 C2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.4 6.4 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 ni（次/日） （次/日） 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 16.5 23.0 19.4 20.9 30.8 72.0 26.6 55.1 19.8 22.1 49.0 101.6 127.6 1512 1512 1262 1262 3250 3250 1410 1410 1062 1062 1552 1552 1512 -- -- -- -- 1.6 234.8 0.2 12 -- -- 33 1762.2 68004.4 HY942 后轴 前轴 拖挂车SK661 2*75 中120.6 后127.8 中93.8 后86.6 k1 1 1 1 6.4 1 81512 102 102 151.4 2921.2 61.2 后轴 合计 PNC1C2nii Pi173182

注：轴载小于50KN的轴载作用不计, 后面挂车的荷载不计.

②累计当量轴次

车道系数取0.45 累计当量轴次：

Ne1t1365N1

=[(1+0.102)15-1]*365*73182*0.45/0.102=388019020次

二、沥青路面结构组合设计

1、初拟路面结构组合 初拟采用两种路面结构

根据交通状况，结构层的最小施工厚度等因素综合考虑，初拟各结构层厚度如下： 一方案:

细粒式沥青混凝土 3cm 中粒式沥青混凝土 5cm 粗粒式沥青混凝土 7cm 二灰碎石 40cm 二灰土 ?

以二灰土为设计层

二方案:

细粒式沥青混凝土 4cm

中粒式沥青混凝土 6cm 水泥稳定碎石 ? 级配碎石 40cm

以水泥稳定碎石为设计层

2、计算设计弯沉ld和结构强度系数K

2 ld600Ne0.AAsAb c0.2 K10.09ANse2 （用于沥青层） /Ac0 K20.3N5e.11A/c （用于二灰碎石和水泥碎石） A/c （用于二灰土）

0 K30.4N5e.11取Ac=1.0,面层为沥青混凝土,As=1.0,半刚性基层,底基层总厚度大于20cm,Ab=1.0 计算结果如下： Ld=600*1755019Ld=600*388019020

-0.2-0.2

*1.0*1.0*1.0=13.47(0.01mm)(方案一) *1.0*1.0*1.0=11.49(0.01mm)(方案二)

细粒式沥青混凝土 K1=0.09*1.0*17550190.22/1.0=5.86 中粒式沥青混凝土 K1=0.09*1.0*17550190.22/1.0=5.86 粗粒式沥青混凝土 K1=0.09*1.1*17550190.22/1.0=6.45

水泥碎石,二灰碎石:

K2=0.35*388019020

石灰土:

3、确定设计参数E0,E1,sp

资料给出:

E 0=50MPa 泊松比为0.35

按试验规程规定的方法试验确定20℃的沥青混合料和其他结构层材料的抗压回弹模量E1。15℃沥青混合料和其他结构层材料的弯拉回弹模量值E1，以及沥青混合料15℃弯拉强度和半刚性材料的弯拉强度值σsp，列于下表：

劈裂强度 15CMPa 00.11

/1.0=3.08 /1.0=3.96

K2=0.45*388019020

0.11

材料名称 沥青 针入度 抗压模量E1（MPa） 备注 20C 015C 0 1.2~1.6,取1.4 0.8~1.2,取1.0 0.6~1.0取0.8 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 粗粒沥青混凝土 90 90 90 1400 1200 1000 2000 1800 1400 水泥稳定碎石 1500 0.4~0.6,取0.5 5％～6％ （配合比或规格要求） 10：30：60 （配合比或规格要求） 7：13：80 （配合比或规格要求） 符合级配要求,做底基层用 二灰土 750 0.2~0.3,取0.2 二灰碎石 1500 0.5～0.8取0.6 级配碎石 250 4、计算确定容许弯拉应力R

R 材料名称 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 粗粒沥青混凝土 水泥稳定碎石 二灰土 二灰碎石 spK

K spMPa 1.4 1.0 0.8 0.5 0.2 0.6 RMPa 0.286 0.204 0.124 0.162 0.051 0.195 4. 4. 6.45 3.08 3.96 3.08 5、计算路表弯沉ls和底层拉应力m

通过计算机程序计算，输入各项参数可得到计算结果，两个设计方案中的设计层厚度未定，先假设初始厚度，若计算不满足不等式，再调整厚度，直至满足为止。 lsla mR

6、结构厚度计算结果 一方案

设计层二灰土厚度: H5=50cm 设计弯沉：Ld=13.47(0.01mm) 路表计算弯沉：ls=12.8(0.01mm)

一方案计算表

结构层材料 15C材料020C材料0 序号 模量模量 材料厚度(cm) 泊松比 弯拉应力 容许弯拉应力 MPa MPa MPa MPa 1 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 粗粒0.286 2000 1400 3 0.25 满足 0.204 1800 1200 5 0.25 满足 2 0.124 1400 1000 7 0.25 满足 3 沥青混凝土 二灰碎石 二灰土 土基 4 5 6

二方案

1500 750 35 40 50 0.25 满足 满足 0.195 0.051 设计层二灰碎石层厚度：H4=75cm

设计弯沉：Ld=11.49 (0.01mm)

路表计算弯沉：ls=11.3 (0.01mm)

二方案计算表

结构层材料 细粒1 沥青混凝土 中粒沥青混凝土 水泥3 稳定碎石 1500 80 0.25 满足 0.162 2000 1400 4 0.25 满足 15C材料0

20C材料0序号 模量模量材料厚度(cm) 弯拉应力 泊松比 容许弯拉应力 MPa MPa MPa MPa 0.286 0.204 1800 1200 6 0.25 满足 2 4 5 级配碎石 土基 250 40 0.25 —— —— 40

8、验算防冻层厚度

根据查表所列的路面最小防冻厚度要求与该路状况作对比。 Ⅱ 区，最低气温0.20C，可不考虑防冻要求。 9、方案技术经济比较 经工程预算分析： 一方案经济预算 序号 1 2 3 4 5 6 工程名称 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 粗粒沥青混凝土 二灰碎石 二灰土 小计 单位 m3 m3 m3 m3 m3 m3 每平方米工程量 0.03 0.05 0.07 0.4 0.5 单价（元） 260.7 261.1 261.6 357.5 313.1 合计（元） 7.821 13.055 18.312 143 156.55 338.738

二方案经济预算 序号 1 2 3 4 5 工程名称 细粒沥青混凝土 中粒沥青混凝土 二灰碎石 级配碎石 小计 单位 m3 m3 m3 m3 m3 每平方米工程量 0.04 0.06 0.75 0.4 单价（元） 260.7 261.1 357.5 232.1 合计（元） 10.428 15.666 268.125 92.84 387.059

可以看出，A方案造价较低，再结合本地区降雨量大，容易引起水损害，同时考虑路面长期使用，建议采用A方案，即组合式基层沥青路面。

四、设计成果

1、见附图横断面图、路面边缘排水图。

附：参考资料

1、《公路沥青路面设计规范》JTJ 014-97； 2、徐家钰， 程家驹编著. 《道路工程》，上海：同济大学出版社，2004年8； 3、《公路工程技术标准》 JTJ001-97； 4、《公路自然区划标准》 JTJ 003-86；

5、邓学钧编，《路基路面工程》. 北京：人民交通出版社，2000年2月。；

6、张京穗，傅少君，邹维列，《道路工程》.武汉：武汉理工大学出版社，2002年6月。