课程设计--沥青路面结构设计

新建沥青路面结构设计

1.基本资料

（1）设计任务书要求

甲乙两地新建一条四车道一级公路，路基宽16米，设计年限15年，采用沥青路面结构，路面最小防冻厚度65cm，需进行路面结构设计。

（2）地质资料与筑路资料

地处Ⅳ7区，粉质土，稠度1.0。

（3）交通资料

交通量平均增长率8%，预测竣工后第一年交通组成如表1所示。

预测交通组成表(表1) 车型 交通量（辆/日） 车型 交通量（辆/日） 三菱T653B 200 沈飞SF662 100 黄河JN163 100 湘江HQP40 100 江淮HF150 100 SP9200 100

2.初拟路面结构组合

初拟采用半刚性基层沥青路面，根据交通状况，结构层最小施工厚度，结合书中表14—6、表14—7等综合考虑，初拟各结构层厚度如下：

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 8cm 水泥稳定碎石土 25cm 石灰土 ？ 以石灰土为设计层。

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2.标准轴载累计交通量N

e路面设计以双轮组单载轴100kN为标准轴载

(1)用于弯沉验算和沥青层弯拉应力验算的累计当量轴载

① 轴载换算

Pi4.35NC1C2ni()i1PK式中：

N—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）；

C1—轴数系数，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， 按双轴或多轴计算,轴数系数C1＝1+1.2(m－1)，m为轴数。 C2—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38； K—被换算车辆的类型数。

计算结果见表2 轴载换算结果表 (弯沉）表2 车型 Pi C1 C2 ni N 前轴 29.3 6.4 1 200 6.1388 三菱T653B 后轴 48.0 1 1 200 8.2116 前轴 58.6 6.4 1 100 62.5943 黄河JN163 后轴 114.0 1 1 100 176.8219 前轴 45.1 6.4 1 100 20.0377 江淮HF150 后轴 101.5 1 1 100 106.6909 前轴 38.0 6.4 1 100 9.5113 沈飞SF662 后轴 72.8 1 1 100 25.1346 湘江HQP40 后轴 73.2 1 3.4 100 87.5190 前轴 31.3 6.4 1 100 4.0907 SP9200 后轴 78.0 1 2.2 100 74.6508 注：轴载小于25kN的轴载作用不计 581.4015

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② 累计当量轴次

根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的横向分布系数为0.4~0.5。取η=0.45。

r1510.081365581.40150.450.08259.3104轴次1r1365NNet1（2）用于半刚性路层弯拉应力验算的累计当量轴载

① 轴载换算

Pi8NC1C2ni()i1PK

式中：

C1´—轴数系数，当轴间距小于3m的双轴或多轴，轴数系数 C2´—轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1，四轮组为0.09。

计算结果见表3

轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）表3 车型 Pi C1' C2' ni 前轴 58.6 18.5 1 100 黄河JN163 后轴 114.0 1 1 100 江淮HF150 后轴 101.5 1 1 100 沈飞SF662 后轴 72.8 1 1 100 湘江HQP40 后轴 73.2 1 3 100 后轴 78.0 1 5 100 SP9200 注：轴载小于50kN的作用不计

N 25.7248 285.2586 112.93 7.85 24.7292 68.5057 524.7572

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② 累计当量轴次

设计年限取15年，车道横向分布系数η=0.45。

r1510.081365524.75720.450.08234.0104轴次1r1365NNet14.计算设计弯沉值ld和结构强度系数K

（1）设计弯沉值

公路等级系数取1.0（一级公路），面层类型系数取1.0（沥青混凝土面层），基层类型系数取1.0（半刚性基层、底基层总厚度大于20cm） 设计弯沉值为：

0.2ld600NeAcAsAb600(259.3104)0.21.01.01.0 31.29mm（2）结构强度系数K

沥青混凝土面层：

KS0.09(259.3104)0.22/1.02.32

无机结合料稳定集料层：

KS0.35(234.010)无机结合料稳定细粒土层：

40.11/1.01.76 /1.02.26

KS0.45(234.010)40.11

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5.确定设计参数E0,E1,sp

查书中表14—11确定路基回弹模量E040.0MPa

以设计弯沉值计算路面厚度时，各层材料均采用20°C抗压回弹模量；验算层底拉应力时，沥青混合料采用15°C抗压回弹模量、15°C劈裂强度。见表4

路面结构层设计参数（表4） 层位 材料名称 h(cm20℃模量 15℃模量 15℃劈裂强度 ) 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 1.4 面层 中粒式沥青混凝土 5 1200 1800 1.0 粗粒式沥青混凝土 8 1000 1200 0.8 基层 水泥碎石 25 1500 0.5 下基层 石灰土 ？ 550 0.225 土基 40 6.各层材料的容许层底拉应力

规范规定，以设计弯沉值作为路面整体刚度指标，进行路面厚度设计。并进行机构层

底拉应力验算。

各层材料的容许层底拉应力R细粒式沥青混凝土：RspKS

sp1.40.603MPa KS2.32中粒式沥青混凝土：Rsp1.00.431MPa KS2.32sp0.80.345MPa 粗粒式沥青混凝土：RKS2.32粗粒式沥青碎石：Rsp0.60.259MPa KS2.32sp0.2250.10MPa 石灰土：RKS2.26

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sp0.50.284MPa 水泥稳定碎石土：RKS1.767.计算结构厚度

（1）三层体系换算

由于路面厚度计算是以弯沉作为控制指标，故按弯沉等效原理进行换算，见表5

路面结构层n=6 细粒式沥青混凝土 h1E1 中粒式沥青混凝土 h2E2 粗粒式沥青混凝土 h3E3 水泥碎石 h4E4 石灰土 h5E5 土基 E0

土层换算表（表5） 换算三层体系 h=h1 E1 H E2 E0 换算公式 h=h1 Hhh2ii3n12.4Ei E2（2）综合修正系数F

ls F1.6320000.38E0P0.36

式中：P—标准车轴载轮胎接地压力（MPa）P=0.7MPa —当量圆半径（cm）10.65cm

ls—路表弯沉（0.01mm）ls

31.29mm

0.3831.29F1.63200010.6540.00.70.5860.36

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（3）理论弯沉系数

lE31.291400F5.013

2PF20.710.650.5861000d1ls（4）求H

E21200h40.860.376，查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：由，E1140010.656.4

E40.0h40.0330.376，查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得：又由，E120010.6502K1.34

1则：

5.013 K0.58K6.41.34l21

查三层体系表面弯沉系数诺谟图：H/δ=5.2则：

H5.210.6555.4cm

（5）石灰土层厚度h5

取h525cm

2.4Hh2h3h52.4E3h4E2E5E22.4E4E221.55cm;7

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总厚度H=4+5+8+25+25=67cm>65cm(最小防冻深度)

8.层底拉应力验算

将六层路面结构换算为三层体系。按弯拉应力等效原理进行换算。 验算层 路面结构层（n=6） 换算三层体系 计算公式 上层底面细粒式沥青混凝土 h1E1 h Ei 4j1Ei hhjhi（第i层i中粒式沥青混凝土 h2E2 i1Ej≠n-1） 粗粒式沥青混凝土 h3E3 H Ei+1 0.9 水泥碎石 h4E4 n1Ei hhhi石灰土 h5E5 j1ij2Ej1土基 E0 E0 中层底面细粒式沥青混凝土 h1E1 h En-2 （第i层中粒式沥青混凝土 h2E2 4i=n-1） 粗粒式沥青混凝土 h3E3 H En-1 n3Ei hhn2hi 水泥碎石 h4E4 i1En2 石灰土 h5E5 E0 土基 E0

（1）细粒式沥青混凝土

由h=h1=4cm

0.9H5814002518000.915002518000.9550

38.2cm1800E218000.9， E12000hH4

0.37510.6538.23.587 10.65E040.00.022 E21800

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查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，σ为负值，结构层受压。 同理：中粒式沥青混凝土层、粗粒式沥青混凝土层均受压。

（2）水泥碎石

由H=25cm

444H42000150051800150081400

15002542.4cmE2 E5500.3711500

h42.410.653.98 H2510.652.35

E040.0 E0.0732550查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，得到：

0.14，m11.45，m20.87

故：

pm1m20.70.141.450.870.123MPaR0.284MPa（3）石灰土

由h=42.4cm，H=25cm

E2 E5500.1150037

h42.410.653.98 H25

10.652.35

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E40.00.073E55002查三层体系中层底面拉应力系数诺谟图，得到：

0.3，n1.08，n0.31

12故：

pnn0.70.31.080.310.07MPa0.10MPa

12R上述计算结果满足设计要求。

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