沥青路面结构设计Word下载.docx

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800

长征CA160

45.2

83.7

2

<

3

700

宇通ZK6820G

55

北京BK6150A

48.5

71.2

>

400

解放SP9200

31.3

78

600

东风SP9250

50.7

113.3

500

1.2交通分析

（1）轴载换算

路面设计以双轮组-单轴载为100KN为标准轴载，以BZZ-100表示。

标准轴载的计算参数按表1-2确定。

表1-2

标准轴载

BZZ-100

标准轴载P（KN）

100

轮胎接地压强p（MPa）

0.70

单轮传压面当量圆直径d（cm）

21.30

两轮中心距（cm）

1.5d

当以设计弯沉为指标时及验算沥青层层底拉应力时，凡大于25kN的各级轴载Pi的作用次数Ni按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N的计算公式为：

式中：

N——标准轴载当量轴次数（次/d）；

Ni——被换算的车型各级轴载作用次数（次/d）；

P——标准轴载（kN）；

Pi——被换算车型的各级轴载（kN）；

C1——被换算车型的各级轴载系数，当其间距大于3m时，按单独的一个轴计算，轴数系数即为轴数m，当其间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1=1+1.2（m-1）；

C2——被换算车型的各级轴载轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。

沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次为：

=4709.00（次/d）

当以半刚性层底拉应力为设计指标时，标准轴载当量轴次数

：

——轴数系数

——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。

注：

轴载小于50KN的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。

沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次：

=4978.00（次/d）

该新建道路为高速公路，采用沥青路面，设计年限为15年，交通增长率为4%，即γ=0.04。

又该路设计为双向四车道，由【JTGD50-2006】公路沥青路面设计规范查可取0.4-0.5，本设计取

=0.5。

以设计弯沉值为指标时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次

为：

以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次

根据上述计算所得，由【JTGD50-2006】《公路沥青路面设计规范》查表3.1.8判断交通等级

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量

Nh=2500,属于重交通等级

当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时:

路面营运第一年双向日平均当量轴次:

4709.00

设计年限内一个车道上的累计当量轴次:

（次）

属于重交通等级

当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时:

4978.00

综上，路面设计交通等级为重交通等级

1.3初拟路面结构

（1）路面结构方案

根据济南绕城高速的功能性质及【JTGD50-2006】《公路沥青路面设计规范》，并结合工程经验与典型案例，初步拟定路面结构组合与各层结构厚度如下：

方案一：

采用半刚性基层（路面结构类型系数1.0）

----------------------------------------

细粒式沥青混凝土40mm

----------------------------------------

中粒式沥青混凝土60mm

粗粒式沥青混凝土80mm

水泥稳定碎石待设计

级配碎石200mm

方案二：

采用柔性基层（路面结构类型系数1.6）

粗粒式沥青混凝土80mm

密集配沥青碎石待设计

水泥稳定碎石300mm

（2）路面设计弯沉值

和抗拉结构强度系数K

该公路等级为高速公路，两种方案均采用沥青混凝土面层，半刚性基层，公路等级系数

取1.0；

基层为水泥稳定碎石，因此路面结构类型系数

为1.0；

面层为沥青混凝土面层,面层类型系数

取1.0。

路面设计弯沉值

抗拉结构强度系数

（沥青混凝土面层）

（无机结合料稳定集料）

（无机结合料稳定细粒土）

容许拉应力

，

-----路面结构材料的极限抗拉强度（MPa）。

（3）路面材料相关参数的确定

试验材料的确定：

半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用A级90号，面层采用SBS改性沥青，相关技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》bn（JTG_F40-2004）相关的规定。

路面材料劈裂强度：

根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定规定稳定和龄期的材料劈裂强度。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）与《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTGE51-2009）中的方法进行测定，参数见表1-3。

表1-3

材料名称

细粒式沥青混凝土

中粒式沥青混凝土

粗粒式沥青混凝土

密级配沥青碎石

水泥稳定碎石

劈裂强度（MPa）

1.2

1.0

0.8

0.6

路面材料抗压回弹模量的确定：

根据设计配合比，选取工程用各种原材料制件，测定设计参数。

按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中规定的项目顶面法测定半刚性材料的抗压回弹模量。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量；

测定20℃、15℃的抗压回弹模量，各种材料的试验结果与设计参数分别见表1-4、表1-5。

级配砂砾

级配碎石

抗压回弹模量（MPa）

3188

250

半刚性材料抗压回弹模量表1-4

沥青材料抗压回弹模量表1-5

20℃抗压回弹模量（MPa）

1991

1425

978

1248

15℃抗压回弹模量（MPa）

2680

2175

1320

1715

由前面计算所得相关参数，计算路面各结构层容许拉应力σR，见表1-6。

路面结构层容许拉应力计算表表1-6

结构层材料名称

Ne

Ac

Ks

σsp

σR（MPa）

1.72

107

3.52

0.34

0.28

0.23

0.17

1.81

2.20

0.27

1.4路面结构层厚度确定

根据设计资料,利用HPDS-2011公路路面设计程序系统进行路面结构层厚度的设计，以下分别进行方案一、方案二设计层的厚度设计。

公路等级:

高速公路

新建路面的层数:

5

标准轴载:

BZZ-100

路面设计弯沉值:

21.4（0.01mm）

路面设计层层位:

4

设计层最小厚度:

150（mm）

表1-7

层位

结构层材料名称

厚度（mm）

20℃平均抗压模量（MPa）

标准差（MPa）

15℃平均抗压模量（MPa）

容许应力（MPa）

40

60

80

4

?

5

200

6

新建路基

46

按设计弯沉值计算设计层厚度:

LD=21.4（0.01mm）

H（4）=200mmLS=23.3（0.01mm）

H（4）=250mmLS=20.1（0.01mm）

H（4）=229mm（仅考虑弯沉）

按容许拉应力计算设计层厚度:

H（4）=229mm（第1层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=229mm（第2层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=229mm（第3层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=229mm（第4层底面拉应力计算满足要求）

路面设计层厚度:

H（4）=229mm（同时考虑弯沉和拉应力）

通过对设计层厚度取整以及进一步的修改,

调整后得到路面结构厚度设计结果如下图:

细粒式沥青混凝土AC-1040mm

中粒式沥青混凝土AC-1660mm

粗粒式沥青混凝土AC-2580mm

水泥稳定碎石300mm

级配碎石200mm

新建路基

验算路面防冻厚度:

路面最小防冻厚度为500mm

结构层总厚度

验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求.

公路等级:

4

150（mm）

表1-8

300

H（4）=150mmLS=15.8（0.01mm）

由于设计层厚度H（4）=Hmin时LS<

=LD,故弯沉计算已满足要求.

H（4）=150mm（仅考虑弯沉）

H（4）=150mm（第1层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=150mm（第2层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=150mm（第3层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=150mm（第4层底面拉应力计算满足要求）

H（4）=150mm（第5层底面拉应力计算满足要求）

路面设计层厚度:

H（4）=150mm（仅考虑弯沉）

H（4）=150mm（同时考虑弯沉和拉应力）

通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,并根据沥青混合料压实最小厚度与适宜厚度表选择沥青混合料类别，调整后得到路面结构厚度设计结果如下图:

密级配沥青碎石ATB-30150mm

验算结果表明,路面总厚度满足防冻要求。

1.5交工验收弯沉值和层底拉应力计算

方案一：

表1-9

综合影响系数

计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:

第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=17.5（0.01mm）

第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=19.3（0.01mm）

第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=21.6（0.01mm）

第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=24.6（0.01mm）

第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=139.6（0.01mm）

路基顶面交工验收弯沉值

LS=202.5（0.01mm）（根据《公路沥青路面设计规范》公式计算）

LS=256.6（0.01mm）（根据《公路路面基层施工技术规范》公式计算）

计算新建路面各结构层底面最大拉应力:

（未考虑综合影响系数）

第1层底面最大拉应力σ

（1）=-0.197（MPa）

0.34（MPa）

第2层底面最大拉应力σ

（2）=-0.014（MPa）

0.28（MPa）

第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.07（MPa）

0.23（MPa）

第4层底面最大拉应力σ（4）=0.209（MPa）

0.27（MPa）

故沥青结构层层底容许拉应力大于层底最大拉应力，设计满足要求。

方案二：

公路等级:

新建路面的层数:

标准轴载:

表1-10

150

第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=15.8（0.01mm）

第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=17.5（0.01mm）

第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=19.7（0.01mm）

第4层路面顶面交工验收弯沉值LS=22.6（0.01mm）

第5层路面顶面交工验收弯沉值LS=32.2（0.01mm）

路基顶面交工验收弯沉值

第1层底面最大拉应力σ

（1）=-0.184（MPa）

第2层底面最大拉应力σ

（2）=0.008（MPa）

第3层底面最大拉应力σ（3）=-0.038（MPa）

第4层底面最大拉应力σ（4）=-0.024（MPa）

0.17（MPa）

第5层底面最大拉应力σ（5）=0.18（MPa）

1.6方案比选

面层共设三层，分别为细粒式沥青混凝土40mm、中粒式沥青混凝土60mm、粗粒式沥青混凝土80mm。

面层总厚度180mm，采用半刚性基层，结构层层数共5层，结构总厚度为680mm。

面层共设三层，分别为细粒式沥青混凝土40mm、中粒式沥青混凝土60mm，粗粒式沥青混凝土80mm。

面层总厚度180mm，采用柔性基层，结构层层数共5层，结构总厚度为630mm。

按照【JTGD50-2006】《公路沥青路面设计规范》，我国沥青路面以弯沉值和弯拉应力为设计指标，路面结构弯沉值越大，路面的寿命所受影响越大。

方案二路面弯沉值小于方案一，且方案二除上面层外其他层的弯沉值均小于方案一。

表明方案二的整体材料受力均匀，方案二为柔性基层相较方案一的半刚性基层反射裂缝较少。

其次从材料经济角度分析，方案二材料更易获得，从施工角度分析，方案二材料更少，施工宜选方案二。

综上所述，在两个方案都能够满足现有交通情况及当地条件下，选择方案二在性能指标、经济性上更优，故选择方案二作为实施方案。