高速公路沥青路面设计实例.docx

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高速公路沥青路面设计实例

高速公路沥青路面设计实例

、设计资料:

本公路等级为高速公路，经调查得，近期交通量如下表所示。

交通量年平均增长率为9.5%,设计年限为15年，该路段处于W2区。

、交通分析:

轴载分析路面设计以BZZ-100为标准轴载。

1、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）累计当量轴次

车型

R（KN）

C1

G

Ni（次/日）

P4.35

C1C2ni"P

小客车

前轴

16.5

1

6.4

6750

17.0427

后轴

23.0

1

1

6750

11.2933

中客车

前轴

25.55

1

6.4

2000

33.8345

SH130

后轴

45.10

1

1

2000

62.6178

大客车

前轴

28.70

1

6.4

1250

35.0652

CA50

后轴

68.20

1

1

1250

236.522

小货车

前轴

13.40

1

6.4

4250

4.33985

BJ130

后轴

27.40

1

1

4250

15.2266

中货车

前轴

28.70

1

6.4

1500

42.0782

CA50

后轴

68.20

1

1

1500

283.827

中货车

前轴

23.70

1

6.4

2125

25.9235

EQ140

后轴

69.20

1

1

2125

428.371

大货车

前轴

49.00

1

6.4

2125

610.79

JN150

后轴

101.60

1

1

2125

2276.91

特大车日野

前轴

50.20

1

6.4

1500

478.997

KB222

后轴

104.30

1

1

1500

1801.47

拖挂车

前轴

60.00

1

6.4

187.5

130.059

五十铃

后轴

100（3轴）

3

1

187.5

562.5

1P■

NCd-

i1P

4.35

7056.875

注：

轴载小于25KN的轴载作用不计。

（2）累计当量轴次

根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数n取0.3〜0.4，取0.3。

交通量平均增长率为9.5%。

朴八胡=吐泌二1竺555碎香

0,095

=23599286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

车型

Pi（KN）

O

G

Ni（次/日）

P8GC2n峠

小客车

前轴

16.5

1

18.5

6750

0.0686

后轴

23.0

1

1

6750

0.05286

中客车

SH130

前轴

25.55

1

18.5

2000

0.67194

后轴

45.10

1

1

2000

3.42328

大客车

CA50

前轴

28.70

1

18.5

1250

1.06448

后轴

68.20

1

1

1250

58.5039

小货车

BJ130

前轴

13.40

1

18.5

4250

0.00817

后轴

27.40

1

1

4250

0.13502

中货车

CA50

前轴

28.70

1

18.5

1500

1.27737

后轴

68.20

1

1

1500

70.2047

中货车

EQ140

前轴

23.70

1

18.5

2125

0.39131

后轴

69.20

1

1

2125

111.74

大货车

JN150

前轴

49.00

1

18.5

2125

130.647

后轴

101.60

1

1

2125

2412.73

特大车日野

KB222

前轴

50.20

1

18.5

1500

111.916

后轴

104.30

1

1

1500

2100.71

拖挂车五十铃

前轴

60.00

1

18.5

187.5

58.2617

后轴

100（3轴）

3

1

187.5

562.5

i8

NGC2n-

i1P

5624.304

注：

轴载小于50KN的轴载作用不计

（2）累计当量轴次

根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数n取0-3〜0.4，取0.3。

交通量平均增长率为9.5%。

0,095

凡=空咛竺%,=2冋7"XS62..304X阴

=13808545次

三、设计指标的确定

1、计算设计弯沉值Ld

该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层为沥青混凝土，面层类型系

数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm,基层类型系数取1.0。

设计弯沉值为:

打=600IC"智AAb=600X23599266^*=X1X1X1=20.12（O.Olmm）

2、抗拉强度结构系数

对沥青混凝土面层

对无机结合料稳定集料类

=0l3SX=2.21

对无机结合料稳定细粒土类

Km=0-45X」一=2.8+

四、设计计算

（一）干燥状态1、土基回弹模量的确定

根据《公路沥青路面设计规范

（JTGD50-2006）》中表5.1.4-1“土基干湿状态的稠度建议值”

土质类型：

粉质土

路基干湿状态：

干燥状态

土基土质稠度：

Wc=1.10

根据《公路沥青路面设计规范

（JTGD50-2006）》中附表F.0.3“二级自然区

划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”

公路自然区划：

W2区

土基回弹模量：

E0=48.5MPa2、路面参数设计

（1）确定路面等级和面层类型

交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.36X107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。

（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》表4.1.3-1及附录E确定各层

材料设计参数。

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）

劈裂强度

（MPa）

容许底层拉应力

（MPa

（20C）

（15C）

1

细粒式沥青混凝土

4

1400

2000

1.4

0.38

2

中粒式沥青混凝土

6

1200

1600

1.0

0.27

3

粗粒式沥青混凝土

8

900

1200

0.8

0.2

4

水泥稳定碎石

设计层厚度待定

1600

1600

0.5

0.21

5

石灰粉煤灰碎石

20

1500

1500

0.7

0.3

6

级配碎石

20

230

230

3、确定设计层厚度

利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为

17cm（取整）。

计算结果

路面设计弯沉值（0.01mm）

20.12

路面结构的实测弯沉值（0.01mm）

设计控制层厚度（cm）

19.93818

16.3

第1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）

19.93818

第2结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

21.70816

实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）

第3结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）

24.57569

第4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

28.63524

实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）

第5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

3.739316E-02

15.58239

实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）

第6结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

.1280616

168.4614

满足要求。

（二）中湿状态1、土基回弹模量的确定

根据《公路沥青路面设计规范JTGD50-2006）》中表5.1.4-1“土基干湿状态的稠度建议值”

土质类型：

粉质土

路基干湿状态：

中湿状态

土基土质稠度：

Wc=1.00

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》中附表F.0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”

公路自然区划：

W2区

土基回弹模量：

Eo=42.5MPa2、路面参数设计

（1）确定路面等级和面层类型

交通量设计年限内累计标准轴次2=2.36X107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。

（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定

根据《公路沥青路面设计规范JTGD50-2006）》表4.1.3-1及附录E确定各层

材料设计参数。

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）

劈裂强度

（MPa）

容许底层拉应力

豈（MPa

（20C）

（15C）

1

细粒式沥青混凝土

4

1400

2000

1.4

0.38

2

中粒式沥青混凝土

6

1200

1600

1.0

0.27

3

粗粒式沥青混凝土

8

900

1200

0.8

0.2

4

水泥稳定碎石

设计层厚度待定

1600

1600

0.5

0.21

5

石灰粉煤灰碎石

20

1500

1500

0.7

0.3

6

级配碎石

20

230

230

3、确定设计层厚度

利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为

19cm（取整）。

计算结果

路面设计弯沉值（0.01mm）

20.12

路面结构的实测弯沉值（0.01mm）

20.0985

设计控制层厚度（cm）

18.3

第1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

20.0985

实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）

第2结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

21.85131

实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）

第3结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

24.6571

实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）

第4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

28.55338

实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）

3.899089E-02

第5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

14.95647

实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）

.1245208

第6结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

183.7254

土基层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

219.1875

满足要求。

三）潮湿状态1、土基回弹模量的确定

根据《公路沥青路面设计规范JTGD50-2006）》中表5.1.4-1“土基干湿状态的稠度建议值”

土质类型：

粉质土

路基干湿状态：

中湿状态

土基土质稠度：

Wc=0.90

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》中附表F.0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”

公路自然区划：

W2区

土基回弹模量：

Eo=36.5MPa2、路面参数设计

（1）确定路面等级和面层类型

交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.36X107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。

（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》表4.1.3-1及附录E确定各层

材料设计参数。

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）

劈裂强度

（MPa）

容许底层拉应力

豈（MPa

（20C）

（15C）

1

细粒式沥青混凝土

4

1400

2000

1.4

0.38

2

中粒式沥青混凝土

6

1200

1600

1.0

0.27

3

粗粒式沥青混凝土

8

900

1200

0.8

0.2

4

水泥稳定碎石

设计层厚度待定

1600

1600

0.5

0.21

5

石灰粉煤灰碎石

20

1500

1500

0.7

0.3

6

级配碎石

36

230

230

3、确定设计层厚度

利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为

16cm（取整）。

计算结果

路面设计弯沉值（0.01mm）

20.12

路面结构的实测弯沉值（0.01mm）

19.93864

设计控制层厚度（cm）

15.59999

第1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

19.93864

实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）

第2结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

21.57448

实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）

第3结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

24.14809

实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）

第4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

27.67547

实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）

3.293055E-02

第5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

14.30912

实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）

.1202179

第6结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

118.0143

土基层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

255.2184

满足要求。

4、防冻厚度验算

根据《公路沥青路面设计规范JTGD50-2006）》表5.2.4“最小防冻厚度”

土质类型：

粉质土

路基干湿状态：

潮湿状态

路面结构材料层：

稳定土类

道路多年最大冻深：

>200cm

路面最小防冻厚度：

60~70cm

验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。

四）过湿状态1、土基回弹模量的确定

根据《公路沥青路面设计规范JTGD50-2006）》中表5.1.4-1“土基干湿状态的稠度建议值”

土质类型：

粉质土

路基干湿状态：

中湿状态

土基土质稠度：

Wc=0.8

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》中附表F.0.3“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”

公路自然区划：

W2区

土基回弹模量：

E0=31.0MPa2、路面参数设计

（1）确定路面等级和面层类型

交通量设计年限内累计标准轴次2=2.36X107次，由公路沥青路面设计规

范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。

（2）结构组合与材料选取及材料设计参数确定

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》表4.1.3-1及附录E确定各层材料设计参数。

层位

结构层材料名称

厚度（cm）

抗压模量（MPa）

劈裂强度

（MPa）

容许底层拉应力

咋三总（MPa

（20C）

（15C）

1

细粒式沥青混凝土

4

1400

2000

1.4

0.38

2

中粒式沥青混凝土

6

1200

1600

1.0

0.27

3

粗粒式沥青混凝土

8

900

1200

0.8

0.2

4

水泥稳定碎石

设计层厚度待定

1600

1600

0.5

0.21

5

石灰粉煤灰碎石

20

1500

1500

0.7

0.3

6

级配碎石

36

230

230

3、确定设计层厚度

利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为

19cm（取整）。

计算结果

路面设计弯沉值（0.01mm）

20.12

路面结构的实测弯沉值（0.01mm）

20.09002

设计控制层厚度（cm）

18.3

第1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）实际路面结构第1层底最大拉应力（MPa）

20.09002

第2结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

21.68821

实际路面结构第2层底最大拉应力（MPa）

第3结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

24.16145

实际路面结构第3层底最大拉应力（MPa）

第4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

27.47129

实际路面结构第4层底最大拉应力（MPa）

3.479101E-02

第5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

13.69618

实际路面结构第5层底最大拉应力（MPa）

.1146381

第6结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

127.1239

土基层顶面施工控制弯沉（0.01mm）

300.499

满足要求。

4、防冻厚度验算

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》表524“最小防冻厚度”

土质类型：

粉质土

路基干湿状态：

潮湿状态

路面结构材料层：

稳定土类

道路多年最大冻深：

>200cm

路面最小防冻厚度：

60~70cm

验算结果表明，路面总厚度满足防冻要求。

五、确定结构层设计参数

根据《公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）》的建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计沥青混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求。

沥青路面结构层参数与方案建议

路基状况

结构层

厚度（cm）

适用状态

细粒式沥青混凝土AC-10

4

中粒式沥青混凝土AC-16

6

粗粒式沥青混凝土AC-25

8

高填路堤

干燥

水泥稳疋碎石（水泥用里5%）

17

石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）

20

级配碎石

20

细粒式沥青混凝土AC-10

4

中粒式沥青混凝土AC-16

6

桥梁

防或透水封层

2

细粒式沥青混凝土AC-10

4

中粒式沥青混凝土AC-16

6

低路堤

中湿

粗粒式沥青混凝土AC-25

8

19

明暗涵通

水泥稳疋碎石（水泥用量5%）

互通闸道

石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）

20

级配碎石

20

细粒式沥青混凝土AC-10

4

中粒式沥青混凝土AC-16

6

粗粒式沥青混凝土AC-25

8

路堑

水泥稳疋碎石（水泥用量5%）

16

潮湿

石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）

20

级配碎石

36

细粒式沥青混凝土AC-10

4

中粒式沥青混凝土AC-16

6

隧道

粗粒式沥青混凝土AC-25

8

防或透水封层

2

细粒式沥青混凝土AC-10

4

中粒式沥青混凝土AC-16

6

浸水路堤

过湿

粗粒式沥青混凝土AC-25

8

水泥稳疋碎石（水泥用量5%）

19

过水路堑

石灰粉煤灰碎石（石灰用量8%）

20

级配碎石

36

高速公路水泥混凝土路面设计实例

、轴载换算

水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。

不同轴轮型和轴载的作用次数，按下式换算为标准轴载的作用次数。

NnN旦16

（1）；i2.22103P0'43

（2）

si1ii100

i1.07105Pi0'22（3）;i2.24108Pi022（4）

Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；

Pi——单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重（KN;

n——轴型和轴载级位数;

Ni――各类轴型i级轴载的作用次数;

i——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，i=1;单轴-单轮时，按式

（2）计算;

双轴-双轮组时，按式（3）计算；三轴-双轮组时，按式（4）计算。

轴载换算

车型

P（KN）

i

Ni（次/

日）

16

iNi（p/100）

小客车

前轴

16.5

665

6750

0

后轴

23.0

1

6750

0

中客车

SH130

前轴

25.55

551

2000

0

后轴

45.10

1

2000

0.0059

大客车

CA50

前轴

28.70

524.2

1250

0

后轴

68.20

1

1250

2.7382

小货车

BJ130

前轴

13.40

727.3

4250

0

后轴

27.40

1

4250

0

中货车

CA50

前轴

28.70

524.2

1500

0

后轴

68.20

1

1500

3.2858

中货车

EQ140

前轴

23.70

569.1

2125

0

后轴

69.20

1

2125

5.8757

大货车

JN150

前轴

49.00

416.5

2125

0.02347

后轴

101.60

1

2125

2739.4177

特大车日野

KB222

前轴

50.20

412.1

1500

0.0244

后轴

104.30

1

1500

2941.9832

拖挂车五十铃

前轴

60.00

381.7

187.5

0.0529

后轴

100（3轴）

0

187.5

0

npi16NSi1皿益）

5693.4073

上表为双车道双向交通调查结果，取交通量年平均增长率为9.5%。

小于

和等于40KN单轴）和80KN（双轴）的轴载可略去。

调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为6,所以交通量车道分布系数取0.6。

Ns无0.5X0.6X5693.4073=1708.02次

查《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》，此路面属重交通，设计使

用年限为

布系数为

30年。

由《公路水泥砼路面设计规范JTGD40-2002）》取轮迹横向分

0.22，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数2为：

Ne

Ns1

1365

1708.02「9.5%）301]3650.22=19985088.9次

9.5%

、路面板厚度计算

路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构的设计，路基按干湿状态不同，分为四类：

干燥、中