15设计

8路面设计沥青路面设计包括原材料的调查与选择、沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计、各项设计参数的测试与选定、路面结构组合设计、路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比选等。8.1沥青混凝土路面概述（1）路面结构设计的原则①路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，将路面作为一个整体考虑，进行综合设计。②在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循“因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原则进行路面设计的技术经济比较，选择技术先进，经济合理，安全可靠的方案。③应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运用行之有效的新材料、新工艺、新技术。④路面设计方案应充分考虑沿线环境保护、自然生态的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。⑤为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。（2）沥青路面结构设计理论与方法①世界各国的沥青路面结构设计方法，可分为经验法和力学—经验法两大类。经验法主要通过对实验路或使用道路的实验观测，建立路面结构（结构层组合、厚度和材料性质）、车辆荷载（轴载大小和作用次数）和路面使用性能三者之间的关系，如美国的加州承载比（CBR）法和美国各州公路和运输工作协会（AASHTO）法。力学—经验法应用于力学原理分析路面结构在荷载与环境作用下的力学响应量（应力、应变、位移），建立力学响应量与路面使用性能之间的关系模型，路面设计按使用要求，运用关系模型完成结构设计。我国现行的沥青路面设计方法、美国的沥青学会（AI）法和壳牌（Shell）法均为力学—经验法。②我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2011）采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。8.2沥青路面的设计计算（1）设计交通资料（见下表8.1）：表8.1路面设计交通资料序号车型名称前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数后轴轮组数后轴距交通量（辆/昼夜）1小客车11.8281双轮组16172中客车SH13025.5555.11双轮组8503大客车CA5028.768.21双轮组1334小货车BJ13013.5527.21双轮组18175中货车CAD5024.568.61双轮组6926中货车EQ14023.769.21双轮组1027大货车JN15049101.61双轮组245注：设计年限为12年车道系数为=0.7交通量年平均增长值r=8.0％。轴载分析：路面设计以BZZ—100作为标准轴载，以设计弯沉值为指标验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。①轴载换算轴载换算公式：35.4211)(PPnCCNiiKi式中：N——以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次（次/日）；in——被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）；P——标准轴载（kN）；iP——被换算车型的各级轴载（kN）；1C——被换算车型的轴载系数；2C——被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38；K——被换算车型的轴载级别。当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下列公式计算：)1(2.111mC式中：m——轴数轴载换算结果如下表8.2所示：表8.2轴载换算结果序号车型iP1C2Cin35.421)(PPnCCii1小客车前轴11.816.416171后轴2811161772中客车SH130前轴25.5516.485015后轴55.111850643大客车CA50前轴28.716.41334后轴68.211133264小货车BJ130前轴13.5516.418172后轴27.211181775中货车CAD50前轴24.516.469210后轴68.6116921356中货车EQ140前轴23.716.41022后轴69.211102217大货车JN150前轴4916.424571后轴101.611245263后轴1003179237628②累计当量轴次计算路面竣工后第一年日平均当量轴次：1N=628设计年限内一个车道上累计当量轴次：1261[(1)1]365[(10.08)1]3656280.73.045100.08terNNr查表可得交通等级为中等交通。方案一：路面各层结构及其力学参数（见下表8.3）表8.3路面结构力学参数层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）20℃劈裂强度（MPa）1细粒式沥青混凝土614001.22粗粒式沥青混凝土810000.83水泥稳定碎石2515000.64天然砂砾待定200—①土基回弹模量确定：该路段处于Ⅳ5区，为亚砂土和亚粘土，干湿状态为中湿状态，稠度为1.0，查得土基回弹模量为32.5。②设计指标确定：本二级公路的设计，以设计弯沉值作为设计标准，并进行层底拉应力计算。③按弯沉指标要求计算天然砂砾层厚度4h本公路为二级公路，根据规范，公路等级系数1.1cA，面层为沥青混凝土面层0.1sA，基层为半刚性基层，基层类型系数1.0BA。cmh61MPa14001Ecmh61MPa14001Ecmh82MPa10002E待定HMPa1000Ecmh253MPa15003E待定4hMPa2004E土基MPa5.320E土基MPa5.320E（2）设计弯沉值：0.2600decsBlNAAA60.2600(3.04510)1.11.01.033.33(0.01mm)1h60.56310.652110000.7141400EE0232.50.0331000EE由1h0.563和210.714EE查诺谟图得=6.75，由1h0.563和020.033EE查诺莫图得11.38K。令33.330.01sdllmm则弯沉综合修正系数：0.360.3801.632000slEFp0.380.3633.3332.51.63200010.650.70.5570.01mm121000scplFEc12KK联立上面两式得：12114000.03330.603220.710.656.751.380.557dElKpKF由1h0.563、020.033EE和20.603K查诺谟图得4.4H则可反算出：4.44.410.6546.86H代入当量厚度换算公式得，2.42.44150020046.8682510001000h解得4h18.10cm，取4h18cm（3）各层材料的容许层底拉应力：sspRK①细粒式密级配沥青混凝土0.2260.220.090.09(3.04510)=2.1841.1eScNKA1.20.550MPa2.184SPRSK②粗粒式密级配沥青混凝土0.2260.220.090.09(3.04510)2.1841.1escNKA1.00.458MPa2.184SPRSK③水泥稳定碎石0.1160.110.350.35(3.04510)1.6441.1eScNKA0.60.365MPa1.644SPRR设计资料总结：设计弯沉值为33.33（0.01mm），相关资料汇总如下表8.4：表8.4设计资料汇总表材料名称H(cm)20℃抗压模量15℃容许拉应力（MPa）细粒式沥青混凝土614000.550粗粒式沥青混凝土810000.458水泥稳定碎石2515000.365天然砂砾18200—土基—32.5—（4）弯拉应力的验算由于水泥稳定碎石下层有天然砂砾，故天然砂砾作为中层，以上作为上层。①细粒式沥青混凝土：``114411111h===h6xiiiixEEhhEE143240.90.90.90.90.9234x+121222250.239niiiiiixEEEEEHhhhhhEEEEE60.56310.65h2110000.7141400EE50.2394.7210.65H0232.50.0331000EE查诺谟图发现0为压应力，故应力验算通过。②粗粒式沥青混凝土21244441211222h===61.09814.53xiiiiiixEEEEhhhhEEEE14340.90.90.90.934x+13133325180.10726.93niiiiiixEEEEHhhhhEEEE14.531.3610.65h2115000.7141000EE26.932.5310.65H0232.50.0221500EE查诺谟图得：1.7510.6m20.3m则：120.71.750.60.30.22050.458pmm故应力验算通过。③水泥稳定类碎石331244444123113333h=60.98380.92538.1xiiiiiixEEEEEhhhhhEEEEE1440.90.90.94x1444418niiiiiiEEEHhhhEEE38.13.5810.65h212000.1331500EE181.6910.65H0232.50.163200EE查诺谟图得：0.311.05m2m1.05则：120.70.31.051.050.2320.365pmm故应力验算通过。④天然砂砾23312444441231123333h=60.98380.92538.1niiiiiinEEEEEhhhhhEEEEE18H38.13.5810.65h212000.1331500EE181.6910.65H0232.50.163200EE查诺谟图得：0.311.05m2m1.05则：120.70.31.051.050.232pmm符合设计要求。方案二：（1）设计资料（见表8.1和表8.2）路面各层结构及其力学参数（见下表8.5）表8.5路面结构力学参数层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（MPa）20℃劈裂强度（MPa）1细粒式沥青混凝土614001.22粗粒式沥青混凝土810000.83碎石灰土259000.354级配碎石待定200—①土基回弹模量确定：该路段处于Ⅳ5区，为亚砂土和亚粘土，稠度为1.0，查得土基回弹模量为32.5.②设计指标确定：本二级公路的设计，以设计弯沉值作为设计标准，并进行层底拉应力计算。③按弯沉指标要求计算天然砂砾层厚度4h本公路为二级公路，根据规范，公路等级系数1.1cA，面层为沥青混凝土面层0.1sA，基层为半刚性基层，基层类型系数1.0BAcmh61MPa14001Ecmh61MPa14001Ecmh82MPa10002E待定HMPa1000Ecmh2533900MPaE待定4hMPa2004E土基MPa5.320E土基MPa5.320E（2）设计弯沉值：0.2600decsBlNAAA60.2600(3.04510)1.11.01.033.33(0.01mm)1h60.56310.652110000.7141400EE0232.50.0331000EE由1h0.563和210.714EE查诺谟图得=6.75，由1h0.563和020.033EE查诺莫图得11.38K。令33.330.01sdllmm则弯沉综合修正系数：0.360.380.380.36033.3332.51.631.630.5570.012000