沥青路面结构设计

–在计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采 在计算层底拉应力时， 在计算层底拉应力时 用下式计算其模量设计值： 用下式计算其模量设计值： –计算层及以上各层模量应采用下式计算其模量设计 计算层及以上各层模量应采用下式计算其模量设计 值
E = E − Zα S
E = E + Zα S
沥青路面结构设计
E = E − Zα S
各试件模量的平均值； E —— 各试件模量的平均值；
Zα
———
S ——— 各试件模量的标准差； 各试件模量的标准差； 保证率系数，按95%保证率取 。 保证率系数， 保证率取2.0。 保证率取
沥青路面结构设计——材料参数取值
• 以弯拉应力为设计指标或验算指标时，应在 以弯拉应力为设计指标或验算指标时， 15℃条件下测试沥青混合料的抗压回弹模量 条件下测试沥青混合料的抗压回弹模量； 15℃条件下测试沥青混合料的抗压回弹模量； 半刚性材料应在规定龄期测定抗压回弹模量 • 计算层底应力时应考虑模量的最不利组合
各种结构层压实最小厚度与适宜厚度
结构层类型 水泥稳定类 石灰稳定类 石灰粉煤灰稳定类 贫混凝土 级配碎、 级配碎、砾石 泥结碎石 填隙碎石 最小压实厚度 （mm） ） 150 150 150 150 80 80 100 适宜厚度 （mm） ） 180～200 ～ 180～200 ～ 180～200 ～ 180～240 ～ 100～200 ～ 100～150 ～ 100～120 ～
沥青路面结构设计
新建沥青路面结构设计步骤 4）根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序 计算或验算路面厚度 。 5）对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要 求。（规范18页表5.2.4） 6）进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。 设计程序流程图
例题
甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路， 设计年限内交通量年平均增长率为10％。该路段 处于Ⅳ7区，为粉质土，稠度为1.00,沿途有大量碎 石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年 的交通组成如下表，试进行路面结构设计。
车型 三菱 T653B 黄河 JN163 江淮 HF150 解放 SP9200 湘江 HQP40 东风 EQ155
重量（KN） 重量（KN） 前轴 29.3 58.6 45.1 31.3 23.1 26.5 后轴 48.0 114.0 101.5 78.0 73.2 56.7
后轴数 1 1 1 3 2 2
c c
En=E0
路面荷载及计算点图示
沥青路面结构设计——材料参数取值
• 以路表弯沉值为设计或验算指标时，设计参数 以路表弯沉值为设计或验算指标时， 采用抗压回弹模量， 采用抗压回弹模量，对于沥青混凝土试验温度 为20℃ ； • 计算路表弯沉值时，抗压回弹模量应按下式计 计算路表弯沉值时， 算其设计值 ：
C1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 2 1 2.2
C2 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6. 400 400 400 300 300 400 400 400 400
等效标准轴 次 (次/日) 次日 1.4 12.3 39.1 707.3 12.5 426.8 1.9 305.4 4.4 205.9 1.2 74.6 1793
沥青路面结构设计——交通等级
交通等级 轻交通 中等交通 重交通 特重交通 BZZ-100 累计标准轴次 Ne(万次 车道 万次/车道 万次 车道) ＜300 300～1200 ～ 1200～2500 ～ >2500 大客车及中型以上各种货车交 通量（ 车道)） 通量（辆/( d·车道 ） 车道 ＜600 600～1500 ～ 1500～3000 ～ >3000
2 pδ l S = 1000 αcF = l jF E1
αc = f (
h1 h2 hn −1 E 2 E 3 E , ... , , ... 0 ) δ δ δ E 1 E 2 E n −1
lS 0 .38 E 0 0 .36 F = 1 .63 ( ) ( ) 2000 δ p
沥青路面结构设计
沥青路面结构设计方法
当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，各级轴 载的作用次数均应按下式换算成标准轴载的当量作 用次数N＇
Pi ' ' ' N = ∑ C1 C 2 ni P i =1
k 8
式中， C1 ＇ ——轴数系数；当轴间距大于3m时， 按单独一个轴载计算，小于3m时，按双轴或多轴 计算， C1＇ ＝1＋2（m－1），式中m为轴数； C2＇——轮组系数；单轮组为18.5，双轮组 为1，四轮组为0.09。
l d = 600N e
−0.2
Ac ⋅ As ⋅ Ab
式中：ld ——路面设计弯沉（0.01mm）； Ne——设计年限内一个车道上累计当量轴次； Ac——公路等级系数，高速、一级公路为1.0 ，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2； As——面层系数，沥青混凝土面层为1.0，热 拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面（含上拌下贯式 路面）、沥青表处为1.1。 Ab——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路 面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6 。
沥青路面结构设计 设计指标
高速公路、一级公路、二级公路的路面结构 1）路表面回弹弯沉 2）沥青混凝土层的层底拉应力 3）半刚性材料层的层底拉应力 三级公路、四级公路的路面结构 路表面回弹弯沉
lS ≤ ld
σm ≤σR
沥青路面结构设计
A
p E1 E2 En-1 B
r A (c)
h1 h2 B hn-1
车道特征 双向单车道 双向两车道 双向四车道 双向六车道 双向八车道
车道系数 1.0 0.6～0.7 ～ 0.4～0.5 ～ 0.3～0.4 ～ 0.25～0.35 ～
沥青路面结构设计
结构组成 细粒式沥青砼 面层 基层 底基层 中粒式沥青砼 粗粒式沥青砼 水泥稳定碎石 石灰土 土基 厚度/ 抗压模量/ 劈裂强度/ MPa cm MPa(20℃/15℃)
4 5 6 30 18 E1=1400/2000 E2=1200/1800 E3=1000/1400 E4=1500 E5=550 E0=50 0.4560 0.3257 0.2367 0.2439 0.0856
土基
沥青混合料的压实最小厚度与适宜厚度
沥青混合料类型 砂粒式沥青砼AC-5 砂粒式沥青砼 细粒式沥青砼AC-10 细粒式沥青砼 细粒式沥青砼AC-13 细粒式沥青砼 中粒式沥青砼AC-16 中粒式沥青砼 中粒式沥青砼AC-20 中粒式沥青砼 粗粒式沥青砼AC-25 粗粒式沥青砼 密级配沥青碎石ATB-25 密级配沥青碎石 密级配沥青碎石ATB-30 密级配沥青碎石 密级配沥青碎石ATB-40 密级配沥青碎石 公称最大粒径 最小压实厚度 （mm） ） （mm） ） 4.75 9.5 13.2 16 19 26.5 26.5 31.5 37.5 15 20 35 40 50 70 70 90 120 适宜厚度 （mm） ） 15～30 ～ 25～40 ～ 40～60 ～ 50～80 ～ 60～100 ～ 80～120 ～ 80～120 ～ 90～150 ～ 120～150 ～
沥青路面结构设计方法
按照规范，当以设计弯沉值及沥青层层底拉应力为 指标时，各级轴载的作用次数均应按下式换算成标 准轴载的当量作用次数
Pi N = ∑ C 1C 2 n i P i =1 式中：N——标准轴载当量轴次（次/日）； ni——被换算车型的各级轴载次数（次/日）； P——标准轴载（100kN）； Pi——被换算车型的各级轴载（kN）； C1——轴数系数；当轴间距大于3m时，按单独一个轴载 计算，小于3m时，按双轴或多轴计算，C1 ＝1＋1.2（m－1） ，式中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。
累计标准轴载作用次数——沥青路面
设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne用下 式计算：
Ne = [(1 + γ ) t − 1] × 365
γ
N 1η
γ ——设计年限内交通量年平均增长率（％）；
η——车道系数，按规范取值；
t——设计年限（年）。 N1——营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）
沥青路面结构设计——车道系数
K s = 0.35Ne
0.11
/ Ac
对无机结合料稳定细粒土类：
K s = 0.45Ne
0.11
/ Ac
沥青路面结构设计
新建沥青路面结构设计步骤 1）根据设计要求，按弯沉和弯拉指标分别计算Ne N ，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层 类型，并计算ld 和容许拉应力。 2）根据路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将 路基划分为若干路段，确定各路段土基回弹模量 设计值。 3）参考地区经验拟定几种可行的路面结构组合与 厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试 验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂 强度等，确定各结构层的设计参数。
沥青路面结构设计
σR =
σS
Ks
σ R ——路面结构层材料的容许拉应力（MPa）；
σ S ——沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度
（MPa），注意不同材料的实验条件； K S ——抗拉强度结构系数。
抗拉强度结构系数
对沥青混凝土面层：
K s = 0.09 N e
对无机结合料稳定集料类：
0.22
/ Ac
k 4 .35
车 型 前轴 三菱T653B 三菱 后轴 前轴 黄河JN163 黄河 后轴 前轴 江淮HF150 江淮 后轴 前轴 解放SP9200 解放 后轴 前轴 湘江HQP40 湘江 后轴 前轴 东风EQ155 东风 后轴
Pi （kN） ） 29.3 48.0 58.6 144.0 45.1 101.5 31.3 78.0 23.1 73.2 26.5 56.7 合计