沥青路面结构设计计算案例
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第13章 沥青路面设计算例
? 例1 甲乙两地之间计划修建一条四车道的一 级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为 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所示， 试进行路面结构设计。
轴载换算结果表（弯沉）
车型
Pi （KN ）
密级配沥青混凝土 (厚度5cm) ，下面层采用 粗
粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm) 。
? 3)各层材料的抗压模量与劈裂强度 ? 抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围
的中值，得到20℃的抗压模量： ? 细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa， ? 中粒式的为1200MPa， ? 粗粒式的为1000MPa， ? 水泥碎石为1500MPa， ? 石灰土550MPa。
? 9897132次 ? 990万次
?2)结构组合与材料选取
由 Ne=1092 万次左右。根据规范推荐结构， 并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应， 路面结构面层采用 :
沥 青 混 凝 土 (15cm=4+5+6)+ 水 泥 碎 石 ( 取 25cm)+ 石灰土(厚度待定)+土基。
采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级 配沥青混凝土 (厚度4cm) ，中面层采用中粒式
?各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝 土为1.4MPa，中粒式的为1.0MPa，粗粒式的为 0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土 0.225MPa。
?4)土基回弹模量的确定
?该路段处于IV7区,为粉质土,稠度为1.00,查352表 14-9“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”查得土基回弹模量为40MPa。
? 粗粒式密级配沥青混凝土 ：
Ks
?
0.09
N 0.22 e
/
Ac
?
0.09
?
109189400.22
/1.0
?
3.12
? R ? ? SP / K S ? 0.8/3.12 ? 0.256 MPa
? 水泥碎石：
Ks
?
0.35
Nபைடு நூலகம்
0.11 e
/
Ac
?
0.35 ?
9897132 0.11
/ 1.0
?
2.06
C1
三菱T653B 前轴 29.3
1
C2 6.4
n i （次 /日） 300
C 1 C 2 n i ?? ?
Pi P
4 .35
? ? ?
9.2
后轴 48.0
1
1
300
12.3
黄河JN163 前轴 58.6
1
6.4
400
250.4
后轴 114.0
1
1
400
707.3
江淮HF150 前轴 45.1
1
6.4
Pi P
4.35
? ? ?
2092.3
? 解：1)轴载分析
? 路面设计以双轮组单轴载100kN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轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式：
? N
?
k i?1
C1C2ni
?? ?
Pi P
4.35
? ? ?
? 计算结果如表所示。
400
80.2
后轴 101.5
1
1
400
426.8
解放SP9200 前轴 31.3
1
6.4
300
12.3
后轴 78.0
3
1
300
305.4
湘江HQP40 后轴 73.2
2
1
400
205.9
东风EQ155 前轴 26.5
1
6.4
400
7.9
后轴 56.7
2.2
1
400
74.6
? N
?
k i?1
C1C 2 ni ?? ?
? 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，四车道的车道系数是0.4～0.5， 取0.45。
? ? ? ? Ne ?
?1?
?
?t ?
?
1
?
365
N1
??
?
?1? 0.1?15 ? 1 ? 365? 2092.3? 0.45
0.1
? 10918939.8次 ? 1092万次
? R ? ? SP / K S ? 0.5 / 2.06 ? 0.2427 MPa
? 石灰土：
Ks
?
0.45
N
0.11 e
/
Ac
?
0.45 ?
9897132 0.11
/1.0
?
2.65
? R ? ? SP / K S ? 0.225 / 2.65 ? 0.0849 MPa
?
3.18
? R ? ? SP / K S ? 1.4 / 3.18 ? 0.4403 MPa
? 中粒式密级配沥青混凝土 ：
Ks ? 0.09Ne0.22 / Ac ? 0.09?109189400.22 /1.0 ? 3.18
? R ? ? SP / K S ? 1 .0 / 3.18 ? 0.3145 MPa
?
600
N
? 0.2 e
Ac
As
Ab
?
600? 10918940?0.2
? 1.0? 1.0? 1.0
? 23.47?0.01mm?
? (2)各层材料的容许层底拉应力
? R ?? SP/KS
? 细粒式密级配沥青混凝土 ：
Ks
?
0.09
N 0.22 e
/
Ac
?
0.09? 10918940 0.22
/1.0
400 450.6
300 123.3
400
65.9
400
12.8
1896.5
②累计当量轴次
? 参数取值同上，设计年限是15年，车道系 数取0.45。
? 累计当量轴次：
? ? ? ? Ne??
?1
?
?
?t ?
?
1
?
365
N1
??
?
?1? 0.1?15 ? 1 ? 365? 1896.5? 0.45
0.1
?5)设计指标的确定
?对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设 计指标，并进行结构层底拉应力验算。
? (1)设计弯沉值
? 路面设计弯沉值根据公式计算。该公路为一级 公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土， 面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层基层 类型系数取1.0。
? 设计弯沉值为：
Ld
后轴 114.0
1
1
江淮HF150 后轴 101.5
1
1
解放SP9200 后轴 78.0
3
1
湘江HQP40 后轴 73.2
2
1
东风EQ155 后轴 56.7
3
1
? N ??
k i?1
C1?C2?ni
?? ?
Pi P
8
?? ?
ni 400
C1?C 2?ni
? ? ?
Pi P
8
? ? ?
102.9
400 1141.0
（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
? 验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式
为：
? N ? ?
k i?1
C1?C 2?ni ?? ?
Pi P
8
?? ?
? 计算结果如下表所示。
轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
车型
Pi
C1′
C2′
前轴 58.6
1
18.5
黄河JN163
? 例1 甲乙两地之间计划修建一条四车道的一 级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为 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所示， 试进行路面结构设计。
轴载换算结果表（弯沉）
车型
Pi （KN ）
密级配沥青混凝土 (厚度5cm) ，下面层采用 粗
粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm) 。
? 3)各层材料的抗压模量与劈裂强度 ? 抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围
的中值，得到20℃的抗压模量： ? 细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa， ? 中粒式的为1200MPa， ? 粗粒式的为1000MPa， ? 水泥碎石为1500MPa， ? 石灰土550MPa。
? 9897132次 ? 990万次
?2)结构组合与材料选取
由 Ne=1092 万次左右。根据规范推荐结构， 并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应， 路面结构面层采用 :
沥 青 混 凝 土 (15cm=4+5+6)+ 水 泥 碎 石 ( 取 25cm)+ 石灰土(厚度待定)+土基。
采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级 配沥青混凝土 (厚度4cm) ，中面层采用中粒式
?各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝 土为1.4MPa，中粒式的为1.0MPa，粗粒式的为 0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土 0.225MPa。
?4)土基回弹模量的确定
?该路段处于IV7区,为粉质土,稠度为1.00,查352表 14-9“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值 (MPa)”查得土基回弹模量为40MPa。
? 粗粒式密级配沥青混凝土 ：
Ks
?
0.09
N 0.22 e
/
Ac
?
0.09
?
109189400.22
/1.0
?
3.12
? R ? ? SP / K S ? 0.8/3.12 ? 0.256 MPa
? 水泥碎石：
Ks
?
0.35
Nபைடு நூலகம்
0.11 e
/
Ac
?
0.35 ?
9897132 0.11
/ 1.0
?
2.06
C1
三菱T653B 前轴 29.3
1
C2 6.4
n i （次 /日） 300
C 1 C 2 n i ?? ?
Pi P
4 .35
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9.2
后轴 48.0
1
1
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12.3
黄河JN163 前轴 58.6
1
6.4
400
250.4
后轴 114.0
1
1
400
707.3
江淮HF150 前轴 45.1
1
6.4
Pi P
4.35
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2092.3
? 解：1)轴载分析
? 路面设计以双轮组单轴载100kN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轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式：
? N
?
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Pi P
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? ? ?
? 计算结果如表所示。
400
80.2
后轴 101.5
1
1
400
426.8
解放SP9200 前轴 31.3
1
6.4
300
12.3
后轴 78.0
3
1
300
305.4
湘江HQP40 后轴 73.2
2
1
400
205.9
东风EQ155 前轴 26.5
1
6.4
400
7.9
后轴 56.7
2.2
1
400
74.6
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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，四车道的车道系数是0.4～0.5， 取0.45。
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? 中粒式密级配沥青混凝土 ：
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? 细粒式密级配沥青混凝土 ：
Ks
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300 123.3
400
65.9
400
12.8
1896.5
②累计当量轴次
? 参数取值同上，设计年限是15年，车道系 数取0.45。
? 累计当量轴次：
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?1
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1
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365
N1
??
?
?1? 0.1?15 ? 1 ? 365? 1896.5? 0.45
0.1
?5)设计指标的确定
?对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设 计指标，并进行结构层底拉应力验算。
? (1)设计弯沉值
? 路面设计弯沉值根据公式计算。该公路为一级 公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土， 面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层基层 类型系数取1.0。
? 设计弯沉值为：
Ld
后轴 114.0
1
1
江淮HF150 后轴 101.5
1
1
解放SP9200 后轴 78.0
3
1
湘江HQP40 后轴 73.2
2
1
东风EQ155 后轴 56.7
3
1
? N ??
k i?1
C1?C2?ni
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Pi P
8
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ni 400
C1?C 2?ni
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Pi P
8
? ? ?
102.9
400 1141.0
（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
? 验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式
为：
? N ? ?
k i?1
C1?C 2?ni ?? ?
Pi P
8
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? 计算结果如下表所示。
轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
车型
Pi
C1′
C2′
前轴 58.6
1
18.5
黄河JN163