沥青路面设计计算实例

沥青混凝土路面计算书

一、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 3）轴载换算：

k轴载换算的计算公式：N=CPi1C2ni()4.35i1P

计算结果列于下表： 车型 P（kN） C日） CPii1 C2 ni（次/1C2ni(P)4.35（次/日） 东风EQ140 前轴 23.70 1 6.4 后轴 69.20 1 1 553 111.48 CA10B 前轴 19.40 1 6.4 后轴 60.85 1 1 3041.5 350.45 黄河JN150 前轴 49.00 1 6.4 后轴 101.60 1 1 395 423.24 kN=CPi1C2ni()4.35P 885.38 i1注：轴载小于25kN的轴载作用不计。 2）累计当量轴次：

根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取15年，双车道的车道系数取0.6 累计当量轴次：

N'1t136515.4%151365eN15.4%×885.380.6 =4312242（次） 3）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，结果列于下表： 车型 Pi（kN） C1 C2 ni（次/日） CPi81C2ni(P)（次/日） 东风EQ140 后轴 69.20 1 1 553 CA10B 后轴 60.85 1 1 3041.5 57.17 黄河JN150 后轴 101.60 1 1 395 448.48 N=kCP1C2ni(i)8 505.65 i1P

注：轴载小于50kN的轴载作用不计

验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式：

kN=CP81C2ni(i)

i1P（2）累计当量轴次：

N'1t136515.4%151365eN1=5.4%×505.650.6=2462767.6（次） 二、结构组合与材料选取

根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途筑路材料较丰富，路面结构采用沥青混凝土（15cm），基层采用二灰碎石（20cm），基底层采用石灰土（厚度待定）。 二级公路面层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3cm）， 中间层采用中粒式密级配沥青混凝土 （厚度5cm）， 下层采用粗粒式密级配沥青混凝土 （厚度7cm）。 三、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，因此得到20℃的抗压模量： 细粒式密级配沥青混凝土为 1400MPa， 中粒式密级配沥青混凝土为 1200MPa， 粗粒式密级配沥青混凝土为 1000MPa， 二灰碎石为 1500MPa， 石灰土为 550MPa。 各层材料的劈裂强度：

细粒式密级配沥青混凝土为 1.4MPa， 中粒式密级配沥青混凝土为 1.0MPa， 粗粒式密级配沥青混凝土为 0.8MPa， 二灰碎石为 0.5MPa， 石灰土为 0.225MPa。 四、土基回弹模量的确定

该路段处于Ⅵ区，土基回弹模量为30MPa。 五、设计指标的确定

对于二级公路，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。路面设计弯沉值计算：该公路为二级公路，公路等级系数取1.1，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm，基层类型系数取1.0.

设计弯沉值为：

L0.2d600NeAcAbAs60043122420.21.11.01.0=31.09（mm） 2.各层材料容许层底拉应力：

Rsp/Ks

1）细粒式密级配沥青混凝土：

K0.22s0.09AaNe/Ac=0.091.043122420.22/1.1=2.36

Rsp/Ks=1.4/2.36=0.593MPa

2）中粒式密级配沥青混凝土：

Ks0.09A0.22aNe/Ac=0.091.043122420.22/1.1=2.36

Rsp/Ks=1.0/2.36=0.432MPa

3）粗粒式密级配沥青混凝土：

Ks0.09AaN0.22e/Ac=0.091.143122420.22/1.1=2.59

Rsp/Ks=0.8/2.59=0.309 MPa

4）二灰碎石：

K0.11s0.35Ne/Ac=0.3543122420.11/1.1=1.7

Rsp/Ks=0.5/1.7=0.292 MPa

5）石灰土：

Ks0.45N0.11e/Ac=0.4543122420.11/1.1=2.20

Rsp/Ks=0.225/2.20=0.102 MPa

六、设计资料总结

设计弯沉值为31.09（0.01mm），相关资料汇总如下表

抗压模量E1(MPa) 材料名称 H （cm） 容许拉应力 （MPa） 20℃ 15℃ 细粒式密级配 沥青混凝土 3 1400 2000 0.593 中粒式密级配 沥青混凝土 5 1200 1800 0.432 粗粒式密级配 1000 沥青混凝土 7 1400 0.309 二灰碎石 20 1500 0.292 石灰土 —— 550 0.102 土基 —— 30 —— 七、确定石灰土层厚度 δ δ δ δ δ

A p r

细粒式沥青混凝土

E1=1400MPa

中粒式沥青混凝土 E2=1200MPa A 粗粒式沥青混凝土 E3=1000MPa

二灰碎石 E4=1500MPa 二灰土

E5=550MPa E0=30MPa

路表弯沉值计算图式

δ δ δ δ δ

A p h1＝3cm

E1=1400MPa

h2＝5cm E2=1200MPa h3＝7cm E3=1000MPa

h4＝20cm E4=1500MPa

h5＝？cm

E5=550MPa E0=30MPa

计算弯沉综合系数：

多层体系换算图式 F=1.63（LsE31.092000）0.38(0P)0.36=1.63()0.38(28)0.36200010.650.7=0.514 E0E300.03 21000h310.650.282 E2E10000.714 11400查三层体系表面弯沉系数诺谟图得

kf(h,E01E)f(0.282,0.03)1.448

2af(hE,2E)f(0.282,0.714)7.68

1由L2pd1000EacF

1ac=ak1k2得 k2=0.511

查三层体系表面弯沉系数诺谟图得 H5.22

H=55.59cm

h＝h1＝3cm

H＝？ E1＝1400MPa E2＝1200MPa E0＝30MPa

n1HhE4K2.4EhhE52h34h52.4=55.59 得 K22E2h532.65cm取h535cm

八、层底拉应力验算（采用15℃沥青的抗压模量）

细粒式密级配沥青混凝土为2000MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1800MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1400MPa

1.对于细粒式沥青混凝土层：

1HhE4k0.9EhEEE2h30.93h40.94+h50.95=36.00 Kni1i1E2E2E2H36.0010.65=3.381

h310.65=0.282 E030E0.017 21800E21800E0.9 12000查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

f(hE,2E)=f(0.282,0.9)≤0

1Pm1m2≤0 R

查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

n1=f(E2HE,)f(0.9,3.381)1.234 1Hh＝h1＝3cm E1＝2000MPa n2=f(,h,E2E)f(3.381,0.282,0.9)=0.31 1H＝？

E2＝1800MPa

f(HE0,E)f(3.381,0.017)=0.341 E

0 ＝ 30MPa 2Pn1n2=0.7×0.341×1.234×0.31=0.091≤0.593

2.对于中粒式沥青混凝土层：

ihEk11hk4Ei= hE180014k1Eh23458.19 21400Hn1h0.9EkEhEkhEE7200.91500350.955030.9340.94h50.95=40.99 Ki1i1E3E3E314001400H3.85

hh＝? E1＝1800MPa 0.769 E0H＝？

E2＝1400MPa E300.02 21400E0＝30MPa

E2E140018000.778 1查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

f(h,E2E)=f(0.769,0.778)≤0

1Pm1m2≤0 R

查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

nE21=f(E,H)f(0.778,3.85)=1.166 1nHhE22=f(,,E)f(3.85,0.769,0.778)=0.25 1f(H,E0E)f(3.85,0.02)=0.26 2Pn1n2=0.053≤0.432

3.对于粗粒式沥青混凝土层

ihhEkEk4K1EhhE42000641800141242h33716.67 iE3E314001400HKn1hk0.9Eki1Eh0.9E520350.95504h5=31.48 i1E41500Hh＝? E1＝1400MPa 2.96

hH＝？

1.57 E2＝1500MPa E0E300.02 E0＝30MPa

21500E2E15001.07 11400查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

f(hE,2E)=f(1.57,1.07)≤0

1Pm1m2≤0 R

查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

nE21=f(E,H)f(1.07,2.96)=1.23 1nH2=f(,hE2,E)f(2.96,1.57,1.07)=0.46 1f(H,E0E)f(2.96,0.02)=0.46 2Pn1n2=0.182≤0.309

4.对二灰碎石

ihhEkk4EhEE2E200018001400141h24h343h43464742036.38K1iE4E4E4150015001500Hkn1hkk0.9Ei1E=35 i1H3.29

h3.42 E0E300.05 E215002.73 2550E1550

查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

f(h,E2)=f(3.42,2.73)≤0

h＝? EE1＝1500MPa 1PmH＝？

E2＝550MPa 1m2≤0 E0＝30MPa

R

查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）

nE21=f(E,H)f(2.73,3.29)=1.31 1nHhE22=f(,,E)f(3.29,3.42,2.73)=0.53 1f(HE,0E)f(3.29,0.05)=0.25

2Pn1n2=0.174≤0.292

综上所述，各层均满足要求

九、进行防冻层厚度验算

该路段路面结构总厚度为H＝3+5+7+20+35＝70cm。

道路多年最大冻深为：Zd3.5m，由《规范》查得路面最小防冻厚度为55～65cm，所以该路段路面结构厚度满足最小防冻要求。

十、路面结构方案比较，确定采用的路面结构方案 结构类型 材料 厚度（cm） 上面层 细粒式沥青混凝土 3 面层 中面层 中粒式沥青混凝土 5 下面层 粗粒式沥青混凝土 7 基层 二灰碎石 20 底基层 石灰土 35

十一、绘制路面结构图

面层基层底基层土基细粒式沥青中粒式沥青粗粒式沥青二灰碎石石灰土混凝土混凝土混凝土

自然区划Ⅴ1路基土质粘性土设计弯沉31.09干湿类型中湿路面结构层图示土基模量单位：