沥青路面厚度设计
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日期：2014年9月
沥青路面厚度设计
A、基本情况
某地拟新建一条二级公路省道，路线总长21km，双向四车道，路面宽度为16m，该地属公路自然区划IV 区，路基为低液限粘土土质，填方路基最大高度2.1m，路床顶距地下水位平均高度1.4m，属中湿状态，根据室内试验法确定土基回弹模量50MPa，年降雨量1200mm，最高气温39℃，最低气温-10℃。
拟采用沥青混凝土路面，根据规范规定，查表得其设计使用期12年。
B、交通荷载情况
根据区域交通分析预测近期交通组成和交通量如表1所示，交通量年平均增长率为4%。
表1 近期交通组成与交通量
要求：试根据交通荷载等级，选择相应的基层（和底基层）材料进行组合设计，并根据进行沥青路面厚度设计计算，编制计算书（计算书格式及编目示例附后）。
一、基本设计条件与参数
依题意得，基本设计条件如下：新建二级公路，双向四车道，路面宽度16m ，公路自然区划IV 区，低液限粘土土质，填方路基最大高度2.1m ，路床顶距地下水位平均高度1.4m ，中湿状态，年降雨量1200mm ，最高气温39℃，最低气温-10℃。
基本参数如下：土基回弹模量50MPa ，设计使用期12年，交通量年平均增长率为4%。
二、交通量分析
本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN 为标准轴载，以BZZ-100表示。 1. 当设计弯沉值为指标时，当量轴次计算公式及计算结果如下：
4.35
121
k
i i i P N C C n P =⎛⎫
= ⎪
⎝⎭∑
注：轴载小于25kN 的轴载作用不计
查《规范》得该公路车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：
()[]()[]
（次）6
12
10835.84.0418.402704
.0365104.0136511⨯=⨯⨯⨯-+=⨯-+=
ηN r
r N t
e
属于中等交通。
2. 以半刚性基层层底拉应力为指标计算当量轴次
注：轴载小于50kN 的轴载作用不计
查《规范》得车道系数为0.4，累计当量轴次计算如下：
（次）7
1210585.14.0823.722504
.0365]1)04.01[(365]1)1[(⨯=⨯⨯⨯-+=⨯-+=ηN r r N t e
属于重交通。
由1、2计算可得，该设计道路的累积轴载情况属于重交通级别。
三、结构组合设计
1.初拟结构组合和材料选取
参照《规范》，本道路设计选用6层基本层位，路面结构面层采用沥青混凝土(18cm)，其中表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度8cm)；基层采用水泥稳定碎石（厚度取20cm ）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度40cm 。 2.各层材料的抗压模量与劈裂强度
查表得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取20℃的模量，得到20℃的抗压回弹模量：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 ，水泥碎石为1500MPa ，石灰土550MPa 。
弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取15℃的值，分别为2000MPa 、 1800MPa 、1200MPa 、
3550MPa、1480MPa。
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 ，水泥碎石为0.5MPa ，石灰土0.225MPa 。 3.土基回弹模量的确定
依题意得土基回弹模量为50MPa 。
四、弯沉计算
本公路为二级公路，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，底基层总厚度大于20cm ，基层类型系数取1.0。该路面结构属于弹性层状体系，计算较复杂，因此借助计算机软件完成计算任务，计算结果如下：
路面设计弯沉 mm A A A N l b s c e d 269.06002
.0==-
五、层底拉应力计算
通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：
六、设计极限状态验证
极限状态验证如下：
格）（见层底拉应力计算表R
m d s mm l mm l σσ≤=≤=9.269.26
路面厚度验证如下：
cm cm H 45~40784020864≥=++++= 因此方案一符合设计要求。
七、设计成果优化
由于设计道路等级仅为二级公路，出于节省沥青用料的目的，新的方案从减少沥青层厚度的角度考虑，同时加厚水泥稳定碎石基层厚度，在保证路面承载能力和满足最小防冻厚度的要求，底基层厚度也可得到一定的缩减。
设计方案如下： 1.初拟结构组合和材料选取
路面结构面层采用沥青混凝土(15cm)，其中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)；基层采用水泥稳定碎石（厚度取30cm ）；底基层采用石灰土（厚度待定），初拟厚度30cm 。
2.各层材料的抗压模量与劈裂强度与设计弯沉计算同方案一。 路面设计弯沉 mm A A A N l b s c e
d 269.06002
.0==-
五、层底拉应力计算
通过电算程序计算得到，各层层底拉应力与容许拉应力计算结果如下：
