路面设计

1.1 概述

路面是道路的基础组成部分，它承受着行车荷载和自然因素的作用。路面结构设计主要任务是与所处环境相适应，并能承受相应的交通荷载。道路设计路面结构主要是便于改变道路行驶条件，提高服务水平，满足汽车运输的要求。路面结构的设计内容主要包括路面结构层次的选择和组合、各结构层厚度的确定，以及各结构层的材料组成设计等。

由设计图纸及相关资料可知，本设计路段内无不良地质概况，沿线有村庄、河流，砂石材料丰富。与水泥路面相比，沥青混凝土路面表面平整、无接缝，行车舒适，施工进度快，沥青混凝土路面破坏后易于修补，而且水泥及沥青均需外运。鉴于以上分析，本设计采用沥青混凝土路面

根据规范，二级公路一般采用沥青混凝土路面，又由设计年限内累计当量标准轴载作用次数多少选用高级路面和次高级路面，高级路面一适用于设计年限内累计标准轴次大于400万次的二级公路,设计年限为15年；次高级路面适用于设计年限内累计标准轴次大于200万次的二级公路，设计年限为12年般。

1.2 路面结构设计

1.2.1 当量轴次的计算

交通量年增长率为6%，设计年限为15年。路面上行驶的车辆类型不尽相同，它们的轴载也不相同。在计算累计当量轴次时，需将各级轴载换算成为准轴载，标准轴载为BZZ—100。交通量组成如下表：

表1 各车型代表参数

后轴距车 型 总重（t） 载重（t） 后轴数 后轴轮组数 （cm） 黄河JN360 日野ZM440 东风EQ140 太脱拉138 27 26 22. 9.29 15 15.2 12 5 1 1 1 1 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 —— 127 132 —— 400 800 400 500 交通量（次/日）

1. 当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力 N=C1,iC2,ini(Pi/P)式中：N —标准轴载的当量轴次（次/d）；

ni —被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）； P —标准轴载（kN）；

Pi —被换算车型的各级（单根）轴载（kN）；

C1,i—被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独

的一个轴计算，轴数系数即为轴数m；当轴间距小于等于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1,i=1+1.2（m-1）；

C2,i—被换算轴载的轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组

为0.38

2. 当进行半刚性基层层底拉应力验算

N,=C,1,IC,2,ini(Pi/P)8 （2-11）

式中：C1,I—被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独

的一个轴计算，轴数系数即为轴数m；当轴间距小于等于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C,1,I=1+2（m-1）；

C,2,i—被换算轴载的轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组

为0.09

当量轴次计算表如下：

,

4.35

（2-10）

表2 当量轴次计算表

通 后 轴 前 轴 后 轴 重 （KN） 后轴换算系数 轴数系数c1 2110 3.33 6.431 1 283.5 1.004 0.709 1 69.2 0.202 0.202 450 2.2 3 1 2100 2.200 3.000 1 1 1 1 轮 组 系 数 c2 6.4 18.5 6.4 18.5 6.4 18.5 6.4 18.5 60.0 23.7 49.0 50.0 0.314 —— 0.287 —— 0.012 —— 0.694 0.311 3.4 6.431 1.311 —— 0.214 0.202 2.4 3.311 1457.6 2572.6 655.5 3.5 85.6 80.8 1302.3 14.95 3501 4498 注：表中上面数据为计算路表弯沉及沥青层层底拉应力时进行轴载换算的有关数值 表中下面数据为计算半刚性基层层底拉应力时进行轴载换算的有关数值。

前 轴 重 （KN） 前轴换算系数 总换算系数 当量轴次（次/d） 车 交通轴 数 系 数 c1 轮 组 系 数 c2 1 型黄河JN360 太脱拉138 东风EQ140 日野 ZM440 量400 2.2 3 500 2.2 3 400 1  当量轴次=交通量×总换算系数；

本公路设计为双车道二级公路，所以根据表8.3选用η=0.7；

表3 车道系数表

行车道数特征 单车道 有分离 双 车 道 无分离 四车道 0.6—0.7 0.4—0.5 η 1.0 0.5 六车道 0.3—0.4

累计当量轴次：

0.7153653501Ne(10.06)120820483.08次0.060.7'153654498Ne(10.06)1=26749652.35次0.06

1.2.2 路面结构设计

由于累计当量轴次相当大，路面采用沥青混凝土结构。 1）、干燥条件下： 初拟路面结构如下表：

表4 路面结构极其力学参数表

层 次 1 2 3 4 结构层名称 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定砂砾 天然砂砾 土 路 基 厚度（cm） 5 7 ？ 25 —— 20C回弹模量 劈裂强度（sp） 0.8～1.2 0.6～1.0 0.4～0.6 0.2～0.25 1300 1000 1500 700

利用弹性三层连续体系的诺谟图求解 1. 按弯沉指标要求计算石灰土层厚度h3 设计弯沉：

ld600Ne0.2ACASAb70.2

1.11121.58(0.01mm)600(2.67510)综合修正系数：

F1.63(1.63(ls200010.6521.58200010.65))0.38((EOP0.7)0.36

)0.360.380.566将五层体系简化成上层为中粒式沥青混凝土，中层为粗粒式沥青混凝土以及土基组成的三层体系。

h1/5/10.650.47，E2/E11000/13000.77，E0/E2/10000.0

查图得：a7.1,k10.96，则

k2E1ld2Pak1F13000.0215820.710.657.10.960.5660.488

又查得：H/6.1，即H6.110.65.97，带入当量厚度计算公式：

.977h32.415001000252.4700100071.184h3250.862

解得h330.76cm，采用水泥稳定砂砾厚31cm。 2. 验算沥青混凝土面层层底拉应力 仍以上述求算h3时简化的三层体系求解。 抗拉强度结构系数：

KS0.09AaNe0.22/Ac0.091.0(2.67510)70.22/1.03.87

容许拉应力：

RSPKS13.870.26Mpa

由h/0.47 ，E2/E10.77 ，E0/E20.0

15001000250.9700100065.25cm，H/65.2510.656.13

H7310.9查图发现拉应力系数已不能从图中查出，表明沥青混凝土层底压应力很微小，应视为拉应力验算通过。

3. 验算天然砂砾层层底拉应力 抗拉强度结构系数：

Ks0.45Ne0.11/Ac0.45(2.67510)70.11/1.12.68

容许拉应力：

RSPKS0.52.680.19Mpa

由于水泥稳定砂砾层下有层天然砂砾，故天然砂砾层作为中层，以上作为上层。

h541300150074100015003142.15cm

70015002510.65h/42.1510.653.96，E4/E30.47

E0/E4—7000.08，h/2.35

查图得：0.055 m11.60 m20.3 5r0.70.0551.600.350.022r0.18Mpa

所以水泥稳定砂砾验算通过。 4. 验算防冻厚度

沥青层厚度12cm，总厚度68cm，满足防冻层大于50cm的要求。 2）、中湿条件下： 初拟路面结构如下表：

表5 路面结构极其力学参数表

层 次 结构层名称 厚度 （cm） 1 2 3 4 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 级配碎石 土 路 基 5 7 ？ 30 —— 20C回弹模量 劈裂强度（sp）（MPa） 0.8～1.2 0.6～1.0 0.4～0.6 —— —— （MPa） 1200 1000 1500 200 35 利用弹性三层连续体系的诺谟图验算路面结构：

1. 按弯沉指标要求计算石灰土层厚度h3 设计弯沉：

ld600Ne0.2ACASAb70.2

1.11121.58(0.01mm)600(2.67510)综合修正系数：

标准轴载BZZ—100，轮胎接地压强p=0.7MPa，当量圆半径10.65cm，选用土路基E0=35MPa

F1.63(1.63(ls2000)0.38()EOP)0.3621.58200010.650.38(350.7

)0.360.487将五层体系简化成上层为中粒式沥青混凝土，中层为粗粒式沥青混凝土以及土基组成的三层体系。

h1/5/10.650.47，E2/E11000/12000.83，E0/E235/10000.035

查图得：a6.10,k11.32，则

k2E1ld2Pak1F12000.0215820.710.656.11.320.4870.44

又查得：H/6.4，即H6.410.6568.16，带入当量厚度计算公式：

71.18h315.34

68.167h32.415001000302.42001000解得h338.83cm，采用采用水泥稳定碎石厚39cm。 2. 验算沥青混凝土面层层底拉应力 仍以上述求算h3时简化的三层体系求解。 抗拉强度结构系数：

KS0.09AaNe0.22/Ac0.091.0(2.67510)70.22/1.03.87

容许拉应力：

RSPKS13.870.26Mpa

由h1/0.47 ，E2/E10.83 ，E0/E20.035

15001000300.9200100073.22cm，H/73.2210.656.88H7390.9

查图发现拉应力系数已不能从图中查出，表明沥青混凝土层底压应力很微

小，应视为拉应力验算通过。

3.验算水泥稳定碎石层层底拉应力 抗拉强度结构系数：

Ks0.35Ne0.11/Ac0.35(2.67510)70.11/1.12.08

容许拉应力：

RSPKS0.52.080.24Mpa

由于水泥稳定碎石层下有级配碎石层，故级配碎石层作为中层，以上作为上层。

h541200150074100015003950.06cm

20015003010.650.13 2.82

h/50.0610.65352004.7，E4/E3E0/E4—0.17，h4/查图得：0.01 m11.05 m20.9

r0.70.011.050.90.0066MPar0.24Mpa

所以水泥稳定碎石层验算通过。 4. 验算防冻厚度

沥青层厚度12cm，总厚度81cm，满足防冻层大于50cm的要求。