沥青路面结构设计计算案例

丁诸线航道整治工程（嘉善段）桥梁接线路面弯沉计算书一、鹤脚大桥、向阳桥、曹家河桥、三星桥及周家湾桥接坡路面弯沉计算上述桥梁接坡路面结构均采用4cmAC-13C型细粒式沥青混凝土+6cmAC-20C型中粒式沥青混凝土+20cm水泥稳定碎石基层(5%)=总厚度30cm。

经采用HPDS2011路面结构软件进行计算，水泥稳定碎石基层顶面的交工验收弯沉值为110.2（0.01mm），中粒式沥青混凝土面层顶面的交工验收弯沉值为81（0.01mm），具体计算过程详见附件①。

考虑上述桥梁接坡均以等外公路进行设计，可降低中粒式沥青混凝土面层顶面的交工验收弯沉值，根据经验取为95.5（0.01mm）；水泥稳定碎石基层顶面的交工验收弯沉值采用110.2（0.01mm）。

二、晋阳路桥接坡路面弯沉计算晋阳路桥接坡路面结构采用4cmAC-13C型细粒式沥青混凝土＋6cmAC-20C型中粒式沥青混凝土＋20cm水泥稳定碎石基层(5%)+20cm水泥稳定碎石基层(3%)＝总厚度50cm。

经采用HPDS2011路面结构软件进行计算，水泥稳定碎石基层顶面的交工验收弯沉值为42.2（0.01mm），中粒式沥青混凝土面层顶面的交工验收弯沉值为34.9（0.01mm），具体计算过程详见附件②。

结合工程实际经验，水泥稳定碎石基层顶面的交工验收弯沉值采用45（0.01mm），中粒式沥青混凝土面层顶面的交工验收弯沉值采用35（0.01mm）。

附件①交工验收弯沉值计算公路等级: 四级公路新建路面的层数: 3标准轴载: BZZ-100层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差综合影响系数(mm) 模量(MPa) (MPa)1 细粒式沥青混凝土40 1200 02 中粒式沥青混凝土60 1000 03 水泥稳定碎石200 1310 04 新建路基30计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:第1 层路面顶面交工验收弯沉值LS= 65.9 (0.01mm)第2 层路面顶面交工验收弯沉值LS= 81 (0.01mm)第3 层路面顶面交工验收弯沉值LS= 110.2 (0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值LS= 310.5 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)；LS= 383.1 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)附件②交工验收弯沉值计算公路等级: 三级公路新建路面的层数: 4标准轴载: BZZ-100层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差综合影响系数(mm) 模量(MPa) (MPa)1 细粒式沥青混凝土40 1400 02 中粒式沥青混凝土60 1300 03 水泥稳定碎石200 1360 04 水泥稳定碎石200 1310 05 新建路基30计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值:第1 层路面顶面交工验收弯沉值LS= 31 (0.01mm)第2 层路面顶面交工验收弯沉值LS= 34.9 (0.01mm)第3 层路面顶面交工验收弯沉值LS= 42.2 (0.01mm)第4 层路面顶面交工验收弯沉值LS= 110.2 (0.01mm)路基顶面交工验收弯沉值LS= 310.5 (0.01mm)( 根据“公路沥青路面设计规范”公式计算)；LS= 383.1 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)。

高速公路沥青路面设计设计任务书1、设计目的通过本设计掌握高速公路沥青路面设计的基本过程和计算方法。

2、设计题目（1）设计题目南京地区某高速公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位1.1m，路基填土高度0.5m。

近期混合交通量为25350 辆/日，交通组成和代表车型的技术参数分别如表1、表2 所示，交通量年平均增长率8%。

该路沿线可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、粉煤灰、沥青供应。

请设计合适的半刚性沥青路面结构。

（2）设计依据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）《路基路面工程》(第三版)，邓学钧主编，2008.5《路基路面工程》，沙爱民主编，2011.33、设计方法与设计内容（1）根据自然区划、路基土类型和地下水位高度，确定土基回弹模量值；（2）计算设计年限内一个车道的累积当量轴次和设计弯沉值；（3）根据设计资料，确定合适的面层类型（包括面层材料级配类型）；（4）拟定2 种可能的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层材料的计算参数；（5）根据《公路沥青路面设计规范》验算拟定的路面结构；4、设计要求（1）总体要求：根据设计资料，初步拟定2 种路面方案，并对这2 种方案进行经济技术比较（经济技术比较以初始修建费为依据，每种材料的单价见附录中表3 所示）；（2）要求计算每种代表车型的轴载换算系数（共两种：一种以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时的轴载换算系数；另一种为进行半刚性基层层底拉应力验算时的轴载换算系数）。

（3）拟定的路面结构方案，应明确标示出每种材料的名称、厚度和设计时使用的模量值。

并列出路面结构验算过程。

5、附录（1）2015 年材料单价表表3 2015 年材料单价表一、确定车道数序号汽车型号日交通量小客车转换系数当量小客车(pcu/d)1 桑塔纳6228.495 1 6228.4952 五十铃10723.05 1.5 16084.583 解放CA10B 5587.14 2.5 13967.854 黄河JN150 2284.035 2.5 5710.0885 黄河JN162 479.115 2.5 1197.7886 交通SH361 45.63 4 182.52合计43371.32设计年限末交通量设计年限小时交通量为（其中 D=0.5，K=12.5%）服务水平等级v/C值设计速度（km/h）120 100 80最大服务交通量[ pcu/(h·ln)]最大服务交通量[ pcu/(h·ln)]最大服务交通量[ pcu/(h·ln)]一v/C≤0.35 750 730 700 二0.35< v/C≤0.551200 1150 1100三0.55<v/C≤0.751650 1600 1500四0.75< v/C≤0.901980 1850 1800五0.90<v/C≤1.002200 2100 2000 六v/C >1.00 0～2100 0～2200 0～2000结论：高速公路采用三级服务水平，则车道数取双向六车道故采用八车道。

公路路面结构设计计算示例一、刚性路面设计交通组成表车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距（m ）交通量小客车1800 解放CA10B 19.40 60.85 1 双—300 黄河JN150 49.00 101.60 1 双—540 交通SH361 60.00 2×110.00 2 双130.0 120 太脱拉138 51.40 2×80.00 2 双132.0 150 吉尔130 25.75 59.50 1 双—240 尼桑CK10G39.2576.001双—1801）轴载分析路面设计双轮组单轴载100KN⑴以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。

①轴载换算：161100ni i iisP N N 式中：s N ——100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；i P —单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型i 级轴载的总重KN ；i N —各类轴型i 级轴载的作用次数；n —轴型和轴载级位数；i —轴—轮型系数，单轴—双轮组时，i=1；单轴—单轮时，按式43.031022.2iiP 计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1iiP ；三轴—双轮组时，按式22.081024.2iiP 计算。

轴载换算结果如表所示车型iP iiN 16)(PP N i i i解放CA10B 后轴60.85 1 3000.106 黄河JN150前轴49.00 43.03491022.2540 2.484 后轴101.6 1540696.134 交通SH361前轴60.00 43.03601022.2120 12.923 后轴2110.0022.052201007.1120118.031太脱拉138 前轴51.40 43.0340.511022.2150 1.453 后轴280.00 22.051601007.1150 0.969 吉尔130 后轴59.50 1 240 0.059 尼桑CK10G后轴76.00118002.230 161)(PP N Ni i ini 834.389注：轴载小于40KN 的轴载作用不计。

我国沥青路面设计方法及典型实例1、设计理论-层状体系理论2、设计指标和要求; （1）轮隙中间路表面（A点）计算弯沉值小于或等于设计弯沉值（2）轮隙中心下（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力应小于或等于容许拉应力3、弯沉概念（1）回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能恢复的那一部分变形。

（2）残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那一部分变形。

（3）总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形（回弹弯沉+残余弯沉）。

（4）容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮隙中间容许出现的最大回弹弯沉值。

（5）设计弯沉：是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准轴载双轮轮隙中间的最大弯沉值。

4、弯沉测定;（1）贝克曼法：传统检测方法，速度慢，静态测试，试验方法成熟，目前为规范规定的标准方法。

（2）自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。

（3）落锤弯沉仪法：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹量，快速连续测定，使用时应用贝克曼进行标定换算。

5、设计弯沉的调查与分析（1）我国把第四外观等级作为路面临界破坏状态，以第四外观等级路面的弯沉值的低限作为临界状态的划界标准，从表中所列的外观特征可知，这样的临界状态相当于路面已疲劳开裂并伴有少量永久变形的情况。

（2）对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现，外观等级数愈高，弯沉值愈大，并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。

因此可以在弯沉值与不同时期的累计交通量间建立关系。

6、设计弯沉值; 设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测得的最大(代表)回弹弯沉值。

可根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定的路面弯沉设计值。

7、容许弯拉应力对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指15℃时的极限劈裂强度；对水泥稳定类材料龄期为90d 的极限劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度(MPa)，水泥粉煤灰稳定类120d的极限劈裂强度(MPa) 。

一级公路沥青路面结构设计计算实例一级公路是国家重点建设的高速公路，需要经过严格的设计计算才能确保路面的质量和安全。

下面是一级公路沥青路面结构设计的一个实例，包括路基设计、沥青路面厚度计算以及路面结构层的设计。

1.路基设计：路基是公路的基础层，承受着交通荷载的传递和分布。

路基设计主要考虑的因素包括：土质和胀缩性，交通量和荷载频率，基床沉降和变形，以及排水和防渗等。

在这个实例中，我们以典型的路基设计参数为例进行计算。

根据实际情况，我们假设路基的土质为砂土，没有明显的胀缩性。

交通量为每天6000辆，荷载频率为20，基床沉降和变形可容许值为30mm，路基的排水和防渗设计要求满足A2级。

计算方法：首先，计算基床厚度：H_base = 0.05 * N * P * f (单位：m)其中，N为每天通过的车辆数，P为荷载频率，f为修正系数，根据表1查得当P=20时，f=1.0。

带入数据，我们得到基床厚度 H_base = 0.05 * 6000 * 20 * 1.0 = 600mm。

然后，计算沥青路面的修正系数 k ：k = H_base / (H_base + H) ，其中，H为沥青路面厚度。

根据实际情况和设计要求，可以选择不同宽度的沥青路面厚度。

2.沥青路面厚度计算：在这个实例中，我们选择沥青路面的宽度为6m，根据设计要求，计算沥青路面的厚度。

计算方法：首先，计算水平交通荷载分布系数：Z=1.28+0.03W+0.003W^2，其中，W为车道的有效宽度。

带入数据，我们得到Z=1.28+0.03*6+0.003*6^2=1.67然后，计算沥青路面最小厚度：H_min = (P * Z) / k ，其中，P为荷载频率。

带入数据，我们得到H_min = (20 * 1.67) / (0.6) ≈ 55.7mm。

最后，根据设计要求，选择适当的沥青路面厚度为70mm。

3.路面结构层设计：路面结构层是由多层不同材料组成的，可以有效地承受交通荷载并分散载荷。

沥青路面设计计算案例一、新建路面结构设计流程（1）根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。

（2）按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，确定各个路段土基回弹模量设计值。

（3）参考本地区的经验和规范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。

（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。

如不满足要求，应调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。

（5）对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求。

（6）进行技术经济比较，确定路面结构方案。

需要注意的是，完成结构组合设计后进行厚度计算，厚度计算应采用专业设计程序。

有关公路新建及改建路面设计方法、程序及相关要求详见《沥青路面设计规范》。

二、计算示例（一）基本资料1.自然地理条件新建双向四车道高速公路地处Ⅱ2区，拟采用沥青路面结构进行施工图设计，填方路基高1.8m，路基土为中液限黏性土，地下水位距路床表面2.4m，一般路基处于中湿状态。

2.土基回弹模量的确定该设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限黏性土，根据室内试验法确定土基回弹模量设计值为40MPa。

3.预测交通量预测竣工年初交通组成与交通量，见表9-11.预测交通量的年平均增长率为5.0％.（二）根据交通量计算累计标准轴次Ne ，根据公路等级、面层、基层类型及Ne 计算设计弯沉值。

解:1.计算累计标准当量轴次 标准轴载及轴载换算。

路面设计采用双轮组单轴载100KN 为标准轴载，以BZZ-100表示，根据《沥青路面设计规范》规定，新建公路根据交通调查资料，主要以中客车、大客车、轻型货车、中型货车、大型货车、铰链挂车等的数量与轴重进行预测设计交通量，即除桑塔纳2000外均应进行换算。

算例一：无机结合料基层沥青路面结构1.环境参数某高速公路，设计车速100km/小时，设计使用年限15年。

所在地区自然区划属Ⅱ-2区，沥青路面气候分区属2-2区，年均降雨量607毫米，年平均气温11.6℃，月平均气温最低为-3.2℃，月平均气温最高为24.8℃，多年最低气温为-20℃。

2.交通参数对应于无机结合料层层底拉应力的当量设计轴载累计作用次数为 1.51×109次，对应于沥青混合料层永久变形量的当量设计轴载累计作用次数为 2.15×107次。

3.初拟路面结构表1.1 初拟水泥稳定碎石基层沥青路面结构结构层材料类型厚度（mm）面层AC13 (SBS改性沥青) 40 AC20(90号道路石油沥青) 60 AC25(90号道路石油沥青) 80基层水泥稳定碎石380底基层级配碎石1804.材料参数⑴路基顶面回弹模量路基为受气候影响的干燥类，土质为低液限黏土。

参考《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），低液限黏土路基标准状态下回弹模量取70MPa，回弹模量湿度调整系数k s取0.95，干湿与冻融循环作用折减系数kη取0.80，则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为53MPa，满足规范规定。

⑵级配碎石底基层模量根据试验测定结果，经湿度调整后，级配碎石底基层模量为300MPa。

⑶水泥稳定碎石基层模量和弯拉强度根据试验测定结果，水泥稳定碎石材料弹性模量为24000MPa，乘以结构层模量调整系数0.5，水泥稳定碎石基层模量为12000MPa，弯拉强度为1.8MPa。

⑷沥青面层模量根据试验测定结果，20℃、10Hz时，SBS改性沥青AC13表面层模量为11000MPa，90号道路石油沥青AC20中面层和AC25下面层模量为10000MPa。

⑸泊松比根据规范表5.6.1，路基泊松比取0.40，级配碎石底基层取0.35，沥青混合料面层和水泥稳定碎石基层取0.25。

案例1 新建沥青路面结构层厚度计算1.设计资料湖北省某新建高速公路，双向四车道，拟采用沥青路面结构。

沿线土质为黏性土，地下水位距路床顶面1.4 m，沿线有水泥及碎石供应。

根据计划安排，该项目于2010年建成通车。

经交通调查预测，2010年平均日交通量见案例表1；交通量年增长率：2010～2014年为8%，2015～2019年为7%，2020～2024年为5%。

1）交通量计算及交通等级的确定（1）车辆参数及交通量计算，见案例表2。

（2）计算累计当量轴次N e。

①当量轴次N1。

a.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，通车第一年（2010年）双向日平均当量轴次N1的计算。

按式（1-7）进行前轴、后轴当量轴次的换算，计算过程见案例表3。

计算当量轴次时应注意如下几点。

●前轴均为单轴单轮。

●当后轴距大于3 m时，按单独轴载计算，即C1=轴数。

例如，案例表3中交通SH-141的后轴轴数系数C1=2。

●当后轴距小于3 m时，按式（1-3）计算C1。

例如，案例表3中东风EQ240的后轴轴数系数C1=2.2。

b.当以半刚性材料层拉应力为设计指标时，通车第一年（2010年）双向日平均当量轴次N1的计算。

按式（1-4）进行前轴、后轴当量轴次的换算，计算过程见案例表4。

要注意式（1-9）与式（1-7）中指数的区别，并注意案例表3与案例表4中C1、C2取值的区别。

②累计当量轴次N e。

按式（1-11）计算设计年限内一个车道的累计当量轴次N e。

该公式为等比数列求和公式，其中，365N1η是首项，（1+γ）是公比。

365是指一年的天数，365N1将日作用次数换算为年作用次数；η是车道系数，将双向交通换算为设计车道上（即最不利车道）的作用次数。

设计年限t：查表1-8，高速公路设计年限t=15年。

车道系数η：查表1-9，取车道系数η=0.4。

a.当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，设计年限内一个车道的累计当量轴次N e的计算见案例表5。