公路沥青路面设计规范算例(较早的算例采用的参数跟规范条文可能有不一致仅参考分析过程)

条文说明 —1— 路面结构验算算例 算例 1：水泥稳定碎石基层沥青路面结构 1 工程概况 东北地区某双向六车道高速公路，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 根据 OD 分析，断面大型客车和货车交通量为 3500辆/日，交通量年增长 率为 6.5%。 根据 A.2.4 条的规定，方向系数取 0.55。根据表 A.2.5，车道系数取 0.50， 则设计车道初始年大型客车和货车日均交通量为 962 辆/日。 根据式（ A.4.2）计算得到 15年大型客车和货车累计为 850 万辆，再由表 3.0.4 交通荷载等级的规定，设计交通荷载等级为重。

根据 OD 分析，整车货车比例为 35%，半挂车货车比例为 45%，根据表 A.2.6-1，公路 TTC 分类属于 TTC2。由表 A.2.6-2 得到车辆类型分布系数，并 按车辆类型分布系数、累计货车和大型客车交通量计算得到各类车型交通量， 列于表 D-1。

表 D-1 车辆类型分布系数和各车型车辆的交通量 车辆类型 2类 3类 4类 5类 6类 7类 8类 9类 10类 11类

车型分布系数 （%） 22.0 23.3 2.7 0.0 8.3 7.5 17.1 8.5 10.6 0.0

交通量（万） 186.9 197.9 22.9 0.0 70.5 63.7 145.3 72.2 90.1 0.0

根据路网相邻公路的车辆满载情况分析， 得到各类车型非满载与满载的比 例，计算得到各类车型非满载车和满载车数量，列于表 D-2。

表 D-2 非满载车和满载车所占比例及相应交通量 车辆类型 2类 3类 4类 5类 6类 7类 8类 9类 10类 11 类

交通量（万） 186.9 197.9 22.9 0.0 70.5 63.7 145.3 72.2 90.1 0.0

非满载车比例 0.92 0.66 0.9 0.56 0.69 0.46 0.64 0.54 0.61 0.0

满载车比例 0.08 0.34 0.1 0.44 0.31 0.54 0.36 0.46 0.39 0.0

非满载车 交通量（万） 171.9 130.6 20.6 0.0 48.7 29.3 93.0 39.0 54.9 0.0

满载车 交通量（万） 15.0 67.3 2.3 0.0 21.9 34.4 52.3 33.2 35.1 0.0

初拟采用水泥稳定碎石基层沥青路面，根据表 6.2.1，需要分析的设计指 条文说明 —2— 标为水泥稳定碎石基层层底拉应力和沥青混合料层永久变形量。 针对这两个设 计指标，根据附表 A.3.1-3，可得到各车型对应的非满载车和满载车的当量设 计轴载换算系数。结合表 D-2，计算得到各车型非满载车和满载车所对应的当 量设计轴载作用次数，列于表 D-3。

表 D-3 非满载车和满载车当量设计轴载作用次数

车型 当量设计轴载换算系数 当量设计轴载累计作用次数（万） 沥青混合料层 永久变形量 水泥稳定碎石基 层层底拉应力 沥青混合料层 永久变形量 水泥稳定碎石基层层底 拉应力

非满载 车 满载 车 非满载 车 满载车 非满 载车 满载车 非满载车 满载车 2类 0.8 2.8 0.5 35.5 137.6 41.9 86.0 530.8

3类 0.4 4.1 1.3 314.2 52.3 275.9 169.8 21146.1

4类 0.7 4.2 0.3 137.6 14.5 9.6 6.2 315.6

5类 0.6 6.3 0.6 72.9 0.0 0.0 0.0 0.0

6类 1.3 7.9 10.2 1505.7 63.2 172.7 496.3 32913.0

7类 1.4 6.0 7.8 553.0 41.0 206.4 228.6 19026.9

8类 1.4 6.7 16.4 713.5 130.2 350.4 1524.8 37314.8

9类 1.5 5.1 0.7 204.3 58.5 169.4 27.3 6786.3

10类 2.4 7.0 37.8 426.8 131.8 245.8 2076.4 14989.4

11类 1.5 12.1 2.5 985.4 0.0 0.0 0.0 0.0

合计 2.10×103

5

1.38 ×105

根据表 D-3 的计算结果，对应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 2.10 ×10

7 次，对应水泥稳定碎石基层层底拉应力的当量设计轴载

累计作用次数为 1.38 ×10

9 次。

3 初拟路面结构方案 结合工程经验，初拟水泥稳定碎石基层沥青路面结构列于表 泥稳定碎石基层厚度分别取 360mm、380mm 和 400mm。

表 D-4 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 360/380/400

底基层 级配碎石 180

4 路基和结构层材料参数

D-4，其中水 条文说明 —3— 1）路基顶面回弹模量 路基为受气候影响的干燥类， 土质为低液限粘土。 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 Ks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。 2）级配碎石底基层模量 根据表 5.3.8，经湿度调整后，级配碎石底基层模量取 300MPa。 3）水泥稳定碎石基层模量和弯拉强度 根据表 5.4.5，水泥稳定碎石材料弹性模量取 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，弯拉强度取 1.8MPa。 4）沥青面层模量 根据表 5.5.11，20℃、10Hz时，SBS改性沥青 AC13 表面层模量取 11000MPa， 90号道路石油沥青 AC20 中面层和 AC25 下面层模量取 10000MPa。 5）泊松比 根据表 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。

5 路面结构验算 1）水泥稳定碎石基层层底应力 根据结构层厚度和力学参数， 采用弹性层状体系理论， 计算得到水泥稳定碎 石基层厚度为 360mm、380mm和 400mm时的层底拉应力，列于表 D-5。

表 D-5 水泥稳定碎石基层层底拉应力计算结果 水泥稳定碎石基层厚度（ mm） 拉应力（ MPa ） 360 0.252 380 0.236 400 0.222

根据表 3.0.1，高速公路目标可靠指标 β取 1.65。 根据气象资料，工程所在地区冻结指数 F为242℃·日，按照表 B.1.1内插， 季节性冻土地区调整系数 ka 取 0.95。 根据式（B.2.1-2），当水泥稳定碎石基层厚度为 360mm、380mm和 400mm， 现场综合修正系数 kc分别为 -1.37、-1.40 和-1.43。 根据工程所在地区，查表 G.1.2 得到基准路面结构温度调整系数 =1.16。 根据表 D-4 初拟路面结构和路面结构层材料参数，按式（ G.1.3-1）计算得到水 泥条文说明 —4— 稳定碎石厚度为 360mm、380mm和400mm时，kT2分别为 1.17、1.14和1.12。 由表 B.2.1-1，疲劳开裂模型参数 a=13.24， b=12.52。 根据以上参数， 按式（ B.2.1-1）计算不同基层厚度时水泥稳定碎石基层疲劳 开裂寿命，列于表 D-6。水泥稳定碎石基层厚度为 380mm 时，基层疲劳开裂寿 命可满足表 D-3 所列设计使用年限当量设计轴载累计作用次数要求， 故基层厚度 取 380mm。

表 D-6 水泥稳定碎石基层疲劳开裂寿命 水泥稳定碎石基层厚度（ mm） 疲劳开裂寿命（次）

360 9 1.22×109

380 9 1.50×109

400 9 1.80×109

2）沥青混合料层永久变形量 根据表 5.5.7 中沥青路面气候分区（ 2-2）对沥青混合料动稳定度的要求，结 合相关工程经验，初步设定三种沥青混合料车辙试验变形深度 R0，见表 D-7。

表 D-7 沥青混合料 R0 取值（ mm） 材料类型 车辙试验总变形深度 R0

改性沥青 AC13 2.5

道路石油沥青 AC20 5.0

道路石油沥青 AC25 5.5

查表 G.1.2，基准等效温度 Tξ=18.2℃，带入 Tξ和沥青混合料层厚度 ha=180mm， 由式（ G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为 21.1℃。 根据 B.3.1 条规定的分层方法，将沥青混合料层分为六个分层： 40mm 改性沥青 AC13 表面层，分为 20 mm +20mm，共二层； 60mm 道路石油沥青 AC20 中面层，分为 20 mm +20 mm +20mm ，共三层； 80mm 道路石油沥青 AC25 下面层，作为一层。 分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力， 以上六个分层应力分别 标识为 p1~p6，结果列入表 D-8 。

表 D-8 不同分层顶部压应力计算结果（ MPa） p1 p2 p3 p4 p5 p6

0.70 0.69 0.67 0.62 0.55 0.48

根据式（ B.3.2-3）和式（ B.3.2-4），ha=180mm 时 d1=-4.13，d2=0.66。根据以 上分层方法和式 （ B.3.2-2）规定的取值规则， 至上而下各分层的中点深度取值分 别为 15mm、30mm、50mm、70mm、90mm 和 140mm，根据 d1 和 d2 的计算结果， 带入式（ B.3.2-2），可得到六个分层的永久变形修正系数取值如表 D-