路面结构设计计算书

路面结构设计及计算7.1 轴载分析路面设计以双轴组单轴载100KN 作为标准轴载a.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。

（1）轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：35.421⎪⎭⎫⎝⎛=P P N C C N i i （7.1）式中： N —标准轴载当量轴次，次/日in —被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日P —标准轴载，KNip —被换算车辆的各级轴载，KNK —被换算车辆的类型数1c —轴载系数，)1(2.111-+=m c ，m 是轴数。

当轴间距离大于3m 时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m 时，应考虑轴数系数。

2c ：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。

轴载换算结果如表所示：表7.2 轴载换算结果表注：轴载小于25KN 的轴载作用不计。

（2）累计当量轴数计算根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η取0.40，γ =4.2 %，累计当量轴次：][γηγ13651)1(N N te⨯⨯-+=[]次）（.5484490042.040.0327.184********.0115=⨯⨯⨯-+=(7.2) 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 b.轴载换算验算半刚性基底层底拉应力公式为81'2'1')(∑==ki i i P pn c c N (7.3) 式中：'1c 为轴数系数，)1(21'1-+=m c'2c 为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。

计算结果如下表所示：注：轴载小于50KN 的轴载作用不计。

[]γηγ'13651)1(N Nte⨯⨯-+=⋅[]次3397845%042.040.0313.13473651%)042.01(15=⨯⨯⨯-+=7.2 结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为700万次左右，根据规范推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土（15cm ）、基层采用石灰粉煤灰碎石（厚度待定）、底基层采用石灰土（30cm ）。

公路路面结构设计计算示例一、 刚性路面设计交通组成表1) 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:161100∑=⎪⎭⎫⎝⎛=ni i i i s P N N δ 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 δ—轴—轮型系数, 单轴—双轮组时, i δ=1; 单轴—单轮时, 按式43.031022.2-⨯=i i P δ计算; 双轴—双轮组时, 按式22.051007.1--⨯=i i P δ; 三轴—双轮组时, 按式22.081024.2--⨯=i i P δ计算。

轴载换算结果如表所示车型i Pi δi N16)(PP N i i i δ解放CA10B 后轴 60.85 1300 0.106 黄河JN150前轴 49.00 43.03491022.2-⨯⨯540 2.484 后轴 101.6 1540 696.134 交通SH361前轴 60.00 43.03601022.2-⨯⨯ 120 12.923 后轴 2⨯110.00 22.052201007.1--⨯⨯ 120 118.031 太脱拉138前轴 51.40 43.0340.511022.2-⨯⨯ 150 1.453 后轴 2⨯80.00 22.051601007.1--⨯⨯150 0.969 吉尔130 后轴 59.50 1 240 0.059 尼桑CK10G后轴76.00118002.230 161)(PP N N i i i ni δ∑== 834.389注: 轴载小于40KN 的轴载作用不计。

② 计算累计当量轴次根据表设计规范, 一级公路的设计基准期为30年, 安全等级为二级, 轮迹横向分布系数η是0.17~0.22取0.2, 08.0=r g , 则[][]362.69001252.036508.01)08.01(389.8343651)1(30=⨯⨯-+⨯=⨯-+=ηr t r s e g g N N 其交通量在44102000~10100⨯⨯中, 故属重型交通。

方案一假定路基为干燥状态（1）初拟路面结构由表3.0.1，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。

根据高速公路、重交通等级和低级变异水平等级，初拟普通混凝土面层厚度为h c = 0.27m 。

基层选用水泥稳定碎石厚h b = 0.18m ，底基层为h 1= 0.18m 的级配碎石，面层与基层之间采用PA-1做封层。

普通混凝土板的平面尺寸为3.75m ，长5m 。

纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

（2） 材料参数的确定混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量按表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值 f r = 5.0MPa ，相应弯拉弹性模量标准值和泊松比为31GPa 和0.15 ，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数取0./℃。

土基的回弹模量参照《公路水泥混凝土路面设计规范》附录，路基回弹模量取80MPa 湿度调整系数取0.95，综合回弹模量为80×0.95=76MPa ， 查附录F.2，水泥稳定碎石基层回弹模量取2000MPa ，泊松比取0.2，级配碎石底基层回弹模量取220MPa ，泊松比取0.3。

（3）板底地基综合回弹模量21121220x h E E MPa h == 10.18x h h m ==0.26ln(h )0.860.26ln(0.18)0.860.414x α=+=+=0.41400220()()7611876x t E E E MPa E α==⨯= 板底地基综合回弹模量t E 取118MPa混凝土面层板的弯曲刚度D c ，半刚性基层板的弯曲刚度D b ,路面结构总相对刚度半径r g 为：3322310000.2752.12(1)12(10.15)c c c c E h D MN m ν⨯===-⨯-33122120000.18 1.0.12(1)12(10.2)b b b b E h D MN m ν⨯===-⨯- 331122212200.180.1.12(1)12(10.3)b E h D MN m ν⨯===-⨯- 12 1.00.1 1.1.b b b D D D MN m =+=+=52 1.11181.21() 1.21()0.927m b t D D g E r ++==⨯=（4）荷载应力标准轴载和极限荷载在临界荷载位处产生的荷载应力为：0.6520.940.6520.940.0001450.0001450.9270.27100 1.411.11152ps g c s bcr h p MPa D D σ--==⨯⨯⨯=++ 0.6520.940.6520.940.0001450.0001450.9270.27180 1.461.11152pm g c pm bc r h p MPa D D σ--==⨯⨯⨯=++ 计算面层荷载疲劳应力和最大荷载应力为：0.87 1.10 2.592 1.41 3.64pr r f c ps k k k MPa σσ==⨯⨯⨯=max 0.87 1.10 1.46 1.46p r c pm k k MPa σσ==⨯⨯=其中应力折减系数0.87r k =；综合系数 1.10c k =：疲劳应力系数40.057(180210) 2.592f e k N λ==⨯=。

路面结构设计的计算的设计方案基本资料:新建高速公路地处Ⅳ3区，为双向四车道（单向路面宽为11.5m，中间带宽3m，沿线土质为中液限粘土，填方路基高3m，地下水位为地面以下-1.0m，地表长期积水距路床0.7m，属中湿状态，年降雨量为470mm，最高气温38℃，最低气温-26℃，多年最大冻深为120mm，平均冻结指数为700℃，最大冻结指数为1150℃•Ｄ。

此地有大量碎石集料，并有石灰水泥供应。

沥青路面设计年限（基准期）为15年。

一、轴载分析1、预测交通量组成表路基为中湿，E=35MPa，交通量年平均增长率9.4%。

轴载换算表（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）设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：设计年限为t=15年，γ=9.4%，双向四车道，故车道系数取0.45.故=e N =⨯⨯⨯-+ηγγ1365)1)1((N t 万次））（（13850.452782.649.4%3651-9.4%115=⨯⨯⨯+ 轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次的计算：=e N =⨯⨯⨯-+ηγγ1365)1)1((N t 万次111045.059.2230%4.9)1-%)4.91((15=⨯⨯+ 取两者中的大值=e N 1385万次，属于重交通等级 二、拟定路面结构组合方案及厚度 组合方案，拟定了两种，其简图如下所示： 方案一：方案二：三、各层材料的抗压模量与劈裂强度、土基的回弹模量的确定。

1）确定各层材料的抗压模量与劈裂强度。

查表可得下列这几参数，会表如下：四、设计指标的确定。

对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构底层拉应力验算。

1、设计弯沉值的计算：Ld =600N2.0-eAcAsAb该公路为高速公路，故公路等级系数Ac=1.0，且是沥青混凝土面层，故面层类型系数As =1.0，sAb=1.0。

故Ld =600N2.0-eAcAsAb=600×138500002.0-×1.0×1.0×1.0=22.38mm2、各层材料的容许拉应力计算如下表所示：五、确定设计层的厚度。