1、第四章路面結構設計設計資料(1) 自然地理條件新建濟南繞城高速，道路路基寬度為米，全長5km結合近幾年濟南經濟增長及人口 增長的情況，根據近期的交通量預測該路段的年平均交通量為5000輛/日，交通量平均年增長率 =4%路面結構設計為瀝青混凝土路面結構，設計年限為15年。(2) 土基回彈模量濟南繞城高速北環所在地區為屬于溫帶季風氣候，季風明顯，四季分明，春季干旱少雨，夏季溫熱多雨，秋季涼爽干燥，冬季寒冷少雪。據區域資料，年平均氣溫°C，無 霜期178天，最高月均溫C( 7月)，最低月均溫C( 1月)，年平均降水量685毫米。道 路沿線土質路基稠度 c=;因此該路基處于干燥狀態，根據公路

2、自然區劃可知濟南繞城高 速處于°5區，根據【JTGD50-2006】公路瀝青路面設計規范1可確定工程所在地土基 回彈模量設計值為46MPa(3) 交通資料交通組成及各車型汽車參數表1-1車型前軸重(KN后軸重(KN后軸數后軸輪 組數后軸距(m)交通量江淮HF140A1雙輪組1300三菱FR41530511雙輪組800長征CA1602 1雙輪組<3700宇通ZK6820G30551雙輪組700北京BK6150A2雙輪組>3400解放SP9200783雙輪組>3600東風SP92503雙輪組>3500交通分析(1) 軸載換算路面設計以雙輪組-單軸載為100KN為標

3、準軸載，以BZZ-100表示。標準軸載的計算參數 按表1-2確定。表1-2標準軸載BZZ-100標準軸載P （KN100輪胎接地壓強p（ MPa單輪傳壓面當量圓直徑d（ cm兩輪中心距（cm）當以設計彎沉為指標時及驗算瀝青層層底拉應力時，凡大于25kN的各級軸載Pi的作用次數Ni按下式換算成標準軸載P的當量作用次數N的計算公式為： 式中：N標準軸載當量軸次數（次/d ）;Ni被換算的車型各級軸載作用次數（次/d ）;P 標準軸載（kN）;Pi被換算車型的各級軸載（kN）;C1 被換算車型的各級軸載系數，當其間距大于3m時，按單獨的一個軸計算,軸數系數即為軸數 m當其間距小于3m時，按雙軸或多軸

4、計算，軸數系數 為 C1=1+ （m-1）；C2 被換算車型的各級軸載輪組系數，單輪組為，雙輪組為，四輪組為。 瀝青路面營運第一年雙向日平均當量軸次為：C1C2 N ii 14.35PLP（次 /d ）當以半剛性層底拉應力為設計指標時，標準軸載當量軸次數N :式中:C1軸數系數C2 輪組系數，單輪組為，雙輪組為，四輪組為。注：軸載小于50KN的特輕軸重對結構的影響可以忽略不計，所以不納入當量換算。 瀝青路面營運第一年雙向日平均當量軸次：kP 8NC1 C2 N i L（次 /d ）i 1P該新建道路為高速公路，采用瀝青路面，設計年限為15年，交通增長率為4%即丫 =。 又該路設計為雙向四車道，

5、由【JTG D50-2006】公路瀝青路面設計規范查可取，本設計取 =。以設計彎沉值為指標時，設計年限內一個車道上的累計當量軸次Ne為：以半剛性基層層底拉應力為設計指標時，設計年限內一個車道上的累計當量軸次Ne為:（根據上述計算所得，由【JTG D50-2006公路瀝青路面設計規范查表判斷交通等 級 一個車道上大客車及中型以上的各種貨車日平均交通量 Nh= 2500 , 屬于重交通等級 當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時 : 路面營運第一年雙向日平均當量軸次 :設計年限內一個車道上的累計當量軸次 : 1.7208121 107 （次） 屬于重交通等級當以半剛性材料結構層層底拉應力為設計指

6、標時 : 路面營運第一年雙向日平均當量軸次 :設計年限內一個車道上的累計當量軸次 : 1.8191129 107 （次） 屬于重交通等級綜上，路面設計交通等級為重交通等級初擬路面結構（1）路面結構方案根據濟南繞城高速的功能性質及【JTG D50-2006】公路瀝青路面設計規范，并結合工程經驗與典型案例，初步擬定路面結構組合與各層結構厚度如下方案一：采用半剛性基層（路面結構類型系數）細粒式瀝青混凝土40 mm中粒式瀝青混凝土60 mm粗粒式瀝青混凝土80 mm水泥穩定碎石待設計級配碎石200 mm方案二：采用柔性基層（路面結構類型系數）細粒式瀝青混凝土40 mm中粒式瀝青混凝土60 mm粗粒式瀝

7、青混凝土80 mm密集配瀝青碎石待設計水泥穩定碎石300 mm(2) 路面設計彎沉值ld和抗拉結構強度系數K該公路等級為高速公路，兩種方案均采用瀝青混凝土面層，半剛性基層，公路等級 系數Ac取；基層為水泥穩定碎石，因此路面結構類型系數AB為；面層為瀝青混凝土面層 面層類型系數A取。0 2路面設計彎沉值Id :Id 600 Ne - Ac As AB抗拉結構強度系數Ks :KS 0.09N；22/代KS 0.35隔.11/人KS 0.45NJ1/代(瀝青混凝土面層)(無機結合料穩定集料)(無機結合料穩定細粒土)sp容許拉應力 r， sp-路面結構材料的極限抗拉強度(MPa。Ks(3) 路面材料相

8、關參數的確定 試驗材料的確定：半剛性基層所用集料取自沿線料場，結合料瀝青選用 A級90號，面層采用SBS改性 瀝青，相關技術指標均符合公路瀝青路面施工技術規范 bn (JTG_F40-2004相關的 規定。 路面材料劈裂強度：根據設計配合比，選取工程用各種原材料，測定規定穩定和齡期的材料劈裂強度。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTGE20-2011)與公路工程無機結合料穩定材料試驗規程(JTG E51-2009)中的方法進行測定，參數見表1-3。表1-3材料名稱細粒式瀝 青混凝土中粒式瀝 青混凝土粗粒式瀝 青混凝土密級配瀝 青碎石水泥穩定 碎石劈裂強度(MPa 路面材料抗壓回彈模量的確

9、定:根據設計配合比，選取工程用各種原材料制件，測定設計參數。按照公路工程無 機結合料穩定材料試驗規程中規定的項目頂面法測定半剛性材料的抗壓回彈模量。按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程中規定的方法測定瀝青混合料的抗壓 回彈模量；測定20C、15C的抗壓回彈模量，各種材料的試驗結果與設計參數分別見表 1-4、表 1-5。半剛性材料抗壓回彈模量表1-4材料名稱水泥穩定碎石級配砂礫級配碎石抗壓回彈模量(MPa3188250400瀝青材料抗壓回彈模量表1-5材料名稱細粒式瀝青 混凝土中粒式瀝青 混凝土粗粒式瀝青 混凝土密級配瀝青 碎石20 r抗壓回彈模量(MPa19911425978124815C抗壓

10、回彈模量(MPa26802175132017154由前面計算所得相關參數，計算路面各結構層容許拉應力c R見表1-6路面結構層容許拉應力計算表表1-6結構層材料名稱NeAcKsc spc r( MPa細粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土密級配瀝青碎石水泥穩定碎石路面結構層厚度確定根據設計資料，利用HPDS-2011公路路面設計程序系統進行路面結構層厚度的設計，以下分別進行方案一、方案二設計層的厚度設計。方案一:公路等級：高速公路新建路面的層數：5標準軸載：BZZ-100路面設計彎沉值：路面設計層層位：4設計層最小厚度：150 (mm)LD=H( 4 )= 200 mmH( 4 )=

11、 250 mmH( 4 )= 229 mm(LS=LS=僅考慮彎沉)按容許拉應力計算設計層厚度H( 4 )=:229 mm(第1H( 4 )=:229 mm(第2H( 4 )=:229 mm(第3H( 4 )=:229 mm(第4路面設計層厚度：層底面拉應力計算滿足要求 層底面拉應力計算滿足要求 層底面拉應力計算滿足要求 層底面拉應力計算滿足要求)H( 4 )= 229 mm(H( 4 )= 229 mm(僅考慮彎沉)同時考慮彎沉和拉應力)表1-7層位結構層材料 名稱厚度(mm)20 °C平均 抗壓模量(MPa)標準 差(MPa)15C平均 抗壓模量(MPa)標準 差(MPa)容許應

12、力(MPa)1細粒式瀝青混凝土4019910268002 :中粒式瀝青混凝土6014250217503粗粒式瀝青混凝土809780132004水泥穩定碎石?31880318805級配碎石200400040006新建路基46200 mm通過對設計層厚度取整以及進一步的修改 調整后得到路面結構厚度設計結果如下圖細粒式瀝青混凝土AC-1040 mm中粒式瀝青混凝土AC-1660 mm粗粒式瀝青混凝土AC-2580 mm水泥穩定碎石300 mm級配碎石新建路基(驗算路面防凍厚度路面最小防凍厚度為 500 mm結構層總厚度 H 40 60 80 300 200驗算結果表明，路面總厚度滿足防凍要求方案二:

13、公路等級：高速公路新建路面的層數：5標準軸載：BZZ-100路面設計彎沉值：路面設計層層位：4設計層最小厚度：150 (mm)表1-8層位結構層材料 名稱厚度(mm)20 r平均 抗壓模量(MPa)標準 差(MPa)15°C平均 抗壓模量(MPa)標準 差(MPa)容許應力(MPa)1細粒式瀝青混凝土4019910268002 :中粒式瀝青混凝土6014250217503粗粒式瀝青混凝土809780132004密級配瀝青碎石?12480171505 1水泥穩定碎石30031880318806新建路基46)H( 4 )= 150 mm(H( 4 )= 150 mm(僅考慮彎沉)同時考慮

14、彎沉和拉應力)通過對設計層厚度取整以及設計人員對路面厚度進一步的修改,并根據瀝青混合料LD=H( 4 )= 150 mm LS=由于設計層厚度H( 4 )=Hmin時LS<=LD,故彎沉計算已滿足要求H( 4 )= 150 mm( 僅考慮彎沉)按容許拉應力計算設計層厚度H( 4 )=:150 mm(第1H( 4 )=:150 mm(第2H( 4 )=:150 mm(第3H( 4 )=:150 mm(第4H( 4 )=:150 mm(第5路面設計層厚度：層底面拉應力計算滿足要求 層底面拉應力計算滿足要求 層底面拉應力計算滿足要求 層底面拉應力計算滿足要求 層底面拉應力計算滿足要求壓實最小厚

15、度與適宜厚度表選擇瀝青混合料類別，調整后得到路面結構厚度設計結果如 下圖：細粒式瀝青混凝土AC-1040 mm中粒式瀝青混凝土AC-1660 mm粗粒式瀝青混凝土AC-2580 mm密級配瀝青碎石ATB-30150 mm水泥穩定碎石300 mm新建路基(驗算路面防凍厚度：路面最小防凍厚度為 500 mm結構層總厚度 H 40 60 80 150 300驗算結果表明，路面總厚度滿足防凍要求。交工驗收彎沉值和層底拉應力計算方案一：公路等級：高速公路新建路面的層數：5標準軸載：BZZ-100表1-9層位結構層材料名 稱厚度(mm)20 r平均 抗壓模量(MPa)標準 差(MPa)15C平均 抗壓模量

16、(MPa)標準 差(MPa)綜合 影響 系數1細粒式瀝青混凝土40199102680012 :中粒式瀝青混凝土60P 1425P 021750r 13粗粒式瀝青混凝土8097801320014水泥穩定碎石300318803188015 1級配碎石20040004000r 16新建路基461計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值：第1層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 第2層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 第3層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 第4層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 第5層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 路基頂面交工驗收彎沉值LS=( 根據公路瀝青路面設計規范公式計算)LS=（根據公路路

17、面基層施工技術規范公式計算 ）計算新建路面各結構層底面最大拉應力:（未考慮綜合影響系數）第1層底面最大拉應力c ( 1 )=(MPa)(MPa)第2層底面最大拉應力c ( 2 )=(MPa)(MPa)第3層底面最大拉應力c ( 3 )=(MPa)(MPa)第4層底面最大拉應力c ( 4 )=(MPa)(MPa)故瀝青結構層層底容許拉應力大于層底最大拉應力，設計滿足要求方案二：公路等級：高速公路新建路面的層數：5標準軸載：BZZ-100表 1-10層位結構層材料 名稱厚度(mm)20 r平均 抗壓模量（MPa）標準 差（MPa）15°C平均 抗壓模量（MPa）標準 差（MPa）綜合影

18、響系數1細粒式瀝青混凝土40199102680012 :中粒式瀝青混凝土6014250217501 丁3粗粒式瀝青混凝土8097801320014密級配瀝青碎石150124801715015水泥穩定碎石300318803188016新建路基461計算新建路面各結構層及路基頂面交工驗收彎沉值：第1層路面頂面交工驗收彎沉值LS=第2層路面頂面交工驗收彎沉值LS=第3層路面頂面交工驗收彎沉值LS=第4層路面頂面交工驗收彎沉值LS=第5層路面頂面交工驗收彎沉值LS= 路基頂面交工驗收彎沉值LS=（根據公路瀝青路面設計規范公式計算）LS=（根據公路路面基層施工技術規范公式計算 ）計算新建路面各結構層底面最大拉應力:（未考慮綜合影響系數）第1層底面最大拉應力c ( 1 )=