一級公路瀝青路面設計（課程設計參考）1.新建公路概況（1）新建公路地理位置可選為你熟悉的地區，調查當地地質水文條件，選定設計需要參數；（2）新建公路等級可結合選定地區公路建設需求設計為高速、一級或二級公路，并根據選定的公路等級，參照表1提供的車型技術參數，擬定初始交通量及交通組成，交通量年平均增長率為前6年7%，6年以后8%；（3）沿線自然地理條件、筑路材料狀況通過調查確定。表1車型技術參數序號汽車型號總重(KN）載重（KN）前軸載（KN）后軸載（KN）后軸數輪組數軸距（cm）1解放CA10B80.2540.0019.4060.851雙2解放CA1591.3550.0020.9770.381雙3黃河JN162A178.50100.0062.28116.221雙4太脫拉111186.70102.4038.702×74.002雙120.05尼桑CK10G115.2566.6539.2576.001雙6菲亞特650E105.0067.0033.0072.001雙表2車型技術參數代表車型解放CA10B解放CA15黃河JN162A太脫拉111尼桑CK10G菲亞特650E比重(%)25.3120.3814.5517.9811.1910.592.設計依據《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50-2006、2017）《二級自然區劃各土組土基回彈模量參考值》3.設計內容（1）根據自然區劃、路基土類型和地下水位高度，確定土基回彈模量；（2）根據設計資料，確定合適的面層類型（包括面層材料級配類型）；（3）擬定2種可能的路面結構組合與厚度方案，確定各結構層材料的計算參數；（4）根據《公路瀝青路面設計規范》驗算擬定的路面結構。4設計要求（1）結合設計規范要求、國內的路面結構、國外的路面結構、選定地區常用的路面結構組型式，進行路面結構組合設計，要求擬定至少2種方案，論證方案的可行性，并對兩種方案進行經濟技術分析（僅考慮初期修建費用），確定最終方案。（2）設計成果包括設計說明書和路面結構圖。環境參數陜西西安某一級公路雙向四車道，設計車速100km/h，設計年限15年，經調查該路段路基為黏質土，地下水位離地面高度為6.2m，路基填土高度為7m，處于干燥狀態。查規范表3.0.4-1得四車道系數是0.4-0.5，取0.5，方向系數取0.6。所在地區為暖溫帶大陸性氣候，自然區劃屬Ⅱ-5區，瀝青路面氣候分區屬1-3區，年降雨量641mm，年平均氣溫14.3℃，月平均氣溫最低0.1℃，月平均最高氣溫27.5℃。交通參數根據交通運輸廳網站的數據資料顯示，該路段所在地區斷面大型客車與貨車交通量與貨車交通量為3000輛/日。軸載分析路面設計以BZZ-100為標準軸載車輛分類：3類車：解放CA10B、解放CA15、黃河JN162A、尼桑CK10G、菲亞特650E4類車：太脫拉111各類車輛當量設計軸載換算系數采用水平三確定，根據公式Ⅰ可以確定m類車輛的當量設計軸載作用換算系數EALFm=EALFml×PERml×EALFmh×PERmh（Ⅰ）控制指標為瀝青混合料層層底拉應變或瀝青混合料層永久變形量：EALF3=0.955EALF4=2.1控制指標為路基頂面豎向壓應變：EALF3=1.18EALF4=4.06控制指標為無機結合料穩定層層底拉應力：EALF3=48.23EALF4=55.223、4類車輛非滿載車與滿載車比例和當量設計軸載換算系數由表3、4確定表33、4類車輛非滿載車與滿載車比例車型非滿載車比例滿載車比例3類車0.85~0.950.05~0.154類車0.60~0.700.30~0.40表43、4類車輛當量設計軸載換算系數車型瀝青混合料層層底拉應變、瀝青混合料層永久變形量無機結合料穩定層層底拉應力路基頂面豎向壓應變非滿載車滿載車非滿載車滿載車非滿載車滿載車3類0.44.11.3314.20.45.64類0.74.20.3137.60.98.8通過公式（Ⅱ）、（Ⅲ）計算初始年設計車道日平均當量軸次N1和設計車道上的當量設計軸載累計作用次數NeN1=AADTT×DDF×LDF×m=211（VCDNe=[1+γt-計算可得：對應于瀝青混合料層層底拉應變或瀝青混合料層永久變形量的當量設計軸載累計作用次數為1×107次對應于路基頂面豎向壓應變的當量設計軸載累計作用次數為1.4×107次對應于無機結合料穩定層層底拉應力的當量設計軸載累計作用次數為3×109次所以瀝青路面的交通荷載等級為特重。土基回彈模量的確定根據《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50-2006）中“土基干濕狀態的稠度建議值”土質類型：黏質土路基干濕狀態：干燥狀態土基土質稠度：Wc=1.20根據《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50-2006）中“二級自然區劃各土組土基回彈模量參考值”公路自然區劃：Ⅱ-5區土基回彈模量E0=41.5MPa路面結構方案擬定及材料選擇由上述計算得出設計年限內累計軸載作用次數約為3×109次抗壓模量取15℃時的模量。根據規范擬用兩個路面結構方案并進行比選。方案一:路面結構采用瀝青混凝土15cm（其中上面層SMA-13瀝青馬蹄脂碎石混合料3.5cm、中面層AC-20中粒式密級配瀝青混合料5cm、底面層AC-25粗粒式密級配瀝青混合料5.5cm）基層采用瀝青穩定碎石20cm，底基層采用5%的水泥穩定碎石30cm。方案二：路面結構采用瀝青混凝土20cm（其中上面層SMA-20瀝青馬蹄脂碎石混合料5cm、中面層AC-25粗粒式密級配瀝青混合料5cm、底面層AC-25粗粒式密級配瀝青混合料10cm），基層采用二灰碎石35cm，底基層采用10%石灰土15cm。初擬路面結構方案一結構層編號層位材料類型厚度（cm）1上面層SMA-13細粒式瀝青馬蹄脂碎石混合料3.52中面層AC-20中粒式密級配瀝青混合料53下面層AC-25粗粒式密級配瀝青混合料5.54基層瀝青穩定碎石205底基層5%的水泥穩定碎石306土基初擬路面結構方案二結構層編號層位材料類型厚度（cm）1上面層SMA-13細粒式瀝青馬蹄脂碎石混合料52中面層AC-25粗粒式密級配瀝青混合料53下面層AC-25粗粒式密級配瀝青混合料103基層二灰碎石354底基層10%石灰土155土基路面材料抗壓回彈模量的確定層次材料名稱20℃抗壓回彈模量（MPa）15℃抗壓回彈模量（MPa）15℃劈裂強度（MPa）1SMA-13瀝青馬蹄脂碎石混合料140018001.72AC-20中粒式密級配瀝青混合料1200180013AC-25粗粒式密級配瀝青混合料100012000.84瀝青穩定碎石120014000.855%的水泥穩定碎石150036000.56二灰碎石150036000.6710%石灰土60015000.2路面結構驗算瀝青混合料層永久變形量驗算方案一：根據“基準路面結構溫度調整系數和等效溫度”表，得到基準等效溫度Tε為20.9℃，由式Tpef=Tε+0.016ha計算得到瀝青混合料層永久變等效溫度為23.3℃，可靠度系數為1.28按照《瀝青路面設計規范》，將路面結構中各個瀝青進行分層，共分為六層，各分層厚度如表6.1.1所示。利用彈性層狀理論體系，分別計算設計荷載作用下各分層頂部的豎向壓應力（P1）根據式：d1=-1.35×10-4ha2+8.18×10-2ha-14.5d2=8.78×10-7ha2-1.5×10-3ha+0.9得到：d1=-5.27d2=0.69將d1、d2代入公式kRi=（d1+d2zi）0.9731zi計算得到各層永久變形量綜合修正系數，進而通過式：Ra=i=1Rai=2.31×10-8計算各分層永久變形量（Rai）計算結果如下表4.1.分層編號分層厚度（mm）豎向壓力（MPa）修正系數（kR永久變形（mm）1150.723.370.72200.704.941.43250.676.063.44250.646.064.9527.50.626.473.2627.50.586.472.8總計16.4各層永久變形量累加得到瀝青混合料層總永久變形量Ra=16.4mm，根據瀝青混合料層容許永久變形量表查得瀝青混合料層容許永久變形為20.0mm，擬定的路面結構方案一方案二：根據“基準路面結構溫度調整系數和等效溫度”表，得到基準等效溫度Tε為20.9℃，由式Tpef=Tε+0.016ha計算得到瀝青混合料層永久變等效溫度為23.3℃，可靠度系數為1.28按照《瀝青路面設計規范》，將路面結構中各個瀝青進行分層，共分為六層，各分層厚度如表6.1.2所示。利用彈性層狀理論體系，分別計算設計荷載作用下各分層頂部的豎向壓應力（P1）根據式：d1=-1.35×10-4ha2+8.18×10-2ha-14.5d2=8.78×10-7ha2-1.5×10-3ha+0.9得到：d1=-12.46d2=0.87將d1、d2代入公式kRi=（d1+d2zi）0.9731zi計算得到各層永久變形量綜合修正系數，進而通過式：Ra=i=1Rai=2.31×10-8計算各分層永久變形量（Rai分層編號分層厚度（mm）豎向壓力（MPa）修正系數（kR永久變形（mm）1150.723.370.72350.707.271.93250.676.813.44250.646.814.95500.627.484.16500.587.483.2總計18.2各層永久變形量累加得到瀝青混合料層總永久變形量Ra=18.2mm，根據瀝青混合料層容許永久變形量表查得瀝青混合料層容許永久變形為20.0mm，擬定的路面結構方案二滿足（2）.瀝青混合料層疲勞開裂驗算對方案一進行瀝青混合料層疲勞開裂驗算，根據彈性層狀體系理論，計算得到瀝青混合料層層底拉應變為，非季節性凍土區調整系數ka取1.0。根據工程所在地區，查表得基準路面結構溫度調整系數為1.28，瀝青飽和度VFA取65%。根據初擬路面結構和路面結構層材料參數，按式：kT計算得到溫度調整系數kT按式：k計算得到疲勞加載模式系數kb按式：Nf1=6.32計算得到瀝青混合料層疲勞壽命為15234478，大于瀝青混合料層層底拉應變的當量設計軸載作用次數1×107次，所以擬定的路面結構方案一滿足要求。（3）無機結合料層疲勞開裂驗算對方案二進行無機結合料層疲勞開裂驗算，根據彈性層狀體系理論，計算得到無機結合料層層底拉應力為0.13MPa。非季節性凍土區調整系數ka取1。按式：k以及現場綜合修正系數kc材料類型無機結合料穩定材料無機結合料穩定土c14.035.0c-0.0076-0.0156c-1.47-0.83根據工程所在地區，查表得到基準路面結構溫度調整系數為1.28，根據初擬路面結構和路面結構層材料參數按式：kT計算得到溫度調整系數kT按式：N以及無機結合料穩定層疲勞破壞模型參數表，如表6.3.2材料類型ab無機結合料穩定材料13.2412.52無機結合料穩定土12.1812.79計算得到無機結合料層底疲勞壽命為3993632588，大于無機結合料穩定層層底拉應力的當量設計軸載作用次數1×109次，所以擬定的路面結構方案二滿足要求。（4）路基頂面豎向壓應變驗算根據彈性層狀體系理論，計算得到路基頂面豎向壓應變為139.77με。根據工程所在地區，查表得到基準路面結構溫度調整系數為1.28，根據初擬路面結構和路面結構層材料參數，按式：k計算得到溫度調整系數kT按式： [εz]=1.25×10計算得到路基頂面豎向壓應變εz為277με，大于路基頂面豎向壓應變139.77με，所以滿足路基頂面豎向壓應變的要求。（5）路面結構驗收彎沉值驗算根據規范，用落錘式彎沉儀進行驗收，落錘式彎沉儀的荷載為50kN，荷載盤半徑為150mm。路基標準狀態下回彈模量取75MPa，濕度調整系數ks取1.1，干濕凍融循環作用折減系數kη取0.85，則經調整后的路基回彈模量為70MPa。按式：l計算得到路基頂面驗收彎沉值為97.3（0.01mm）采用擬定的路面結構以及各層結構模量值進行驗算，路基頂面回彈模量為MPa，根據彈性層狀體系理論計算得到路表驗收彎沉值la為49.7（0.01mm）按式：l計算得到路段內實測的路基頂面彎沉代表值為18.9（0.01mm），小于路基頂面驗收彎沉值97.3（0.01mm）與路表驗收彎沉值49.7（0.01mm），因此路基頂面和路表驗收彎沉值符合要求。（6）