1、路面设计路面结构设计的目的是提供在特定的使用期限内同所处环境相适应并能承受与其交通荷载适用的路面结构，同时设计路面结构，便于改变道路行驶条件，提高服务水平，满足汽车运输的要求，因此路面应起码具备三个方面的使用要求：平整、抗滑、承载能力。路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，计算路面结构厚度，并对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层进行层底拉应力的验算。1 路面等级与类型规范规定：二级公路一般采用沥青混凝土路面，根据设计年限内累计当量标准轴载作用次数多少选用高级路面和次高级路面，高级路面一般适用于设计年限内累计标准轴次大于 400 万
2、次的二级公路,设计年限为 15 年；次高级路面适用于设计年限内累计标准轴次大于 200 万次的二级公路，设计年限为 12 年。本设计地区地质良好，无不良地况根据公路等级和交通量，确定路面等级为次高级，设计年限为 12 年。2 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弯拉应力。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。3参与本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合和厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定个结构层材料的抗压回弹
3、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。5对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求(本次设计不考虑冻害)。3 轴载分析路面设计以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载。1. 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）轴载换算轴载换算的计算公式：N= （7-1）4.3512()kiiPCn计算结果列于下表：表 7-1 轴仔换算结果表(弯沉)车型 （kN）iP2（次/日）in（次/日）12C4.35()iPn前轴 23.70 1 6.4东风 EQ140后轴 69.20 1 1 553 111.48前轴 19.40
4、1 6.4解放 CA10B后轴 60.85 1 1 3041.5 350.45前轴 49.00 1 6.4黄河 JN150后轴 101.60 1 1 395 423.24N= 4.3512()kiiPCn885.38注：轴载小于 25kN 的轴载作用不计。2）累计当量轴次根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取 12 年，双车道的车道系数取 0.6，年平均增长率 。=5.4%累计当量轴次： 112365.458.06315872%teNN（ 次 ）2. 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次1）轴载换算，结果列于下表：表 7 - 2 轴仔换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型 （kN）iP
5、1C2（次/日）in（次/日）12C8()iPn东风 EQ140 后轴 69.20 1 1 553解放 CA10B 后轴 60.85 1 1 3041.5 57.17黄河 JN150 后轴 101.60 1 1 395 448.48N= 812()kiiPCn505.65注：轴载小于 50kN 的轴载作用不计2）累计当量轴次 1123655.4%0.618075()teNN次4 结构组合与材料选取1. 结构组合与材料根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途筑路材料较丰富，路面结构采用沥青混凝土（15cm ） ，基层采用二灰碎石（20cm） ，基底层采用石灰土（厚度待定）。二级公路面层采用三层式沥青面
6、层：表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度 3cm） ，中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度 5cm） ，下层采用粗粒式密级配沥青混凝土 （厚度 7cm） 。2. 各层材料的抗压模量与劈裂强度抗压模量取 20的模量，各值均取规范给定范围的中值，具体参数如下：表 7 - 3 抗压模量与劈裂强度表抗压模量(MPa)200C 劈裂强度 （MPa）细粒式密级配沥青混凝土 1400 1.4中粒式密级配沥青混凝土 1200 1.0 粗粒式密级配沥青混凝土 1000 0.8二灰碎石 1500 0.5石灰土 550 0.2253. 土基回弹模量的确定拟定该路段处处于 VI 区，土基回弹模量为 30MPa。5
7、 设计指标的确定对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。1. 设计弯沉值。路面设计弯沉值计算：该公路为二级公路，公路等级系数取 1.1，面层是沥青混凝土，面层类型系数取 1.0，半刚性基层、底基层总厚度等于或大于 20cm，基层类型系数取 1.0。设计弯沉值为： 0.2 0.2decbs66315871.0=3.9mLNA （ ）2. 各层材料容许层底拉应力 sp/RK1）细粒式密级配沥青混凝土= =2.200.2saec.9/AN0.2.913587/1=1.4/2.20=0.636MPasp/RK2）中粒式密级配沥青混凝土= =2.200.2saec.9/
8、AN0.2.913587/1=1.0/2.20=0.455MPasp/RK3）粗粒式密级配沥青混凝土= =2.420.2saec.9/AN0.2.913587/1=0.8/2.42=0.331 MPasp/RK4）二灰碎石= =1.650.1sec35/NA0.1.35872/=0.5/1.65=0.303 MPaspRK5）石灰土= =2.120.1sec4/NA0.1.453872/=0.225/2.12=0.106 MPasp/RK设计弯沉值为 33.09（0.01mm），相关资料汇总如下表：表 7-4 设计资料汇总表抗压模量 E1(MPa) 材料名称 H（cm）2015 容许拉应力（M
9、Pa）细粒式密级配沥青混凝土 3 1400 2000 0.636中粒式密级配沥青混凝土 5 1200 1800 0.455粗粒式密级配沥青混凝土 71000 1400 0.331二灰碎石 20 1500 0.303石灰土 550 0.106土基 30 6 确定石灰土层厚度利用弯沉等效换算法把路面换算为三层连续体系：图 7-1 多层体系转换图示轮载 P=0.7MPa，双圆荷载半径 =10.65cm计算弯沉综合系数：= =0.5140.38.61.6()(2sLEFp 0.380.36.913()()2165702.E3.821.65h210.74E查三层体系表面弯沉系数诺谟图得 012(,)(.
10、8,03)1.48hkffE1(,)(.,7).6aff由 120dcpLaFE得12cak0.5查三层体系表面弯沉系数诺谟图得.2H.59由 =55.591 542.42.23nKEEhh得： cm 取 cm53.657 层底拉应力验算采取 15C 时的抗压模量，细粒式密级配沥青混凝土为 2000MPa，中粒式密级配沥青混凝土为 1800MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为 1400MPa。1. 对于细粒式沥青混凝土层 143450.90.90.90.921222+nkKiiEEHhhh=36.H36.0=815h.2023.178E1.9查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连
11、续）= 021(,)Ehf(.8,9)f0 2PmR查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）=1n2(,)(.9,381).24EHff=221(,)(.,0.9)=31hff02(,)(3.8,17).4HEff=0.70.3411.2340.31=0.0910.6361Pn2. 对于中粒式沥青混凝土层= 41ikkEhi14428035.19h3450.90.90.90.90.90.911335723=4.41nkKii EHh 3.850769h E12000MPahh 13cmH？ E21800MPaE030MPaE11800MPah?H？ E21400MPaE03
12、0MPa023.214E1.78查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）= 021(,)Ehf(.769,8)f02PmR查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）=1n2(,)(0.78,35)1.6EHff221(,)(.,90.78)=.25hff=0.2602(,)(3.85,2)HEff1.4Pn3. 对于粗粒式沥青混凝土层 124444431320180676.ikKiEEhhh50.90.90.941145=3.nkiiH2.657h023.21E15.74 E11400MPah?H？ E21500MPaE030MPa查三层连续体系上层底面弯
13、拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续） 21(,)=(.57,0)hEff02PmR查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）=1.23211(,)(.07,296)1.3EHnff=221(,)(.,5.07).46hff02(,)(.96,).HEff=0.1820.3311Pn4. 对二灰碎石 1234444 41444208003676.855ikKiEEhhh10.913nkkiiEHh3.2402.5E1.73查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）= 021(,)Ehf(3.4,7)f E11500MPah?H？ E2550MPaE030MPa012PmR查三层连续体系中层底面弯拉应力系数诺谟图（上层中层层间连续）=1n21(,)(.73,29)1.EHff=221(,)(.,4.73)0.5hff02(,)(3.9,05).2HEff1Pn=0.1740.303综上所述，各层均满足要求。
