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1、1设计原理1.1 路面结构设计流程1.1.1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。1.1.2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。1.1.3参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模量、劈裂强度等，确定各结构层的设计参数。1.1.4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。1.1.5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
2、不考虑冻害)。1.2 路面设计参数在进行路面组合设计时，我们需要求得以下参数：标准轴载及当量轴次、路面容许弯沉值、容许弯拉应力等1.2.1当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载（包括前后轴）的作用次数，均按下式换算成标准轴载的当量作用次数N式中N-标准轴载的当量轴次（次/日）;-被换算的各级轴载的作用次数（次/日）;-标准轴载（KN）;-被换算的各级轴载（KN）;k-被换算车辆的类型系数；-轴数系数，m是轴数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴载计算，当轴间距小于3m时，应考虑轴数系数；-被换算的各级轴载单轮轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为
3、0.38。1.2.2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50kN各级轴载的作用次数，均按下式换算成标准轴载的当量作用次数：式中-以半刚性材料层的拉应力为设计指标时标准轴载的当量轴次（次/日）;-被换算车型的轴数系数，以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴数系数按式=1+2（m-1）计算；-被换算车型的轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.091.2.3设计年限累计当量轴载数Ne Ne=式中Ne-设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次（次） t-设计年限（年） r-设计年限交通量平均增长率（%） -车道系数1.2.4路面设计弯沉值在经过大量的测试和分析，得到路
4、面设计弯沉值计算公式如下：式中-路面设计弯沉值（0.01mm）-设计年限内一个车道上的累计当量轴次-公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级为1.2-面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、沥青表面处治为1.2；1.2.5结构层材料的容许拉应力我国沥青路面设计除了以路面设计弯沉值为设计控制指标之外，对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。要求结构层底面的最大拉应力不大于结构层材料的容许拉应力，在路面设计中表示为结构层材料的容许拉应力是路面承受行车载荷反复作用达到的临界破坏状态时的最大疲劳应力。这一应力较一次荷载作用的抗拉强度小，减小
5、的程度同重复荷载次数及路面结构层材料的性质有关。当沥青混凝土层、半刚性材料基层、底基层以拉应力为设计或验算指标时，这种关系表示如下：式中-路面结构层材料的容许拉应力；-沥青混凝土层或半刚性材料的极限劈裂强度；-抗拉强度结构系数。表征结构层的抗拉强度因疲劳而降低的抗拉强度结构系数，根据载荷应力与达到疲劳临界状态的荷载作用次数之间的疲劳方程表示如下：沥青混凝土面层无机结合料稳定集料类无机结合料稳定土类式中-沥青混合料级配的系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土1.1-公路等级系数。2设计方案 2.1交通量组成表1 交通量车型东风EQ140解放CA10B黄河NJ150太脱拉138小汽车
6、辆/日3407501007450现行规范规定：高速公路，一级，二级公路及城市道路应采用BZZ-100重型标准，因此一级公路选用BZZ-100重型标准。将各种轴载作用次数换算为标准轴载作用次数表2 各种车辆参数车型交通量（辆/日）轮压pi(MPa)单轮轮机直径di(cm)轮组系数ci后轴轴数前轴轴载Pi(KN)东风EQ1403400502101123.70解放CA10B75005019541119.40黄河NJ15010007021491149.0太脱拉1387406020601251.4小汽车50-表3 当量轴次换算车型后轴换算系数前轴换算系数车辆（总）轴载换算系数当量轴次nbi（次/日）东风
7、EQ1400167169001262017978961.1解放CA10B00973750005666010304177.3黄河NJ150100668302305921237275123.7太脱拉138036010002791980999398740当量轴次=336 次/日累计当量轴次：根据规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，设计车道为四车道，车道系数取值0.45.累计当量轴次为：Ne = 次，为轻型路面。2.2.确定土基的回弹模量E0值 由全国公路自然区规划图可知南京位于区，路槽底距地下水位的高度为H0=1.2+0.8=2.0m，查表(路基临界高度参考值)可知H0介于H1和H2之间，接着
8、查表（路基干湿类型）可知该路基属于中湿路基。然后再查个自然区划土基干湿分界稠度可知Wc=0.96，然后再有表二级自然区划各土组土基回弹模量参考值可知E0=36Mpa。2.3计算路表容许弯沉值一级公路，沥青混凝土面层2.4计算路表设计弯沉值2.5新建路面结构厚度计算拟定路面结构组合方案，确定路面结构材料的相关参数表4 路面材料参数层次结构层名称厚度（cm）抗压回弹模量(MPa)抗压回弹模量(MPa)极限抗弯拉强度（Mpa）1细粒式沥青混凝土（DAC-13）5140020001.52中粒式沥青混凝土（DAC-20）71200 18000.93粗粒式沥青碎石（DAC-25）10100011000.7
9、4水泥砂砾土5005000.55砂砾201501506土基302.6按容许弯沉值计算路面厚度1）计算综合修正系数2）计算理论弯沉系数3）计算 的厚度沥青混凝土面沉作为当量三层体系的上层，第二，三，四，五层换算成当量三层体系中的中层，土基作为当量体系的下层。由，,查(三层体系表面弯沉系数诺谟图中主图)得：6.54图)得k1=1.43查（三层体系表面弯沉系数诺谟图中梅花图）得：，则H=中层当量厚度：7+9.268+0.694h4 +8.409=42.6取26cm2.7各层材料的容许底层拉应力计算细粒式密级配沥青混凝土:中粒式密级配沥青混凝土:粗粒式密级配沥青混凝土水泥砂砾土2.8计算弯拉应力1）：
10、验算沥青混凝土面层底面的弯拉应力沥青混凝土面层作为当量三层体系的上层，第二，三，四，五层换算成当量三层体系中的中层，土基作为当量三层体系的下层。当量三层体系中层当量厚度为：则由，,查(三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层，中层间滑动）)得：，m1=1.20，m2=1.10，最大弯拉应力计算沥青混凝土抗弯拉结构强度系数：2.08计算沥青混凝土容许弯拉应力可知：，满足要求2）验算水泥砂砾层底面的弯拉应力 由于水泥砂砾层下面有天然砂砾层，把天然砂砾层当作三层体系中的中层，第一二三四层换算成当量三层中的上层，土基作为当量三层体系的下层。上层当量厚度为：中层当量厚度为20cm，,，按规范规定属连续体
11、系，查（三层体系上层底面弯拉应力系数诺谟图（上层，中层间连续）得：0.20，m1=0.98，m2=1.04最大弯拉应力：计算水泥稳定砂砾层抗弯拉结构强度系数：计算水泥稳定砂砾容许弯拉应力：可知，满足要求。2.9程序计算路面厚度新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 34.6 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20) (15) 1 细粒式沥青混凝土 5
12、1400 2000 .72 2 中粒式沥青混凝土 7 1200 1800 .43 3 粗粒式沥青混凝土 10 1000 1100 .34 4 水泥砂砾土 ? 500 500 .3 5 天然砂砾 20 150 150 6 土基 36 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 34.6 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 35.3 (0.01mm) H( 4 )= 30 cm LS= 32.2 (0.01mm) H( 4 )= 26.1 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 26.1 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 26.1 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 26.1 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 26.1 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 : H( 4 )= 26.1 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 26.1 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 : 路面最小防冻厚度 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .总结：所以各层厚度分别为，细粒式沥青混凝土（DAC-13） 4cm，中粒式沥青混凝土（DAC-20） 7cm，粗粒式沥青碎石（ATB-25） 10cm，水泥砂砾土 26cm，砂砾 20cm。