新建瀝青路面結構層厚度計算（含表格）

1、案例1 新建瀝青路面結構層厚度計算1.設計資料湖北省某新建高速公路，雙向四車道，擬采用瀝青路面結構。沿線土質為黏性土，地下水位距路床頂面1.4 m，沿線有水泥及碎石供應。根據(jù)計劃安排，該項目于2010年建成通車。經(jīng)交通調查預測，2010年平均日交通量見案例表1；交通量年增長率：20102014年為8%，20152019年為7%，20202024年為5%。案例表1 通車第一年（2010年）交通組成與交通量車型分類代表車型交通量/（輛/天）單后軸貨車黃河JN163760東風EQ140520雙后軸貨車東風EQ240460單后軸客車武漢WH644A790武漢WH644B870拖掛車交通SH-14122

2、02.設計步驟1）交通量計算及交通等級的確定（1）車輛參數(shù)及交通量計算，見案例表2。案例表2 通車第一年（2010年）交通組成車輛參數(shù)與交通量序號車型名稱前軸重/kN后軸重/kN后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距/m交通量/（輛/天）1黃河JN16358.61141雙輪組7602東風EQ14023.769.21雙輪組5203東風EQ24025.525.92雙輪組3220注：表中的車輛參數(shù)來自于HPDS2011程序；后軸重為單軸重。（2）計算累計當量軸次Ne。當量軸次N1。a.當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時，通車第一年（2010年）雙向日平均當量軸次N1的計算。按式（1-7）進行前軸、后軸當量軸次

3、的換算，計算過程見案例表3。案例表3 第一年（2010年）雙向日平均當量軸次N1的計算汽車車型前軸當量軸次換算后軸當量軸次換算日交通量/（輛/天）前軸重/kN軸數(shù)系數(shù)C1輪組系數(shù)C2當量軸次/（次/天）后軸重/kN后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距/m軸數(shù)系數(shù)C1輪組系數(shù)C2當量軸次/（次/天）黃河JN16358.616.447611412111 344760東風EQ14023.716.4669.21211105520東風EQ24025.516.4825.92232161220合計5551 780N1（次/天）2 335N1=前軸當量軸次+后軸當量軸次=555+1 780=2 335（次/天）注：本表以設

4、計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標。計算當量軸次時應注意如下幾點。前軸均為單軸單輪。當后軸距大于3 m時，按單獨軸載計算，即C1=軸數(shù)。例如，案例表3中交通SH-141的后軸軸數(shù)系數(shù)C1=2。當后軸距小于3 m時，按式（1-3）計算C1。例如，案例表3中東風EQ240的后軸軸數(shù)系數(shù)C1=2.2。b.當以半剛性材料層拉應力為設計指標時，通車第一年（2010年）雙向日平均當量軸次N1的計算。按式（1-4）進行前軸、后軸當量軸次的換算，計算過程見案例表4。要注意式（1-9）與式（1-7）中指數(shù)的區(qū)別，并注意案例表3與案例表4中C1、C2取值的區(qū)別。案例表4 第一年（2010年）雙向日平均當量軸次N1的

5、計算 汽車車型前軸當量軸次換算后軸當量軸次換算日交通量/（輛/天）前軸重/kN軸數(shù)系數(shù)C1輪組系數(shù)C2當量軸次/（次/天）后軸重/kN后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距/m軸數(shù)系數(shù)C1輪組系數(shù)C2當量軸次/（次/天）黃河JN16358.6118.519611412112168760東風EQ14023.7118.5069.2121127520東風EQ24025.5118.5025.92232112220合計1982 266N1（次/天）2 464N1=前軸當量軸次+后軸當量軸次=198+2 266=2 464（次/天）注：本表以半剛性材料層拉應力為設計指標。累計當量軸次Ne。按式（1-11）計算設計年限內一

6、個車道的累計當量軸次Ne。該公式為等比數(shù)列求和公式，其中，365N1是首項，（1+）是公比。365是指一年的天數(shù)，365N1將日作用次數(shù)換算為年作用次數(shù)；是車道系數(shù)，將雙向交通換算為設計車道上（即最不利車道）的作用次數(shù)。設計年限t：查表1-8，高速公路設計年限t=15年。車道系數(shù)：查表1-9，取車道系數(shù)=0.4。a.當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時，設計年限內一個車道的累計當量軸次Ne的計算見案例表5。案例表5 設計年限內一個車道的累計當量軸次Ne的計算各特征年雙向日平均當量軸次Ni/（次/天）通車第n年156101115分段交通量增長率/%875Ni/（次/天）2 3353 1773

7、 3994 4554 6785 686車道系數(shù)0.4查表1-9累計當量軸次Ne/（次/車道）分段計算20102014年20152019年20202024年1 999 9832 853 8273 773 940合計8 627 750注：本表以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標。b.當以半剛性材料層拉應力為設計指標時，設計年限內一個車道的累計當量軸次Ne的計算見案例表6。案例表6 設計年限內一個車道的累計當量軸次Ne的計算各特征年雙向日平均當量軸次Ni/（次/天）通車第n年156101115分段交通量增長率/%875Ni/（次/天）2 4643 3523 5874 7024 9376 001車道系

8、數(shù)0.4查表1-9累計當量軸次Ne/（次/車道）分段計算20102014年20152019年20202024年2 110 4743 011 6743 982 886合計9 105 034注：本表以半剛性材料層拉應力為設計指標。交通等級。當以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時，案例表5中計算得出的累計當量軸次Ne=8 627 750 次/車道，查表1-10，得出交通等級為中等交通。當以半剛性材料層拉應力為設計指標時，案例表6中計算得出的累計當量軸次Ne=9 105 034次/車道，查表1-10，交通等級為中等交通。取最高的交通等級為設計交通等級，所以本項目的交通等級為中等交通。 2）結構組合設

9、計（1）路基與墊層。路基。a.路基干濕類型。本項目自然區(qū)劃屬IV3區(qū)（長江中游平原中濕區(qū)），沿線土質為黏性土，查公路瀝青路面設計規(guī)范（JTG D502006）F.0.1，可得出路床面至地下水位臨界高度為H1=1.51.7 m，H2=1.11.2 m，H3=0.80.9 m。 查案例1的設計資料，地下水位距路床頂面H0=1.4 m。查公路瀝青路面設計規(guī)范表5.1.4-2，由H2H0H1得出，路基為中濕狀態(tài)。b.路基回彈模量。公路瀝青路面設計規(guī)范5.1.1條規(guī)定，路基回彈模量值應大于30 MPa，重交通、特重交通路基回彈模量值應大于40 MPa。通過室內試驗法，確定路基回彈模量為40 MPa，滿足

10、公路瀝青路面設計規(guī)范5.1.1條的規(guī)定。墊層。因路基處于中濕狀態(tài)，按公路瀝青路面設計規(guī)范4.2.5條規(guī)定，不需設置墊層。（2）各結構層的材料、厚度、回彈模量。初擬路面結構。根據(jù)預測交通量、道路等級對路面結構強度的要求，結合當?shù)貧庀?、水文、地質、筑路材料供應等情況，參考國內外高等級公路設計、使用經(jīng)驗及當?shù)匾呀ê驮诮ǖ母咚俟肥┕そ?jīng)驗，進行路面結構組合設計，見案例表7。按表1-12、表1-13檢查各結構層的厚度是否合理。案例表7 瀝青路面結構方案層 位結構層材料名稱厚度/cm備 注1細粒式瀝青混凝土4AC-13C2中粒式瀝青混凝土6AC-203粗粒式瀝青混凝土7AC-254水泥穩(wěn)定碎石？基層5級配

11、碎石20底基層注：瀝青路面的基層為承重層，底基層為次承重層，設計層可選用承重層或次承重層。本案例以基層為設計層，設計層的厚度用“？”表示，設計層的最小厚度查表1-13，當驗算結果不滿足規(guī)范要求時，程序會將設計層厚度加厚，直到驗算滿足規(guī)范要求為止。路面各結構層的回彈模量、劈裂強度。在設計高速公路施工圖時，采用實測設計參數(shù)，回彈模量、劈裂強度見案例表8。案例表8 路面各結構層材料的回彈模量、劈裂強度層位結構層材料名稱厚度/mm20 15 劈裂強度/MPa平均抗壓模量/MPa標準差/MPa平均抗壓模量/MPa標準差/MPa1細粒式瀝青混凝土401 4521252 1573171.22中粒式瀝青混凝土

12、601 2251041 8701751.03粗粒式瀝青混凝土70978501 276850.84水泥穩(wěn)定碎石?1 6302541 6302540.65級配碎石2002401224012注：以路表彎沉值為設計或驗算指標時，設計參數(shù)采用20 抗壓回彈模量；以瀝青層或半剛性材料結構層層底拉應力為設計指標時，設計參數(shù)采用15 抗壓回彈模量。3）瀝青路面厚度設計（1）設計彎沉值。設計彎沉值的計算見式（1-2），計算過程見案例表9。案例表9 設計彎沉值計算c設計彎沉值ld（0.01 mm）設計年限內一個車道累計當量軸次Ne/（次/車道）公路等級系數(shù)Ac面層類型系數(shù)As路面結構類型系數(shù)Abld=600Ne-

13、0.2AcAsAb由案例表5計算得出24.68 627 750111（2）層底容許拉應力。層底容許拉應力的計算見式（1-3），計算過程見案例表10。案例表10 各結構層容許拉應力計算層位結構層材料名稱劈裂強度s/MPa抗拉強度結構系數(shù)Ks的計算容許拉應力R/MPa實測抗拉強度結構系數(shù)Ks的計算公式Ks設計年限內一個車道累計當量軸次Ne/（次/車道）公路等級系數(shù)Ac見式（1-3）1細粒式瀝青混凝土1.2Ks=0.09Ne0.22/Ac3.08 627 750見案例表51.00.402中粒式瀝青混凝土1.03.08 627 750見案例表51.00.333粗粒式瀝青混凝土0.83.08 627 7

14、50見案例表51.00.274水泥穩(wěn)定碎石0.6Ks=0.35Ne0.11/Ac2.09 105 034見案例表61.00.305級配碎石（3）瀝青路面厚度設計。用HPDS2011軟件進行計算，以路表彎沉值作為路面整體強度的控制指標反算設計層厚度，并進行瀝青混凝土路面面層和整體性材料基層的彎拉應力驗算。當設計層的厚度取36 cm時，路表計算彎沉值ls= 24.5（0.01 mm），設計彎沉值ld=24.6（0.01 mm），路表計算彎沉值小于設計彎沉值，滿足要求。當設計層的厚度取36 cm時，驗算各層層底拉應力m，見案例表11，層底拉應力m小于容許拉應力R，滿足要求。案例表11 各結構層拉應力

15、計算層位結構層材料名稱厚度/mm20 15 劈裂強度/MPa容許拉應力R/MPa層底面最大拉應力m/MPa平均抗壓模量/MPa標準差/MPa平均抗壓模量/MPa標準差/MPa1細粒式瀝青混凝土401 4521252 1573171.20.40-0.2302中粒式瀝青混凝土601 2251041 8701751.00.330.0663粗粒式瀝青混凝土70978501 276850.80.270.0274水泥穩(wěn)定碎石3601 6302541 6302540.60.300.1675級配碎石2002401224012注：拉應力為負，表示受壓。4）HPDS2011程序操作過程演示（1）啟動程序HPDS2

16、011的“公路瀝青路面設計與驗算”。啟動程序HPDS2011，然后選擇“路面設計與計算”“瀝青路面設計與計算”“公路瀝青路面設計與驗算”命令，如案例圖1所示。案例圖1 啟動程序HPDS2011的“公路瀝青路面設計與驗算”（2）交通量計算及交通等級確定。按案例圖2所示對話框，輸入設計參數(shù)：公路等級、車道系數(shù)、設計年限、增長率分段數(shù)、車輛類型數(shù)。案例圖2 輸入設計參數(shù)輸入交通量年增長率分段數(shù)據(jù)。單擊案例圖2中的“各分段時間、增長率輸入”按鈕，然后在彈出的對話框中輸入如案例圖3中所示的數(shù)據(jù)。案例圖3 輸入交通量年增長率分段數(shù)據(jù)輸入瀝青路面車輛與交通量參數(shù)。單擊案例圖2中的“車輛及交通參數(shù)輸入”按鈕，

17、在彈出的對話框中輸入如案例圖4中所示的數(shù)據(jù)（選擇車型名稱、輸入交通量）。案例圖4 輸入瀝青路面車輛與交通量參數(shù)注意：單擊“車型名稱”欄的相應地方，可選擇車型、車型代碼、前軸重、后軸重、后軸輪組數(shù)、后軸數(shù)、后軸距可由程序自動生成，不必填寫。累計當量軸次及交通等級的計算。單擊案例圖2中的“累計當量軸次及交通等級的計算、確定和輸出”按鈕，結果如案例圖5所示。案例圖5 交通量計算及交通等級確定計算結果（3）選擇路面設計類型、路面設計內容，如案例圖6所示。案例圖6 選擇路面設計類型、路面設計內容（4）路面設計參數(shù)輸入。路面設計參數(shù)輸入如案例圖7、案例圖8、案例圖9和案例圖10所示。案例圖7 路面設計參數(shù)輸入（一）注：本案例中的第4層是設計層，請按規(guī)范規(guī)定的最小厚度或適宜厚度輸入水泥穩(wěn)定碎石的厚度，程序將反算設計層的厚度（本表中359