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1、第六章第六章 路面设计路面设计6.1 沥青路面结构设计6.1.1 设计资料1 1、地形、地貌地形、地貌拟建公路位于盆地，公路沿线地形总体比较平缓，属于平原微丘区，地势由东南向西北倾斜，自然地面坡度约为 38。本段地处公路自然区划的2区，海拔高度在 500m700m 之间。2 2、起止桩号、起止桩号起止桩号 K0+000-K1+504.01，建设里程为 1504.01m。路基宽度为 10m。3 3、地层岩性、地层岩性项目所在区域自西向东，根据沿线地貌、工程地质、水文地质等条件，本地区主要划分为三个工程地质分区：残积坡积低山丘陵区、剥蚀堆积平原区和风积沙漠区。残积坡积低山丘陵区岩性以泥岩、粉砂岩、
2、砾岩、凝灰岩、碎屑岩、煤层为主；剥蚀堆积平原区岩性以泥质砂岩、细砂岩、红色砾岩、中、细砂、低液限粉土为主。风积沙漠区岩性以细砂、中砂、低液限粉土为主。地层主要分为两层，第一层为细砂、低液限粉土，层厚 0.40.7m，松散、硬塑，容许承载力 0=100120kPa，土、石工程分级为；第二层为角砾、砾砂，揭示层厚1.11.6m，中密，容许承载力 0=400kPa，土、石工程分级为。4 4、水文及水文地质、水文及水文地质本项目沿线基本为戈壁荒漠，无大型沟河，降水稀少，无地表水流入。路线全线有多处冲沟，沿线沟壑多呈漫流状，流程较短，水量不大，地表水冲刷痕迹明显。主要的河沟有 2 条。沿线地下水的唯一来
3、源是大气降水补给，地势较低段落受地形条件影响形成洼地，周边地下水汇集在此。地下水埋深情况见下表表 1.地下水埋深情况一览表 编号地下水埋深 11.3-2.5 21.2-1.8 32.0-3.041.5-2.5 53.0-4.5 61.8-3.0 71.2-3.5 81.4-2.0 91.5-2.2 100.9-1.5 111.6-2.4 120.8-1.3 131.2-1.6 141.2-2.4 150.8-2.54 4、气候气象、气候气象项目区域地处荒漠、戈壁地带，日照充足，蒸发强烈，夏季炎热，冬季寒冷，空气干燥，昼夜温差大，春夏季多风，属典型的大陆性干旱气候。区域内年平均气温 3.06.5
4、，一月份平均气温11.718.4，七月份平均气温 23.526.0，极端最低气温42.6，极端最高气温 43.0，年均降水量 170mm，蒸发量约 2141mm，最大冻土深度 136141cm。项目所在区域内日照充足，全年日照时数 28413650 小时，全年大风日达 100 天以上，主导风向为东风、东南风，瞬时最大风速可达 41m/s。冬季寒冷，平均降雪量512mm。 6 6、自然区划、自然区划根据公路自然区划，拟建公路位于2 区，即绿洲荒漠区。7、交通量调查与分析1.交通量年平均增长率 4.95，交通组成见表 7-1。表 7-1 近期交通组成、交通量与不同车型的交通参数汽车类型前轴重（KN
5、）后轴重 （KN）后轴数后轴轮组数日交通量（辆/天）小客车16.5020.31双1350交通 SH14125.5555.101双400四平 SPK61503877.82双765北京 BJ13013.5527.21双850解放 CA5028.768.21双305东风 EQ14023.7069.201双425黄河 JN-15049.00101.601双425特大车日野 KB22250.20104.301双300拖挂车五十铃8378.52双296.1.2.计算标准轴载确定交通等级路面设计以双轮组单轴载 100KN 作为标准轴载。1、以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累积当量轴次a.轴载换算
6、的计算公式（7-35. 4121 nii ippnCCN1）式中：N标准轴载的当量轴次，次/日；被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；inP标准轴载，KN；被换算车辆的各级轴载，KN；iP轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38；2C轴数系数；当轴间距大于 3m 时，按单独的一个轴载计算，对轴间距1C小于 3m 的双轴或多轴应考虑轴数系数，=1+1.2（m-1） ，m 为轴数。1C根据上述公式，具体计算结果，见表 7-2。表 7-2 轴载换算表车型（KN）iP1C2Cin35. 421/ PPnCCii前轴16.5016.4小客车后轴20.3111350前轴25.551
7、6.47.04交通 SH141后轴55.101140029.9前轴3816.472.96四平 SPK6150后轴77.811765256.7前轴13.5516.4北京 BJ130后轴27.2118052.9解放 CA50前轴28.716.43058.3后轴68.21157.7前轴23.716.45.12东风 EQ140后轴69.21142585.7前轴49.0016.4122.24黄河 JN-150后轴101.6011425455.4前轴50.2016.496日野 KB222后轴104.3011300360.3前轴8316.4181.76拖挂车 五十铃后轴78.52.212922.335. 4
8、121 1 nii inippnCCN1764.3注：轴载小于 25KN 的轴载作用不计b.设计年限内标准轴载累计当量轴次设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计当量标准轴次按下式计算：eN（7-136511NNte2）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；N1路面营运第一年双向日平均当量轴次，次/日；设计年限内交通量平均增长率，%；与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。将 N1=1764.3 ，t=12 ，=4.45% ，=0.6 代入式（7-2） ，得=5957831 eN(次)2、以半刚性材料层底弯拉应力为设计指标计算累计当量轴次轴载当量
9、轴次验算半刚性基层底拉应力的轴载换算公式：（7-8 2 1 1 ppnCCNi ini3）式中：轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09；1C轴数系数：当轴间距大于 3m 时，按单独一个轴计算，此时轴数系2C为 1；当轴间距小于 3m 时，双轴或多轴的轴数系数按=1+2（m-1）计算。2C根据上述公式，计算结果见表 7-3表 7-3 轴载换算表车型（KN）iP1C2Cin8 12/iiC C n PP前轴16.5018.51小客车后轴20.3111350前轴25.5518.51交通 SH141后轴55.10114003.4前轴3818.51四平 SPK6150后轴77
10、.811765102.7前轴13.5518.51北京 BJ130后轴27.211850前轴28.718.51解放 CA50后轴68.21130514.3前轴23.718.51东风 EQ140后轴69.21142522.3前轴49.0018.51黄河 JN-150后轴101.6011425482.5前轴50.2018.5122.2日野 KB222后轴104.3011300420.1前轴8318.51362.6拖挂车 五十铃后轴78.5132912.535. 4121 1 nii inippnCCN1473.2设计年限内标准轴载累计当量轴次将 N1=1473.2，t=12 ，=4.45% ，=0.
11、65 代入式（7-3） ，得=4974821（次）eN根据累计轴次结果，由公路沥青路面设计规范表 3.1.8 查得沥青路面交通等级属于 C 级交通等级即中等交通等级。6.1.3 土基回弹模量设计路段路基土质为砾石类土，土基处于中湿状态，土基回弹模量为50MPa。6.1.4 初拟路面结构组合确定设计参数（1）设计方案一（半刚性基层沥青路面）：拟采用 4cm 细粒式沥青混凝土+5cm 中粒式沥青混凝土+6cm 粗粒式沥青混凝土+？水泥稳定砂砾+20cm 矿渣稳定粒料, 以水泥稳定砂砾为设计层。（2）确定设计参数按试验规程规定的方法试验确定 20的沥青混合料和其他结构层材料的抗压回弹模量。15沥青混
12、合料和其他结构层材料的弯拉回弹模量值，以及沥青混合料 15弯拉强度和半刚性材料的弯拉强度值，见表 7-4。表 7-4 路面结构设计参数厚(cm)层位结构层材料 名称 (20)抗压模量(MPa) ()抗压模量(MPa) （15）弯拉强度(MPa)1细粒式沥青 混凝土4140020001.42中粒式沥青 混凝土5120015001.03粗粒式沥青 混凝土61000 12000.84水泥稳定砂 砾？ 150030000.55矿渣稳定粒料20750 -6.1.5 路面结构层厚度设计（1）计算确定设计弯沉通常设计时，选用半刚性材料龄期为三个月或六个月的模量值，土基模量值为不利年份不利季节。材料设计参数期
13、与路面竣工后第一年不利季节基本接近，因此我们称这一状态为设计状态。表征设计状态的弯沉值称为设计弯沉值。设计弯沉是根据设计年限内一个车道上预测通过的累积当量轴次、公路等级、路面结构类型而确定的路表设计弯沉值。根据下式计算路面设计弯沉值：ld（7-bsceAAANld2 . 06004）式中：路面设计弯沉值，0.01mm；ld设计年限内一个车道上标准轴的累计当量轴次；eN道路等级系数，二级公路为 1.1；cA面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0；sA基层类型系数，对半刚性基层为 1.0，柔性基层为 1.6。bA计算结果如下：（0.01mm）0.2600 59578311.1 1.0 1.030.
14、75ld（2）各层材料的容许层底拉应力通过大量路面实验，表明承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到同样断裂所施加疲劳应力之间的比值与加载次数存在如下相关关系：（7-ssp Rk5）式中：沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度（MPa） ；sp路面结构材料的容许拉应力；R抗拉强度结构系数，根据结构层材料不同，按以下公式计算值。SkSk对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，按下式计算：（7-cesANk/09. 022. 06）对无机结合稳定集料类的抗拉强度结构系数，按下式计算：（7-cesANk/35. 011. 07）对无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数，按下式计算：（7-cesAN
15、k/45. 011. 08）a.细粒式密集配沥青混凝土：0.220.220.09/0.09 5957831/1.12.53seckNAMpa1.40.55332.53sp R skb.中粒式密集配沥青混凝土：0.220.220.09/0.09 5957831/1.12.53seckNAMpa1.00.39532.53sp R skc.粗粒式密级配沥青混凝土：0.220.220.09/0.09 5957831/1.12.53seckNAMpa0.80.31622.53sp R skd.水泥稳定沙砾：0.11 0.110.35 59578310.35/1.771.1seckNAMpa0.50.28241.77sp R ske.级配碎石：由于级配碎石没有劈裂强度，故不用计算其容许拉应力。计算结果列于表 7-5。表 7-5 结构层参数层 位结构层材料名称极限弯拉强度容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.55333中粒式沥青混凝土1.00.39534粗粒式沥青混凝土0.80.31625水泥稳定砂砾0.50.28246矿渣稳定粒料-6.1.6 路面结构层厚度计算（1）计算弯沉综合修正系数（7-36. 0038. 0200063. 1 pELFs 9）式中：F
