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1、8路面设计沥青路面设计包括原材料的调查与选择、沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计、各项设计参数的测试与选定、路面结构组合设计、路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比选等。8.1 沥青混凝土路面概述（1）路面结构设计的原则路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，将路面作为一个整体考虑，进行综合设计。在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循“因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原则进行路面设计的技术经济比较，选择技术先进，经济合理，安全可靠的方案。应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运用行之有效的新材料、新工艺、新技术。路
2、面设计方案应充分考虑沿线环境保护、自然生态的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。（2）沥青路面结构设计理论与方法世界各国的沥青路面结构设计方法，可分为经验法和力学经验法两大类。经验法主要通过对实验路或使用道路的实验观测，建立路面结构（结构层组合、厚度和材料性质）、车辆荷载（轴载大小和作用次数）和路面使用性能三者之间的关系，如美国的加州承载比（CBR）法和美国各州公路和运输工作协会（AASHTO）法。力学经验法应用于力学原理分析路面结构在荷载与环境作用下的力学响应量（应力、应变、位移），建立力学响应量与路面使用性能之间的关系
3、模型，路面设计按使用要求，运用关系模型完成结构设计。我国现行的沥青路面设计方法、美国的沥青学会（AI）法和壳牌（Shell）法均为力学经验法。我国现行的公路沥青路面设计规范（JTG D502011）采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。8.2沥青路面的设计计算（1）设计交通资料（见下表8.1）：表8.1路面设计交通资料序号车型名称前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数后轴轮组数后轴距交通量（辆/昼夜）1小客车11.8281双轮组16172中客车 SH13025.
4、5555.11双轮组8503大客车CA5028.768.21双轮组1334小货车BJ13013.5527.21双轮组18175中货车CAD5024.568.61双轮组6926中货车EQ14023.769.21双轮组1027大货车JN15049101.61双轮组245注：设计年限为12年车道系数为=0.7 交通量年平均增长值r=8.0。轴载分析：路面设计以BZZ100作为标准轴载，以设计弯沉值为指标验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。 轴载换算轴载换算公式：式中：以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次（次/日）；被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）；标准轴载（kN）；被换
5、算车型的各级轴载（kN）；被换算车型的轴载系数；被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38；被换算车型的轴载级别。当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下列公式计算：式中：轴数轴载换算结果如下表8.2所示：表8.2轴载换算结果序号车型 1小客车前轴11.816.416171后轴2811161772中客车SH130前轴25.5516.485015后轴55.111850643大客车CA50前轴28.716.41334后轴68.211133264小货车BJ130前轴13.5516.418172后轴27.211181775中货
6、车CAD50前轴24.516.469210后轴68.6116921356中货车EQ140前轴23.716.41022后轴69.211102217大货车JN150前轴4916.424571后轴101.611245263后轴1003179237628累计当量轴次计算路面竣工后第一年日平均当量轴次：= 628设计年限内一个车道上累计当量轴次：查表可得交通等级为中等交通。方案一：路面各层结构及其力学参数（见下表8.3）表8.3路面结构力学参数层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（M Pa）20劈裂强度（M Pa）1细粒式沥青混凝土614001.22粗粒式沥青混凝土810000.83水泥稳定碎石251
7、5000.64天然砂砾待定200 土基回弹模量确定：该路段处于5区，为亚砂土和亚粘土，干湿状态为中湿状态，稠度为1.0，查得土基回弹模量为32.5。设计指标确定：本二级公路的设计，以设计弯沉值作为设计标准，并进行层底拉应力计算。按弯沉指标要求计算天然砂砾层厚度本公路为二级公路，根据规范，公路等级系数，面层为沥青混凝土面层，基层为半刚性基层，基层类型系数。 土基 土基 （2）设计弯沉值：由和查诺谟图得，由和查诺莫图得。 令则弯沉综合修正系数： 联立上面两式得：由、和查诺谟图得则可反算出：代入当量厚度换算公式得，解得，取（3）各层材料的容许层底拉应力： 细粒式密级配沥青混凝土粗粒式密级配沥青混凝土
8、 水泥稳定碎石设计资料总结：设计弯沉值为33.33（0.01mm），相关资料汇总如下表8.4：表8.4设计资料汇总表材料名称H(cm)20抗压模量15容许拉应力（） 细粒式沥青混凝土614000.550粗粒式沥青混凝土810000.458水泥稳定碎石2515000.365天然砂砾18200土基32.5（4）弯拉应力的验算由于水泥稳定碎石下层有天然砂砾，故天然砂砾作为中层，以上作为上层。细粒式沥青混凝土： 查诺谟图发现为压应力，故应力验算通过。粗粒式沥青混凝土查诺谟图得： 则：故应力验算通过。水泥稳定类碎石查诺谟图得： 则： 故应力验算通过。 天然砂砾查诺谟图得： 则： 符合设计要求。方案二：（
9、1） 设计资料（见表8.1和表8.2）路面各层结构及其力学参数（见下表8.5）表8.5路面结构力学参数层位结构层材料名称厚度（cm）抗压模量（M Pa）20劈裂强度（M Pa）1细粒式沥青混凝土614001.22粗粒式沥青混凝土810000.83碎石灰土259000.354级配碎石待定200土基回弹模量确定：该路段处于5区，为亚砂土和亚粘土，稠度为1.0，查得土基回弹模量为32.5.设计指标确定：本二级公路的设计，以设计弯沉值作为设计标准，并进行层底拉应力计算。按弯沉指标要求计算天然砂砾层厚度本公路为二级公路，根据规范，公路等级系数，面层为沥青混凝土面层，基层为半刚性基层，基层类型系数 土基
10、土基 （2）设计弯沉值：由和查诺谟图得，由和查诺莫图得。 令则弯沉综合修正系数：联立上面两式得：由、和查诺谟图得则可反算出：代入当量厚度换算公式得，解得，取（3）各层材料的容许层底拉应力。用方案一求解方法可得各层材料容许拉应力要素如下表8.6：8.6各层材料及容许拉应力要素表材料名称H(cm)20抗压模量15容许拉应力（） 细粒式沥青混凝土614000.550粗粒式沥青混凝土810000.458碎石灰土259000.213级配碎石18200土基32.5（4）弯拉应力的验算由于水泥稳定碎石下层有天然砂砾，故天然砂砾作为中层，以上作为上层。细粒式沥青混凝土： 查诺谟图发现为压应力，故应力验算通过。
11、粗粒式沥青混凝土查诺谟图发现为压应力，故应力验算通过。碎石灰土查诺谟图得： 则： 故应力验算通过。 级配碎石查诺谟图得： 则： 符合设计要求 。方案比选（见下表8.7）：表8.7方案比选表比较要素方案一方案二材料性能水泥稳定碎石抗压强度和劈裂强度相对较大。碎石灰土抗压强度和劈裂强度相对较小。经济性水泥稳定碎石和天然砂砾成本较低，且材料易取得。碎石灰土和级配碎石成本较高。施工工艺施工简单，方便。需注意水对材料的影响安全系数各层基底拉应力安全系数较高。第二层基底拉应力安全系数偏低。综合比较后，认为方案一的设计更为合理，故采用方案一作为沥青路面设计方案。8 路面设计路面是用各种材料混合料铺筑在路基上
12、供车辆行驶的层状结构物。路面按面层的使用品质，材料组成类型以及结构强度和稳定性，路面可分为四个等级，即高级路面，次高级路面，中级路面和低级路面。从力学性能来分路面可分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。本二级公路可选的路面结构主要是沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，下面将主要计算这两种路面。8.1沥青混凝土路面沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构，是在柔性基层、半刚性基层上铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。沥青路面设计的任务是根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，设计确定经济合理的路面结构，使之能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公路相应的承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。路面设计包括原材料的选择、混合料配合比设计和设计参数的测试与确定、路面结构层组合与厚度计算，以及路面结构的方案比选等内容。路面设计除行车道部分的路面外，对高速公路、一级公路还应包括路缘带、硬路肩、加减速车道、紧急停车带、收费站和服务区的场面设计及路面排水系统的设计，对其他各级公路应包括路肩加固、路缘石和路面排水设计。8.2 沥青路面的计算设计608.2.1 交通量的确定作为路面设计的重要参照，交通量组成是设计的咽喉，有关交通量资料如下表8.1所示：表8.1路面设计交通资料序号车型名
