新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算（含表格）

1、案例1 新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算1.設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。沿線土質(zhì)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(yīng)。根據(jù)計(jì)劃安排，該項(xiàng)目于2010年建成通車。經(jīng)交通調(diào)查預(yù)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(fēng)EQ140520雙后軸貨車東風(fēng)EQ240460單后軸客車武漢WH644A790武漢WH644B870拖掛車交通SH-14122

2、02.設(shè)計(jì)步驟1）交通量計(jì)算及交通等級的確定（1）車輛參數(shù)及交通量計(jì)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(fēng)EQ14023.769.21雙輪組5203東風(fēng)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(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次Ne。當(dāng)量軸次N1。a.當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時，通車第一年（2010年）雙向日平均當(dāng)量軸次N1的計(jì)算。按式（1-7）進(jìn)行前軸、后軸當(dāng)量軸次

3、的換算，計(jì)算過程見案例表3。案例表3 第一年（2010年）雙向日平均當(dāng)量軸次N1的計(jì)算汽車車型前軸當(dāng)量軸次換算后軸當(dāng)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(dāng)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(dāng)量軸次/（次/天）黃河JN16358.616.447611412111 344760東風(fēng)EQ14023.716.4669.21211105520東風(fēng)EQ24025.516.4825.92232161220合計(jì)5551 780N1（次/天）2 335N1=前軸當(dāng)量軸次+后軸當(dāng)量軸次=555+1 780=2 335（次/天）注：本表以設(shè)

4、計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)。計(jì)算當(dāng)量軸次時應(yīng)注意如下幾點(diǎn)。前軸均為單軸單輪。當(dāng)后軸距大于3 m時，按單獨(dú)軸載計(jì)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(dāng)后軸距小于3 m時，按式（1-3）計(jì)算C1。例如，案例表3中東風(fēng)EQ240的后軸軸數(shù)系數(shù)C1=2.2。b.當(dāng)以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時，通車第一年（2010年）雙向日平均當(dāng)量軸次N1的計(jì)算。按式（1-4）進(jìn)行前軸、后軸當(dāng)量軸次的換算，計(jì)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(dāng)量軸次N1的

5、計(jì)算 汽車車型前軸當(dāng)量軸次換算后軸當(dāng)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(dāng)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(dāng)量軸次/（次/天）黃河JN16358.6118.519611412112168760東風(fēng)EQ14023.7118.5069.2121127520東風(fēng)EQ24025.5118.5025.92232112220合計(jì)1982 266N1（次/天）2 464N1=前軸當(dāng)量軸次+后軸當(dāng)量軸次=198+2 266=2 464（次/天）注：本表以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)。累計(jì)當(dāng)量軸次Ne。按式（1-11）計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一

6、個車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne。該公式為等比數(shù)列求和公式，其中，365N1是首項(xiàng)，（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(shè)計(jì)車道上（即最不利車道）的作用次數(shù)。設(shè)計(jì)年限t：查表1-8，高速公路設(shè)計(jì)年限t=15年。車道系數(shù)：查表1-9，取車道系數(shù)=0.4。a.當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的計(jì)算見案例表5。案例表5 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的計(jì)算各特征年雙向日平均當(dāng)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(jì)當(dāng)量軸次Ne/（次/車道）分段計(jì)算20102014年20152019年20202024年1 999 9832 853 8273 773 940合計(jì)8 627 750注：本表以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)。b.當(dāng)以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的計(jì)算見案例表6。案例表6 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne的計(jì)算各特征年雙向日平均當(dāng)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(jì)當(dāng)量軸次Ne/（次/車道）分段計(jì)算20102014年20152019年20202024年2 110 4743 011 6743 982 886合計(jì)9 105 034注：本表以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)。交通等級。當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時，案例表5中計(jì)算得出的累計(jì)當(dāng)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(dāng)以半剛性材料層拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時，案例表6中計(jì)算得出的累計(jì)當(dāng)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(shè)計(jì)交通等級，所以本項(xiàng)目的交通等級為中等交通。 2）結(jié)構(gòu)組合設(shè)

9、計(jì)（1）路基與墊層。路基。a.路基干濕類型。本項(xiàng)目自然區(qū)劃屬IV3區(qū)（長江中游平原中濕區(qū)），沿線土質(zhì)為黏性土，查公路瀝青路面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)資料，地下水位距路床頂面H0=1.4 m。查公路瀝青路面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范5.1.1條規(guī)定，路基回彈模量值應(yīng)大于30 MPa，重交通、特重交通路基回彈模量值應(yīng)大于40 MPa。通過室內(nèi)試驗(yàn)法，確定路基回彈模量為40 MPa，滿足

10、公路瀝青路面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)規(guī)范4.2.5條規(guī)定，不需設(shè)置墊層。（2）各結(jié)構(gòu)層的材料、厚度、回彈模量。初擬路面結(jié)構(gòu)。根據(jù)預(yù)測交通量、道路等級對路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀蟆⑺?、地質(zhì)、筑路材料供應(yīng)等情況，參考國內(nèi)外高等級公路設(shè)計(jì)、使用經(jīng)驗(yàn)及當(dāng)?shù)匾呀ê驮诮ǖ母咚俟肥┕そ?jīng)驗(yàn)，進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，見案例表7。按表1-12、表1-13檢查各結(jié)構(gòu)層的厚度是否合理。案例表7 瀝青路面結(jié)構(gòu)方案層 位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度/cm備 注1細(xì)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(shè)計(jì)層可選用承重層或次承重層。本案例以基層為設(shè)計(jì)層，設(shè)計(jì)層的厚度用“？”表示，設(shè)計(jì)層的最小厚度查表1-13，當(dāng)驗(yàn)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求時，程序會將設(shè)計(jì)層厚度加厚，直到驗(yàn)算滿足規(guī)范要求為止。路面各結(jié)構(gòu)層的回彈模量、劈裂強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)高速公路施工圖時，采用實(shí)測設(shè)計(jì)參數(shù)，回彈模量、劈裂強(qiáng)度見案例表8。案例表8 路面各結(jié)構(gòu)層材料的回彈模量、劈裂強(qiáng)度層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度/mm20 15 劈裂強(qiáng)度/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa1細(xì)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(shè)計(jì)或驗(yàn)算指標(biāo)時，設(shè)計(jì)參數(shù)采用20 抗壓回彈模量；以瀝青層或半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時，設(shè)計(jì)參數(shù)采用15 抗壓回彈模量。3）瀝青路面厚度設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)彎沉值。設(shè)計(jì)彎沉值的計(jì)算見式（1-2），計(jì)算過程見案例表9。案例表9 設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算c設(shè)計(jì)彎沉值ld（0.01 mm）設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道累計(jì)當(dāng)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(jié)構(gòu)類型系數(shù)Abld=600Ne-

13、0.2AcAsAb由案例表5計(jì)算得出24.68 627 750111（2）層底容許拉應(yīng)力。層底容許拉應(yīng)力的計(jì)算見式（1-3），計(jì)算過程見案例表10。案例表10 各結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力計(jì)算層位結(jié)構(gòu)層材料名稱劈裂強(qiáng)度s/MPa抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks的計(jì)算容許拉應(yīng)力R/MPa實(shí)測抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks的計(jì)算公式Ks設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道累計(jì)當(dāng)量軸次Ne/（次/車道）公路等級系數(shù)Ac見式（1-3）1細(xì)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(shè)計(jì)。用HPDS2011軟件進(jìn)行計(jì)算，以路表彎沉值作為路面整體強(qiáng)度的控制指標(biāo)反算設(shè)計(jì)層厚度，并進(jìn)行瀝青混凝土路面面層和整體性材料基層的彎拉應(yīng)力驗(yàn)算。當(dāng)設(shè)計(jì)層的厚度取36 cm時，路表計(jì)算彎沉值ls= 24.5（0.01 mm），設(shè)計(jì)彎沉值ld=24.6（0.01 mm），路表計(jì)算彎沉值小于設(shè)計(jì)彎沉值，滿足要求。當(dāng)設(shè)計(jì)層的厚度取36 cm時，驗(yàn)算各層層底拉應(yīng)力m，見案例表11，層底拉應(yīng)力m小于容許拉應(yīng)力R，滿足要求。案例表11 各結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力

15、計(jì)算層位結(jié)構(gòu)層材料名稱厚度/mm20 15 劈裂強(qiáng)度/MPa容許拉應(yīng)力R/MPa層底面最大拉應(yīng)力m/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa平均抗壓模量/MPa標(biāo)準(zhǔn)差/MPa1細(xì)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(yīng)力為負(fù)，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(shè)計(jì)與驗(yàn)算”。啟動程序HPDS2011，然后選擇“路面設(shè)計(jì)與計(jì)算”“瀝青路面設(shè)計(jì)與計(jì)算”“公路瀝青路面設(shè)計(jì)與驗(yàn)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(shè)計(jì)與驗(yàn)算”（2）交通量計(jì)算及交通等級確定。按案例圖2所示對話框，輸入設(shè)計(jì)參數(shù)：公路等級、車道系數(shù)、設(shè)計(jì)年限、增長率分段數(shù)、車輛類型數(shù)。案例圖2 輸入設(shè)計(jì)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(yīng)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(jì)當(dāng)量軸次及交通等級的計(jì)算。單擊案例圖2中的“累計(jì)當(dāng)量軸次及交通等級的計(jì)算、確定和輸出”按鈕，結(jié)果如案例圖5所示。案例圖5 交通量計(jì)算及交通等級確定計(jì)算結(jié)果（3）選擇路面設(shè)計(jì)類型、路面設(shè)計(jì)內(nèi)容，如案例圖6所示。案例圖6 選擇路面設(shè)計(jì)類型、路面設(shè)計(jì)內(nèi)容（4）路面設(shè)計(jì)參數(shù)輸入。路面設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參數(shù)輸入（一）注：本案例中的第4層是設(shè)計(jì)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?qū)⒎此阍O(shè)計(jì)層的厚度（本表中359