路面结构设计及计算7.1 轴载分析路面设计以双轴组单轴载100KN 作为标准轴载a.以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。

（1）轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：35.421⎪⎭⎫⎝⎛=P P N C C N i i （7.1）式中： N —标准轴载当量轴次，次/日in —被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日P —标准轴载，KNip —被换算车辆的各级轴载，KNK —被换算车辆的类型数1c —轴载系数，)1(2.111-+=m c ，m 是轴数。

当轴间距离大于3m 时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m 时，应考虑轴数系数。

2c ：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。

轴载换算结果如表所示：表7.2 轴载换算结果表注：轴载小于25KN 的轴载作用不计。

（2）累计当量轴数计算根据设计规，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η取0.40，γ =4.2 %，累计当量轴次：][γηγ13651)1(N N te⨯⨯-+=[]次）（.5484490042.040.0327.184********.0115=⨯⨯⨯-+=(7.2) 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 b.轴载换算验算半刚性基底层底拉应力公式为81'2'1')(∑==ki i i P pn c c N (7.3) 式中：'1c 为轴数系数，)1(21'1-+=m c'2c 为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。

计算结果如下表所示：注：轴载小于50KN 的轴载作用不计。

[]γηγ'13651)1(N Nte⨯⨯-+=⋅[]次3397845%042.040.0313.13473651%)042.01(15=⨯⨯⨯-+=7.2 结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限一个行车道上的累计标准轴次约为700万次左右，根据规推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土（15cm ）、基层采用石灰粉煤灰碎石（厚度待定）、底基层采用石灰土（30cm ）。

规规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成，查规，采用三层沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚4cm ），中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚5cm ），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚6cm ）。

7.3 各层材料的抗压模量与劈裂强度查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20℃）与劈裂强度7.4 土基回弹模量的确定该路段处于Ⅲ4区，为粉质土，稠度为 1.05，查相关表的土基回弹模量为51.5MPa 。

7.5 设计指标的确定对于一级公路，规要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。

a.设计弯沉值（一级公路）:该公路为一级公路，路面等级系数Ac=1.0，面层是沥青混凝土路面s A取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm ，基层类型系数Ab=1.0。

设计弯沉值为：b sc ed A A A N L 2.0960-= )01.0(5.260.10.10.154844909602.0mm =⨯⨯⨯⨯=- (7.4)b.各层材料的容许层底拉应力s spR K σσ=(7.5)（1）细粒式密级配沥青混凝土cea S A N A K 22.009.0=(7.6)734.20..154844900.109.022.0=⨯⨯=a SSPR MP K 5.0734.24.1===σσ (7.7) （2）中粒式密级配沥青混凝土ce a S A N A K 22.009.0=734.20..154844900.109.022.0=⨯⨯=a SSPR MP K 36.0734.21===σσ （3）粗粒式密级配沥青混凝土ce a S A N A K 22.009.0=01.30.154844901.109.022.0=⨯⨯=a SSPR MP K 26.001.38.0===σσ （4）细粒式沥青玛蹄脂碎石cea S A N A K 22.009.0=734.20..154844900.109.022.0=⨯⨯=a SSPR MP K 5.0734.24.1===σσ（5）中粒式沥青玛蹄脂碎石ce a S A N A K 22.009.0=734.20..154844900.109.022.0=⨯⨯=a SSPR MP K 36.0734.21===σσ （6）粗粒式沥青玛蹄脂碎石ce a S A N A K 22.009.0=01.30.154844901.109.022.0=⨯⨯=a SSPR MP K 26.001.38.0===σσ （7）水泥碎石93.1548449035.035.011.011.0=⨯==ceS A N K (7.8)a R SP R MP 27.093.15.0===σσσ （9）石灰粉煤灰碎石48.2548449045.045.011.011.0=⨯==c e S A N K (7.9)a R SP R MP 32.048.26.0===σσσ （10）石灰土48.2548449045.045.011.011.0=⨯==c e S A N Ka R SP R MP 1.048.225.0===σσσ （11）二灰土48.2548449045.045.011.011.0=⨯==c e S A N Ka R SP R MP 12.048.23.0===σσσ 7.6 设计资料总结相关资料汇总如下表： 公路等级 一级公路公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉值 : 26.5 (0.01mm)按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 26.5 (0.01mm)H( 4 )= 15 cm LS= 29.4 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 25.9 (0.01mm) H( 4 )= 19.1 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 )= 19.1 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.1 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 19.1 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :H( 4 )= 19.1 cm(仅考虑弯沉)H( 4 )= 19.1 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 60 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------细粒式沥青混凝土 4 cm---------------------------------------中粒式沥青混凝土 5 cm---------------------------------------粗粒式沥青混凝土 6 cm---------------------------------------石灰粉煤灰碎石 20 cm---------------------------------------石灰土 30 cm---------------------------------------土基计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.9 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.7 (0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.5 (0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 37.2 (0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 89.6 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)LS= 258.8 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :第 1 层底面最大拉应力σ( 1 )=-0.224 (MPa)第 2 层底面最大拉应力σ( 2 )=-0.069 (MPa)第 3 层底面最大拉应力σ( 3 )=-0. (MPa)第 4 层底面最大拉应力σ( 4 )= 0.123 (MPa)第 5 层底面最大拉应力σ( 5 )= 0.076 (MPa)方案B：按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 26.5 (0.01mm)H( 4 )= 15 cm LS= 29.4 (0.01mm)H( 4 )= 20 cm LS= 25.8 (0.01mm)H( 4 )= 19 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 )= 19 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 19 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 19 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 19 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 19 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 :H( 4 )= 19 cm(仅考虑弯沉)H( 4 )= 19 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 60 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------细粒式沥青玛蹄脂碎石 3 cm---------------------------------------中粒式沥青玛蹄脂碎石 4 cm---------------------------------------粗粒式沥青玛蹄脂碎石 6 cm---------------------------------------水泥稳定碎石 20 cm---------------------------------------石灰粉煤灰土 30 cm---------------------------------------土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.8 (0.01mm)第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.9 (0.01mm)第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31 (0.01mm)第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.5 (0.01mm)第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 85.7 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 322.9 (0.01mm)LS= 258.8 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :第 1 层底面最大拉应力σ( 1 )=-0.242 (MPa)第 2 层底面最大拉应力σ( 2 )=-0.129 (MPa)第 3 层底面最大拉应力σ( 3 )=-0.061 (MPa)第 4 层底面最大拉应力σ( 4 )= 0.127 (MPa)第 5 层底面最大拉应力σ( 5 )= 0. (MPa)7.7方案比选经分析，A方案路面结构造价低于B方案。