5.路面结构设计5.1沥青路面5.1.1交通量及轴载计算分析路面设计以单轴载双轮组100KN 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计当量轴次： ①轴载换算：轴载换算采用如下的计算公式：=N ∑=ki i i P P n C C 135.421)/(计算结果如下表所示：表5.1轴载换算表②累计当量轴次根据《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》,高速公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是取0.5。

累计当量轴次：()111365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=()[]189188305.060.430336506449.0365106449.0115=⨯⨯⨯⨯-+=（次）2) 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 ①轴载换算验算半刚性基层层底拉应力轴载换算公式：812'1')/('P P n C C N i ki i ∑==计算结果如下表所示：表5.2 轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）②累计当量轴次参数取值同上，设计年限是15年,车道系数取0.5。

累计当量轴次：()111365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=()[]321652575.087.731636506449.0106449.0115=⨯⨯⨯-+=（次）5.1.2结构组合设计及材料选取1) 拟订路面结构组合方案根据规定推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土（取18cm ），基层采用水泥碎石（取20cm ），下基层采用石灰土（厚度待定）。

另设20cm 厚的中粗砂垫层。

2) 拟订路面结构层的厚度由于计算所得的累计当量轴载达到了500万次，按一级路的路面来设计，由设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。

采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度为4cm ），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度为6cm ），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度为8cm ）。

5.1.3设计指标及设计参数确定1) 确定路面等级和面层类型由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为大于500万次。

根据规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》和设计任务书的要求可确定路面等级为高级路面，面层类型采用沥青混凝土，设计年限为15年。

2) 确定土基的回弹模量① 此路为新建路面，根据设计资料可知路基干湿状态为干燥状态。

② 根据设计资料，由设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》，该路段处于II 2a 区，为粉质土，确定土基的稠度为1.05。

③ 查设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》中“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”表并作提高得土基回弹模量为MPa E 0.370=.3）各层材料的设计参数（抗压模量与劈裂强度）查设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。

抗压模量取20C 和15C 的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20C 和15C 的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa 和2000MPa ，中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa 和1800MPa ，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa 和1400MPa ，水泥碎石（20C 或15C ）为1500MPa ，石灰土（20C 或15C ）为550MPa ，中粗砂（20C 或15C ）为90MPa 。

各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.2MPa ，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa,粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa ，水泥碎石为0.5MPa ，石灰土为0.225MPa 。

5.1.4路面结构厚度计算 1) 根据设计弯沉值计算路面厚度设计指标的确定，对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。

2) 计算设计弯沉值按照设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》中路面设计弯沉值公式0.2600de c s b L N A A A 计算。

该项公路为高速公路,公路等级系数为1.0,面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，基层类型系数取1.0 。

设计弯沉值为：)01.0(03.21111189188306006002.02.0mm A A A Ne l b s c d =⨯⨯⨯⨯==--3) 计算各层材料的容许层底拉应力由S S R K /σσ=沥青混凝土：035.40.1/3216525709.0/09.022.022.0=⨯==c eS A N K细粒式密级配沥青混凝土：MPa K S S R 297.0035.4/2.1/===σσ中粒式密级配沥青混凝土：MPa K S S R 248.0035.4/0.1/===σσ粗粒式密级配沥青混凝土：MPa K S S R 198.0035.4/8.0/===σσ水泥碎石：344.20.1/3216525735.0/35.011.011.0=⨯==c e S A N K MPa K S S R 213.0344.2/5.0/===σσ石灰土：013.30.1/3216525745.0/45.011.011.0=⨯==c eS A N KMPa K S S R 075.0013.3/225.0/===σσ设计资料总结如下：设计弯沉值为)01.0(03.21mm ，相关设计资料汇总如下表所示。

表5.3设计资料汇总表4）查图法求计算层厚度① 由上述计算可知设计弯沉值)01.0(03.21mm l d =，令d s l l =,求综合弯沉系数F 。

则 36.0038.0200063.1⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=P E L F S δ4902.07.00.3765.10200003.2163.136.038.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=② 计算实际弯沉系数s α 974.165.107.02000140003.2120001=⨯⨯⨯==δαp E L s s③ 计算理论弯沉系数L343.44546.0974.1====F sc L ααα④ 查三层体系表面弯沉系数诺谟图对于细粒式密级配沥青混凝土因为 38.065.104==δh86.01400120012==E E031.012003720==E E 由dh、12E E 查图得 3.6=α 由h 、02EE 查图得 64.11=K由dh、20E E 和42.064.13.6343.412=⨯==K K l αα,查图得 8.5=δH ⑤ 计算中层厚度cm H H 77.6165.108.5/=⨯=⨯=δδ⑥ 计算石灰土层厚度 由公式4.22132E E h h H kn k k ∑-=+=得 4.254.24.21200550120015002012001000868.62⨯+⨯+⨯+=h 则解得 cm h 55.365= 则取 cm h 375=5.1.5路面结构验算5.1.5.1 验算沥青混凝土各面层及半刚性基层、底基层的层底弯拉应力1）沥青面层层底拉应力验算（此时取15C 抗压模量） ①细粒式密级配沥青混凝土表层验算cm h 4= 由H=9.0111+-+=∑i kn i k k E E h 即cm H 29.38180055037180015002018001400869.09.09.0=⨯+⨯+⨯+= 由38.065.104==δh、60.365.1029.38==δH 、02.018003720==E E 和9.02000180012==E E 查图 图中没有所查的相应数据，即、1m 、2m 均小于零，因此可知层底不产生拉应力，产生压应力，即满足要求。

②中粒式密级配沥青混凝土表层验算 则cm E E h h ik i k k 1.106180020004144=+⨯==∑= cm E E h H n i k i k k 7.42140055037140015002089.09.0119.01=⨯+⨯+==∑-+=+ 由95.065.101.10==δh、01.465.107.42==δH 、03.014003720==E E 和78.01800140012==E E 查图 图中没有所查的相应数据，即、1m 、2m 均小于零，因此可知层底不产生拉应力，产生压应力，即满足要求。

③粗粒式密级配沥青混凝土表层验算 则∑==ik ikk E E h h 14cm8.18814001800614002000444=+⨯+⨯= cm E E h H n i k i k k 14.32150055037209.0119.01=⨯+==∑-+=+ 由77.165.108.18==δh、02.365.1014.32==δH 、02.015003720==E E 和07.11400150012==E E 查图 图中没有所查的相应数据，即、1m 、2m 均小于零，因此可知层底不产生拉应力，产生压应力，即满足要求。

2）水泥碎石基层层底拉应力验算 则∑==ik ikk E E h h 14cm 44.3820150014008150018006150020004444=+⨯+⨯+⨯= cm H 37=由61.365.1044.38==δh,47.365.1037==δH 、07.05503720==E E 、和37.0150055012==E E 查图 得MPa 13.0=-σ、36.11=m ,68.02=m ，又有7.0=p则MPa MPa m m p 213.0084.068.036.113.07.021<=⨯⨯⨯==-σσ 即满足要求。

3）石灰土基层层底拉应力验算 则∑==ik ikk E E h h 14cm 44.3820150014008150018006150020004444=+⨯+⨯+⨯= cm H 37=由61.365.1044.38==δh,47.365.1037==δH 、07.05503720==E E 、和37.0150055012==E E 查图 得MPa 22.0=-σ、07.11=n ,35.02=n ，又有7.0=p则MPa MPa n n p 075.0058.035.007.122.07.021<=⨯⨯⨯==-σσ 即满足要求。

5.1.5.2 季节性冰冻地区沥青混凝土路面防冻厚度验算因为该地区土基干湿类型为假定为干燥土基，且设计任务书中相关资料不全，所以不作路面防冻厚度验算。

5.1.6沥青混合料配合比设计热拌沥青棍合料的配合比设计应遵照下列步骤进行：1) 目标配合比的设计阶段，按规范中规定的矿料级配，用工程实际使用的材料计算各种材料的用量比例，进行马歇尔试验，确定最佳沥青用量。