路面课程设计题一1 工程概况
东北某地区高速公路，双向4车道，设计车速100km/小时，设计使用年限15年。所在地区自然区划II-2，沥青路面气候分区属2-2区，年均降雨量734mm，年平均气温10.2℃ ，月平均气温最低为-3.2℃，月平均气温最高为24.8℃，多年最低气温为-气温-20℃。
2 交通量
断面大型客车和货车交通量选取下面三个中的1个，2500辆/日、3200辆/日、4000辆/日。增长率6%。
车辆类型分布系数、各类车型非满载和满载车数量、非满载车与满载车当量设计轴载换算系数均采用水平三查表确定
3 材料参数
路基标准状态下回弹模量取下列模量中的一个50MPa、70MPa、80MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取0.95,干湿与冻融循环作用折减系数Kη取0.8。
其他材料参数根据水平三查表选取。
沥青蠕变劲度300MPa，路基类型参数2
沥青混合料饱和度区60%
车辙试验：试件厚度50mm，普通沥青混凝土变形量取4~5，改性沥青混凝土变形量取1~2。
4 环境参数
沥青层永久变形基准等效温度18.2℃，基准路面结构温度调整系数（结构层疲劳）1.16，基准路面结构温度调整系数（路基顶面压应变）1.19，冻结指数242℃▪日，季节冻土地区调整系数0.949。路面低温设计温度-20℃。
5 设计任务：
1）初拟路面结构（路面结构采用半刚性基层），确定设计指标
2）确定车道系数和方向系数
3）采用水平三确定非满载车与满载车所占比例，非满载车与满载车当量设计轴载换算系数
4）根据水平三确定材料参数
5）进行结构验算
6）提交沥青路面结构计算书
东北地区某高速公路沥青路面
新建路面设计
1. 项目概况与交通荷载参数
该项目位于辽宁省，属于高速公路，起点桩号为K320+380，终点桩号为K380+380，设计使用年限为15.0年，根据交通量OD调查分析，断面大型客车和货车交通量为2500辆/日, 交通量年增长率为6.0%, 方向系数取55.0%, 车道系数取45.0%。 根据交通历史数据，按表A.2.6-1确定该设计公路为TTC1类，根据表A.2.6-2得到车辆类型分布系数如表1所示。
表1. 车辆类型分布系数
| 车辆类型 | 2类 | 3类 | 4类 | 5类 | 6类 | 7类 | 8类 | 9类 | 10类 | 11类 |
| 车型分布系数(%) | 6.4 | 15.3 | 1.4 | 0.0 | 11.9 | 3.1 | 16.3 | 20.4 | 25.2 | 0.0 |
根据路网相邻公路的车辆满载情况及历史数据的调查分析，得到各类车型非满载与满载比例，如表2所示。表2. 非满载车与满载车所占比例(%)
| 车辆类型 | 2类 | 3类 | 4类 | 5类 | 6类 | 7类 | 8类 | 9类 | 10类 | 11类 |
| 非满载车比例 | 88.0 | 90.0 | 66.0 | 73.0 | 55.0 | 71.0 | 44.0 | 59.0 | 57.0 | 65.0 |
| 满载车比例 | 12.0 | 10.0 | 34.0 | 27.0 | 45.0 | 29.0 | 56.0 | 41.0 | 43.0 | 35.0 |
根据表6.2.1，该设计路面对应的设计指标为沥青混合料层永久变形与无机结合料层疲劳开裂。根据附表A.3.1-3，可得到在不同设计指标下，各车型对应的非满载车和满载车当量设计轴载换算系数，如表3所示。表3. 非满载车与满载车当量设计轴载换算系数
| 设计指标 | 沥青混合料层永久变形 | 无机结合料层疲劳开裂 |
| 车辆类型 | 非满载车 | 满载车 | 非满载车 | 满载车 |
| 2类 | 0.8 | 2.8 | 0.5 | 35.5 |
| 3类 | 0.4 | 4.1 | 1.3 | 314.2 |
| 4类 | 0.7 | 4.2 | 0.3 | 137.6 |
| 5类 | 0.6 | 6.3 | 0.6 | 72.9 |
| 6类 | 1.3 | 7.9 | 10.2 | 1505.7 |
| 7类 | 1.4 | 6.0 | 7.8 | 553.0 |
| 8类 | 1.4 | 6.7 | 16.4 | 713.5 |
| 9类 | 1.5 | 5.1 | 0.7 | 204.3 |
| 10类 | 2.4 | 7.0 | 37.8 | 426.8 |
| 11类 | 1.5 | 12.1 | 2.5 | 985.4 |
根据公式（A.4.2）计算得到对应于沥青混合料层永久变形的当量设计轴载累计作用次数为16,958,523, 对应于无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为1,196,115,942。 本公路设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为5,256,732，交通等级属于中等交通。2. 初拟路面结构方案
初拟路面结构如表4所示。
表4. 初拟路面结构
| 结构层编号 | 层位 | 材料类型 | 厚度(mm) | 模量(MPa) | 泊松比 |
| 1 | 面层 | 沥青混合料 | 150.0 | 12000 | 0.35 |
| 2 | 基层 | 无机结合料稳定材料 | 300.0 | 18000 | 0.25 |
| 3 | 底基层 | 无机结合料稳定材料 | 250.0 | 5000 | 0.35 |
| 4 | | 土基 | | 61 | 0.40 |
路基标准状态下回弹模量取80MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取0.95,干湿与冻融循环作用折减系数Kη取0.80,则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为61MPa。3. 路面结构验算
3.1 沥青混合料层永久变形验算
根据表G.1.2，基准等效温度Tξ为18.2℃，由式（G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为20.6℃。可靠度系数为1.65。
根据B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为10个分层,各分层厚度（hi）如表5所示。利用弹性层状体系理论，分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力（Pi）。根据式（B.3.2-3）和式（B.3.2-4），计算得到d1=-5.27，d2=0.69。把d1和d2的计算结果带入式（B.3.2-2），可得到各分层的永久变形修正系数(kRi)，并进而利用式（B.3.2-1）计算各分层永久变形量(Rai)。各计算结果汇总于表5中。
各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量Ra=14.7(mm)，根据表3.0.6-1，沥青层容许永久变形为15.0(mm)，拟定的路面结构满足要求。
表5. 沥青层永久变形计算结果
| 分层编号 | 分层厚度(mm) | 竖向压力(MPa) | 修正系数（kRi） | 永久变形(mm) |
| 1 | 15.0 | 0.70 | 3.42 | 1.3 |
| 2 | 15.0 | 0.70 | 5.61 | 2.1 |
| 3 | 15.0 | 0.69 | 7.48 | 2.8 |
| 4 | 15.0 | 0.66 | 7.46 | 2.6 |
| 5 | 15.0 | 0.63 | 6.61 | 2.1 |
| 6 | 15.0 | 0.58 | 5.49 | 1.5 |
| 7 | 15.0 | 0.53 | 4.38 | 1.0 |
| 8 | 15.0 | 0.48 | 3.39 | 0.7 |
| 9 | 15.0 | 0.43 | 2.58 | 0.4 |
| 10 | 15.0 | 0.39 | 1.92 | 0.3 |
| 总计 | | | | 14.7 |
3.2 无机结合料层疲劳开裂验算 根据弹性层状体系理论，计算得到无机结合料层层底拉应力为0.098MPa。根据气象资料，工程所在地区冻结指数F为242.0℃•日，按照表B.1.1，季节性冻土地区调整系数ka取0.95。根据式（B.2.1-2），现场综合修正系数为-1.402
根据工程所在地区，查表G.1.2得到基准路面结构温度调整系数为1.16，根据初拟路面结构和路面结构层材料参数，按式（G.1.3-1）计算得到温度调整系数kT2为1.00。由表B.2.1-1，对于无机结合料稳定粒料，疲劳开裂模型参数a=13.24，b=12.52。弯拉强度为0.8MPa。
根据以上参数，按式（B.2.1-1）计算得到无机结合料层底疲劳寿命为2,210,503,987。
3.3 路面低温开裂指数验算
根据气候条件，所在地区低温设计温度T为-20.0℃。路基类型参数b=2，表面层沥青在-10℃条件下弯曲梁流变试验的劲度模量St为300MPa，由公式（B.5.1）,计算得到低温开裂指数CI=2.1，根据表3.0.6-2，低温开裂指数要求为3.0，所选路面结构及材料满足低温抗裂的要求。
4. 路基顶面和路表验收弯沉值
根据附录B.7节，确定路基顶面和路表验收弯沉值时，采用落锤式弯沉仪，荷载盘半径为150mm，荷载为50kN。
路基标准状态下回弹模量取80MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取0.95,则平衡湿度状态下的回弹模量为76MPa，采用公式（B.7.1）计算得到路基顶面验收弯沉值为245.7（0.01mm）。
采用拟定的路面结构以及各层结构模量值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模型乘以模量调整系数kl(kl=0.5)，为38MPa，根据弹性层状体系理论计算得到路表验收弯沉值la为19.2（0.01mm）。
5. 结果汇总
各项验算结果汇总如下表所示：
表6. 分析结果汇总
| 验算内容 | 计算值 | 对比值 | 是否满足 |
| 沥青层车辙(mm) | 14.7 | 15.0 | 是 |
| 半刚性层疲劳开裂对应的累积当量轴次 | 2,210,503,987 | 1,196,115,942 | 是 |
| 低温开裂指数 | 2.1 | 3.0 | 是 |
由上表可知，所选路面结构和材料能满足各项验算内容的要求。