沥青路面结构厚度计算示例

1 基本资料

1.1 路段所在地区基本资料

某高速公路地处Ⅱ2区，为双向四车道，拟采用沥青路面结构，进行施工图设计，沿线土质为中液限粘性土，填方路基高1.8m，地下水位距路床2.4m；年降雨量为620mm/年，最高气温35℃，最低气温-31℃，多年平均冻结指数为882℃•d，最大冻结指数为1225℃•d。

1.2 土基回弹模量的确定

设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘质土，查表法可得土基回弹模量值为36MPa。

1.3 根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通量调查资料（表1.3）

表1.3 近期交通组成与交通量

车型 三菱FR415 五十铃NPR595G 江淮HF140A 江淮HF150 东风KM340 东风SP9135B 五十铃EXR181L 数量（辆/日） 400 320 450 460 560 368 530 1.4 交通量资料

根据交通调查进行综合分析，预测其交通增长率前五年为8.0% 、之后五年为7.2%，最后五年为5.0%。累计轴次计算结果如表1.4所示，属于D级交通。

表1.4 轴载换算与累计轴载

换算方法 设计年限内累计交通轴次 弯沉及沥青层拉应力指标 22万次 半刚性层拉应力指标 1846万次 1.5 初拟路面结构

拟定采用两种路面结构，分别为半刚性基层沥青路面与混合式基层沥青路面。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及

施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：

结构一:半刚性基层沥青路面

4cm细粒式沥青混凝土 + 6cm中粒式沥青混凝土 + 8cm粗粒式沥青混凝土 + 36cm水泥稳定碎石 基层+ 二灰土底基层，以二灰土为设计层。

结构二:混合式基层沥青路面

4cm细粒式沥青混凝土 + 6cm中粒式沥青混凝土 + 10cmLSM（大粒径沥青碎石）+ 二灰稳定砂砾 + 20cm天然砂砾垫层，以二灰稳定砂砾为设计层。

2 路面材料配合比设计与设计参数的确定

2.1 试验材料的确定

半刚性基层所用集料与结合料取自沿线料场，沥青选用重交通90#石油沥青，上面层采用SBS改性沥青，技术指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》相关规定。

2.2 路面材料抗压回弹模量的确定

1半刚性材料的抗压回弹模量按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057）中T0801-94规定的顶面法测定。水泥稳定碎石试验均值为3188，方差为782；二灰土试验均值为2091，方差为688；二灰稳定砂砾均值为3617，方差为634。

2 沥青混合料的抗压回弹模量参照T0801-94规定的方法进行，测定20℃的抗压回弹模量，各种材料的试验结果与设计参数见下表：

表2.2-1 沥青材料抗压回弹模量测定与参数取值

20℃抗压模量（MPa） 材料名称 Ep 1991 1425 978 1248 方差 σ 201 105 55 116 Ep-2σ Ep代抗压回弹模量（MPa） 材料名称 Ep 3188 2091 3617 250 方差 σ 782 688 634 Ep-2σ Ep代 水泥稳定碎石 二灰土 二灰稳定砂砾 级配碎石 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 大粒径沥青碎石LSM 15 1215 868 1016 1624 715 2349 3 路面材料弯拉强度与弯拉模量的取值

根据当地已有试验资料，结合相邻公路的设计情况，弯拉强度与弯拉模量选用经验值。

表2.2-2 路面材料弯拉强度与模量取值

细粒式沥青混凝土 1.2 大粒径中粒式沥粗粒式沥沥青碎青混凝土 青混凝土 石 1.0 0.8 0.6 材料名称 水泥稳定碎石 二灰土 二灰稳定 砂砾 弯拉强度（MPa） 弯拉模量（MPa） 0.6 0.3 0.5 3000 2800 2600 1500 57 2846 5021

3 路面厚度设计

3.1 半刚性基层沥青路面厚度计算

高速公路设计年限为15年，设计弯沉值为20.3 (0.01mm)。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为16.0cm； 满足层底拉应力要求的结构层厚度为19.6cm。设计厚度取20 cm。各结构层的验算结果如表3.1所示。

表3.1 结构厚度计算结果

序号 1 结构层材料名称 细粒式 沥青混凝土 中粒式 沥青混凝土 粗粒式 沥青混凝土 水泥 稳定碎石 二灰土 土基 抗压模量(Mpa) 15 弯拉模量(Mpa) 3000 弯拉强度(Mpa) 1.2 厚度(cm) 4 层底拉应力(MPa) -0.15 容许拉应力(MPa) 0.45 2 1215 2800 1 6 -0.17 0.38 3 4 5 6 868 1624 715 36 2600 57 2846 — 0.8 0.6 0.3 — 7 32 20 — -0.04 0.23 0.10 — 0.30 0.27 0.11 — 路表计算弯沉 ls = 19.1 (0.01mm)

3.2 混合式基层沥青路面路面厚度计算

设计弯沉值为23.4 (0.01mm)，利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为27.3cm； 满足层底拉应力要求的结构层厚度为37.0cm。设计厚度取37 cm。各结构层的验算结果如表3.2所示。

表3.2 结构厚度计算结果

序号 结构层材料名称 细粒式 1 沥青混凝土 中粒式 2 沥青混凝土 3 4 5 6 LSM 二灰 稳定砂砾 天然砂砾 土基 1016 2349 250 36 1500 5021 — — 0.6 0.5 — — 10 37 20 — -0.04 0.22 — — 0.23 0.23 — — 1215 2800 1 6 -0.13 0.38 15 3000 1.2 4 -0.14 0.45 抗压模量(Mpa) 弯拉模量(Mpa) 弯拉强度(Mpa) 厚度(cm) 层底拉应力(MPa) 容许拉应力(MPa) 路表计算弯沉 ls = 17. .9 (0.01mm) 3.3 验算防冻厚度

按照规范要求进行抗冻厚度验算，路面结构厚度满足最小抗冻厚度要求。

3.4 方案技术经济比选

经过工程预算分析，两种路面结构的总造价分别为：半刚性基层路面每平米185元，混合式结构每平米162元。本地区降雨量较大，考虑到路面长期使用性能，结合当地实际情况建议采用混合式基层沥青路面。