沥青路面结构设计与计算书
1 工程简介
本路段车站北路城市道路，采用二级标准.K0+000～K2+014.971，全线设计时速为40km/h。路基宽度为21.5m ，机动车道宽度为2×7.5m ，人行道宽度为2×2.5m ，盲道宽度为2×0.75m 。路面设计为沥青混凝土路面，设计年限为15年。路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载, 以BZZ －100表示；根据沿线工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为：机动车道路面的面层采用4cm 厚细粒式沥青混凝土AC-13和6cm 厚中粒式沥青混凝土AC-20，基层采用20cm 厚水稳砂砾（5:95），底基层采用20cm 天然砂砾。 2 土基回弹模量的确定
本设计路段自然区划位于Ⅵ区，当地土质为砂质土，由《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006》表F.0.3查得，土基回弹模量在干燥状态取59Mpa. 3 设计资料
（1）交通量年增长率：6% 设计年限：15年 （2）初始年交通量如下表：
1
2
4 设计任务
4.1 沥青路面结构组合设计
4.2 沥青路面结构层厚度计算，并进行结构层层底拉应力验算 4.3 绘制沥青路面结构图 5 沥青路面结构组合设计
5.1 路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载, 以BZZ －100表示。标准轴载计算参数如表10－1所示。
3
5.1.1 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 5.1.1.1 轴载换算
轴载换算采用如下的计算公式：
⎛P ⎫
N =∑C 1C 2n i i ⎪
⎝P ⎭i =1
k
4. 35
，c 1=1+1.2⨯(m -1)=1，计算结果如下表所示。
轴载换算结果表（弯沉）
4
注：轴载小于25KN 的轴载作用不计
5.1.1.2 累计当量轴次
根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取15年，车道系数η=0.7，γ=6.0% 累计当量轴次：
N e
[(1+γ)-1]⨯365N ⋅η=[(1+0. 06) -1]⨯365⨯620. 6⨯0. 7=3690714. 596
=
t
15
γ0. 06
次
5.1.2 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次
5.1.2.1 轴载验算
5
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：
⎛P ⎫
N =∑C C 2n i i ⎪
⎝P ⎭i =1
'
'
1
'
k
8
轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
6
注：轴载小于50KN 的轴载作用不计
5.1.2.2 累计当量轴次
参数取值同上，设计年限为15年，车道系数取0.7，则累计当量轴次为：
N e
'
[(1+γ)-1]⨯365N '⋅η=[(1+0. 06)
=
t
15
γ
-1⨯365⨯435. 6⨯0. 7
=2590517. 689次
0. 06
]
5.2 路面结构层设计与材料选取
由上面计算得到设计年限内一个行车道上的累计当量轴次。根据《路基路面工程》在干燥路段，路面拟定采用以下结构：
面 层：细粒式沥青混凝土（厚度4cm ）；
中粒式沥青混凝土（厚度6cm ）；
基 层：水泥稳定砂砾（20cm ）；
7
底基层：天然砂砾（厚度待定）。 5.3 土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅵ1砂质土，土基回弹模量：干燥59Mpa 。 5.4 设计指标的确定
对于二级公路，规范要求以设计弯沉作为设计指标，并进行结构层层底拉应力验算。
5.4.1 设计弯沉值
该公路为二级公路。公路等级系数取1.1，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm ，基层类型系数取1.0。
设计弯沉值为：
l d =600N e
-0. 2
A c A s A b =600⨯3690714. 596-0. 2⨯1. 1⨯1. 0⨯1. 0=32. 07(0. 01mm )
5.4.2 各层材料的容许层底拉应力
各层材料的劈裂强度：细粒式密集配沥青混凝土为1.4MPa ，中粒式密集配沥青混凝土为1.0MPa ，水泥稳定砂砾为0.5MPa ，天然砂砾为0MPa
对于细粒式密集配沥青混凝土层 K s =0. 09N e 0. 22/A c =0. 09⨯3690714. 5960. 22/1. 1=2. 278
8
σr =
σsp
K s
=
1. 4
=0. 615 MPa 2. 278
对于中粒式密集配沥青混凝土层 K s =0. 09N e 0. 22/A c =0. 09⨯3690714. 5960. 22/1. 1=2. 278
σr =
σsp
K s
=
1. 0
=0. 439 MPa 2. 278
对于水泥稳定砂砾 K s =0. 35N e 0. 11/A c =0. 35⨯2590517. 6890. 11/1. 1=1. 615 σr =5.5 设计资料汇总
设计弯沉值为32.07（0.01mm ），相关设计资料汇总如下表：
路面设计的结构参数（干燥）
σsp
K s
=
0. 5
=0. 310 MPa 1. 615
6 沥青路面结构层厚度计算
（0. 01mm ) 6.1 确定理论弯沉系数αc ，其中l S =l d =32. 07
⎛l ⎫
F =1. 63 S ⎪
⎝2000δ⎭
0. 38
⎛E 0⎫
p ⎪⎪⎝⎭
0. 36
32. 07⎛⎫
=1. 63⨯ ⎪
⎝2000⨯10. 65⎭
0. 38
⎛59⎫ ⎪⎝0. 7⎭
0. 36
=0. 681
又因
l S =1000
l S E 12p δ32. 07⨯1400
αc F ⇒αc ===4. 422 E 12000p δF 2000⨯0. 7⨯10. 65⨯0. 681
6.2 结构厚度计算，以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。
E 1=1400MPa E 2=1200MPa E 3=1300MPa E 4=180MPa E 0=59MPa
细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 水泥稳定砂砾 天然砂砾
h 1=4cm , E 1=1400MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1200MPa ⎪⎧h 1=4cm , E 1=1400MPa
⎪⎪
‘ h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨H =? cm , E 2=1200MPa
⎪⎪
h 4=？cm , E 4=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
多层体系换算图式
（注：此时取20℃是材料的模量值）
11
查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为αc =αK 1K 2, 所以K 2=由于
αc
。 αK 1
E 059E 1200h 4==0. 049 2==0. 857 ==0. 375 E 21200E 11400δ10. 65
查诺漠图得⎨查诺漠图得
α4. 422⎧K 1=0. 95
=0. 739 则K 2=c =
αK 16. 29⨯0. 95⎩α=6. 29
H
δ
=3. 38 则H =3. 38⨯10. 65=35. 997cm
n -1
由弯沉等效换算得：H =∑h K 2K =2
E k E E
=h 2+h 323+h x 2. 44，则 E 2E 2E 2
35. 997=6+20⨯21300180
+h x ⋅2 12001200
h x =19. 98 取h x =20cm
7 层底拉应力验算
7.1对细粒式沥青混凝土层底拉应力验算
7.1.1换算成当量三层体系（此时采用150C 时各材料的模量）
12
h 1=4cm , E 1=2000MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1800MPa ⎪⎧h 1=4cm , E 1=2000MPa
⎪⎪
h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨H =? cm , E 2=1800MPa
⎪⎪
h 4=20cm , E 4=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
H =
∑
k =i +1
n -1
h k 0E k
E i +1
H =h
20E 3E 2E [1**********]0+h 3+h 4=6+20⨯+20⨯=21. 43cm
E 2E 2E 218001800
h
=
E 4H 21. 43E 180059
=0. 375, ==2. 0122==0. 9, 0==0. 033；查三层连续体系上层底面弯拉应力系数10. 65δ10. 65E 12000E 21800
δ
诺莫图得
7.2对中粒式沥青混凝土进行层底拉应力验算
7.2.1换算成当量三层体系（此时采用150C 时各材料的模量）
13
h 1=4cm , E 1=2000MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1800MPa ⎪⎧H =?, E 1=2000MPa
⎪⎪
h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨h =?, E 2=1800MPa
⎪⎪
h 4=20cm , E 4=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
h =∑h K K =1
i
E K E 2000=h 11+h 2=4⨯+6=10. 11cm
E i E 21800
H =
K =i +1
∑h k 0n -1
E k E E 180
=h 303+h 404=20+20⨯0. =22. 22cm E i +1E i +1E i +11300
E H 22. 22h 10. 11E 180059
==2. 086, ==0. 9492==0. 9, 0==0. 033查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图
δ10. 65δ10. 65E 12000E 21800
得
7.3对水泥稳定砂砾基层层底弯拉应力验算
7.3.1换算成当量三层体系（此时采用150C 时各材料的模）
14
h 1=4cm , E 1=2000MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1800MPa ⎪⎧h =?, E 1=2000MPa
⎪⎪
h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨H =20cm , E 2=180MPa
⎪⎪
h 4=20cm , E 3=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
h =∑h K K =1
i
E K E E 2000=h 11+h 22+h 3=4⨯+6⨯+20=30. 96cm E i E 3E 313001300E k =20⨯0=20cm E i +1180
H =
K =i +1
∑h k 0. n -1
7.3.2 求层底最大拉应力: σm =p ⋅m
由由h
δ
h
==
30. 96E 180
=2. 907, 2==0. 09查诺谟图得=0. 2810. 65E 12000
E 30. 96E 18059
=2. 907, 2==0. 09, 0==0. 328查图得m 1=0. 9110. 65E 12000E 2180E 20E 18059
=1. 878, 2==0. 09, 0==0. 328查图得m 2=1. 0610. 65E 12000E 2180
δ
H
由
δ
=
m =⨯m 1⨯m 2
σm =p ⋅m =0. 7⨯0. 28⨯0. 91⨯1. 06=0. 19MPa
7. 最小防冻厚度验算
根据《规范》干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。
15
沥青路面结构设计与计算书
1 工程简介
本路段车站北路城市道路，采用二级标准.K0+000～K2+014.971，全线设计时速为40km/h。路基宽度为21.5m ，机动车道宽度为2×7.5m ，人行道宽度为2×2.5m ，盲道宽度为2×0.75m 。路面设计为沥青混凝土路面，设计年限为15年。路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载, 以BZZ －100表示；根据沿线工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为：机动车道路面的面层采用4cm 厚细粒式沥青混凝土AC-13和6cm 厚中粒式沥青混凝土AC-20，基层采用20cm 厚水稳砂砾（5:95），底基层采用20cm 天然砂砾。 2 土基回弹模量的确定
本设计路段自然区划位于Ⅵ区，当地土质为砂质土，由《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006》表F.0.3查得，土基回弹模量在干燥状态取59Mpa. 3 设计资料
（1）交通量年增长率：6% 设计年限：15年 （2）初始年交通量如下表：
1
2
4 设计任务
4.1 沥青路面结构组合设计
4.2 沥青路面结构层厚度计算，并进行结构层层底拉应力验算 4.3 绘制沥青路面结构图 5 沥青路面结构组合设计
5.1 路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载, 以BZZ －100表示。标准轴载计算参数如表10－1所示。
3
5.1.1 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 5.1.1.1 轴载换算
轴载换算采用如下的计算公式：
⎛P ⎫
N =∑C 1C 2n i i ⎪
⎝P ⎭i =1
k
4. 35
，c 1=1+1.2⨯(m -1)=1，计算结果如下表所示。
轴载换算结果表（弯沉）
4
注：轴载小于25KN 的轴载作用不计
5.1.1.2 累计当量轴次
根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取15年，车道系数η=0.7，γ=6.0% 累计当量轴次：
N e
[(1+γ)-1]⨯365N ⋅η=[(1+0. 06) -1]⨯365⨯620. 6⨯0. 7=3690714. 596
=
t
15
γ0. 06
次
5.1.2 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次
5.1.2.1 轴载验算
5
验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：
⎛P ⎫
N =∑C C 2n i i ⎪
⎝P ⎭i =1
'
'
1
'
k
8
轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）
6
注：轴载小于50KN 的轴载作用不计
5.1.2.2 累计当量轴次
参数取值同上，设计年限为15年，车道系数取0.7，则累计当量轴次为：
N e
'
[(1+γ)-1]⨯365N '⋅η=[(1+0. 06)
=
t
15
γ
-1⨯365⨯435. 6⨯0. 7
=2590517. 689次
0. 06
]
5.2 路面结构层设计与材料选取
由上面计算得到设计年限内一个行车道上的累计当量轴次。根据《路基路面工程》在干燥路段，路面拟定采用以下结构：
面 层：细粒式沥青混凝土（厚度4cm ）；
中粒式沥青混凝土（厚度6cm ）；
基 层：水泥稳定砂砾（20cm ）；
7
底基层：天然砂砾（厚度待定）。 5.3 土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅵ1砂质土，土基回弹模量：干燥59Mpa 。 5.4 设计指标的确定
对于二级公路，规范要求以设计弯沉作为设计指标，并进行结构层层底拉应力验算。
5.4.1 设计弯沉值
该公路为二级公路。公路等级系数取1.1，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm ，基层类型系数取1.0。
设计弯沉值为：
l d =600N e
-0. 2
A c A s A b =600⨯3690714. 596-0. 2⨯1. 1⨯1. 0⨯1. 0=32. 07(0. 01mm )
5.4.2 各层材料的容许层底拉应力
各层材料的劈裂强度：细粒式密集配沥青混凝土为1.4MPa ，中粒式密集配沥青混凝土为1.0MPa ，水泥稳定砂砾为0.5MPa ，天然砂砾为0MPa
对于细粒式密集配沥青混凝土层 K s =0. 09N e 0. 22/A c =0. 09⨯3690714. 5960. 22/1. 1=2. 278
8
σr =
σsp
K s
=
1. 4
=0. 615 MPa 2. 278
对于中粒式密集配沥青混凝土层 K s =0. 09N e 0. 22/A c =0. 09⨯3690714. 5960. 22/1. 1=2. 278
σr =
σsp
K s
=
1. 0
=0. 439 MPa 2. 278
对于水泥稳定砂砾 K s =0. 35N e 0. 11/A c =0. 35⨯2590517. 6890. 11/1. 1=1. 615 σr =5.5 设计资料汇总
设计弯沉值为32.07（0.01mm ），相关设计资料汇总如下表：
路面设计的结构参数（干燥）
σsp
K s
=
0. 5
=0. 310 MPa 1. 615
6 沥青路面结构层厚度计算
（0. 01mm ) 6.1 确定理论弯沉系数αc ，其中l S =l d =32. 07
⎛l ⎫
F =1. 63 S ⎪
⎝2000δ⎭
0. 38
⎛E 0⎫
p ⎪⎪⎝⎭
0. 36
32. 07⎛⎫
=1. 63⨯ ⎪
⎝2000⨯10. 65⎭
0. 38
⎛59⎫ ⎪⎝0. 7⎭
0. 36
=0. 681
又因
l S =1000
l S E 12p δ32. 07⨯1400
αc F ⇒αc ===4. 422 E 12000p δF 2000⨯0. 7⨯10. 65⨯0. 681
6.2 结构厚度计算，以弯沉等效换算法将各层体系换算为三层体系。
E 1=1400MPa E 2=1200MPa E 3=1300MPa E 4=180MPa E 0=59MPa
细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 水泥稳定砂砾 天然砂砾
h 1=4cm , E 1=1400MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1200MPa ⎪⎧h 1=4cm , E 1=1400MPa
⎪⎪
‘ h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨H =? cm , E 2=1200MPa
⎪⎪
h 4=？cm , E 4=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
多层体系换算图式
（注：此时取20℃是材料的模量值）
11
查三层体系表面弯沉系数诺谟图，因为αc =αK 1K 2, 所以K 2=由于
αc
。 αK 1
E 059E 1200h 4==0. 049 2==0. 857 ==0. 375 E 21200E 11400δ10. 65
查诺漠图得⎨查诺漠图得
α4. 422⎧K 1=0. 95
=0. 739 则K 2=c =
αK 16. 29⨯0. 95⎩α=6. 29
H
δ
=3. 38 则H =3. 38⨯10. 65=35. 997cm
n -1
由弯沉等效换算得：H =∑h K 2K =2
E k E E
=h 2+h 323+h x 2. 44，则 E 2E 2E 2
35. 997=6+20⨯21300180
+h x ⋅2 12001200
h x =19. 98 取h x =20cm
7 层底拉应力验算
7.1对细粒式沥青混凝土层底拉应力验算
7.1.1换算成当量三层体系（此时采用150C 时各材料的模量）
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h 1=4cm , E 1=2000MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1800MPa ⎪⎧h 1=4cm , E 1=2000MPa
⎪⎪
h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨H =? cm , E 2=1800MPa
⎪⎪
h 4=20cm , E 4=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
H =
∑
k =i +1
n -1
h k 0E k
E i +1
H =h
20E 3E 2E [1**********]0+h 3+h 4=6+20⨯+20⨯=21. 43cm
E 2E 2E 218001800
h
=
E 4H 21. 43E 180059
=0. 375, ==2. 0122==0. 9, 0==0. 033；查三层连续体系上层底面弯拉应力系数10. 65δ10. 65E 12000E 21800
δ
诺莫图得
7.2对中粒式沥青混凝土进行层底拉应力验算
7.2.1换算成当量三层体系（此时采用150C 时各材料的模量）
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h 1=4cm , E 1=2000MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1800MPa ⎪⎧H =?, E 1=2000MPa
⎪⎪
h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨h =?, E 2=1800MPa
⎪⎪
h 4=20cm , E 4=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
h =∑h K K =1
i
E K E 2000=h 11+h 2=4⨯+6=10. 11cm
E i E 21800
H =
K =i +1
∑h k 0n -1
E k E E 180
=h 303+h 404=20+20⨯0. =22. 22cm E i +1E i +1E i +11300
E H 22. 22h 10. 11E 180059
==2. 086, ==0. 9492==0. 9, 0==0. 033查三层连续体系上层底面弯拉应力系数诺莫图
δ10. 65δ10. 65E 12000E 21800
得
7.3对水泥稳定砂砾基层层底弯拉应力验算
7.3.1换算成当量三层体系（此时采用150C 时各材料的模）
14
h 1=4cm , E 1=2000MPa ⎫
⎪
h 2=6cm , E 2=1800MPa ⎪⎧h =?, E 1=2000MPa
⎪⎪
h 3=20cm , E 3=1300MPa ⎬⇒⎪⎨H =20cm , E 2=180MPa
⎪⎪
h 4=20cm , E 3=180MPa ⎪⎪⎩E n =E 0=59MPa
⎪E 0=59MPa ⎭
h =∑h K K =1
i
E K E E 2000=h 11+h 22+h 3=4⨯+6⨯+20=30. 96cm E i E 3E 313001300E k =20⨯0=20cm E i +1180
H =
K =i +1
∑h k 0. n -1
7.3.2 求层底最大拉应力: σm =p ⋅m
由由h
δ
h
==
30. 96E 180
=2. 907, 2==0. 09查诺谟图得=0. 2810. 65E 12000
E 30. 96E 18059
=2. 907, 2==0. 09, 0==0. 328查图得m 1=0. 9110. 65E 12000E 2180E 20E 18059
=1. 878, 2==0. 09, 0==0. 328查图得m 2=1. 0610. 65E 12000E 2180
δ
H
由
δ
=
m =⨯m 1⨯m 2
σm =p ⋅m =0. 7⨯0. 28⨯0. 91⨯1. 06=0. 19MPa
7. 最小防冻厚度验算
根据《规范》干燥路段无需考虑最小防冻层厚度。
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