湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计（论文）
第七章 路面设计
路面结构设计应根据使用要求与气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，将路基路面作为一个整体考虑，进行综合设计在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循“因地制宜，合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原则进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进，经济合理，安全可靠地方案。
路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护，自然生态平衡，有利于施工养护工作。
沥青路面设计包括原材料的调查与选择，沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计，各项设计参数的测试与选定，路面结构组合设计，路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比选等。
7.1 路面结构分层
行车荷载和自然因素对路面的影响，随深度的增加而逐渐减弱，因此对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深的增加而逐渐降低。为了适应这一特点，路面结构通常是分层铺筑的，按照使用要求受力状况，土基支撑条件和自然因素程度的不同分成若干层，通常按各个层次功能的不同，划分为三个层次，即面层、基层和垫层。 7.1.1面层
面层是直接行车和大气接触的表面层次，它承受较大的行车载荷的垂直力，水平力和冲击力的作用，同时还受到较大的侵蚀和气温变化的影响。因此，面层应具备较高的结构强度、抗变形能力、较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨、不透水，还应具有良好的抗滑性和平整性。路面面层类型较多，查《规范》得路面面层类型的选用应符合规定，见表7.1。
表7.1 路面面层类型及适用范围
路面类型 沥青混凝土 水泥混凝土
沥青灌入、沥青碎石、沥青表面处治
砂石路面
适用范围
高速、一级、二级、三级、四级公路 高速、一级、二级、三级、四级公路
三级、四级公路 四级公路
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7.1.2基层
基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。它应具有足够的强度和刚度，具有良好的扩散应力的能力及足够的水稳定性。基层厚度大时，可设为两层，分别称为上基层和底基层，修筑基层所用的材料主要有：各种结合稳定土、天然砂砾，各种碎石和砾石、片石，各种工业废渣等。 7.1.3垫层
垫层介于土基与基层之间，将基层传下来的车辆荷载应力加以扩散，以减小土基产生的应力和变形，阻止路基土挤入基层中，影响基层结构的性能。修筑垫层的材料强度不一定要高，但水稳定性和隔温性能要好，常用的材料有：砂、砾石、炉渣、水泥或石灰稳定土等。 7.1.4路面类型确定
按面层所用的材料来分，有水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。较高等级公路路面的特点是强度高、刚度大、稳定好、使用寿命长，能适应较繁重的交通量，一般采用水泥混凝土路面或沥青路面。本设计综合考虑最大纵坡、气候条件等因素，决定采用沥青混凝土路面作为设计路面。
7.2 路面设计
7.2.1标准轴载换算
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所示。
表7.2标准轴载换算表
标准轴载 标准轴载P(kN) 轮胎接地压强P（MPa）
BZZ-100 100 0.7
标准轴载
单轮传压面当量圆直径D(cm)
两轮中心距（cm）
BZZ-100 21.3 1.5d
当以设计弯沉值为设计指标及沥青层底拉应力验算时，凡是轴载大于25kN的各级轴载（包括车辆的前，后轴）的作用次数N1,均按下式计算：
P N??C1C2ni(i)4.3 5 (7.1)
pi?1K 式中：N----标准轴载的当量轴次
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ni----各种被换算车辆的作用次数 P----标准轴载（kN） Pi-----各种被换算车型的轴次
C1----轴数系数
C2----轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。 7.2.2 交通量的换算
表7.3 轴载换算计算表
车型
车轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴
交通量
P ?iNi(i)16100
Pi(KN) 13.55 27.2 22 44 55 66 74 75 35.3 76.6 30 70 24 70 31.3 78
?i（辆/昼夜） 1200
1200 400 400 800 800 1000 1000 900 900 800 800 30 30 100 100
北京
130 奔驰
LPK709 黄河 JN253 尼桑 CWA52 华龙 SK171A 三湘 CK6891 东风 CS93
723.8008
1.12?10?8 1.08?10?6 7.08?10?6
0.000789 22.22747
1 587.6398
1 396.2753
4.26?10?6
348.8055
4.41?10?6
2820.271
4.14?10?6
479.5235
4.15?10?5
0.025087
4.12?10?6
514.2696
1 566.0596
5.21?10?5
0.001771 2.658634
2.06?10?6 4.19?10?7
0.000429
4.2?10?6
504.9739
解放 SP9200 合计
4.1?10?6 7.7?10?6
2845.185
故有：
?N19i?2845.185（次）
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7.2.3交通参数分析
计算设计年限累计当量标准轴载数累计当量轴次按下列公式计算： Ne??1????1??365N? （7.2）
?t?1其中：Ne：设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次（次）； ?：设计年限内的交通量年平均增长率，取?=4.5%；
t：设计年限（年），查规范一级公路沥青路面的设计年限取15年； N1：路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；
η：与车道有关的车辆横向分布系数，查规范η=0.6～0.7，故取η=0.6。 将以上各指标值带入上式中，可计算得：
[(1?r)t?1]?365[(1?4.5%)15?1]?365Ne??N1????2845.185?0.6?1.3?107次r4.5% 由于Ne?1.2?107~2.5?107,故设计交通量等级属于重交通等级。
由上面的计算可以得出，设计年限内一个行车道上的累计标准轴载次数约为130万次左右。 （2）面层类型
对于本公路的设计，初步拟定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，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土，底面层采用粗粒式密级配沥青混凝土。
（3）结构组合与材料的选取
由上面的计算可以得出，设计年限内一个行车道上的累计轴载次数约为130万次左右，根据《公路沥青路面设计规范》规定的结构要求，路面结构面层采用的材料及厚度初步拟定如下：3cm细粒式沥青混凝土+4cm中粒式沥青混凝土 + 6cm粗粒式沥青混凝土+水泥稳定碎石基层+20cm二灰沙砾，以水泥稳定碎石基层为设计层。
材料的具体厚度列表如7.4：
表 7.4 初拟面层材料厚度表
路面结构
面层
材料选用
细粒式密级配沥青混凝土 中粒式密级配沥青混凝土 粗粒式密级配沥青混凝土
材料厚度（单位cm）
3 4 6
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基层 底基层
水泥稳定碎石 二灰沙砾
待定 20
7.2.4确定各结构层材料设计参数 （1）各层材料的抗压模量与劈裂强度
根据相关表格及设计规范，可以得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。规范规定抗压模量取20?C的模量，且在设计中各值均取规范给定范围的中值，因此得到
20?C的抗压模量如下表：
表7.5 沥青路面材料抗压回弹模量表
抗压回弹模量(MPa)
材料名称
EP
水泥稳定砂砾 水泥稳定碎石 水泥石灰砂砾土 二灰稳定砂砾 二灰稳定碎石
1300 1600 1200 1300 1400
σ 220 760 240 700 600
0.5 0.6 0.4 0.7 0.6 劈裂强度(MPa)
表 7.6 基层材料抗压回弹模量表 20℃抗压回弹模量(MPa)
EP 1200 1300 1000
σ 180 90 60
15℃抗压回弹模量(MPa)
EP 1800 1800 1200
σ 320 170 70
15℃劈裂强度(MPa) 1.2 1.0 0.8
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
（2）土基回弹模量的确定
本路段为粘质土，稠度为1.10，土基回弹模量为32MPa。 7.2.5设计指标的确定 （1）设计弯沉值 路面设计弯沉值公式为
Ld?600Ne?0.2AcAsAb （7.3）
由于该公路为一级公路，故公路等级系数Ac取1.0；面层是沥青混凝土，面层系数As取1.0；半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，所以基层系数Ab取1.0。
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