7.2 路面结构设计
7.2.1 路面结构设计步骤
新建沥青路面按以下步骤进行路面结构设计：
(1) 根据设计任务书和路面等级及面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。
(2) 按路基土类型和干湿状态，将路基划分为几个路段，确定路段回弹模量值。
(3) 根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几中可能的路面结构组合及厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验及测定结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。
(4) 根据设计弯沉值计算路面厚度。对二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构层组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。 7.2.2 路面结构层计算
该路位于中原黄河冲积平原区，地质条件一般为a）第一层：冲积土；b）第二层：粘质土；c）第三层：岩石。平原区二级汽车专用沥青混凝土公路，路面使用年限为12年，年预测平均增长率为6%。 （1）轴载分析
本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按表7-1确定。
表7-1 标准轴载计算参数
标 准 轴 载 标准轴载P（kN） 轮胎接地压力p（MPa） BZZ-100 100 0.70 标 准 轴 载 单轮传压面当量圆直径d(cm) 两轮中心距（cm) BZZ-100 21.30 1.5d 表7-2 起始年交通量表
车型 数量 小汽车 1500 解放CA15 800 东风EQ140 600 黄河JN162 200 （辆/d） 1）以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力 ① 轴载换算
各级轴载换算采用如下计算公式：
N1??c1c2ni(i?1kpi4.35) （7-1） p式中：N1—标准轴载的当量轴次，次/日；
ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日； P—标准轴载，kN；
Pi—被换算车辆的各级轴载，kN； k—被换算车辆类型；
C1—轴数系数，C1=1+1.2（m-1），m是轴数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴载计算，当轴间距小于3m时，应考虑轴系数； C2—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。
计算结果如下表7-3所示。
表7-3 轴载换算结果表（弯沉）
车 型 Pi (KN) Ci C2 ni ?c1c2ni(i?1kpi4.35)p 前轴 解放CA15 后轴 前轴 东风EQ140 后轴 后轴 黄河JN162 后轴 k20.97 70.38 23.70 69.20 59.50 115.00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 800 800 600 600 200 200 — 173.58 — 120.95 20.90 367.34 682.77 pN1??c1c2ni(i)4.35 pi?1注：轴载小于25kN的轴载作用不计。
② 累计当量轴次为：
Ne?[(1??)t?1]?365?N1?(1?0.06)12?1 ??365?682.77?0.60 （7-2）
0.06?2522505次式中：Ne—累计当量轴次；
η—车道系数，规范规定二级公路η值为0.60~0.70，取0.60； t—路面使用年限，二级公路取12年；
?—年预测平均增长率，二级路取6%； N1—标准轴载的当量轴次，次/日。
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的轴载换算公式为：
N1'=∑C1'*C2'*ni(pi/p)8 （7-3）
计算结果如表7-4所示。
表7-4 轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力） 车 型 解放CA15 东风EQ140 黄河JN162 后轴 115.50 1 1 200 611.80 694.65 后轴 后轴 前轴 Pi（kN） 70.38 69.20 59.50 C1' 1 1 1 C2' 1 1 18.5 ni(次/日) 800 600 200 C1'*C2'*ni(pi/p)8 (次/日) 48.16 31.55 3.14 N1'=∑C1'*C2'*ni(pi/p)8 注：轴载小于50kN的轴载作用不计。
② 累计当量轴次
参数值同上，累计当量轴次Ne'为：
Ne?'[(1??)t?1]?365?N1'?(1?0.06)12?1??365?694.65?0.60 （7-4）
0.06?2566396次（2）路面结构组合材料选取
经计算路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次为250万次左右，根据规范推荐结构，并考虑到当地材料供用条件，决定面层采用沥青混凝土路面（6cm），基层采用水泥混凝土稳定基层（水泥碎石15cm），底基层采用石灰稳定土（厚度待定）。
（3）各层材料的抗压模量与劈裂强度的选定
查邓学均主编的《路基路面工程》表14-13、14-14，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。路面设计弯沉值计算路面结构厚度时，取20℃的抗压模量，中粒式密级配沥青混凝土E1=1400Mpa，验算层底弯拉应力时，取15℃的抗压模量，中粒式沥青混凝土E1=1800 Mpa。水泥稳定碎石E2=1300 Mpa；石灰稳定土E3=600 Mpa。各层材料劈裂强度：中粒式沥青混凝土?1=1.2 Mpa；水泥稳定碎石?2=0.5 Mpa；石灰稳定土?3=0.35 MPa。
（4）土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅳ2区，为粘质土，稠度0.9，查邓学均主编的《路基路面工程》表14-9得土基回弹模量E0=23.0Mpa。
（5）设计指标的确定 ① 设计弯沉值ld
ld?600Ne?0.2AcAsAb （7-5）
式中：ld—路面设计弯沉值（0.01mm）； Ac—公路等级系数，二级公路为1.1； As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；
Ab—基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于
20cm时，Ab =1.0；
所以：ld=600?2522505-0.2?1.1?1.0?1.0=34.61（0.01mm） ② 各层材料容许层底拉应力
?R??SP/KS （7-6）
式中：?R—路面结构层材料的容许拉应力，MPa；
?SP—结构层材料的极限抗拉强度，MPa，由实验确定。我国公路沥青
路面设计规范采用极限劈裂强度；
KS—抗拉强度结构系数。
沥青混凝土面层： Ks?0.09A?Ne0.220.09?1.0?25225050.22/Ac?=2.10
1.1?R??SP/KS=1.2/2.10=0.57MPa
水泥稳定碎石：
5e Ks?0.3N0.11A/c?0.3?50.112566396=1.61
1.1?R??SP/KS=0.5/1.61=0.31MPa
石灰土：
Ks?0.45Ne0.110.45?25663960.11/Ac?=2.07
1.1?R??SP/KS=0.35/2.07=0.17 MPa
式中：Aa—沥青混合料级配系数；细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥
青混凝土为1.1；
Ac—公路等级系数，二级公路取1.1。 （6）设计资料总结
经计算路面设计弯沉值为34.61（0.01mm），相关设计资料汇总如表7-5。
表7-5 设计资料汇总表
容许拉应力材料名称 沥青混凝土（E1） 水泥稳定碎石（E2） 石灰土（E3） h（cm） 6 15 ？ 20℃抗压摸量（MPa） （MPa） 1400 1300 600 0.57 0.31 0.17 （7）确定石灰土层厚度 ① 计算容许弯沉值lR
lR?B1.1AA??1.1?1.0?0.063cm （7-7） cs?0.2Ne2522505式中：lR—容许回弹弯沉值，cm；
Ne—累计当量轴载作用次数；