高速公路路面组合设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流高速公路路面组合设计.精品文档.石家庄铁道大学四方学院毕业设计高速公路路面结构组合设计Highway pavement structure combination design2014届 交通工程 系专 业 交通工程 学 号 20105786 学生姓名 朱 岭 指导教师 张 聚 昆 完成日期 2014年5月 日毕业设计成绩单学生姓名张立伟学号20105781班级方1004-3专业交通工程毕业设计题目高速公路路面结构设计与计算指导教师姓名张聚昆指导教师职称工程师评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：系主任 签字：年 月 日题

2、目高速公路路面结构组合设计适用专业交通工程班 级方1004-3学生姓名朱岭承担指导任务单位交通工程系导师姓名张聚昆导师职称工程师一、论文内容 结合实际交通量情况，以弯沉为设计指标，进行新建沥青路面设计。设计内容包括：工程概况、标准荷载、轴载换算与累计轴载、修建类型与设计指标、拟定的结构参数、路面设计厚度、路面结构设计。二、基本要求 1.熟悉设计资料，和新建沥青路面设计软件等；2.提交主要的设计成果，包括计算书、设计结果验算、路面结构图；3.对路面设计结果进行说明与对比分析。三、主要成果 沥青路面设计原始资料、设计资料、结构图断面图A3若干，设计说明。四、应收集的资料及参考文献1 黄仰贤，余定选

3、，齐诚译.路面分析与设计.北京：人民交通出版社，1998，32 邓学均、张登良.路基路面工程.北京：人民交通出版社，2004，13 中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范（JTG D502006）. 北京:人民交通出版社,20064 沈金安.国外沥青路面设计方法总汇.北京:人民交通出版社,2004.45 沙庆林.高等级道路半刚性路面.北京:中国建筑工业出版社,1993.6 邓学钧.路基路面工程.北京:人民交通出版社,2000五、进度计划12周：搜集相关的参考资料和外文翻译资料；3周：完成1篇相关外文翻译，熟悉路面设计软件；410周：运用实际设计原始数据，进行新建沥青路面设计。并做好设计说

4、明。1112周：论文格式修改，内容修改，总修改，提交论文，答辩。教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目高速公路路面结构组合设计学生姓名朱岭 学号20105786班级方1004-3专业交通工程一、研究背景随着我国高速公路里程数的不断增长，政府及相关部门在高速公路养护上投入的资金也越来越多，而这其中由于沥青路面使用寿命过短而造成的大修大补更是占用了大部分的养护资金。国外研究认为，只要路面不发生结构性破坏，就可以长久的使用下去。也就是说，只要维修养护及时，沥青路面可以长期使用。永久性沥青路面就是在这样的背景下应运而生。因此，如何能够将永久性沥青路面与我国高速公路有机结合就是本文的研究目的

5、。二、国内外研究概况国外的沥青路面可分为经验法和力学经验法两大类。经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测，建立路面结构(结构层组合、厚度和材料性质)、荷载(轴载大小和作用次数)和路面性能三者间的经验关系。最为著名的经验设计方法有美国加州承载比(CBR)法和美国各州公路和运输工作者协会(AASHTO)法。力学经验法首先分析路面结构在荷载和环境作用下的力学反应量(应力、应变、位移)，利用在力学反应量与路面性能(各种损坏模式)之间建立的性能模型，按设计要求设计路面结构。从20世纪60年代初开始，各国科技人员致力于研制和实施沥青路面的力学经验设计法，著名的有美国沥青协会(AI)法和壳牌(Shell

6、)法。2003年至2005年,山东省在G25长深高速滨州段建设了5公里的永久性沥青路面试验路。试验路设计最大轴重18吨(我国标准轴载10吨,美国8.26吨),最大测试荷载3轴60吨。试验路铺筑了5种结构的沥青路面,结构1为美国的典型永久路面结构；结构2、结构3为优化机构；结构4为以半刚性基层为基础,适用于重载交通的永久路面结构；结构5为我国传统采用的高速公路结构。三、设计进行的主要工作和采用的方法、手段查阅大量文献和到现场进行调研，参考关于公路路面结构施工研究期刊、学报，并通过网络搜索所需资料，借阅大量有关书籍，对当前高速公路路面结构施工的一些问题进行调查。在此调查的基础之上对永久性沥青路面进

7、行研究。四、预期达到的结果1.通过实践研究对所学知识加深认识理解。2.通过调查研究当前高速公路路面结构与施工存在的问题，提高自身翻阅资料，现场观察的能力。3.通过分析路面结构病害产生的原因及应对措施，归纳经验原因，提高自身分析问题及归纳的能力。4.在外文翻译的过程中，对交通工程的一些专用词汇进行记忆，提高翻译能力。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要 以沥青混凝土为代表的柔性路面,具有施工方便、无施工养护期、后期维护方便简捷、行车平整舒适噪声低等优点,在国内外的高等级公路,特别是高速公路中被广泛使用。我国对沥青路面的深层次研究、开发,及大规模使用,还是近十多年来伴随着高速公路建设而发展起来的,

8、设计中还存在不少问题有待研究,如结构设计中基层厚度不够,面层分层及材料配合比设计不当,面层厚度不合理等。即使是交通部制订的公路沥青路面设计规范也有待于结合工程实践不断完善;由于设计、施工等时间周期紧迫,设计中调查、研究深度不够,导致部分沥青路面在投入使用初期便产生严重破坏。关键词:沥青混凝土 柔性路面 设计 施工 高速公路AbstractFlexible pavement with asphalt concrete as the representative, has the advantages of easy construction, no construction maintenanc

9、e period,convenient maintenance, simple operation, smooth and comfortable noise is low, in the domestic and foreign highway, especially as it is widely used in highway. Deep research and development, our country on the asphalt pavement, and large-scale use, or nearly ten years with the highway const

10、ruction and development, many problems to be studied also exist in the design, such as the structural design and insufficient thickness, surface layer and material ratio design properly, the thickness of the surface layer is not reasonable. Even the Ministry of communications of the specifications f

11、or design of highway asphalt pavement needs to be continuously improved in engineering practice;due to the design, construction time, design investigation, research is not enough depth, led to the early part of the asphalt pavement is put into use will cause serious damage.Keywords: asphalt concrete

12、 flexible pavement design construction freeway目录第1章 绪论81.1公路发展概况81.2国内外研究现状91.2.1国外研究现状91.2.2国内研究现状9第 2 章 沥青路面结构组合设计102.1 我省沥青路面设计中存在的一些问题102.1.1 结构组合型式单一102.1.2 路面设计未能引起足够的重视102.2 路面结构组合设计的原则与方法102.2.1 科学、合理的路基设计是路面设计的基础102.2.2 根据项目的不同特点进行路面设计112.2.3 细化路面结构设计112.2.4沥青砼路面112.3路面结构组合分析122.3.2基层122.3.

13、3垫层132.4 几点建议13第3章 高速公路路面结构设计143.1 高速公路路面结构设计原则143.1.1 具备足够的承载能力143.1.2 路面稳定性，耐久性，环境适应性143.1.2 设计方案经济合理性143.2 我国高速公路结构设计143.2.1 高速公路结构层组合设计143.2.2高速公路各结构层材料设计15第4章 路面设计164.1路面设计的原则164.1.1 路面类型与结构方案设计164.1.2 设计软件介绍164. 2 路面设计步骤174.3 路面设计174.3.1 沥青路面结构设计标准174.3.2各层材料计算参数的确定184.4 路面结构具体设计194.4.1近期交通组成与

14、交通量194.4.2柔性路面设计过程说明194.4.3沥青路面设计弯沉值和容许应力计算程序19第5章 排水设计295.1排水设计的原则295.2 排水设计的具体步骤305.3 路面排水设计305.4 排水系统分析31第6章 景观设计326.1景观设计的原则326.2景观设计具体内容336.3 结语34主要参考文献 ：34第1章 绪论 1.1公路发展概况 纵观当今世界，经济发达的强国，无一不是公路发达的国家。公路已成为一个国家生产力是否发达的重要标志，也是一个国家实力的重要组成部分。近十年来，伴随着国家综合国力的全面提升，我国陆路、航空、水路交通建设经历了历史性的跨越式发展。在我国高速公路建设取

15、得历史性跨越，迈上新的台阶的关键时候，需要我们研究的一个重大课题是，在审视国内外高速公路发展历程和实践经验的基础上，深入分析我国高速公路对经济和社会发展以及交通运输远景需求的适应性，全面认识我国高速公路的功能和价值，从而更准确地把握我国高速公路未来发展的方向。从1988年我国大陆第一条高速公路正式通车到现在，我国的高速公路建设取得了举世瞩目的成就，全国高速公路通车里程超过25万公里，位居世界第二位。除西藏外，各省、自治区和直辖市都已拥有高速公路，有10个省份的高速公路里程超过1000公里。辽宁省和山东省已实现了省会到地市全部由高速公路连接，长江三角洲、珠江三角洲、环渤海等经济发达地区的高速公路

16、网络也正在形成。随着高速公路里程的不断延伸，规模效益逐步发挥，人们切身感受到高速公路带来的时间、空间观念的变化。在山东、辽宁、广东、江苏等地，省会到地市当天可以往返，这在过去难以想象。北京提出“迎奥运1小时交通”的构想，重庆提出建设“8小时重庆”，浙江的“4小时公路交通圈”，都正在逐步变成现实。 随着市场经济体制的建立和完善，特别是加入世贸组织以后，在经济全球化的大潮中，我国面临着更加激烈的国际竞争，整个竞争格局也逐步呈现出由单一竞争走向综合竞争的趋势。近几年，国际上许多权威机构对各国的发展水平、经济竞争力进行了系统的分析和评估，我国的综合竞争力排名基本上处于30位？40位之间，基础设施发展水

17、平的差距是一个重要的影响因素。发达国家的经验告诉我们，在目前乃至今后相当长的一段时间内，发展高速公路，增强交通基础设施服务能力，是提高国家综合竞争力的一个重要手段。 1.2国内外研究现状 1.2.1国外研究现状 目前国外干线道路上用的基层结构有以下特点: 1 主要采用结合料稳定的粒料(包括各种粗粒土和中粒土),稳定细粒土(如水泥土、石灰土等)只用作底基层,有的国家只用作路基改善层。通常不采用未用结合料稳定的粒料,即使是优质级配碎石也很少用。但在澳大利亚维多利亚州的郊外高速公路是个例外。该州利用它有利的自然条件和交通条件(载重汽车仅占5%或略多一些),在高速公路上采用级配碎石基层和沥青表面处治面

18、层。法国和西班牙在重交通的高速公路上,要求路面底基层也用结合料处治材料。2 使用最广泛的结合料是水泥和沥青,石灰使用得较少。此外,还使用当地的低活性慢凝材料和工业废渣,如粉煤灰、矿渣粉等。例如,法国采用矿渣稳定砂砾,石灰粉煤灰稳定砂砾和火山灰稳定砂砾。3不采用强度大于巧MPa有横向温度缝的水泥混凝土基层,而采用强度小于15MPa直到6MPa(28d龄期)的贫混凝土,包括碾压混凝土,或用4%一6%水泥稳定的粒料。4有的国家用针入度低的沥青稳定碎石做基础的上层,而且用沥青做结合料的结构层的总厚度(面层+基层的上层)常大于20cm。 1.2.2国内研究现状我国从80年代开始建设以高速公路为代表的高等

19、级公路。1984年开始设计京津塘高速公路,这是第一条国家批准建设的高速公路。在此之前,我国一级公路也寥寥无几,仅有少数几个大城市的出口路属较高等级。当时,我国缺少设计和施工高等级公路路面的经验,更没有高等级公路半刚性沥青路面的使用经验。因此,设计京津塘高速公路的半刚性沥青路面结构时,在选用沥青面层厚度方面主要受国外厚面层可减少半刚性基层反射裂缝论点的影响,而且采用了较保守的数值,面层厚15cm一20cm。京津塘高速公路的路面结构对随后其他高速公路的半刚性沥青路面设计产生了较大影响。（1）传统的半刚性基层+沥青路面结构形式。这是我国高速公路路面设计中应用最广泛的形式，以半刚性基层作为路面荷载的主

20、要承重层，这种结构组合形式造价相对较低，但是路面整体性能及使用寿命对半刚性基层依赖加大。 （2）全厚式沥青路面。这种形式依靠沥青稳定材料作为基层以及面层，由于沥青材料是一种粘弹性材料，因此容易产生塑性变形，沥青层厚度相对较大，引入建设初期的投入较高，但是解决了半刚性基层容易损坏的问题，使用寿命较长，养护维修简单方面，一般只需处理表面层。（3）刚性基层+沥青路面结构形式。这种形式的特点在于以混凝土或者贫混凝土替代传统的半刚性基层，因而承载能力得到较大程度的提高。其缺点在于混凝土的刚度较高，容易发生断板开裂的现象，而且养护及病害处治工序较为繁琐，成本较高。（4）混合式沥青路面。混合式沥青路面结构的

21、特点在于在半刚性基层与沥青面层之间增加了沥青材料作为联接层，常见的有大粒径碎石排水层以及应力吸收层，因而分别可以起到阻止水分渗入路基，减缓半刚性基层由于开裂导致的应力集中现象，可以有效的减轻路基损坏以及避免反射裂缝的发展。混合式结构的造价介于半刚性基层沥青路面与柔性路面之间，结构性能也兼具了两种形式的特点。 第 2 章 沥青路面结构组合设计2.1 我省沥青路面设计中存在的一些问题2.1.1 结构组合型式单一目前,在我省修建的沥青路面中,不分东西南北,大多数是沥青砼和沥青表处两种。路面结构设计没有很好结合自然条件、筑路材料、交通荷载特点等方面进行较好的联系。2.1.2 路面设计未能引起足够的重视

22、在进行设计时,简单套用规范推荐的材料参数,按照以往的设计类型进行计算,没有真正根据不同项目处于不同地区、不同的地质条件等因素进行合理的结构设计。我国近年来的公路大多为旧路改建,在设计时,考虑更多的是对路基的利用。对原有路面的利用程度却未做更多的考虑,大多仍按新建公路进行设计,路面厚度偏厚,造成老路资源、材料和资金的浪费。2.2 路面结构组合设计的原则与方法2.2.1 科学、合理的路基设计是路面设计的基础路基是路面的基础,坚强而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要保证。因此,路基设计时应重点对工程地质不良和水文地质不良路段采取科学、合理的处理措施,避免因不完善的路基设计给路面设计留下

23、隐患。例如:在路面设计规范中,尽管规定在潮湿路段可做路面(土基回弹模量值大于25MPa或30MPa),但在实际的路面施工中,往往是这些路段易出现路面早期损坏的现象。因此,要使路面有足够的整体强度和使用年限,必须保证路基有足够的强度和稳定性。否则,单纯依靠加强增厚面层和基层,并不能收到良好的效果。2.2.2 根据项目的不同特点进行路面设计我国地域广阔,气候、水文、地形、地质等自然条件有很大差别,有农业区、沙漠戈壁区,高寒区。这些地区由于自然条件有很大的差异,对路面结构的要求也不尽相同,对路面产生破坏的因素也有所不同。设计时,应充分了解和认识这些差异性,作出符合实际的路面设计。2.2.3 细化路面

24、结构设计细化路面结构设计,并非指对路面设计理论和计算方法的细化,而是指根据工程地质条件、土质类别、筑路材料等因素对不同路段的路面设计进一步细化。根据路面计算结果的特点,交通量和设计弯沉值的小幅度变化,对路面厚度的结果并不会产生较大的影响;而面层、基层、垫层抗压强度以及土基回弹模量值的变化对路面厚度的计算结果有较大影响。但在规范中,对以上数值的取值有较大的范围,如何选定这些参数,在路面设计中至关重要。因此,在路面设计中不能将筑路材料、土基等的差别性忽略,而笼统的将全线的基层、垫层抗压强度取为同一数值;或只根据土基的土壤类别、干湿类型选定土基回弹模量值。在外业调查中,应根据实验数据和实际经验(不能

25、以实验数据代替经验,也不能以经验完全代替实验),划分出不同特点的路段,分别进行设计。2.2.4沥青砼路面 (1)面层在设计规范中推荐的沥青砼的厚度为4-6cm,我认为采用4cm的厚度比较合适。这是从沥青砼路面的受力性能分析得到的。我省沥青砼的基层多采用半刚性基层,一般来说,半刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压弹性模量,并具有一定的抗弯拉强度,且它们都具有随龄期而不断增长的特性,因此半刚性沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。由于半刚性基层的刚度大,使得其上的沥青层弯拉应力值较小,从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力,甚至可认为半刚性基层上的沥青面层不会产生疲劳破坏,车辆荷载主要

26、可以通过基层所使用的半刚性材料来承担,面层只起防水和功能性作用,可以达到/薄面0的目的。并且以多层体系弹性理论为基础的现行规范计算出的这种路面结构面层受到的弯拉应力很小,已不起控制作用,因此得出的路面厚度也偏小。因此,仅从承载力方面考虑沥青面层的厚度就没有必要很厚。 (2)基层结构层厚度的确定,设计时考虑最多的是层厚是否满足路面强度的要求。一般来说,基层厚度习惯上设计为15cm和20cm。15cm一般施工时压实度容易保证。但是,当基层达到20cm时,压实非常困难。施工时为了防止夹层出现,往往要超拌12cm,加上施工误差,设计层厚为20cm时,压实厚度可能达到2123cm,个别情况下可能达到23

27、25cm,这时压实是非常困难的。当厚度为20cm时,从顶面以下15cm范围内压实效果很好,而底面的25cm这一部分压实效果不理想,呈略为松散状态。这种现象无论采用什么碾压措施都难以消除的。因此,设计厚度以18cm为宜。2.3路面结构组合分析2.3.1面层 常用的沥青面层有沥青混凝土、沥青碎石、沥青贯入式和沥青表处等类型。对交通量大的公路应设计沥青混凝土面层。沥青混凝土面层宜采用双层式结构,下层采用粗粒式或中粒式沥青混凝土,上层采用中粒式或细粒式沥青混凝土。当采用单层沥青混凝土或修建高等级公路时,应在其下设置热拌沥青碎石联结层。为增强面层的抗疲劳抗老化性能和防止低温开裂,本地区混合料中的沥青含量

28、习惯比5规范6中规定值适当增加。较厚的沥青面层对提高路面的抗拉及抗冻裂性能无缝是有利的,但由于沥青面层材料价格较高,所以在一般道路上可考虑面层采用最小厚度,通过加强基、垫层来满足强度要求,以降低造价强基簿面0在目前仍是设计的指导思想,面层则通过经济养护和维护来加强。2.3.2基层沥青路面属柔性路面,其力学强度与稳定性主要依赖土基与基层。对基层的要求是除具有足够的强度和稳定性外,在寒冷地区还应具有一定的抗冻性和较好的抗低温开裂的性能。随着重型交通的日益发展和碎石粒料来源的日益减少,沥青路面下传统的粒料基层已日益不能适应重载交通的要求,以无机结合料稳定类的半刚性基层代替粒料基层,已被国内外接受。泥

29、结碎石、填隙碎石、干压碎石和手摆片石属嵌锁结构,孔隙大,在行车作用下,要重新就位,易产生变形,因此不宜做沥青面层的基层结构,以免使路面早期破坏。近几年来工业废渣的利用,使沥青路面下的基层结构有了新的选择。采用粉煤灰混合料作为基层材料,不但可以变废为宝,具有一定的社会效益,而且可获得强度高、板体性能好的效果,是较理想的基层结构。底基层则应根据因地制宜、就地取材、经济合理的原则设置,选择稳定整体型及嵌锁型结构。在条件许可时,可在底面层与基层之间铺设土工布等材料,以防止或缓解面层反射裂缝的产生。2.3.3垫层正确设置垫层对保证路面强度稳定性 起到良好的效果。路基处于下列情况的路段应设置垫层:地下水位

30、高、排水不良,路基经常处于潮湿状态的路段;排水不良的土质路垫路段;季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段;基层可能受污染的路段。垫层材料一般选用水稳性好的砂砾,高等级公路最好选用级配砂砾,也可采用工业废渣作垫层材料。路基:路基是路面的基础,稳定坚实的路基是保证路面具有良好使用效能关键。路基必须密实、均匀稳定。必须满足最小填土高度的要求,尽可能采取填方路基,并保证路基排水畅通。对不良地段在设计时应进行处理,以保证土基回填模量不小于20 MPa的要求.2.4 几点建议路面是道路工程的重要部分,投资占较大比例。为使路面在车轮荷载和各种自然因素的作用下,能够保持足够的强度、稳定性和平整度,同时还需

31、要做到经济合理、充分发挥材料的作用,必须需要一套完整、简便而又符合黑龙江省实际情况的路面结构设计方法。注重结构设计,同时重视设计前的地质调查工作,坚持因地制宜,就地取材的原则,并根据交通量大小和组成,路段类型、水文地质等情况,合理进行结构组合设计。路面的结构设计与路面的使用寿命和建设投资密切相关,在保证质量的前提下,应节约投资注意技术与经济指标的统一。路面设计应与路基设计相结合。在冰冻地区的中、潮湿路基上的路面结构组合设计,除应保证路面结构的力学强度外,还必须设置防止冻胀的防冻层或设置隔离地下水的隔离层,以保证路面不遭受冻害的破坏,延长使用寿命。 第3章 高速公路路面结构设计3.1 高速公路路

32、面结构设计原则3.1.1 具备足够的承载能力高速公路由于重型车辆较多，车速相对较快，因而对于路面的荷载能力要求较高。因此，在高速公路路面结构设计中，应该结合个结构层的材料特点，按照荷载应力应变自上而下扩散衰减的规律，充分利用结构层材料的刚度以及强度。同时，路面结构层设计应综合各结构层的特点，高速公路路面结构层分为上、中、下三层，各层厚度以及基层材料厚度的计算应该符合规范以及承载能力的要求3.1.2 路面稳定性，耐久性，环境适应性 路面设计应该符合不同地域的气候环境条件，避免后期各种病害的发生。例如对于严寒以及冰冻地区，由于无机结合料基层容易出现温缩以及干缩裂缝，因此应合理设计沥青面层材料与厚度

33、，避免路面反射裂缝的发展。对于高温或者降水较多区域，路面结构设计重点应控制车辙以及水损害的发生。3.1.2 设计方案经济合理性对于高速公路结构层组合、材料的设计以及结构层厚度的设计方面，应在技术可靠合理的基础上尽可能的降低成本投入，充分发挥路面哥结构层的效能。3.2 我国高速公路结构设计3.2.1 高速公路结构层组合设计( 1) 传统的半刚性基层 + 沥青路面结构形式。这是我国高速公路路面设计中应用最广泛的形式，以半刚性基层作为路面荷载的主要承重层，这种结构组合形式造价相对较低，但是路面整体性能及使用寿命对半刚性基层依赖加大。( 2) 全厚式沥青路面。这种形式依靠沥青稳定材料作为基层以及面层，

34、由于沥青材料是一种粘弹性材料，因此容易产生塑性变形，沥青层厚度相对较大，引入建设初期的投入较高，但是解决了半刚性基层容易损坏的问题，使用寿命较长，养护维修简单方面，一般只需处理表面层。( 3) 刚性基层 + 沥青路面结构形式。这种形式的特点在于以混凝土或者贫混凝土替代传统的半刚性基层，因而承载能力得到较大程度的提高。其缺点在于混凝土的刚度较高，容易发生断板开裂的现象，而且养护及病害处治工序较为繁琐，成本较高。( 4) 混合式沥青路面。混合式沥青路面结构的特点在于在半刚性基层与沥青面层之间增加了沥青材料作为联接层，常见的有大粒径碎石排水层以及应力吸收层，因而分别可以起到阻止水分渗入路基，减缓半刚

35、性基层由于开裂导致的应力集中现象，可以有效的减轻路基损坏以及避免反射裂缝的发展。混合式结构的造价介于半刚性基层沥青路面与柔性路面之间，结构性能也兼具了两种形式的特点。3.2.2高速公路各结构层材料设计( 1) 垫层对于地下水位较高，路面排水不良以及季节性冰冻地区的高速公路设计，必须设置垫层。在高速公路垫层材料的选择上，可以选择、砂砾、碎石以及矿渣等透水性的粒料材料，或者采用水泥及石灰稳定类的粗粒土。高速公路垫层的宽度应与路基同宽，确保排水通畅以及路基的稳定。( 2) 基层在高速公路中使用的基层材料，主要包括半刚性稳定类基层、沥青稳定类的柔性基层与复合式基层等几种形式，其中应用最多的主要是水泥稳

36、定碎石基层。在我国高速公路设计中，由于倡导强基薄面的设计理念，因此基层作为路面荷载的主要承载层。必须具有足够的承载能力、较好的耐久性与抗水坏能力。( 3) 面层高速公路路面分为上中下三层，由于层位不同所承担的功能也不同，因此在设计过程中，需要注意根据路面结构内部应力与应变变化规律的不同，有针对性的选择沥青稳定材料类型与层厚，对于上面层，材料设计的重点在于确保路面的平整度、抗滑性能、抗变形与开裂性能以及抗水损坏性能。对于中面层由于处于剪应力最大的层位，因此设计的重点在于沥青材料的强度以及高温抗变形能力。对于底面层，由于属于设计中拉应变控制层为，因此设计的重点在于抵抗拉应变所造成的开裂上，要求材料

37、具有较好的耐久性，可以抵抗应力应变反复作用造成的疲劳开裂。第4章 路面设计4.1路面设计的原则路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然环境中，经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时可达50以上。因此，做好路面设计是至关重要的。路面设计内容应包括路面类型与结构方案设计、路面建筑材料设计、路面结构设计和经济评价。4.1.1 路面类型与结构方案设计路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当

38、地材料，并注意使用各类废弃物。必要时，应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时，应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。在本设计中，教师确定路面设计为本次设计重点，因此本次设计中提供刚性路面和柔性路面的比选方案，同时分别在两个方案中分别提出两种比选方案。通过最后的技术及经济比选，选择最优组合。4.1.2 设计软件介绍 在本次设计中采用软件HPDS2003路面力学分析软件,本软件符合公路水泥混凝土路面设计规范JTG D402002及公路沥青路面设计规范JTG D502006设计的，适合公路路面设计。软件HPD

39、S2003提供刚性和柔性路面的计算，通过设计弯沉值计算设计层厚度及容许拉应力验算设计层厚度，最后选择满足两条件的厚度。软件输入通过人机对话输入，可结合当地可提供的材料方便输入。4. 2 路面设计步骤本设计路面采用沥青混凝土，沥青路面结构设计有以下四步：（1）根据设计任务书的要求，进行交通量分析，确定路面等级和面层类型， 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）按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于lkm)，确定各路段土基回弹模量（3）可参考规范推荐结构(见规范附录A)，拟定几种可能的路面结组合与厚度方案，根

40、据选用的材料进行配合比试验及测定各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。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、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，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算。上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序（本设计采用HPDS2003程序）进行。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。设计时，应先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度

41、。当采用半刚性基层、底基层结构时，可任选一层为设计层，当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度，当求得基层厚度太厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力的验算。目前，以上计算使用程序HPDS2003计算。4.3 路面设计4.3.1 沥青路面结构设计标准现行公路沥青路面设计规范的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计控制指标、对高等级

42、道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。4.3.2各层材料计算参数的确定（1）沥青路面结构设计主要须确定沥青混合料在25和15时的抗压模量和 15的劈裂强度。强度和模量的确定方法不外两种，试验法和经验法。经验法是参照规范中的参数建议值，考虑工程所在地的气候状况(自然区划和气候分区)和工程的具体情况适当选用。如，沥青路面设计规范建议粗粒式沥青混凝土，沥青标号90的抗压模量为18002200，设计时不能简单地取中值，如果所用沥青标号较低，如60、70，可考虑用较高的值，若为90，则应取低限；高速公路行车速度高，一般二级公路行车速度低，那么设计高速公路路面时可取上限值。设计诸如矿区道

43、路时，因轴载较重车速低，则可取低限。（设计时可参考规范建议值采用）（2）基层材料类别与计算参数确定 基层材料的类别。我国路面工程中最常用的当属半刚性基层，主要材料类别按沥青路面规范定义有水泥稳定类(水泥土、水泥稳定级配碎石(砂砾)、石灰粉煤灰碎石(砂砾)、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等综合稳定类。主要力学参数确定。设计中主要要确定的基层材料力学参数为设计沥青路面时有抗压模量和劈裂强度、设计水泥混凝土路面时只须确定抗压模量。同样，材料力学参数可通过配比试验确定，也可参照规范建议值确定。半刚性基层材料的参数依据规范建议确定时应注意规定的龄期，材料配比，特别是结合料的含量；同时应考虑基层将来可能处

44、于的潮湿状态。（3）垫层材料类别与计算参数垫层材料类别。垫层材料主要有石灰稳定类(石灰土、石灰稳定集料等)、级配碎石、砂砾等。垫层材料的力学参数。设计中一般只须确定垫层材料的抗压回弹模量，由于用于垫层材料的粒料很难进行试验测定，一般参照规范建议值确定即可。（4）土基回弹摸量的确定一般规定。新建公路初步设计时，土基回弹模量值应根据查表法(或现有公路调查法)、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的土基回弹模量设计值。土基回弹模量是路面设计的关键参数，也是随机性大和比较难确定的参数。确定的方法有两种，可称为经验法(查表法)和现场测定法。经验法 新建道路设计时，尚无法实测土基顶

45、面的回弹模量，应对路基填土类型、地下水位、预测的路基潮湿状态综合分析，根据经验数据或通过室内试验确定。根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度，可参考沥青路面设计规范附录E表E2预测土基回弹模量值。当采用重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值提高1530。现场实测法。在已建成的路基上，在不利季节按照现行公路路基路面现场测试规程规定，用大型承载板测定土基005mm(路基软弱时测至lmm)的变形压力曲线，然后根据公式计算出回弹模量值。在本设计中采用经验值为36MPa。4.4 路面结构具体设计 路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料，运用规范建议的设计理论和方法对结构进行力学验算。

46、 现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，学生应综合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。本设计近期交通量如图6.1.1所示。4.4.1近期交通组成与交通量车型解放CA10B解放CA390黄河JN360长征XD160太脱拉111R太脱拉130S日野KF300D小客车数量（辆/日）1002502503001501503503850*年交通增长率5%5%7%7%5%5.5%5.5%8.3%4.4.2柔性路面设计过程说明柔性路面设计年限为15年，车道系数0.45，设计年限内年平均增长率为7.2%，设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 8606530次。软件主界面如图5.4.3所示。4.4.3沥青路面设计弯沉值和容许应力计算程序1.打开HPDS2003，进入如下页面：2.选择新建路面设计，进入如下页面: 3.原始数据输入为人机对话键盘输入，增长率分段数为4，进入如下页面：4.调整车辆类型数为4，进入如下页面：5调整路面结构层数为7，并输入各结构层设计参数，进入如下页面：6.第一次计算，得到如下数据：轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算 序号 车型名称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数