某高速公路路基路面课程设计.doc

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1、 目录一、设计题目：3二、设计资料：41设计任务书要求42气象资料43地质资料与筑路材料44交通资料55设计标准6三、路基设计71填土高度72横断面设计73一般路堤设计84陡坡路堤85路基压实标准86公路用地宽度97路基填料10四、路基路面排水设计111路基排水设计112路面排水设计123中央分隔带排水设计13五、沥青路面设计分析与计算131轴载分析142.方案一162.1当E0=30Mp时162.2、当E0=60MPa 时213第二方案：263.1当E0=30MPa时263.2当E0=60MPa时31六、水泥混凝土路面结构分析与计算361.当EO=30MPa时362.当EO=60MPa时41

2、七、方案比较45八、参考书目47九、附图48一、设计题目：某高速公路的路面结构计算与路基设计二、设计资料：1、设计任务书要求河南某公路设计等级为高速公路，设计基准年为2010年，设计使用年限为15年，拟比选采用沥青路面结构或水泥混凝土路面，需进行路面结构设计。2、气象资料该公路处于5区，属于温暖带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年气温平均在1414.5，一月份气温最低，月平均气温为-0.20.4，七月份气温27左右，历史最高气温为40.5，历史最低气温为-17，年平均降雨量为525.4毫米658.4毫米，雨水多集中在69月份，约占全年降雨量50%以上。平均初霜日在11月上旬，终霜日在次年3

3、月中下旬，年均无霜日为220天266天。地面最大冻土深度位20厘米，夏季多东南风，冬季多西北风，年平均风速在3.0米/秒左右。3、地质资料与筑路材料路线位于平原微丘区，调查及勘探中发现，该地区属第四系上更新统（Q3al+pl），岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡地前和山前冲积、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂隙发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。其它未发现有影响工程稳定的不良工程地质现象。当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好，可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30 MPa和60MPa。沿线有多个

4、石灰厂，产量大质量好。另外，附近发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。4、交通资料根据工程可行性研究报告得知近期交通组成与交通量如表一所示，交通量年增长率如表二所示，不同车型的交通量参数见课本。 近期交通组成与交通量 表一车型交通量（辆/日）车型交通量（辆/日）三菱FR415400600江淮HF150580750五十铃NPR595G500650东风SP9135B560700江淮HF140A510650五十铃EXR181L520700东风M340520660交通量年增长率 表二 期限增长率（）期限增长率（）201120158.0202120255.52016202

5、06.55、设计标准高速公路全线按六车道高速公路标准设计行车道、路缘带、中间带、硬路肩和土路肩。路基宽度35.0米，双向三行车道233.75米，中间分隔带宽3.0米，左侧路缘带0.75米，右侧硬路肩总宽3.25米，土路肩宽0.75米。计算行车速度100Km/h，全线全封闭全立交。三、路基设计1、填土高度该高速公路路线位于平原微丘区，处于5区，在该设计中采用最小填土高度为1.50m。查路基临界高度参考值可知，最小填土高度和临界高度相比，处于5区的粘性土均处于干燥或中湿情况，则选用1.50m作为填土高度合适。2、横断面设计由横断面设计（查公路工程技术标准（JTGB012003）部分可知，路基宽度为

6、35m，其中路面跨度为22.5m，中间带宽度为3.00m，其中中央分隔带宽度为1.5m，路缘带宽度为0.752=1.5m，硬路肩宽度为3.252=6.5m，土路肩宽度为0.752=1.5m。；路面横坡为2%，土路肩横坡为4%3、一般路堤设计路基边坡坡度：查路堤边坡坡度表可得，填料为砂类及粘性土时，边坡的最大高度全部高度为20m,上部高度8m，下部高度12m。边坡坡度上部高度1：1.5，下部高度1：1.75。4、陡坡路堤路基宽度、路基高度、路基压实、路基排水和一般路基相同，只是在路基边坡坡度和填方上不同，陡坡路堤可采用砌石填方，砌石顶宽0.8m，基底以1:5的坡率向路基内侧倾斜。砌石高度215m

7、。5、路基压实标准路基压实采用重型压实标准，压实度应符合公路工程技术标准（JTG B012003）表4.0.4的要求路基压实度 填挖类别路床顶面以下深度（m）路基压实度（高速公路、一级公路）零填即挖方00.3000.8096填方00.800.801.5.50969493 由于路线地处平原微丘区，该地区属于第四系，岩性为黄土状粘土，主要分布于低山丘陵区，坡前和山前冲击、倾斜平原表层，具有大空隙，垂直裂缝发育，厚度变化大，承载能力低，该层具轻微湿陷性。应注意发生不均匀沉陷的可能。6、公路用地宽度根据路基布置形式，填土高度及边坡形式计算路基用地范围，规范要求的公路用地宽度界限为公路路堤两侧排水沟外边

8、缘以外不小于1m范围内的土地；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，此处设置为3m。7、路基填料当地沿线碎石产量丰富，石料质量良好。可考虑用水泥稳定石屑作基层，路段所处的土基强弱悬殊，其计算回弹模量E0有两个代表值分别为30和60MPa。沿线有多个石灰厂，产量大质量好。另外，附件发电厂粉煤灰储量极为丰富，可用于本项目建设，本项目所在地域较缺乏砂砾。高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表3.3.1.4的规定，砂类土填筑。路基填料最小强度和最大粒径要求 项目分类路面底面以下深度（cm）填料最小度（CBR）（%）填料最大粒径（cm）高速公路填方路基上路床030810下路床3

9、080510上路堤80150415下路堤150以下315零填及路堑路床030810注：当路床填料CBR值达到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料处理粗粒土（填石）填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3四、路基路面排水设计1、路基排水设计路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽等，各类地段排水沟应高出设计水位0.2m以上。一般路基排水：边沟采用梯形，梯形边沟内测边坡为1：1.01：1.5，梯形底宽和深度为0.40.6。排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。陡坡路堤排水:和一般路基排水相同。全挖路基排水：边沟采用梯形，内测边坡1：1.01：1.5。梯形低宽和深度0.40.6。在

10、边坡坡顶设截水沟，采用梯形1：1.01：1.5。沟宽0.5m,沟深0.5m。长度200500m。排水沟采用梯形，距路基坡脚要大于2m。2、路面排水设计 路面排水采用集中排水方式，路面雨雪水流随拦水带汇集，每3040米在路基一侧设置水簸箕将路面积水引至路侧排水沟。超高路段路面排水在中央分隔带设置排水沟，弯道外侧的半幅路面水汇入排水沟，通过跌水井和横向排水管道将路面积水沟内的水引入路侧排水沟。3、中央分隔带排水设计 中央分隔带用5cm厚水泥混凝土密封表面做成与路面相同的横坡，将水引入路侧排水沟。五、沥青路面设计分析与计算 交通组成表序号车 型 名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距

11、(m)交通量1三菱FR41530511双轮组5002五十铃NPR59523.5441双轮组6003江淮HF140A18.941.81双轮组6004东风KM340 24.667.81双轮组6505江淮HF150 45.1101.51双轮组7006东风SP9135B 20.172.62双轮组37007五十铃EXR181 60100 3双轮组3700设计年限 15 车道系数 0.4 1、轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN作为标准轴载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。a).轴载换算轴载换算采用如下的计算公式： 式中： N 标准轴载当量轴次，次/日 被换算车辆的各级轴载作用

12、次数，次/日 P标准轴载，KN 被换算车辆的各级轴载，KN K被换算车辆的类型数 轴载系数，m是轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，应考虑轴数系数。 ：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。序号分段时间(年)交通量年增长率（%）158256.5355.5当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 4038设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.479264E+07 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 : 路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 3270 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1.1979

13、18E+07 2.方案一4cm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+38cm水泥稳定碎石基层+？水泥石灰沙砾土层，以水泥石灰沙砾土为设计层。2.1当E0=30Mp时 新建路面结构厚度计算公 路 等 级 : 高速公路新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100路面设计弯沉值 : 22.1 (0.01mm)路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20(cm) 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土3140020000.412中粒式沥青混凝土4120016000.293粗

14、粒式沥青混凝土690012000.214水泥稳定碎石基层?150015000.295水泥粉煤灰土255505500.096土基30按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.1 (0.01mm) H( 4 )= 35 cm LS= 22.5 (0.01mm) H( 4 )= 40 cm LS= 20.4 (0.01mm) H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 )= 36 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 36 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )=

15、36 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 36 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 36 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 ： 路面最小防冻厚度 50 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 36 cm - 水泥粉煤灰土 25 cm - 土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公 路 等 级 : 高速公路 新

16、建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15) 1细粒式沥青混凝土314002000 2中粒式沥青混凝土412001600 3粗粒式沥青混凝土69001200 4水泥稳定碎石 3615001500 5水泥粉煤灰土 25550550 6土基30计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.1 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.4 (0.01mm)

17、第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 123.5 (0.01mm) 土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 383.1 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 310.5 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.227 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.099 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.058 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .101 (MPa) 第

18、5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .06 (MPa)2.2、当E0=60MPa 时新建路面结构厚度计算公 路 等 级 : 高速公路新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-10路面设计弯沉值 : 22.1 (0.01mm)路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土3140020000.412中粒式沥青混凝土4120016000.293粗粒式沥青混凝土690012000.214水泥稳定碎石?150015000.295水泥粉煤灰土255505500.

19、096土基60按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 22.1 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 24 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 21.2 (0.01mm)H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 :H( 4 )= 23.4 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 23.4 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 5 层底面拉应力验

20、算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 23.4 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 50 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 . 通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 3 cm - 中粒式沥青混凝土 4 cm - 粗粒式沥青混凝土 6 cm - 水泥稳定碎石 24 cm - 水泥粉煤灰土 25 cm - 土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 层位结构层材料名称厚度(cm)抗压

21、模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15) 1细粒式沥青混凝土314002000 2中粒式沥青混凝土412001600 3粗粒式沥青混凝土69001200 4水泥稳定碎石2415001500 5水泥粉煤灰土 25550550 6土基60计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21.7 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验

22、收弯沉值 LS= 82.8 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 200 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 155.3 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.242 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.103 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 ( 3 )=-.053 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .119 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .066 (MPa)3、第二方案： 4cm细粒式沥青混凝土+8cm中

23、粒式沥青混凝土+20cm粗级配沥青碎石+？水泥稳定沙砾+20cm级配沙砾碎垫层，以水泥稳定沙砾为设计层。3.1当E0=30MPa时新建路面结构厚度计算公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 22.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4140020000.412中粒式沥青混凝土5120016000.293 粗粒式沥青碎石 7900120004 石灰粉煤灰碎石?15

24、0015000.295石灰粉煤灰土255505500.096土基30按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.1 (0.01mm) H( 4 )= 35 cm LS= 22.5 (0.01mm) H( 4 )= 40 cm LS= 20.4 (0.01mm) H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 36 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 36 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 36 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 36 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度

25、: H( 4 )= 36 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 36 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 50 cm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青碎石 7 cm - 石灰粉煤灰碎石 36 cm - 石灰粉煤灰土 25 cm - 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100层位结构层材料名称厚度(cm)抗压

26、模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15) 1细粒式沥青混凝土414002000 2中粒式沥青混凝土512001600 3粗粒式沥青碎石79001200 4石灰粉煤灰碎石3615001500 5 石灰粉煤灰土 25550550 6土基30计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 21 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.7 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 28.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值

27、 LS= 123.5 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 383.1 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 310.5 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.189 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.056 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .094 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .055 (MPa)3.2当E0=60MPa时新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准

28、轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 22.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 20 (cm)层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土4140020000.412中粒式沥青混凝土5120016000.293 粗粒式沥青碎石 790012000.4 石灰粉煤灰碎石?150015000.295石灰粉煤灰土255505500.096土基60 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 22.1 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 24 (0.01mm) H( 4 )

29、= 25 cm LS= 21.2 (0.01mm) H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 : H( 4 )= 23.4 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 23.4 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)H( 4 )= 23.4 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度 : H( 4 )= 23.4 cm(仅考虑弯沉) H( 4 )= 23.4 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 50 cm验算结果表明 ,路面总厚度满足防

30、冻要求 .通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下: - 细粒式沥青混凝土 4 cm - 中粒式沥青混凝土 5 cm - 粗粒式沥青碎石 7 cm - 石灰粉煤灰碎石 24 cm - 石灰粉煤灰土 25 cm - 土基 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算公 路 等 级 : 高速公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100层位结构层材料名称厚度(cm)抗压模量(MPa) (20)抗压模量(MPa) (15) 1细粒式沥青混凝土414002000 2中粒式沥青混凝土512001600 3粗粒式沥青混凝土79001200 4石灰粉煤灰碎石

31、2415001500 5石灰粉煤灰土 25550550 6土基60计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 20.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 22.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.1 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 29.2 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 82.8 (0.01mm)土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 200 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 155.3 (0.01mm)(根据“

32、测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 : 第 1 层底面最大拉应力 ( 1 )=-.199 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 ( 2 )=-.055 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 ( 4 )= .11 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 ( 5 )= .06 (MPa)六、水泥混凝土路面结构分析与计算设置单层混凝土路面，选择普通混凝土作为面层，下面分别垫上水泥稳定粒料和石灰粉煤灰土。现进行分析计算：1.当EO=30MPa时 水泥混凝土路面设计 设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 高速公路 变异水平的等级 : 中 级 可 靠 度

33、 系 数 : 1.4 面 层 类 型 : 普通混凝土面层序 路 面 行 驶 单轴单轮 轴载 单轴双轮 轴载 交通量号 车 辆 名 称 组的个数 总重 组的个数 总重 (kN) (kN) 1 单后轴货车 1 18.9 1 41.8 500 2 单后轴客车 1 23.5 1 44 600 3 单后轴客车 1 30 1 51 600 4 单后轴客车 1 24.6 1 67.8 650 5 单后轴客车 1 45.1 1 101.5 700 6 拖 挂 车 1 20.1 2 72.6 700 7 拖 挂 车 1 60 3 100 700 行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 .2 交通量年平均增长率 6.5 混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弯拉模量 31000 MPa混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 面层最大温度梯度 88 /m 接缝应力折减系数 .87 基(垫)层类型-新建公路土基上修筑的基(垫)层层位基（垫）层材料名称厚度(mm)回弹模量(MPa) 1水泥稳定粒料1801300 2