中国市政工程西北设计研究院有限公司CSCEC AECOM CONSULTANTS CO., LTD沥青路面设计计算书1.1 项目背景及交通分析本工程位于**，为了完善**的路网交通，带动区域内的土地开发建设，完善市政基础设施，方便沿线居民出行，现政府决定实施**市政道路工程项目包括：**路，道路宽度为**m，长度为**m，属于市政次干道；**路，道路宽度为**m，长度为**m，属于市政次干道次干道沥青路面设计年限为12年据工程可行性报告分析：双向4车道次干道的设计小时交通量为1154pcu/h，取设计小时交通量系数为12.5%，可计算营运第一年双向日平均交通量为9232pcu/d，其中大型车约占33.3%，其余认为是小客车，取车道系数为0.4，并取交通量年平均增长率4.75%双向2车道次干道的设计小时交通量为577pcu/h，取设计小时交通量系数为12.5%，可计算营运第一年双向日平均交通量为4616pcu/d，其中大型车约占33.3%，其余认为是小客车，取车道系数为0.6，并取交通量年平均增长率4.75%1.1.1 设计年限内主干道一个车道的累计当量轴次（1）以设计弯沉值为指标时，各级轴载算按公式（1.1）计算。
（1.1）式中：——以设计弯沉值和沥青层底拉应力为指标的标准轴载当量轴次（次/d）；——被换算车型的轴数系数，当轴间距大于3m时应按单独的一个轴载计算，当间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按以下公式计算，其中m为轴数； （1.2）——被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38；——被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；——标准轴载（kN）；——被换算车型的各级轴载（kN）；——被换算车型的轴载级别；由公式（1.1）可得次干道(双向4车道)：次/d （1.3）由公式（1.1）可得次干道(双向2车道)：次/d （1.4）设计年限内一个车道的累计当量轴次计算公式为（1.5）： （1.5）由公式（1.5）可得次干道(双向4车道)：次/车道 （1.6）由公式（1.5）可得次干道(双向4车道)：次/车道 （1.7）查《公路沥青路面设计规范》表3.1.8，可知次干道(双向4车道)交通等级为中等交通，次干道(双向2车道)交通等级为中等交通。
2）以半刚性基层的层底拉应力为设计指标时，各级轴载算按公式（1.8）计算 （1.9）式中：——以半刚性材料层底拉应力为指标的标准轴载当量轴次（次/d）——被换算车型的轴数系数； （1.10）——被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09；其余参数参考公式（1.1）的规定由公式（1.9）可得次干道(双向4车道)：次/d （1.11）由公式（1.9）可得次干道(双向4车道)：次/d （1.12）由公式（1.5）可得设计年限内次干道(双向4车道) 一个车道的累计当量轴次：次/车道 （1.13）由公式（1.5）可得设计年限内次干道(双向2车道) 一个车道的累计当量轴次：次/车道 （1.14）根据《公路沥青路面设计规范》表3.1.8，可知次干道(双向4车道)交通等级为中等交通，次干道(双向2车道)交通等级为中等交通1.2 次干道(双向4车道)路面设计计算1.2.1 次干道(双向4车道)初拟路面结构路面结构初步拟定为：4cmAC-13沥青混凝土上面层，7cmAC-25沥青混凝土下面层，20cm水泥稳定碎石基层(6%)，30cm水泥稳定碎石底基层(4%)，路面结构总厚度61cm。
1.2.2 次干道(双向4车道)设计弯沉值双向4车道次干道按二级公路设计，公路等级系数取1.1；面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0；基层是半刚性基层，路面结构类型系数取1.0根据设计年限内一个车道的累计当量轴次得到设计弯沉值为： （1.15）1.2.3 次干道(双向4车道)路面各层材料的容许拉应力各层材料的容许层底拉应力计算式为： （1.16）细粒式密级配沥青混凝土AC-13： （1.17） （1.18）粗粒式密级配沥青混凝土AC-25： （1.19） （1.20）水泥稳定碎石基层： （1.21） （1.22）水泥稳定碎石底基层： （1.23） （1.24）1.2.4 次干道(双向4车道)轮隙中心路表弯沉值的计算与主干道类似，路面结构力学计算示意图见图1，路面结构层的参数见表1图1 次干道(双向4车道)路面结构力学计算图示表1 次干道(双向4车道)路面结构层参数材料名称厚度(cm)20℃抗压模量(MPa)15℃抗压模量(MPa)劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)AC-134150020001.20.45AC-257120013000.80.30水稳碎石基层20160036000.60.33水稳碎石底基层25120032000.50.27土基﹨3636﹨﹨经Bisar软件计算，得出理论弯沉值为43.39（0.01mm），由于力学计算模型、材料特性和参数在理论假设与实际状况之间存在一定的差异，需进行弯沉修正，弯沉综合修正系数为： （1.69） （1.70） （1.71） （1.72）计算弯沉值小于设计弯沉值，所以弯沉验算符合要求。
采用Bisar软件计算各结构层底的拉应力，主要计算图1中B、C、D、E、F、G、H、I八个点位的层底拉应力，比较得出各层层底最大拉应力基层与底基层的应力计算结果如表2所示表2 次干道(双向4车道)基层与底基层应力计算结果点位X方向应力(MPa)Y方向应力(MPa)Z方向应力(MPa)B0.09410.1496-0.0848C0.09800.1497-0.0859D0.10500.1485-0.0871E0.10530.1434-0.0845F0.17420.1860-0.0055G0.17280.1851-0.0055H0.16850.1823-0.0054I0.16140.1777-0.0053经试算发现：上、中、下三个沥青面层的层底拉应力除上面层底有很小的x方向拉应力外，其余拉应力均为负值，表明沥青面层主要受压，且压应力不大，因此沥青层的应力结果未列入表中我们的考虑重点是水泥稳定碎石基层与水泥稳定碎石底基层的层底拉应力从表2的计算结果可知：水泥稳定碎石基层的层底拉应力最大值出现在C点，为0.1497MPa，小于容许拉应力0.33MPa；水泥稳定碎石底基层的层底拉应力最大值出现在F点，为0.1860MPa，小于容许拉应力0.27MPa，拉应力验算均满足要求。
1.2.5 次干道(双向4车道)沥青混凝土面层表面剪应力验算次干道沥青混凝土面层表面剪应力的计算过程与主干道类似沥青混凝土路面的上面层为细粒式沥青混凝土，可取粘聚力为0.135MPa，内摩擦角42.7°，路面表面正应力0.7MPa，由公式（1.36）计算得沥青混凝土抗剪强度为： （1.54）考虑到车轮的反复作用，沥青路面的抗剪强度还要被除上一个结构强度系数，得到容许剪应力： （1.56） （1.57） （1.58）考虑到紧急刹车制动的情况最为不利，取紧急刹车时的摩擦系数由于荷载沿纵向中轴对称，只需将计算点位布置在一侧轮子的正前或正后方，按一定间距布置点位，点位布置见图1，各点位的计算结果如表2所示表3 次干道(双向4车道)路面表面剪应力计算结果位置(δ)0.5δ0.6δ0.7δ0.8δ0.9δ1.1δ1.2δ1.3δ剪应力(MPa)0.35260.35350.35520.38750.45490.31450.24210.2023根据表3的计算结果可知，在0.9δ位置处的剪应力最大，为0.4549MPa，小于容许剪应力0.716MPa，所以抗剪强度满足要求。
1.2.6 次干道(双向4车道)路面各结构层顶面竣工验收弯沉值经计算得到路面各结构层顶面竣工验收弯沉值如表12所示：表12 路面各结构层顶面竣工验收弯沉值路面层次AC-13上面层(4cm)AC-25下面层(7cm)水稳碎石基层(20cm)水稳碎石底基层(30cm)土基验收弯沉(0.01mm)21.423.527.458.0258.81.3 次干道(双向2车道)路面设计计算1.3.1 次干道(双向2车道)初拟路面结构路面结构初步拟定为：4cmAC-13沥青混凝土上面层，7cmAC-25沥青混凝土下面层，20cm水泥稳定碎石基层(6%)，25cm水泥稳定碎石底基层(4%)，路面结构总厚度56cm1.3.2 次干道(双向2车道)设计弯沉值双向2车道次干道按二级公路设计，公路等级系数取1.1；面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0；基层是半刚性基层，路面结构类型系数取1.0根据设计年限内一个车道的累计当量轴次得到设计弯沉值为： （1.15）1.3.3 次干道(双向2车道)路面各层材料的容许拉应力各层材料的容许层底拉应力计算式为： （1.16）细粒式密级配沥青混凝土AC-13： （1.17） （1.18）粗粒式密级配沥青混凝土AC-25： （1.19） （1.20）水泥稳定碎石基层： （1.21） （1.22）水泥稳定碎石底基层： （1.23） （1.24）1.3.4 次干道(双向2车道)轮隙中心路表弯沉值的计算与主干道类似，路面结构力学计算示意图见图1，路面结构层的参数见表1。
图1 次干道(双向4车道)路面结构力学计算图示表1 次干道(双向4车道)路面结构层参数材料名称厚度(cm)20℃抗压模量(MPa)15℃抗压模量(MPa)劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)AC-134150020001.20.45AC-257120013000.80.30水稳碎石基层20160036000.60.33水稳碎石底基层25120032000.50.27土基﹨3636﹨﹨经Bisar软件计算，得出理论弯沉值为46.60（0.01mm），由于力学计算模型、材料特性和参数在理论假设与实际状况之间存在一定的差异，需进行弯沉修正，弯沉综合修正系数为： （1.69） （1.70） （1.71） （1.72）计算弯沉值小于设计弯沉值，所以弯沉验算符合要求采用Bisar软件计算各结构层底的拉应力，主要计算图1中B、C、D、E、F、G、H、I八个点位的层底拉应力，比较得出各层层底最大拉应力基层与底基层的应力计算结果如表2所示表2 次干道(双向2车道)基层与底基层应力计算结果点位X方向应力(MPa)Y方向应力(MPa)Z方向应力(MPa)B0.13170.1419-0.0087C0.13050.1411-0.0087D0.12710.1388-0.0086E0.12140.1351-0.0084F0.20200.2181-0.0065G0.20030.2169-0.0065H0.19520.2134-0.0064I0.18660.2076-0.0063经试算发现：上、中、下三个沥青面层的层底拉应力除上面层底有很小的x方向拉应力外，其余拉应力均为负值，表明沥青面层主要受压，且压应力不大，因此沥青层的应力结果未列入表中。
我们的考虑重点是水泥稳定碎石基层与水泥稳定碎石底基层的层底拉应力从表10的计算结果可知：水泥稳定碎石基层的层底拉应力最大值出现在B点，为0.1419MPa，小于容许拉应力0.31MPa；水泥稳定碎石底基层的层底拉应力最大值出现在F点，为0.2181MPa，小于容许拉应力0.26MPa，拉应力验算均满足要求1.3.5 次干道(双向2车道)沥青混凝土面层表面剪应力验算次干道沥青混凝土面层表面剪应力的计算过程与主干道类似沥青混凝土路面的上面层为细粒式沥青混凝土，可取粘聚力为0.135MPa，内摩擦角42.7°，路面表面正应力0.7MPa，由公式（1.36）计算得沥青混凝土抗剪强度为： （1.54）考虑到车轮的反复作用，沥青路面的抗剪强度还要被除上一个结构强度系数，得到容许剪应力： （1.56） （1.57） （1.58）考虑到紧急刹车制动的情况最为不利，取紧急刹车时的摩擦系数由于荷载沿纵向中轴对称，只需将计算点位布置在一侧轮子的正前或正后方，按一定间距布置点位，点位布置见图1，各点位的计算结果如表2所示。
表3 次干道(双向2车道)路面表面剪应力计算结果位置(δ)0.5δ0.6δ0.7δ0.8δ0.9δ1.1δ1.2δ1.3δ剪应力(MPa)0.35350.35460.35690.39320.46090.32350.25110.2112根据表3的计算结果可知，在0.9δ位置处的剪应力最大，为0.4609MPa，小于容许剪应力0.716MPa，所以抗剪强度满足要求1.3.6 次干道(双向2车道)路面各结构层顶面竣工验收弯沉值经计算得到路面各结构层顶面竣工验收弯沉值如表12所示：表12 路面各结构层顶面竣工验收弯沉值路面层次AC-13上面层AC-25下面层水稳碎石基层水稳碎石底基层土基验收弯沉(0.01mm)24.026.631.674.2258.89。