路面结构计算书编制步骤分享

3月前浏览2018

上一期分享了路面结构各层材料的比选报告案例，同仁们都在下面留言，路面计算步骤呢？实际来看，路面计算的重要性并不高，一是没有实际数据的支撑，只是通过规范选值；二是决定权在建设方和地方经验，路面结构计算只是一个附加项；三是有一个很神奇的现象，外业验收或者设计时之前很少说做到一坡一设计，一坡一计算，但是路面结构计算书确实明明白白写在任务书上，现在随着实际形式，边坡设计越来越重要，但是路面结构验算基本还是停滞不前，但是路面结构计算仍然是有必要的，而且我们也不能照搬计算软件的自动生成计算书，自己需要注意以下三个点：

一是交通量的计算，要认清工可文件的折算数和绝对数，通过车型比例和折算数比例计算出实际车数的绝对数，同时工可文件所提供的的车型不是根据17版规范提出的十二种车型，还是要按照公路工程标准进行折算；

二是参数的选取，路基模量的选取要适中，与土工试验结果相匹配，路面结构的参数主要是要注意车辙变形量的选取，目前只能通过动稳定度换算，根据17版规范车辙变形量很难算过，但是我们要注意计算时间不应该是设计运营年限，应该是大中修年限，比如15年设计年限，车辙变形量计算年限应考虑大中修年限，建议调整为10年，这样计算结果更符合实际。

三是老路多为水泥混凝土基层，拼宽段也应为水泥混凝土基层，计算路面结构既有软件不能提供，所以自己需要结合规范进行计算，我也整理了一套。

下面就着上一期的路面结构比选再来分享下路面计算步骤流程，这样大家有一个更好的认识，同时觉得我们总结的计算表格还不错，可以进行留言。

本期案例：主线拼宽段，双向十车道，原路为六车道，本次计算以拼宽新建段为例进行说明。

1.分车道理念、路面设计标准及依据

路面设计应在满足交通量需求下力求经济，尽量节省造价。考虑到本项目改造完成后为十车道高速公路路面，可考虑对不同车型进行交通渠化管理，由此引入分车道设计理念。

从中央分隔带往外，分为第一车道、第二车道、第三车道、第四车道、第五车道，按照本合同段扩建工程特点，第一、二、三车道基本在原老路基范围，可作为客车行驶车道，第四、五车道在新建路基范围，可作为货车行驶车道。按照此分车道设计理念，老路面改建后的路面结构强度允许比新建路基路面强度低，由此能够大大降低路面总体造价，且能满足渠化交通管理后的路面结构强度实际需要，体现改扩建工程特色，本次设计按照此设计理念对路面进行改扩建设计。

本路段沥青路面按照《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）设计，采用双轮组单轴轴重100KN为标准轴载，以项目竣工后通车时间20xx年作为特征基年，设计使用年限为15年。沥青路面设计以沥青混合料层疲劳开裂损坏、无机结合料稳定层疲劳开裂损坏、沥青混合料层永久变形量、路基顶面竖向压应变为控制指标。主线路面结构设计按新建路面和老路面改建两种类型考虑。

2.对交通量发展的认识

由于交通量预测是基于区域经济社会和交通运输发展规划（包括路网规划）得到的，其成立应满足以下条件：

（1）预测年限内，国家宏观经济政策、行业政策、有关法规政策不会发生大的变化；

（2）预测年限内，经济社会不会发生大的变迁；

（3）预测年限内，项目建设和路网布局同上位规划基本吻合，不会发生大的调整；

（4）本项目在运营期内一直能得到有效的养护管理并维持正常运营。

（5）本项目本标段拟于20xx年12月改扩建完成。

本项目改扩建后为双向十车道，考虑对不同车型进行交通渠化管理，由此引入分车道设计理念。结合本合同段扩建工程特点，自中央分隔带向外第一、第二、第三车道为旧路面改建利用车道，按照行驶客车进行改建设计；第四、第五车道为新建路面车道，按照行驶货车进行新建设计。

根据工可报告，交通量信息如下：

3.新建段交通荷载参数

根据交通量预测情况，设计通车初年（2029年）交通量为65402pcu/d（小客车换算），设计末年（2043年）交通量为110710pcu/d，年平均增长率为3.831％。根据工可报告需根据车型比例换算为交通量绝对数，根据《JTG B01-2014 公路工程技术标准》3.3.2条进行换算，平均每日大型客车及中型以上的各种货车交通量为12701辆/日。方向系数取0.51（根据项目组收集分段上下行断面交通量数据，整理得到各段方向不均匀系数结果如下表），车道系数考虑四五车道均为大货车车道，因此车道系数取0.5。

整体式货车为2446辆/日（《沥青路面设计规范》附录A中3类-6类车）货车比例为19.26％，半挂式货车为10254辆/日（《沥青路面设计规范》附录A中7类-10类车）货车比例为80.74％。

按表A.2.6-1确定该设计公路为TTC1类，本项目属于改建项目，根据现场观测和交通量统计资料结合规范TTC1车辆类型分布系数综合确定，得到车辆类型分布系数如下表所示。

根据公式（A.4.2）计算得到：

（1）对应于沥青混合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为7554.06万次；

（2）对应于沥青混合料层永久变形的当量设计轴载累计作用次数为4554.71万次；

（3）对应于无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为532219.56万次；

（4）对应于路基顶面竖向压应变当量设计轴载累计作用次数为14131.85万次；

（5）本公路设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为2332.21万辆，交通等级属于重交通，经过计算大客车及中型以上货车交通量为3238.75辆/d·车道，因此属于二级特重交通。

根据《广东省公路路面典型结构应用技术指南》表3.2.1，最小路基回弹模量应为60MPa方能满足设计要求。

4. 初拟路面结构方案

4.1 各设计指标对应的力学响应及其竖向位置

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）第六章节（6.1-6.2），路面结构力学指标计算应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论，路面结构初拟组合方案结合项目特点、工程经验及既有老路路面结构现状特征和经济分析进行确定。

（2）设计指标对应的力学响应及其竖向位置

4.2 初拟路面结构方案

与此同时，建立有限块体模型，考虑单圆荷载作用下的弹性层状结构进行分析，随后利用荷载的叠加原理得到双圆标准轴载作用下的结构应力分布，除按照规范进行路面结构验算外，分析路面结构力学响应情况，如位移、应力应变等分析。

4.3 路基材料参数检算

根据《广东省公路路面典型结构应用技术指南》表3.2.1，最小路基回弹模量应为60Mpa方能满足设计要求。项目区路基填料主要为碎石土和粘性土，根据《公路路基设计规范》附录B、C、D确定路基动态回弹模量及湿度调整系数，根据规范及3.2.6估算，标准状态下填料回填模量为80Mpa，干湿循环及冻融循环条件下路基土模量折减系数取0.85，湿度调整系数取0.90，所得回弹模量为61.2Mpa，满足设计要求，本次计算统一取60Mpa进行计算。

4.4 沥青材料参数选取

各结构层沥青混合料车辙试验变形深度 R 取沥青混合料在试验温度为 60℃、压强 0.7MPa、加载次数 2520 次时的车辙试验永久变形量(mm)；各结构层沥青混合料贯入强度根据规范“附录F沥青混合料单轴贯入强度试验方法”试验获得各沥青混合料结构层参数如表所示。

4.5 基层材料参数选取

考虑弹性模量室内外试验检测结果差异，进行路面结构验算时，无机结合料稳定类材料弹性模量乘以结构层模量调整系数0.5，基层材料参数选取如下表：

5.路面结构验算

5.1 沥青混合料层永久变形验算

气温条件是影响沥青路面性能的重要因素，进行沥青路面结构设计时沥青混合料结构层模量一般用标准温度 20°C条件下的固定值。我国沥青路面设计时根据项目所在地的气温条件、路面结构类型和结构层厚度，采用温度调整系数表征不同地区气候条件对路面结构疲劳开裂和路基顶面竖向压应变的影响，根据所在地区的气候条件采用等效温度表征对沥青混合料层永久变形的影响。查《公路沥青路面设计规范》表 G.1.2“各地气温统计资料及相应的基准路面结构温度调整系数和等效温度”，获得该路段所处地区用于结构层疲劳验算的基准温度调整系数为1.56，用于路基顶面压应变验算的基准温度调整系数为1.42,用于沥青混合料层永久变形量计算的基准等效温度为25.2℃。

为了获得路面结构设计方案的温度调整系数与等效温度，必须将设计的路面结构等效简化为由当量沥青面层、当量基层和路基构成的三层路面结构，其结果如表所示。

最终计算求得无机结合料稳定层疲劳开裂验算指标的路面结构温度调整系数为1.66，计算沥青混合料层永久变形量时的沥青混合料层等效温度为30℃。

5.2 沥青混合料层永久变形验算

规范要求设计使用年限内或通车至首次针对车辙维修的期限内基于沥青混合料层永久变形量指标换算的设计车道上当量轴载累计作用次数作用下沥青混合料层的永久变形量计算值应满足规范表 3.0.6-1的要求。根据规范附录 B3.1规定的分层方法，将沥青混合料层分为8个分层各分层厚度。根据弹性层状体系理论，分别计算设计荷载作用(双圆荷载0.7MPa、半径 =10.65cm)下各分层顶部的竖向压应力，由式(4.2.1)计算各分层永久变形量 Rai。

根据计算结果，各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量Ra=14.73(mm)，根据表3.0.6-1，沥青层容许永久变形为15.0(mm)，拟定的路面结构满足要求。

5.3 无机结合料层疲劳开裂验算

查《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》(JTG D31-2017)附录A，可得广东省韶关市的冻结指数为2℃·d。根据规范附录 B，由冻结指数进行区间线性插值获得季节性冻土地区调整系数=1。

根据弹性层状体系理论，计算得到下基层无机结合料层层底拉应力为0.055MPa，根据式（B.2.1-2），现场综合修正系数为-1.39，根据参数按式（B.2.1-1）计算得到无机结合料层底疲劳寿命为2023309.0万次；计算得到底基层无机结合料层层底拉应力为0.108MPa，根据式（B.2.1-2），现场综合修正系数为-1.45，根据参数按式（B.2.1-1）计算得到无机结合料层底疲劳寿命为760169.6万次。根据验算结果，不小于无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数（532219.56万次），无机结合料层疲劳开裂满足设计要求。