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1 第 八 章 2 一 、 设 计 内 容 ：1、 路 面 结 构 层 次 的 选 择 和 组 合 ；2、 各 结 构 层 厚 度 的 确 定 ；3、 各 结 构 层 的 材 料 组 成 。二 、 设 计 方 法 ： 有 经 验 法 （ 试 验 ） 和 理 论 法 （ 力 学 分 析 ）1、 力 学 模 型 ： 1） 弹 性 半 空 间 体 ； 2） 弹 性 层 状 体 系 ； （ AC路 面 ） 3） 粘 弹 性 层 状 体 系 ； 4） 弹 性 地 基 上 的 板 。 （ CC路 面 ）2、 理 论 解 ：1） 层 状 体 系 ： 双 层 弹 性 体 系 （ 有 单 圆 式 、 双 圆 式 ） 三 层 弹 性 体 系 （ 有 单 圆 式 、 双 圆 式 ） 多 层 体 系2） 弹 性 地 基 上 的 板 ： 弹 性 半 无 限 地 基 上 的 板 E地 基三 、 我 国 现 行 柔 性 路 面 设 计 规 范 ： 采 用 双 圆 均 布 荷 载 作 用 下 弹 性 层 状 体 系 理 论 Winkler地 基 上 的 板 K 地 基 3 8.1 柔 性 路 面 的 损 坏 模 式 和 设 计 标 准路 面 设 计 目 标 ： 在 使 用 年 限 内 ， 路 面 结 构 性 能 不 恶 化 到 某 一 程 度 （ 大 修 ）路 面 损 坏 三 大 类 型 ： 1.裂 缝 类 （ 纵 向 、 横 向 、 网 状 、 块 状 ）2.变 形 类 （ 凹 、 凸 、 车 辙 、 搓 板 、 推 挤 、 拥 包 ）3.表 面 缺 损 类 （ 露 骨 、 松 散 、 剥 落 、 坑 槽 、 泛 油 ）一 、 沥 青 路 面 的 主 要 损 坏 模 式 ：1.沉 陷 ： 大 变 形 。 原 因 为 路 基 水 文 条 件 差 ， 过 于 湿 软 ， 产 生 大 的 竖 直 变 形 。2.车 辙 ： 纵 向 变 形 。 原 因 为 荷 载 重 复 作 用 ， 永 久 变 形 积 累 ， 尤 其 是 高 温 下 。3.推 移 ： 沿 行 车 方 向 发 生 剪 切 和 拉 裂 现 象 。 原 因 为 水 平 荷 载 引 起 。4.开 裂 ： 疲 劳 变 形 。 原 因 为 车 辆 荷 载 反 复 作 用 ， 使 沥 青 结 构 层 底 面 产 生 的拉 应 力 大 于 疲 劳 强 度 ， 加 上 水 的 影 响 。 5.低 温 缩 裂 和 反 射 裂 缝 ： 沿 路 面 纵 向 隔 一 定 距 离 出 现 。6.松 散 和 坑 槽 ： 大 路 表 面 集 料 的 松 动 、 离 散 现 象 。 原 因 为 面 层 材 料 粘 结 力不 足 或 结 合 料 含 量 少 ， 汽 车 后 轮 的 真 空 吸 力 及 风 雨 带 离 形 成 坑 槽 。最 主 要 的 破 坏 模 式 为 疲 劳 开 裂 、 低 温 缩 裂 和 车 辙 。 4 二 、 设 计 指 标 ：1、 疲 劳 开 裂 ： 以 疲 劳 开 裂 作 为 临 界 状 态 设 计 ， 选择 层 底 拉 应 力 （ 拉 应 变 ） 作 为 指 标 。 以 最 大 拉 应力 （ 或 拉 应 变 ） 小 于 容 许 拉 应 力 （ 或 拉 应 变 ） 。疲 劳 寿 命 定 义 ： 出 现 疲 劳 开 裂 前 路 面 材 料 所 能 经 受 的 荷 载 重 复 作 用 次 数 。 , 1111 rrrr , 2222 rrrr 33 zz 对 水 泥 （ 或 石 灰 等 ） 稳 定 类 基 层 ， 其 底 面 的 最 大 拉应 力 （ 或 拉 应 变 ） 小 于 容 许 拉 应 力 （ 或 拉 应 变 ） 。2、 车 辙 （ 永 久 变 形 ） ： 以 车 辙 为 临 界 状 态 设 计 方 法1） 采 用 荷 载 作 用 下 路 基 路 面 结 构 层 内 永 久 变 形 的 总 和 小 于 等 于 永 久 变形 量 。 PP 2） 或 以 路 基 顶 面 的 竖 向 压 缩 应 变 作 为 指 标 。3、 路 表 回 弹 弯 沉 ： 路 表 面 在 荷 载 作 用 下 的 回 弹 弯 沉 量 反 映 了 路 基 路 面 结 构的 整 体 刚 度 。 试 验 表 明 ， 它 同 路 面 使 用 状 态 间 存 在 一 定 关 系 ， 回 弹 弯 沉 大 ，相 应 的 塑 性 变 形 量 也 大 ， 出 现 疲 劳 开 裂 的 机 率 高 。 根 据 路 面 使 用 状 态 和 使 用年 限 要 求 ， 可 以 确 定 一 次 标 准 荷 载 作 用 下 的 路 面 的 容 许 回 弹 弯 沉 量 。 路 面 以回 弹 弯 沉 作 为 设 计 指 标 ： Rs 上 述 三 项 为 主 要 设 计 指 标 ， 对 任 一 柔 性 路 面 都 要 满 足 。 除 此 之 外 ， 还 有三 项 次 要 指 标 ， 在 特 定 的 荷 载 、 温 度 场 合 使 用 ， 指 导 面 层 材 料 的 设 计 。 5 4、 面 层 剪 切 ： 在 竖 直 、 水 平 荷 载 共 同 作 用 下 ， 面 层 结 构 中 产 生 的 rr 5、 面 层 断 裂 ： 受 紧 急 制 动 产 生 的 水 平 力 作 用 时 ， 产 生 很 大 的 径 向 拉 应 力 和水 平 向 位 移 （ 推 移 ） 。6、 低 温 缩 裂 ： 对 寒 冷 地 区 低 温 时 ， 面 层 材 料 收 缩 受 阻 产 生 的 温 度 应 力 小于 等 于 该 温 度 时 材 料 的 抗 拉 强 度 。 rtrt 8.2 弹 性 层 状 体 系 的 应 力 和 位 移 计 算一 、 一 般 概 念 ：1、 力 学 图 式 ： r z h1 E1 1hi Ei ihn En nh2 E2 2p 将 路 基 路 面 看 作弹 性 层 状 体 系 。因 为 层 状 体 系 和竖 直 荷 载 都 对 称于 荷 载 轴 z， 可以 采 用 圆 柱 坐 标来 简 化 计 算 。 zzdz r z rz r r zrzrzd r 6 在 圆 柱 坐 标 中 ， 体 系 的 微 分 单 元 上 作 用 有 三 个 法 向 应 力 r(径 向 ） 、 （ 切 向 ） 、 z（ 竖 向 ） 及 三 对 剪 应 力 rz= zr， r = r， z= z。 此 外 ， 单 元 体 还 有 三 个 位 移 分 量 ： U (径 向 ） 、 V （ 切 向 ） 、 W （ 竖 向 ） 。 当 作 用 在 层 状 体 系 表 面 上 的 荷 载 为 轴 对 称 荷 载 时 ， 各 应 力 、应 变 和 位 移 分 量 也 对 称 于 对 称 轴 ， 即 它 们 仅 是 r和 z的 函 数 ， 因 而 ， r=r=0， z=z=0， 三 对 剪 应 力 简 化 为 一 对 ； 同 理 ， 切 向 位 移 V=0。2、 基 本 假 定 ：1） 多 层 的 ， 每 层 均 质 ， 各 向 同 性 ， 无 重 量 的 线 弹 性 材 料 组 成 。 Ei,i表 示 ；2） 最 下 层 水 平 、 竖 向 都 是 无 限 延 伸 的 ， 其 上 各 层 在 水 平 向 无 限 ， 但 厚 度 有限 ， 为 hi；3） 各 层 分 界 上 的 应 力 和 位 移 完 全 连 续 ， 层 间 的 摩 阻 力 为 零 （ 称 滑 动 体 系 ） ；4） 最 下 层 无 限 深 处 的 应 力 和 位 移 均 为 零 。 当 r ,z 时 ， 、 。 3、 应 力 、 应 变 关 系 式 ： )(1 zrr E )(1 r zE )(1 rzz E zr E1(2G1 zrzr ）物 理 方 程 ： 7 体 系 内 任 一 点 的 主 应 力 可 解 下 列 一 元 三 次 方 程 求 得 ： 0III 32213 2zr2z2rrzzr2I zrrzr 2I 2zr2z2rzzr3 其 中 ： I1 为 第 一 应 力 状 态 不 变 量 ； I1= r+ + zI2 为 第 二 应 力 状 态 不 变 量 ；I3 为 第 三 应 力 状 态 不 变 量 ；解 出 三 个 实 根 1、 2、 3； 且 1 2 3， 1为 最 大 主 应 力 ， 3为 最 小主 应 力 ； 并 按 右 式 确 定 最 大 剪 应 力 ： 2/)( 31 max 至 于 水 平 荷 载 作 用 下 ， 属 非 对 称 问 题 ， 求 解 更 复 杂 ， 但 现 国 内 外 都 已求 得 其 解 ， 且 求 得 了 在 竖 向 、 水 平 荷 载 共 同 作 用 下 的 解 。二 、 弹 性 双 层 体 系 解 弹 性 层 状 体 系 中 最 简 单 的 情 况 将 路 基 看 成 弹 性 将 路 基 看 成 弹 性 半 无 限 体 ，路 面 结 构 看 成 E、 不 同 于 路 基 的 均 质 弹 性 层 。1、 单 圆 图 式 ： rr WEpW 02 弯 沉 有 关 。和 计 算 点 位 置 （、它 与 数 函 数 的 积 分 ，是 含 有 贝 塞 尔 函 数 和 指弯 沉 系 数 ),EE W10 zrh r z pE1、 1E0、 0 r 8 当 求 算 路 表 面 荷 载 中 心 处 的 弯 沉 W0时 ， r/ =z/ =0， 弯 沉 系 数 可 利 用电 子 计 算 机 求 得 0=0.35， 1=0.25时 的 值 ， 并 绘 制 成 诺 谟 图 ， 以 便 使 用 。2、 双 圆 图 式 ： z pE1、 1E0、 0 e h rerrre WEpWEpWWEpW 05.10210 222)(2 eW 10 22 LL EpEpA 或点 弯 沉路 表 面 轮 隙 中 心 实 用 上 已 绘 出 0=0.35， 1=0.25时 的二 、 弹 性 三 层 体 系 解 弹 将 路 基 分 为 面 层 、 基 层 和 路 基 三 个 层 次1、 单 圆 图 式 ： z pE1、 1E0、 0 rE2、 2 hHABC为 理 论 弯 沉 系 数、 LL 9诺 谟 图和系 数 见主 压 应 力最 大 剪 应 力 511501, 11 PPpp mm 诺 谟 图和见拉 应 力 系 数下 层 底 面 拉 应 力 149148 ,2 22 PP pr rr 2、 双 圆 图 式 ： z pE1、 1E0、 0 rE2、 2 hHAB CD在 竖 向 荷 载 作 用 下 ：在 竖 向 、 水 平 荷 载 综 合 作 用 下 ：诺 谟 图和见拉 应 力 系 数上 层 底 面 拉 应 力 147146 ,1 11 PP pr rr 四 、 应 力 和 位 移 状 况 分 析 ：2、 路 表 弯 沉 ： 竖 向 应 变 的 总 和 ， 7090%系 由 路 基 提 供 。 当 各 层 E定 时 ，H、 h2 时 ， 厚 度 增 加 对 弯 沉 无 显 著 影 响 。 一 般 ， 基 层 厚 度 对 弯 沉 的 影响 比 面 层 大 ， E 0影 响 比 E2大 得 多 ， E0增 大 20%相 当 于 E2增 大 100%的 效 果 。1、 路 基 应 力 ： 路 基 顶 面 的 竖 向 应 力 z受 路 面 面 层 和 基 层 厚 度 、 模 量 的 影响 。 增 加 基 层 的 厚 度 或 模 量 （ 特 别 是 模 量 ） ， 收 效 比 增 加 面 层 的 为 大 。可 参 见 P152图 8-18。所 以 要 弯 沉 减 少 ， 提 高 E0为 宜 ， 其 次 才 是 E2和 H。 10 3、 面 层 底 面 拉 应 力 1： E2对 其 影 响 极 大 ， E2 ， 1 ， H/ ， 1 ， 当 H/ 30MPa（ 高 速 公 路 ） ， 其 他 公 路 25MPa,城 市 道 路 20MPa稳 定 路 基 最 经 济 、 最 易 办 到 ， 也 是 最 主 要 的 方 法 是 ： 加 强 排 水 和 达 到 要 求 的 压 实 度 。 轮 载 作 用 于 路 面 表 面 ， 其 竖 向 应 力 和 应 变 随 深 度 而 递 减 ， 所 以 各 层材 料 的 强 度 和 刚 度 要 求 也 相 应 降 低 。 路 面 各 结 构 层 按 自 上 而 下 ， 强 度 、刚 度 递 减 的 方 式 组 合 。 以 充 分 利 用 材 料 ， 降 低 造 价 。 强 度 、 刚 度 按 深 度 递 减 时 注 意 各 结 构 层 之 间 的 E不 能 相 差 太 大 ， 否则 上 层 底 面 将 出 现 较 大 拉 应 力 ， 引 起 开 裂 。 基 层 同 面 层 的 回 弹 模 量 比 不应 小 于 0.3， 土 基 与 基 层 的 模 量 比 应 为 0.080.4。4、 要 顾 及 各 结 构 层 本 身 的 结 构 特 性 及 与 相 邻 层 次 的 互 相 影 响 ： 保 持 层 间结 合 紧 密 ， 避 免 产 生 滑 移 。 以 保 证 结 构 的 整 体 性 和 应 力 分 布 的 连 续 性 。 5、 考 虑 水 温 状 况 的 影 响 ： 选 基 层 材 料 要 慎 重 ， 在 潮 湿 和 中 湿 路 段 ， 应 选水 温 稳 定 性 好 的 材 料 ， 在 冰 冻 地 区 还 有 防 冻 要 求 ， 对 路 面 有 最 小 防 冻 厚度 要 求 ， 见 P159表 8-2。6、 适 当 的 层 数 和 厚 度 ： 层 数 多 能 充 分 利 用 材 料 ， 但 可 能 引 起 施 工 及 材料 制 备 困 难 ， 所 以 不 能 过 多 ； 层 厚 ， 除 考 虑 受 力 外 ， 有 总 厚 度 要 求 ，层 厚 过 大 时 ， 应 分 层 施 工 ， 自 上 而 下 ， 宜 由 薄 到 厚 。 12 二 、 路 面 结 构 组 合 示 例 ：公 路 名 称 沈 大 高 速 公 路 沪 宁 高 速 公 路 广 佛 高 速 公 路累 计 轴 次 （ 万 次 ） 1800 2800 1900面 层 （ cm） 5中 粒 +5粗 粒 +5沥 碎 4中 粒 +6粗 粒 +6沥 碎 4中 粒 +5粗 粒 +6沥 碎基 层 （ cm） 20水 泥 砂 砾 （ 矿 渣 ） 30二 灰 碎 石 25水 泥 碎 石底 基 层 （ cm） 1539砂 砾 （ 矿 渣 ) 30二 灰 土 28水 泥 土8.4 以 弯 沉 为 设 计 指 标 的 路 面 结 构 厚 度 计 算 方 法 我 国 现 行 柔 性 路 面 设 计 方 法 是 以 双 圆 竖 向 均 布 荷 载 作 用 下 的 弹 性 层 状体 系 理 论 ， 以 路 表 弯 沉 值 作 为 路 面 整 体 刚 度 的 控 制 指 标 。 对 高 等 级 路 面（ 沥 青 混 凝 土 面 层 、 半 刚 性 材 料 基 层 和 底 基 层 ） 要 验 算 层 底 拉 应 力 ； 对 常受 水 平 荷 载 作 用 的 停 车 站 、 交 叉 口 等 路 段 还 要 验 算 剪 应 力 。一 、 设 计 弯 沉 值 的 确 定 ： 轮 载 作 用 下 双 轮 轮 隙 中 心 e处 的 路 表 回 弹 弯 沉 值 大 小 ， 反 映 了 路 基 路 面结 构 的 整 体 承 载 能 力 。 回 弹 弯 沉 值 的 大 小 同 该 路 面 结 构 的 累 计 荷 载 重 复 作用 次 数 （ 即 使 用 寿 命 ） 成 反 比 。 为 此 ， 需 要 了 解 路 面 结 构 在 使 用 期 内 的 弯沉 变 化 规 律 及 其 与 路 面 结 构 损 坏 状 态 的 关 系 。 13 1、 路 表 弯 沉 的 变 化 规 律 ： P161图 8-29表 明 路 表 面 竣 工 后 弯 沉 变 化 曲 线 ， l 0为 竣 工 后 第 一 年 最 不利 季 节 弯 沉 ， 从 图 看 出 ， 路 表 面 的 弯 沉 变 化 过 程 分 三 个 阶 段 ：第 一 阶 段 ： 路 面 竣 工 后 一 、 二 年 。 由 于 交 通 的 荷 载 的 压 密 作 用 以 及 半 刚 性 基层 材 料 的 强 度 增 长 ， 路 表 弯 沉 逐 渐 减 小 ， 大 致 在 竣 工 后 第 二 年 达 最 小 值 。第 二 阶 段 ： 路 面 竣 工 后 两 至 四 年 。 由 于 在 交 通 荷 载 的 充 分 作 用 、 水 温 状 况 变化 以 及 材 料 不 均 等 因 素 影 响 下 ， 路 面 结 构 内 部 的 微 观 缺 陷 因 局 部 范 围 的 应 力集 中 而 扩 展 ， 形 成 小 范 围 的 局 部 破 损 ， 使 结 构 整 体 刚 度 下 降 、 弯 沉 增 加 。 此阶 段 以 弯 沉 不 断 增 大 为 主 要 特 征 。第 三 阶 段 ： 路 面 竣 工 后 三 、 四 年 至 路 面 达 极 限 破 坏 状 态 。 由 于 结 构 内 部 缺 陷附 近 局 部 区 域 积 蓄 的 高 密 度 能 量 ， 已 通 过 前 阶 段 缺 陷 的 扩 展 而 转 移 ， 形 成 新的 能 量 平 衡 ， 路 面 结 构 的 整 体 刚 度 达 成 较 低 水 平 的 新 的 相 对 稳 定 ， 路 表 弯 沉进 入 一 个 比 较 稳 定 的 缓 慢 变 化 阶 段 ， 即 结 构 疲 劳 破 坏 的 稳 定 发 展 阶 段 ， 一 直延 续 至 结 构 出 现 疲 劳 破 坏 。 2、 使 用 期 末 不 利 季 节 的 路 表 回 弹 弯 沉 ： 将 使 用 期 末 不 利 季 节 ， 在 设 计 标准 轴 载 作 用 下 容 许 出 现 的 最 大 回 弹 弯 沉 值 定 义 为 容 许 弯 沉 值 l R。 3、 设 计 弯 沉 值 ： 由 于 竣 工 后 第 一 年 最 不 利 季 节 的 弯 沉 值 与 最 大 刚 度 状 态所 对 应 的 弯 沉 值 较 接 近 ， 故 将 l 0 作 为 路 面 设 计 弯 沉 l d 。 即 : l d = l 0 = l R /A T AT为 相 对 弯 沉 变 化 系 数 ， AT 1.20 14 根 据 多 年 观 测 调 查 资 料 的 分 析 综 合 ， 可 由 容 许 弯 沉 值 与 标 准 轴 载 累计 作 用 次 数 的 关 系 式 ， 进 一 步 推 得 不 同 公 路 等 级 、 不 同 面 层 和 基 层 类 型时 设 计 弯 沉 的 计 算 公 式 ： bsced AAAN 2.0600 式 中 ： l d 路 面 设 计 弯 沉 值 （ 0.01mm） ；Ne ： 设 计 年 限 内 一 个 车 道 上 累 计 当 量 轴 次 ；A c ： 公 路 等 级 系 数 ， 高 速 公 路 、 一 级 公 路 为 1.0， 二 级 公 路 为 1.1， 三 、四 级 公 路 为 1.2；A s ： 面 层 类 型 系 数 ， 沥 青 混 凝 土 面 层 为 1.0， 热 拌 沥 青 碎 石 、 上 拌 下 贯或 贯 入 式 路 面 为 1.1， 沥 青 表 面 处 治 为 1.2， 中 、 低 级 路 面 为 1.3；A b ： 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 为1.0， 若 为 面 层 与 半 刚 性 基 层 间 设 置 等 于 或 小 于 15cm 级 配 碎 石 层 、 沥 青 贯入 碎 石 或 沥 青 碎 石 的 半 刚 性 基 层 时 ， 可 取 1.0， 柔 性 基 层 、 底 基 层 时 取 1.6，当 柔 性 基 层 厚 度 大 于 15cm、 底 基 层 为 半 刚 性 下 卧 层 时 ， 可 取 1.6。二 、 轴 载 换 算 ： 车 辆 的 类 型 不 同 ， 它 们 的 轴 载 也 不 相 同 ， 在 计 算 累 计 当 量 轴 次 时 ， 需 将 各 级 轴 载 换 算 成 标 准 轴 载 。 1、 当 计 算 路 表 弯 沉 和 验 算 沥 青 层 层 底 拉 应 力 时 ： 35.4,21 ,1 )(PPnCCN iiiki iP i ： 被 换 算 车 型 的 各 级 （ 单 根 ） 轴 载 （ K N） ； 从 大 于 25K N计 起 。 15 N ： 标 准 轴 载 的 当 量 轴 次 （ 次 /天 ） ；P ： 标 准 轴 载 （ K N） ；n i ： 被 换 算 车 型 的 各 级 轴 载 作 用 次 数 （ 次 /天 ） ；C 1 , i ： 被 换 算 车 型 各 级 轴 载 的 轴 数 系 数 。 当 轴 间 距 大 于 3m时 ， 按 单独 的 一 个 轴 计 算 ， 轴 数 系 数 即 为 轴 数 m； 当 轴 间 距 小 于 3m时 ， 按 双 轴或 多 轴 计 算 ， 轴 数 系 数 为 C 1 , i = 1+ 1.2 ( m - 1 );C 2 , i ： 被 换 算 轴 载 的 轮 组 系 数 。 单 轮 组 为 6.4， 双 轮 组 为 1.0， 四 轮 组为 0.38。 2、 当 进 行 半 刚 性 基 层 层 底 拉 应 力 验 算 时 ： 8,21 ,1 )(PPnCCN iiiki i C 1 , i ： 被 换 算 车 型 各 级 轴 载 的 轴 数 系 数 。 当 轴 间 距 大 于 3m时 ， 按 单独 的 一 个 轴 计 算 ， 轴 数 系 数 即 为 轴 数 m； 当 轴 间 距 小 于 3m时 ， 按 双 轴或 多 轴 计 算 ， 轴 数 系 数 为 C 1 , i = 1+ 2 ( m - 1 );C 2 , i ： 被 换 算 轴 载 的 轮 组 系 数 。 单 轮 组 为 18.5， 双 轮 组 为 1.0， 四 轮 组为 0.09。上 述 轴 载 换 算 公 式 仅 适 用 于 单 轴 轴 载 小 于 130K N的 轴 载 换 算 。见 P164例 题 8.3。 16 由 于 车 道 数 和 车 道 宽 度 不 同 ， 车 轮 轮 迹 在 横 向 分 布 的 频 率 也 不 同 ，即 路 面 横 向 各 点 实 际 所 受 轴 载 重 复 作 用 次 数 也 随 车 道 数 、 车 道 宽 度 增 加而 减 少 ， 所 以 引 人 车 道 系 数 来 考 虑 这 一 影 响 。 值 可 查 P164表 8-5。所 以 ， 在 设 计 年 限 内 一 个 车 道 上 累 计 当 量 轴 次 Ne可 参 照 下 式 计 算 ：或 13651)1( NN te ttte NN 11 3651)1( ）（ LssF Ne ： 设 计 年 限 内 一 个 车 道 上 累 计 当 量 轴 次 （ 次 ） ；t： 设 计 年 限 (a),参 见 表 8-1；N1 ： 路 面 竣 工 后 第 一 年 的 平 均 日 当 量 轴 次 （ 次 /d） ；Nt ： 设 计 年 限 最 后 一 年 的 平 均 日 当 量 轴 次 （ 次 /d） ； ： 设 计 年 限 内 交 通 量 的 平 均 年 增 长 率 （ 以 小 数 计 ） ； ： 车 道 系 数 ， 参 见 表 8-5。三 、 综 合 修 正 系 数 ： 通 常 理 论 计 算 值 与 实 测 弯 沉 值 之 间 存 在 一 定 的 偏 差 。 原 因 为 路 面 材料 并 非 线 弹 性 体 ， 为 此 引 入 一 修 正 系 数 F:论 弯 沉 系 数 ；分 别 为 理 论 弯 沉 值 和 理 L, 际 弯 沉 系 数 ；分 别 为 实 际 弯 沉 值 和 实ss , 17 36.0038.0 )()2000(63.1 pEF s FEpFEp LL 1s0s 2100021000 或 由 大 量 试 验 得 综 合 修 正 系 数 F同 路 面 实 际 弯 沉 值 、 土 基 回 弹 模 量 值 及轮 载 参 数 （ p、 ） 有 关 。由 此 ， 弹 性 三 层 体 系 表 面 的 回 弹 弯 沉 为 ： 由 于 上 两 式 中 包 含 了 F， 而 F又 含 有 l s， 故 计 算 时 需 用 试 算 法 。 先 定 一 个l s,算 出 F， 再 按 上 式 求 出 l ， 如 l s与 l s相 差 较 大 ， 则 重 新 假 定 l s反 复 计 算 ，直 到 两 者 相 近 为 止 。 当 然 也 可 将 F代 入 上 式 ， 直 接 解 出 l s: )(4398)Ep(4398 158.0003.161.1L03.10s EEp Ls 或例 题 ： 已 知 p=0.7MPa, =10.65cm, E1=1500MPa, E2=700MPa, E0=45MPa, h1=10cm, lR=0.072cm, 求 h2。解 ： 783.0)()2000(63.1 36.0038.0 pEF s 71.721000 1 pFEsL 86.0K064.0EE08,.911-8P14594.0,467.0 120112 查 得再 由得表查由 hEE cmhh 17.19,8.1,987.086.008.9 71.7K 222 查 表 得 18 四 、 多 层 路 面 换 算 ： 对 于 多 层 体 系 可 用 电 子 计 算 机 求 解 ， 当 条 件 不 具 备 时 ， 可 换 算 为 三层 （ 或 双 层 ） 体 系 计 算 。 进 行 等 效 换 算 。 1、 等 效 路 表 回 弹 弯 沉的 结 构 层 换 算 ： 4 2-ni2n 1i i1 EEhH E0 H E2h1 E1h2 E2 2h1 E1 1Hn-1 En-1 n-1E0 0 2、 等 效 中 层 底 面 弯 拉应 力 的 结 构 层 换 算 ：h2 E2 2h1 E1 1Hn-2 En-2 n-2E 0 0Hn-1 En-1 n-1 E0Hn-1 En-1H1 En-2 4.2 2i1n 2i i EEhH 19 3、 等 效 上 层 底 面 弯 拉应 力 的 结 构 层 换 算 ： E0H2 Ej+1H1 EjHn-1 En-1 n-1h2 E2 2h1 E1 1Hj+1 Ej+1 j+1E0 0H j E j j4 jij1i i1 EEhH 0.9 1ji1n 1i i2 EEhH j例 题 ： 一 五 层 体 系 ， 请 换 算 成 三 层 体 系 , 以 便 计 算 路 面 弯 沉 值 和 第 一 、 第二 、 第 四 层 层 底 拉 应 力 ， 求 h。层位 五 层 体 系 表 面 弯 沉 第 一 层 层 底 拉 应 力 第 二 层 层 底 拉 应 力 第 四 层 层 底 拉 应 力E(MPa) h(cm) E h E h E h E h1 1500 6.5 1500 6.5 1500 6.5 800 ?17.61 500 ?29.82 800 10 800 ?30.54 800 ?21.423 500 10 500 ?19.264 250 20 250 205 35 35 35 35 35 20 五 、 路 基 土 E0和 路 面 材 料 Ei的 回 弹 模 量 值 ： 常 用 承 载 板 试 验 和 抗 压 试 验 得 到 的 荷 载 回 弹 变 形 关 系 确 定 。 1、 路 基 土 回 弹 模 量 值 E0： 除 了 受 加 荷 方 式 和 应 力 状 态 等 因 素 影 响 外 ， 主要 取 决 于 土 的 类 型 和 性 质 以 及 土 的 湿 度 和 密 实 度 。 路 面 设 计 时 ， 应 在 最 不利 季 节 通 过 实 测 确 定 回 弹 模 量 值 ， 但 在 路 基 尚 未 修 建 的 情 况 下 ， 只 能 通 过经 验 来 估 定 。 7-8P168., ;,0 表见而 异 的 试 验 参 数为 随 所 在 地 和 土 的 类 型 为 土 的 稠 度为 土 的 压 实 度baA wKwAKE cbc 2、 路 面 材 料 回 弹 模 量 值 E i： 受 材 料 来 源 及 组 成 、 施 工 工 艺 、 气 候 和 水 文条 件 等 影 响 ， 所 以 应 视 现 场 的 具 体 条 件 测 试 确 定 。 对 高 等 级 道 路 ， 在 初 设 阶 段 ， 应 对 拟 选 材 料 通 过 试 验 确 定 ； 而 在 工程 可 行 性 研 究 和 其 他 等 级 道 路 的 初 设 阶 段 ， 可 参 见 P171表 8-8。 进 行 路 面 厚 度 设 计 时 ， 对 于 沥 青 混 合 料 应 采 用 20时 的 抗 压 回 弹 模 量 ； 对 于 半 刚 性 材 料 中 水 泥 稳 定 粒 料 或 细 粒 料 ， 采 用 龄 期 为 三 个 月 的 抗 压 回弹 模 量 ； 而 对 于 石 灰 粉 煤 灰 稳 定 粒 料 或 细 粒 料 、 以 及 石 灰 稳 定 类 材 料 ，则 应 采 用 龄 期 为 六 个 月 的 抗 压 回 弹 模 量 。 21 一 、 路 面 结 构 层 的 拉 应 力 验 算 ： 结 构 层 最 大 的 拉 应 力 小 于 等 于 结 构 层材 料 的 容 许 拉 应 力 。 R8.5 路 面 结 构 层 的 应 力 验 算 及 防 冻 厚 度 检 验 1、 结 构 层 的 拉 应 力 计 算 ： r2r2r1r1 p,p sspR K/ ces ANK /35.0: 11.0料 类对 于 无 机 结 合 料 稳 定 集 2、 多 层 路 面 换 算 ： 见 课 件 18-19页 。3、 结 构 层 的 计 算 模 量 和 强 度 ： 进 行 结 构 层 拉 应 力 验 算 时 ， 各 层 模 量 均 采 用 抗 压 回 弹 模 量 。 对 于 沥青 混 凝 土 ， 应 为 15时 的 抗 压 回 弹 模 量 和 劈 裂 强 度 ， 水 泥 稳 定 类 材 料 ， 为龄 期 90天 的 劈 裂 强 度 ， 对 于 二 灰 稳 定 类 和 石 灰 稳 定 类 材 料 ， 为 龄 期 180天的 劈 裂 强 度 。4、 结 构 层 材 料 的 容 许 应 力 R ：K s为 抗 拉 强 度 结 构 系 数 。 根 据 室 内 试 验 和 路 况 调 查 结 果 由 下 列 各 式 定 。 ces ANK /45.0: 11.0粒 土 类对 于 无 机 结 合 料 稳 定 细 ces ANAK /09.0: 22.0对 于 沥 青 混 凝 土 面 层A为 沥 青 混 凝 土 级 配 类 型 系 数 。 细 、 中 粒 式 为 1.0， 粗 粒 式 为 1.1。 22 1、 破 坏 面 上 剪 应 力 和 正 应 力 计 算 ： 由 莫 尔 强 度 理 论 定 。二 、 路 面 结 构 层 的 剪 应 力 验 算 ： 在 车 轮 垂 直 和 水 平 荷 载 共 同 作 用 下 ，破 坏 面 上 的 剪 应 力 小 于 等 于 路 面 材 料 的 容 许 剪 应 力 。 R cosm)sin()(21 3131 )sin1(m1 cos)(21 31 )(21 31m m由 诺 谟 图 求 得 m(0.3) 。 水 平 荷 载 q=fp,其 中 f为 摩 擦 系 数 ， 对 停 车 场 、 交 叉 口 等 缓 慢 制 动 地 点 为0.2， 对 偶 然 的 紧 急 制 动 为 0.5； 此 时 f不 等 于 0.3； 所 以 须 换 算 ：p)3.0f(3.1 )3.0(mmf p)3.0f(46.0)3.0(11f 2、 面 层 材 料 的 抗 剪 强 度 和 容 许 剪 应 力 R：,tan c一 般 tan2tan: cc紧 急 制 动 时 K/R ,33N.0K:, 0.15t)2.0( 交 叉 口停 车 场 c)5.0( A/2.1K: 紧 急 制 动 时Nt为 停 车 场 或 交 叉 口 在 设 计 年 限 由 同 一 位 置 停 车 的 标 准 轴 载 累 计 次 数 。 23 三 、 防 冻 厚 度 验 算 ： 在 季 节 性 冰 冻 地 区 的 中 湿 、 潮 湿 路 段 要 验 算 ，与 当 地 冬 季 负 温 度 的 累 积 值 、 路 面 结 构 层 材 料 的 热 物 性 、 路 基 潮 湿 类 型 、路 基 土 类 以 及 道 路 冻 深 有 关 。 3、 多 层 路 面 换 算 ： 见 课 件 18-19页 。 4、 结 构 层 材 料 的 抗 剪 强 度 参 数 及 计 算 回 弹 模 量 ：C、 由 三 轴 试 验 定 ， E取 抗 压 回 弹 模 量 。fabchd 道 路 冻 深 ： a、 b、 c分 别 路 面 结 构 材 料 的 热 物 性 系 数 、 路 面 横 断 面 填 挖 系 数 和 路基 潮 湿 类 型 系 数 ， 可 见 P177表 8-9、 8-10、 8-11。f为 最 近 10年 冻 结 指 数 平 均 值 ， 即 冬 季 负 温 度 累 积 值 ， 由 气 象 资 料 定 。若 结 构 层 总 厚 度 小 于 最 小 防 冻 厚 度 ， 应 增 加 防 冻 垫 层 。8.6 路 面 补 强 层 设 计补 强 条 件 ： 1.当 通 过 的 轴 次 超 过 设 计 当 量 轴 次 ； 2.路 表 严 重 破 坏 。补 强 或 改 建 内 容 ： 1.路 面 结 构 状 况 调 查 ； 2.承 载 能 力 评 定 ； 3.补 强 设 计 。一 、 路 面 结 构 状 况 调 查 和 评 定 ：1.调 查 ： 1） 交 通 调 查 ； 2） 路 基 调 查 ； 3） 路 面 调 查 ； 4） 原 有 资 料 收 集 。 24 2、 评 定 ：1） 评 定 指 标 为 弯 沉 和 曲 率 半 径 ； 测 定 方 法 为 贝 克 曼 弯 沉 仪 。2） 代 表 性 弯 沉 值 ：3） 季 节 对 弯 沉 的 影 响 K 1:4） 加 铺 沥 青 层 对 原 砂 石 路 面 弯 沉 的 影 响 K 2:5） 温 度 对 弯 沉 的 影 响 K 3: K 3=l 20/ l T6） 测 定 用 轴 载 对 弯 沉 影 响 K 4:7） 计 算 弯 沉 值 l 。 : 1 )(,1, 11 nnZ ni ini it 准 差标为 平 均 弯 沉 值 ，其 中 43210 )( KKKKZ 210t mm2p1000E 二 、 补 强 计 算 ： 有 经 验 法 和 理 论 法 。1、 原 路 面 当 量 回 弹 模 量 计 算 ：2、 补 强 层 的 厚 度 计 算 及 验 算 ：m1为 轮 板 对 比 值 ， m 1=1.1 ; m 2为 扩 大 系 数 ， 在计 算 弯 沉 值 及 其 他 补 强 层 层 底 拉 应 力 时 取 1.0；在 计 算 与 原 路 面 接 触 的 补 强 层 层 底 拉 应 力 时 ： 25.0)(037.02 1m pEh ne 计 算 同 新 建 路 面 时 相 同 。 但 当 补 强 层 为 单 层 时 ， 以 双 层 弹 性 体 系 为计 算 力 学 模 型 ， 当 补 强 层 为 n-1层 时 ， 以 n层 弹 性 体 系 为 力 学 模 型 。可 用 专 用 计 算 机 程 序 求 解 ， 也 可 用 诺 谟 图 求 解 。作 业 ： 8-5， 8-8