C14沥青路面设计教学课件

路基路面工程HongxiaTAN第14章沥青路面设计内容内容:沥青路面结构层组合设计与结沥青路面结构层组合设计与结构层厚度验算构层厚度验算.方法方法:弹性层状体系的力学弹性层状体系的力学-经验法经验法.设计指标设计指标:路面弯沉和结构层的层底路面弯沉和结构层的层底拉应力拉应力.5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.1 设计方法5/4/2024路基路面工程HongxiaTANCBR设计法 5/4/2024路基路面工程HongxiaTANAASHTO设计法 5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTANSHELL设计法 5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.2 设计原则1、满足路面设计年限、满足路面设计年限2、合理确定路面的交通等级、合理确定路面的交通等级3、应将路基路面作为一个整体考虑、应将路基路面作为一个整体考虑4、充分考虑环境保护，与自然协调。、充分考虑环境保护，与自然协调。5、进行路面结构设计方案的技术经济比选、进行路面结构设计方案的技术经济比选 5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.3 设计标准5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.4 弹性层状体系力学模型5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN1、引用应力函数引用应力函数 =（r r，z z），则应力分量为：），则应力分量为：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN2、由由应力分量可求变形分量：应力分量可求变形分量：3 3、由应力分量和变形分量可得位移分量：、由应力分量和变形分量可得位移分量：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.5 沥青路面结构组合设计5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN江南地区沥青路面典型结构.doc5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.6 标准轴载与轴载换算计算贫混凝土基层底拉应力时5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.7 路基回弹模量的确定5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.8 路面材料回弹模量5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.9 路面设计规范 我国现行公路沥青路面设计规范规定：我国现行公路沥青路面设计规范规定：沥青路面结构设计以设计沥青路面结构设计以设计弯沉值弯沉值和设计容许层底和设计容许层底弯拉应力弯拉应力两个指标设计路面两个指标设计路面厚度。（城市道路路面还要进行剪应力验算）即：厚度。（城市道路路面还要进行剪应力验算）即：所有结构层材料的回弹模量采用所有结构层材料的回弹模量采用抗压抗压回弹模量；回弹模量；土基土基的回弹模量一律采用的回弹模量一律采用材料的材料的抗压抗压回弹模量。回弹模量。5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN 公路等级 沥青路面结构设计指标 路表面设计弯沉 沥青层弯拉应力半刚性层弯拉应力高速公路，一、二级公路000三、四级公路0不同等级公路沥青路面结构的设计指标5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN1 1、路面设计弯沉值和路表弯沉值、路面设计弯沉值和路表弯沉值 路面设计弯沉值计算：路面设计弯沉值计算：Ac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；As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青表面处治、上拌下贯或贯入式路面为1.1；中低级路面为1.2；AB路面结构系数，刚性基层、半刚性基层沥青路面为1；柔性基层沥青路面为1.6 路表弯沉值计算：路表弯沉值计算：c理论弯沉系数；，其中E0为土基回弹模量值（MPa），E1、E2、En-1各层材料回弹模量值（MPa），h1、h2、hn-1为各结构层厚度（cm）。5/4/2024路基路面工程HongxiaTANw2、结构层容许拉应力和设计拉应力、结构层容许拉应力和设计拉应力结构层容许拉应力计算：结构层容许拉应力计算：结构层材料的极限抗拉强度（结构层材料的极限抗拉强度（Pa)，由实验确定。我国公路沥青路面设计规，由实验确定。我国公路沥青路面设计规范采用极限劈裂强度；范采用极限劈裂强度；Ks 抗拉强度结构系数；抗拉强度结构系数；对沥青混凝土面层：对沥青混凝土面层：对无机结合料稳定集料类：对无机结合料稳定集料类：对无机结合料稳定土类：对无机结合料稳定土类：对贫混凝土类：对贫混凝土类：设计拉应力计算：设计拉应力计算：理论最大拉应力系数，理论最大拉应力系数，5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.10 路面厚度设计1）计算图式）计算图式 多层弹性体系：直接电算或换算成双层或三层体系查诺模图。多层弹性体系：直接电算或换算成双层或三层体系查诺模图。2 2）计算公式：）计算公式：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN双层体系解（单圆荷载）5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN三层体系解：三层体系解：(双圆荷载)典型的三层路面计算图式5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN3）多层体系等效换算）多层体系等效换算三层体系：双层体系：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.11 层底拉应力验算1）多层体系计算图式）多层体系计算图式5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN三层体系拉应力计算图式双层体系:三层体系:2)计算公式5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN3）多层体系等效换算）多层体系等效换算上层底面主拉应力等效：上层底面主拉应力等效：中层底面主拉应力等效：中层底面主拉应力等效：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN沥青路面结构设计软件2019.rar5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN例3：已知轮载p0.7Mpa，双圆荷载的直径d21.3cm，双层连续体系，E050MPa，E1200MPa，h24cm。试按查图法计算双圆荷载轮隙中心处及相当单圆荷载中心处的弯沉值。解：按双圆荷载计算：=10.65cm，h/=24/10.65=2.25，E0/E1=50/200=0.25 查图得L 0.435，则弯沉值为：（cm）按单圆荷载计算：单圆荷载的直径D=d=21.3=30.12（cm）查图14-4得0.44，则弯沉值为：（cm）5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.12 新建路面厚度设计5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN例4 甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如下表14-14所示，试进行路面结构设计。预测交通组成表车型前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轴轮组数后轴距交通量(次/日)三菱T653B29.348.01双轮组300黄河JN16358.6114.01双轮组400江淮HF15045.1101.51双轮组400解放SP920031.378.03双轮组3m300湘江HQP4023.173.22双轮组3m400东风EQ15526.556.72双轮组 3m4005/4/2024路基路面工程HongxiaTAN解解：1轴载分析：路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。(1)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轴载换算采用如下的计算公式：轴载换算结果表（弯沉）车型轴重(KN)轴数系数轮组系数交通量(次/日)当量轴次(次/日)三菱T653B前轴29.3113001.4后轴48.01130012.3黄河JN163前轴58.61140039.1后轴114.011400707.3江淮HF150前轴45.11140012.5后轴101.511400426.8解放SP9200前轴31.3113001.9后轴78.031300305.4湘江HQP40后轴73.221400205.9东风EQ155前轴26.5114001.2后轴56.72.2140074.6 注：轴载小于25KN的轴载作用不计。1788.45/4/2024路基路面工程HongxiaTAN累计当量轴次：根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.40.5，取0.45。=9332998次（2）验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 轴载换算 验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：计算结果如下表：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）车型轴重(KN)轴数系数轮组系数交通量(次/日)当量交通量(次/日)黄河JN163前轴58.6114005.6后轴114.0114001141.0江淮HF150后轴101.511400450.6解放SP9200后轴78.031300123.3湘江HQP40后轴73.22140065.9东风EQ155后轴56.73140012.81799.2注：轴载小于50KN的轴载作用不计。5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN 累计当量轴次参数取值同上，设计年限是15年，车道系数取0.45。=9389359次 2.结构组合与材料选取 由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为九百万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土(15cm)，基层采用水泥碎石（取25cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。规范规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。查规范沥青路面采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)。5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN 3.各层材料的抗压模量与劈裂强度 查表14-12，14-13，得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。抗压模量取20的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20的抗压模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，水泥碎石为1500MPa，石灰土550MPa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。4.土基回弹模量的确定 该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.00，查表14-9“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（Mpa）”查得土基回弹模量为40MPa。5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN5.设计指标的确定 对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。（1）设计弯沉值 路面设计弯沉值根据规公式计算。本公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：（2）各层材料的容许层底拉应力：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN细粒式密级配沥青混凝土：中粒式密级配沥青混凝土：粗粒式密级配沥青混凝土：水泥碎石：石灰土：5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN6.总结设计资料：设计弯沉值为24.22（0.01mm）相关设计汇总如表 设计资料汇总表 材料名称h(cm)20模量(MPa)容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土414000.4560中粒式沥青混凝土512000.3257粗粒式沥青混凝土610000.2367水泥碎石2515000.2439石灰土?5500.0856土基407.确定石灰土层厚度 通过计算机设计计算得到，石灰土的厚度为24.5cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为24.19(0.01mm)，沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.1223MPa，石灰土层底最大拉应力为0.075MPa。上述设计结果满足设计要求。5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN14.14 沥青路面改建设计5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN（3）原路面当量回弹模量的计算标准轴载所测弯沉值与承载板所测弯沉值之比原路面当量回弹模量扩大系数（4）加铺层设计5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN本章基本要求1.了解弹性层状体系理论；2.熟悉沥青路面的破坏状态与设计标准、沥青路面结构组合设计；3.掌握新建沥青路面的结构厚度计算、路面结构的弯拉应力验算、沥青路面改建设计方法；4.了解AASHTO和SHELL沥青路面设计方法。5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN思考题1.试分析应用弹性层状体系理论进行柔性路面结构计算分析的合理性与存在的问题。2.沥青路面设计为什么要选用多指标作为设计控制指标？说明各指标的意义及其与路面损坏现象的联系。3.完成一个路面结构组合设计方案应包括哪些内容？4.试总结新建沥青路面与改建路面设计中的不同之处。5/4/2024路基路面工程HongxiaTAN计算题1、某双车道沥青路面改建，调查断面交通量如下表所示，交通量增长率为6%，试估算15年内设计车道标准轴载(100kN)累计作用次数。n=4.35车型每日交通量前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴距(m）跃进NJ-130138015.338.31解放CA-10B201920.360.01黄河JN-1504549.0101.6 24东风SP9135B120020.172.61长征9804037.172.6521.225/4/2024路基路面工程HongxiaTAN2、按三层体系简化法计算路面结构弯沉值和求第一、第三、第四层底面拉应力的当量图和当量厚度。沥青混凝土沥青贯入碎石水泥稳定砂砾石灰土路基5/4/2024谢谢