-沥青路面设计分解课件

第四章 沥青路面设计第一节第一节 行车荷载分析行车荷载分析一、车辆和类型和轴型一、车辆和类型和轴型路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型货车与大客车起决定作用。评定路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型货车与大客车起决定作用。评定路面表面特征时，如路面的平整度、防滑性，应考虑小客车的安全性和可路面表面特征时，如路面的平整度、防滑性，应考虑小客车的安全性和可靠性。靠性。（一）车辆的种类（一）车辆的种类()()客车客车小客车小客车车速高，自重和满载重量小车速高，自重和满载重量小120120以上以上中客车中客车6 62020个座位个座位大客车大客车2020个座位以上，长途客运和城市公共交通个座位以上，长途客运和城市公共交通货车货车()()整车整车货箱与汽车发动机一体。货箱与汽车发动机一体。牵引式挂车牵引式挂车牵引车与挂车分离牵引车与挂车分离牵引式半挂车牵引式半挂车 牵引车与挂车分离，铰接。牵引车与挂车分离，铰接。整整车车2轴轴(4轮轮)牵牵引引式式挂挂车车4轴轴2轴轴(4轮轮)5轴轴3轴轴5轴轴4轴轴5轴轴牵牵引引半半挂挂车车3轴轴6轴轴4轴轴6轴轴5轴轴6轴轴4轴轴7轴轴（二）车辆的轴型（二）车辆的轴型不同轴型的货车示意图不同轴型的货车示意图二、汽车轮载对道路的影响二、汽车轮载对道路的影响（一）轮载对道路的静态压力（一）轮载对道路的静态压力1.轮载静态压力影响因素轮载静态压力影响因素1）轮载的大小）轮载的大小2）汽车轮胎的内压力）汽车轮胎的内压力3）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状我国载货汽车常用我国载货汽车常用TB11.0020接地面中心点处接地面中心点处横断面压力分布横断面压力分布图图22 成重高速剪应力等值线图成重高速剪应力等值线图图图23 京津塘高速剪应力等值线图京津塘高速剪应力等值线图不同刚度路面双轮组荷载压力的分布不同刚度路面双轮组荷载压力的分布2.轮载静态压力的简化轮载静态压力的简化简化为单圆简化为单圆简化为双圆简化为双圆单圆当量圆直径单圆当量圆直径双圆当量圆直径双圆当量圆直径3.路面设计的标准轴载路面设计的标准轴载标 准准 轴 载100 标准准轴载P（）（）100 轮胎接地胎接地压强强p（）（）0.70 单轮传压面当量面当量圆直径直径d（）（）21.30 两两轮中心距（）中心距（）1.5d（二）轮载对道路的动态影响（二）轮载对道路的动态影响由于车身自身的震动和路面由于车身自身的震动和路面的不平整，车轮实际上是以的不平整，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上一定的频率和振幅在路面上跳动。其偏离静荷载的机会跳动。其偏离静荷载的机会是均等的，设计时仍然按照是均等的，设计时仍然按照静荷载考虑。静荷载考虑。1.动态轮载不均匀性动态轮载不均匀性2.轮载作用的瞬时性轮载作用的瞬时性由于路面结构中应力出现的时间很短，来不及传递分布，其变形特性不能像静由于路面结构中应力出现的时间很短，来不及传递分布，其变形特性不能像静载那样呈现得那样完全载那样呈现得那样完全，试验表明：随着车速的提高，路基路面变形比停车状，试验表明：随着车速的提高，路基路面变形比停车状态要小很多，这个影响量在设计中要予以考虑（可以考虑为路面结构刚度的相态要小很多，这个影响量在设计中要予以考虑（可以考虑为路面结构刚度的相对提高对提高）。对于弹缩性材料，由于应力作用的瞬时性，允许按弹性结构分析。）。对于弹缩性材料，由于应力作用的瞬时性，允许按弹性结构分析。3.轮载作用的重复性轮载作用的重复性弹性路面材料在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质；弹塑性材料，如土弹性路面材料在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质；弹塑性材料，如土基和柔性路面，呈现出变形的累计。在设计中要予以考虑。基和柔性路面，呈现出变形的累计。在设计中要予以考虑。（三）轮载对路面的水平力（三）轮载对路面的水平力纵向水平力纵向水平力横向水平力横向水平力水平力：水平力：P，P轮载重量，轮载重量，路面附着系数路面附着系数 的最大值一般不超过的最大值一般不超过0.70.8，车速提高时，车速提高时，将减小将减小水平力在路面产生的剪应力只分布水平力在路面产生的剪应力只分布 在最上层，向下迅速衰减。设计时应予在最上层，向下迅速衰减。设计时应予考虑考虑三、交通分析三、交通分析（一）交通量统计（一）交通量统计 一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。年平均日交通量年平均日交通量N1:不计小型货车、小型客车、拖不计小型货车、小型客车、拖拉机和非机动车拉机和非机动车（二）轴载谱调查（二）轴载谱调查 单轴单轮单轴单轮单轴双轮单轴双轮双轴双轴三轴三轴单轴单轮单轴单轮 单轴双轮单轴双轮双轴双轴三轴三轴（三）轴载的等效换算（三）轴载的等效换算1.换算原则换算原则等效疲劳：作用在同一结构上的等效疲劳：作用在同一结构上的A荷载使其破坏的次数为荷载使其破坏的次数为a；B荷载使其破坏的次数荷载使其破坏的次数为为b，则（）等效（），则（）等效（）2.沥青路面设计的荷载换算方程沥青路面设计的荷载换算方程1）当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时）当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时式中：式中：N标准轴载的当量轴次，次标准轴载的当量轴次，次/日；日；n1被换算车辆的各级轴载作用次数，次被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；日；标准轴载标准轴载100；被换算车辆的各级轴载，；被换算车辆的各级轴载，；k被换算车辆的类型数；被换算车辆的类型数；C1轴载系数，轴载系数，C1=1+1.2(1)是轴数。当轴间距大于是轴数。当轴间距大于3米时，按单独的一米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于个轴载计算，当间距小于3米时，按双轴或多轴计算。米时，按双轴或多轴计算。C2轮组系数，单轮组为轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为，双轮组为1，四轮组为，四轮组为0.38。不计不计25以下轴载以下轴载2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时）当进行半刚性基层层底拉应力验算时不计小于不计小于50的轴载的轴载轴载系数，轴载系数，C1=1+2（m-1),m是轴数是轴数轮组系数，单轮组为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为，双轮组为1.0，四轮组为，四轮组为0.09（四）累计当量轴次（四）累计当量轴次或或车道系数车道系数单车道道1.0四四车道道0.40.5双双车道道有分隔有分隔0.5六六车道道0.30.4无分隔无分隔0.60.7公路无分隔时，路面窄取高值，路面宽取低值公路无分隔时，路面窄取高值，路面宽取低值第二节第二节 弹性层状体系理论概述弹性层状体系理论概述 一、基本假设与解题方法一、基本假设与解题方法 ph1hiEi iE1 1En n弹性层状体系示意图 1）各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向）各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，以及位移和形变是微小的；同性的，以及位移和形变是微小的；2）最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限）最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，大，其上各层厚度为有限、水平方向为无限大；其上各层厚度为有限、水平方向为无限大；3）各层在水平方向无限远处及最下一层向下无）各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移为零；限深处，其应力、形变和位移为零；4）层间接触情况，或者位移完全连续（称连续）层间接触情况，或者位移完全连续（称连续体系），或者层间仅竖向应力和位移连续而无体系），或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（称滑动体系）；摩阻力（称滑动体系）；5）不计自重。）不计自重。求解时，将车轮荷载简化为圆形均布荷载（垂直荷载与水平荷载），并在圆柱坐标求解时，将车轮荷载简化为圆形均布荷载（垂直荷载与水平荷载），并在圆柱坐标体系中分析各分量。体系中分析各分量。（一）基本假设（一）基本假设（二）解题方法（二）解题方法第三节第三节 沥青路面的破坏状态与设计指标沥青路面的破坏状态与设计指标当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至路基表面的车轮压力，便产当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至路基表面的车轮压力，便产生较大的垂直变形即沉陷。生较大的垂直变形即沉陷。一、路面局部沉陷一、路面局部沉陷（一）表现（一）表现在车轮作用下表面产生的较大在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象隆起现象（二）起因（二）起因（三）设计指标（三）设计指标路基表面由路基表面由车轮荷荷载作用作用产生的垂直生的垂直应力，可用力，可用弹性性层状体系理状体系理论求得求得 路基土的容路基土的容许垂直垂直压应力，其数力，其数值同土基的同土基的弹性模量和性模量和车轮荷荷载作用次数作用次数有关有关 二、车二、车 辙辙（一）表现（一）表现（二）起因（二）起因（三）设计指标（三）设计指标路面的纵向带状凹陷，是高级沥青路路面的纵向带状凹陷，是高级沥青路面的主要破坏型式面的主要破坏型式 是路面的结构层及土基在行车重复荷载是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实，以及结构层材料的作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形，同荷载侧向位移产生的累积永久变形，同荷载应力大小，重复作用次数以及结构层和应力大小，重复作用次数以及结构层和土基的性质有关土基的性质有关。路面的路面的计算算总残余残余变形，由残余形，由残余变形形经验公式确定公式确定 容许总残余变形，由使用要求确定容许总残余变形，由使用要求确定 或或路基表面的垂直应变，可由弹性层状体系理论求得路基表面的垂直应变，可由弹性层状体系理论求得 路基表面容许垂直应变路基表面容许垂直应变，由路基残余变形和荷载应力、，由路基残余变形和荷载应力、应力重复次数及路基弹性模量之间经验关系确定。应力重复次数及路基弹性模量之间经验关系确定。三、疲劳开裂三、疲劳开裂（一）表现（一）表现（二）起因（二）起因（三）设计指标（三）设计指标路面无显著的永久变形，最初在路面无显著的永久变形，最初在荷载作用部位形成细而短的横向荷载作用部位形成细而短的横向开裂，继而逐渐扩展成网状开裂，继而逐渐扩展成网状 较厚的沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用，较厚的沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用，使结构层底面产生的拉应变（或拉应力）值超使结构层底面产生的拉应变（或拉应力）值超过材料的疲劳强度，底面便开裂，并逐渐向表过材料的疲劳强度，底面便开裂，并逐渐向表面发展。稳定类整体性基层也会产生出疲劳开面发展。稳定类整体性基层也会产生出疲劳开裂，甚至导致面层破坏。与重复应变（或应力）裂，甚至导致面层破坏。与重复应变（或应力）大小和路面的环境因素有关大小和路面的环境因素有关。或或结构层底面的拉应变和拉应力结构层底面的拉应变和拉应力、结构层材料的容许疲劳拉应变和拉应力结构层材料的容许疲劳拉应变和拉应力、四、推四、推 移移（一）表现（一）表现（二）起因（二）起因（三）设计指标（三）设计指标车轮荷载引起的垂直力和水平力的综合作用，使结构层内产生的剪应力超过材料车轮荷载引起的垂直力和水平力的综合作用，使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。同时也与行驶车轮的冲击、振动有关。的抗剪强度。同时也与行驶车轮的冲击、振动有关。受到较大的车轮水平荷载受到较大的车轮水平荷载作用时，路面表面出现推作用时，路面表面出现推移和拥起移和拥起 车轮的垂直力和水平力的共同作用下，面层中可能产车轮的垂直力和水平力的共同作用下，面层中可能产 生的最大剪应力生的最大剪应力 材料的容许剪应力材料的容许剪应力 五、低温缩裂五、低温缩裂（一）表现（一）表现（二）起因（二）起因横向间隔性的裂缝，严重时发展横向间隔性的裂缝，严重时发展为纵向裂缝为纵向裂缝 路面结构中某些整体性结构层在低温（通路面结构中某些整体性结构层在低温（通常为负温度）时由于材料收缩受限制而产常为负温度）时由于材料收缩受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生开裂下的抗拉强度时便产生开裂（三）设计指标（三）设计指标低温时结构层材料因收缩受约束而产生的温度应力低温时结构层材料因收缩受约束而产生的温度应力 某种温度下材料的容许拉应力某种温度下材料的容许拉应力 第四节第四节 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计 一、一般考虑一、一般考虑（一）路线、路基和路面要做总体设计（一）路线、路基和路面要做总体设计路基稳定、基层坚实、面层耐用路基稳定、基层坚实、面层耐用公路等级公路等级路面等级路面等级面层类型面层类型设计设计年限年限设计年限内累计标准设计年限内累计标准轴次（万次轴次（万次/一车道）一车道）高速、一级公路高速、一级公路高级路面高级路面沥青混凝土、沥青混凝土、15400二级公路二级公路高级路面高级路面沥青混凝土、沥青混凝土、12200次高级路面次高级路面热拌沥青石、沥青贯入式热拌沥青石、沥青贯入式10100200三级公路三级公路次高级路面次高级路面热拌沥青石、沥青贯入式热拌沥青石、沥青贯入式810100四级公路四级公路中级路面中级路面水结碎石、泥结碎石、级配水结碎石、泥结碎石、级配碎（砾）石、半整齐石块碎（砾）石、半整齐石块510低级路面低级路面粒料改善土粒料改善土5（二）因地制宜、合理选材（二）因地制宜、合理选材（三）方便施工、便于养护（三）方便施工、便于养护（四）分期修建、逐步提高（四）分期修建、逐步提高（无）注意与排水设计相结合（无）注意与排水设计相结合二、沥青路面结构组合的原则二、沥青路面结构组合的原则（一）适应行车荷载作用的要求（一）适应行车荷载作用的要求 各结构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，以使各结构层材料的效各结构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，以使各结构层材料的效能得到充分发挥。能得到充分发挥。结构层数既要体现强度和刚度沿深度递减的规律结构层数既要体现强度和刚度沿深度递减的规律，又要考虑施工工艺、材料规，又要考虑施工工艺、材料规格和强度形成原理格和强度形成原理 根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥青质量等因素，综合考根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥青质量等因素，综合考虑确定沥青层厚度虑确定沥青层厚度 基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，发挥基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，发挥压实机具的功能以及有利于施工等因素选择压实机具的功能以及有利于施工等因素选择 各类结构层具有满足施工要求的最小厚度和适宜厚度各类结构层具有满足施工要求的最小厚度和适宜厚度（二）适当的层数和层厚（二）适当的层数和层厚 半无限体的应变半无限体的应变容许应变容许应变公公 路路 等等 级沥青青层推荐厚度（）推荐厚度（）公公 路路 等等 级沥青青层推荐厚度（）推荐厚度（）高速公路高速公路1218三三级公路公路24一一级公路公路1015四四级公路公路12.5二二级公路公路510结构构层类型型施工最小厚度（）施工最小厚度（）结构构层的适宜厚度（）的适宜厚度（）沥青混凝土青混凝土热拌拌沥青碎石青碎石粗粗 粒粒 式式5.068中中 粒粒 式式4.046细 粒粒 式式2.52.54沥青石屑青石屑1.51.525沥青砂青砂1.01.01.5沥青青贯入式入式4.048沥青上拌下青上拌下贯式式6.0610沥青表面青表面处治治1.0层铺13，拌和，拌和24水泥水泥稳定定类15.01620石灰石灰稳定定类15.01620石灰工石灰工业废渣渣类15.01620级配碎、配碎、砾石石81015泥泥结碎石碎石81015填隙碎石填隙碎石101012（三）考虑水温状况的影响（三）考虑水温状况的影响 1.潮湿路段及中湿路段沥青路面的基层一般应选择水稳定性好的材料潮湿路段及中湿路段沥青路面的基层一般应选择水稳定性好的材料 2.在季冻地区，当冻深较大，路基土为易冻胀土时，路面结构中应设置防止在季冻地区，当冻深较大，路基土为易冻胀土时，路面结构中应设置防止冻胀和翻浆的垫层。路面总厚度的确定，除满足强度要求外，还应满足下冻胀和翻浆的垫层。路面总厚度的确定，除满足强度要求外，还应满足下表防冻厚度的要求表防冻厚度的要求 路基路基类型型路路 基基 土土 质粘粘 性性 土、土、细 亚 粘粘 土土粉粉 性性 土土 基基垫层类型型道路道路冻深深()砂石砂石类稳定土定土类工工 业废料料类砂砂 石石 类稳定土定土类工工 业废料料类中中湿湿50100404535403035455040453040100150455040453540506045504045150200506045554050607050604550大于大于20060705565505570756070506560100455540503545506045554050潮潮湿湿100150556050554550607055655060150200607055655055708065706065大于大于20070806575557080100709065803.基层易于冲刷或路基路面排水不良应在面层中最少使用一层不透水的沥青基层易于冲刷或路基路面排水不良应在面层中最少使用一层不透水的沥青混合料。混合料。（四）适应复杂受力条件（四）适应复杂受力条件 5）基层与面层的模量比应不小于）基层与面层的模量比应不小于0.3，土基与基层或底基层的模量比宜，土基与基层或底基层的模量比宜为为0.080.40。1）提高基层模量和厚度可以显著降低路基压应力，模量的影响大于厚）提高基层模量和厚度可以显著降低路基压应力，模量的影响大于厚度度2）对路面弯沉的影响，路基模量）对路面弯沉的影响，路基模量基层模量基层模量基层厚度基层厚度 面层模量面层模量面面层厚度层厚度3）采用大的基层模量、好的层间联结以及控制基层厚度大于）采用大的基层模量、好的层间联结以及控制基层厚度大于2，面层，面层厚度避开厚度避开0.51.0 可以减小面层层底拉应力。可以减小面层层底拉应力。4）基层底面拉应力随着基层模量的相对增大而增大，随着路基模量的）基层底面拉应力随着基层模量的相对增大而增大，随着路基模量的增大而减小。面层厚度在增大而减小。面层厚度在0.5 左右（左右（46）时，基层底面拉应力最大；）时，基层底面拉应力最大；基层厚度在基层厚度在23（2540）时基层底面拉应力趋于稳定。）时基层底面拉应力趋于稳定。6）只有面层本身抗剪强度高和采用较高模量的基层才对控制剪切破坏）只有面层本身抗剪强度高和采用较高模量的基层才对控制剪切破坏有效，其他因素影响甚微。有效，其他因素影响甚微。（五）顾及各结构层本身的结构特性及其与相邻层次的互相影响（五）顾及各结构层本身的结构特性及其与相邻层次的互相影响1.在冰冻地区和气候干燥地区，无机结合料稳定类基层的收缩常会在沥青路在冰冻地区和气候干燥地区，无机结合料稳定类基层的收缩常会在沥青路面上产生反射裂缝，可在层间加设一层柔性联结层，或者适当加厚面层面上产生反射裂缝，可在层间加设一层柔性联结层，或者适当加厚面层。2.在潮湿的粉土或粘性土路基上，不宜直接铺筑碎（砾）石等颗粒类材料。在潮湿的粉土或粘性土路基上，不宜直接铺筑碎（砾）石等颗粒类材料。必要式，可在路基顶面设土工布隔离层，以防止基层污染或路面变形过大。必要式，可在路基顶面设土工布隔离层，以防止基层污染或路面变形过大。3.层间结合应尽量紧密，避免产生滑移，以保证结构的整体性和应力分布的层间结合应尽量紧密，避免产生滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性连续性4.沥青面层与基层间应设置沥青透层或沥青粘层，必要时使用下封层。沥青面层与基层间应设置沥青透层或沥青粘层，必要时使用下封层。三、典型沥青路面结构组合三、典型沥青路面结构组合1530cm石灰土、二灰土、水泥石灰土或与上层相同的石灰土、二灰土、水泥石灰土或与上层相同的 材料材料418cm一至三层一至三层AC或或AC+AM或或SMA+AC1530cm水泥稳定集料、二灰稳定集料、水泥二灰稳定集料水泥稳定集料、二灰稳定集料、水泥二灰稳定集料15？cm粗砂粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣、砂砾、碎石、煤渣、矿渣、412cm一至三层一至三层AC或或AC+AM或或SMA+AC820cm一至二层沥青碎石一至二层沥青碎石1540cm级配碎石或沥青稳定碎石级配碎石级配碎石或沥青稳定碎石级配碎石15？cm粗砂粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣、砂砾、碎石、煤渣、矿渣、典型半刚性基层沥青路面典型半刚性基层沥青路面典型柔性基层沥青路面典型柔性基层沥青路面 第五节第五节 新建沥青路面的结构厚度计算新建沥青路面的结构厚度计算 一、沥青路面厚度设计的基本方法一、沥青路面厚度设计的基本方法（一）经验法（一）经验法法、法为代表法、法为代表（二）理论法（二）理论法法、法、前苏联运输工程部方法以及我国沥青路面设计方法为代表法、法、前苏联运输工程部方法以及我国沥青路面设计方法为代表二、我国沥青路面厚度设计方法概述二、我国沥青路面厚度设计方法概述（一）力学模型（一）力学模型双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系（二）路面整体刚度设计指标（二）路面整体刚度设计指标设计弯沉值设计弯沉值（三）路面抗弯拉验算指标（三）路面抗弯拉验算指标层底容许拉应力层底容许拉应力（四）路面抗剪验算指标（四）路面抗剪验算指标面层容许剪应力面层容许剪应力 ph1hnEn-1 n-1E1 1E0 0AAph1hnEn-1 n-1E1 1E0 0B DECCEDB路表弯沉值计算图式路表弯沉值计算图式层底拉应力计算图式层底拉应力计算图式h1hnEn-1 n-1E1 1E0 0DD剪应力计算图式剪应力计算图式三、以设计弯沉进行厚度设计三、以设计弯沉进行厚度设计（一）路面临界破坏状态（一）路面临界破坏状态外外 观 等等 级外外 观 状状 况况路路 面面 表表 面面 外外 观 特特 征征一一好好坚实、平整、无裂、平整、无裂纹、无、无变形形二二较 好好平整、无平整、无变形、少量形、少量发裂裂三三中中平整、无平整、无变形、有少量形、有少量纵向或不向或不规则裂裂纹四四较 坏坏无明无明显变形，有形，有较多多纵横向裂横向裂纹或局部网裂或局部网裂五五坏坏连片片严重重龟（网）裂或拌有（网）裂或拌有车辙、沉陷、沉陷（二）路面弯沉变化规律（二）路面弯沉变化规律Ne104105106107竣竣工工后后第第一一年年不不利利季季节节临界破坏临界破坏区间区间路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值沉值（三）容许弯沉与设计弯沉（三）容许弯沉与设计弯沉容许弯沉与累计轴载次数的关系容许弯沉与累计轴载次数的关系路面竣工后第一年不利季节、路面在设计标准轴载作用下，测得的最大回弹路面竣工后第一年不利季节、路面在设计标准轴载作用下，测得的最大回弹弯沉值弯沉值 相对弯沉变化系数，基于路面弯沉变化统计相对弯沉变化系数，基于路面弯沉变化统计（四）路面设计状态下的计算弯沉（四）路面设计状态下的计算弯沉1.路面设计状态路面设计状态最大刚度状态最大刚度状态半刚性基层材料的龄期达到半刚性基层材料的龄期达到6个月，相当于设计弯沉对应的使用个月，相当于设计弯沉对应的使用时间。时间。2.弯沉修正弯沉修正3.计算弯沉计算计算弯沉计算P、标准车型的轮胎接地压强（）和当量圆半径；标准车型的轮胎接地压强（）和当量圆半径；c理论弯沉系数；理论弯沉系数；（五）应用（五）应用1.计算弯沉与设计弯沉的计算状态现同，取计算弯沉与设计弯沉的计算状态现同，取，反推，反推c，由，由c求取结构组合（材料、模求取结构组合（材料、模量和厚度组合）；量和厚度组合）；2.验算与的关系。验算与的关系。四、层底拉应力验算四、层底拉应力验算应用条件应用条件结构中含有一般情况下呈现整体性或板体性，受荷时在底部结构中含有一般情况下呈现整体性或板体性，受荷时在底部产生拉应力的结构层（高速公路、一级公路、二级公路沥青混合料面层和产生拉应力的结构层（高速公路、一级公路、二级公路沥青混合料面层和半刚性基层材料的基层、底基层）半刚性基层材料的基层、底基层）计算弯拉应力；计算弯拉应力；理论最大拉应力系数理论最大拉应力系数;材料容许疲劳拉应力；材料容许疲劳拉应力；材料极限劈裂抗拉强度；材料极限劈裂抗拉强度；抗拉强度结构系数；抗拉强度结构系数；无机结合料稳定集料类无机结合料稳定集料类:沥青混凝土面层沥青混凝土面层：无机结合料稳定土类：无机结合料稳定土类：沥青混合料青混合料级配的系数配的系数 公路等公路等级系数系数 五、面层剪应力验算五、面层剪应力验算计算剪应力，由车轮垂直和水平荷载确定计算剪应力，由车轮垂直和水平荷载确定c最大剪应力最大剪应力 其中：其中：查图或借助计算机查图或借助计算机求解求解查图进行上式计算时，图中数据选取摩擦系数为查图进行上式计算时，图中数据选取摩擦系数为0.3时得到，实际的计算要依实际摩时得到，实际的计算要依实际摩擦系数对其修正擦系数对其修正材料容许疲劳剪应力材料容许疲劳剪应力对于紧急制动情况，采用动载测定粘聚力对于紧急制动情况，采用动载测定粘聚力c 2c考虑疲劳：考虑疲劳：停车站、交叉路口等缓慢制动处：停车站、交叉路口等缓慢制动处：紧急制动时：紧急制动时：停停车站在站在设计年限内停年限内停车的的标准准轴累累计数。数。对交叉路口考交叉路口考虑到停到停车时车种的不同，种的不同，每一次每一次红灯停灯停车轴数数应按入交叉口等待通按入交叉口等待通过的的车轴数与数与车道内道内车种比例情况确定种比例情况确定 六、土基回弹模量六、土基回弹模量E0和路面材料参数的确定和路面材料参数的确定（一）土基回弹模量值的确定（一）土基回弹模量值的确定 1.现场实测法现场实测法 1）刚性承载板测定）刚性承载板测定2）由回弹弯沉测定）由回弹弯沉测定EoL某点土基回弹模量；某点土基回弹模量；Eos某路段土基回弹模量设计值；某路段土基回弹模量设计值；、S分分别为该路段路段实测土基回土基回弹模量平均模量平均值与与标准差；准差；Za保保证率系数，高速公路、一率系数，高速公路、一级公路公路为2，二三，二三级公路公路为1.648，四，四级公路公路为1.5；K1不利季不利季节影响系数，可根据当地影响系数，可根据当地经验选用。用。2.室内实验法室内实验法 取代表性土样在室内测定最佳含水量条件下小承载板（顶面法）取代表性土样在室内测定最佳含水量条件下小承载板（顶面法）的回弹模量的回弹模量E0值，考虑不利季节，不利年份的影响对其折减。值，考虑不利季节，不利年份的影响对其折减。3.由、压实度或地基反应模量由、压实度或地基反应模量K值换算值换算换算关系来自试验数据统计。换算关系来自试验数据统计。4.由土质、干湿类型和公路所处的自然区划查表由土质、干湿类型和公路所处的自然区划查表数据来源于全国大范围的数据统计。数据来源于全国大范围的数据统计。（二）路面材料设计参数的确定（二）路面材料设计参数的确定 1.抗压回弹模量抗压回弹模量2.沥青混合料和稳定类基层材料抗弯拉强度沥青混合料和稳定类基层材料抗弯拉强度3.沥青混合料抗剪强度参数沥青混合料抗剪强度参数c、1）由室内试验测定）由室内试验测定三轴试验或室内小承载板试验（水泥稳定类要达到三个三轴试验或室内小承载板试验（水泥稳定类要达到三个月龄期，石灰稳定类要达到六个月龄期，标准试验温度为月龄期，石灰稳定类要达到六个月龄期，标准试验温度为20，沥青混合料增加，沥青混合料增加15试验用于层底拉应力验算。）试验用于层底拉应力验算。）2）可行性研究阶段或二级以下公路的初步设计可以引用经验抗压回弹模量（规）可行性研究阶段或二级以下公路的初步设计可以引用经验抗压回弹模量（规范列表）范列表）1）由劈裂试验确定；）由劈裂试验确定；2）可行性研究阶段或二级以下公路的初步设计）可行性研究阶段或二级以下公路的初步设计可以引用经验抗弯拉强度（规范列表）可以引用经验抗弯拉强度（规范列表）。由三轴压缩试验通过绘制莫尔应力圆确由三轴压缩试验通过绘制莫尔应力圆确定，试验温度为当地高温月份路表实际定，试验温度为当地高温月份路表实际温度的平均值。温度的平均值。c七、季冻区路面防冻总厚度验算七、季冻区路面防冻总厚度验算6580709080100557065757080大于大于200 cm606565707080505555656070150200 cm506055656070455050555560100150 cm潮潮湿湿40504555506035454050455560100 cm506560707075505555656070大于大于200 cm455050606070405045555060150200 cm404545505060354040454550100150 cm30404045455030353540404550100 cm中中湿湿工工 业废料料类稳定土定土类砂砂 石石 类工工 业废料料类稳定土定土类砂石砂石类粉粉 性性 土土粘粘 性性 土、土、细 亚 粘粘 土土 土土质 基、基、垫 层类型型 道路道路冻深深路路基基类型型道路冻深：道路冻深：a路面结构层材料的热路面结构层材料的热物性系数物性系数b路面横断面（填挖）路面横断面（填挖）系数系数c路基潮湿类型系数路基潮湿类型系数f最近最近10年冻结指数平均值（冬季负年冻结指数平均值（冬季负温度累积值）温度累积值）1.根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。2.按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于下路段长度不宜小于500，若为大规模机械化施工，不宜小于，若为大规模机械化施工，不宜小于1），），确定各路段土基回弹模量值。确定各路段土基回弹模量值。3.根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。4.根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是滞满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构应力是滞满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。上述计算应采用弹性多层体系理论编制的抗拉强度，再重新计算。上述计算应采用弹性多层体系理论编制的程序进行。程序进行。5.对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否满足要求。是否满足要求。八、新建公路沥青路面结构设计程序八、新建公路沥青路面结构设计程序搜集调查交通量并搜集调查交通量并计算累计标准轴次计算累计标准轴次根据交通、道路设计等级根据交通、道路设计等级等资料计算设计弯沉等资料计算设计弯沉气象资料、材料调气象资料、材料调查及混合料试验查及混合料试验确定土基干湿类型、确定土基干湿类型、回弹模量回弹模量拟拟 定定 路路 面面 结结 构构 方方 案案确定材料抗压回弹模量确定材料抗压回弹模量按设计弯沉计算路面厚度按设计弯沉计算路面厚度是否验算拉力是否验算拉力确定路面材料抗拉强度确定路面材料抗拉强度确定容许疲劳拉应力确定容许疲劳拉应力R R计算层底拉应力计算层底拉应力mmR R？是否增加厚度是否增加厚度是否调整材料是否调整材料是否验算防冻厚度是否验算防冻厚度是否有其他方案是否有其他方案技术经济比选，确技术经济比选，确定采用的路面结构定采用的路面结构总厚度总厚度防防冻厚度？冻厚度？否否否否否否验算验算合格合格不不合合格格有有不满足不满足满足满足否否是是是是九、例题九、例题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。该路段处于7区，为粉质土，稠度为区，为粉质土，稠度为1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供，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所示，试进行路面结构设计。给。预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，试进行路面结构设计。车型型前前轴重重()后后轴重重()后后轴数数后后轴轮组数数后后轴距距交通量交通量(次次/日日)三菱三菱T653B29.348.01双双轮组300黄河黄河16358.6114.01双双轮组400江淮江淮15045.1101.51双双轮组400解放解放920031.378.03双双轮组3m300湘江湘江4023.173.22双双轮组3m400东风15526.556.72双双轮组 3m400第六节第六节 沥青路面改建设计沥青路面改建设计 旧砂石路面或沥青路面加铺沥青旧砂石路面或沥青路面加铺沥青结构层结构层 一、旧路面结构状况调查与评定一、旧路面结构状况调查与评定1.1.交通调查交通调查对于当前的交通量和车型组成进行实地观测。通过调查分析预估交对于当前的交通量和车型组成进行实地观测。通过调查分析预估交通量增长趋势，确定年平均增长率；通量增长趋势，确定年平均增长率；2.2.路基状况调查路基状况调查调查沿线路基土质、填挖高度、地面排水情况、地下水位，以确定调查沿线路基土质、填挖高度、地面排水情况、地下水位，以确定路基土组和干湿类型；路基土组和干湿类型；3.3.路面状况调查路面状况调查调查路面结构类型、组合和各层厚度，为此需开挖试坑进行量测和调查路面结构类型、组合和各层厚度，为此需开挖试坑进行量测和取样试验。量测路基和路面宽度。详细记载路表状况及路拱大小。取样试验。量测路基和路面宽度。详细记载路表状况及路拱大小。对路面的病害和破坏应详加记述并分析产生原因；对路面的病害和破坏应详加记述并分析产生原因；4.4.路面修建和养护历史调查路面修建和养护历史调查 （一）路面结构状况调查（一）路面结构状况调查（二）旧路面结构强度评定（二）旧路面结构强度评定 测量各个路段路表轮隙回弹弯沉后求算路段当量回弹模量测量各个路段路表轮隙回弹弯沉后求算路段当量回弹模量 1.评定方法评定方法2.路线分段路线分段1）同一路段路基的干湿类型与土质基本相同。）同一路段路基的干湿类型与土质基本相同。2）同一路段内各测点的弯沉值比较接近，）同一路段内各测点的弯沉值比较接近，3）各路段的最小长度应与施工方法相适应。）各路段的最小长度应与施工方法相适应。（一般不小于（一般不小于500m，机械化施工时不小于，机械化施工时不小于1。在水文、土质条件复杂或需特。在水文、土质条件复杂或需特殊处理的路段，其分段长度可视实际情况确定。）殊处理的路段，其分段长度可视实际情况确定。）3.路段计算弯沉路段计算弯沉路段的路段的计算弯沉算弯沉值（1/100mm）；）；S路段内原路面上路段内原路面上实测弯沉的弯沉的标准差（准差（1/100mm）；）；保保证率系数，二率系数，二级及二及二级以上公路路面以上公路路面时取取1.5，三、四级公路时取，三、四级公路时取1.3；K1，K2分分别为季季节影响系数和湿度影响系数，可根据当地影响系数和湿度影响系数，可根据当地经验选用；用；路段内原路面上实测弯沉的平均值（路段内原路面上实测弯沉的平均值（1/100mm）；）；K3温度修正系数（对旧沥青路面）。温度修正系数（对旧沥青路面）。统计加工得统计加工得到的弯沉温到的弯沉温度修正系数度修正系数经验公式：经验公式：当当T120时时 当当T120时时 4.路段当量回弹模量路段当量回弹模量弯沉弯沉测定定车的的轮胎胎压力，通常力，通常为0.7MPa；D与弯沉测定车双圆轮迹面积相等的承载板直径，即与弯沉测定车双圆轮迹面积相等的承载板直径，即1.414d，d为轮迹单圆直径；为轮迹单圆直径；m1轮板比，一般情况下应通过在旧路面上进行对比试验确定。没有对比资料的情况轮板比，一般情况下应通过在旧路面上进行对比试验确定。没有对比资料的情况下取下取1.1；m2原路面当量回弹模量扩大系数。计算其它补强层层底拉应力及弯沉值时，原路面当量回弹模量扩大系数。计算其它补强层层底拉应力及弯沉值时，m2=1.0 计算与原有路面接触的补强层层底拉应力时计算与原有路面接触的补强层层底拉应力时：1与原路面接触层材料的抗压回弹模量（）与原路面接触层材料的抗压回弹模量（）h各补强层换算为与原路面接触层各补强层换算为与原路面接触层1相当的等效厚度（）相当的等效厚度（）二、补强厚度的计算二、补强厚度的计算（一）补强厚度计算与新路设计方法相同，以路面表面（一）补强厚度计算与新路设计方法相同，以路面表面当量回弹模量做为计算时的土基回弹模量当量回弹模量做为计算时的土基回弹模量E0，仍以设计，仍以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标；弯沉值作为路面整体刚度的控制指标；（二）对于二级和二级以上公路，还应进行补强层底面（二）对于二级和二级以上公路，还应进行补强层底面拉应力的验算。拉应力的验算。（三）设计弯沉值、各补强层底面的容许拉应力的计算（三）设计弯沉值、各补强层底面的容许拉应力的计算方法、弯沉综合修正系数及补强层材料参数的确定与新方法、弯沉综合修正系数及补强层材料参数的确定与新建路面设计时的各项方法相同。建路面设计时的各项方法相同。