第4-8b讲 沥青路面结构图设计.

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,路面施工,学习情境,1,：,公路路面结构图设计与识读,工作任务一：,认知公路路面结构组成,工作任务二：,认知对路面的基本要求,工作任务三：,收集公路路面设计资料,工作任务四：公路沥青路面结构图设计,工作任务五：,公路水泥混凝土路面结构图设计,工作任务六：,认知路面排水结构,工作任务七：,阅读与绘制公路路面结构图,路面施工,项目：沥青路面结构图设计,学习目标：,知道公路沥青路面设计的基本原理、设计依,据、内容和方法；,能根据具体条件选择沥青路面结构组合形,式；,根据设计资料和有关技术规范的要求，正确绘,制常用沥青路面结构图。,工作任务四：沥青路面结构图设计,一、沥青路面设计理论概况,二、沥青路面厚度计算的依据,三、沥青路面结构组合设计,四、新建沥青路面结构厚度计算,五、改建沥青路面设计,三、沥青路面结构组合设计,1、沥青路面设计遵循的原则,沥青路面的强度和稳定性，除取决于路面结构层外，还与路基土类或岩性、路基土的湿度、密度、路基横断面形式（填方或挖方）等有直接关系。为使所设计的沥青路面技术先进、经济、合理、安全可靠，并与周围环境协调，在沥青路面设计工作中应遵循下列原则：,三、沥青路面结构组合设计,1、沥青路面设计遵循的原则,（1）开展现场资料调查和收集工作，做好交通荷载分析与预测，按照全寿命周期成本的理念进行路面设计；,（2）调查掌握沿线路基特点，查明土质、路基干湿类型，在对不良地质路段处理的基础上按面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求进行路基路面综合设计；,三、沥青路面结构组合设计,1、沥青路面设计遵循的原则,（3）遵循因地制宜、合理选材、节约投资的原则，选择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面结构方案；,（4）结合当地条件，积极、慎重地推广新技术、新结构、新材料、新工艺、新设备，并认真铺筑试验路段，总结经验，不断完善，逐步推广；,三、沥青路面结构组合设计,1、沥青路面设计遵循的原则,（5）符合国家环境保护的有关规定，保护相关人员的安全和健康，重视材料的再生利用与废弃料的处理；,（6）高速公路、一级公路的沥青路面不宜采用分期修建。对软土地区或高填方路基、黄土湿陷地区等可能产生较大沉降的路段，以及初期交通量较小的公路可“一次设计、分期修建”。,三、沥青路面结构组合设计,2、沥青路面各结构层的选择,三、沥青路面结构组合设计,2、沥青路面各结构层的选择,沥青路面面层类型,，应与公路等级、使用要求、交通等级相适应。不仅要考虑高强、平整、抗滑、热稳定性好、低温性能好、水稳性好和不透水等特性，还应考虑设几层较为合适。,AC、SMA可用于各级公路的面层；沥青碎石、沥青贯入式、沥青表处和稀浆封层可用于三、四公路面层；冷拌沥青混合料可用于交通量小的三、四级公路面层。,三、沥青路面结构组合设计,2、沥青路面各结构层的选择,应根据不同地区公路等级及所处层位的功能要求，并综合考虑满足耐久性、抗车辙、抗裂、抗水损害能力、抗滑性能等多方面要求以及施工机械、工程造价等实际情况选择沥青混合料的种类。沥青路面各层适用的沥青混合料参考类型见表1-4-11所示。,三、沥青路面结构组合设计,2、沥青路面各结构层的选择,基层与底基层类型选择,基层要有足够的强度、一定的刚度和水稳定性。基层、底基层选择应贯彻就地取材的原则，认真作好当地材料的调查，根据交通量及其组成、气候条件、筑路材料以及路基水文状况等因素，选择技术可靠、经济合理的结构层。,三、沥青路面结构组合设计,2、沥青路面各结构层的选择,垫层类型选择,垫层通常设在路基处于潮湿和过湿以及有冰冻翻浆的路段，以排除路面、路基中滞留的自由水。,常用材料有两类：,一类是松散粒料的透水性垫层；一类是整体性材料，如水泥或石灰粉煤灰稳定类的稳定性垫层。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,路基路面是一个整体结构，各结构层有各自的特性和作用，并相互制约和影响，结构组合不合理，所用材料再好、厚度再大也无济于事。,路面结构层的组合设计，就是按行车和环境因素对不同层位的要求，结合各类结构层本身的性能进行合理组合，最大限度地发挥各结构层的效能，使整个路面结构经济合理。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,1）各结构层的强度组合设计要求,车轮荷载作用于路面表面，路面结构内部产生的竖向应力和应变随深度而递减，因而对各层材料的强度（刚度）的要求也可随深度而相应减小。,因此，,路面各结构层一般应按强度自上而下递减的方式组合。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,1）各结构层的强度组合设计要求,采用强度（刚度）按深度递减模式组合路面时，相邻结构层之间模量不能相差过大。若相差过大，上层底面会因下层变形过大而产生较大拉应力，导致上层被拉裂。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,1）各结构层的强度组合设计要求,对于半刚性基层沥青路面结构，沥青层的回弹模量一般小于半刚性基层的回弹模量，基层与沥青面层模量比宜在之间；基层与底基层的模量比不宜大于；底基层与土基的模量比宜在之间。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,1）各结构层的强度组合设计要求,对于柔性基层沥青路面结构，沥青层与沥青层之间的回弹模量相差较小，而沥青层与级配碎石层之间的回弹模量相差较大，此时沥青层底的拉应力较大。选用结构层间模量逐渐递减的组合可使结构受力更合理。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,2）结构层的层数和厚度组合设计要求,沥青路面通常为多层结构，结构层层数越多，越能体现强度与荷载应力随深度变化的规律相适应，而且能够降低工程造价。但是，结构层层数过多将带来施工工艺及材料制备上的困难，为了便于施工，路面结构层的层数不宜过多。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,2）结构层的层数和厚度组合设计要求,每一结构层的施工最小厚度和适宜厚度的确定，应综合考虑以下因素：,（1）结构层的造价（面层高，基层、垫层低）；（2）各结构层扩散应力的效果（1540cm）；（3）压实机具的能力（面层：610cm，基层1520cm）；（4）沥青面层的厚度。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,3）各结构层的层间结合设计要求,在进行结构组合设计时，应注意相邻层次的互相影响，采取相应的技术措施限制或消除所产生的不利影响。,在半刚性结构层上修建沥青面层时，由于半刚性结构层材料的干缩和温缩开裂，会导致面层相应出现反射裂缝，应采取防止反射裂缝产生措施。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,3）各结构层的层间结合设计要求,（1）半刚性基层沥青路面宜采取以下措施减少收缩开裂和反射裂缝：,A、选用骨架密实型半刚性基层，严格控制细料含量、结合料剂量、含水率及养生时间；,B、适当加大沥青面层厚度，在半刚性结构上设置沥青稳定碎石或级配碎石等柔性基层；,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,3）各结构层的层间结合设计要求,（1）半刚性基层沥青路面宜采取以下措施减少收缩开裂和反射裂缝：,C、在半刚性结构层上设置改性沥青应力吸收层或应力吸收膜或者铺设实践证明有效的耐高温的土工合成材料等。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,3）各结构层的层间结合设计要求,（2）层间结合紧密的技术措施：,A、沥青层之间设置粘层沥青，可用乳化沥青、改性乳化沥青或热沥青；,B、各种基层上设置透层沥青，应具有良好的渗透性能，可用液体沥青（稀释沥青），乳化沥青等；,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,3）各结构层的层间结合设计要求,（2）层间结合紧密的技术措施：,C、在半刚性基层设置下封层；,、新、旧沥青层之间，以及沥青层与旧水泥混凝土板之间洒布粘层沥青，宜用热沥青、改性乳化沥青或乳化沥青；,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,3）各结构层的层间结合设计要求,、拓宽路面时，新、旧路面接茬处喷涂粘结沥青，并在接茬顶面各宽度范围内设置防裂土工织物；,F、双层式半刚性基层宜采用连续摊铺、碾压工艺；,G、沥青面层与水泥混凝土桥面之间宜设置防水粘结层。,三、沥青路面结构组合设计,3、沥青路面结构组合设计要求,4）垫层设计要求,（1）垫层设计基本要求,A、防冻垫层应采用透水性好的粒料类材料；,B、采用碎石和砂砾垫层时，颗粒组成宜满足无结合料材料的级配要求，最大粒径应与结构层厚度相协调，一般最大粒径应不超过结构层厚度的1/2。,（2）冰冻区划分,三、沥青路面结构组合设计,4、沥青路面结构组合设计步骤,（1）确定交通等级和面层类型,应根据公路等级、使用要求、设计年限、标准轴载累计当时轴次以及筑路材料、施工机具和自然条件等确定。,（2）确定基层类型,选择基层类型关系到路面结构的耐久性和长期使用性能，首先应根据交通等级进行比选，同时考虑地基支撑的可能性以及路基的水温状况、路基排水与路基稳定的可靠程度作不同方案，然后比选；,三、沥青路面结构组合设计,4、沥青路面结构组合设计步骤,（3）确定是否设置垫层及垫层类型,（4）确定路面结构层次和初拟各结构层厚度,遵循路面结构组合设计的五条基本原则，拟定路面结构层次方案，一般拟定几个方案进行比较选优，具体结构层厚度计算见后。,三、沥青路面结构组合设计,典型路面结构组合,三、沥青路面结构组合设计,4、沥青路面结构组合设计步骤,三、沥青路面结构组合设计,4、沥青路面结构组合设计步骤,四、新建沥青路面结构厚度计算,1、沥青路面设计程序,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。,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500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定各路段土基的回弹模量值。,四、新建沥青路面结构厚度计算,1、沥青路面设计程序,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。,四、新建沥青路面结构厚度计算,1、沥青路面设计程序,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材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，应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、提高极限抗拉强度，再重新计算。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符合要求。,四、新建沥青路面结构厚度计算,1、沥青路面设计程序,进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。,四、新建沥青路面结构厚度计算,2、轮隙中心路表回弹弯沉的计算,路表弯沉值计算图式,四、新建沥青路面结构厚度计算,2、轮隙中心路表回弹弯沉的计算,四、新建沥青路面结构厚度计算,2、轮隙中心路表回弹弯沉的计算,计算步骤,：,（1）对拟订的结构组合，拟订某一层位作为设计层；（2）计算设计车道的累计当量轴次N,e,，确定设计弯沉值l,d,；（3）确定土基的抗压回弹模量设计值E,0,；（4）论证地确定各层材料的抗压回弹模量设计值；（5）根据设计车道累计当量轴次、设计弯沉值、各结构层的抗压回弹模量、土基抗压回弹模量以及已知结构层的厚度，利用专用设计程序即可求得设计层的厚度。,四、新建沥青路面结构厚度计算,3、路面结构层层底拉应力计算,层底拉应力按下式计算，计算点为双圆荷载单圆中心,B,点和双圆轮隙中心,C,点并取较大值作为层底拉应力。,四、新建沥青路面结构厚度计算,3、路面结构层层底拉应力计算,沥青混凝土和半刚性材料层的层底拉应力计算图式,四、新建沥青路面结构厚度计算,3、路面结构层层底拉应力计算,式中： 理论最大拉应力系数，可用计算式括号内的参数作为输入数据，应用通用计算软件计算得到。,五、改建沥青路面设计,1、 旧路面结构状况调查与评定,（1）路面结构状况调查,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通量增长趋势，确定年平均增长率。,路基状况调查,：调查沿线路基土质、含水量、挖填情况、承载力等，分析路基的稳定性、强度及路基路面排水状况等，确定路基土组和干湿类型。,五、改建沥青路面设计,1、 旧路面结构状况调查与评定,（1）路面结构状况调查,路面状况调查,：调查路面结构类型、各层厚度及路面破损状况。为此需要开挖试坑或钻芯取样量测，采集各结构层样品试验，分析破坏原因。,路面修建和养护历史调查,。,五、改建沥青路面设计,1、 旧路面结构状况调查与评定,（2）路面结构强度评定,评定方法,：通常采用贝克曼梁量测路表轮隙中心回弹弯沉的方法。,每,2050 m,一个测点，每路段每车道的测点不少于,20,个。,在最不利季节进行测定，如不是在最不利季节测定，应按当地季节影响系数进行修正。,五、改建沥青路面设计,1、 旧路面结构状况调查与评定,（2）路面结构强度评定,路段划分,：一般以,1km,为单位对路面进行评价。,路面破损形态、弯沉值、破损原因相近的划分为一个路段。,同一路段中若局部路段弯沉值很大，应先修补处理再进行补强。,五、改建沥青路面设计,（3）路段计算弯沉值,五、改建沥青路面设计,2、原路面当量回弹模量计算,在进行路面补强计算时，需要将原路面各路段的计算弯沉值换算成各路段的当量回弹模量。计算公式如下。,五、改建沥青路面设计,2、原路面当量回弹模量计算,五、改建沥青路面设计,3、加铺补强层设计,（1）加铺补强层结构设计,加铺补强层的厚度与结构组合设计应根据原路面综合评价、公路等级、交通量、与周围环境的协调及纵横断面调坡设计等进行综合分析后确定。,选用直接加铺，或开挖到某一结构层位。选用加铺一层或多层沥青混合料，或半刚性基层、组合式基层、柔性基层、贫混凝土基层等结构层设计方案。,五、改建沥青路面设计,3、加铺补强层设计,（1）加铺补强层结构设计,原路面与补强层之间可根据加铺层的结构与厚度，洒布粘层沥青，或铺设调平层、或采取相应的减裂措施、或直接加铺结构层。,五、改建沥青路面设计,3、加铺补强层设计,（2）加铺补强层设计步骤,计算原路面的当量回弹模量。,拟定几种可行的结构组合与结构层厚度方案，并通过试验或参照当地成熟经验确定各补强层的材料参数。,五、改建沥青路面设计,3、加铺补强层设计,（2）加铺补强层设计步骤,根据加铺层的结构类型确定设计指标。,当以路表弯沉值为设计指标时，弯沉综合修正系数,F,按式（,12-4-3,）计算。,当以拉应力为设计指标时，按仍按新建路面设计方法计算弯沉综合修正系数。,五、改建沥青路面设计,3、加铺补强层设计,采用弹性层状体系理论设计程序计算设计层的厚度和进行层底拉应力验算。对于季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，还应验算防冻层厚度。,根据各方案计算结果进行技术经济比较，选择最佳补强设计方案。,