1、10.4 新建瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度計算 我國新建公路瀝青規(guī)范設(shè)計采用雙園垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設(shè)計彎沉值為路面整體剛度的指標(biāo)。對瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層應(yīng)進(jìn)行層底拉應(yīng)力的計算。 城市道路設(shè)計規(guī)范規(guī)定在彎沉和拉應(yīng)力兩項指標(biāo)之外，增加一項剪應(yīng)力指標(biāo) ，即破壞面上可能產(chǎn)生的剪應(yīng)力，應(yīng)不超過材料的容許剪應(yīng)力。 10.4.1 計算圖示 A點是路表彎沉的計算點，位于雙圓均布荷載的輪隙中間 驗算瀝青混凝土層底拉應(yīng)力時，應(yīng)力最大點在B和C兩點之間，可分別計算點B、D、C、E的應(yīng)力，然后確定最大應(yīng)力 10.4.2 路面容許彎沉和設(shè)計彎沉值10.4.2.1 測定方法： 現(xiàn)有路面

2、回彈彎沉值使用杠桿式彎沉儀和具有標(biāo)準(zhǔn)軸載的規(guī)定汽車按前進(jìn)卸荷法測定的。 彎沉值的大小反映了路基路面的強(qiáng)弱，在相同車輪荷載下，路面的彎沉值愈大，則路面抵抗垂直變形的能力愈弱，反之愈強(qiáng)。10.4.2.2 路面容許彎沉值的確切含義 路面在使用期末的不利季節(jié)，在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。 我國對公路瀝青路面按外觀特征分為五個等級，如下表所示，并把第四外觀等級作為路面臨界破壞狀態(tài)，以第四級路面的彎沉值的低陷作為臨界狀態(tài)的劃界標(biāo)準(zhǔn)。 瀝青路面外觀等級描述 某一級公路瀝青混凝土路面容許彎沉散點圖10.4.2.3 路面容許彎沉值計算 （1）累計交通量同容許彎沉值之間存在良好的雙對數(shù)關(guān)系。可表

3、示為： lR容許回彈彎沉值，cm；Ne累計當(dāng)量軸載作用次數(shù)； B回歸系數(shù)； lR隨N改變的變化率 （2）路面設(shè)計彎沉值是根據(jù)設(shè)計年限通過的累計當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層類型卻確定的，相當(dāng)于路面竣工后第一年不利季節(jié)、路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN作用下，測得的最大回彈彎沉值。 （3）路面設(shè)計彎沉和容許彎沉的關(guān)系實際上反映了路表彎沉在使用期間的變化，該變化過程是一個多方面因素綜合作用的結(jié)果。路基路面結(jié)構(gòu)層的材料特性、壓實程度、干濕狀況、溫度環(huán)境、結(jié)構(gòu)類型、氣候條件、交通組成、檢測時的環(huán)境條件以及所使用的儀器設(shè)備等將對彎沉的變化產(chǎn)生很大的影響。 （4）經(jīng)過大量的測試和分析，得到路面設(shè)計彎沉值計算公式：

4、 Ld=960Ne-0.2AcAs （14-21） ld路面設(shè)計彎沉值0.01mm Ne設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當(dāng)量軸次 Ac公路等級系數(shù) As面層類型系數(shù)10.4.3 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算10.4.3.1 定義 路面設(shè)計時使用累計當(dāng)量軸次的概念。但路上行駛的車倆較多，所以必需選定一種標(biāo)準(zhǔn)軸載，把不同類型軸載的作用次數(shù)?？紤]到我國公路汽車運輸車輛的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。我國路面設(shè)計以雙輪組單軸載100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)由下表確定。標(biāo)準(zhǔn)軸載計算參數(shù)10.4.3.2 換算原則 （1）第一，換算以達(dá)到相同的臨界標(biāo)準(zhǔn) （2）第二，對某一種交通組成，不論以哪種軸載的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行

5、軸載換算，由換算所得軸載作用次數(shù)計算的路面厚度是相同的。10.4.3.3 公式 （1）當(dāng)以設(shè)計彎沉值為設(shè)計指標(biāo)及瀝青層底拉應(yīng)力計算時，凡軸載大于25KN的各級軸載(包括車輛的前、后軸)的作用次數(shù)，均換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N。 N標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次 ni被換算車輛的各級軸載作用次數(shù) P標(biāo)準(zhǔn)軸載 Pi被換算車輛的各級軸載 K被換算車輛的類型數(shù)； Ci軸數(shù)系數(shù) C2輪組系數(shù) （2）當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力計算時，凡軸載大于50KN的各級軸載的作用次數(shù)均按公式(14-29)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N。 C1軸數(shù)系數(shù) C2輪組系數(shù) 10.4.4 土基回彈模量值的確定10.4.4.1 概述

6、 （1） 彈性理論中表征材料性質(zhì)的參數(shù)是彈性模量和泊松比。 （2）工程上通常采用承載板試驗或彎沉測定的方法確定路基土和路面材料的回彈模量值，并將這種回彈模量作為彈性模量。 （3）土基回彈模量是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要參數(shù)；其取值的大小對路面結(jié)構(gòu)厚度有較大影響。土基回彈模量與土的性質(zhì)、密實度、含水量、路基所處的干濕狀態(tài)以及測試方法有密切的關(guān)系。10.4.4.2 確定土基回彈模量的方法 (1)現(xiàn)場實測法 現(xiàn)場實測法是在不利季節(jié)，采用剛性承載板法直接在現(xiàn)場土基上實測，目前采用的測試方法是按照規(guī)范的規(guī)定用大型承載板法測定土基00.5mm(路基軟弱時測至1mm)的變形壓力曲線，按下式計算土基回彈模量。 E0

7、土基回彈模量，MPa 0土的泊松比，取0.35 D 承載板直徑，30cm pi 承載板壓力，MPa Li 相應(yīng)于荷載pi時的回彈變形值，0.01mm (2)查表法 確定臨界高度 擬定土的平均稠度 預(yù)測土基回彈模量 (3)室內(nèi)試驗法 取代表性土樣在室內(nèi)根據(jù)含水量條件下求得小承載板的回彈模量E0值的試驗結(jié)果，應(yīng)考慮不利季節(jié)，不利年份的影響，乘以折減系數(shù)。根據(jù)設(shè)計路段的路基臨界高度及相應(yīng)的路基干濕類型以及土基標(biāo)定含水量，確定代表不利季節(jié)土基的稠度值；當(dāng)調(diào)查資料不足時，可按路基土的干濕類型選定土基稠度值 (4)換算法10.4.5 路面材料設(shè)計參數(shù)值10.4.5.1 測試方法 材料模量值是表征材料剛度特

8、性的指標(biāo) 目前我國常用的路面材料參數(shù)測試方法有壓縮試驗、劈裂試驗、彎拉試驗10.4.5.2 試驗要求 我國現(xiàn)行的公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定，以設(shè)計彎沉值計算路面厚度，對高速公路、一級公路、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的基、底基層應(yīng)驗算拉應(yīng)力是否滿足容許拉應(yīng)力的要求，各層材料的計算模量采用抗壓回彈模量，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強(qiáng)度采用劈裂試驗測得的劈裂強(qiáng)度。 大量的試驗表明，半剛性材料的抗壓模量、抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度與齡期均有較好的相關(guān)關(guān)系，通過建立這些相關(guān)關(guān)系可以預(yù)估規(guī)定齡期的材料模量或強(qiáng)度。10.4.5.3 公式 它與石灰土的劑量有關(guān) 石灰劑量8%： 石灰劑量10%： 石灰劑量12%：

9、 式中：R抗壓強(qiáng)度，MPa d養(yǎng)護(hù)的天數(shù)。10.4.6 結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力 我國瀝青路面設(shè)計除了以路面設(shè)計彎沉為設(shè)計控制指標(biāo)外，對高等級道路路面還要演算瀝青混凝土面層和整體性材料基層的拉應(yīng)力。要求結(jié)構(gòu)層底面的最大拉應(yīng)力不大于結(jié)構(gòu)層的容許拉應(yīng)力，在路面設(shè)計中通常表示為： 結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力士路面承受行車荷載反復(fù)作用達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞應(yīng)力。這一應(yīng)力較一次荷載作用的抗拉強(qiáng)度小，減小的程度同重復(fù)荷載次數(shù)及路面結(jié)構(gòu)層材料的性質(zhì)有關(guān) r路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力，MPa sp結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強(qiáng)度，MPa Ks抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù) 我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定用劈裂試驗測定。瀝青混凝土的劈裂強(qiáng)度與溫度

10、有關(guān)，規(guī)范規(guī)定以作為測試溫度。水泥穩(wěn)定類材料的齡期規(guī)定為90d，二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類的齡期為180d。10.4.7 簡化公式和查圖法計算彎沉和結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力 在不具備電算的條件下，還可以通過查彎沉和彎拉應(yīng)力的諾謨圖方法進(jìn)行路表彎沉和結(jié)構(gòu)底部拉應(yīng)力的計算 雙層體系雙園輪隙彎沉的理論彎沉系數(shù)諾謨圖如下圖所示 理論彎沉計算10.4.7.1 雙層體系 l理論彎沉系數(shù) 彈性雙層體系雙圓均布荷載彎沉計算諾謨圖三層體系 三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖 最大彎拉應(yīng)力計算諾謨圖 三層連續(xù)體系上層底面拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖 三層連續(xù)體系中層底面拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖10.4.8 多層路面的等效換算 路面通常為多層結(jié)構(gòu)，計算多層

11、路面彎沉最好的方法昌用彈性層狀體系的計算機(jī)程序進(jìn)行計算。當(dāng)采用前述的簡化方法進(jìn)行計算時，需要將多層路面結(jié)構(gòu)按照彎沉或結(jié)構(gòu)層底部拉應(yīng)力等效的原則 換算為雙層或三層體系 換算方法 （1）按彎沉等效 將多層體系按照彎沉相等的原則換算為雙層體系的方法稱作等彎沉換算法。設(shè)有下層模量相同E0、上層的模量和厚度分別為E1、h1和E1，h1的兩個雙層體系（見下圖）其彎沉分別為： 多層路面等彎沉換算法原理 如令la=lb則la=lb，就是說在彎沉系數(shù)相等的條件下，可以把一個模量E1，厚度h1的面層換算為另一個模量E1和h1的面層。如此進(jìn)行，可將多層體系的面層以下各層逐漸換算為模量與其上層相同的層次，最終得到一等

12、效的雙層體系. 當(dāng)采用三層體系為計算體系時，需將多層體系按照彎沉等效地原則換算為三層體系。換算時將多層體系的第一層作為上層，其厚度和模量保持不變，將第2至n-1層作為中層并把它們換算為第2層模量的等效厚度，再加上模量不變的下層半空間體則得到一個彎沉等效的三層體系 通過對大量多層彈性體系電算結(jié)果的分析回歸，得到中層厚度的換算公式為 (2)按彎拉應(yīng)力等效 當(dāng)采用三層體系計算多層路面的結(jié)構(gòu)層詢問拉應(yīng)力時，需將多層路面按照拉應(yīng)力相等的原則換算為含有上層、中層和下層半空間體的彈性三層體系。換算后使用三層體系相應(yīng)層的拉應(yīng)力計算諾謨圖求算拉應(yīng)力。根據(jù)對電算結(jié)果的分析歸納得出計算上層和中層彎拉應(yīng)力的多層路面換

13、算方法計算上層底面彎拉應(yīng)力的換算方法 當(dāng)計算第i層底面的彎拉應(yīng)力時，需將i層以上各層換算為Ei，厚度h的一層即所謂上層，換算公式為： 將i+1層至n-1層換算為模量Ei+1、厚度為H的一層即中層，換算公式為 計算中層底面彎拉壓力 此時即為計算路基之上的n-1層的彎拉應(yīng)力，就是中層為H=hn-1（如圖14-23），而上層則為n-2層以上各層換算為模量En-2的換算厚度，換算公式為：10.4.9 彈性層狀體系理論的計算機(jī)程序解 隨著計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，許多設(shè)計組織和機(jī)構(gòu)提出了彈性層狀體系理論的計算機(jī)解，除彈性層狀體系理論外，有些程序還能求解粘彈性問題現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范也開發(fā)了相配套的路面結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計程序。60年代后期，有限元方法開始應(yīng)用于路面的荷載響應(yīng)分析。10.4.10 新建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟 (1)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，確定路面等級和面層類型，計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道 的累計當(dāng)量軸次和設(shè)計彎沉值 (2)按路基土類與干濕類型 ，將路基劃分為若干路段（在一般情況下路段長度不宜小于500m，若為大規(guī)模機(jī)械化施工，不宜小于1km），確定各路段土基回彈模量值 (3)