第十四章

瀝青路面設(shè)計(jì)

1主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)彈性層狀體系理論第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法第六節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)實(shí)例第七節(jié)國(guó)外瀝青路面設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介（自學(xué)）2第一節(jié)概述◆1、瀝青路面設(shè)計(jì)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)材料組成設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)方案比選路肩構(gòu)造設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)3第一節(jié)概述◆2、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則（一）路基路面整體綜合設(shè)計(jì)原則（二）密切結(jié)合自然條件及實(shí)踐基礎(chǔ)原則（三）滿足交通與使用要求原則（四）因地制宜、合理選材原則（五）保護(hù)自然生態(tài)與沿線環(huán)境原則（六）工廠及機(jī)械化施工、方便施工原則（七）技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性并重原則（八）分期修建、方便養(yǎng)護(hù)原則4第一節(jié)概述◆3、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法種類經(jīng)驗(yàn)法：AASHTO法；CBR法。依據(jù)調(diào)查或大型試驗(yàn)總結(jié)得到的設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)是符合試驗(yàn)地的實(shí)際，但是不能結(jié)合不同地方的實(shí)際。力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法（M-E）：AI法；SHELL法；我國(guó)設(shè)計(jì)方法。依據(jù)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行參數(shù)的確定，其特點(diǎn)是理論聯(lián)系實(shí)際，是目前設(shè)計(jì)方法發(fā)展的總趨勢(shì)。典型結(jié)構(gòu)法：法國(guó)方法；中國(guó)八·五研究成果。通過(guò)調(diào)查，總結(jié)得到的與交通量等參數(shù)有關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，特點(diǎn)是減少了設(shè)計(jì)的隨意性，具有結(jié)構(gòu)使用性能明確，結(jié)構(gòu)圖統(tǒng)一。優(yōu)化設(shè)計(jì)法通過(guò)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化，使其具有性能與費(fèi)用的最優(yōu)性，但尚不成熟。5第一節(jié)概述4、瀝青路面厚度設(shè)計(jì)的基本過(guò)程①確定交通量：如車型、軸重、輪胎壓力、各車型通過(guò)數(shù)及橫向分布；②路面結(jié)構(gòu)組合：確定材料品種及其它參數(shù)；③參數(shù)修正：④路面設(shè)計(jì)的指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)確定：⑤運(yùn)用基本關(guān)系式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算或驗(yàn)算6第一節(jié)概述5、瀝青路面的軸載換算1）標(biāo)準(zhǔn)軸載及當(dāng)量換算軸載換算：公路實(shí)際行駛的車輪類型千差萬(wàn)別，軸載也各不相同，它們對(duì)路面結(jié)構(gòu)的損耗作用也不同，無(wú)法分析它們對(duì)彎沉增大的總效應(yīng)，有必要定義一種標(biāo)準(zhǔn)軸載，將其它軸載的作用等效為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用。標(biāo)準(zhǔn)軸載：標(biāo)準(zhǔn)軸載一般要求對(duì)路面的響應(yīng)較大、同時(shí)又能反映本國(guó)的公路運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)車輛的總體軸載水平，涉及運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)和路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面。我國(guó)規(guī)范采用單軸雙輪組BZZ-100（詳見P378的表14-2）；美國(guó)為18kip（單軸80.1KN，1KN＝24.809lbf）、32kip（雙軸142.34KN）；德國(guó)為110KN；印尼為50KN；黎巴嫩為140KN；聯(lián)合國(guó)141個(gè)成員國(guó)的比例如下：小于100KN占67.36％、101KN～110KN占11.56％、111KN～120KN占5.44％、大于121KN占15.64％。7第一節(jié)概述2）軸載當(dāng)量換算的原則等破壞原則：等破壞原則：不同標(biāo)準(zhǔn)軸載使用末期達(dá)到相同的臨界狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)。即對(duì)同一種路面結(jié)構(gòu)，甲軸載作用N1次后路面達(dá)到預(yù)定的臨界狀態(tài)，乙軸載作用使路面達(dá)到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2，此時(shí)甲乙兩種軸載作用在使用末期的破壞狀態(tài)相同；等厚度原則：對(duì)某一種交通組成，不同標(biāo)準(zhǔn)軸載換算換算所得軸載作用次數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算確定的路面厚度相同。數(shù)。3）當(dāng)量軸次按彎沉或彎拉應(yīng)力為指標(biāo)將不同車型、不同軸載的作用次數(shù)換算為與標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN相當(dāng)?shù)妮S載作用次數(shù)。8第一節(jié)概述9第一節(jié)概述10第一節(jié)概述11第一節(jié)概述12第一節(jié)概述3）瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)年限路面達(dá)到使用的臨界狀態(tài)的最小年限。目前的基準(zhǔn)年限如前表所示。4）城市道路設(shè)計(jì)年限道路交通量達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的設(shè)計(jì)年限。一般規(guī)定：快速路、主干路為20年；次干路為15年；支路為10年～15年。5）累計(jì)當(dāng)量軸次設(shè)計(jì)年限內(nèi)考慮車道系數(shù)后一個(gè)車道上的當(dāng)量軸次總和。13第一節(jié)概述14第一節(jié)概述我國(guó)瀝青路面交通輕重的等級(jí)劃分15第二節(jié)彈性層狀體系理論16第二節(jié)彈性層狀體系理論◆2、彈性層狀體系理論的假定1）各層連續(xù)、彎曲彈性、均勻、各向同性，位移、形變微小；2）最下一層（路基）在水平方向和垂直方向無(wú)限大，其上各層厚度有限，水平方向無(wú)限；3）各層在水平方向無(wú)限遠(yuǎn)處，及最下層向下無(wú)限深處，應(yīng)力、形變、位移為零；4）層間接觸情況，或完全連續(xù)（連續(xù)體系）或僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無(wú)摩阻力（滑動(dòng)體系）；5）不計(jì)自重?！?、彈性層狀體系理論的求解過(guò)程軸對(duì)稱課題，將車輪荷載簡(jiǎn)化為圓形均布荷載。17第二節(jié)彈性層狀體系理論18第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)1、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的基本原則①總原則：面層耐久、基層堅(jiān)實(shí)、土基穩(wěn)定②具體要求：1）適應(yīng)行車荷載作用的要求從上至下，從薄到厚，從強(qiáng)到弱，表層抗滑、抗磨耗2）在各種自然因素作用下穩(wěn)定性好具有很好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性3）考慮結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)上下層匹配，總體上強(qiáng)度足夠而不過(guò)多浪費(fèi)4）考慮防凍、防水要求19第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)③詳細(xì)組合原則：1）根據(jù)瀝青路面的工作特性，各結(jié)構(gòu)層應(yīng)盡量按強(qiáng)度和剛度自上而下逐層遞減的規(guī)律安排；2）必須考慮材料特點(diǎn)和施工工藝以及強(qiáng)度和造價(jià)等方面考慮；3）各結(jié)構(gòu)層應(yīng)具有適宜的厚度，不宜使層數(shù)過(guò)多而厚度過(guò)小；4）應(yīng)合理選擇相鄰結(jié)構(gòu)層之間的模量比（基層:面層（E2／E1）宜在1.5～3，基層:底基層（E2／E3）宜不大于3，底基層:土基（E3／E0）宜在2.5～12.5）；5）對(duì)于低溫地區(qū)，應(yīng)考慮收縮裂縫，進(jìn)行合理的防止反射裂縫組合，并保證有適宜的瀝青面層厚度；6）對(duì)于潮濕地區(qū)及多雨地區(qū)，應(yīng)考慮水穩(wěn)定性，選擇水穩(wěn)定性好的基層及盡量考慮不透水的面層；7）路面還應(yīng)滿足防凍厚度的要求；8）應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)層間的結(jié)合性。20第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)④輕交通—中等交通結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)原則按照道路等級(jí)和交通要求選擇面層等級(jí)和類型按各結(jié)構(gòu)層的功能選擇結(jié)構(gòu)層次按各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力分布特性顧及各結(jié)構(gòu)層次本身的特性考慮環(huán)境狀況的不利影響適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和厚度21第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)⑤重交通時(shí)結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)原則正確認(rèn)識(shí)各結(jié)構(gòu)層的作用，考慮各結(jié)構(gòu)層對(duì)路面長(zhǎng)期使用性能的影響瀝青層應(yīng)保證足夠的厚度，交通量越大，瀝青層的厚度應(yīng)越大瀝青層材料設(shè)計(jì)基層模量應(yīng)具有適當(dāng)?shù)哪Ａ慨?dāng)采用半剛性材料作為基層或墊層時(shí)，應(yīng)作適當(dāng)?shù)奶幚硎种匾暵访媾潘到y(tǒng)的設(shè)計(jì)22第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)2、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合面層：?jiǎn)螌?、雙層或三層瀝青面層基層：柔性、半剛性、剛性或組合式墊層：排水、防凍、防水、防污等粒料或穩(wěn)定土土基：密實(shí)、堅(jiān)固、不透水層間結(jié)合：牢固23第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)◆3、瀝青路面面層要求1）面層路用性能要求24第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)◆3、瀝青路面面層要求2）面層抗滑性能要求25第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)◆4、瀝青層最小厚度要求26第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)◆5、基層最小厚度和適宜厚度要求271瀝青路面的破壞疲勞開裂車轍推擠2、路面破壞與設(shè)計(jì)指標(biāo)控制疲勞的指標(biāo)應(yīng)變應(yīng)力彎沉(我國(guó))控制開裂的指標(biāo)應(yīng)變應(yīng)力控制車轍的指標(biāo)RD，土基頂面壓應(yīng)變控制推擠的指標(biāo)剪切應(yīng)力或剪切應(yīng)變第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)28反射裂縫

低溫開裂29

沉陷車轍

30波浪、擁包

31坑槽32松散泛油33第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)3、主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求①路基表面的垂直壓應(yīng)變或垂直壓應(yīng)力反映路基在重復(fù)荷載作用下的永久變形，主要原因是路面結(jié)構(gòu)土基承載能力低引起土基的較大垂直塑性變形。要求：σz0

≤[σz0]或εz0

≤[εz0]②結(jié)構(gòu)殘余變形的累積（車轍）：要求：RDre

≤[RDre]34第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)◆3、主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求③結(jié)構(gòu)疲勞開裂（整體性材料結(jié)構(gòu)層的疲勞開裂）：要求：εr

≤［εR

］或σr

≤［σR］④面層抗剪切推移：要求：τmax≤［τR］（應(yīng)使用高溫時(shí)的彈模）⑤結(jié)構(gòu)低溫縮裂：要求：σrt≤［σt

R

］（應(yīng)使用低溫時(shí)的彈模）⑥路面彎沉：要求：lr

≤lR35第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)◆4、我國(guó)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求我國(guó)公路瀝青路面設(shè)計(jì)采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設(shè)計(jì)彎沉值為路面整體剛度的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)瀝青混凝土面層和整體性材料的基層、底基層應(yīng)進(jìn)行層底拉應(yīng)力的驗(yàn)算，城市道路尚須進(jìn)行瀝青面層的剪應(yīng)力驗(yàn)算。設(shè)計(jì)指標(biāo)及驗(yàn)算指標(biāo)必須小于其極限標(biāo)準(zhǔn)。36第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)◆5、以彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)的原因①路面總變形表征路面各結(jié)構(gòu)層的變形與路基頂面變形之和，反映了路面整體剛度的強(qiáng)弱。當(dāng)路面在車輛荷載反復(fù)作用下不斷地彎曲使變形積累、增大到某種程度時(shí)，路面結(jié)構(gòu)即產(chǎn)生疲勞開裂，從而可在一定程度上建立起路面損壞與彎沉、彎沉與軸載作用次數(shù)間的關(guān)系。②路表彎沉值可以簡(jiǎn)單地量測(cè)，操作簡(jiǎn)便；壓應(yīng)變、拉應(yīng)變指標(biāo)測(cè)試較困難。彎沉指標(biāo)既可作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，又可以作為質(zhì)量檢驗(yàn)、路面養(yǎng)護(hù)的評(píng)價(jià)手段。37第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)38第四節(jié)瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)◆3、彎沉概念①回彈彎沉：路基或路面在規(guī)定荷載作用下產(chǎn)生垂直變形，卸載后能恢復(fù)的那一部分變形。②殘余彎沉：路基或路面在規(guī)定荷載作用下產(chǎn)生的卸載后不能恢復(fù)的那一部分變形。③總彎沉：路基或路面在規(guī)定荷載作用下產(chǎn)生的總垂直變形（回彈彎沉+殘余彎沉）。④容許彎沉：路面設(shè)計(jì)使用期末不利季節(jié),標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下雙輪輪中間容許出現(xiàn)的最大（代表？）回彈彎沉值。⑤設(shè)計(jì)彎沉：是指路面交工驗(yàn)收時(shí)、不利季節(jié)、在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下,標(biāo)準(zhǔn)軸載雙輪輪隙中間的最大（代表？）彎沉值。39第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法◆4、彎沉測(cè)定①貝克曼法：傳統(tǒng)檢測(cè)方法，速度慢，靜態(tài)測(cè)試，試驗(yàn)方法成熟，目前為規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。③自動(dòng)彎沉儀法：利用貝克曼法原理快速連續(xù)測(cè)定，屬于試驗(yàn)范疇，但測(cè)定的是總彎沉，因此使用時(shí)應(yīng)用貝克曼進(jìn)行標(biāo)定換算。②落錘彎沉儀法：利用重錘自由落下的瞬間產(chǎn)生的沖擊載荷測(cè)定彎沉，屬于動(dòng)態(tài)彎沉，并能反算路面的回彈量，快速連續(xù)測(cè)定，使用時(shí)應(yīng)用貝克曼進(jìn)行標(biāo)定換算。40第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法41第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法42第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法43第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法44第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法45第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法46第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法47第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法48第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法49第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法50第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法承載板法51第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法回彈彎沉檢測(cè)（1）采用BZZ-100作為檢測(cè)用軸載；（2）使用非標(biāo)準(zhǔn)軸載時(shí)，要向標(biāo)準(zhǔn)軸載對(duì)應(yīng)彎沉換算：52第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法◆13、土基回彈模量取值方法②查表法：1）確定臨界高度（根據(jù)自然區(qū)劃、土質(zhì)）；2）擬定土的平均稠度（根據(jù)路基設(shè)計(jì)高度與臨界高度的關(guān)系，確定路基頂面以下80cm范圍內(nèi)不同深度的含水量，計(jì)算平均稠度；3）預(yù)測(cè)土基回彈模量（根據(jù)平均稠度、土質(zhì)、自然區(qū)劃查表）③室內(nèi)試驗(yàn)法：根據(jù)室內(nèi)小承載板測(cè)得回彈模量，乘以折減系數(shù)。④換算法：通過(guò)回歸分析，確定特定地區(qū)、土質(zhì)的CBR等現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與回彈模量的關(guān)系；53第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法◆14、土基回彈模量的參數(shù)54第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法55第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法56第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法57第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法◆19、新建路面的厚度設(shè)計(jì)交通量已知，各層材料模量、泊松比、抗拉應(yīng)力已知，除待設(shè)計(jì)層各層厚度已知，需計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度：設(shè)計(jì)過(guò)程：1）根據(jù)擬定的結(jié)構(gòu)層材料，確定設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算公式中各參數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值；2）目標(biāo)：交工驗(yàn)收時(shí)輪隙中心實(shí)測(cè)路表彎沉小于等于設(shè)計(jì)彎沉；3）通過(guò)諾模圖或電算程序，查圖或電算求出待設(shè)計(jì)層的厚度；4）通過(guò)彎拉應(yīng)力驗(yàn)算；5）抗凍層厚度驗(yàn)算6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較58第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法59第五節(jié)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法60第五節(jié)我