道路工程

（第11章

瀝青路面）

第11章

瀝青路面結(jié)構(gòu)設計

主要內(nèi)容：

1路面概括

2路面材料類型

3瀝青路面損壞模式和設計標準

4彈性層狀體系應力、位移計算

5路面結(jié)構(gòu)層次的組合

6新建路面結(jié)構(gòu)設計

7舊路改造設計

學習要求：

1熟悉路面材料及路面結(jié)構(gòu)類型

2了解瀝青路面損壞模式和設計指標

3掌握彈性層狀體系理論、實用位移應力計算方法

4熟悉瀝青結(jié)構(gòu)組合設計及我國瀝青路面設計規(guī)范、理論體系、設計方法

5會新建路和舊路路面結(jié)構(gòu)設計計算

第一節(jié)

瀝青路面概述

1路面概況

1.1路面的要求

路面在規(guī)定的使用年限內(nèi)，保證汽車按道路的設計時速安全、經(jīng)濟的運行

。

?有足夠的強度和剛度

?穩(wěn)定性好

?表面平整度高

?表面抗滑性好

?耐久性

1.2路面的幾何參數(shù)及結(jié)構(gòu)層次

1）路面橫斷面

a)-槽式橫斷面b)-全鋪式橫斷面

1-路面；2-土路肩；3-路基；4-路緣石；5-加固路肩

2）路面幾何尺寸

路面寬度、厚度、路拱坡度

?路面寬度:由道路等級確定

?路面厚度:由道路結(jié)構(gòu)所使用的材料、氣溫、道路等級等因素決定

?路拱：由路面材料和排水要求決定

路拱分直線形、折線形、拋物線形

道路路拱形式

a)-直線形路拱b)-拋物線形路拱

路拱橫坡度

?瀝青混凝土、水泥混凝土路面為：1-2%?瀝青類路面為：1.5-2.5%?碎石路面為：2.5-3.5%?低級路面為：3-4%。

3）路面結(jié)構(gòu)層次

面層、基層、墊層。

1.3路面分級與分類

1）路面分級

按面層材料的使用品質(zhì)、組成類型、結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性分為4個等級

????高級路面

次高級路面

中級路面

低級路面

2）路面分類

按路面使用材料類型分

?柔性路面

?剛性路面

?復合路面

1.4路面發(fā)展概況

?瀝青路面發(fā)展

?水泥路面發(fā)展

?路面設計理論發(fā)展

?路面施工機械設備發(fā)展

?路面新技術(shù)發(fā)展

2路面材料及結(jié)構(gòu)類型

2.1墊層

墊層材料

?級配砂礫：采用天然級配砂礫，礫石最大粒徑D<1/2結(jié)構(gòu)厚度

?石灰土：5%~8%低劑量石灰土

墊層厚度:15cm~20cm2.2基層

1）半剛性基層

（1）穩(wěn)定土類基層

土體穩(wěn)定方法：壓實、加粒料、加結(jié)合料等。

分石灰穩(wěn)定土、水泥穩(wěn)定土、石灰水泥綜合穩(wěn)定土三大類。

穩(wěn)定土特點

?強度高，變形小，半剛性

??穩(wěn)定性好、抗凍性好

易收縮開裂（溫度收縮、干縮）

適用條件

低等級道路的基層和高等級道路底基層

采用石灰土結(jié)構(gòu)層應注意事項

?具有干縮和溫度收縮特性

?不適合做高等級道路的基層

?不適合做過濕路段的底基層

防止石灰土縮裂技術(shù)措施

?控制石灰土含水量，壓實石灰土含水量不大于最佳含水量

?嚴格控制壓實度，達到規(guī)定壓實度要求

?防曬、盡快鋪設面層

?設置聯(lián)結(jié)層和隔離層

水泥土結(jié)構(gòu)層特點和使用注意事項

?水泥穩(wěn)定土特別是水泥穩(wěn)定砂礫具有強度高、穩(wěn)定性好、抗水耐凍、縮裂小等特性，常用于高等級公路的基層

?碾壓要及時，要求從加水拌和到碾壓結(jié)束時間不超過4~6小時。

強度試驗

?水泥穩(wěn)定土強度試驗與石灰穩(wěn)定土強度試驗基本相同

?

注意要把水泥水化需要水量加上

③綜合穩(wěn)定土基層

組成

土+水泥+石灰+水

土、水泥、石灰的技術(shù)要求與石灰穩(wěn)定土和水泥穩(wěn)定土要求相同。

水泥：石灰（重量）=6：4~5：5

特點

?具有石灰穩(wěn)定土與水泥穩(wěn)定土兩者特點

?強度提高，抗裂性改善，早強

（

2）石灰（水泥）粉煤灰穩(wěn)定類

由結(jié)合料石灰（水泥）和工業(yè)廢渣粉煤灰組成

?特點

①強度高

②

穩(wěn)定性好

③

抗凍、裂

?適用條件

高等級公路的基層或底基層

?

壓實度與強度標準

材料技術(shù)要求

①

土：與石灰土相同。

②

碎石

?顆粒組成

做底基層符合1號級配范圍，最大粒徑37.5mm

做基層符合2號級配范圍，最大粒徑31.5mm?壓碎值

做基層時高速公路和一級公路≤30%，二級和二級以下公路≤35%

做底基層時高速公路和一級公路≤

35%，二級和二級以下公路≤

40%

③粉煤灰

有效成份（SiO2+Al2O3+Fe2O3）>70%

燒失量<20%

比表面積>2500cm2/g

含水量<35%。

石灰粉煤灰類基層

組成

石灰+粉煤灰+（土、碎石）+水。

?

二灰—石灰+粉煤灰

石灰：粉煤灰（重量比）=1：2~1：4；

?

二灰土—石灰+粉煤灰+土

石灰：粉煤灰（重量比）=1：2~1：4，（石灰+粉煤灰）：土（重量比）=30：70~70：30；

?

二灰結(jié)石—石灰+粉煤灰+碎石

石灰：粉煤灰（重量比）=1：2~1：4，（石灰+粉煤灰）：級配碎石（重量比）=20：80~15：85。

特點

?二灰土強度較石灰土高、抗縮裂性較石灰土強

?二灰結(jié)石具有強度高，抗干縮和濕縮能力強，適合于做高等級公路的基層和底基層

2）柔性基層

熱拌瀝青碎石、貫入式瀝青碎石、級配碎石（砂礫）和填隙碎石

特點

（1）強度高，剛度??；

（2）穩(wěn)定性好。

適用條件

（1）瀝青碎石適用中等交通以上道路的基層、底基層

（2）級配碎石適用各級道路的基層、底基層

（3）級配礫石、天然砂礫用作輕交通的二級及以下公路的基層和各級公

路的底基層

（4）填隙碎石適用于三、四級公路的基層和各級公路的底基層

3）剛性基層

貧水泥混凝土或摻入粉煤灰的貧水泥混凝土

厚度通常為200~280mm，最小厚度為150mm?特點

（1）強度高，剛度大，抗變形能力強

（2）穩(wěn)定性好

?適用條件

（1）重交通、特重交通公路；

（2）運煤、礦石和建筑材料的公路

?組成與技術(shù)指標

水泥劑量為8%~12%。粉煤灰摻入量為水泥質(zhì)量20%~40%

2.3瀝青面層

1）材料及技術(shù)要求

（1）瀝青

根據(jù)面層的類型、交通量、氣候、施工方法選擇瀝青的牌號

交通量>500輛/d為重交通荷載，應選用重交通荷載瀝青AH型

（2）礦料

礦料包括碎石、礫石、石屑、砂和礦粉。它是粗集料、細集料和礦粉的總稱。

?粗集料—粒徑為2.36、4.75、9.5、13.2、16、19、26.5、31.5mm?細集料—粒徑為0.075~2.36mm?礦粉—粒徑<0.075mm。

①碎石（粒徑>2.36mm）

?

有足夠的強度和耐磨性，壓碎值?25%~28%?

含泥量<1%，含水量<3%?

粘結(jié)力?3級，高級路面?4級。

采用水煮法試驗，堿性石料粘結(jié)力大，酸性石料粘結(jié)力小，采用加入抗剝離劑方法提高石料與瀝青的粘結(jié)力。

②砂和石屑

?

砂（粒徑<2.36mm）：天然河砂、山砂、海砂均可

?石屑（粒徑<4.75mm）

砂和石屑要求級配，含泥量<3%~5%。

③礦粉（填料，粒徑<0.075mm）

由石灰石、白云石磨細的石粉。

要求粒徑<0.075mm成分占70%、含水量<1%

2）面層類型

分類

瀝青表面處治、瀝青貫入式、瀝青上拌下貫式、熱拌瀝青混凝土

選擇依據(jù)

道路等級、交通量、使用年限、氣候等

（1）瀝青表面處治路面

鋪筑厚度不大于3cm的一種薄層路面結(jié)構(gòu)。采用層鋪法

作用

?

封閉表面，防水

?

提高平整度

?

改善抗滑條件

?

延長使用壽命

類型

?

單層式，厚1.0cm~1.5cm?雙層式，厚1.5cm~2.5cm?三層式，厚2.5cm~3.0cm

用于三級、四級公路的面層和鋪筑路肩、行人道、修筑破損路面

（2）瀝青貫入式路面

瀝青貫入式路面是在初步壓實的碎石上分層澆灑瀝青，撒布嵌縫料，壓實后形成的路面結(jié)構(gòu)。厚度4cm~8cm

特點

?強度高，穩(wěn)定性好

?施工簡便

?空隙率大

（3）熱拌瀝青混凝土路面

由級配礦料+瀝青結(jié)合料嚴格按技術(shù)要求拌和，層鋪壓實成型的路面結(jié)構(gòu)

特點

?

強度高，穩(wěn)定性好

?密度大

?耐久性好。

適合

公路、城市道路

熱拌瀝青混合料

（一）瀝青混合料的典型組成結(jié)構(gòu)類型：

a)密實-懸浮結(jié)構(gòu)；b)骨架-空隙結(jié)構(gòu)；c)密實-骨架結(jié)構(gòu)

連續(xù)密級配

連續(xù)開級配

間斷級配

種類與結(jié)構(gòu)類型

?

密級配瀝青混凝土面層AC?開級配抗滑面層OGFC?瀝青瑪蹄脂碎石面層SMA

表熱拌瀝青混合料分類表

瀝青混合料類型

砂粒式

細粒式

AC中粒式

粗粒式

細粒式

SMA中粒式

OGFC

細粒式

最大粒徑（mm）

9.513.2161926.531.513.2161926.513.216公稱最大粒徑(mm)4.759.513.2161926.59.513.216199.513.2級配類型和設計空隙率（%）

密級配

3~5AC-5AC-10AC-13AC-16AC-20AC-25

3~4

SMA-10SMA-13SMA-16SMA-20

開級配

>18

OGFC-10OGFC-13

結(jié)構(gòu)形式

?

單層式，厚4cm~6cm?

雙層式，厚7cm~9cm?三層式，厚12cm~18cm

組合方式

?雙層式

上層細粒式或中粒式（AC-13、AC-16）

下層采用中粒式或粗粒式（AC-20、AC-25）；

?三層式

上層細粒式或中粒式（OGFC-13、OGFC-16或SMA-13、SMA-16）

中層采用中粒式或粗粒式（AC-20、AC-25）

下層采用中粒式或粗粒式（AC-20、AC-25）

上述路面結(jié)構(gòu)中至少有一層為密級配瀝青混凝土混合料

瀝青混凝土路面采用馬歇爾試驗進行檢驗

4）瀝青上拌下貫入式路面

結(jié)構(gòu)組合形式

?下層采用貫入式

?上層采用密級配熱拌瀝青混凝土拌和層（AC-10、AC-13）

厚度

拌和層厚度為2.5~4.0cm，路面總厚度7cm~10cm。

適用條件

次高級路面

下層貫入式路面相同，上層與密級配熱拌瀝青混凝土路面相同

第二節(jié)

瀝青路面的損壞類型及成因

一、裂縫

表觀形態(tài)分有：橫裂、縱裂、網(wǎng)裂、塊裂、不規(guī)則裂鋒等

產(chǎn)生原因：

??

橫向裂縫：分荷載型和非荷載型，非荷載型又分為瀝青面層

縮裂和基層反射裂縫。荷載型因拉應力超過材料疲勞極限引

起，從下向上發(fā)展；非荷載型瀝青面層縮裂因冬季瀝青材料

收縮產(chǎn)生的應力大于材料強度引起，反射裂縫因基層收縮開

裂向面層延伸引起。

????

縱向裂縫：路面分幅攤鋪時，接縫未處理好；路基原因等引

網(wǎng)裂：上述裂縫未及時處理，水滲入所致；結(jié)構(gòu)強度不足；

起失穩(wěn)。

瀝青老化等

縱向裂縫

橫向裂縫

塊裂及網(wǎng)裂

二、車轍

??定義：

路面結(jié)構(gòu)及路基在行車荷載作用下的補充壓實，或結(jié)構(gòu)層

及路基中材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形。車轍還包括

輪胎磨耗引起的材料缺省。

車轍是高級瀝青路面的主要破壞型式，對于半剛性基層

瀝青路面，車轍主要發(fā)生在中上面層或瀝青層表。

??原因：

1）瀝青混合料高溫穩(wěn)定性不足，塑性變形累積；

2）路面結(jié)構(gòu)及路基材料的變形累積；

3）車輛渠化交通的荷載磨耗－磨耗型車轍。

三、松散剝落

??定義：

瀝青從礦料表面脫落，在荷載作用下面層呈現(xiàn)的松散現(xiàn)象。

瀝青層出現(xiàn)松散剝落將會繼而出現(xiàn)坑槽破壞。

??原因：

1）瀝青與礦料黏附性差（瀝青粘性差、集料粘附等級低、集料

潮濕、瀝青老化后性能下降、凍融等）；

2）水的作用；

3）瀝青在施工中的過度加熱老化

四、表面抗滑不足

??定義：

瀝青路面在使用過程中，表面集料被逐漸磨光，或者出現(xiàn)

瀝青層泛油，使得瀝青層表出現(xiàn)光滑。

??原因：

1）集料軟弱，宏觀紋理和微觀構(gòu)造??；

2）粗集料抵抗磨光的能力差（由磨光值、棱角性、壓碎值等

表征）；

3）級配不當，粗料少、細料多；

4）用油量偏大，或出現(xiàn)水損害；

5）瀝青稠度太低；

6）車輪磨耗太嚴重

其它病害

?包括泛油、坑洞、波浪、擁包、啃邊等。

第三節(jié)

路面設計指標

控制指標應該是多種——即多臨界狀態(tài)多設計指標

?疲勞開裂

?r???r?

?車轍（永久變形）

?路表面回彈彎沉

?面層剪切

?面層斷裂（推移）

?低溫縮裂

lp?lp??le??le??a?????rs???rs??rt???rt?

現(xiàn)行柔性路面設計規(guī)范方法，以路面容許彎沉值作為路面結(jié)構(gòu)整體承載能力控制指標，驗算高級路面、整體性基礎(chǔ)底面彎拉應力。驗算停車站等受水平力較大的地段面層高溫條件下的剪應力。即：

控制

驗算

l??lR??r???r?

大彎

沉值

?a????

lR—路面使用末期的不利季節(jié)，在設計標準荷載作用下的容許出現(xiàn)最彈性層狀體系的實用應力和位移計算

1一般概念

1）力學圖式模型

彈性層狀體系示意圖

圓柱坐標系單元受力示意圖

2）基本假定

?每層內(nèi)均質(zhì)、各向同性、無重量線彈性體系組成Ei、?i?最下層為水平方向無限延深半無限體，其上各層為有一定厚度hi水平方向無限延伸

?各層分界面應力，位移完全連續(xù)（連續(xù)體）或僅豎向位移應力連續(xù)，層間摩阻力為零（滑動體）

?最下層無限深處應力和位移為零

第四節(jié)

路面結(jié)構(gòu)層次的組合

路面結(jié)構(gòu)設計示例

1路面結(jié)構(gòu)組合應遵循的原則

?路線、路基和路面要作總體設計

“路基穩(wěn)定，基層堅實，面層耐用”把路基（土基）、墊層、基層和面層作為一個整體，進行路基路面結(jié)合設計。

?因地制宜，合理選材

?方便施工，便于養(yǎng)護

?分期建設，逐步提高

?注意與排水設計相結(jié)合

2根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能選擇結(jié)構(gòu)層次

?面層：堅強、耐久，平整。選耐久，防水，平整，抗滑材料

?基層：強度、剛度和穩(wěn)定性。采用穩(wěn)定類材料，交通量大時采用雙層

?路基：足夠的穩(wěn)定性

?土基回彈模量：

高速公路、一級公路要求E0>40MPa

其他公路E0>30MPa

城市道路E0>20MPa?高路基穩(wěn)定性：

加強排水，壓實度達到標準，水溫不良時設墊層

3結(jié)構(gòu)層模量和強度同輪載應力相適應

應力應變隨深度變化

E基層E面層E土基?0.08～0.40≮0.3

E基層

4考慮結(jié)構(gòu)層之間相互影響

穩(wěn)定土干縮和低溫收縮，可采用增加過渡層等辦法。

5考慮水溫狀況影響

潮濕地區(qū)、中濕地區(qū)，路面下基層選擇要控制細料含量。防止因水份過多發(fā)軟。

季凍區(qū)，路面總厚度滿足防凍層厚度的要求，厚度不足加墊層。

路面最小防凍厚度（cm）

土質(zhì)

基、墊層類型

道路凍深（cm）

路基

類

型

中濕

潮濕

粘性土、細壓砂土

砂石類

40~4545~5050~6060~7045~5555~6060~7070~80穩(wěn)定土類

35~4040~4545~5555~6540~5050~5555~6565~75工業(yè)廢渣類

30~3535~4040~5050~5535~4545~5050~5555~70砂石類

45~5050~6060~7070~7550~6060~7070~8080~100粉性土

穩(wěn)定土類

40~4545~5050~6060~7045~5555~6565~7070~90工業(yè)廢渣類

30~4040~4545~5050~6540~5050~6060~6565~8050~100100~150150~200>20060~100100~150150~200>2006適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~2.5cm?基層、墊層

碎石類混合料基層，一般單層厚度為8cm~15cm

水泥或石灰穩(wěn)定類基層，其單層厚度為15cm~20cm

墊層厚度不小于15cm

6適當增加層數(shù)和層厚

自上向下各層厚度由薄到厚。

我國規(guī)范規(guī)定半剛性基層瀝青路面推薦厚度:?面層

高速公路12cm~18cm

一級10cm~15cm

二級5cm~10cm

三級2cm~4cm

四級1cm~