1、瀝青路面設(shè)計(jì),2,瀝青路面是目前最常用的高級(jí)路面之一。本章主要介紹瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論，我國(guó)現(xiàn)行柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)要具備一般柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。 14.1概述 14.2瀝青路面破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 14.3彈性層狀體系理論 14.4瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 14.5我國(guó)現(xiàn)行柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 14.6外國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（了解）,本章內(nèi)容,3,14.1.1路面設(shè)計(jì)的目的與任務(wù) 1）路面設(shè)計(jì)的任務(wù)： 根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然條件，密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)確定經(jīng)濟(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)，使之能承受交通荷載和環(huán)境因素的作用，在預(yù)定的使用期限內(nèi)滿足

2、各級(jí)公路相應(yīng)的承載能力、耐久性、舒適性、安全性的要求。 2）具體目標(biāo)： 路面結(jié)構(gòu)的使用性能隨環(huán)境和交通荷載的反復(fù)作用而逐漸變壞具體目標(biāo)：控制或限制其使用性能在預(yù)定的使用年限內(nèi)不致惡化到低于某一規(guī)定的程度分析瀝青路面損壞的模式和產(chǎn)生原因，并找到能預(yù)估荷載與環(huán)境作用下各種損壞出現(xiàn)和結(jié)構(gòu)特征變壞的方法確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。,14.1概述,4,3）設(shè)計(jì)內(nèi)容： 原材料的選擇 混合料配合比設(shè)計(jì) 路面結(jié)構(gòu)層組合與厚度計(jì)算*重點(diǎn)內(nèi)容* 路面結(jié)構(gòu)的方案比選,5,1）經(jīng)驗(yàn)與半經(jīng)驗(yàn)法： A、基礎(chǔ)與依據(jù)：以已往修建和使用經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。 B、建立過程： 依經(jīng)驗(yàn)確定路面厚度(行車荷載/路基承載力/路面材料強(qiáng)度); 修建試

3、驗(yàn)路，實(shí)地觀察，數(shù)據(jù)收集； 數(shù)據(jù)整理，建立厚度h荷載/路基/材料的關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式； 隨材料發(fā)展，不斷修正。 C、特點(diǎn)通用性不佳 適用范圍問題： 隨環(huán)境差異，交通量增長(zhǎng)、新材料發(fā)展經(jīng)驗(yàn)公式需外延 試驗(yàn)路費(fèi)時(shí)費(fèi)錢。,14.1.2設(shè)計(jì)方法分類,6,2）理論法/解析法： A、理論基礎(chǔ)：以結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)。 按設(shè)計(jì)荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、位移量不超過路面任一結(jié)構(gòu)層中材料所容許的范圍組合型式與尺寸選擇。 B、特征： 合適力學(xué)模型計(jì)算應(yīng)力/應(yīng)變/位移：彈性半空間體、彈性層狀體系、粘彈性層狀體系、彈性地基上的板、有限元等； 結(jié)構(gòu)層中材料的力學(xué)性質(zhì)與力學(xué)參數(shù)的表征； 定義以基本應(yīng)力/應(yīng)變/位移表征的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)/指標(biāo)；

4、 用簡(jiǎn)便的方式表示設(shè)計(jì)體系與設(shè)計(jì)步驟。 注：影響因素復(fù)雜，材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)變異性大，對(duì)荷載環(huán)境的影響認(rèn)識(shí)還不充分，結(jié)構(gòu)分析與使用性能間尚未能建立定量?jī)?nèi)在聯(lián)系解析法還存在不足需經(jīng)驗(yàn)法予以補(bǔ)充修正。,7,C）基本分析框架： 交通環(huán)境路基材料 可靠度初擬路面結(jié)構(gòu)和混合料組成 輸入 各種損壞模式分析 疲勞變形開裂 設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 損壞分析 力學(xué)模型設(shè)計(jì)決策 設(shè)計(jì)結(jié)果方案比選,14.1.2設(shè)計(jì)方法分類,8,由于瀝青路面損壞模式多種多樣，各種損壞對(duì)路面使用性能有不同性質(zhì)和程度的影響。 為了給瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，我國(guó)現(xiàn)行公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范JTJ07396將瀝青路面的損壞歸納為以下幾類： 裂縫路面結(jié)構(gòu)整

5、體受到損壞； 變形路表形狀改變； 表層損壞路面表層損壞。,14.2瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),9,14.2.1破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),1）沉陷：路基壓實(shí)，改善路基水溫狀況 A、定義：路面在車輪作用下表面產(chǎn)生較大的凹陷入變形，有時(shí)凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象。 B、原因與影響因素： 路基土的壓縮、路基土承載能力不足、路基水溫狀況不良 C、設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： 路基土的垂直壓應(yīng)力或垂直壓應(yīng)變。 路基表面由車輪荷載產(chǎn)生的垂直應(yīng)力彈性層狀體系 路基土容許垂直壓應(yīng)力土基性質(zhì)/車輪荷載作用次數(shù),10,2）車轍：提高強(qiáng)度、施工質(zhì)量 A、定義：路面的結(jié)構(gòu)層及土基在行車荷載重復(fù)作用之下的補(bǔ)充壓實(shí)，以及材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的

6、永久變形出現(xiàn)在行車輪帶處，形成路面的縱向帶狀凹陷高級(jí)路面主要破壞型式 B、原因與影響因素： 荷載大小、重復(fù)作用次數(shù)、結(jié)構(gòu)層與土基性質(zhì) C、設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： 路面各結(jié)構(gòu)層包括土基的殘余變形總和： 左：路面的計(jì)算總殘余變形彈性層狀體系+經(jīng)驗(yàn)公式 右：容許總殘余變形使用要求 路基表面的垂直變形： 左：路基表面的垂直應(yīng)變彈性層狀體系 右：路基表面容許垂直應(yīng)變經(jīng)驗(yàn)公式,14.2.1破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),11,3）疲勞開裂： A、定義：由行車荷載的反復(fù)作用引起的，路面在無顯著永久變形情況下沿輪跡帶出現(xiàn)的裂縫。 B、特點(diǎn)與原因：無顯著變形細(xì)短橫向裂縫網(wǎng)狀，加劇 面層底面疲勞開裂向表面發(fā)展； 穩(wěn)定類基層疲勞

7、開裂反射裂縫； C、疲勞壽命/曲線/方程： D、設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)構(gòu)層底面的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變： 左：結(jié)構(gòu)層底面最大拉應(yīng)力或拉應(yīng)變彈性層狀體系 右：結(jié)構(gòu)層底面容許拉應(yīng)力或拉應(yīng)變疲勞方程,14.2.1破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),12,4）推移： A、定義：瀝青路面受到車輪水平荷載作用時(shí)，路面表面可能出現(xiàn)推移或擁起。 B、原因與影響因素： 結(jié)構(gòu)層抗剪強(qiáng)度不足 C、設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)： 面層抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)（溫度狀況）。 左：面層中可能產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力彈性層狀體系 右：材料容許剪應(yīng)力參考路面溫度狀況 注：常用于城市道路特定路段的瀝青路面設(shè)計(jì)。,14.2.1破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),13,5）低溫開裂：材料設(shè)計(jì)，加鋪應(yīng)

8、力吸收層 A、定義：路面結(jié)構(gòu)中某些整體結(jié)構(gòu)層在低溫時(shí)由于材料收縮受到限制而產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，當(dāng)其超過材料相應(yīng)條件下的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生開裂。 B、原因與特點(diǎn)： 橫向，嚴(yán)重時(shí)才會(huì)發(fā)展為縱向，間距610m； 與荷載無關(guān)； C、設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：低溫時(shí)結(jié)構(gòu)層材料收縮受到限制而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力應(yīng)不大于該溫度時(shí)的容許拉應(yīng)力。 注：與荷載無關(guān)； 材料本身性質(zhì)所決定。,14.2.1破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),14,6）路面彎沉： A、定義：路面在垂直荷載作用下產(chǎn)生的垂直變形測(cè)量方便、反映了路面各結(jié)構(gòu)層及土基的整體強(qiáng)度、剛度、路面的使用性能。 B、原因與影響因素： 路面各結(jié)構(gòu)層及土基的整體強(qiáng)度、剛度，路面的使用狀態(tài) C

9、、設(shè)計(jì)指標(biāo)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：路面彎沉 路面設(shè)計(jì)彎沉值Ld：表征路面整體剛度大小的指標(biāo)，是根據(jù)設(shè)計(jì)所限內(nèi)一個(gè)車道上預(yù)測(cè)通過的累計(jì)當(dāng)量軸次、公路等級(jí)、面層基層類型而確定的路面彎沉設(shè)計(jì)值，是路面厚度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，可作為路面竣工驗(yàn)收的最大彎沉驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。,14.2.1破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),15,1）力學(xué)模型：多層彈性層狀體系； 2）荷載：雙圓垂直均布荷載/單圓垂直均布荷載； 3）設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)： A、整體剛度，路面彎沉我國(guó)新建公路瀝青路面設(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)： B、疲勞開裂對(duì)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)力的驗(yàn)算：

10、C、水平力與推移，抗剪強(qiáng)度我國(guó)城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范中還增加一項(xiàng)剪應(yīng)力指標(biāo)：,14.2.2我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),16,14.3.1引言-分析目標(biāo) 14.3.2基本假定 14.3.3基本體系與理論方法 14.3.4公式簡(jiǎn)化與查圖法計(jì)算彎沉與層底拉應(yīng)力 （方法與例題） 14.3.5多層體系等效換算 （方法與例題）,14.3彈性層狀體系理論,17,瀝青路面結(jié)構(gòu)多層體系不同材料結(jié)構(gòu)層應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系非線性，且變形隨應(yīng)力作用的時(shí)間而變化，應(yīng)力卸除后常有一部分變形不能恢復(fù)。 瀝青路面非線性的彈-粘-塑性體行車荷載瞬時(shí)性路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力很小視為線性彈性體應(yīng)用彈性層狀體系理論進(jìn)行分析。,14.3彈性層狀體系理

11、論,18,1）力學(xué)模型：多層彈性層狀體系； 2）荷載：雙圓垂直均布荷載/單圓垂直均布荷載； 3）設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)： A、整體剛度，路面彎沉 B、疲勞開裂 C、水平力與推移，抗剪強(qiáng)度 4）簡(jiǎn)化力學(xué)模型： 低級(jí)路面雙層體系上層：路面雙圓荷載路面彎沉 下層：路基單圓荷載 上層：面層雙圓荷載路面彎沉 高級(jí)路面三層體系中層：基層層底拉應(yīng)力 下層：路基剪應(yīng)力,14.3.1引言-分析目標(biāo),19,1）多層彈性層狀體系：由若干個(gè)彈性層組成，上面各層具有一定的厚度，最下一層為彈性半空間體；,14.3.2基本假定,20,各層是連續(xù)的、完全彈性的、均勻的、各向同性的，以及位移和形變是微小的，應(yīng)力-應(yīng)變符合虎克定律； 最

12、下一層在水平方向和垂直向下方向?yàn)闊o限大，其上各層厚度為有限、水平方向?yàn)闊o限大； 各層在水平方向無限遠(yuǎn)處及最下一層向下無限深處，其應(yīng)力、形變和位移為零； 層間接觸情況，或者位移完全連續(xù)（稱連續(xù)體系），或者層間僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)，而層間無摩阻力（稱滑動(dòng)體系）； 不計(jì)自重：路面結(jié)構(gòu)在承受行車荷載之前，初應(yīng)力為零，不計(jì)路面自重對(duì)應(yīng)力的影響。,2）基本假定,21,1）由彈性力學(xué)：微元體應(yīng)力分量：r、z 、rz=zr，r=r=0，z=z=0；（軸對(duì)稱性）則： 平衡方程： 物理方程： 幾何方程：,14.3.3基本體系與理論方法（以單圓荷載為例）,22,由變形連續(xù)方程，并引入應(yīng)力函數(shù)= (r,z)； 將應(yīng)力

13、分量表示為應(yīng)力函數(shù)的函數(shù)結(jié)合物理方程、幾何方程將位移分量也表示成應(yīng)力函數(shù)的函數(shù)。 平衡方程、變形連續(xù)方程、邊界條件解出應(yīng)力函數(shù)： 可以求得各應(yīng)力與位移分量，以雙層體系單圓荷載為例： 注：結(jié)果比較復(fù)雜，需借助計(jì)算機(jī)求解。 工程中為方便起見，可化簡(jiǎn)： 可事先計(jì)算，將結(jié)果繪成諾謨圖，以后設(shè)計(jì)時(shí)查圖求解。,23,2）主應(yīng)力計(jì)算：為驗(yàn)算路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度主應(yīng)力。 由據(jù)彈性力學(xué)，用圓柱坐標(biāo)表示的空間問題的三個(gè)主應(yīng)力同各應(yīng)力分量之間的關(guān)系為下式的解： 三個(gè)主應(yīng)力1/2/3 式中：，第一應(yīng)力狀態(tài)不變量； ，第二應(yīng)力狀態(tài)不變量； ，第三應(yīng)力狀態(tài)不變量。 最大剪應(yīng)力：,24,1）雙層體系單圓荷載解：將路基看成彈性半

14、無限體，其上的路面結(jié)構(gòu)為一層均質(zhì)彈性層，即構(gòu)成彈性雙層體系（P383） 計(jì)算圖式與計(jì)算點(diǎn)： 簡(jiǎn)化結(jié)果：表面荷載中心處的垂直位移為,14.3.4公式簡(jiǎn)化與查圖法計(jì)算彎沉與層底拉應(yīng)力,A,注：理論彎沉系數(shù) 體系表面單位荷載作用在軸線上的垂直位移。 設(shè)計(jì)計(jì)算方法：查諾模圖法,25,例1 已知： ，求荷載作用面下中軸處的彎沉。 解：由題有： 查圖14-4（P383），在縱軸上處作水平線，在橫軸上處作豎直線，兩者交點(diǎn)同圖中曲線相截，沿曲線查得： 所以，荷載作用面下中軸處的彎沉為：,瀝青路面設(shè)計(jì)例題：,26,例2 已知：， ，荷載作用面下中軸處的彎沉限定為0.1cm，求面層應(yīng)有的厚度h。 解：由題與公式1

15、4-16，有： 查圖14-4（P383），在縱軸上處作水平線，同圖中曲線相交，從交點(diǎn)作一豎線與橫軸相交于0.66。 即有， ，則,瀝青路面設(shè)計(jì)例題：,27,瀝青路面設(shè)計(jì)習(xí)題：,28,注：瀝青路面設(shè)計(jì)主要內(nèi)容： 1）任務(wù)確定；(路面等級(jí)、路面類型、累計(jì)作用軸次) 2）結(jié)構(gòu)層次組合設(shè)計(jì)，層厚初擬； 3）材料組成設(shè)計(jì)與材料設(shè)計(jì)參數(shù)； 4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的確定； 5）路面彎沉結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)； 6）應(yīng)力驗(yàn)算； 7）對(duì)季節(jié)性冰凍地區(qū)，驗(yàn)算防凍厚度是否滿足要求 8）城市道路尚應(yīng)驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度； 9）經(jīng)濟(jì)分析，方案比選。,14.4瀝青路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì),29,瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的選擇和安排，應(yīng)使整個(gè)路面結(jié)構(gòu)既能

16、抵抗行車荷載和自然因素的作用，又能發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的最大效能。 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)使用要求及當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行路基路面綜合設(shè)計(jì)； 按合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護(hù)的原則，比較并選擇路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案； 對(duì)于分期修建的路面工程，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，合理設(shè)計(jì)層次與厚度，使前期工程在后期能得到充分利用； 為確保工程質(zhì)量，應(yīng)盡量選用便于機(jī)械化、工廠化施工的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。,14.4瀝青路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì),30,結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)時(shí)考慮車輛荷載作用的應(yīng)力分布和環(huán)境因素對(duì)路面材料的影響，土基及路面各結(jié)構(gòu)層之間相互制約的關(guān)系，以及施工要求和工作特性等綜合分析的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。 1）面層/基層結(jié)構(gòu)

17、類型/厚度 應(yīng)與交通量/結(jié)構(gòu)層功能相適應(yīng)： 2）適應(yīng)車輛荷載的作用與各結(jié)構(gòu)層應(yīng)力分布規(guī)律： 3）考慮結(jié)構(gòu)層本身結(jié)構(gòu)特性,保證層間結(jié)合緊密穩(wěn)定 4）在各種自然因素下穩(wěn)定性好： 5）適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層數(shù)和厚度：,14.4.1結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)原則,31,1）面層/基層結(jié)構(gòu)類型/厚度應(yīng)與交通量/結(jié)構(gòu)層功能相適應(yīng)： 面層直接承受車輛荷載和自然因素的作用，應(yīng)選用粘結(jié)力強(qiáng)的結(jié)合料和高強(qiáng)耐磨的集料。 對(duì)于交通量大、路面等級(jí)高的瀝青面層，應(yīng)選用強(qiáng)度較高的半剛性材料基層，必要時(shí)可分上、下基層。 需設(shè)置墊層時(shí)，可選用砂礫、碎石及工業(yè)廢渣等粒料及穩(wěn)定類村料。 選用結(jié)構(gòu)層組合時(shí)，要考慮所選結(jié)構(gòu)是否與各層本身功能要求相適應(yīng)。,32

18、,2）適應(yīng)車輛荷載的作用與各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力分布規(guī)律： 車輛荷載垂直力，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變隨深度的增加而減小水平力，產(chǎn)生的應(yīng)力及應(yīng)變則隨深度的增加而很快消失各結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和剛度必須與這種應(yīng)力應(yīng)變沿深度變化的布規(guī)律相適應(yīng)。 相鄰層材料的模量比是合理確定結(jié)構(gòu)層層數(shù)、選定適宜結(jié)構(gòu)層材料的重要依據(jù)為使剛度不同的結(jié)構(gòu)層平緩地過渡到下層和上基，改善層間接觸面的應(yīng)力狀態(tài)注意兩相鄰層剛度的遞減規(guī)律當(dāng)相鄰兩層剛度相差較大時(shí)，上層底面將山現(xiàn)較大的彎拉應(yīng)力，從而影響到使用壽命。 基層與面層的模量比應(yīng)不小于0.3， 墊層與基層的模量比應(yīng)保持在0.20.5以內(nèi)， 土基與基層或底基層的模呈比宜為0.080.4。,33

19、,3）考慮結(jié)構(gòu)層本身結(jié)構(gòu)特性，保證層間結(jié)合緊密穩(wěn)定： 為了保證結(jié)構(gòu)的整體件和結(jié)構(gòu)層之間應(yīng)力傳遞的連續(xù)性，要求層間的結(jié)合緊密穩(wěn)定。 不同的接觸條件產(chǎn)生的應(yīng)力分布不一樣，而且相差很大，將直接影響到面層的使用壽命； 為保證層間聯(lián)結(jié)堅(jiān)固，非瀝青類基層應(yīng)澆灑透層瀝青。 應(yīng)注意各結(jié)構(gòu)層材料所具有的不同特性，組合時(shí)應(yīng)注意相鄰層次間的相互影響，采取措施限制或消除相互間的不利影響。 半剛性基層上鋪筑薄瀝青面層采取防止反射裂縫的措施； 潮濕的粉土或粘性土土基上，不宜直接鋪筑松散粒料(碎、礫石)基層，以防相互摻雜而污染基層，或?qū)е逻^大變形； 瀝青混凝土或熱拌瀝青碎石之類的高級(jí)面層與粒料基層或穩(wěn)定上基層間應(yīng)設(shè)瀝青碎石

20、或?yàn)r青貫入式中間層。,34,4）在各種自然因素下穩(wěn)定性好： 保證瀝青路面穩(wěn)定性在結(jié)構(gòu)層選擇和組合方面總的要求： 不因潮濕而使路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大幅度降底，也不因干燥而松散 不因高溫而失去強(qiáng)度穩(wěn)定性，也不致因低溫凍脹而開裂翻漿 進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)時(shí)，不同類型地區(qū)考慮重點(diǎn)有所不同： 中濕地區(qū)，結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是保證水穩(wěn)定性良好，應(yīng)慎重選擇基層材料； 冰凍地區(qū)結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)時(shí)的重點(diǎn)是保證路面結(jié)構(gòu)具有足夠的冰凍穩(wěn)定性，在措施上可考慮設(shè)置隔離層(最小防凍厚度要求) ； 濕熱多雨地區(qū)，做好地表排水和地下水處理，防止由于水分不能蒸發(fā)，使基層和土基的穩(wěn)定性發(fā)生變化； 對(duì)于干旱地區(qū)，則主要應(yīng)注意防止材料松散，并要求保持

21、一定的濕度。,35,5）適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層數(shù)和厚度： 路面結(jié)構(gòu)層數(shù)愈多，應(yīng)愈能體現(xiàn)強(qiáng)度隨深度遞減的變化規(guī)律，但過多的層數(shù)將使施工和材料選擇更加復(fù)雜。 在滿足強(qiáng)度要求的前提下，層數(shù)不宜過多； 各結(jié)構(gòu)層的適宜厚度應(yīng)按壓實(shí)機(jī)具所能達(dá)到的效果選定； 每層壓實(shí)厚度以小于20cm為宜，超過應(yīng)分層攤鋪碾壓。 為保證各結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定性，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范及城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范提出了路面最小厚度要求。,37,遵循就地取材、分期修建和因地制宜的原則，滿足以上各項(xiàng)要求，并依據(jù)一般的規(guī)律，參照當(dāng)?shù)氐氖褂媒?jīng)驗(yàn)，即可擬出若干既能滿足交通要求又經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)層組合方案，以滿足結(jié)構(gòu)分析和確定路面厚度的需要，并通過經(jīng)濟(jì)分析評(píng)價(jià)選擇最佳方

22、案。 所擬訂的方案應(yīng)包括如下內(nèi)容： 結(jié)構(gòu)層次、各結(jié)構(gòu)層的類型和初擬厚度； 對(duì)各結(jié)構(gòu)層材料組成和技術(shù)指標(biāo)的要求； 對(duì)施工工藝和施工質(zhì)量的要求。,14.4.2結(jié)構(gòu)組合方案,38,細(xì)粒式瀝青砼細(xì)粒式瀝青砼細(xì)粒式瀝青砼 中/粗粒式瀝青砼瀝青碎石中/粗粒式瀝青砼 水泥穩(wěn)定砂礫水泥穩(wěn)定砂礫水泥穩(wěn)定砂礫 砂礫砂礫水泥穩(wěn)定土 瀝青表處 瀝青封層瀝青碎石 水泥穩(wěn)定砂礫瀝青碎石 砂礫/石灰土 水泥穩(wěn)定砂礫/泥灰結(jié)碎石 砂礫,結(jié)構(gòu)組合方案示例,39,2）雙層體系雙圓荷載解： 計(jì)算圖式與計(jì)算點(diǎn)： 簡(jiǎn)化結(jié)果：雙層體系雙圓荷載輪隙理論彎沉 注： :理論彎沉系數(shù) :理論彎拉應(yīng)力系數(shù) 設(shè)計(jì)計(jì)算方法：查圖法,公式簡(jiǎn)化與查圖法計(jì)

23、算彎沉與層底拉應(yīng)力,A,40,3）三層體系雙圓荷載解：（P358） 計(jì)算圖式與計(jì)算點(diǎn)： 簡(jiǎn)化結(jié)果： 表面彎沉： 上層底面主拉應(yīng)力： 中層底面主拉應(yīng)力： 注：理論彎沉系數(shù) ：理論彎拉應(yīng)力系數(shù) ：理論彎拉應(yīng)力系數(shù) 設(shè)計(jì)計(jì)算方法：查圖法,公式簡(jiǎn)化與查圖法計(jì)算彎沉與層底拉應(yīng)力,A,B,C,41,例12.3 已知：，雙圓， ，求荷載作用下輪隙中間處表面彎沉值、面層和基層的主拉應(yīng)力和。 解：由題有： (1) 三層雙圓均布荷載諾模圖，按用法示意： 查得，； 則表面彎沉系數(shù)為： 所以，荷載作用下輪隙中間處表面彎沉值為：,瀝青路面設(shè)計(jì)例題：,42,(2) 查上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖，按用法示意， 查得 則上層

24、底面拉應(yīng)力系數(shù)為： 所以，荷載作用下上層底面拉應(yīng)力為： (3) 查下基層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖： 則基層底面拉應(yīng)力系數(shù)為： 所以，荷載作用下基層底面拉應(yīng)力為：,43,1）等效換算的原因與原理： 原因：計(jì)算負(fù)責(zé)，難以實(shí)現(xiàn) 原則：等效換算，換算前后多層體系的彎沉/應(yīng)力值不變。 原理：在彎沉系數(shù)/拉應(yīng)力系數(shù)相等的條件下，把一個(gè)模量Ei厚度hi的結(jié)構(gòu)層換算成為另一個(gè)Ej厚度hj的結(jié)構(gòu)層，將多層體系三層體系路面結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)。,多層體系等效換算,44,2）多層體系表面彎沉等效換算：,多層體系等效換算,45,3）多層體系彎拉應(yīng)力等效換算： A、等效中層底面彎拉應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層換算： B、等效上層底面彎拉應(yīng)力的結(jié)

25、構(gòu)層換算： 上層：下層：,多層體系等效換算,46,瀝青路面設(shè)計(jì)例題：,例現(xiàn)有一五層體系，各層的模量與厚度如下表所列，請(qǐng)轉(zhuǎn)換為三層體系，以便計(jì)算路面彎沉值/第一、二、四層底面的彎拉應(yīng)力。,47,解：由題有： (1) 表面彎沉 第一層不變，第二、三、四層轉(zhuǎn)換為的中層： (2) 第一層底面彎拉應(yīng)力 第一層不變，第二、三、四層轉(zhuǎn)換為的中層：,48,(3) 第二層底面彎拉應(yīng)力 第一、二層轉(zhuǎn)換為的上層，第三、四層轉(zhuǎn)換為的中層： (4) 第四層底面彎拉應(yīng)力 第一、二、三層轉(zhuǎn)換為的上層： 上述計(jì)算結(jié)果列于表中。,49,瀝青路面設(shè)計(jì)例題：,例12.5 在上題中，如果不知道第二層的層厚，限定路面表面彎沉值不大于0

26、.08cm，輪胎接觸壓力為， ，要求對(duì)路面結(jié)構(gòu)第二層的層厚進(jìn)行設(shè)計(jì)；并計(jì)算第一、二、三、四層層底拉應(yīng)力。 解：1）層厚確定。首先對(duì)多層路面體系進(jìn)行等效換算，有：,50,由有： 查圖，按用法示意，查得： 則由表面彎沉系數(shù)：有： 再查圖，當(dāng)時(shí)，有： 則： 所以，取路面結(jié)構(gòu)第二層的層厚,51,2）計(jì)算層底拉應(yīng)力 由上，進(jìn)行多層體系等效換算，結(jié)果如下表所示：,52,A）面層底面拉應(yīng)力：（略）B）第二層底面拉應(yīng)力：（略） C）第三層底面拉應(yīng)力： 查中層彎拉應(yīng)力系數(shù)圖，按用法示意， 查得，； 則上層底面拉應(yīng)力系數(shù)為： 所以，荷載作用下上層底面拉應(yīng)力為： D）第四層底面拉應(yīng)力： 查底層彎拉應(yīng)力系數(shù)圖：，；

27、則基層底面拉應(yīng)力系數(shù)為： 所以，荷載作用下基層底面拉應(yīng)力為：,53,1）力學(xué)模型：多層彈性層狀體系； 2）荷載：雙圓垂直均布荷載/單圓垂直均布荷載； 3）設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)： A、整體剛度，路面彎沉 B、疲勞開裂 C、水平力與推移，抗剪強(qiáng)度 4）簡(jiǎn)化力學(xué)模型： 低級(jí)路面雙層體系上層：路面 雙圓荷載路面彎沉 下層：路基 單圓荷載 上層：面層雙圓荷載路面彎沉 高級(jí)路面三層體系中層：基層層底拉應(yīng)力 下層：路基剪應(yīng)力,14.5我國(guó)現(xiàn)行新建柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,54,1）計(jì)算圖式：我國(guó)公路和城市道路瀝青路面厚度計(jì)算均采用回彈彎沉指標(biāo)；計(jì)算點(diǎn)位置在單后軸雙輪組輪隙中心處。 2）應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)： 注： 多層體系換算

28、：,14.5.1計(jì)算圖式,A,B,C,55,1）現(xiàn)有路面回彈彎沉： A、測(cè)試方法：杠桿式彎沉儀=貝克曼梁（5.4=3.6+1.8；3.6=2.4+1.2）+標(biāo)準(zhǔn)軸載汽車前進(jìn)卸荷法測(cè)定(5km/h)。 B、特點(diǎn)： 彎沉值的大小反映了路基路面的強(qiáng)弱； 在達(dá)到相同程度的破壞時(shí)，回彈彎沉大小同該路面的使用壽命-輪載累計(jì)重復(fù)作用次數(shù)成反比關(guān)系由該關(guān)系路面使用壽命路面所容許的最大彎沉值。,14.5.2路面允許彎沉與設(shè)計(jì)彎沉,56,2）容許彎沉： A、定義：路面在使用期末的不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值，記為L(zhǎng)R。 B、容許彎沉與路面使用壽命的關(guān)系： 超載修正,14.5.2路面允許彎

29、沉與設(shè)計(jì)彎沉,57,3）路面設(shè)計(jì)彎沉： A、定義：根據(jù)設(shè)計(jì)所限內(nèi)每個(gè)車道通過的累計(jì)當(dāng)量軸載作用次數(shù)、公路等級(jí)、面層和基層類型確定的，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(cè)得的最大回彈彎沉，記為L(zhǎng)d。 B、物理意義： Ld是與作用壽命達(dá)到時(shí)容許彎沉相匹配的，設(shè)計(jì)時(shí)，即路面剛修建完時(shí)，受標(biāo)準(zhǔn)荷載作用之下應(yīng)具有的回彈彎沉；是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，也可以作為路面竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 C、Ld Ls關(guān)系：反映路表彎沉在使用期間的變化(影響因素復(fù)雜) D、設(shè)計(jì)彎沉Ld ： 式中： Ld單位0.01mm，Ac/As-公路等級(jí)/面層類型,14.5.2路面允許彎沉與設(shè)計(jì)彎沉,58,4）彎沉值

30、的修正：設(shè)計(jì)時(shí)取Ls=Ld，但存在誤差，需修正。 1、實(shí)測(cè)彎沉和理論彎沉關(guān)系： 彎沉綜合修正系數(shù)F： 2、應(yīng)用： 已知Ld ，求Lhi：由Ls=Ld F Lhi 已知路面結(jié)構(gòu)，求Ls ： 因F中含有Ls試算法，?。?14.5.2路面允許彎沉與設(shè)計(jì)彎沉,59,1）標(biāo)準(zhǔn)軸載：我國(guó)路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100KN-標(biāo)準(zhǔn)軸載 2）軸載換算：等效換算軸載P1作用N1次換算成軸載P2作用N2次，換算前后軸載對(duì)路面作用達(dá)到相同效果。換算原則： 換算以達(dá)到相同的臨界狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)； 對(duì)某一種交通組成，不論以哪種軸載的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軸載換算，由換算所得軸載作用次數(shù)計(jì)算的路面厚度是相同的。 3）軸載換算：（半理論，半經(jīng)驗(yàn)）

31、P378-379 以設(shè)計(jì)彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)及瀝青層底拉應(yīng)力驗(yàn)算：Pi25kN 進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算 ：Pi50kN 累計(jì)當(dāng)量軸次 P401,14.5.3標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算,60,在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須確定土基與路面結(jié)構(gòu)各層材料的回彈模量，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強(qiáng)度。 1. 路基土回彈模量值 路基土的回彈模量值除受加荷方式和應(yīng)力狀態(tài)等因素的影響外，還與土的性質(zhì)、密實(shí)度、含水量及土基所處的干濕狀態(tài)有關(guān)。路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在最不利季節(jié)采用現(xiàn)場(chǎng)承載板試驗(yàn)確定土基頂面回彈模量，在路基尚未修建完工的情況下，通過有關(guān)參考資料估計(jì)土基的回彈模量。 A、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法：不利季節(jié)，剛性承載板，現(xiàn)場(chǎng)土基實(shí)測(cè)

32、E0 法一：剛性承載板： 法二：土基彎沉測(cè)定法：彎沉測(cè)定簡(jiǎn)便快捷建立兩者關(guān)系 土基回彈模量值的確定與修正：（實(shí)驗(yàn)保證率、季節(jié)修正）,14.5.4結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)的確定,61,B、查表法：無實(shí)測(cè)條件時(shí)： 確定臨界高度：自然區(qū)劃臨界高度（表14-9） 擬定平均稠度：臨界高度干濕類型平均稠度（表14-10） 預(yù)測(cè)土基回彈模量:自然區(qū)劃+平均稠度+表14-11回彈模量 C、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)法： 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)法：取代表性土樣在室內(nèi)根據(jù)最佳含水量條件下得小承載板回彈模量E0 考慮不利季節(jié)/年份乘以折減系數(shù) 折減系數(shù)：查表確定。 D、換算法：多元回歸分析 建立現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定與室內(nèi)試驗(yàn)的關(guān)系E0L0、E0CBR的相關(guān)換算關(guān)系式室內(nèi)實(shí)驗(yàn)其它指標(biāo)關(guān)系式E0 。,14.5.4結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)的確定,62,