1、第十二章 瀝青路面設計,主要內(nèi)容,瀝青路面設計程序與設計方法 標準軸載與軸載換算 瀝青路面的破壞狀態(tài)與設計標準 土基與路面材料強度指標 瀝青路面結果厚度計算 瀝青路面改建設計,第一節(jié) 瀝青路面設計程序與設計方法,瀝青路面設計任務 結構組合設計 材料組成設計 厚度設計驗算 結構方案比選 路肩構造設計 排水系統(tǒng)設計,設計程序 根據(jù)擬定的結構層材料，確定設計彎沉計算公式中各參數(shù)，計算設計彎沉值； 目標：交工驗收時輪隙中心實測路表彎沉小于等于設計彎沉； 通過諾模圖或電算程序，查圖或電算求出待設計層的厚度； 通過彎拉應力驗算； 抗凍層厚度驗算 技術經(jīng)濟比較,瀝青路面設計方法: 經(jīng)驗法：AASHTO法；C

2、BR法。 依據(jù)調(diào)查或大型試驗總結得到的設計方法，其特點是符合試驗地的實際，但是不能結合不同地方的實際。 力學經(jīng)驗法（M-E）：AI法；SHELL法；我國設計方法。 依據(jù)力學模型計算結構響應，結合實際進行參數(shù)的確定，其特點是理論聯(lián)系實際，是目前設計方法發(fā)展的總趨勢。,瀝青路面設計基本理論彈性層狀體系理論 彈性層狀體系理論的圖式,彈性層狀體系理論的假定,各層連續(xù)、彎曲彈性、均勻、各向同性，位移、形變微??； 最下一層（路基）在水平方向和垂直方向無限大，其上各層厚度有限，水平方向無限； 各層在水平方向無限遠處，及最下層向下無限深處，應力、形變、位移為零； 層間接觸情況，或完全連續(xù)（連續(xù)體系）或僅豎向應

3、力和位移連續(xù)而無摩阻力（滑動體系）； 不計自重。,第二節(jié) 標準軸載與軸載換算,標準軸載及當量換算 軸載換算 公路實際行駛的車輪類型千差萬別，軸載也各不相同，它們對路面結構的損耗作用也不同，無法分析它們對彎沉增大的總效應，有必要定義一種標準軸載，將其它軸載的作用等效為標準軸載作用。 標準軸載 標準軸載一般要求對路面的響應較大、同時又能反映本國的公路運輸運營車輛的總體軸載水平，涉及運輸經(jīng)濟和路面結構經(jīng)濟性兩個方面。我國規(guī)范采用單軸雙輪組BZZ-100。,軸載當量換算的原則 等破壞原則：不同標準軸載使用末期達到相同的臨界狀態(tài)為標準。即對同一種路面結構，甲軸載作用N1次后路面達到預定的臨界狀態(tài)，乙軸載

4、作用使路面達到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2，此時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：對某一種交通組成，不同標準軸載換算換算所得軸載作用次數(shù)設計計算確定的路面厚度相同。,當量軸次 按彎沉或彎拉應力為指標將不同車型、不同軸載的作用次數(shù)換算為與標準軸載100KN相當?shù)妮S載作用次數(shù)。 我國公路瀝青路面設計中的軸載換算公式 彎沉及瀝青層底拉應力為設計指標的換算公式：,半剛性材料層底拉應力為設計指標的換算公式：,貧混凝土基層層底拉應力為設計指標的換算公式：,設計年限與累計當量軸次,瀝青路面的設計年限：至少,設計年限內(nèi)的累計當量軸次：,車道系數(shù),各種軸載在不同車道上的概率分布,瀝青路面的

5、交通等級,我國瀝青路面交通輕重的等級劃分,我國瀝青路面按其承擔的交通荷載輕重劃分為四個交通等級，即：輕、中等、重、特重，具體以兩種劃分方法進行計算后取較高等級進行定級。,第三節(jié) 瀝青路面的破壞狀態(tài)與設計標準,1瀝青路面的破壞狀態(tài) 沉陷路面在 車輪荷載作用下產(chǎn)生的較大凹陷變形 設計指標：路基表面的垂直壓應變或垂直壓應力 原因：路面結構土基承載能力低引起土基的較大垂直塑性變形。 要求：,車轍路面結構層和土基在行車重復荷載作用下的補充壓實，以及結構層材料的側向位移產(chǎn)生的累積永久變形。 要求： RDr e RDr e 疲勞開裂：路面在正常使用情況下，由行車荷載的多次反復作用引起的。 原因：瀝青結構層受

6、車輪荷載的反復彎曲作用，使結構層底面產(chǎn)生的拉應變（或拉應力）值超過材料的疲勞強度，底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。 要求： r R 或r R,推移當瀝青路面受到較大的車輪水平荷載作用時，路面表面可能出現(xiàn)推移和擁起。 原因：車輪荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用，使結構層內(nèi)產(chǎn)生的剪應力超過材料的抗剪強度，并且與行駛車輪的沖擊、振動有關。 要求： max R （應使用高溫時的彈模） 低溫縮裂路面結構中某些整體性結構層在低溫時由于材料收縮受限制產(chǎn)生較大的拉應力，當超過材料相應條件下的抗拉強度時便產(chǎn)生開裂。 要求： rt tR （應使用低溫時的彈模）,2我國瀝青路面的設計指標與要求 我國公路瀝青路面設計

7、采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設計彎沉值為路面整體剛度的設計指標。對瀝青混凝土面層和整體性材料的基層、底基層應進行層底拉應力的驗算，城市道路尚須進行瀝青面層的剪應力驗算。 設計指標及驗算指標必須小于其極限標準。,3.以彎沉作為設計指標的原因 路面總變形表征路面各結構層的變形與路基頂面變形之 和，反映了路面整體剛度的強弱。當路面在車輛荷載反復作 用下不斷地彎曲使變形積累、增大到某種程度時，路面結構 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)間的關系。 路表彎沉值可以簡單地量測，操作簡便；壓應變、拉應 變指標測試較困難。彎沉指標既可作為設計指

8、標，又可以作 為質量檢驗、路面養(yǎng)護的評價手段。,設計理論-層狀體系理論,設計指標和要求：,輪隙中間路表面（A點）計算彎沉值小于或等于設計彎沉值 輪隙中心下（C點）或單圓荷載中心處（B點）的層底拉應力m應小于或等于容許拉應力R,4.彎沉概念,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，卸載后能恢復的那一部分變形。 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的那一部分變形。 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）。 容許彎沉：路面設計使用期末不利季節(jié),標準軸載作用下雙輪輪隙中間容許出現(xiàn)的最大（代表？）回彈彎沉值。 設計彎沉：是指路面交工驗收時、

9、不利季節(jié)、在標準軸載作用下,標準軸載雙輪輪隙中間的最大（代表？）彎沉值。,5.彎沉測定,貝克曼法：傳統(tǒng)檢測方法，速度慢，靜態(tài)測試，試驗方法成熟，目前為規(guī)范規(guī)定的標準方法。 落錘彎沉儀法：利用重錘自由落下的瞬間產(chǎn)生的沖擊載荷測定彎沉，屬于動態(tài)彎沉，并能反算路面的回彈量，快速連續(xù)測定，使用時應用貝克曼進行標定換算。 自動彎沉儀法：利用貝克曼法原理快速連續(xù)測定，屬于試驗范疇，但測定的是總彎沉，因此使用時應用貝克曼進行標定換算。,6.設計彎沉的調(diào)查與分析,瀝青路面按外觀劃分的性能等級,我國把第四外觀等級作為路面臨界破壞狀態(tài)，以第四外觀等級路面的彎沉值的低限作為臨界狀態(tài)的劃界標準，從表中所列的外觀特征可

10、知，這樣的臨界狀態(tài)相當于路面已疲勞開裂并伴有少量永久變形的情況。 對相同路面結構不同外觀特征的路段進行測定后發(fā)現(xiàn)，外觀等級數(shù)愈高，彎沉值愈大，并且外觀等級同彎沉值大小有著明顯的聯(lián)系。因此可以在彎沉值與不同時期的累計交通量間建立關系,7.設計彎沉值,設計彎沉值是路面峻工驗收時、最不利季節(jié)、路面在標準軸載作用下測得的最大(代表)回彈彎沉值?？筛гO計年限內(nèi)每個車道通過的累計當量軸次、公路等級、面層和基層類型確定的路面彎沉設計值。,8.容許彎拉應力,對瀝青混凝土的極限劈裂強度，系指15時的極限劈裂強度；對水泥穩(wěn)定類材料齡期為90d的極限劈裂強度(MPa)；對二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類材料系指齡期為180

11、d的極限劈裂強度(MPa)，水泥粉煤灰穩(wěn)定類120d的極限劈裂強度(MPa) 。 瀝青混凝土層的抗拉強度結構系數(shù)： 無機結合料穩(wěn)定集料類： 無機結合料穩(wěn)定細粒土類,9.路面結構的彎沉計算,彈性層狀理論是在一定假設條件下（半無限空間體、材料各向同性、均質體且不計自重）經(jīng)過復雜的力學、數(shù)學推演的理論體系，假設條件與路面實際不完全相符合，這是導致理論與實際不一致的原因。因此引入彎沉修正系數(shù)F，將理論彎沉值進行修正，使計算彎沉與實測彎沉值趨于接近。,彎沉修正系數(shù),10.路面結構的彎拉應力計算,理論最大拉應力系數(shù)：,實際設計時，該值通過程序計算得到。,11.路面材料設計參數(shù),以路表彎沉值為設計指標時，設

12、計參數(shù)采用抗壓回彈模量。對于瀝青混凝土試驗溫度為20；以彎拉應力（應變）為設計指標時，擬驗算的結構層采用彎拉回彈模量（對于瀝青混凝土試驗溫度為15） ，其它結構層采用抗壓回彈模量。,12.瀝青結構層的回彈模量參數(shù),13.半剛性基層結構層的回彈模量參數(shù),14.土基回彈模量設計值規(guī)定,15.土基回彈模量取值方法,現(xiàn)場測試法： 承載板測試法：采用直徑30cm的剛性承載板，在現(xiàn)場土基表面，通過承載板對土基逐級加載、卸載的方法，測出每級荷載下相應的土基回彈變形值，采用1mm線性歸納法按下式計算測點處路基回彈模量值： 承載板測試法: 回彈彎沉測試: 落錘式彎沉儀：,查表法： 1）確定臨界高度（根據(jù)自然區(qū)劃

13、、土質）； 2）擬定土的平均稠度（根據(jù)路基設計高度與臨界高度的關系，確定路基頂面以下80cm范圍 內(nèi)不同深度的含水量，計算平均稠度； 3）預測土基回彈模量（根據(jù)平均稠度、土質、自然區(qū)劃查表） 室內(nèi)試驗法： 根據(jù)室內(nèi)小承載板測得回彈模量，乘以折減系數(shù)。 換算法： 通過回歸分析，確定特定地區(qū)、土質的CBR等現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)與回彈模量的關系；,14、土基回彈模量的參數(shù),第五節(jié) 瀝青路面結構組合設計,瀝青路面結構組合設計的基本原則 總原則： 面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定 具體要求： 適應行車荷載作用的要求 從上至下，從薄到厚，從強到弱，表層抗滑、抗磨耗 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

14、度穩(wěn)定性 考慮結構層的特點 上下層匹配，總體上強度足夠而不過多浪費 考慮防凍、防水要求,詳細組合原則： 根據(jù)瀝青路面的工作特性，各結構層應盡量按強度和剛度自上而下逐層遞減的規(guī)律安排； 必須考慮材料特點和施工工藝以及強度和造價等方面考慮； 各結構層應具有適宜的厚度，不宜使層數(shù)過多而厚度過??； 應合理選擇相鄰結構層之間的模量比（基層:面層（E2E1）宜在1.53，基層:底基層（E2E3）宜不大于3， 底基層:土基（E3E0）宜在2.512.5）； 對于低溫地區(qū)，應考慮收縮裂縫，進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； 對于潮濕地區(qū)及多雨地區(qū)，應考慮水穩(wěn)定性，選擇水穩(wěn)定性好的基層及盡

15、量考慮不透水的面層； 路面還應滿足防凍厚度的要求； 應考慮結構層間的結合性。,輕交通中等交通結構組合設計原則 按照道路等級和交通要求選擇面層等級和類型 按各結構層的功能選擇結構層次 按各結構層的應力分布特性 顧及各結構層次本身的特性 考慮環(huán)境狀況的不利影響 適當?shù)膶訑?shù)和厚度,重交通時結構組合設計原則 正確認識各結構層的作用，考慮各結構層對路面長期使用性能的影響 瀝青層應保證足夠的厚度，交通量越大，瀝青層的厚度應越大 瀝青層材料設計 基層模量應具有適當?shù)哪Ａ?當采用半剛性材料作為基層或墊層時，應作適當?shù)奶幚?十分重視路面排水系統(tǒng)的設計,瀝青路面結構組合 面層：單層、雙層或三層瀝青面層 基層：柔性

16、、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、堅固、不透水 層間結合：牢固,瀝青路面面層要求 面層路用性能要求,面層抗滑性能要求,瀝青層最小厚度要求,基層最小厚度和適宜厚度要求,第六節(jié) 瀝青路面結構厚度計算,第七節(jié) 瀝青路面改建設計,瀝青路面改建設計 瀝青路面隨時間，其性能和承載能力不斷降低，超過設計使用年限（或超過累計當量軸次后）將不能滿足正常行車要求，需進行補強或改建。 改建的種類：加寬、提升等級，提升線形標準（局部改線）等，如果有老路面作為加鋪基礎，稱為補強。否則應按新建路面設計。 補強設計工作內(nèi)容： 路面結構狀況調(diào)查、彎沉評定及補強厚度設計。 ,1）路

17、況調(diào)查 交通調(diào)查（確定現(xiàn)有交通量，預測交通量增長率）； 路基狀況調(diào)查（調(diào)查路基土質、干濕狀況及排水情況，明確是否需要采用進一步工程措施改善含水量）； 路面狀況調(diào)查（調(diào)查路面結構、表面狀況、病害及其原因，在進行補強設計時，考慮是否需要采取特殊措施，如：采用抗沖刷能力更強的路面材料等）； 路面修建與養(yǎng)護歷史調(diào)查（調(diào)查路面建成過程中，及建成后的一些重要事項，如：該路面可能已加鋪了抗滑表層等）,2）強度評價 路表回彈彎沉（最不利季節(jié)）的評價方法： 路段劃分（不短于1000m），并在各路段上實地檢測，一般每車道按20-50m間隔測試，計算回彈彎沉值； 考慮荷載、溫度、季節(jié)、濕度影響因素，確定影響系數(shù)； 按一定保證率計算代表回彈彎沉值； 按代表回彈彎沉計算舊路面的綜合回彈模量（類似土基回彈模量） 3）設