沥青路面结构设计模版ppt课件.ppt

第六章 沥青路面结构设计,第一节 弹性层状理论体系,第二节 沥青路面的破坏状态与设计标准,第四节 新建沥青路面结构厚度计算,第五节 改建沥青路面,第三节 沥青路面的结构设计,第一节 弹性层状体系理论概述,一 基本假设与解题方法弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间体，如图14-1所示。应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变形和位移等分量时，引入如下一些假设：(1)各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，以及位移和形变是微小的；(2)最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，其上各层厚度为有限、水平方向为无限大；(3)各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移为零；(4)层间接触情况，或者位移完全连续(称连续体系)，或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力(称滑动体系)：(5)不计自重,第二节 沥青路面的破坏状态与设计标准沥青路面由于环境因素的不断影响和行车荷载的反复作用，经过一段时间的使用，便会产生破坏而失去原有的使用能力。下面着重叙述沥青路面的结构破坏状态与设计标准。,一、沉陷 是路面在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象出现，如图14-6所示,造成路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至路基表面的车轮压力，便产生较大的垂直变形即沉陷。,为控制路基土的压缩引起路面的沉陷，可选用路基土的垂直压应力或垂直压应变作为设计标准,车辙 车辙是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。这种变形出现在行车轮带处，即形成路面的纵向带状凹陷,车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。因为这类路面的使用寿命较长，即使每一次行车荷载作用产生的残余变形量很小，而多次重复作用累积起来的残余变形总和也将会较大，足以影响车辆的正常行使。,路面的车辙同荷载应力大小，重复作用次数以及结构层和土基的性质有关。有代表性的控制车辙深度的指标有两种：一种是路面各结构层包括土基的残余变形总和；另一种是路基表面的垂直变形。,L,(14-16),路基表面的垂直应变标准，可表示为：,(14-17),三、疲劳开裂开裂是路面在正常使用情况下，由行车荷载的多次反复作用引起的。疲劳开裂的特点是，路面无显著的永久变形，开裂开始大都是形成细而短的横向开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。产生疲劳开裂的原因，是沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用，使结构层底面产生的拉应变(或拉应力)值超过材料的疲劳强度(它较一次荷载作用的极限值小很多)，底面便开裂，并逐渐向表面发展。经水硬性结合料稳定而形成的整体性基层也会产生出疲劳开裂，甚至导致面层破坏。,结构层达到临界疲劳状态时所承受的荷载重复次数称为疲劳寿命。某一种路面结构层疲劳寿命的大小，主要取决于所受到的重复应变(或应力)大小，同时也与路面的环境因素有关。,以疲劳开裂作为设计标准时，用结构层底面的拉应变或拉应力不超过相应的容许值控制设计，即：,(14-18),(14-19),四、推 移 当沥青路面受到较大的车轮水平荷载作用时(例如经常启动或制动路段及弯道、坡度变化处等)，路面表面可能出现推移和拥起。造成这种破坏的原因是，车轮荷载引起的垂直力和水平力的综合作用，使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。同时也与行驶车轮的冲击振动有关。,为防止沥青面层表面产生推移和拥起，可用面层抗剪强度标准控制设计。,五、低温缩裂 路面结构中某些整体性结构层在低温(通常为负温度)时由于材料收缩受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生开裂。由于路面的纵向尺度远大于横向，低温收缩时侧向约束不大，故这种开裂一般为横向间隔性的裂缝，严重时才发展为纵向裂缝。在冰冻地区，沥青面层和用无机结合料稳定的整体性基层，冬季可能出现这种开裂。低温缩裂是一项同荷载因素无关的设计指标，即低温时结构层材料因收缩受约束而产生的温度应力 应不大于该温度时材料的容许拉应力。,即：,六、路面弯沉设计标准 路面弯沉是路面在垂直荷载作用下，产生的垂直变形。一般认为，路面弯沉不仅能够反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系，同时弯沉值的测定也比较方便。所以我国现行的沥青路面设计方法采用设计弯沉作为路面整体刚度的设计指标。高速公路、一级公路和二级公路的沥青路面除了按弯沉设计路面结构之外，还须对沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层进行层底拉应力的验算。城市道路路面设计尚须进行沥青混合料面层的剪应力验算。路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，它是根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值，是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值可以作为路面竣工后第一年不利季节、路面温度为20时在标准轴载100kN作用下，竣工验收的最大回弹弯沉值，它与交通量、公路等级、面层和基层类型有关。,第三节 沥青路面的结构设计,1、路面结构组成 1沥青路而结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。2面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。3基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。4底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。5基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。6垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。,4 沥青面层4.1一般规定4.1.1沥青面层的技术要求 为了给汽车运输提供安全、快速、舒适的行车条件，沥青路面应具有坚实、平整、抗滑、耐久的品质，同时，还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨水渗入基层的功能。4.1.2 沥青面层分类及适用范围 沥青面层分为沥青混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石混合料、沥青贯入式、沥青表面处治五种类型。沥青混凝土适用于做各级公路的沥青路面面层。对高速公路、一级公路的表面层、中面层、下面层应采用沥青混凝土：二级公路的表面层宜用沥青混凝土。热拌沥青碎石适用于做二级及二级以下公路的面层、柔性路面的上基层以及调平层 乳化沥青碎石混合料适用于做三级、四级公路的沥青面层、二级公路养护罩面以及各级公路的调平层。沥青贯入式碎石(含上拌下贯式)适用于做二级及二级以下公路的沥青面层。若沥青贯入碎石设在沥青混凝土层与半刚性基层、粒料基层之间时，沥青贯入式碎石应不撤封层料，也不做上封层。沥青表面处治适用于三级、四级公路的面层、旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。,4.1.3、选择沥青,高速公路、一级公路的沥青路面，应选用符合“重交通道路石油沥青技术要求”的沥青，以及经过试验论证、行之有效的改性沥青。二级及二级以下公路的沥青路面，可采用符合“中、轻交通道路石油沥青技术要求”的沥青或改性沥青.沥青路面所用沥青标号，应根据气候条件、面层结构类型、施工方法和施工季节等按表413选用。,4.1.4、集料的技术要求各种沥青面层的粗集料、细集料、填料应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJ 032)的有关规定。,4.1.5、沥青路面抗滑性能高速公路、一级公路的沥青路面应具有良好的抗滑性能，其抗滑性能应符合表415的要求。二级及三级公路应根据各路段的具体情况采取必要的技术措施，以提高路面抗滑性能。,表415 抗滑标准(p519),(1)摩擦系数：高速公路、一级公路宜在竣工后第一个夏季采用摩擦系数测定车，以(50土1)kmh的车速测定横向力系数(SFC)。(2)路面宏观构造深度：路面宏观构造深度，应在竣工后第一个夏季用铺砂法或激光构造深度仪测定。(3)竣工后第一个夏季测定沥青面层横向力系数(或摆值)、路面宏观构造深度，应符合表415规定的竣工验收值的要求。,4.2 高级路面421沥青混凝土1沥青面层可由单层或双层或三层沥青混合料组成，各层混合料的组成设计应根据其层厚和层位、气温和降雨量等气候条件、交通量和交通组成等因素，按表421选用适当的最大粒径及级配类型，使之满足对沥青面层使用功能的要求。,表421 沥青混合料类型的选择(方孔筛),2 选择沥青面层各层级配时，应至少有一层是I型密级配沥青混凝土，以防止雨水下渗。三层式沥青面层的表面层采用抗滑表层时，中面层应用I型密级配沥青混凝土，下面层宜根据当地气候、交通量采用I型或II型沥青混凝土。双层式沥青面层的表面层采用抗滑层时，下面层应用I型密级配沥青混凝土；若采用半开级配或开级配热拌沥青碎石做表面层时，应在沥青面层下设下封层。多雨地区采用乳化沥青碎石混合料作面层时，必须设置上封层或下封层。3、各种类型的沥青混合料级配组成可参考附录 B 表B1选用。,423沥青混凝土的稳定性 对高速公路、一级公路的表面层和中面层的沥青混凝土作配合比设计时，应进行车辙试验，以检验沥青混凝土的高温稳定性。高温稳定性是以温度60、07MPa轮压条件下进行车辙试验所获得的动稳定度表示，对高速公路的表面层、中面层沥青混合料，其动稳定度不应低于800次mm；对一级公路的表面层、中面层沥青混合料不应低于600次mm。,表424 沥青混合料水稳性指标,424 沥青混凝土的水稳性 高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土应具有良好的水稳定性。沥青混合料的水稳性指标，除通常采用浸水马歇尔试验和沥青与矿料的粘附性试验，以检验沥青混合料受水损害时的抗剥落性能外，对年最低气温低于-215的寒冷地区，还应增加沥青混合料冻融劈裂残留强度试验。沥青混合料的水稳性指标应符合表424的规定。,425 沥青玛蹄脂碎石混合料 沥青玛蹄脂碎石混合料(简称SMA)，是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的沥青混合料。具有抗滑耐磨、密实耐久、抗疲劳、抗高温车辙，减少低温开裂的优点。适用于高速公路、一级公路做抗滑表层使用，其厚度宜为35cm4cm。SMA应选用磨光值大于42的硬质石料，最大粒径宜为13mm或16mm。应选用针入度较小、粘度较大的沥青，并宜采用改性沥青，油石比不宜小于62纤维稳定剂的用量，对木质素纤维为混合料总质量的03，矿物纤维为混合料总质量的04。SMA混合料的矿料级配及配合比设计可采用国内成功的经验及方法进行，5mm以上粗集料用量不低于70，0075mm通过量宜为813，马歇尔稳定度不宜低于62kN，空隙率宜控制在24范围内。但必须进行车辙试验检验，动稳定度不应低于1 500次mm。,43 次高级路面431 热拌沥青碎石热拌沥青碎石的配合比设计应根据实践经验和马歇尔试验的结果，并通过施工前的试拌、试铺确定。热拌沥青碎石的级配可参照附录B表B1选用。432 乳化沥青碎石混合料乳化沥青碎石混合料的面层宜做成双层式,若用单层式应根据当地降雨量设置下封层或上封层。混合料的级配宜符合附录B表B1的要求。混合料配合比设计可根据当地成功的经验或试拌试铺确定。,433 沥青贯入式路面1沥青贯入式面层的厚度一般为4cm8cm。当沥青贯入式的上部加铺拌和的沥青混合料时，也称为上拌下贯，此时拌和层的厚度宜为3cm4cm，其总厚度为7cm10cm。乳化沥青贯入式路面厚度不宜大于5cm沥青贯入式面层之下应做下封层，以避免雨雪下渗至基层，或滞留在面层与基层之间而导致路面破坏。2沥青贯入式路面采用的沥青、集料的技术要求，应符合本规范413和4.14条的规定，其材料规格和用量应符合附录B表B2、B3的要求,434 沥青表面处治沥青表面处治按施工方法分类有层铺法和拌和法1层铺法可分为单层、双层、三层，厚度宜为10cm30cm。单层表处厚度为10cm15cm；双层表处厚度为15cm25cm；三层表处厚度为25cm30cm。层铺法沥青表面处治和乳化沥青表面处治，集料的规格与用量应符合附录B表B4的规定。2拌和法沥青表面处治路面可采用热拌热铺或冷拌冷铺法施工，其混合料级配可参照附录B表B1选用。拌和法沥青表处治路面厚度宜为3cm4cm。采用拌和法施工时，基层顶面应洒透层沥青或粘层沥青或做下封层，使面层与基层之间结合紧密，防止雨雪下渗。,5 基层、底基层及垫层,51基层、底基层511 一般规定1基层、底基层应具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区还应具有一定的抗冻性。2高级路面下的半刚性基层应具有较小的收缩(温缩及干缩)变形和较强的抗冲刷能力。3基层、底基层结构设计应贯彻就地取材的原则，认真做好当地材料的调查，根据不同公路等级、交通量对基层、底基层的技术要求，选择技术可靠、经济合理的基层、底基层结构。4半刚性材料基层、底基层的配合比设计，应根据重型击实标准制件，混合料7d龄期的无侧限抗压强度试验确定。5一般公路的基层宽度每侧宜比面层宽出25cm，底基层每侧宜比基层宽15cm.在多雨地区，透水性好的粒料底基层，宜铺至路基全宽，以利于排水。高速公路、一级公路的基层宽度应按照本规范923条规定确定。6基层和底基层的压实度、平整度应符合公路路面基层施工技术规范(JTJ 034)的规定。,512 分类与适用范围 基层可分为有结合料稳定类(有机结合料、无机结合料)和无结合料的粒料类(嵌锁型、级配型)。底基层可分为无机结合料稳定类和无结合料的粒料类。1有机结合料稳定类；包括热拌沥青碎石或乳化沥青碎石混合料、沥青贯入碎石等。其技术要求应符合本规范41及43节的有关规定。2无机结合料稳定类(也称半刚性类型)：1)水泥稳定类：包括水泥稳定砂砾、砂砾土、碎石土、未筛分碎石、石屑、土等，以及水泥稳定经加工、性能稳定的钢渣、矿渣等2)石灰稳定类：包括石灰稳定土(石灰土)、天然砂砾土(石灰砂砾土)、天然碎石土(石灰碎石土)、以及用石灰土稳定级配砂砾(砂砾中无土)、级配碎石和矿渣等。,3)工业废渣稳定类：石灰粉煤灰类：包括石灰粉煤灰(二灰)、石灰粉煤灰土(二灰土)、石灰粉煤灰砂(二灰砂)、石灰粉煤灰砂砾(二灰砂砾)、石灰粉煤灰碎石(二灰碎石)、石灰粉煤灰矿渣(二灰矿渣)等。水泥粉煤灰类：包括水泥粉煤灰稳定砂砾、碎石及砂等。石灰煤渣类：包括石灰煤渣、石灰煤渣土、石灰煤渣碎石、石灰煤渣砂砾、石灰煤渣矿渣、石灰煤渣碎石土等。水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类材料适用于各级公路的基层和底基层，但是水泥或石灰、粉煤灰稳定细粒土不能用做高级路面的基层。石灰稳定类材料适用于各级公路的底基层，也可用做二级和二级以下公路的基层，但石灰稳定细粒土不能用做高级路面的基层。,3粒料类,1)嵌锁型包括泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等。2)级配型包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配砾、碎石等。级配碎石适用于各级公路的基层和底基层 级配砾石、级配碎砾石以及符合级配、塑性指数等技术要求的天然砂砾，可用做二级和二级以下公路的基层，也可用做各级公路的底基层。填隙碎石适用于各级公路的底基层和三、四级公路的基层。,52 垫 层521 垫层的设置原则 处于下列状况的路基应设置垫层，以排除路面、路基中滞留的自由水，确保路面结构处于干燥或中湿状态。1地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路段。2排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段。3季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀需设置防冻垫层的路段。4基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。522 垫层材料 垫层材料可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土，石灰粉煤灰稳定粗粒土等。若采用粗砂砂砾料时，通过0074mm筛孔的颗粒含量不应大于5。采用煤渣时，小于2mm的颗粒含量不宜大于20。为防止软弱路基污染粒料底基层、垫层，或为隔断地下水的影响，可在路基顶面设土工合成材料隔离层。523 垫层宽度 高速公路、一、二级公路的排水垫层应铺至路基同宽，以利路面结构排水，保持路基稳定。三、四级公路的垫层宽度可比底基层每侧至少宽25cm。,2、路面等级与类型 路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应。路面等级、面层类型的选择应根据公路等级与使用要求、设计年限内标准轴载的累计当量轴次、筑路材料和施工机械设备等因素按表302确定。,表302 路面类型的选择(p378)(p380),对有特殊使用要求的公路，其路面等级与面层类型的选择可根据实际情况选用,3、标准轴载及轴载换算 路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ100表示。标准轴载的计算参数按表30.3确定。,表303 标准轴载计算参数 标 准 轴 载 BZZ-100 标 准 轴 载 BZZ-100 标准轴载P(kN)100 单轮传压面当量圆直径d(cm)2130轮胎接地压强p(MPa)0.70 两轮中心距(cm)15d,（1）当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25kN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数Ni均应按公式(3031)换算成标准轴载P的当量作用次数N。,式中：,N-标准轴载的当量轴次(次日)；Ni-被换算车型的各级轴载作用次数(次日)P-标准轴载(kN)；Pi-被换算车型的各级轴载(kN)C1-轴数系数；C2-轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为l.0,四轮组为0.38；当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为1m；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按公式(3.0.32)计算。c1=1+1.2(m1)式中：m-轴数。,（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50kN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数ni，均应按公式(3033)换算成标准轴载P的当量作用次数N.,式中：C1-轴数系数；C2-轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09 当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按公式(3034)计算。C1=1+2(m1)式中：m-轴数。（3）上述轴载换算公式，仅适用于单轴轴载小于130kN的各种车型的轴载换算,四、累计当量轴次 设计时应按公式(3.0.41)或(3.0.42)计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne。,式中：Ne-设计年限内一个车道上的累计当量轴次(次)t-设计年限(年)；N1-路面竣工后第一年双向日平均当量轴次(次日)；Nt-设计年限末年双向日平均当量轴次(次日)；-设计年限内交通量的平均年增长率()应根据实 际情况调查，预测交通量增长，经分析确定；,车道系数，应根据调查分析结果或参照表3.0.41确定。公路无分 隔时路面窄宜选高值，路面宽宜选低值。,当上下行交通或轻、重车比例有明显差异时，应区别对待按实际情况进行厚度设计，当交通流出现明显的超载时，设计人员应根据调查资料对累计当量轴次进行修正。,5、沥青层厚度 设计时应根据公路等级、交通量及其组成、沥青品种和质量以及气候条件等因素，按照半刚性基层上沥青层推荐厚度表305-1，综合论证地选用。若交通量较小或选用经实践证明行之有效的改性沥青，可选用推荐沥青层厚度的低值或中值。,表305-1 半刚性基层上沥青层推荐厚度公 路 等 级 沥青层推荐厚度(cm)公 路 等 级 沥青层推荐厚度(cm)高速公路 1218 三级公路 24 一级公路 1015 四级公路 125 二级公路 5l0,6、高级路面的基层选择原则 高速公路、一级公路应采用水泥或石灰、粉煤灰稳定粒料类半刚性基层，以增强基层的强度和稳定性，减少低温收缩裂缝。条件允许时，底基层宜采用水泥或石灰、粉煤灰或石灰稳定各种集料或土类做半刚性底基层。若当地石料丰富，也可采用级配碎石或填隙碎石或天然砂砾等粒料做底基层。当采用半刚性基层有困难时，可选用热拌或冷拌沥青碎石混合料或沥青贯入碎石做柔性基层。,7、结构层厚度1路面面层、基层、底基层的结构和厚度，应与公路等级、气候、水文、筑路材料、交通量及其组成等相适应。为了方便施工组织和管理，路面结构层次不宜太多，材料变化不宜频繁。2基层或底基层厚度应根据交通量大小、材料的力学性能和扩散应力的效果、压实机具的功能以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。表307-1中各种结构层的适宜厚度以及施工的最小厚度，可供设计时参考。,表307-1 各类结构层的最小厚度,8、推荐结构根据使用经验和理论计算，附录A推荐了高速公路、一级公路、二、三级公路的路面结构，可供各地区参考。各地区应结合当地的交通量、筑路材料、自然条件、施工条件等因素选用适当的结构类型，其结构厚度应按本规范的方法进行计算。,9、层间结合 设计时，应采取以下的技术措施，加强路面结构各层之间的紧密结合，提高路面结构整体性，应使各结构层之间不产生层间滑移。1在沥青面层与半刚性基层或粒料基层之间应设置透层沥青；当半刚性基层表面有可能出现细集料松散现象或因不能立即加铺沥青层且有施工车辆通行时，还应在透层沥青上增撒(23)m31000m2的粗砂或石屑；在多雨地区或多雨季节施工，宜用层铺法的单层表面处治做下封层，以防止雨水渗入基层。2当沥青层由双层或三层组成时，若不能连续施工而沥青层表面被污染，或在旧沥青面层及水泥混凝土面层上加铺沥青层时，均应在层间设粘层沥青。3透层沥青、粘层沥青、下封层的材料规格和用量应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJ 032)的要求。,10、半刚性基层沥青路面减少缩裂的措施 1根据实践经验，应选用符合“重交通道路石油沥青技术要求”或改性沥青，以减少半刚性基层沥青路面的低温缩裂。2各地区宜结合当地材料、气候条件和使用要求，在沥青层与半刚性层之间设沥青贯入碎石或级配碎石层，或在半刚性基层顶面铺设耐高温的土工合成材料等，经铺筑试验路，总结减裂效果，逐步完善、提高和推广。,第四节 新建沥青路面结构厚度设计,路面弯沉、图14-7中，A点是路表弯沉的计算点，位于双圆均布荷载的轮隙中间。,验算沥青混凝土层底部拉应力时，应力最大点在B和C两点之间，可分别计算图14-8中点B、D、C、E的应力，然后确定最大应力。,一、计算图式,回弹弯沉值大的路面，在经受了轮载不太多次的重复作用后，即呈现出某种形态的破坏；而回弹弯沉值小的路面，能经受轮载较多次重复作用才能达到这种形态的破坏。就是说，在达到相同程度的破坏时，回弹弯沉大小同该路面的使用寿命即轮载累计重复作用次数成反比关系。,二、路面容许弯沉和设计弯沉值,路面容许弯沉值的确切含义是：路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值。,我国对公路沥青路面按外观特征分为五个等级，如表14-4所示，并把第四外观等级作为路面临界破坏状态，以第四级路面的弯沉值的低限作为临界状态的划界标准。,从表中所列的外观特征可知，这样的临界状态相当于路面已经出现疲劳开裂并伴有少量永久变形。对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现，外观等级数愈高，弯沉值愈大，并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。这样，便可确定路面处于不同极限状态时的容许弯沉值，并将此弯沉值同该路面在以前使用期间的累计交通量建立联系。国内外的大量调查测定资料表明，路面达到某种临界状态时，累计交通量同容许弯沉值之间存在良好的双对数关系.这种关系可以表示为:,容许回弹弯沉值cm,累计当量轴载作用次数,LR随N改变的变化率,回归系数,将不同路面外观状态的实测路面弯沉值，分别按二倍标准差原则舍弃异常点后，计算其代表弯沉值，并考虑测点数的影响，进行加权平均求得各路段的容许弯沉值。容许弯沉值。与累计标准当量轴次的计算回归可以得到,路面设计弯沉值是根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定的，相当于路面竣工后第一年不利季节、路面在标准轴载100kN作用下，测得的最大回弹弯沉值。,路基路面结构层的材料特性、压实程度、干湿状况、温度环境、结构类型、气候条件、交通组成、检测时的环境条件以及所使用的仪器设备等将对弯沉的变化产生很大的影响。,(r=077，n=50),经过大量的测试和分析，得到路面设计弯沉值计算公式如下：,式中：L d-路面设计弯沉值，0.01mm，该值是在标准温度，标准轴载作用下，测定的路表回弹弯沉值，对半刚性基层用5.4m弯沉仪，对柔性基层为3.6m弯沉仪；若用自动弯沉车或落锤式弯沉仪测定时，应建立相应的换算关系进行换算；Ne设计年限内一个车道上累计当量轴次；A 公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯人式路面为1.1；沥青表面处治为1.2；中低级路面为1.3；Ab 基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm时，Ab=1.0，若面层与半刚性基层之间设置等于或小于15cm级配碎石层、沥青贯人碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时，仍为1.0；柔性基层、底基层或柔性基层厚度大于15cm，底基层为半刚性下卧层时为1.6。,实测弯沉和理论弯沉的关系式,式中：LS 路面实测弯沉值，0.01mm P、接地压强和当量圆半径 F弯沉综合修正系数 ac 理论弯沉系数,三、标准轴载及轴载换算 路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ100表示。标准轴载的计算参数按表30.3确定。,表303 标准轴载计算参数 标 准 轴 载 BZZ-100 标 准 轴 载 BZZ-100 标准轴载P(kN)100 单轮传压面当量圆直径d(cm)2130轮胎接地压强p(MPa)0.70 两轮中心距(cm)15d,1当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25kN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数Ni均应按公式(3.0.31)换算成标准轴载P的当量作用次数N。,式中：,N-标准轴载的当量轴次(次日)；Ni-被换算车型的各级轴载作用次数(次日)P-标准轴载(kN)；Pi-被换算车型的各级轴载(kN)C1-轴数系数；C2-轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为l.0,四轮组为0.38；当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为m；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按公式(3.0.32)计算。c1=1+1.2(m1)式中：m-轴数。,2当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50kN的各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用次数ni，均应按公式(3.0.33)换算成标准轴载P的当量作用次数N.,式中：C1-轴数系数；C2-轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09 当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按公式(3.0.34)计算。C1=1+2(m1)式中：m-轴数。3上述轴载换算公式，仅适用于单轴轴载小于130kN的各种车型的轴载换算,四、土基回弹模量的确定 查表法P393,五、路面材料设计参数(EK,)现行公路沥青路面设计规范规定:以设计弯沉值计算路面厚度,对高速公路、一级公路、二级公路沥青路面和半刚性材料的基层、底基层应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求，各层材料的计算模量采用抗压回弹模量，沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂实验测得的劈裂强度。以路面设计弯沉值计算路面结构厚度时，采用20度的抗压模量。验算层底拉应力是以15度的抗压模量为标准。数值见表,六、结构层材料的容许拉应力,我国沥青路面设计除了以路面设计弯沉为控制指标外,对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。要求结构层底面的最大拉应力不大于结构层材料的容许拉应力，表示为,对无机结合料稳定集料,对无机结合料稳定土料,Aa 混合料级配的系数Ac 公路等级系数,七 查图法计算理论弯沉和结构层底拉应力（看书讲解）,双层双圆荷载轮隙理论弯沉,三层双圆荷载轮隙理论弯沉,理论弯沉计算公式,层底拉应力计算公式,辐向应力,切向应力,八、多层路面的等效换算方法,1、弯沉等效换算法当采用三层体系为计算体系时，需将多层体系按照弯沉等效的原则换算为三层体系。换算时将第一层作为上层，厚度和摸量保持不变，将第2至N-1层做为中层并换算为第二层摸量的等效厚度，再加上模量不变的下层半空间体则得一个弯沉等效的三层体系。,2、弯拉应力等效换算法当采用三层体系计算多层路面的结构层底部拉应力时，须将多层体系按照拉应力相等的原则换算为有上、中、下层半空间体的弹性三层体系。换算后使用三层体系相应层的拉应力计算诺谟图求算拉应力。（1）计算上层底面弯拉应力的换算方法 当计算第i层底面的弯拉应力时，需将i层以上各层换算为摸量Ei、厚h的一层即上层，换算公式,将i+1至 n-1换算为摸量Ei+1,厚度为H的一层即中层，换算公式为：,（2）计算中层底面弯拉应力 此时即为计算路基之上的N-1层的弯拉应力，就是中层为H=hn-1 而上层则为n-2层以上各层换算为摸量EN-2的换算厚度，换算公式为,九 新建沥青路面结构设计步骤设计步骤1根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型、计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。2按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km)，确定各路段土基回弹模量值。3可参考附录A推荐结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。4根据设计弯沉值让算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。,p401页（课堂学习）,第五节 改建路面设计80.1 改建设计原则1当原有路面需要提高等级时，对不符合技术标准的路段，应先进行线形改善，使其符合交通部颁发的(公路工程技术标准)（JTJ 01)的规定。2改线路段应按新建路面设计。加宽路面、提高路基、调整纵坡的路段应视具体情况按新建或改建路面设计。在原有路面上补强时，按改建路面设计。,802 中、低级路面改建为沥青路面1原路面的水稳性不良时，不宜直接加铺沥青面层，而应将原路面翻松，掺入石灰或增加粒料以改善其水稳性，并做好排水设计。,2原路面的强度和稳定性基本符合要求时，可视表面状况选用以下方法改善：1）路拱不符合要求或严重松散、坑槽和搓板的路段，可将原有路面翻松或加铺整平层，调整路拱。2）路拱基本符合要求，路面局部有坑槽或松散的路段，可作局部处理。3）原有路面的强度、稳定性、路拱、平整度均符合要求时，可直接铺筑沥青路面。,803 沥青路面的改建1沥青路面因整体强度不足需加铺补强层时，原有沥青面层除回收再生利用外，一般可不铲除，但应对局部的松散、坑槽进行修补，裂缝严重的路段应在采取防止反射裂缝产生的措施后，再进行补强。2沥青路面的整体强度符合要求，但平整度差，或路面产生车辙，或沥青老化开裂等可进行沥青罩面；当路面光滑属交通事故多发路段，可通过加铺抗滑表层等措施，恢复和改善路面的使用性能,804 原有路面加宽 铺筑路面以前应检查加宽部分路基土的密实度，并视情况采取措施，使加宽部分的整体强度与原有路面的整体强度相同，然后再进行全幅补强。,805 补强设计步骤1对原有公路进行技术调查，掌握设计资料。2按设计任务书的要求或调查交通量的有关资料，确定公路等级、面层与基层类型，计算设计弯沉值与各补强层的容许拉应力。3按本规范8010条规定的方法确定改建路段中原路面的当量回弹模量。4拟定几种可能的结构组合与设计层，并确定各补强层的材料参数。5根据补强的设计方法计算设计层厚度。对季节性冰冻地区的潮湿、过湿路段还应验算防冻厚度。6根据各方案的计算结果，进行技术经济比较，确定采用的补强方案。,806 原有公路的路况调查 原路面的改建工程，除按公路路线勘测规程(JTJ 061)的有关规定进行调查外，还应补充下列内容；1年平均双向日交通量，交通组成与交通量增长率等。2公路新建和养护的有关技术资料、现有路况、病害种类与程度、排水与积水状况以及有无积雪、积沙等。3路面结构、宽度、各层厚度。对沥青混合料和基层、底基层应按层取样试验，判断其结构层或材料是否可以利用。4路床范围内路基土的压实度、分层含水量与土质类型等,807原路面的分段在确定原路面的计算弯沉值时，应将全线分段。分段时，应考虑下列因素：1同一路段路基的干湿类型与土质基本相同。2在同一路段内，各测点的弯沉值比较接近。若局部路段弯沉值很大，应先进行修补处理，再进行补强。3各路段的最小长度应与施工方法相适应，除改建路面外，一般不应小于500m，机械化施工时不应小于1km。在水文、土质条件复杂或需要特殊处理的路段，其分段长度可视实际情况确定。,808 不同轴载的弯沉值换算在对原有路面进行弯沉检测时，每一车道、每路段的测点数不少于20点，且应采用标准轴载汽车测定。如采用非标准轴载(轴载60kN130kN)的汽车测定时，则宜按式(8。08)将非标准轴载测得的弯沉值换算为标准轴载下的弯沉值。,式中：P100、l100-l00kN标准轴载及相对应的弯沉值 Pi、li非标准轴载及相对应的弯沉值。,809 各路段的计算弯沉值各路段的计算弯沉值l0应按式809计算：,式中：l0-路段的计算弯沉值(001mm)，-路段内原路面上实测弯沉的平均值(00lm)S-路段内原路面上实测弯沉的标准差(001m)Za保证率系数，补强二级及二级以上的公路路面时，Za 取15，补强三、四级公路时Za取13；k1、K2-季节影响系数和湿度影响系数；K3-温度修正系数。,当弯沉在非不利季节测定时，应根据当地经验考虑季节影响系数的修正。对冰冻地区的潮湿或过湿的路基，宜考虑路面强度逐渐衰减的影响，乘以湿度影响系数。路面弯沉值是以20为测定沥青路面弯沉值的标准状态，当沥青面层厚度小于或等于5cm时，不需温度修正；当路面温度在202，也不进行温度修正；其他情况下测定弯沉值均应进行温度修正。,8010 原路面当量回弹模量的计算：1确定原路面的当量回弹模量时，应根据路段的划分，分别计算各路段的当量回弹模量值。2各路段的当量回弹模量应根据各路段的计算弯沉值，按式(8.0.10-1)式中：,Et-原路面的当量回弹模量(MPa)；-标准轴载单轮传压面当量圆半径(cm)l0-原路面的计算弯沉(0。01mm)；p-标准轴载车型轮胎接地压强(MPa)；m1用标准轴载的汽车在原路面上测得的弯沉值与用承载板在相同压强条件下所测得的回弹变形值之比，即轮板对比值;m2原路面当量回弹模量扩大系数。,3比值m1应根据各地的对比试验结果论证地确定，在没有对比试验资料的情况下，可取m111进行计算。4计算与原有路面接触的补强层层底拉应力时，m2按式(80102)计算；计算其它补强层层底拉应力及弯沉值时，m210。,式中：En-1-与原路面接触层材料的抗压模量(MPa)，h-各补强层等效为与原路面接触层En-1相当的等效总厚度(cm),5、等效总厚度h按式(80103)计算:,式中：Ei-第i层补强层材料的抗压回弹模量(MPa)：hi-第i层补强的厚度(cm)，n-1-补强层层数。,8011 补强厚度的计算1补强设计时，首先按本规范8010条规定的方法计算原有路面的当量回弹模量，若补强单层时，以双层弹性体系为设计计算的力学模型，补强n-1层时以n层弹性体系为力学模型计算.2.补强设计时，仍以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标，对于三级和二级以上的公路，还应验算补强层层底拉应力。设计弯沉值、各补强层层底拉应力和容许拉应力的计算方法、弯沉综合修正系数及补强层材料参数的确定与新建路面设计时的各项规定相同。3设计层的厚度采用弹性层状体系理论编制的专用设计程序进行计算。,over,