路面设计原理与方法课后题答案.doc

路面设计原理与方法1柔性路面，刚性路面定义，结构特性，二者在设计理论与方法上有何主要区别在柔性基层上铺筑沥青面层或用有一定塑性的细粒土稳定各种集料的中、低级路面结构，因具有较大的塑性变形能力而称这类结构为柔性路面。它的总体结构刚度较小，刚性路面采用波特兰水泥混凝土建造，用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。它的分析采用板体理论，不用层状理论。板体理论是层状理论的简化模型。它假设混凝土板是中等厚度的平板，其截面在弯曲前和弯曲后均保持平面形状。如果车轮荷载作用在板中，无论是板体理论，还是层状理论均可采用，两者将得到几乎相同的弯拉应力和应变。如果车轮荷载作用在板边，假定离板边距离小于0.61m（2ft），只能用板体理论分析刚性路面。层状理论之所以适用于柔性路面而不适合于刚性路面，是因为水泥混凝土的刚性比HMA大得多，荷载分布的范围很大。而且刚性路面有接缝存在，这也使得层状理论不能适用。刚性路面和柔性路面不同，刚性路面可以直接铺设在压实的土基上，或者铺设在加铺的粒料或稳定材料层上。柔性路面设计以层状理论为基础，假设各层在水平方向是无限的，且 是连续的。刚性路面由于板的刚度大和存在接缝，设计基础采用板体理论。如果荷载作用在板中，层状理论同样也能用于刚性路面设计中。2机场道面、道路路面各有什么特点。二者在功能和构造方面有什么主要区别？各自的设计原理与方法有什么相同点和不同点机场道面的功能性能包括平整度、抗滑性能(对于跑道和快滑道)、纵横坡和排水性能等。道面使用要求：具有足够的结构强度n 表面具有足够的抗滑能力n 表面具有良好的平整度n 面层或表层无碎屑机场道面是指在民用航空运输机场飞行区范围内供飞机运行使用的铺筑在跑道、滑行道、站坪、停机坪上的结构物。由于飞机运行方式对安全使用的要求高、飞机荷载重量和轮胎接地压力大于车辆荷载等原因，机场道面一般采用热拌热铺沥青混凝土。最多采用的热拌沥青混凝土结构是连续式密级配沥青混凝土，也有少数OGFC，SMA的应用也较为广泛。由于机场沥青混凝土道面所要求具备的强度条件、耐久性、抗滑性能等，在道路路面工程中所采用的沥青表处、沥青贯入碎石等面层结构不适用于机场道面。机场沥青混凝土道面中面层和底面层一般采用密级配沥青混凝土。沥青碎石结构可用于机场沥青混凝土道面底面层。由于飞机的荷载和轮胎压力比公路车辆的荷载和轮胎压力大很多，因此机场道面通常比公路路面厚一些，而且需要较好的面层材料。无论是公路路面，还是机场道面，任何力学设计方法对荷载和轮胎压力的作用均可自动予以考虑。然而，采用力学法应注意以下不同的地方：（1）、机场道面的荷载重复作用次数通常小于公路路面的荷载重复作用次数。对于机场道面，由于飞机的左右偏离，一组机轮通过若干次只认为是重复作用一次；而对于公路路面，一个车轴通过一次即认为是重复作用一次。实际上公路荷载并不是作用在同一位置，这个情况在破坏极限中用增加荷载容许重复次数加以考虑。对柔性路面的疲劳引入一个修正系数，而对刚性路面的疲劳引入一个当量损伤率。（2）、公路路面设计采用移动荷载，以荷载作用时间作为输入量描述其粘弹性特性，以荷载重复作用下的回弹模量作为输入量描述其弹性特性。机场道面设计在跑道中部采用移动荷载，在跑道端部采用静荷载，因此，跑道端部的道面厚度大于中部的厚度。（3）荷载作用位置离公路路面边缘很近，而离机场道面外边缘很远，对这一点在柔性路面设计中是不考虑的。如果荷载距边缘0.60.9m（23ft），边缘影响是很小的，层状理论仍然可以应用。不过，在刚性路面设计中这种情况应该考虑。波特兰水泥协会用板边荷载设计公路路面（PCA，1984），而用板中荷载设计机场道面（PCA,1955）。美国民用航空局考虑采用板边荷载，但是因荷载在接缝处的传递作用，板边应力减少了25（FAA，1988），所以将荷载施加在纵缝，而不是施加在道面外侧边缘。即使荷载能在某种情况下作用在机场道面的外侧边缘，由于荷载重复作用次数很小，也可以忽略不计。上述论点是建立在按疲劳假设进行设计和板边及板中应力大于接缝处应力这个事实基础上的。如果设计是根据接缝处板角弯沉产生的冲刷来进行的，以上这个论点就不正确了。（公路路面所用的设计原理同样可以用于机场道面，只是要考虑飞机的横向偏离对荷载重复作用次数的影响，以及在跑道端部采用静荷载。）3何为路面结构损坏和功能损坏，简述其发展形成过程及相互之间的关系？分析其产生的原因和影响因素结构性损坏是由于路面结构承载能力降低引起的，反映在表面上就是各种结构裂缝（如龟裂，块裂，纵裂和横裂），功能性损坏是由于路面提供给道路用户的服务能力下降引起的，平整度和抗滑性能降低和车辙加深。随着道路的使用，路面老化，路面的服务能力下降，出现功能性损坏，如果此时不进行预防性养护，修补，损坏范围影响扩大，逐渐发展成结构损坏。结构损害是破碎或变形，可能不会马上，但随时间会引起服务性能的更加降低。4简述美国AASHO试验路提出的耐用性指数PSI与路面使用品质的内在联系路面耐用性指数PSI（Present Serviceability Index）是根据路面使用性能，对路面作出定量评价的方法P290（路面设计原理与方法）沥青路面的使用性能是指路面所能提供的行车条件。路面使用性能可以由路面使用者的综合感受来进行评价。路面使用性能好，行驶舒适，路面使用者对路面的评价就高。 美国在对路面使用者进行大量调查研究之后，提出了路面服务性能指标(即使用性能指标)PSIPavement Serviceability Idex。调查结果说明，影响路面使用性能的第一因素是平整度，其次是道路裂缝，最后是车辙。路面的平整度是全路的综合性评价指标，除了道路本身外，还与线内桥梁的桥面铺装、伸缩缝的安装、过渡段（即桥头涵顶）的处理质量有密切的关系，这些问题要处理不好，其服务性能指标就受影响，使用性能就差。 要提高路面的使用性能，主要应从改善平整度，减少路面裂缝和车辙等方面着手，而要达到这些目的，我们必须从路面设计(包括结构体系和面层设计)、材料设计和施工作业等方面去考虑，而这三个方面的因素又是相互影响和关连的5何为路面设计的系统分析方法？6分析水泥混凝土路面接缝的种类与作用接缝的种类：缩缝、胀缝和施工缝和纵缝。缩缝保证因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面断裂，从而避免产生不规则的裂缝。缩缝又可以分为不设传力杆的假缝型缝和设传力杆的假缝型缩缝，其中对于前者，两侧面板的荷载主要通过接缝断面处骨料颗粒的相互啮合作用来传递。而对于后者，传力杆的作用主要是用于增强面板的传荷能力，确保面板的整体性，提高路面的平整性和使用品质。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏。胀缝必须沿路面板横断面全部断开，且保留部分空隙，使得路面板膨胀时有伸长的余地。因为胀缝无法依赖骨料颗粒传递荷载，因此必须设置传力杆。目前各国都趋于不设或少设胀缝，但在一些特殊位置，如道路尽头，沥青路面与水泥混凝土路面接头位置，桥头引道等仍需要设置胀缝。施工缝主要用于施工间断时的路面板接头处理，通常做成平头接缝或企口缝，在路面顶部同假缝式的缩缝一样做成凹槽，用于填塞填缝材料，在路面厚度一半处设置传力杆。纵缝是平行于混凝土路面行车方向的那些接缝。纵缝是按车道宽度划分，纵缝可以做成平缝或企口缝。纵缝一般都应设置拉杆，主要作用是为了保证纵缝两侧路面板在纵缝位置的紧密联系，不会沿路拱横坡向两侧滑动。7分析水泥混凝土路面的种类及各自的特点水泥混凝土路面种类有：不配筋的素混凝土路面、配筋的钢筋混凝土路面、连续配筋混凝土路面、预应力混凝土路面、组合式（双层式）混凝土路面、钢纤维混凝土路面、碾压混凝土路面等。普通混凝土路面（JPCP）所有普通混凝土路面都应设置间距较小的缩缝，在接缝处通过传力杆或集料嵌锁作用传递荷载。钢筋混凝土路面是指为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置有纵横向钢筋（或钢丝）网的混凝土路面。设置钢筋网的主要目的是控制裂缝缝隙的张开量，把开裂的板拉在一起，使板依靠断裂面上的集料嵌锁作用而保证结构强度，并非增加板的抗弯强度，因此不能增强路面结构。但是允许采用较大的缩缝间距，适用于当混凝土板的平面尺寸较大，或预计路基或基层有可能产生补均匀沉陷，或板下埋有地下设施等情况时。连续配筋混凝土路面的特点是沿纵向配置连续的钢筋，除了在与其它路面交接处或临近构造物附近设置胀缝以及视施工需要设置施工缝外，一般不设横缝的混凝土面层。一般适用于高速公路或一级公路和机场混凝土道面。预应力混凝土路面。混凝土的抗拉能力差而抗压能力强。混凝土路面所需厚度由与混凝土抗拉强度有关的抗折强度控制。预先给混凝土施加一个压应力，将使车辆荷载产生的拉应力大为减少，因此混凝土所需厚度也可以减少。预应力混凝土路面产生裂缝的可能性很小，横缝也少，因而维护工作量少，路面使用寿命长。预应力混凝土在机场道面上用得比公路路面要多，因为机场道面减薄的厚度比公路路面减薄的厚度更多些。公路预应力路面的厚度通常是按预应力钢筋有足够保护层的最小要求确定的。组合式混凝土路面板即利用当地品质较差的材料修筑板的下层，而用品质较好的材料铺筑板的上层。以降低造价。根据双层混凝土路面上下层板之间结合程度的不同，有结合式、分离式、和部分结合式三种形式。钢纤维混凝土路面是在混凝土中掺入一些低碳钢、不锈钢纤维或其它纤维（如塑料纤维、纤维网等），即成为一种均匀而多向配筋的混凝土。它的物理力学性质比普通混凝土的好的多，特别是它的抗疲劳强度、抗冲击能力和防止裂缝的能力更好，所以它的路面厚度可以减薄3545，而缩缝间距可以增至1520m，胀缝与纵缝可以不设。另外它的使用寿命长，养护费用少。碾压混凝土路面是一种含水率低，通过碾压施工工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。与普通水泥混凝土相比节省大量的水泥，且施工速度快，养生时间短、强度高，具有很好的社会经济效益。根据我国的施工水平，全厚式碾压混凝土路面的平整度难以达到规定的要求。因此一般适用于二级及其以下等级的公路。8水泥混凝土路面接缝传荷能力用何种评价指标最佳，请给出检测方法。混凝土路面板的接缝所具有的，将车轮荷载由接缝一侧直接承受的板向接缝另一侧非直接承受荷载的板块进行传递的能力，称为接缝的传荷能力。表征接缝传荷能力的直接指标是接缝两侧所承受的荷载之比值。采用实际承受荷载比值来表征接缝的传荷能力，对于荷载分配的实际状况难以量侧，所以也无法对各种接缝的传荷能力以及板体的应力、应变状态作定性、定量分析。为此提出了间接指标：挠度比值和路面板边缘最大应变比值。从实际测量效果与直观感觉来看，挠度比值比应变比值更能准确地量侧，易于被人们接收，且应用于计算分析也较方便。因此，用挠度比值作为传荷系数，以表征接缝的传荷能力。接缝传荷能力的测量可以通过量测车轮荷载作用之下接缝两侧面板的边缘挠度来完成。由于混凝土路面的刚性大，挠度影响范围广，不宜用普通弯沉仪量测。可以用光学弯沉仪在6m以外，不受干涉的位置进行测量，精度为0.01mm。为了测得接缝两侧板边缘的挠度，可以采用一种专门用于测量缝边挠度差wd的“路面板挠度差仪”。测量时，将仪器底座固定在直接承重板的边缘，而百分表的测杆与非直接承重板边缘接触。当车轮压在直接承重板的接缝边缘时，用光学弯沉仪和挠度差仪顶部的“测点光标”读取w1，利用百分表读得挠度差wd，这样，便可算得，传荷系数9路面的使用功能要求有哪些？请联系实际说明路面的平整度、破损程度、承载能力及抗滑性能是路面使用性能的重要方面。路面使用功能不仅能够保证汽车在道路上能够全天候行驶，而且能保证汽车以一定的速度安全、经济、舒适地行驶。P8-9页（路面设计原理与方法）10路面设计的目的和要求是什么？1 请解释沥青路面各层位的定义和作用沥青路面从上往下为封层、面层、粘层、粘结层、透层、基层、底基层、压实土基和天然土基。可根据需要或经济条件选用不同的层次，也可省略某些层次。（1） 封层封层为一薄层沥青表面处治，可用作表面防水，也可在面层集料被车辆磨光而滑溜的地方提高抗滑能力。（2） 面层面层是沥青路面的最上层，有时也称为磨耗层，通常采用密级配的HMA铺筑。它必须能承受车辆的磨损，并为之提供一个平坦而防滑的行车表面。它必须能防水，以保护整个路面和土基不致因水的作用而降低强度。如果满足不了上述要求，则建议采用封层。（3） 粘结层联结层有时也称为沥青基层，是面层下面的沥青层。设置面层后有两方面的原因还需要设置联结层。首先，HMA作为一层压实厚度太大，必须分两层铺筑。其次，联结层通常采用较粗的集料、较少的沥青，并且不需要面层那样的高品质材料，所以用联结层代替部分面层是比较经济的设计。若联结层厚度大于76mm，通常分两层铺筑。（4） 粘层和透层粘层的沥青用量很少，通常采用加水稀释的沥青乳液，用于保证铺筑层与已有层次之间的粘结。透层是低粘度的稀释沥青，用在即将铺设沥青层的未处治的粒料基层表面，以确保粒料基层与沥青层粘结在一起。粘层与透层的区别在于：粘层不能将沥青贯入下层，而透层则要求贯入下层以填塞孔隙，并形成防水表面。（5） 基层和底基层基层是直接铺筑在面层或联结层以下的材料层，它可以采用碎石、碎渣或其它未处治或未稳定的材料。基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。所以基层是路面结构中的承重层，它应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力，而且具有足够的水稳定性和平整度。底基层是位于基层下面的材料层，并与面层、基层一起承受车轮荷载的反复作用，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，可使用当地材料来修筑。（6） 土基土基顶部152mm（6in）应该翻松，并在接近最佳含水量的条件下压实至所需的密实度。压实土基可以是原地土层，也可以是经过选择的材料层。2 请解释沥青混合料的类型和特点136（沥青与沥青混合料）沥青混合料是将粗集料、细集料和填料经人工合理选择级配组成的矿质混合料与适量的沥青材料经拌和而成的均匀混合料，包括沥青混凝土（压实后剩余空隙10）和沥青碎石（压实后剩余空隙10），还有开级配或间断级配沥青混合料。沥青混凝土是用不同的碎石、天然砂、矿粉和沥青按一定比例以最佳密实级配原则设计，在拌和机中热拌，经过压实后具有规定的强度和孔隙率的混合料。它的强度和密实度是一般沥青混合料中最大的，但在常温或高温下具有一定的塑性。因为高密实度，所以水稳性好，有较强的抗自然侵蚀能力。故寿命长、耐久性好，适合作为现代高速公路的柔性面层。沥青混凝土的分类从广义说分为沥青玛蹄脂碎石（SMA）、热压式沥青混凝土（HRA）、传统的密级配沥青混凝土（HMA）、多孔隙沥青混凝土（PA）以及其它新型的沥青混凝土。多碎石沥青混凝土（SAC）。预拌式沥青碎石（Coated Macadam）是用煤焦油预先把沥青碎石涂层。密级配沥青混合料按密实级配原理设计组成的各种粒径颗粒的矿料，与沥青结合料拌和而成，设计空隙率较小（对不同交通及气候情况、层位可作适当调整）的密实式沥青混凝土混合料（以AC表示）和密实式沥青稳定碎石混合料(以ATB表示)。按关键性筛孔通过率的不同又可分为细型（C型）、粗型（F型）密级配沥青混合料等。粗集料嵌挤作用较好的也称嵌挤密实型沥青混合料。开级配沥青混合料：矿料级配主要由粗集料嵌挤组成，细集料及填料较少，设计空隙率18的混合料。半开级配沥青碎石混合料：由适当比例的粗集料、细集料及少量填料（或不加填料）与沥青结合料拌和而成，经马歇尔标准击实成型试件的剩余空隙率在612的半开式沥青碎石混合料（以AM表示）。间断级配沥青混合料：矿料级配组成中缺少1个或几个档次(或用量很少)而形成的沥青混合料。沥青稳定碎石混合料(简称沥青碎石) ：由矿料和沥青组成具有一定级配要求的混合料，按空隙率、集料最大粒径、添加矿粉数量的多少，分为密级配沥青碎石(ATB)，开级配沥青碎石(OGFC表面层及ATPB基层)、半开级配沥青碎石(AM) 。沥青玛蹄脂碎石混合料：由沥青结合料与少量的纤维稳定剂、细集料以及较多量的填料(矿粉)组成的沥青玛蹄脂，填充于间断级配的粗集料骨架的间隙，组成一体形成的沥青混合料，简称SMA。3 什么是永久性路面？请根据国内外的实际提出永久性路面的基本要求与结构组合。现在国际上提出一种永久性沥青路面（Perpetual Bituminous Pavements）也就是全厚式沥青路面，即中面层以下直至基层，能长期保持良好状态，仅表面磨耗层需要维修更新。长寿命沥青路面的基层主要为沥青稳定类材料，如热拌大粒径沥青混合料、乳化沥青稳定碎石、泡沫沥青稳定粒料以及旧沥青路面再生材料。对于沥青面层为提高其承受重载交通抗车辙能力，还可以进一步提高其性能。沥青类稳定基层由于抗疲劳性能好，对于车辆作用产生的损伤有一定的自愈能力，国外应用比较普遍，因而较少存在早期损坏现象，这就是为什么很多欧美国家沥青路面设计使用寿命长达20年，甚至有40年的根本原因。这项技术的核心是按功能合理设置路面结构层：要求路面结构层的面层有足够的刚度抵抗车辙、以及不透水和抗磨耗的能力，中间层具有良好的耐久性，基层要具有足够的厚度和柔度来抵抗疲劳和耐久的能力。结构组合 沥青面层 24in 沥青基层 220in准备好的土基所谓长寿命是因为其不像我们国内的半刚性基层沥青路面，好多病害是由基层引起的，维修时必须从基层甚至是底基层处治，当出现路面病害时仅需表面磨耗层需要维修更新即可。关键在于提高沥青面层承受重载交通的抗车辙能力。永久性沥青路面初期投资较高，但是中后期的中修及大修投资较少，总的来说，在经济上还是可行的。尽管长寿命路面有楼主所说的诸多优点，但是其表面开裂问题已经引起人们的关注。4 排水性路面的特点和要求，请说明排水性面层与排水性基层的原材料要求与混合料组成设计的基本要求。排水性路面是路面内部排水的重要措施之一。与其它沥青混合料相比，最显著的特点就是具有较大的空隙率（一般为1520），但由于空隙率较大，其耐老化性能、低温抗裂性能、耐久性差于同种沥青的密级配混合料。这种路面结构有两大优点：（1）雨天能防止路表水膜的形成，提高路面粗糙度改善雨天抗滑性能；消除或减轻车尾喷水花的现象，提高驾驶员视线的清晰度，从而能明显提高车辆高速行驶的安全性。（2）具有抑制溅水现象和降低交通噪声等保护环境的功能。当雨水落到排水路面时，不在路面长时间停留即从沥青面层空隙迅速下渗，至面层底部的不透水下封层时沿下封层的横坡向两侧排出，流入道路两侧的排水沟。排水性路面采用排水性混合料铺装作为排水功能层，在排水功能层的下层设置雨水不能浸透的不透水层。不透水层多采用密级配加热沥青混合料或水泥混凝土板。排水性混合料与一般的沥青混合料相比，具有粗骨料在配合中占主体及孔隙率较大的特征。因此为了保证排水性路面的耐久性和功能的持续性，必须选择好的材料。使用的沥青应具有较高的抗骨料飞散性，耐候性，耐水性，耐流动性。排水性混合料，因具有较大的空隙率，与一般沥青混合料相比较，易受日光，空气，水等影响。因此要求使用的沥青对骨料有耐久性的握裹力，高粘着力，同时还要有较强的抗剥落性。（三）：1、沥青路面坑洞产生的主要原因及对策坑槽 坑槽是贯穿整条道路HMA面层，并深入到基层的相对较小的洞。坑槽经常在一段时间的暴雨后出现，水流通过裂缝（通常是龟裂裂缝）渗透HMA面层，削弱粒料基层。坑槽可能沿路面上任何一条裂缝发展。例如，在车辆连续经过的地方，纵向裂缝和横向裂缝都可能很快的破坏。因为水很容易渗入所有未封浆的裂缝，路基强度减弱，引起裂缝附近松散或裂缝边缘疲劳裂缝的出现。一旦松散和疲劳裂缝出现，坑槽很快就会出现。如果路表和路表以下排水性能比较好，可以减少坑槽的出现。坑槽可以利用冷拌混合料或HMA修补。要想满足坑槽出现地区路面的整体性，对任何一种情况都需要适当的修补技术。关于养护技术的讨论在第九章进行。沥青路面产生坑洞的原因是面层的网裂、龟裂未及时养护而逐渐形成坑洞。基层局部强度不足，在行车作用下也易产生坑洞。坑洞处治的方法是将坑洞范围挖成矩形，槽壁应垂直，在四周涂刷热沥青后，从基层到面层用与原结构相同的材料填补，并予夯实。（具体对策参考养护报告中的相关内容） 路面中出现的碗状坑洞，坑槽通常是松散、龟裂等其它损坏进一步发展的结果。产生坑槽的主要原因有：沥青混合料在施工时拌合不均匀，沥青含量相对减少，不能将矿质集料有效粘结，在高速行驶车辆轮胎的泵吸作用下，较细集料被吸出；施工时混合料拌合温度太高，使沥青过早老化发脆，粘结力下降；施工温度太低，坑洞大多出现在雨季和春融季节，主要是由于水渗入沥青面层使骨料与沥青失去粘结力而产生散落的病害2沥青路面早期裂缝的主要类型和对策早期裂缝的主要类型有：纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、反射裂缝、网裂等。反射裂缝是由下卧层的不连续引起的。由于下卧层不连续处（接缝或裂缝）的运动，不连续通过热拌沥青混凝土层传播道表面，形成反射裂缝。对策一是在旧面层上铺一层薄的应力吸收膜中间层（SAMI），可以吸收下卧层的很多水平运动，从而减少裂缝穿过热拌沥青混凝土顶面。对策二是使用再生技术使旧沥青混凝土面层的上部510cm如同新铺面层。这种旧面层更新技术能消除旧面层中的部分裂缝，从而减少或延缓反射裂缝发展。对策三是将下卧层混凝土板打碎成小块，并用重型压路机将其压入底基层就位，然后在其上铺一层等于或大于10cm厚的热拌沥青混凝土面层，或在铺筑加铺层之前破碎现有的混凝土路面。对策四是直接在水泥混凝土路面接缝的上方，将热拌沥青混凝土上覆层切一条贯通的缝。应在上覆层施工后反射裂缝尚未发展前就先切缝。纵向裂缝产生的原因是：a）填土未压实，路基产生不均匀沉陷或冻胀作用所造成；b）沥青混合料摊铺时间过长，或接缝处理不当，接缝处压实未达到要求，在形车作用下形成纵向裂缝。冬季气温下降，沥青路面或基层收缩而形成的裂缝，一般为与道路中线垂直的横缝。土基干缩或冻缩产生的裂缝，亦以横缝居多。路面整体强度不足