沥青路面设计_ppt

1、 沥青路面设计第一节 沥青路面设计的任务、程序与原则第二节 标准轴载与轴次换算 第三节 沥青路面设计指标第四节 土基与路面材料强度指标第五节 沥青路面结构设计第六节 新建路面的结构层厚度计算第七节 原有路面补强设计第一节 沥青路面设计的任务、程序与原则一、设计任务确定合理路面等级选择适合的路面类型进行结构组合设计路面材料配合比设计路面结构计算 在路面设计之前，应进行外业调查内容：工程地质 及水文地质条件、天然土湿度、水文资料、气象资料、路面材料产地和供应情况，交通状况、施工力量等。二、设计程序1、根据设计任务书的要求，确定路面等级、面层类型、计算累计当量轴次、路表设计弯沉值、容许拉应力值2、确

2、定路基回弹模量值3、确定路面材料回弹模量值4、根据设计弯沉值计算路面厚度5、确定采用的路面结构方案三、设计原则1、根据路面使用要求与当地自然条件，按面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求进行综合设计；2、合理取材、方便施工养护、节约投资的原则，结构当地经验确定路面结构方案；3、论证是否进行分期修建；4、推行新技术、新材料、新工艺、新设备，机械化施工第二节 标准轴载与轴次换算一、标准轴载及其形式定义：将不同车型组合而成的混合交通量换算成某种统一轴载的当量轴次，将该统一轴载称为标准轴载。沥青路面设计：采用双轮组单后轴100kN为标准轴载，BZZ-100。当轴载25kN和轴载25kN的各级轴载均应进行换

3、算）2）半刚性基层层底拉应力验算（当轴载50kN的各级轴载均应进行换算）三、累计当量轴次计算涉及：初期日交通量、远景交通量、设计车道累计标准轴载作用次数远景设计年限交通量，单位（ 次/日 ）：设计年限内设计车道上的累计当量轴次第三节 沥青路面设计指标一、路面结构的破坏模式与设计指标（一）沥青路面的破坏模式和产生原因1、沉陷：路面在车轮荷载作用下，其表面产生较大的凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象。引发原因：路基水文条件差而过于湿软，承载力低2、车辙：路面结构层、土基在行车荷载重复作用下产生侧向位移而形成的累计永久变形。车辙是高级沥青路面的主要破坏形式。引发原因：荷载应力大小、重复作用次数、结构

4、层和土基的性质有关。 （一）沥青路面的破坏模式和产生原因3、疲劳开裂：指路表无显著永久变形而出现的裂缝现象引发原因：结构整体强度不足或在车轮荷载反复作用下，沥青结构层底面或半刚性基层底面产生的拉应力超过材料的疲劳强度。4、推移：沥青路面材料沿行车方向发生剪切或拉裂破坏而出现推挤或拥起现象。引发原因：受到较大的水平荷载作用，在水平力和竖向力的综合作用下结构层内的切应力或拉应力超过材料的抗剪或抗拉强度。5、低温缩裂：材料收缩受限时产生较大的拉应力而形成的横向裂缝。引发原因：材料收缩受限时产生的拉应力超过其抗拉强度。（二）沥青路面设计指标1、路表设计弯沉值控制指标 式中：Ls路表实际可能产生的回弹弯

5、沉值 Ld路面设计弯沉值2、容许拉应力验算指标：3、容许切应力验算指标： 根据路面在行车荷载和自然因素下所产生的应力、应变和位移量不超过路面任一结构层中材料的允许应力、应变和位移量选定路面结构层的组合和厚度。各种设计指标的适用范围1）公路沥青路面设计规范以设计弯沉值作为路面结构控制指标，2）对于高速公路、一级、二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层，应验算层底拉应力是否满足相应的容许拉应力的要求。3）城市道路设计时，还需计算沥青路面表面最不利点的剪应力，它应满足沥青路面容许剪应力的要求。4）季节性冻冻地区，沿应验算防冻厚度是否满足要求。二、路面设计弯沉值计算1、弯沉定义：车轮荷载作用下路面产生的垂

6、直位移值。路面材料是非线性弹塑性体，弯沉包括：弹性弯沉、残余弯沉。总弯沉=弹性弯沉+残余弯沉。利用路面回弹弯沉值L0可表征路面的强度；路面弯沉值愈大，路面抵抗垂直变形的能力愈弱。回弹弯沉值可用杠杆式弯沉仪由标准汽车按前进卸荷法进行测定。2、回弹弯沉值与路面外观状态关系路面外观状态分为五类：好、较好、中等、较坏、坏把第四类状态定为路面的临界状态，以此状态下测定的回弹弯沉的低限作为路面设计弯沉值界限的依据二、路面设计弯沉值计算路面设计弯沉值定义：根据设计年限内设计车道上通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定，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

7、值。式中：Ld设计弯沉值，0.01mm； Ac公路等级系数； As面层类型系数； Ab基层类型系数（1）设计弯沉值计算Ld（2）实际弯测值计算Ls式中：p、标准轴载轮胎接地压强和当量圆半径， p=0.7Mpa, =10.65cm. LC理论弯沉值 F弯沉综合修正系数， E0土基回弹模量； c理论弯沉系数，由弹性层状体系理论计算得出。三、结构层材料的容许拉应力1、容许拉应力定义：路面承受行车荷载反复作用达到临界破坏状态时的最大疲劳拉应力。式中：sp沥青砼或半刚性结构层材料的劈裂强度 Ks抗拉强度结构系数，同荷载的反复作用次数有关。 沥青混凝土系指15时的劈裂强度；石灰土、二灰、二灰土指6个月龄期

8、的劈裂强度；其他稳定类基层材料指90天龄期的劈裂强度。沥青砼面层：无机结合料稳定集料类：无机结合料稳定细粒土类： 第四节 土基与路面材料强度指标一、路基受力与工作区1、路基受力状况：1）路面和路基自重2）车轮荷载作用土基在车轮荷载作用下受到的垂直作用力1：土基在自重作用下受到的垂直作用力2： 路基受际受力：2、路基工作区定义：在路基的某一深度处，车辆荷载引起的应力与路基自重相比只占很小部分（1/51/10），在此深度以下，车辆荷载对土基的作用影响很小，可略去不计。在此深度以上的范围，是路基土受车辆荷载影响较大的范围，将该区域称为路基工作区或应力作用区。 工作区随车辆荷载增大而加深，随路面的刚度

9、与厚度的增加而减小。路基工作区内，土基的强度和稳定性对保证路面的强度和稳定性极为重要。二、土基回弹模量的确定方法1、回弹模量定义：路基、路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。2、利用弹性理论建立荷载与变形的关系式： 式中：Lr路表距离荷载中心轴为r某点外的垂直位移。 E0土基回弹模量； 土的泊松系数； 竖向位移系数现场实测法：在不利季节，利用承载板进行逐级加荷卸荷的方法测出每级荷载的回弹变形值，并采用回弹变形l0=0.51mm 的测定值，参考各地经验公式计算确定。 室内试验法：按最佳含水量制备试件，测得不同压实度与其对应的回弹模量值，绘制图形，并查图求得压实度条件下的土

10、的回弹模量值。换算法：需要知道土的各种物理力学指标值。查表法二、土基回弹模量的确定方法三、路面材料设计参数的确定方法 以设计弯沉值计算路面厚度，并对结构层进行层底拉应力验算时，需知道中路面结构层材料的参数1、路面各层材料模量：采用抗压回弹模量 2、路面各层材料抗拉强度：采用劈裂试验测得的劈裂强度 第五节 沥青路面结构设计一、结构设计的一般原则1、沥青路面设计工作：结构设计、厚度计算2、结构设计：分层结构设计、结构层组合设计3、沥青路面结构设计遵循的技术经济原则：1）因地制宜，合理取材（尤其是对于基层、垫层材料）2）方便施工、利于养护3）分期修建，逐步提高4）整体考虑，综合设计5）考虑气候因素和

11、水温状况的影响二、沥青路面结构层的选择1、路面等级和面层类型的选择 应与公路等级和交通量相适应 路面面层要求强度高、耐磨耗、抗滑、热稳定性好、不透水公路等级越高，交通量越大，路面等级也应该越高，厚度越大，相应的面层层次也越多。考虑气候因素的影响：气候干旱地区，不宜采用砂砾路面；多雨地区，注意路面的水稳定性等；寒冷地区注意沥青路面的低温抗裂性；高温地区注意沥青路面的高温稳定性。二、沥青路面结构层的选择2、基层类型的选择基层是主要的承重层，应具有足够的强度、刚度与水稳定性。常用基层类型：水泥、石灰、工业废渣类；砾（砾）石嵌锁类；土、石级配类。所需基层厚度较大时，为了降低造价，可增设底基层。潮湿路段

12、，宜选用碎石、片石、块石、工业废渣、二灰土、水泥稳定砂砾等水稳性好的基层。干燥路段，可采用泥结碎石等水稳定性差的基层。三、沥青路面结构组合设计1、根据各结构层功能进行组合遵循面层耐久、基层坚实、土基稳定的原则。面层应强度高、耐磨、热稳定性和水稳定性好。面层应考虑设置合适的层次。如交通量繁重时，应在面层下加设联结层，以抵抗水平力产生的较大的切应力；采用空隙较大的沥青路面时，应铺设上封层。基层：具备足够的抗压强度、刚度和水稳定性。交通繁重时，基层宜选用半刚性材料，并采用双层式基层，即增设底基层。土基水温状况不良时，应加设砂砾垫层等。三、沥青路面结构组合设计2、强度组合各层材料的强度（回弹模量）随深

13、度而相应减小。各相邻结构层之间的模量不能相差过大。3、合理的层间组合各结构层材料具有不同特性，组合时应注意相互影响。无机结合料稳定类基层易产生干缩和温缩裂缝，往往会导致面层产生反射裂缝。这时，宜加厚面层，或者在面层和基层之间加设一层由稳定粒料组成的联结层或过渡层。潮湿的土路基上，应铺设石灰土或砂砾垫层。三、沥青路面结构组合设计4、考虑自然水温条件的不利影响 在中湿或潮湿路段，路面基层应选择水稳定性好的材料。 在潮湿路段，为了改善路基的温度和湿度状况，防止冻胀和翻浆，需设置垫层。5、适当的层数与厚度结构层造价各结构层扩散应力的效果压实机具的能力我国部分高速公路沥青路面结构道路名称沥青面层组成及厚

14、度（）基层类型及厚度（）底基层类型及厚度（）总厚度（）沪嘉中粒式、粗粒式、贯入式 19二灰碎石36砂砾2075广佛中粒式、粗粒式、沥青碎石 15水泥碎石25水泥石屑土2868京津塘中粒式4、粗粒式6、沥青碎石13 23水泥粒料25石灰土或水泥土 3583济青中粒式4、粗粒式5、沥青碎石6 15水泥砂砾34石灰土1867南京南通中粒式、粗粒式、粗粒式 16二灰碎石20石灰土3369沪宁中粒式、粗粒式、粗粒式 16二灰碎石28二灰土3377第六节 新建路面的结构层厚度计算一、基本原则和有关规定采用多指标控制路面结构设计采用多层弹性体系理论计算结构层厚度 弹性层状体系：由若干个弹性层组成，上面各层具

15、有一定的厚度，最下一层为弹性半空间体。沥青混凝土路面、半刚性基层、底基层进行拉应力验算假设各层之间的接触条件为：完全连续体系二、路面厚度计算步骤1、路面厚度计算基本原理：利用多层弹性体系理论、层间接触条件为完全连续体系、在双圆均布荷载作用下，按轮隙中心处实测路表弯沉值等于设计弯沉值的原则进行计算： 确定单车道累计当量轴次Ne；拟定几种可能的路面结构层组合与厚度方案。设计时先选择某一层次作为厚度设计层，拟定面层和其他各层的厚度。当采用半刚性基层和底基层结构时，可选任一层为设计层。当采用半刚性基层和粒料类材料为底基层时，以半刚性基层为设计层，拟定面层和底基层厚度。当采用柔性基层和底基层的沥青路面时

16、，宜拟定面层和底基层厚度，求算基层所需厚度。确定设计弯沉值确定路面材料设计参数确定土基回弹模量根据以上数据并利用设计程序求算某一个结构层的厚度。二、路面厚度计算步骤 三、路面结构层拉应力验算步骤1、对于高速公路、一级公路、二级公路需验算沥青砼面层和整体性材料基层层底的拉应力即： 2、层底拉应力计算图式：采用多层弹性层状体系理论为基础，层间接触仍为连续接触体系3、层底弯拉应力计算公式： 三、路面结构层拉应力验算步骤4、验算步骤1）确定路面材料设计参数2）确定系数3）确定当量轴次4）根据以上数据利于专用设计程序计算层底拉应力验算。 四、路面厚度计算方法和拉应力验算方法1、利用多层弹性体系理论编制的

17、专用程序APDS97计算2、简化法（图解法），将多层体系换算为三层体系，利用设计图表进行计算。四、路面厚度计算实例例：某地新建一条一级公路（四车道），路面设计年限为15年，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，在使用期内交通量年平均增长率为10%。该路段处于7区，为粉质土，稠度为1.00，沿线有大量碎石集料，并有石灰供用。试进行路面厚度设计。 表 预测交通组成表车型前轴重（kN)后轴重（kN)后轴数后轴轮组数后轴距交通量(次/d)三菱29.348.01双轮组300黄河58.6114.01双轮组320江淮45.1101.51双轮组300太脱拉45.490.02双轮组3m208湘江23.173

18、.22双轮组3m400东风26.556.72双轮组3m400解：1、轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载 （1）以设计弯沉为指标计算路面厚度及验算沥青层层底拉应力的累计当量轴载轴载换算累计当量轴次 根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的横向分布系数为0.40.5。取=0.45。（2）验算半刚性基层层底拉应力时时，累计当量轴载轴载换算累计当量轴次 设计年限取15年，四车道的横向分布系数=0.45。2、结构组合设计及各层材料的设计参数 参照表沥青混合料类型的选择和沥青层推荐厚度，路面结构组合设计为：路面面层采用沥青混凝土，厚度为15，其中：上面层采用细粒式密级配沥青混凝土（4cm),中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（5cm),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（6cm)。基层采用25水泥碎石。底基层采用石灰土，厚度由计算确定。 各层材料的设计参数，通过实测或查表取得。以设计弯沉值计算路面厚度时，各层材料均采用20抗压回弹模量；验算层底拉应力时，沥青混合料采用15抗压回弹模量，15劈裂强度。结构组合设计