[材料科学]沥青路面设计规范

公路沥青路面设计规范（征求意见稿）简介张登良 教 授,修订的主要内容1增加了对材料的技术要求；2在沥青混合料设计和结构设计中考虑了水损害问题；3除完善半刚性基层沥青路面的设计方法外，还对混合式沥青路面、柔性路面的设计方法做了相应的补充和完善；4明确不同的路面结构应采用不同的设计指标，路面厚度计算仍以弯沉值、弯拉应力为设计指标，调整有关设计参数；5补充了大修或改建的设计内容；6增加了水泥砼板加铺沥青面层设计的内容。,一、一般规定 1使用年限 高速、一级 15年 交通量大，有特殊要求20年 二级 12年 有特殊使用要求15年 三级 8年 四级 6年 沥青表处8年 2标准轴载 对重载车为主的公路，可根据实际调查情况，经论证可提高轮胎接地压强和接地面积。,3交通量分级 表3.1.10 交通量分级,对具有运煤、运输建筑材料等有特殊用途的公路，宜做 专 题研究、设计。,4沥青的选用 表3.2.2 沥青的气候区划,热区选用稠度高、60粘度大的沥青，寒区选用稠度低、低温延度大的沥青。 表面层选用高温、低温性能均好，并耐老化的沥青；中面层选用热稳性好的沥青，底面层选用抗疲劳，热稳性好的沥青或选用稠度高一级的沥青。 当交通量为D级及D级以上时，可适当提高沥青的技术要求。,表3.2.3 各类沥青路面选用的沥青标号,5符合以下条件时宜选用改性沥青： （1）当用普通沥青拌制的沥青混合料的技术指标达不到规定要求时； （2）交通等级为D级及D级以上的公路，沥青表面层可选用改性沥青；E级交通的表面层、中面层可视实际情况选用改性沥青； （3）高速公路、一级公路的路线线形处于长纵坡、陡坡及半径较小匝道，或其他特殊路段； （4）铺筑特殊结构的表面层，如开级配抗滑层，沥青玛蹄脂碎石、超薄罩面层，排水路面，彩色路面等； （5）温差变化较大，或高温或低温持续时间较长的严酷气候区域的公路； （6）具有重要政治经济意义、有较高使用要求的公路，或重点旅游公路等。,二、结构设计 1沥青面层与半刚性基层之间可设置密级配、半开级配或开级配的沥青碎石或级配碎石层，以减少反射裂缝，利于路面结构内部排水。此时的沥青碎石层称为基层，而级配碎石层称为碎石过渡层。 2路面结构类型 （1）半刚性基层沥青路面 （2）混合式沥青路面 （3）贫砼沥青路面 （4）柔性路面 （5）全厚式沥青路面,表4.0.2 路面结构类型的选择,注：全厚式沥青路面可用于标高受到限制的特殊路段。,3路面面层类型（1）沥青路面包括热拌沥青混凝土混合料、热拌沥青碎石混合料、冷拌沥青碎石混合料、沥青贯入式（含上拌下贯沥青碎石）、沥青表处等五种。（2）砂石路面包括用粘土作结合料或掺入少量石灰混合稳定的碎、砾石，如泥结碎、砾石、级配碎石、级配砂砾、碎砾石土等。主要适用于100辆以下的县、乡、村公路。,表4.0.4 各级公路沥青面层类型选择,4基层、底基层设计应根据交通量及其组成、气候条件、筑路材料分布和质量情况，以及路基水文状况等因素选择适宜的结构类型。 （1）各级公路均宜选用半刚性材料做基层、底基层。为减少水损害和低温裂缝，对水泥稳定粒料类，石灰、粉煤灰稳定粒料类的上基层，其混合料级配组成设计宜用骨架密实型结构，以提高半刚性基层的抗冲刷、抗开裂、抗冻的性能，并可减少表面浮浆，利于层间紧密结合。,（2）在沥青面层与半刚性基层之间增设沥青碎石基层，将半刚性基层下放，以减少其层底拉应力，可降低无机结合料用量，减少低温裂缝和反射裂缝，同时使路面结构层受力状态更加合理。 （3）对运输煤、炭、矿石、建筑材料等专用公路，疏港公路，D、E级交通的公路，可选用贫混凝土基层。 （4）底基层应就近取材，充分利用沿线地方材料，如未筛分碎石、石渣、碎石土、天然砂砾等。采用水泥，石灰，或石灰、粉煤灰稳定粒料或细粒土，做半刚性底基层。,5各类路面结构层的厚度 表4.0.6 沥青混合料结构层的最小施工与适宜厚度,表4.0.6-1 各类结构层的施工最小厚度与适宜厚度,6半刚性基层沥青路面减裂措施 （1）半刚性基层材料级配应以粗集料为主，使混合料形成骨架密实性结构，并严格控制水泥剂量，以减少收缩裂缝。 （2）沥青层宜选用低温性能好，弹性恢复能力大的聚合物改性沥青作面层结合料或在沥青中掺入有机化学合成纤维。 （3）在半刚性基层、刚性基层顶面宜设置聚合物改性沥青应力吸收层或应力吸收膜，或铺设聚酯无纺长丝土工布等。 （4）在稳定粒料类底基层上，设一定厚度的沥青碎石基层或80120m级配碎石过渡层。 （5）各地区应结合当地材料和气候条件，选择减裂措施，并通过铺筑试验路段。,三、沥青面层 1热拌沥青混合料路面使用性能要求 表6.1.1 热拌沥青混合料路面使用性能指标,表6.1.6.1 密级配热拌沥青混合料马歇尔试验技术指标,表6.1.10 面层沥青混合料车辙试验动稳定技术要求,表6.1.12 沥青混合料低温弯曲试验破坏应变（）技术要求,表6.1.11 沥青混合料水稳定性指标（1）,注： 注：对于有条件的地方，为了减少冻融劈裂试验因空隙变异而造成的试验结果的偏差。可采用控制试件成型空隙率的AASHTOT283方法，指标同冻融劈裂试验要求。,2沥青面层的适宜厚度热拌沥青混合料面层应根据公路等级、交通组成和交通量、气候条件等、路面结构类型等实际情况，选用一层、两层或三层。 （1）当采用半刚性基层沥青路面时，高速公路、一级公路的沥青层厚度宜为120160mm，二级公路的沥青层厚度宜为70120mm，三级公路的沥青层厚度宜为2050mm，四级公路的沥青层厚度宜为1030mm。 （2）当采用混合式沥青路面时，面层可选用两层式，其下设沥青混合料基层。面层厚度宜为100120mm，基层厚度宜为80140mm。 （3）当采用柔性路面结构时，面层可选用两层或三层，其下设沥青混合料基层或级配碎石基层、底基层。沥青层厚度根据公路等级、交通量等具体情况而定。,3各类沥青混合料的适用性 表6.1.5 沥青混合料类型适用性,四、基层、底基层及垫层 1类型 （1）按力学行为 半刚性类 柔性类 刚性类 （2）按材料组成 结合料稳定类有机结合料、无机结合料 无粘结粒料类,（3）按组成结构状态骨架密实型粗集料75%嵌挤强度高、抗裂性、抗冲刷性好适于高速公路基层悬浮密实型粗集料50%抗弯拉性能好适于多等级公路的基层和底基层骨架空隙型 适用于有较高路面内部排水要求的基层均匀密实型 稳定土、砂或石屑 高等级公路宜选用稳定集料类做基层，上基层宜选用骨架密实型结构。,2适用性 （1）刚性基层 包括贫混凝土、水泥混凝土以及连续配筋水泥混凝土等； 一般适用于D、E级交通或超重车，特重车较多，或有特殊要求的路面基层。,（2）半刚性基层 包括水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类、石灰稳定类、水泥粉煤灰稳定类； 水泥稳定类和二灰稳定类适用于各级公路的基层和底基层，但稳定细粒土不能用作高级路面的基层； 石灰稳定类适用于各级公路的底基层也可用作二级和二级以上公路的基层。粒料含量少于50%的石灰稳定细粒土及碎砾石灰土不能用于高级路面的基层。,（3）柔性基层 包括有机结合料稳定类和无粘结粒料类； 沥青稳定类适用于高等级公路的基层和调平层； 级配碎石适用于各级公路的基层和底基层，也可用于沥青面层与半刚性基层之间的过渡层。,3技术要求 （1）贫混凝土 水泥剂量 610%； 强度要求。 表7.3.1 贫混凝土基层材料的强度要求,掺加部分粉煤灰（水泥剂量的2040%）可降低收缩裂缝，提高后期强度； 贫砼基层的最小厚度为18cm； 贫砼上沥青层最小厚度为15cm，采取防裂措施后为8cm； 在沥青面层上，对应的位置切割横缝并填入封缝料； 在贫砼基层上，宜设置应力吸收层（膜）；,（2）沥青稳定基层 高等级公路可用大粒径沥青碎石做基层，其最小厚度宜为8cm； 沥青贯入碎石用作基层或调平层。 （3）级配碎石基层 有骨架密实型和连续型两类，重交通宜选用骨架密实型； 适用于各级公路基层与底基层； 用作基层时，压实度不小于98%，CBR不小于180%；用作底基层时，不小于96%和100%；,五、新建路面结构厚度计算 1层间接触状态 （1）沥青层之间连续； （2）级配碎石与半刚性基层之间和与沥青面层之间滑动； （3）半刚性基层与沥青层之间连续。,2设计标准 （1）柔性基层及混合式基层： 弯沉计算、弯拉验算 混合式基层路面设计弯沉值：ld=780N-0.2 AcAs （2）半刚性基层及贫砼基层： 弯拉计算、反算弯沉控制 贫混凝土基层的抗拉强度结构系数：Ks=0.51N-0.07/Ac 3设计参数 高速、一级公路在初步设计阶段应选用沿线筑路材料和外购材料进行混合料配合比设计。,六、旧水泥混凝土板上加铺沥青路面 1重点补充调查内容 （1）混凝土板的破损状况 断板率 错台 板底脱空 （2）混凝土板的承载能力 面板承载能力 接缝传荷能力 2评价指标 （1）断板率 （2）错台用错台仪量侧按缝板两边的高程差。,3破损状况分级标准表9.2.2 路面板损坏状况分级标准,4传荷能力用FWD或贝克曼弯沉仪测定Du、Dl未受荷板与受荷板接缝边缘处的弯沉值。分级标准表9.2.3 接缝传荷能力分级标准,5脱空状况用落锤式弯沉仪测定的弯沉曲线判定；脱空的位置和范围可借助有限元进行分析（与无脱空状态对照）,6旧砼板的模量（1）弯拉模量,式中：fem旧砼弯拉强度标准值。,（2）顶面的当量回弹模量 由FWD测得的弯沉曲线计算,式中：SI路面结构的荷载扩散系数；,其中，D0、D30、D60和D90分别荷载中心及距中心30cm、60cm和90cm处弯沉值。,7沥青加铺层结构类型及厚度设计（1）沥青面层可由单层、双层或三层沥青层组成；（2）加铺层厚度一般不应低于7cm。表9.2.11 沥青面层最小结构厚度,（3）为延缓旧路面板接缝（裂缝）的反射，应在调平层与沥青面层之间铺设聚酯长丝无纺土工布。使用土工合成材料的适宜范围为：铺设前接缝处平均弯沉小于或等于0.42mm。选用土工合成材料时，其上最小结构层厚度为50mm。（4）加铺沥青面层应进行剪切应力验算，以避免面层出现车辙、波浪、推挤、滑移和剪裂等破坏。,验算旧砼板与沥青层界面之间的抗剪稳定性。,（9.2.11-1）,式中：1由弹性层状体系理论计算的水平和垂直荷载作用下界面剪切应力（MPa）；1a砼板与沥青层界面的抗剪强度（MPa）。,验算沥青加铺层层间的抗剪稳定性。,（9.2.11-2）,式中：由弹性层状体系理论计算的水平和垂直荷载作用下沥青层间界面剪切应力（MPa）；2a沥青混合料的抗剪强度（MPa）。,式中：c、沥青混合料的粘结力和内摩阻角；a破坏面上有效法向应力，Kv沥青混合料剪切强度结构系数缓慢制动（f=0.2）： Kv=0.2Ne0.15紧急制动（f0.5）Kv1.0,七、水泥砼桥面沥青铺装层设计1沥青铺装层宜由粘层或防水粘层，保护层及