第5章-重庆大学版路基路面工程课件

第五章沥青路面,学习要点：了解沥青路面的基本特点、沥青路面的病害及原因、沥青路面结构与力学特性、沥青路面材料技术要求与施工工艺，沥青路面结构特征、设计内容、设计原则、设计指标、交通荷载分析、沥青路面结构组合设计，国外沥青路面设计方法等；熟悉沥青路面材料结构与力学强度特性，沥青路面材料技术要求，施工工艺及注意事项；掌握沥青路面设计原则、沥青路面结构组合设计、设计理论与方法、交通荷载分析等。,主要内容5.1概述5.2沥青混合料结构与力学强度特性5.3沥青路面稳定性与耐久性5.4沥青路面材料及施工5.5沥青路面设计5.6沥青路面结构组合设计5.7我国沥青路面设计方法5.8其他沥青路面设计方法简介,5.1概述5.1.1沥青路面基本特性沥青路面是指用沥青材料作结合料黏结矿料修筑面层并与各类基层和垫层所组成的路面结构。沥青路面具有以下良好性能：具有足够的力学强度，以承受汽车荷载的作用；具有一定的弹性和塑性变形能力，承受一定的应变而不破坏；与汽车轮胎的附着力较好，保证行车安全；具有很好的减振性，汽车可快速行驶而平稳无噪声；不扬尘，易冲扫和清洗；维修方便简单，且沥青路面可再生利用。,5.1.2对沥青路面的基本要求高温稳定性沥青路面高温季节在行车荷载作用下不产生推移、车辙等病害。低温抗裂性裂缝是沥青路面的主要破坏形式。耐久性应具有抵抗温度、阳光、空气、水等各种因素作用的能力。抗滑能力保证在最不利的情况下车辆能够高速安全行驶。防渗能力沥青路面的抗渗能力主要取决于沥青路面的空隙率，空隙率越大，其抗渗能力越差。,5.1.3沥青路面病害及原因裂缝按照成因的不同可分为横向裂缝、纵向裂缝及网状裂缝3种类型。车辙是渠化交通引起的沥青路面损坏类型之一。松散剥落是指沥青从矿料表面脱落，沥青路面呈现出松散状态。表面磨光在车轮反复滚动摩擦作用下，集料表面被逐渐磨光，特别在雨季易导致安全事故的发生。,5.1.4沥青路面使用性能气候分区,沥青路面气候分区指标,根据高温、低温、雨量3个主要因素的30年的统计资料，按照概率大体相等的原则提出分区指标的界限及气候分区图。,关于高温指标使用最热月平均最高气温作为高温指标，将全国划分为30、3020、20共3个区。30线基本上是沿燕山、太行山、四川盆地及云贵高原边缘走向，与自然的地形、地貌走向一致，符合我国沥青路面使用的实际分界状况。关于低温指标使用年极端最低气温（30年一遇预期最低值）作为使用指标，全国分为-37、-37-21.5、-21.5-9、-9共4个区。关于雨量指标使用年降雨量作为分区指标，将全国分为1000mm、5001000mm、250500mm、250mm共4个区。,中国沥青路面气候分区图,5.1.5沥青路面分类按空隙率分类密级配（3%6%）、半开级配（6%12%）、开级配（排水式，18%以上）按公称最大粒径分类粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式等类型，其最大公称粒径分别为25mm以上、16或19mm、10或13mm和5mm。按施工工艺分类层铺法、路拌法和厂拌法3类。根据沥青路面的技术特性分类沥青混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青贯入式、沥青表面处治5种类型。,5.2沥青混合料结构与力学强度特性5.2.1三相体系与压实性能,沥青混合料的三相体系,沥青饱和度：,孔隙比：,空隙率：,油石比：,5.2.2沥青混合料结构力学特性悬浮密实结构连续级配矿料组成的密实混合料，含有大量细料，粗集料数量较少。黏结力较高，内摩阻力较小。骨架空隙结构连续开级配，粗集料较多，细集料数量过少。骨架密实结构间断型密级配，粘结力和内摩阻力均较高，高温稳定性较好。,悬浮密实结构,骨架空隙结构,骨架密实结构,三轴试验对于三轴试验，摩尔-库仑理论的表达式为：,简单拉压试验,直剪试验,5.2.3沥青混合料应力应变特性黏弹性材料力学性能的基本特征表现在以下几个方面：应力应变关系的非线性及其不可逆性。对加载速度和试验温度的依赖性，并服从时间温度换算法则。具有十分明显的蠕变和应力松弛特性。服从Boltzmann线性叠加原理和复数模量原理。,沥青混合料压缩蠕变试验,在常温下，通过加、卸载及反向加载后的典型曲线:,常温下沥青混合料的应力应变曲线,对于沥青混合料，其蠕变的变化规律按蠕变现象可分为蠕变迁移、蠕变稳定和蠕变破坏3个阶段。,5.2.4沥青混合料模量用黏弹性理论研究沥青混合料的模量时必须遵循如下基本原则：沥青混合料兼具胡克弹性与牛顿黏性的双重性质；沥青混合料的力学性质均应作为温度与时间的函数表示；将沥青混合料的性质作为“某一条件的响应”是比较合理的。,常用试验方法：蠕变试验：蠕变柔量,应力松弛试验：松弛模量,等应变速率试验：应力-应变曲线,动载试验：复数模量,劲度模量应力应变关系参数：,施加的应力；总应变；,沥青劲度随时间和温度变化曲线,5.2.5沥青混合料累积变形与疲劳累积变形与疲劳破坏这两种破坏极限的共同点就是它们的发生不仅和荷载应力的大小有关，而且同荷载应力作用次数有关。累积变形,密实型沥青混合料的变形累积,沥青混合料在重复应力作用下的变形累积过程，可利用单轴压缩试验或重复作用三轴压缩试验来进行。,疲劳,弹性状态的路面材料在承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。,5.2.6沥青混合料的强度剪切强度沥青路面的推移、拥包、车辙等都是剪切变形的结果，断裂强度分析随气温下降时沥青面层收缩受阻而转化为收缩应力，当收缩应力超过极限强度所造成的缩裂问题；临界应变并随温度和加荷时间而有规律的变化。,抗拉强度,直接拉伸试验,间接拉伸试验,当材料的抗拉强度不足以抵抗上述拉应力时，路面结构就会产生拉伸断裂。,抗弯拉强度,5.3沥青路面稳定性与耐久性5.3.1沥青路面高温稳定性车辙的形成机理及影响因素：初始阶段的压密过程沥青混合料的侧向流动矿料的重新排列及矿料骨架的破坏沥青混合料高温稳定性评价方法：单轴压缩试验简单剪切试验马歇尔试验轮辙试验蠕变试验,沥青路面高温稳定性技术标准沥青路面车辙的技术指标,容许车辙深度标准,沥青混合料永久变形指标,轮辙试验标准,动稳定度建议标准,沥青路面车辙防治措施：,失稳型车辙：集料级配要有足够的粗颗粒；沥青结合料具有足够的粘度；集料表面沥青膜具有足够的厚度；结构型车辙：混合料含有足够的矿粉；基层应充分压实。磨耗型车辙：可通过交通管制，改善混合料级配来防治。,5.3.2沥青路面低温抗裂性沥青混合料抵抗温度变化（降温）产生的收缩应力的能力。沥青路面低温开裂机理：由于材料受到约束，随着温度下降，材料不能缩短，则立即产生温度应力，当该应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。,沥青混合料低温抗裂性能的评价方法：,间接拉伸试验直接拉伸试验,沥青路面低温开裂的预防措施：,使用稠度较低、针入度较大的沥青，同时应满足夏季的要求；选用温度敏感性低的沥青有利于减小沥青路面的温度裂缝；采用吸水率低的集料，控制沥青用量在马歇尔最佳用量5%范围内，但同时也应保证高温稳定性；采用应力松弛性能良好的聚合物改性沥青等。,5.3.3沥青路面水稳定性作用机理：水浸入沥青中使沥青黏附性减小；水进入沥青薄膜与集料之间，阻断沥青与集料的相互黏结。,沥青路面水稳定性评价方法用沥青裹附标准集料，在松散状态下浸入水中煮沸，观察沥青从集料上剥离的情况；使用击实试件（或路面钻芯取样），在浸水条件下，对路面结构的服务条件进行评估。,测定的方法包括：煮沸试验：区分沥青膜剥落与未剥落。浸水马歇尔试验：评价沥青路面水稳定性方法。冻融台座试验：模拟路面使用5年，沥青黏结力变化。浸水间接拉伸试验：浸水真空压力55%-80%饱和度。冻融劈裂试验：增加冻融循环条件。浸水车辙试验：动稳定度值之间的比值。,提高沥青路面水稳定性的措施：完善路面结构排水系统。沥青材料选择。集料选择。施工时保持集料干燥，无杂质，拌和充分，摊铺时不产生离析，碾压时保证达到压实要求等。,5.3.4沥青路面疲劳性能弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。,路面面层在车轮下的受力状态,B点应力随时间变化,沥青混合料疲劳力学模型沥青路面疲劳特性的研究方法一般分为3种：现象学法，即传统的疲劳理论方法，采用疲劳曲线表征材料的疲劳性质；力学近似法，即应用断裂力学原理分析疲劳裂缝的扩展规律以确定材料疲劳寿命；耗散能理论的研究方法。,控制应力和控制应变疲劳试验,沥青路面疲劳影响因素荷载条件材料的疲劳寿命按不同的荷载条件测定。材料性质混合料劲度是影响其疲劳性能的一个重要材料参数。环境条件温度对疲劳寿命的影响可用混合料劲度来解释。,沥青混合料疲劳寿命预估方法诺丁汉大学方法,Shell法,式中Vb沥青含量,AI法,式中n加荷次数；G经验系数，一般为1.0,5.3.5沥青路面耐老化性能沥青的老化过程沥青的短期老化可分为3个阶段：运输和储存过程的老化沥青进入油罐温度下降，沥青老化小。拌和过程的老化加热拌和过程比运输老化条件严重。施工期的老化施工现场摊铺，碾压完毕降温至自然温度，老化进一步发展。,沥青老化的试验与评价短期老化试验方法体现松散混合料在拌和、储存和运输中受热而挥发和氧化的效应，以模拟沥青混合料在施工阶段的老化效果。长期老化试验方法着重体现沥青混合料压实成型试件持续氧化效应，以模拟使用期内沥青路面的老化效果。,5.4沥青路面材料及施工5.4.1原材料沥青材料石油沥青,道路石油沥青适用范围,我国道路石油沥青采用针入度为分级指标，每一种标号的沥青均分为A、B、C三个等级，分别适用于不同等级的公路，和不同的结构层次。,乳化石油沥青乳化沥青的种类主要有阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青和非离子乳化沥青等。,乳化沥青品种及适用范围,改性沥青使用改性沥青通常对改善沥青路面高温及低温稳定性有明显效果。改性沥青一般采用聚合物、天然沥青或其他改性剂对基质石油沥青进行改性，改性剂分为3类：热塑性橡胶类，如SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）；橡胶类，如SBR（丁苯橡胶）；热塑性树脂类，如EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、PE（聚乙烯）。,粗集料指大于4.75mm（或2.36mm）的矿料，主要有碎石、筛选砾石、轧制砾石、钢渣、矿渣等。,沥青混合料用粗集料规格,沥青混合料用粗集料质量技术要求,粗集料与沥青的黏附性磨光值的技术要求,细集料集料中粒径小于4.75mm（或2.36mm）的那部分材料。沥青面层的细集料可采用天然砂、机制砂及石屑。,沥青混合料用细集料质量要求,沥青混合料用天然砂规格,沥青混合料用机制砂或石屑规格,填料粒径小于0.6mm、由沥青与填料混合而成的胶浆，是沥青混合料形成强度的重要因素。,沥青混合料用矿粉质量要求,5.4.2沥青混合料设计沥青混合料分类沥青混合料按集料公称最大粒径、矿料级配、空隙率大小分为密级配沥青混凝土混合料（AC）适用于各级公路沥青面层的任何层次；沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）适用于铺筑表面层、中面层或加铺磨耗层；半开级配沥青碎石混合料，设计空隙率为6%12%（AM），适用于三级及三级以下公路，表面应设防水上封层；密级配沥青稳定碎石混合料，设计空隙率为3%6%（ATB），适用于基层；排水式沥青稳定碎石混合料，设计空隙率大于18%（ATPB），适用于排水基层；排水式开级配磨耗层，设计空隙率大于18%（OGFC），适用于高速公路排水式沥青路面磨耗层。,热拌沥青混合料种类,粗型和细型密级配沥青混凝土的关键性筛孔通过率,沥青混合料的选用选用沥青混合料种类时，应根据公路等级、交通量大小、当地气候特征、路基状况及环境条件，通过技术经济论证后确定。沥青混合料的选用应遵循以下原则：沥青面层与沥青碎石基层宜采用双层或三层式结构，沥青层与沥青层之间必须喷洒黏层沥青。沥青路面应满足耐久、稳定、密实、安全、表面层具有良好的表面功能、密水、耐久、抗车辙、抗裂性能。,沥青混合料配合比设计沥青混合料配合比设计分为3个阶段：目标配合比设计阶段：用工程实际使用的材料，通过试验计算所得的矿料级配及沥青用量为目标配合比生产配合比设计阶段：材料、机具进场后，在目标配合比的基础上进行直接为生产服务的配合比设计生产配合比验证阶段：拌和机按生产配合比进行试拌并铺筑试验路，同时用拌和的沥青混合料进行马歇尔试验。,沥青混合料的配合比设计程序,密级配沥青混合料目标配合比设计流程图,沥青混合料设计级配范围的选择根据气候条件、交通条件、公路等级、路面类型、结构层次、混合料类型等因素，经详细的技术经济论证后选定。沥青混合料原材料已经在上一节中进行了介绍，它们的选择应按照相关规定进行。,马歇尔试验,热拌普通沥青混合料试件的制作温度,通过试验，测定不同油石比相关混合料的各项马歇尔试验指标：毛体积密度，g/cm3；VV空隙率，%；VMA矿料间隙率，%；VFA沥青饱和度，%；FL流值，mm；MS稳定度，kN。,确定最佳沥青用量OAC按如下方法：将马歇尔试验的结果，以油石比为横坐标，各项指标为纵坐标制成曲线.,毛体积密度/（gcm-3）,稳定度/kN,空隙率/%,流值/mm,VMA/%,VFA/%,马歇尔试验结果示例,不考虑沥青饱和度的要求范围，取三者的平均值作为OAC1，即：沥青饱和度的要求范围也考虑在内，则取以上各项指标符合沥青混合料技术要求的沥青用量OACminOACmax的中值OAC2，即：综合考虑OAC1和OAC2，取两者平均值，即得最佳沥青用量：,高温稳定性检测,沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求,在环境温度60、轮压0.7MPa条件下进行车辙试验，其动稳定度应符合表的要求,水稳定性检测在规定条件下进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，以检查沥青混合料的水稳定性。,沥青混合料水稳定性检验技术要求,低温抗裂稳定性检测在-10的环境温度和50mm/min的加载速率条件下进行弯曲试验，测定破坏强度、破坏应变、破坏劲度模量，用于评价低温抗裂稳定性。,沥青混合料低温弯曲试验破坏应变技术要求,渗水性能检验取轮碾机成型的车辙试验试件进行渗水试验，若渗水系数不能满足要求应调整配合比，直到满足要求为止。,沥青混合料试件渗水系数技术要求,5.4.3沥青路面施工与质量控制洒铺法沥青路面面层的施工用洒铺法施工的沥青路面面层，包括沥青表面处治和沥青贯入式。沥青表面处治：沥青表面处治可采用拌和法或层铺法施工。沥青表面处治所用矿料，其最大粒径应与所处治的层次厚度相当。层铺法各工序的要求分述如下：清理基层。洒布沥青。铺撒矿料。碾压。初期养护。,沥青表面处治材料规格和用量,贯入式沥青路面具有较高的强度和稳定性，其强度的构成主要依靠矿料的嵌挤作用和沥青材料的黏结力。,沥青贯入式路面材料规格和用量,上拌下贯入式路面的材料规格和用量,拌和法沥青路面施工热拌沥青混合料路面施工：路面的施工分为沥青混合料的拌制、沥青混合料的运输、沥青混合料的摊铺、沥青路面的压实与成型、接缝施工等内容。拌和：拌和厂应在其设计、协调配合和操作方面，都能使生产的沥青混合料符合工地配合比设计要求。拌和厂必须配备足够试验设备的实验室，能及时提供试验资料，并应将试验人员的资质及试验设备报请监理工程师批准。,热拌沥青混合料拌和质量允许偏差,运输：厂拌沥青混合料通常用自动倾卸汽车运往铺筑现场，必须根据运送的距离和道路交通状况来组织运输。混合料运输所需的车辆数可按下式计算：,需要车辆数,式中T一辆车容量的沥青混合料拌和与装车所需的时间，min；t1运到铺筑现场所需的时间，min；t2由铺筑现场返回拌和厂所需的时间，min；t3在现场卸料和其他等待时间，min；备用车辆数（运输车辆发生故障或其他用途时使用）,摊铺：沥青混合料的摊铺通常由摊铺机进行，具体要求如下：设备应是自动式的，安装有可调的活动熨平板或整平组件；熨平板在需要时可以加热；摊铺机应有振动夯板或可调整振幅的振动熨平板的组合装置；摊铺机应配备熨平板自控装置。,沥青混合料的最低摊铺温度,碾压：沥青混合料压实设备应配有钢轮式、轮胎式及振动压路机，能按合理的压实工艺进行组合压实。初压：初压应紧跟摊铺机后碾压，并保持较短的初压区长度，以尽快使表面压实，减少热量散失。复压：复压应紧跟在初压后开始，且不得随意停顿。终压：终压应紧接在复压后进行。,压路机碾压速度,接缝施工：往往由于压实不足，容易产生台阶、裂缝、松散等病害，影响路面的平整度和耐久性，施工时必须十分注意。纵向接缝部位的施工应符合下列要求：摊铺时采用梯队作业的纵缝应采用热接缝。半幅施工不能采用热接缝时，宜加设挡板或采用切刀切齐。相邻两幅及上下层的横向接缝均应错位1m以上，并采用平接缝方式。平接缝应做到紧密黏结、充分压实、连接平顺。,橡胶改性沥青路面施工在一定高温条件下，废轮胎粉与沥青进行混合并搅拌，由于沥青材料的组成主要包含油分、树脂和沥青质三部分，当胶粉掺入热沥青后，在热能和机械力的作用下，橡胶颗粒吸收沥青中的油分而溶胀，部分恢复了生胶的性质，使橡胶颗粒重新具有一定的粘性，由原来的紧密结构变成相对疏松的絮状结构，制备后的溶胀橡胶颗粒能够均匀的悬浮分散在沥青中，基质沥青也因部分油分被吸收而变得黏稠。,胶粉改性沥青必须符合以下技术、工艺要求：基质沥青、改性剂（胶粉）按工艺要求的比例进行称重；胶粉改性沥青在制作过程中，其全过程的温度监控也必须由温度传感器通过计算机自动控制；胶粉的溶胀、剪切、发育时间，需经计算机程序严格控制。,橡胶沥青混合料的施工温度范围,冷拌沥青混合料路面施工适用于三级及三级以下的公路，也可用于二级公路的罩面层和各级公路沥青路面的层间联结层或整平层。,冷补沥青混合料的矿料级配,冷拌沥青碎石混合料的配合比设计冷拌沥青碎石混合料路面施工,沥青路面施工质量控制热拌热铺沥青混合料路面试验段铺筑分试拌及试铺两个阶段，应包括下列试验内容。根据沥青路面各种施工机械相匹配的原则，通过试拌，确定拌和机的上料速度、拌和数量与时间、拌和温度等操作工艺。通过试铺，确定透层沥青的标号与用量、喷洒方式、喷洒温度建立用钻孔法及核子密度仪法测定密度的对比关系。确定施工产量及作业段长度，制订施工进度计划。全面检查材料及施工质量。确定施工组织及管理体系、人员、通信联络及指挥方式。,5.5沥青路面设计5.5.1沥青路面结构设计原则路面结构设计应根据使用要求，密切结合当地实践经验，将路基路面作为一个整体考虑，进行综合设计。遵循“因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原则积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运用行之有效的新材料、新技术、新工艺。路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护、自然生态的平衡。选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。遵循“一次设计、分期修建”的方案。,5.5.2沥青路面结构设计理论与方法世界各国的沥青路面设计方法，可分为经验法和力学-经验法两大类。我国现行的公路沥青路面设计规范（JTGD502006）采用弹性层状体系作为力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面结构弯沉和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。,5.5.3沥青路面交通荷载等级路面设计年限路面设计年限的选择应根据公路等级、公路在路网的功能定位、当地国民经济发展的需求以及投资条件等经综合论证后确定。,各级公路沥青路面设计年限,标准轴载及轴载当量换算我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。,标准轴载BZZ-100各项参数,以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时，按下式进行换算:,以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，按下式进行换算：,对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时，按下式进行换算：,设计年限累积当量标准轴载数：设计年限内一个车道沿一个方向的累计当量标准轴载次数为：,式中N1第一年双向日平均当量轴次；与车道数有关的车辆横向分布系数。,车道系数表,交通等级我国沥青路面交通等级的划分按照两种方法进行：以设计年限内一个车道通过的标准当量轴次进行划分；以营运车辆中的大客车、中型货车、大型货车、拖挂车等车型在一个车道上的日平均车数进行划分。,沥青路面交通等级,5.6沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计应在充分吸取已有成功建设经验的基础上，遵循如下原则：保证路面表面使用品质长期稳定。路面结构层的强度、抗变形能力与各层次的力学响应相匹配。直接经受温度、湿度等充分利用当地材料，降低建设和养护费用。,5.6.1沥青路面面层结构沥青面层直接经受车轮荷载反复作用和各种自然因素影响，并将荷载传递到基层以下的结构层。,沥青面层：单层双层三层三层结构分为：表面层中面层下面层,沥青混合料压实最小厚度与适宜厚度,5.6.2沥青路面基层结构柔性基层：主要采用沥青处治的级配碎石和无结合料的级配碎石修筑基层。半刚性基层：主要采用水泥、石灰或工业废渣等无机结合料，对级配集料作稳定处理的基层结构。刚性基层：采用低强度等级混凝土修筑基层混凝土板，板上铺筑沥青面层。,沥青路面基层结构厚度推荐表,5.6.3沥青路面垫层结构沥青路面垫层结构位于基层以下，主要用于路基状况不良的路段，通常认为路基处于以下状况，应设置垫层：地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路段；排水不良的土质路堑，有裂隙水、等水文不良的岩石挖方路段；季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀基层、底基层可能受污染以及路基软弱路段。从垫层设置目的与功能出发，垫层分为：防水垫层；排水垫层；防污垫层；防冻垫层。,路面最小防冻厚度,5.6.4沥青路面层间结合面层与基层之间应设置透层沥青或黏层沥青。应在铺上层之前彻底清扫下层表面的灰尘、泥土、油污等有可能破坏层间结合的有害物质，然后设黏层沥青。透层沥青、黏层沥青、稀浆封层下封层的材料规格和用量。,5.7我国沥青路面设计方法5.7.1我国沥青路面设计方法发展沿革与1966年的规范相比较，1978年规范的主要特点是：建立了中国道路自然区划图；制作了双圆双层体系弯沉值诺谟图及其综合修正系数；提出了多层体系弯沉计算的等效层法；制订了容许弯沉值的公式；提出了车辆换算公式；提出了厚度补强经验公式。,2006年版规范即目前所用规范，其主要变化有：强调按实际情况做好交通荷载分析与预测，按照全寿命周期成本的理念进行路面设计；采取了防治早期损坏的技术措施，加强了材料、混合料和路面结构组合设计的要求，增加了柔性基层、贫混凝土基层等设计内容；细化了半刚性基层混合料级配类型，调整了集料级配范围，补充了二灰稳定集料的抗冻性设计要求；路面厚度计算方法在参数取值和旧路补强公式上有所改进；增加了旧水泥混凝土路面加铺沥青层设计内容；补充了水泥混凝土桥面沥青铺装设计内容等。,5.7.2设计指标与标准我国沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以路表回弹弯沉和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性及刚性材料基层弯拉应力为设计指标，进行路面结构厚度设计。,路表弯沉值图示,我国公路沥青路面设计规范（JTGD502006）规定路面设计弯沉值ld由下式计算确定。,式中Ac公路等级系数，As面层类型系数，Ab路面结构类型系数。,沥青混凝土层和半刚性材料层的层底拉应力计算图示,我国公路沥青路面设计规范（JTGD502006）规定，沥青面层和基层层底拉应力作为沥青路面结构设计的第二项设计控制指标。承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加载的次数直接存在如下相关关系：,式中sp路面结构材料的极限抗拉强度，MPa，由实验室按标准试验方法测得；R路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯拉应力，MPa；,5.7.3路面结构厚度设计路面结构厚度设计方程式与设计参数,式中lS拟定结构的计算路表弯沉值（0.01mm）；m拟定结构的验算结构层层底拉应力，MPa。,计算路表弯沉值：,式中C理论弯沉系数;F弯沉综合修正系数;p标准车轴载轮胎接地压力，MPa；,计算结构层底拉应力：,式中m理论最大拉应力系数。,路基回弹模量：,现场实测法：,式中Ka折减系数；EOp用落锤式弯沉仪实测的路基回弹模量平均值，MPa。,查表法：确定临界高度，拟定土的平均稠度，预估路基回弹模量。室内实验法换算法：在新建土基上用承载板法测定Eo时，同时测定回弹弯沉lo、承载比CBR与土性配套指标，,折减系数,路面结构层回弹模量结构层材料回弹模量值是沥青路面结构设计的重要参数。通常在选择试验方法和决定回弹模量取值时，应考虑下列因素：测试方法简便，测试结果稳定；测得的模量值应较好地反映该结构层在路面结构层位中的工作状态和力学特性；设计参数应与设计方法较好地匹配。,结构层材料的弯拉极限强度沥青面层与有机结合料或无机结合料稳定粒料基层的弯拉极限强度s应按照我国有关规程规定的方法进行测定。,沥青混合料材料设计参数,基层、底基层材料设计参数,计算路表弯沉时，各结构层的材料抗压回弹模量设计值：,计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量设计值：,路面结构厚度设计：新建沥青路面厚度设计按照以下步骤进行：按设计回弹弯沉和容许弯拉应力两个设计指标分别计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次；按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，沿线将路基划分为若干路段，确定各路段土基回弹模量值；拟订若干个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，测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度；计算路面结构表面弯沉值与结构层层底弯拉应力；采用多层弹性体系理论设计程序计算路面结构设计层的厚度，对于季节性冰冻地区，应验算防冻厚度是否满足要求；进行技术经济比较，确定采用路面结构方案。,新建沥青路面结构设计程序框图,路面交工验收指标以不利季节在BZZ-100标准轴载作用下轮隙中心处实测的路面弯沉代表值lr进行评定的。即：,式中lr实测某路段代表弯沉值，0.01mm；la路表面弯沉检测标准值，0.01mm，,按照下式计算路面交工验收弯沉值：,式中lr实测路表弯沉的平均值；S实测路表弯沉的标准差；Za考虑不同等级公路，取不同保证率的系数：,5.7.4沥青路面改建设计路面结构状况调查与评定交通调查对于当前的交通量和车型组成进行实地观测，通过调查分析预估交通量增长趋势，确定年平均增长率。路基状况调查调查沿线路基土质、填挖高度、地面排水情况、地下水位，以确定路基土组和干湿类型。路面状况调查调查路面结构类型、组合和各种厚度。路面修建和养护历史调查路面结构强度的评定，通常采用测量路表轮隙回弹弯沉的方法。,原路面当量回弹模量计算,式中p弯沉测定车的轮胎压力，MPa；弯沉测定车双圆轮迹的单圆直径，cm；l0原路面计算弯沉值，0.01mm；,加铺层设计加铺层设计可按以下步骤进行：计算原有路面的当量回弹模量；拟订结构组合方案及设计层位，确定各加铺层的材料参数；当以弯拉应力为设计指标时，仍按照新建路面设计方法进行计算；设计层的厚度按弹性层状体系理论计算；对于季节性冰冻地区，中湿与潮湿路段，应验算防冻厚度；各方案的技术经济比选后，确定加铺方案。,5.7.5基于使用性能的沥青路面设计方法基于性能指标的设计要求沥青层疲劳沥青层疲劳寿命不小于按照沥青层疲劳等效换算得到的设计车道累计当量轴载作用次数。无机结合料层疲劳要求其疲劳寿命不小于按照无机结合料层疲劳等效换算得到的设计车道累计当量轴载作用次数。路基永久变形要求路基顶面的最大竖向压应变应不大于容许压应变值。,沥青层车辙低温开裂抗滑性能,沥青层容许车辙深度,低温缩裂指数要求,抗滑技术要求,平整度,平整度技术要求,设计方法与设计流程基于使用性能指标的设计方法力学模型为：路面结构简化为承受双圆均布竖向荷载作用的多层体系，采用层间连续接触弹性层状体系理论分析各特征计算点的力学响应量。,力学矢量计算点平面位置图示,力学分析时，计算点位为单圆中心点A、单圆边缘点B、双圆中心距中点C以及B点与C点的中点D，按4个计算点的最大力学响应量进行路面结构验算。,不同结构组合路面的使用性能指标,路面结构验算流程图,使用性能指标分析沥青层疲劳性能验算依据路面结构分析得到的沥青层层底的最大拉应变，按式计算沥青层的疲劳寿命。,式中Nf1沥青层疲劳寿命，轴次；ha沥青层厚度，mm；目标可靠指标，根据公路等级取值；kT1温度调整系数；沥青层层底拉应变，,无机结合料层疲劳性能验算依据路面结构分析得到的无机结合料层层底的最大拉应力，按式计算无机结合料层的疲劳寿命。,式中Nf2无机结合料层的疲劳寿命，轴次；t无机结合料层的层底拉应力，MPa；目标可靠指标，根据公路等级取值；ke考虑收缩裂缝影响的应力增大系数；Rs无机结合料类材料的弯拉强度，MPa；ks结构层弯拉强度综合调整系数；,路基永久变形验算路基顶面的容许竖向压应变按式计算确定,式中z路基顶面容许压应变，10-6；,沥青层永久变形验算按式计算得到沥青层的永久变形量。,式中Ra沥青层永久变形量，mm；,沥青面层低温开裂验算季节性冰冻地区高速和一级公路的沥青面层，按式验算其低温缩裂指数CI。,式中CI沥青路面缩裂指数；,设计路面结构的弯沉计算采用重50kN、半径为150mm的圆形均布荷载，对所设计路面结构进行荷载中心点处的路表弯沉值计算。,5.8其他沥青路面设计方法简介5.8.1美国MEPDG设计方法路面破坏类型与力学指标MEPDG柔性路面设计所考虑的结构损坏包括：永久变形(或车辙)、由下而上疲劳裂缝(或龟裂)、由上而下疲劳裂缝(或纵向裂缝)、化学稳定层疲劳损坏以及温度裂缝。对应的力学指标为：沥青混合料疲劳开裂：沥青层层底、顶部的水平拉应变。沥青混合料车辙：沥青层的竖向压应力或压应变。粒料基层的车辙：基层的竖向压应力或压应变。土基车辙：土基顶部的竖向压应力或压应变。,破坏状况预测车辙预测MEPDG柔性路面总车辙为沥青层、粒料基层/底基层及路基车辙的总和。MEPDG假设化学固结材料层不产生车辙。,式中p（HMA)沥青层/子层累计的永久变形，英寸注：1英寸（in）=25.4毫米（mm）。；p(HMA)沥青层/子层累计的塑性轴向应变；r(HMA)沥青层/子层中部回弹(或弹性)应变；,疲