14+路基路面工程第十四章+沥青路面设计ppt课件

1、第第14章章 沥青路面设计沥青路面设计第第1 1节节 概述概述一、一、 沥青路面设计内容沥青路面设计内容原材料调查与选择原材料调查与选择路面结构组合设计路面结构组合设计沥青混合料配比、基层、底基层配比设计沥青混合料配比、基层、底基层配比设计方案比选方案比选路面排水设计等路面排水设计等 二、路面结构设计的原则二、路面结构设计的原则 n1、开展现场调查和资料收集，做好交通荷载分析与开展现场调查和资料收集，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。预测，按照全寿命周期成本的理念进行路面设计。n2、调查掌握沿线路基特点，查明土质、路基干湿类调查掌握沿线路基特点，查明土质、路基干湿类

2、型，在对不良地质路段进行处理的基础上，进行路基型，在对不良地质路段进行处理的基础上，进行路基路面综合设计。路面综合设计。n3、遵循因地制宜、合理选材、节约资源的原则，选遵循因地制宜、合理选材、节约资源的原则，选择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面结构方案。结构方案。n4、结合当地条件，积极、慎重地推广新技术、新结结合当地条件，积极、慎重地推广新技术、新结构、新材料、新工艺，并认真铺筑试验段，总结经验，构、新材料、新工艺，并认真铺筑试验段，总结经验，不断完善，逐步推广。不断完善，逐步推广。n5、符合环保，保护相关人员的安全和健康，重视材料、

3、符合环保，保护相关人员的安全和健康，重视材料的再生利用与废弃料的处理。的再生利用与废弃料的处理。三、沥青路面结构设计方法三、沥青路面结构设计方法 n经验法经验法: : 根据试验路所得的经验数据，确定路根据试验路所得的经验数据，确定路面结构组合、各结构层材料、厚度，车辆荷载，面结构组合、各结构层材料、厚度，车辆荷载，路面使用性能三者之间的关系。路面使用性能三者之间的关系。n力学力学经验法：用弹性层状体系理论确定车辆经验法：用弹性层状体系理论确定车辆荷载作用下的力学响应量应力、应变或变荷载作用下的力学响应量应力、应变或变形），根据试验路的结果确定力学响应量与路形），根据试验路的结果确定力学响应量与

4、路面使用性能间的关系，据此进行路面结构设计。面使用性能间的关系，据此进行路面结构设计。n我国现行规范我国现行规范-公路沥青路设计规范公路沥青路设计规范JTJ JTJ D50-2019D50-2019采用力学采用力学经验法。采用双圆图式，经验法。采用双圆图式，标准轴载标准轴载BZZ-100BZZ-100，以弯沉和结构层的层底拉，以弯沉和结构层的层底拉应力为设计指标。应力为设计指标。 四、四、 沥青路面交通等级沥青路面交通等级n路面结构设计的目标：在设计年限内在路面结构设计的目标：在设计年限内在预测交通量的车辆能够按设计车速安全、预测交通量的车辆能够按设计车速安全、舒适地通行。舒适地通行。n1 1

5、 路面设计年限路面设计年限0606规范）规范）各级公路的沥青路面设计年限与课本的表各级公路的沥青路面设计年限与课本的表14-114-1不同）不同）公 路 等 级 设 计 年 限 （ 年 ） 高 速 、 一 级 公 路 1 5 二 级 公 路 1 2 三 级 公 路 8 四 级 公 路 6 1标准轴载及轴载当量换算标准轴载及轴载当量换算n标准轴载标准轴载BZZ-100BZZ-100，各项参数见表，各项参数见表14-214-2P378P378）n标准轴载的换算：标准轴载的换算：n（1 1） 当以弯沉值和沥青层层底当以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时拉应力为设计指标时n （14-114-1） 3

6、5. 4121PPnCCNiiKiN标准轴载的当量轴次，次标准轴载的当量轴次，次/日；日；ni各种被换算轴载的作用次数，次各种被换算轴载的作用次数，次/日；日；P标准轴载，标准轴载，kN；Pi各种被换算车型的轴载；各种被换算车型的轴载；C1被换算车型的轮组系数，双轮组为被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单，单轮组为轮组为6.4，四轮组为，四轮组为0.38；C2被换算车型的轴数系数。当轴间距大于被换算车型的轴数系数。当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴计算；当轴间距小于时，应按单独的一个轴计算；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算：时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算：（14-2

7、）m轴数。轴数。) 1(2 . 112mC（2 2当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时 （14-314-3）C1C1被换算车型的轮组系数，双轮组为被换算车型的轮组系数，双轮组为1.01.0，单轮，单轮组为组为18.518.5，四轮组为，四轮组为0.090.09；C2C2被换算车型的轴数系数。当轴间距大于被换算车型的轴数系数。当轴间距大于3m3m时，时，应按单独的一个轴计算；当轴间距小于应按单独的一个轴计算；当轴间距小于3m3m时，双时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算：轴或多轴的轴数系数按下式计算： （14-414-4）mm轴数。轴数。注：上述轴载换算公式，适

8、用于单轴轴载小于或等注：上述轴载换算公式，适用于单轴轴载小于或等于于130 kN 130 kN 的各种车型的轴载换算。的各种车型的轴载换算。 8121PPnCCNiiKi) 1(2 . 112mC3累计当量轴次累计当量轴次设计年限内一个车道上的累计当量轴次按下式计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次按下式计算（14-6）Ne设计年限内一个车道的累计当量轴次，次设计年限内一个车道的累计当量轴次，次/车道；车道；t设计年限，年；设计年限，年；N1营运第营运第1年双向日平均当量轴次，次年双向日平均当量轴次，次/日；日；设计年限内交通量的平均年增长率；设计年限内交通量的平均年增长率；车道系数即车辆横向

9、分布系数），按下表选用车道系数即车辆横向分布系数），按下表选用P379表表14-3数据最后一项要修改）数据最后一项要修改）136511NNte车道特征 双向单车道 1.0 双向两车道 0.60.7 双向四车道 0.40.5 双向六车道 0.30.4 双向八车道 0.250.35 4交通等级交通等级n按一个车道的累计当量轴次按一个车道的累计当量轴次NeNe或每车道、或每车道、每日平均大型客车及中型以上的各种货每日平均大型客车及中型以上的各种货车交通量，选择一个较高的交通等级作车交通量，选择一个较高的交通等级作为设计交通等级。（见下表）为设计交通等级。（见下表） 交 通 等 级 累计当量轴次Ne(

10、次 /车 道 ) 大 客 及 中 型 以上 大 货 车 交 通量 辆 /（ 日 车道 ） 轻 交 通 3 106 600 中 等 交 通 3 106 1.2 107 600 1500 重 交 通 1.2 107 2.5 107 1500 3000 特 重 交 通 2.5 107 3000 第第2节节 弹性层状体系理论简介弹性层状体系理论简介1 基本假定基本假定: (1)各层为连续、均质、各向同性的线弹性各层为连续、均质、各向同性的线弹性体。其中最下一层为半无限大，其上各层体。其中最下一层为半无限大，其上各层厚度有限，水平方向无限大；厚度有限，水平方向无限大；h1hiE1,1Ei.iE0,0（2

11、各层水平方向的无限远处及最下一层无限各层水平方向的无限远处及最下一层无限深处，其应力、应变和变形均为深处，其应力、应变和变形均为0；（3小变形；小变形；（4层间接触条件，或为完全连续称连续体层间接触条件，或为完全连续称连续体系），或为光滑接触称滑动体系）；系），或为光滑接触称滑动体系）；（5不计自重。不计自重。假定路表面作用着圆形均布竖直荷载，则为轴假定路表面作用着圆形均布竖直荷载，则为轴对称课题。对称课题。2.弹性层状连续体系下的路表回弹弯沉即垂直位移 ）的计算（1） 求解的基本过程求解的基本过程静力平衡方程：（静力平衡方程：（147）物理方程：应力应变关系物理方程：应力应变关系148）几何

12、方程：几何方程： 应变位移关系应变位移关系 （149）变形连续方程：变形连续方程： （1410）由上述方程组解得各应力分量由上述方程组解得各应力分量、 和位移分和位移分量、量、 2.弹性层状连续体系下的路表回弹弯沉即垂直位移 ）的计算（2） 单圆均布荷载下路表荷载中心处的最大弯沉垂直位移）双层连续体系注：双圆荷载则可由叠加原理计算。02Ep),(10DhEE3.主应力计算主应力计算因要验算结构抗拉强度，需计算各层应力。因要验算结构抗拉强度，需计算各层应力。主应力按主应力按14-17式计算。式计算。第第3节节 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计准绳）准绳）n适应行车荷载作用的要求适应行车荷

13、载作用的要求n根据公路等级、交通等级、使用要求选择根据公路等级、交通等级、使用要求选择面层类型，参考表面层类型，参考表14-5n沥青面层厚度适中沥青面层厚度适中,各种类型的沥青层的最各种类型的沥青层的最小厚度不宜小于混合料公称最大粒径小厚度不宜小于混合料公称最大粒径*的的2.53倍，倍，OGFC和和SMA为为22.5倍）、倍）、适宜厚度参见适宜厚度参见06规范表规范表4.1.3-1与书中表与书中表14-6的不同）的不同）n*混合料中筛孔通过率为混合料中筛孔通过率为90%100%的的最小标准筛孔尺寸。最小标准筛孔尺寸。n对半刚性基层沥青路面的结构组合，相邻对半刚性基层沥青路面的结构组合，相邻结构

14、层的模量比宜在下述范围结构层的模量比宜在下述范围:n 基层：面层基层：面层=1.53；基层：底基层；基层：底基层3；n 底基层：土基底基层：土基2.512.5不同粒径混合料的层厚不同粒径混合料的层厚(06规范表规范表4.1.3-1部分部分)混合料公称名称混合料公称名称AC-10AC-13AC-16AC-20AC-25公称最大粒径（公称最大粒径（mm）9.513.2161926.5最大粒径（最大粒径（mm）13.216（19）19（22.4）26.537.53倍公称粒径的最小倍公称粒径的最小层厚（层厚（mm）28.5404857802倍最大粒径的最小倍最大粒径的最小层厚（层厚（mm）2632（3

15、8） 38（45）53752.5倍公称最大粒径的倍公称最大粒径的最小层厚（最小层厚（mm）24334047.56606规范推荐的各种沥青混合料适宜层厚规范推荐的各种沥青混合料适宜层厚混合混合料类料类型型 混合料类型混合料类型 （公称最大粒径，（公称最大粒径，mm）4.759.5 13.21619.026.531.537.5AC1530254040605080601008012090150120150SMA2550356040705080第第3节节 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计准绳）准绳）n在各种自然因素下稳定性好在各种自然因素下稳定性好n水稳定性水稳定性n使用水稳定性好的材料使用水

16、稳定性好的材料n沥青面层至少有一层是连续型密级配沥青混沥青面层至少有一层是连续型密级配沥青混合料合料n防冻。路面最小防冻厚度防冻。路面最小防冻厚度 表表148n防反射裂缝防反射裂缝n考虑结构层的特点考虑结构层的特点n各结构层之间的相互影响各结构层之间的相互影响n使应力传递连续、结合紧密稳定使应力传递连续、结合紧密稳定我国沥青路面的典型结构型式我国沥青路面的典型结构型式二级公路二级公路高速公路、一级公路高速公路、一级公路表面层表面层40mm沥青面层总厚度沥青面层总厚度150180mm沥青面层总厚度沥青面层总厚度90120mm表面层表面层2540mm中面层中面层5060mm下面层下面层3570mm

17、下面层下面层6080mm1层或层或2层水泥、石灰、粉煤灰稳定碎石（砂砾）基层层水泥、石灰、粉煤灰稳定碎石（砂砾）基层200400mm1层或层或2层水泥、石灰、粉煤灰稳定碎石（砂砾）底基层基层层水泥、石灰、粉煤灰稳定碎石（砂砾）底基层基层150350mm第第4节节 沥青路面的破坏形态与沥青路面的破坏形态与设计标准设计标准一、破坏形态模式一、破坏形态模式 1.沉陷沉陷 2.车辙车辙 3.疲劳开裂疲劳开裂 4.推移推移 5.低温缩裂低温缩裂 老化老化 泛油泛油疲劳裂缝横向裂缝）疲劳裂缝横向裂缝）纵向裂缝纵向裂缝水损害剥离）水损害剥离）骨料磨光骨料磨光坑洞坑洞松散松散反射裂缝反射裂缝车辙车辙推挤、拥包

18、、剥离推挤、拥包、剥离温缩裂缝横向裂缝）温缩裂缝横向裂缝）高速公路部分路段坑槽突现高速公路部分路段坑槽突现 二、设计标准二、设计标准06规范以路表回弹湾沉和层底拉应力作为设规范以路表回弹湾沉和层底拉应力作为设计指标。（前者反映的是结构整体刚度，计指标。（前者反映的是结构整体刚度，后者反映的是结构层抗疲劳拉裂强度。）后者反映的是结构层抗疲劳拉裂强度。） （即计算弯沉（即计算弯沉设计湾沉）设计湾沉） （即层底拉应力（即层底拉应力容许拉容许拉应力）应力）路面设计弯沉值：以路面在车辆反复作用下出路面设计弯沉值：以路面在车辆反复作用下出现纵向裂缝为临界状态，以纵向网裂为破现纵向裂缝为临界状态，以纵向网裂

19、为破坏状态。对处于临界状态的路面测定其路坏状态。对处于临界状态的路面测定其路表弯沉，再统计已承受的标准轴载累计作表弯沉，再统计已承受的标准轴载累计作用次数，可回归出二者间关系。对多种路用次数，可回归出二者间关系。对多种路面结构找到这种关系，可得到面结构找到这种关系，可得到 的经验的经验公式：公式：dSll Rmdl -设计弯沉值设计弯沉值0.01mm);Ac公路等级系数，高速、一级路：公路等级系数，高速、一级路：1.0；二；二级路：级路：1.1；三、四级：；三、四级：1.2;AS面层类型系数，沥青混凝土面层：面层类型系数，沥青混凝土面层：1.0；热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式含上热拌和冷拌沥青

20、碎石、沥青贯入式含上拌下贯）、沥青表面处治面层：拌下贯）、沥青表面处治面层：1.1；Ab路面结构类型系数，半刚性基层沥青路路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面：面：1.0；柔性基层沥青路面：；柔性基层沥青路面：1.6。dlbSCedAAANl2 . 0600n沥青混凝土面层、半刚性基层要进行层底拉沥青混凝土面层、半刚性基层要进行层底拉应力验算，验算其是否产生疲劳开裂。应力验算，验算其是否产生疲劳开裂。n 沥青碎石、沥青表处、沥青贯入式、粒料沥青碎石、沥青表处、沥青贯入式、粒料类基层等抗拉强度很小或为类基层等抗拉强度很小或为0的结构层不须的结构层不须验算。验算。n （14-24）n -路面结构层

21、材料的容许拉应力，路面结构层材料的容许拉应力， MPa；n -沥青混凝土或半刚性材料的极限劈沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强裂强度，度， MPa；n -抗拉强度结构系数。（与结构材料，抗拉强度结构系数。（与结构材料，疲劳强度有关）疲劳强度有关）n （沥青（沥青混凝土）混凝土）n n （无机结合（无机结合料稳定集料）料稳定集料）n n（无机结合料（无机结合料稳定细粒土稳定细粒土)SSpRKRSpSKCeSANK/09. 022. 0CeSANK/35. 011. 0CeSANK/45. 011. 0n路面竣工验收弯沉值：以最后确定的路路面竣工验收弯沉值：以最后确定的路面结构厚度与材料模量计算的

22、路表面弯面结构厚度与材料模量计算的路表面弯沉值作为交工验收时路表弯沉检测标准沉值作为交工验收时路表弯沉检测标准值，即值，即n -路面交工时在不利季节采用路面交工时在不利季节采用BZZ-100标准轴载实测某路段的弯沉代表值标准轴载实测某路段的弯沉代表值n -路表弯沉检测标准值。路表弯沉检测标准值。ajll0jl0al选取路表回弹弯沉作为路面设选取路表回弹弯沉作为路面设计标准的依据计标准的依据n路面弯沉是路面在垂直荷载作用下产生路面弯沉是路面在垂直荷载作用下产生的垂直变形。的垂直变形。n能够反映路面各结构层及土基的整体刚能够反映路面各结构层及土基的整体刚度。度。n与路面的使用状况存在一定的内在联系

23、与路面的使用状况存在一定的内在联系n弯沉值的测定比较方便。弯沉值的测定比较方便。第第5节节 结构层厚度计算结构层厚度计算一、沥青路面设计步骤一、沥青路面设计步骤n初步拟定路面结构方案规范推荐、其他公初步拟定路面结构方案规范推荐、其他公路路面结构型式等路路面结构型式等n沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计n结构层次确定结构层次确定n各结构层层厚确定各结构层层厚确定n结构层厚度计算应用弯沉指标值反算厚度结构层厚度计算应用弯沉指标值反算厚度n结构层层底弯拉应力验算结构层层底弯拉应力验算n防冻厚度验算防冻厚度验算二、结构层厚度计算二、结构层厚度计算一般先按 的要求确定结构层厚度，再验算是否满足1.

24、以弯沉作为控制指标确定结构层厚度(1) 路表弯沉值计算图式dSll Rm(2) 轮隙中心路表弯沉的计算轮隙中心路表弯沉的计算 102312121,nncEEEEEEhhhf36. 0038. 0200063. 1pElFsFEplCs121000 -路表计算弯沉值路表计算弯沉值0.01mm）；）； F -弯沉综合修正系数。（弹性层状体系理弯沉综合修正系数。（弹性层状体系理论的假定与论的假定与实际不完全相符，理论值与实际不完全相符，理论值与实测不等，需修正）；实测不等，需修正）； -标准轴载的轮胎接地压强标准轴载的轮胎接地压强MPa和当量圆半径和当量圆半径 （cm)； -理论弯沉系数；理论弯沉系

25、数； 或或 -土基抗压回弹模量土基抗压回弹模量MPa）；）； -各层材料抗压回弹模量各层材料抗压回弹模量MPa）；）； -各结构层厚度各结构层厚度cm)sl, pc0EnE121,nEEE121,nhhh（3按按 用基于弹性层状体系理论的路用基于弹性层状体系理论的路面设计软件计算出待定结构层的厚度。面设计软件计算出待定结构层的厚度。（4验算结构层底的弯拉应力验算结构层底的弯拉应力层底拉应力计算图式层底拉应力计算图式dsll 层底拉应力以B点单圆中心及C点轮隙中心为计算点，并取较大值作为层底拉应力。公式如下 -理论最大拉应力系数。其他符号意义同前。用程序计算出 的值。假设 ，则按拉应力要求计算结构层厚度，计算仍由程序完成。 mmp102312121,nnmEEEEEEhhhfmmRm贝克曼弯沉仪贝克曼弯沉仪n 放入双轮轮隙中央处的地面上放入双轮轮隙中央处的地面上百分表百分表端头端头后三分点处后三分点处支点支座）支点支座）底座底座测端头升降量测端头升降量爬行速度爬行速度回弹弯沉：差值的两倍回弹弯沉：差值的两倍 落锤式弯沉仪落锤式弯沉仪三、土基回弹模量值三、土基回弹模量值E0的确定的确定n现场实测法n承载板法n弯沉测定法n查表法路基高度路基高度路基临界高度路基