《道路工程》第八4章

1、8.5.18.5.1设计指标设计指标n 路表容许弯沉值路表容许弯沉值lR作为路面结构整体刚度、强度、承载能力的控制指标：作为路面结构整体刚度、强度、承载能力的控制指标：lS lR n 沥青面层和整体性基层底面容许弯拉应力沥青面层和整体性基层底面容许弯拉应力 R作为验算指标：作为验算指标： r R n 高温季节沥青材料面层容许剪应力高温季节沥青材料面层容许剪应力 R作为验算指标：作为验算指标： aR 8.5 8.5 新建路面设计新建路面设计 8.5.2 8.5.2 设计弯沉值确定设计弯沉值确定 1）路表弯沉的变化规律）路表弯沉的变化规律 第一阶段第一阶段路面竣工后第一、二年路面竣工后第一、二年

2、第二阶段第二阶段路面竣工后两至四年路面竣工后两至四年第三阶段第三阶段路面竣工后三四年至路面达到极限破坏状态路面竣工后三四年至路面达到极限破坏状态2）容许弯沉值）容许弯沉值lR 第四级作为路面达到临界破坏状态，路面处于使用期末第四级作为路面达到临界破坏状态，路面处于使用期末 容许弯沉值容许弯沉值lR ：路面使用期末，在标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯：路面使用期末，在标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值定义沉值定义沥沥青青路路面面外外观观等等级级划划分分标标准准 外观等级 外观状况 路表表面外观特征 一 好 坚实、平整、无裂缝、无变形 二 较好 平整、无变形、少量发裂 三 中 平整、有轻微变

3、形、有少量纵向或不规则裂缝 四 较坏 有明显变形、有较多纵横向裂缝或局部网裂 五 坏 连片严重龟裂（网）裂或有车辙、沉陷 3 3）设计弯沉值）设计弯沉值l ld d 设计弯沉值设计弯沉值ld与竣工验收弯沉值与竣工验收弯沉值l0及容许弯沉值及容许弯沉值lR之间关系为：之间关系为： ld=l0=lR/AT 式中式中 AT相对弯沉变化系数，相对弯沉变化系数，AT=1.2。 设计弯沉值与标准轴载累计作用次数的关系：设计弯沉值与标准轴载累计作用次数的关系： 式中式中 ld路面设计弯沉值，路面设计弯沉值，0.01mm； Ne设计年限内一个车道累计当量轴载；设计年限内一个车道累计当量轴载； Ac公路等级系数

4、，高速、一级公路等级系数，高速、一级Ac=1.0；二级；二级Ac=1.1； 其他其他Ac=1.2； As面层类型系数，沥青混凝土路面面层类型系数，沥青混凝土路面As=1.0；其他路面；其他路面As=1.1； Ab基层类型系数，半刚性基层类型系数，半刚性Ab=1.0；柔性；柔性Ab=1.6。 bscedAAANl2 . 06008.4.3 8.4.3 轴载换算轴载换算与设计交通量与设计交通量1）以设计弯沉值为指标以及验算沥青面层层底弯拉应力）以设计弯沉值为指标以及验算沥青面层层底弯拉应力 ：kiiiiiPPnCCN135. 4, 2, 1（2）进行半刚性基层层底弯拉应力验算）进行半刚性基层层底弯

5、拉应力验算 kiiiiiPPnCCN18, 2, 13）设计交通量）设计交通量 136511NNte式中式中 Ne设计年限内一个车道的累计当量轴载，次设计年限内一个车道的累计当量轴载，次/车道车道 t设计年限，年，见表设计年限，年，见表 8-5 N1营运第一年双营运第一年双向日平均当量轴次，次向日平均当量轴次，次/d 设计年限内交通量年平均增长率，设计年限内交通量年平均增长率，% 车道系数车道系数 公路沥青路面设计年限公路沥青路面设计年限 公路等级公路等级 设计年限（年）设计年限（年） 公路等级公路等级 设计年限（年）设计年限（年） 高速、一级公路高速、一级公路 15 三级公路三级公路 8 二

6、级公路二级公路 12 四级公路四级公路 6 车道系数车道系数 车道特征车道特征 车道特征车道特征 双向单车道双向单车道 1.0 双向六车道双向六车道 0.30.4 双向双向两车道两车道 0.60.7 双向八车道双向八车道 0.250.35 双向四车道双向四车道 0.40.5 沥沥青青路路面面交交通通等等级级 交交通通等等级级 BZZ-100 累累计计标标准准轴轴次次 Ne （次次/车车道道） 大大型型客客车车及及中中型型以以上上各各种种货货车车交交通通量量辆辆/（d 车车道道） 轻轻交交通通 3 106 2.5 107 3000 8.4.4 8.4.4 路面弯沉计算路面弯沉计算 1）理论弯沉计

7、算）理论弯沉计算l 2）实际弯沉计算）实际弯沉计算lS式中式中 F综合修正系数。综合修正系数。 路面设计时路面设计时lS ld，取，取lS=ld，则：，则： 理论弯沉系数为：理论弯沉系数为： 用途：用途：已知已知ld，利用综合修正系数，利用综合修正系数F求路面结构厚度。求路面结构厚度。 2112kkEpllll36. 0038. 01200063. 12pElFEpFlFlsls36. 0038. 0200063. 1pElFdFpEldl21 3）多层体系换算）多层体系换算 4）路基土和路面材料的回弹模量）路基土和路面材料的回弹模量 （1）路基土回弹模量值）路基土回弹模量值E0 式中式中 K

8、土的压实度；土的压实度； wc土的稠度；土的稠度； A、a、b随地区和土的类型而异的试验参数。随地区和土的类型而异的试验参数。 路面设计过程中通常根据自然区划、土性及稠度查表确定值路面设计过程中通常根据自然区划、土性及稠度查表确定值E0 高等级公路通常采用低剂量石灰处理时路基回弹模量高等级公路通常采用低剂量石灰处理时路基回弹模量E0=200250MPa 124 . 22niiiEEhH等效路表回弹弯沉的结构层换算等效路表回弹弯沉的结构层换算 bcawAKE 0 （2）路面材料回弹模量值）路面材料回弹模量值v 在工程可行性研究阶段及其他道路的初步设计阶段可以查表确定在工程可行性研究阶段及其他道路

9、的初步设计阶段可以查表确定v 高等级道路，在初步设计阶段，按选定配合比基础上试验确定高等级道路，在初步设计阶段，按选定配合比基础上试验确定v 弯沉计算中沥青混合料采用弯沉计算中沥青混合料采用20 C时的抗压回弹模量时的抗压回弹模量v 水泥稳定类材料水泥稳定类材料，采用，采用龄期为龄期为90d的抗压回弹模量的抗压回弹模量（弯沉用）（弯沉用）v 二灰、石灰稳定类材料二灰、石灰稳定类材料，采用，采用龄期为龄期为180d的抗压回弹模量的抗压回弹模量（弯沉用）（弯沉用）v 水泥粉煤灰稳定类材料水泥粉煤灰稳定类材料，采用，采用龄期为龄期为120d的抗压回弹模量的抗压回弹模量（弯沉用）（弯沉用） 沥青混合料

10、设计参数沥青混合料设计参数 抗压模量抗压模量（MPa） 材料名称材料名称 20 C 15 C 15 C 劈裂强度劈裂强度（MPa） 备注备注 密级配密级配 12001600 18002200 1.21.6 AC-10，AC-13 细粒式沥青混细粒式沥青混凝土凝土 开级配开级配 7001000 10001400 0.61.0 OGFC 沥青玛蹄脂碎石沥青玛蹄脂碎石 12001600 16002000 1.41.9 SMA 中粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土 10001400 16002000 0.81.2 AC-16，AC-20 密级配粗粒式沥青混凝土密级配粗粒式沥青混凝土 8001200 100

11、01400 0.61.0 AC-25 密级配密级配 10001400 12001600 0.61.0 ATB-25，ATB-35 沥青碎石基层沥青碎石基层 半半开级配开级配 600800 AM-25，AM-40 沥青贯入式沥青贯入式 400600 基层设计参数基层设计参数 材料名称材料名称 配合比或规格要求配合比或规格要求 抗压模量抗压模量 E （MPa）(弯沉计算用弯沉计算用) 抗压模量抗压模量 E （MPa） (拉应力计算用拉应力计算用) 劈裂强度劈裂强度 （MPa） 水泥砂砾水泥砂砾 4%6% 10001500 30004200 0.40.6 水泥碎石水泥碎石 4%6% 13001700

12、 30004200 0.40.6 二灰砂砾二灰砂砾 7：13：80 11001500 30004200 0.60.8 二灰碎石二灰碎石 8：17：80 13001700 30004200 0.50.8 石灰粉煤灰砂砾石灰粉煤灰砂砾 6：3：16：75 12001600 27003700 0.40.55 水泥粉煤灰碎石水泥粉煤灰碎石 4：16：80 13001700 24003000 0.40.55 石灰土碎石石灰土碎石 粒料粒料60% 7001100 16002400 0.30.4 碎石灰土碎石灰土 粒料粒料40%60% 600900 12001800 0.250.35 水泥石灰砂砾土水泥石灰

13、砂砾土 4：3：25：68 8001200 15002200 0.30.4 二灰土二灰土 10：30：60 600900 20002800 0.20.3 石灰土石灰土 8%12% 400700 12001800 0.20.25 石灰土处理路基石灰土处理路基 4%7% 200350 基层连续级配型基层连续级配型 300350 基层骨架密实型基层骨架密实型 300500 级配碎石级配碎石 底基层、垫层底基层、垫层 200250 填隙碎石填隙碎石 底基层底基层 200280 未筛分碎石未筛分碎石 做底基层用做底基层用 180220 级配砂砾、天然砂砾级配砂砾、天然砂砾 做底基层用做底基层用 1502

14、00 中粗砂中粗砂 垫层垫层 80100 碎石土的设计参数碎石土的设计参数 碎石含量（碎石含量（%） 路基干湿类型路基干湿类型 回回弹模量值弹模量值（MPa） 密度（密度（t/m3） 含水量（含水量（%） 干燥干燥 90100 2.052.25 7 中湿中湿 7080 2.002.20 8 70% 潮湿潮湿 5565 1.952.15 11 干燥干燥 7585 2.002.20 7 中湿中湿 5565 1.952.15 8 5070 潮湿潮湿 4555 1.902.10 11 干燥干燥 4757 1.902.10 15 干燥干燥 3040 1.801.90 10 中湿中湿 1525 1.701

15、.80 1015 15 例例1：已知：已知ld=0.39mm，选用，选用BZZ100为标准轴载，为标准轴载，p=0.7MPa， =10.65cm 。根据根据ld确定第三层水泥稳定砂的厚度。确定第三层水泥稳定砂的厚度。 解：按设计弯沉计算路面厚度：解：按设计弯沉计算路面厚度： 1）计算综合修正系数）计算综合修正系数 2） 计算计算 l 63. 07 . 03965.10200010039. 063. 1200063. 136. 038. 036. 0038. 0pElFd98. 463. 065.107 . 021200039. 021FpEldl路面结构层参数路面结构层参数 层层 次次 材材

16、料料 名名 称称 层厚层厚 (cm) 抗压回弹模量抗压回弹模量(20 C)(MPa) 抗压回弹模量抗压回弹模量(15 C) (MPa) 1 AC-16 4 1200 1800 2 AM-30 6 800 3 水泥稳定砂水泥稳定砂 ？ 1500(弯沉弯沉)/3000(拉应力拉应力) 4 石灰土石灰土 15 400(弯沉弯沉)/1200(拉应力拉应力) 5 土基土基 39 3） 进行进行3层体系换算层体系换算 H=3.4 10.65=36.2cm h3=14.6cm 取取h3=15cm。 3424 . 24 . 234 . 223 . 124.148004001580015006hhEEhHiii

17、h1=4cm E1=1200MPa h2=6cm E2=800MPa h=h1=4cm E1=1200MPa h3=? E3=1500MPa h4=18cm E4=400MPa H=?cm E2=800MPa E0=39MPa E0=39MPa 弯沉弯沉3层体系换算图层体系换算图 h/ =4/10.65=0.38 E2/E1=800/1200=0.67 查图得：查图得： =7.3 h/ =4/10.65=0.38 E0/E2=39/800=0.05 查图得：查图得：k1=1.0 68. 00 . 13 . 798. 412kkl k2=0.68 h/ =0.38 E0/E2=0.05 查图得：

18、查图得：H/ =3.4 8.4.5 8.4.5 路面结构层的应力验算及防冻层厚度检验路面结构层的应力验算及防冻层厚度检验 1）路面结构层弯拉应力验算）路面结构层弯拉应力验算 2）多层路面换算）多层路面换算 （1）上层底面弯拉应力）上层底面弯拉应力 2122221111nnpmmprrrrrr119 . 0114nxixixixiiEEHEEhh多层体系计算上层底面弯拉应应力换算图多层体系计算上层底面弯拉应应力换算图 （2）中层底面弯拉应力）中层底面弯拉应力 （3）结构层材料的计算模量和强度）结构层材料的计算模量和强度v验算结构弯拉应力时，各层模量均验算结构弯拉应力时，各层模量均采用抗压回弹模量

19、采用抗压回弹模量v沥青混凝土面层沥青混凝土面层采用采用15 C时的抗压回弹模量和劈裂强度时的抗压回弹模量和劈裂强度v水泥稳定类材料为水泥稳定类材料为龄期龄期90d的抗压回弹模量的抗压回弹模量（ 拉应力用）拉应力用）和劈裂强度和劈裂强度v二灰、石灰稳定类材料为二灰、石灰稳定类材料为龄期龄期180d的抗压回弹模量的抗压回弹模量（ 拉应力用）拉应力用）和劈裂强度和劈裂强度v水泥粉煤灰稳定类材料为水泥粉煤灰稳定类材料为龄期龄期120d的抗压回弹模量的抗压回弹模量（ 拉应力用）拉应力用）和劈裂强度和劈裂强度2142niniiEEhh多层体系计算中层底面弯拉应应力换算图多层体系计算中层底面弯拉应应力换算图

20、 （4）结构层材料的容许拉应力）结构层材料的容许拉应力sspRK 式中式中 R容许拉应力，容许拉应力，MPa； sp沥青混凝土或半刚性材料在规定温度和龄期的劈裂强度，沥青混凝土或半刚性材料在规定温度和龄期的劈裂强度，MPa； Ks抗拉强度结构系数。抗拉强度结构系数。 沥青混凝土面层：沥青混凝土面层： cesANK/09. 022. 0 无机结合料稳定集料类：无机结合料稳定集料类： cesANK/35. 011. 0 无机结合料稳定细粒土类：无机结合料稳定细粒土类： cesANK/45. 011. 0 3）路面结构层的剪应力验算）路面结构层的剪应力验算路表面轮缘计算点路表面轮缘计算点D在在f=0

21、.3条件下的条件下的 m、 1可直接查图，其他可直接查图，其他 f计算：计算： n 面层材料的抗剪强度面层材料的抗剪强度 和容许剪应力和容许剪应力 R n 路面材料的容许剪应力：路面材料的容许剪应力： tanac KRn 多层路面换算多层路面换算 换算方法与弯沉计算相同，既以沥青面层为上层、将其下和路基之上各换算方法与弯沉计算相同，既以沥青面层为上层、将其下和路基之上各层换算为中层层换算为中层 n 结构层材料的抗剪强度参数及计算回弹模量结构层材料的抗剪强度参数及计算回弹模量 结构层材料的抗剪强度参数结构层材料的抗剪强度参数c、 采用三轴试验确定采用三轴试验确定 试验温度为当地实际最高月份温度的

22、平均值试验温度为当地实际最高月份温度的平均值 结构层计算回弹模量采用抗压回弹模量结构层计算回弹模量采用抗压回弹模量 4 4）防冻层厚度验算）防冻层厚度验算 季冻区的中湿、潮湿路段，应对路面结构进行防冻层厚度检验季冻区的中湿、潮湿路段，应对路面结构进行防冻层厚度检验dabcZZmax 式式中中 Zmax道道路路多多年年最最大大冻冻深深， m； a路路面面路路基基材材料料热热物物性性参参数数； b路路基基湿湿度度系系数数； c路路基基断断面面形形式式系系数数； Zd大大地地标标准准冻冻深深，m。 路面结构层材料热物性系数路面结构层材料热物性系数a 路基材料 粘质土 粉质土 粉土质砂 细粒土质砾、粘

23、土质砂 含细粒土质砾(砂) 热物性系数 1.05 1.1 1.2 1.3 1.35 路基材料 水泥混凝土 沥青混凝土 二灰土及水泥土 二灰碎石及水泥碎(砾)石 级配碎石 热物性系数 1.4 1.35 1.35 1.4 1.45 路基湿路基湿度度系数系数 b 干湿类型 干燥 中湿 潮湿 过湿 湿度系数 1.0 0.95 0.90 0.80 路基路基形式系数形式系数 c 路基填土高度(m) 路基挖方深度(m) 填挖形式 零填 2 4 6 6 2 4 6 6 断面形式系数 1.00 1.02 1.05 1.08 1.10 0.98 0.95 0.92 0.90 例例2广西南宁地区新建二级公路，经调查

24、路基土为高液限粘土，地下水为广西南宁地区新建二级公路，经调查路基土为高液限粘土，地下水为1m,路基填土高度为路基填土高度为1.2m。近期交通量如表所示，交通量年增长率为。近期交通量如表所示，交通量年增长率为7%。拟选沥青混凝土面层，设计使用年限为拟选沥青混凝土面层，设计使用年限为15年。该公路为双车道混合交通，年。该公路为双车道混合交通，车道系数取车道系数取 =0.7,沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰供应。试沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰供应。试设计该路面结构和厚度。设计该路面结构和厚度。表表 1 1 交交通通组组成成表表 车车 型型 黄黄河河 JN150 东东风风 EQ140

25、太太脱脱拉拉 138 上上海海 130 小小汽汽车车 辆辆/日日 720 1080 240 120 100 解：解：1 1 交通量计算计算交通量计算计算 弯沉和验算沥青面层层底弯拉应力时，按下式计算交通量弯沉和验算沥青面层层底弯拉应力时，按下式计算交通量 :kiiiiiPPnCCN135. 4, 2, 1表表 2 2 交通量计算表交通量计算表 车车 型型 Pi (kN) C1,i C2,i C1,i C2,i (Pi/P)4.35 ni 次次/日日 nbi 次次/日日 后轴后轴 101.6 1 1 1.071 720 771.1 黄河黄河 JN150 前轴前轴 49.0 1 6.4 0.287

26、 720 206.6 后轴后轴 69.3 1 1 0.203 1080 219.2 东风东风 EQ140 前轴前轴 22.7 1 6.4 0.010 1080 10.8 上海上海 130 后轴后轴 23.0 1 6.4 0.011 100 1.1 后轴后轴 80.0 2.2 1 0.758 240 181.9 太脱拉太脱拉 138 前轴前轴 51.4 1 6.4 0.354 240 85.0 N= nbi=1476 次次/日日 进行半刚性基层层底弯拉应力验算时，按下式计算交通量进行半刚性基层层底弯拉应力验算时，按下式计算交通量 :kiiiiiPPnCCN18, 2, 1表表 3 3 交通量计算

27、表交通量计算表 车车 型型 Pi (kN) C1,i C2,i C1,i C2,i (Pi/P)8 ni 次次/日日 nbi 次次/日日 后轴后轴 101.6 1 1 1.135 720 817.5 黄河黄河 JN150 前轴前轴 49.0 1 18.5 0.061 720 44.3 东风东风 EQ140 后轴后轴 69.3 1 1 0.053 1080 57.4 后轴后轴 80.0 3 1 0.503 240 120.8 太脱拉太脱拉 138 前轴前轴 51.4 1 18.5 0.090 240 21.6 N= nbi=1062 次次/日日 设设计计年年限限内内一一个个车车道道上上累累计计当

28、当量量轴轴次次为为： 94188227 . 0147607. 0365107. 013651115NNte（次次） 68185347 . 0106207. 0365107. 013651115NNte（次次） 2 2 确定土基回弹模量确定土基回弹模量E E0 03 3 拟定路面结构及参数拟定路面结构及参数 广广西西南南宁宁地地区区属属 IV7，估估计计路路面面厚厚度度 0.6m。 H=1.2+1-0.6=1.6m 查查表表 H1=1.71.8（干干燥燥） ，H2=1.41.5（中中湿湿） 。 H2H H1 该该路路段段路路基基为为中中湿湿类类型型，查查表表得得稠稠度度：wc=1.025 查查表

29、表得得：E0=35MPa 路面结构及参数表路面结构及参数表 抗压回弹模量抗压回弹模量(MPa) 层层 次次 材材 料料 名名 称称 层厚层厚 (cm) 15 C 20 C 劈裂强度劈裂强度 (MPa) 1 AC-16 4 1800 1200 1.0 2 AM-30 6 800 3 二灰砂砾二灰砂砾 ？ 3000(拉应力拉应力)/1500(弯沉弯沉) 0.7 4 天然砂天然砂 15 150 5 土基土基 35 4 4 计算设计弯沉值计算设计弯沉值 5 5 计算容许弯拉应力计算容许弯拉应力 6 6 按容许弯沉计算路面厚度按容许弯沉计算路面厚度 6 .26111 . 194188226006002

30、. 02 . 0bscedAAANl（0.01mm） （1）计算抗弯拉强度系数）计算抗弯拉强度系数 沥青混凝土：沥青混凝土：80. 21 . 1/94188220 . 109. 0/09. 022. 022. 0ceasANAK 基层：基层：80. 11 . 1/681853435. 0/35. 011. 011. 0cesANK （2） 计算容许弯拉应力计算容许弯拉应力 沥青混凝土：沥青混凝土： R= sp /KS=1.0/2.80=0.357MPa 二灰砂砾：二灰砂砾： R= sp /KS=0.7/1.80=0.389MPa （1）计计算算综综合合修修正正系系数数 525. 07 . 03

31、565.1020006 .2663. 1200063. 136. 038. 036. 0038. 0pElFd （2） 计计算算 l 078. 4525. 065.107 . 0212000266. 021FpEldl （3 3） 进行进行3 3层体系换算层体系换算 h1=4cm E1=1200MPa h2=6cm E2=800MPa h=h1=4cm E1=1200MPa h3=?cm E3=1500MPa h4=15cm E4=150MPa H=?cm E2=800MPa E0=35MPa E0=35MPa 弯沉弯沉3层体系换算图层体系换算图 h/ =4/10.65=0.38 E2/E1=800/1200=0.67 查查图图得得： =7.3 h/ =4/10.65=0.38 E0/E2=35/800=0.044 查查图图得得：k1=1.1 508. 01 . 13 . 7078. 412kkl k2=0.508 h/ =0.38 E0/E2=0.044 查查图图得得：H/ =5.5 H=5.5 10.65=58.58cm 4234 . 2