道路工程之沥青路面设计方法及内容

道路工程程之沥青路面面设计方法及内内容第一节概概述一、沥青青路面设设计的内内容包括原材材料的调调查与选选择、沥沥青混合合料配合合比及基基层材料料配合比比设计、、各项设设计参数数的测试试与选定定、路面面结构组组合设计计、路面面结构层层厚度验验算以及及路面结结构方案案的比选选等。二、路面面结构设设计的原原则1、根据据使用要要求及气气候、水水文、土土质等自自然条件件，密切切结合当当地实践践经验，，将路基基路面作作为一个个整体考考虑，进进行综合合设计；；2、在满满足交通通量和使使用要求求的前提提下，应应遵循““因地制制宜、合合理选材材、方便便施工、、利于养养护、节节约投资资”的原原则第十四章章沥沥青路路面设计计进行路面面设计方方案的技技术经济济比较，，选择技技术先进进，经济济合理，，安全可可靠的方方案。3、应应结合合当地地实践践基础础，积积极推推广成成熟的的科研研成果果，积积极、、慎重重地运运用行行之有有效的的新材材料、、新工工艺、、新技技术。。4、路路面设设计方方案应应充分分考虑虑沿线线环境境的保保护、、自然然生态态的平平衡，，有利利于施施工、、养护护工作作人员员的健健康与与安全全。5、为为确保保工程程质量量，应应尽可可能选选择有有利于于机械械化、、工厂厂化施施工的的设计计方案案。6、对对于地地处不不良地地基的的路段段，为为适应应路基基沉降降、稳稳定周周期较较长的的特点点，路路面结结构可可以遵遵循““一次次设计计，分分期修修建””的方方案。。第十四四章沥沥青青路面面设计计三、沥沥青路路面结结构设设计理理论与与方法法可分为为经验验法和和力学学—经经验法法两大大类。。经验验法主主要通通过对对试验验路或或使用用道路路的实实验观观测，，建立立路面面结构构、车车辆荷荷载和和路面面使用用性能能三者者之间间的关关系。。力学——经验验法应应用力力学原原理分分析路路面结结构在在荷载载与环环境作作用下下的力力学响响应量量，建建立力力学响响应量量与路路面使使用性性能之之间的的关系系模型型，路路面设设计按按使用用要求求，运运用关关系模模型完完成结结构设设计。。我国现现行的的规范范采用用弹性性层状状体系系作为为力学学分析析基础础理论论，以以双圆圆垂直直均布布荷载载作用用下的的路面面整体体沉降降和结结构层层的层层底拉拉应力力作为为设计计指标标，以以疲劳劳效应应为基基础，，处理理轴载载标准准化转转换与与轴载载多次次重复复作用用效应应。第十四四章沥沥青青路面面设计计四、沥沥青路路面交交通等等级1、路路面设设计年年限——见表表14-1规定定；2、标标准轴轴载及及轴载载当量量换算算—各各个国国家都都有根根据本本国国国情确确定的的标准准轴载载。我我国路路面设设计以以双轮轮组单单轴载载100KN为为标准准轴载载。行行驶的的车辆辆型号号多样样，由由于不不同力力学参参数的的疲劳劳效应应不同同，我我国规规定，，当量量轴载载换算算分以以下三三种情情况进进行：：A、当当以弯弯沉值值和沥沥青层层的层层底拉拉应力力为设设计指指标时时，按按式（（14-1）来来换算算；B、当当以半半刚性性材料料结构构层的的层底底拉应应力为为设计计指标标时，，按式式（14-3））完成成轴载载当量量换算算；C、对对于贫贫混凝凝土基基层以以底拉拉应力力为设设计指指标时时，按按式第十四四章沥沥青青路面面设计计（14-5）来来完成成。3、设设计年年限累累计当当量标标准轴轴载数数设计年年限内内一个个车道道通过过的累累计当当量标标准轴轴次数数按式式（14-6））来计计算。。4、交交通等等级路面结结构在在设计计年限限内承承担交交通荷荷载的的繁重重程度度以交交通等等级来来划分分。我我国沥沥青路路面按按承担担交通通荷载载的轻轻重划划分为为轻交交通、、中等等交通通、重重交通通和特特重交交通四四级。。我国沥沥青路路面交交通等等级的的划分分按两两种方方法进进行：：一是以以设计计年限限内一一个车车道通通过的的标准准当量量轴次次进行行划分分；二二是以以营运运车辆辆中的的大客客车、、中型型货车车、大大型货货车、、拖挂挂车等等车型型在一一个车车道上上的日日平均均车数数进行行划分分。第十四四章沥沥青青路面面设计计第二节节弹弹性性层状状体系系理论论简介介一、基基本假假设与与解题题方法法通常将将路面面结构构视为为弹性性半空空间地地基上上由若若干个个具有有一定定厚度度材料料组成成的弹弹性层层状体体系，，并假假设：：1、各各层由由均质质、连连续、、均匀匀、各各向同同性的的线弹弹性材材料组组成，，用弹弹性模模量和和泊松松比表表征其其弹性性参数数；2、最最下一一层为为水平平方向向和竖竖直向向下方方向无无限延延伸的的半无无限体体；3、各各层在在水平平方向向无限限远处处及最最下层层无限限深处处的应应力、、变形形和位位移为为零；；4、各各层分分界面面上的的应力力和位位移完完全连连续，，或者者仅竖竖向应应力和和位移移连续续，而而层间间无摩摩擦；；5、、不计计各层层材料料自重重第十四四章沥沥青青路面面设计计根据相相关理理论，，得到到计算算公式式（14-16），，该式式为双双层弹弹性体体系计计算公公式。。弹性性三层层体系系由两两个弹弹性层层以及及弹性性半空空间体体组成成。第十四四章沥沥青青路面面设计计第三节节沥沥青路路面结结构组组合设设计沥青路路面通通常由由沥青青面层层、基基层、、底基基层、、垫层层等多多层结结构组组成。。沥青青路面面结构构组合合设计计应遵遵循以以下原原则：：1、保证证路面表表面使用用品质长长期稳定定。2、路面面各结构构层的强强度、抗抗变形能能力与各各层次的的力学响响应相匹匹配。3、直接接经受温温度、湿湿度等自自然因素素变化而而造成强强度、稳稳定性下下降的结结构层次次应提高高其抵抗抗能力。。4、充分分利用当当地材料料，节约约外运材材料，做做好优化化选择，，降低建建设与养养护费用用。第十四章章沥沥青路路面设计计一、沥青青面层结结构沥青面层层可分为为单层、、双层、、三层。。双层结结构分为为表面层层、下面面层；三三层结构构分为表表面层、、中间层层、下面面层。表面层应应具有平平整密实实、抗滑滑耐磨、、稳定耐耐久等服服务功能能，同时时应具有有高温抗抗车辙、、低温抗抗开裂、、抗老化化等品质质。中、、下面层层应具有有一定的的密水性性、抗剥剥离性，，高温或或重载条条件下，，沥青混混合料具具有较高高的抗剪剪强度；；下面层层应具有有良好的的抗疲劳劳裂缝的的性能和和兼顾其其他性能能要求。。高速公路路、一级级公路一一般选用用三层沥沥青面层层结构，，二级、、三级以以下等级级公路一一般采用用双层式式沥青面面层，三三级、四四级公路路一般可可采用双双层沥青青表面处处治结构构。第十四章章沥沥青路路面设计计二、沥青青路面基基层结构构基层结构构是承上上启下保保证路面面结构耐耐久、稳稳定的承承重结构构层，因因此要求求基层具具有较高高的强度度、稳定定性和耐耐久性。。沥青路面面的基层层按材料料和力学学特性的的不同，，可分为为柔性基基层、半半刚性基基层和刚刚性基层层三种。。1、柔性性基层主要采用用沥青处处治的级级配碎石石和无结结合料的的级配碎碎石修筑筑基层。。通常沥沥青碎石石适用于于中等交交通及更更高交通通等级的的柔性基基层；而而无结合合料的级级配碎石石适用于于交通等等级较低低的，中中等交通通以下的的沥青路路面基层层。2、半刚刚性基层层主要采用用水泥、、石灰或或工业废废渣等无无机结合合料，对对级配第十四章章沥沥青路路面设计计集料作稳稳定处理理的基层层结构。。半刚性性基层的的主要缺缺点是它它本身的的收缩裂裂缝难以以避免。。3、刚性性基层采用低强强度等级级混凝土土修筑基基层混凝凝土板，，板上铺铺筑沥青青面层。。基层结构构的厚度度主要应应满足强强度与刚刚度的设设计要求求，在厚厚度设计计时，应应逐层进进行验算算。除此此之外，，还应考考虑施工工的可行行性和材材料规格格对厚度度的影响响。三、沥青青路面垫垫层结构构位于基层层以下，，主要用用于路基基状况不不良路段段，以确确保路面面结构不不受路基基中滞留留的自由由水的浸浸蚀以及及冻融的的危害。。在下列情情况下要要设置垫垫层：第十四章章沥沥青路路面设计计（1）地地下水位位高，排排水不良良，路基基经常处处于潮湿湿、过湿湿状态的的路段；；（2）排排水不良良的土质质路堑，，有裂隙隙水、泉泉眼等水水文不良良的岩石石挖方路路段；（3）季季节性冰冰冻地区区的中湿湿、潮湿湿路段，，可能产产生冻胀胀需设防防冻垫层层的路段段；（4）基基层或底底基层可可能受污污染以及及路基软软弱的路路段。从垫层设设置的目目的看，，垫层可可分为：：防水垫层层、排水水垫层、、防污垫垫层、防防冻垫层层。四、沥青青路面层层间结合合沥青面层层与基层层之间应应设置透透层沥青青或粘层层沥青；；沥青面面层由两两层或三三层组成成又不能能连续摊摊铺时，，则在铺铺上层第十四章章沥沥青路路面设计计之前彻底底清扫下下层表面面的灰尘尘、泥土土、油污污等有可可能破坏坏层间结结合的有有害物质质，然后后设粘层层沥青。。透层沥沥青、粘粘层沥青青，单层层表处下下封层，，稀浆封封层下封封层的材材料规格格、用量量应根据据地区气气候特点点，施工工季节和和结构类类型的不不同，选选定。第十四章章沥沥青路路面设计计第四节我我国沥沥青路面面设计方方法采用双圆圆垂直均均布荷载载作用下下的多层层弹性体体系理论论，以路路表面回回弹弯沉沉值和沥沥青混凝凝土层弯弯拉应力力、半刚刚性及刚刚性材料料基层弯弯拉应力力为设计计指标进进行路面面结构厚厚度设计计。一、设计计指标与与极限标标准弯沉与弯弯拉应力力是目前前各种力力学经验验法普遍遍采用的的设计控控制指标标。路面结构构的路表表弯沉表表征路面面结构在在设计标标准轴载载作用下下，垂直直方向的的位移。。弯沉是是表征路路面结构构总体刚刚度的指指标。我国规定定路面设设计弯沉沉值由公公式（14-21）确确定。第十四章章沥沥青路路面设计计对于柔性性基层沥沥青路面面或组合合基层沥沥青路面面，由于于柔性基基层材料料以粒状状结构为为主，不不承担弯弯拉应力力，所以以沥青面面层承受受较大的的轮载弯弯矩，整整个路面面结构的的极限状状态可能能首先出出现在沥沥青面层层底部，，形成初初始裂缝缝，然后后在车轮轮反复作作用下逐逐步扩展展，沥青青面层形形成断裂裂裂缝。。因此，，对于柔柔性基层层和组合合基层的的沥青面面层，在在路面结结构设计计中必须须验算弯弯拉应力力是否超超出材料料允许的的极限标标准。我国规范范规定，，沥青面面层和基基层层底底拉应力力作为沥沥青路面面结构设设计的第第二项设设计控制制指标。。弯拉应力力设计控控制指标标容许拉拉应力按按式（14-24）计计算。二、路面面结构厚厚度设计计方程式式与设计计参数沥青路面面设计必必须满足足两个式式子（14-25）（（14-26））第十四章章沥沥青路路面设计计1、计算算路表弯弯沉值按式（14-27）计计算；2、计算算结构层层底拉应应力按式（14-29）计计算；3、路基基回弹模模量弹性模量量并不是是定值，，工程上上通常采采用承载载板试验验或弯沉沉测定的的方法确确定路基基土和路路基材料料回弹模模量值，，并将这这种回弹弹模量作作为弹性性模量用用于计算算。当前前，确定定路基回回弹模量量的常用用方法有有：（1）现现场实测测法—按式（14-30～33）计计算；（2）查查表法——确定临界界高度；；拟定土土的平均均稠度；；预估路路基回弹弹模量。。第十四章章沥沥青路路面设计计（3）室室内试验验法—用小承载载板测得得回弹模模量，然然后乘以以折减系系数；（4）换换算法—见表14-134、结构构层回弹弹模量各结构的的回弹模模量均应应采用抗抗压回弹弹模量。。5、结构构层材料料的弯拉拉极限强强度我国规范范规定采采用间接接拉伸试试验，即即劈裂试试验来确确定结构构层材料料的弯拉拉极限强强度。三、新建建路面厚厚度设计计计算步骤骤：1、根据据设计任任务书的的要求，，确定路路面等级级和面层层类型，，计算设设计年限限内一个个车道的的累计当当量轴次次和设计计弯沉值值；2、、按路基基土类型型与干湿湿类型，，将路基基划分为为若干路路段，确确定各路路段土基基的回弹弹模量值值；第十四章章沥沥青路路面设计计3、拟定定几种可可能的路路面结构构组合与与厚度方方案，根根据选用用的材料料进行配配合比试试验及测测定各结结构层材材料的抗抗压回弹弹模量、、抗拉强强度，确确定各结结构层材材料设计计参数；；4、根据据设计弯弯沉值计计算路面面厚度。。5、进进行技术术经济比比较，确确定采用用的路面面结构方方案。五、沥青青路面改改建设计计改建设计计应遵循循以下原原则：当原有路路面需抽抽高等级级时，对对不符合合技术标标准的路路段应先先进行线线形改善善，改线线路段路路面按新新建路面面设计；；对于加加宽路面面、提高高路基、、调整纵纵坡的路路段应视视具体情情况按新新建或改改建路面面设计；；对于在在原路面面上补强强时，按按改建路路面设计计。第十四章章沥沥青路路面设计计1路面面结构状状况调查查与评定定（1）路路面结构构状况调调查交通调查查、路基基状况调调查、路路面状况况调查、、路面修修建与养养护资料料调查。。（2）路路面结构构承载力力调查确定路面面的计算算弯沉时时，应将将全线分分段，分分段应考考虑的因因素：A、同一一路段路路基的干干湿类型型与土质质基本相相同；B、在同同一路段段内，各各测点的的弯沉值值比较接接近；C、各路路段的最最小长度度应与施施工方法法相适应应。原路面当当量回弹弹模量的的计算按公式（（14-42））计算。。第十四章章沥沥青路路面设计计3、补强强厚度的的计算在确定出出原有路路面的当当量回弹弹模量以以后，可可采用弹弹性层状状理论进进行补强强层厚度度的计算算。若补补强层为为单层，，以双层层弹性体体系为设设计计算算的力学学模型；；补强N-1层层时，以以N层弹弹性体系系为力学学模型。。第十四章章沥沥青路路面设计计第五节外外国沥沥青路面面设计方方法简介介一、美国国AASHTO设计方方法1、设计变变量（1）时间约约束—鼓励对交交通量大大的工程程采用较较长的分分析年限限。（2）交通—设计方法法以预计计的80KN累计当量量单轴荷荷载为根根据，并并考虑交交通量的的逐年增增长系数数和车道道分布系系数。（3）可靠度度—是将某种种可靠程程度纳入入设计过过程的方方法，以以确保各各种设计计方案在在分析年年限内一一直有效