沥青路面设计课件

第十四章沥青路面设计14.1概述一、沥青路面设计内容：

结构组合设计

材料组成设计

厚度设计

路肩设计

排水设计二、沥青路面设计原则1.路基路面整体综合设计2.方案比选（经济、技术）3.运用新材料、新工艺、新技术4.设计是考虑环境、生态、施工、养护5.选择机械化、工厂化6.一次设计、分期修建14.2弹性层状体系理论弹性层状体系计算图式求解方法：将车轮荷载简化为圆形均布荷载14.3

沥青路面结构组合设计基本原则：面层耐久、基层坚实、土基稳定具体要求：1.适应行车荷载作用的要求：

从上至下，从薄到厚，从强到弱，表层抗滑、抗磨耗---适宜厚度2.在各种自然因素作用下稳定性好

水稳定性和温度稳定性---最小防冻厚度3.考虑结构层的特点：

上下层匹配，总体上强度足够--路面结构组合面层：高速一级分三层，二三级分双层三四级单层基层：柔性基层、半刚性基层、刚性基层垫层：防水、排水、防污、防冻垫层土基：层间结合：透层沥青、粘层沥青、单层表处下封层、稀浆封层沥青路面材料代码与材料名称对照表（“路面材料代码”由两部分组成，第一部分为“材料大类编码”，第二部分为“材料名称编码”，以“中粒式沥青混凝土”材料为例，其材料代码为0102）。

一、材料大类编码:０１沥青混凝土与沥青碎石类０６石灰煤渣类０２其它沥青混合料类０７石灰粉煤灰类０３石灰稳定类０８水泥粉煤灰类０４水泥稳定类０９石灰水泥粉煤灰类０５水泥石灰稳定类１０粒料类

二、材料名称编码:１、第一大类（０１）

０１粗粒式沥青混凝土０７粗粒式乳化沥青碎石０２中粒式沥青混凝土０８中粒式乳化沥青碎石０３细粒式沥青混凝土０９细粒式乳化沥青碎石０４粗粒式沥青碎石１０粗粒式沥青玛蹄脂碎石０５中粒式沥青碎石１１中粒式沥青玛蹄脂碎石０６细粒式沥青碎石１２细粒式沥青玛蹄脂碎石

２、第二大类（０２）

０１沥青贯入式０２沥青上拌下贯０３沥青表面处治０４沥青砂０５沥青土

０６沥青石屑３、第三大类（０３）

０１石灰土１１石灰土稳定砂砾０２碎石灰土１２石灰土稳定碎石０３砾石灰土１３石灰土稳定矿渣０４煤渣灰土１４石灰土稳定钢渣０５石灰碎石土１５石灰土稳定砾石０６石灰砂砾土１６石灰土稳定碎砾石

４、第四大类（０４）

０１水泥土１１水泥稳定砂砾

１５水泥稳定钢渣

０２水泥碎石土１２水泥稳定碎石

１６水泥稳定砾石

０３水泥稳定石屑１３水泥稳定矿渣

１７水泥稳定碎砾石

０４水泥砂砾土１４水泥稳定石渣

５、第五大类（０５）

０１水泥石灰稳定土１１水泥石灰稳定砂砾

１４水泥石灰稳定钢渣

０２水泥石灰碎石土１２水泥石灰稳定矿渣

１５水泥石灰稳定砾石

０３水泥石灰砂砾土１３水泥石灰稳定碎石

１６水泥石灰稳定碎砾石６、第六大类（０６）

０１石灰煤渣土１１石灰煤渣砂砾

１６石灰煤渣碎砾石０２石灰煤渣碎石土１２石灰煤渣碎石０３石灰煤渣１３石灰煤渣钢渣０４石灰煤渣砂砾土１４石灰煤渣矿渣０５石灰煤渣砂１５石灰煤渣砾石７、第七大类（０７）

０１石灰粉煤灰土１１石灰粉煤灰砂砾

１６石灰粉煤灰碎砾石０２石灰粉煤灰碎石土１２石灰粉煤灰碎石０３石灰粉煤灰１３石灰粉煤灰砾石０４石灰粉煤灰砂砾土１４石灰粉煤灰矿渣０５石灰粉煤灰砂１５石灰粉煤灰钢渣

８、第八大类（０８）

０１水泥粉煤灰土１１水泥粉煤灰砂砾

１６水泥粉煤灰碎砾石０２水泥粉煤灰碎石土１２水泥粉煤灰碎石０３水泥粉煤灰１３水泥粉煤灰砾石０４水泥粉煤灰砂砾土１４水泥粉煤灰矿渣０５水泥粉煤灰砂１５水泥粉煤灰钢渣

９、第九大类（０９）

０１石灰水泥粉煤灰土１１石灰水泥粉煤灰砂砾

１６石灰水泥粉煤灰碎砾石０２石灰水泥粉煤灰碎石土１２石灰水泥粉煤灰碎石０３石灰水泥粉煤灰１３石灰水泥粉煤灰砾石０４石灰水泥粉煤灰砂砾土１４石灰水泥粉煤灰矿渣０５石灰水泥粉煤灰砂１５石灰水泥粉煤灰钢渣

14.4我国沥青路面设计方法设计理论：采用双圆垂直均布荷载作用

下的多层弹性层状体系理论。设计指标：

以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。以层底拉应力对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层进行验算。一、计算图式zpE1、µ1E0、µ0δδrE2、µ2hHABCδDE二、路面的容许弯沉值和设计弯沉值1、路面的容许弯沉值路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值。2、路面的设计弯沉值路面竣工后第一年不利季节、路面在标准轴载100kN作用下，测得的最大回弹弯沉值。设计弯沉实测弯沉（计算弯沉）02.轴载换算标准轴载—我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。即BZZ－－100。等效换算原则：1）换算以达到相同的临界状态为标准2）对某一种交通组成，不论以哪种轴载的标准进行轴载换算，由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相等的当量轴载换算1.当以弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标时，凡轴载大于25kN的各级轴载P1的作用次数n1，换算成标准轴载P的当量作用次数N：2.当进行半刚性基层的层底拉应力验算时，凡大于50kN的各级轴载P1的作用次数n1，换算成标准轴载P的当量作用次数N´：3.设计年限累计当量标准轴载：车道系数注：《公路沥青路面设计规范》JTGD50-20064.交通等级四、路面材料设计参数以路面设计弯沉值计算路面结构厚度时采用20。C抗压模量。验算层底拉应力采用15。C的抗压模量。沥青混凝土的劈裂强度以15。C的测试温度值计算。水泥稳定类材料的龄期规定为90天的极限劈裂强度，二灰稳定类、石灰稳定类的龄期为180天的极限劈裂强度，对水泥粉煤灰稳定材料的龄期为120天的极限劈裂强度。层底拉应力以单圆荷载中心处（B点）及双圆轮隙中心（C点）为计算点，取较大值计算层底拉应力。理论最大拉应力系数七、多层路面的等效换算对于多层体系可用电子计算机求解，当条件不具备时，可换算为三层（或双层）体系计算。进行等效换算。1、等效弯沉的换算或例题：为求算表中所示五层体系表面弯沉，请将该体系换算为三层体系。2、等效上层底面弯拉应力的换算换算后上层换算后中层3、等效中层底面弯拉应力的换算八、新建路面厚度设计新建路面路面结构设计：

交通量已知，

各层材料（模量、泊松比、抗拉应力）已知，

除待设计层外各层厚度已知，

按弯沉标准去计算设计层厚度；路面结构层厚度确定要满足：2.双圆轮隙中心（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，即：1.轮隙中心处（A点）的路表计算弯沉值应小于等于设计弯沉值。即：A

新建路面厚度设计设计过程：1）计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次，确定交通量等级、面层类型、计算设计弯沉值和容许弯拉应力。2）确定土基回弹模量E03）拟定路面结构组合与厚度方案，确定各层的抗压回弹模量，弯拉模量与抗拉强度。4）计算路面结构设计层的厚度，并验算层底拉应力（高速、一级、二级公路）。5）对于季节性冰冻地区高级、次高级路面，验算防冻厚度6）进行技术经济方案比较，选择最佳方案。新建路面结构设计步骤

见:P317设计实例

甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.00,沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，试进行路面结构设计。

1、轴载分析之轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）6.46.46.46.46.49.2250.480.212.37.92092.3注：轴载小于25KN的轴载作用不计。2、轴载分析之轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时）注：轴载小于50kN的轴载作用不计。1.8510.318043、轴载分析之累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）

作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时

作半刚性基层层底弯拉应力验算时2092.3×0.451804×0.45

设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为1000万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构采用：4、初拟结构组合和材料选取细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)

粗粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)水泥稳定碎石（取25cm）底基层采用石灰土（厚度待定）5.各层材料的抗压模量与劈裂强度查表14-7，14-8得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取20℃的模量，得到20℃的抗压回弹模量：

细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，

中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，

粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，

水泥碎石为1500MPa，

石灰土550MPa。各层材料的劈裂强度：

细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，

中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，

粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，

水泥稳定碎石为0.5MPa，

石灰土0.225MPa6.土基回弹模量的确定该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.00，查表2-12

“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”查得土基回弹模量为40MPa。7.设计指标的确定--设计弯沉值

本公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0设计弯沉值为：23.48.设计指标的确定-各层材料的容许拉应力细粒式密级配沥青混凝土；

中粒式密级配沥青混凝土；

粗粒式密级配沥青混凝土；

水泥碎石：

石灰土：9.总结设计资料设计弯沉值为23.4（0.01mm）25通过程序设计计算得到，

石灰土的厚度为24.5cm，

实际路面结构的路表实测弯沉值24.19(0.01mm)，沥青面层的层底均受压应力

水泥碎石层底的最大拉应力0.1223MPa，

石灰土层底最大拉应力为0.075MPa。结构层最大的拉应力小于等于结构层材料的容许拉应力。

σm≤σR

上述设计结果满足设计要求。10.确定石灰土层厚度

通过程序设计计算得到，石灰土的厚度；通过利用弹性三层连续体系的诺谟图求解。沥青面层的层底均受压应力

水泥碎石层底的最大拉应力0.1223MPa，

石灰土层底最大拉应力为0.075MPa。结构层最大的拉应力小于等于结构层材料的容许拉应力。

σm≤σR

上述设计结果满足设计要求。11.路面结构层的应力验算

12、防冻厚度验算：

在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段要验算，与当地冬季负温度的累积值、路面结构层材料的热物性、路基潮湿类型、路基土类以及道路冻深有关。

f-最近10年冻结指数平均值，由气象资料定。（查规范）若结构层总厚度小于最小防冻厚度，应增加防冻垫层。路面竣工验收指标弯沉容易检测，所以一般用弯沉作为竣工验收指标，要求：注：实测弯沉值不在20℃标准温度时，进行修正。实测弯沉值要考虑一定的保证率。14.5沥青路面改建设计沥青路面随时间，其性能和承载能力不断降低，超过设计使用年限（或超