《路基路面工程设计》课件 5.3 沥青路面设计理论及标准

沥青路面设计沥青路面设计理论及标准目录content沥青路面设计理论概况02沥青路面设计方法01沥青路面设计标准03经验法：主要是通过试验路或使用性能调查、分析而得；理论法：实际上是理论与经验相结合的半经验半理论法，多数是以弹性层状体系理论为基础并通过实践验证而提出。《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）：采用理论法。设计理论：双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论。1沥青路面设计方法设计方法概念：指由于车轮荷载的反复作用，路面材料在低于极限抗拉强度的情况下，结构层经受重复拉应力或拉应变而最终导致结构层开裂。特点：表现为路表无显著的永久变形，开始阶段多数是细而短的横向开裂，并逐渐发展为网状开裂，开裂的宽度和范围不断扩大。主要原因：结构整体强度不足或在车轮荷载反复作用下，沥青结构层底面或半刚性基层底面产生的拉应力（或拉应变）超过材料的疲劳强度，底面便产生开裂，并逐渐扩展延伸到表面。2沥青路面设计理论概况沥青路面结构的主要破损模式（1）疲劳开裂类型：路面沉陷、路面车辙路面沉陷：车轮荷载作用下，路表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象。主因：路基土的压缩。路面车辙：路面结构层及土基在荷载重复作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累计永久变形。车辙出现在行车轮迹带处（纵向带状凹陷）。（渠化交通严重）2沥青路面设计理论概况沥青路面结构的主要破损模式（2）永久变形沥青混合料结构层、半刚性结构层在低温（负温度）时，由于材料收缩受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生横向间隔性的（间距为5~8m）裂缝，严重时发展为纵向裂缝（因为路面的纵向约束远大于横向约束）。冰冻地区的冬季，沥青面层及半刚性基层都可能出现。低温裂缝的产生与荷载无关。2沥青路面设计理论概况沥青路面结构的主要破损模式（3）低温缩裂控制沥青混合料层疲劳开裂损坏；控制无机结合料稳定层疲劳开裂损坏；控制沥青混合料层永久变形量；控制路基顶面竖向压应变；控制季节性冻土地区的路面低温开裂。沥青路面设计的控制指标2沥青路面设计理论概况概念：路面结构在规定时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。目标可靠度：要求设计结构达到的可靠度。可靠指标：指的是度量路面结构可靠度的数值指标。目标可靠指标：路面结构设计依据的可靠指标。β可靠度3沥青路面设计标准公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路目标可靠度/%9590858070目标可靠指标β1.651.281.040.840.52表1-10目标可靠度和目标可靠度指标概念：指的是在正常设计、施工、使用和养护条件下，路面不需结构性维修的预定使用年限。确定：根据公路等级、经济、交通荷载等级等因素综合确定。

新建：不宜低于下表的要求。公路等级高速、一级二级三级四级设计年限（年）1512108设计使用年限3沥青路面设计标准表1-11各级公路的沥青路面设计年限划分依据：设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量大小划分结果：极重交通、特重交通、重交通、中等交通、轻交通五个等级

交通荷载等级极重特重重中等轻设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量（×106，辆）≥50.050.0~19.019.0~8.08.0~4.0<

4.0注：大型客车与货车为2类~11类车。交通荷载等级3沥青路面设计标准表1-13设计交通荷载等级分级当量圆：沥青路面设计中，为计算方便将轮胎接地面积转化为等面积的圆形，简称当量圆。我国规范规定：采用双圆荷载计算图式。设计轴载及其参数3沥青路面设计标准设计轴载：双轮组单轴轴重100kN，以BZZ—100表示。标准轴载

Ps/kN轮胎接地压强

p/MPa单轮传压面当量圆直径

/mm单轮传压面当量圆半径/mm两轮中心距/mm1000.70213.0106.5319.5设计轴载及其参数3沥青路面设计标准表1-12标准轴载计算参数车辆当量设计轴载换算与设计车道上的累计当量轴次3沥青路面设计标准当量轴载换算：为便于设计计算，将混合交通中不同轴组、不同轮组、不同轴重的轴载作用次数，根据当量破坏的原则换算为设计轴载的作用次数。作为轴次换算的统一轴载，称为设计轴载（或标准轴载）。车辆当量设计轴载换算系数非满载车和满载车的划分：（1）货车：以车辆总重标准划分。小于或等于车辆总重标准的车辆为非满载车，否则为满载车。当车辆各轴对应的轴重标准之和与该车对应车辆总重标准不一致时，以较小者作为非满载车和满载车的分界标准。（2）客车（2类车）：将39座（含39座）以下为非满载车，39座以上为满载车。非满载车和满载车的比例和当量设计轴载换算系数：取当地经验值或取规范给出的全国经验值。车辆当量设计轴载换算与设计车道上的累计当量轴次3沥青路面设计标准设计车道上的累计当量轴次（1）计算初始年设计车道日平均当量轴次N1（2）计算设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数NeP31车辆当量设计轴载换算与设计车道上的累计当量轴次3沥青路面设计标准注意：不同的设计指标，当量设计轴载换算系数不同，N1不同，Ne也不同。应用案例3沥青路面设计标准根据OD调查分析，某高速公路断面大型客货车交通量为3500辆/日，交通量年增长率为6.5%。方向系数取0.55，车道系数取0.50。设计使用年限15年。计算设计车道初始年大型客货车日平均交通量。

3500×0.55×0.50=963（辆/日）。经判断，交通荷载等级为重交通。2.计算15年大型客货车累计交通量，并判断交通荷载等级。（3）路基顶面竖向压应变不应大于容许值：εz

≯【εz】——路基顶面：路面使用性能设计指标3沥青路面设计标准（1）沥青混合料层和无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命均不应小于设计使用年限内当量设计轴载累计作用次数：Nf≮Ne（2）沥青混合料层永久变形量不应大于表1-16所列容许永久变形量Ra≯【Ra】【εz】需计算，与Ne有关基层类型沥青层容许永久变形量/mm高速、一级公路二级、三级公路无机结合料稳定类基层、水泥混凝土基层和底基层为无机结合料稳定类的沥青混合料基层1520其他基层1015表1-16沥青层容许永久变形量路面使用性能设计指标3沥青路面设计标准注：此要求是路面竣工的验收标准，只计路面低温缩裂产生的横向裂缝，不含反射裂缝和纵向裂缝。（解释两种裂缝的区别）（4）季节性冻土地区沥青面层低温开裂指数不宜大于表1-17所列数值。低温开裂指数是表征沥青面层低温收缩开裂程度的指标。CI≯【CI】表1-17低温缩裂指数要求公路等级高速、一级公路二级公路三级、四级公路低温缩裂指数CI，不大于357注:低温缩裂指数CI——竣工验收时100m调查单元内横向裂缝条数，贯穿全幅的裂缝按1条计，未贯穿且长度超过一个车道宽度的裂缝按0.5条计，不超过一个车道宽度的裂缝不计入。路面使用性能设计指标3沥青路面设计标准（5）抗滑技术指标：高速、一级以及山岭重丘区的二级、三级，交工验收时，SFC、TD的要求。（表1-18）。表1-18抗滑技术要求年平均降雨量/mm交工检测指标值横向力系数SFC60①构造深度TD②/mm>1

000≥54≥0.55500~1