第十一章--沥青路面结构设计.ppt

1、11.1.1 沥青路面的主要损坏模式,11.1 沥青路面的损坏模式与设计标准,图11-1 沥青路面的损坏模式,沉陷,水文条件很差而过于湿软，路基压实不足 。,图11-1 沥青路面的损坏模式,车辙,温度高、沥青老化、材料 。,图11-1 沥青路面的损坏模式,推移 拥包,车辆经常启动，制动的地段；气温较高 。,图11-1 沥青路面的损坏模式,开裂,横缝：材料自身（收缩或反射），与荷载无关,纵缝：路基质量、施工,网状裂缝 ：基层、土基承载力不足，沥青老化,图11-1 沥青路面的损坏模式,松散与坑槽,松散与坑槽：沥青与矿料粘结力差；水；沥青过度加热,11.1.2 沥青路面的设计标准,（1）回弹弯沉,季

2、节,加铺沥青面层,温度,轴载,路基路面结构,荷载累计作用次数,路面各结构层材料的技术参数,高速公路、一级公路、二级公路的路面结构，以路表回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。,三级公路、四级公路的路面结构以路表设计弯沉值为设计指标。,有条件时，对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪切强度。,影响因素：,（2）疲劳开裂,（3）抗剪强度,图11-8 基层和面层的模量和厚度对路基顶面竖向应力的影响,11.2.6 应力及位移状况的分析,（1）路基应力,a) 基层模量和厚度的影响,增大基层的模量,增大基层的厚度,增大面层的模量与厚度,b) 面层模量的影响,图11-9 基

3、层和面层的模量和厚度对路表弯沉的影响,（2）路表弯沉,a) 基层和面层厚度影响,增加路基的模量,增加基层的模量与厚度,b) 路基和基层模量的影响,（3）面层底面拉应力,图11-10 路基和基层模量对面层底面拉应力系数的影响,图11-11 面层与基层的厚度对面层底面拉应力系数影响,提高基层的模量,图11-12 路基与基层模量对面层底面拉应力的影响,（4）基层底面拉应力,增大路基模量,图11-13 面层与基层的厚度对基层底面拉应力系数的影响,（5）路面表面最大剪应力,采用模量较大的基层。,图11-14,提高面层本身的抗剪强度,11.3 轴载分析及交通分级,11.3.1 标准轴载,表3.1.1 标准

4、轴载计算参数,（1）当以设计弯沉值及沥青层层底拉应力为指标时。,11.3.2 轴载换算,N标准轴载的当量轴次,被换算轴型的各级轴载作用次数,P标准轴载,被换算车型的各级轴载,被换算车型各级轴载的轴数系数,当轴距大于3m时，应按单独的一个轴载计算；,当轴间距小于3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数按公式:,m是轴数,被换算轴载的轮组系数（与轮有关），单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。,（2）当以半刚性材料层拉应力为设计指标时,N标准轴载的当量轴次,被换算轴型的各级轴载作用次数,P标准轴载,被换算车型的各级轴载,被换算车型各级轴载的轴数系数,当轴距大于3m时，应按单独的一个轴载计算；,

5、当轴间距小于3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数按公式:,m是轴数,被换算轴载的轮组系数（与轮有关），单轮组为18.5，双轮组为1，四轮组为0.09。,（3）贫混凝土基层层底拉应力为设计指标,以上轴载换算公式，适用于单轴轴载小于或等于130KN的各种车型的轴载换算。,表3.1.3 各级公路的沥青路面设计年限,11.3.3 设计年限,表11-1 城市道路的沥青路面设计年限,11.3.4 车道系数,表3.1.6 各级公路的沥青路面设计年限,11.3.5 累计当量轴次,设计年限内一个车道上的累计当量轴次,t-设计年限,-车道系数,营运第一年双向日平均当量轴次（次/d）,设计年限内交通量的平均年增长率

6、,总原则：面层耐久、基层坚实、土基稳定,（1）面层、基层的结构类型和厚度应与交通量相适应。,11.4 沥青路面结构组合设计,具体要求如下：,11.3.6 设计交通等级,表3.1.8 交通等级,2）基层类型,柔性基层：,半刚性基层：,刚性基层：,1）面层类型：,沥青混凝土、沥青表面处治、沥青碎石等。,（2）适应车辆荷载的作用。,相邻层材料的模量比：,沥青碎石、级配碎石、填隙碎石,水泥、二灰稳定集料类；水泥、石灰稳定土类,贫混凝土,（3）保证层间结合紧密稳定。,2）各种基层上宜设置透层沥青。,1）沥青层之间应设黏层。,3）在半刚性基层上应设下封层。,4）双层式半刚性材料基层宜采用连续摊铺、碾压工艺

7、，增强层间结合，以形成整层。,（4）在各种自然因素下稳定性好。,1）湿度,设垫层,地下水位高、排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路段。,排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段。,季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀需设防冻垫层的路段。,基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。,沥青面层应选用密级配沥青混合料；当采用排水基层时，其下应设防水层，并设置结构内部的排水系统。,进行路面结构组合时，对于不同的地带应有不同的考虑。,2）温度,温度敏感性低的沥青；,冰冻地区要保证具有足够的冰冻稳定性；,现行规范对防冻层的设置提出了最小厚度要求。,（5）考虑结构层的特点,上、

8、下层匹配，总体上强度足够而不过多浪费。,（6）适当的结构层数和厚度,11.5 新建沥青路面结构厚度计算,11.5.1 设计理论,8.0.1路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算。,11.5.2 设计指标,1轮隙中心处（A点）路表计算弯沉值应小于或等于设计弯沉值，即,2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,图8.0.1 路面荷载及计算图示,(1) 弯沉值,1）容许弯沉值,路面在使用期末的不利季节在标准轴载作用下双轮轮隙中心准许出现的最大回弹弯沉值。,2）设计弯沉值,路面竣工后第一年不利季节，在标准轴载作用下双轮轮隙中心测得的

9、最大回弹弯沉值。,设计年限内一个车道上的累计当量轴次,公路等级系数,容许弯沉值,面层类型系数,基层类型系数,相对弯沉变化系数,3）路表计算弯沉值,对于沥青混凝土面层：,对无机结合料稳定土类：,1）确定容许拉应力,(2)层底拉应力,2）理论拉应力,3）拉应力比较,对无机结合料稳定集料类：,11.5.3 结构层材料参数的确定,1 高速公路、一级公路施工图设计时应选取工程用路面材料实测设计参数；各级公路采用新材料时，也必须实测设计参数。,2 高速公路、一级公路初步设计或二级及二级以下公路设计时可借鉴本地区已有的试验资料或工程经验确定。,3 可行性研究阶段可参考附录E确定设计参数。,（1）路面材料回弹

10、模量值,（2）路基回弹模量设计值,5.1.5路基回弹模量设计值宜按下列方法确定,1 新建公路初步设计时，可根据查表法、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的路基回弹模量设计值。,2 通过现场测定路基回弹模量值与压实度K、路基稠度或室内试验测定路基土回弹模量值与室内路基土CBR值等资料，建立可靠的换算关系，利用换算关系计算现场路基回弹模量。,3 当路基建成后，在不利季节实测各路段路基回弹模量代表值，以检验是否符合设计值的要求。,4 若现场实测路基回弹模量代表值小于设计值或弯沉值大于要求的检验值，应采取措施。,设计时应使路基处于干燥或中湿状态，土基回弹模量应大于30Mpa，

11、重交通、特重交通公路土基回弹模量值应大于40Mpa。,（1）采用半刚性基层、底基层结构时，可任选一层作为设计层；,（2）采用半刚性基层、粒料类底基层时，应先拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层作为设计层；,（3）采用柔性基层、底基层结构时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层的厚度。,11.5.4 设计层的选定,11.5.5 路面结构设计步骤,（1）根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计当量轴次，确定交通等级及公路等级，拟定面层和基层类型，并计算设计弯沉值。,（2）按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。,（3）拟定几种可

12、行的路面结构组合与厚度方案，确定各结构层的设计参数。,（4）采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。,（5）对季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否满足要求。,（6）进行技术经济比较，确定路面结构方案。,4）设计弯沉值的计算,3）路面结构层类型的选择,面层：沥青混凝土,基层：半刚性材料,底基层：半刚性材料,（2）土基回弹模量的确定,通过查表，土基回弹模量为40MPa。,（3）拟定路面结构组合与厚度方案，确定各结构层的设计参数。,通过查表，可得材料的抗压回弹模量和劈裂强度。,（4）通过程序计算和验算石灰土层的厚度,通过程序计算，石灰土层的厚度为40.29cm，经验算，层底拉应力均满足要求，最后

13、确定底基层厚度为40cm。,面层：沥青混凝土（18cm),基层：水泥碎石(20cm),底基层：石灰土(厚度待定）,三层式沥青混凝土面层：上层是细粒式密级配沥青混凝土（4cm);中面层为中粒式密级配沥青混凝土（6cm）；下面层是粗粒式密级配沥青混凝土（8cm）。,（5）进行技术经济比较，确定路面结构方案,8.0.14新建沥青路面结构厚计计算示例,（1）基本资料 新建高速公路地处2区，为双向四车道，拟采用沥青路面结构进行施工图设计，沿线土质为中液限黏性土，填方路基1.8m，地下水位路路床2.4m，属中温状态；年降雨量为620m ，最高气温35，最低气温-31，多年最大道路冻深为175cm，平均冻结指数为882，最大冻结指数为1