第十二章 瀝青路面設(shè)計(jì),主要內(nèi)容,瀝青路面設(shè)計(jì)程序與設(shè)計(jì)方法 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算 瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 土基與路面材料強(qiáng)度指標(biāo) 瀝青路面結(jié)果厚度計(jì)算 瀝青路面改建設(shè)計(jì),第一節(jié) 瀝青路面設(shè)計(jì)程序與設(shè)計(jì)方法,瀝青路面設(shè)計(jì)任務(wù) 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 材料組成設(shè)計(jì) 厚度設(shè)計(jì)驗(yàn)算 結(jié)構(gòu)方案比選 路肩構(gòu)造設(shè)計(jì) 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)程序 根據(jù)擬定的結(jié)構(gòu)層材料，確定設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算公式中各參數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值； 目標(biāo)：交工驗(yàn)收時(shí)輪隙中心實(shí)測路表彎沉小于等于設(shè)計(jì)彎沉； 通過諾模圖或電算程序，查圖或電算求出待設(shè)計(jì)層的厚度； 通過彎拉應(yīng)力驗(yàn)算； 抗凍層厚度驗(yàn)算 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,瀝青路面設(shè)計(jì)方法: 經(jīng)驗(yàn)法：AASHTO法；CBR法。 依據(jù)調(diào)查或大型試驗(yàn)總結(jié)得到的設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)是符合試驗(yàn)地的實(shí)際，但是不能結(jié)合不同地方的實(shí)際。 力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法（M-E）：AI法；SHELL法；我國設(shè)計(jì)方法。 依據(jù)力學(xué)模型計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行參數(shù)的確定，其特點(diǎn)是理論聯(lián)系實(shí)際，是目前設(shè)計(jì)方法發(fā)展的總趨勢。,瀝青路面設(shè)計(jì)基本理論彈性層狀體系理論 彈性層狀體系理論的圖式,彈性層狀體系理論的假定,各層連續(xù)、彎曲彈性、均勻、各向同性，位移、形變微?。?最下一層（路基）在水平方向和垂直方向無限大，其上各層厚度有限，水平方向無限； 各層在水平方向無限遠(yuǎn)處，及最下層向下無限深處，應(yīng)力、形變、位移為零； 層間接觸情況，或完全連續(xù)（連續(xù)體系）或僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無摩阻力（滑動(dòng)體系）； 不計(jì)自重。,第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算,標(biāo)準(zhǔn)軸載及當(dāng)量換算 軸載換算 公路實(shí)際行駛的車輪類型千差萬別，軸載也各不相同，它們對路面結(jié)構(gòu)的損耗作用也不同，無法分析它們對彎沉增大的總效應(yīng)，有必要定義一種標(biāo)準(zhǔn)軸載，將其它軸載的作用等效為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用。 標(biāo)準(zhǔn)軸載 標(biāo)準(zhǔn)軸載一般要求對路面的響應(yīng)較大、同時(shí)又能反映本國的公路運(yùn)輸運(yùn)營車輛的總體軸載水平，涉及運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)和路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面。我國規(guī)范采用單軸雙輪組BZZ-100。,軸載當(dāng)量換算的原則 等破壞原則：不同標(biāo)準(zhǔn)軸載使用末期達(dá)到相同的臨界狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)。即對同一種路面結(jié)構(gòu)，甲軸載作用N1次后路面達(dá)到預(yù)定的臨界狀態(tài)，乙軸載作用使路面達(dá)到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2，此時(shí)甲乙兩種軸載作用在使用末期的破壞狀態(tài)相同； 等厚度原則：對某一種交通組成，不同標(biāo)準(zhǔn)軸載換算換算所得軸載作用次數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算確定的路面厚度相同。,當(dāng)量軸次 按彎沉或彎拉應(yīng)力為指標(biāo)將不同車型、不同軸載的作用次數(shù)換算為與標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN相當(dāng)?shù)妮S載作用次數(shù)。 我國公路瀝青路面設(shè)計(jì)中的軸載換算公式 彎沉及瀝青層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的換算公式：,半剛性材料層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的換算公式：,貧混凝土基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的換算公式：,設(shè)計(jì)年限與累計(jì)當(dāng)量軸次,瀝青路面的設(shè)計(jì)年限：至少,設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)當(dāng)量軸次：,車道系數(shù),各種軸載在不同車道上的概率分布,瀝青路面的交通等級,我國瀝青路面交通輕重的等級劃分,我國瀝青路面按其承擔(dān)的交通荷載輕重劃分為四個(gè)交通等級，即：輕、中等、重、特重，具體以兩種劃分方法進(jìn)行計(jì)算后取較高等級進(jìn)行定級。,第三節(jié) 瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),1瀝青路面的破壞狀態(tài) 沉陷路面在 車輪荷載作用下產(chǎn)生的較大凹陷變形 設(shè)計(jì)指標(biāo)：路基表面的垂直壓應(yīng)變或垂直壓應(yīng)力 原因：路面結(jié)構(gòu)土基承載能力低引起土基的較大垂直塑性變形。 要求：,車轍路面結(jié)構(gòu)層和土基在行車重復(fù)荷載作用下的補(bǔ)充壓實(shí)，以及結(jié)構(gòu)層材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形。 要求： RDr e RDr e 疲勞開裂：路面在正常使用情況下，由行車荷載的多次反復(fù)作用引起的。 原因：瀝青結(jié)構(gòu)層受車輪荷載的反復(fù)彎曲作用，使結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)變（或拉應(yīng)力）值超過材料的疲勞強(qiáng)度，底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。 要求： r R 或r R,推移當(dāng)瀝青路面受到較大的車輪水平荷載作用時(shí)，路面表面可能出現(xiàn)推移和擁起。 原因：車輪荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用，使結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過材料的抗剪強(qiáng)度，并且與行駛車輪的沖擊、振動(dòng)有關(guān)。 要求： max R （應(yīng)使用高溫時(shí)的彈模） 低溫縮裂路面結(jié)構(gòu)中某些整體性結(jié)構(gòu)層在低溫時(shí)由于材料收縮受限制產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)超過材料相應(yīng)條件下的抗拉強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生開裂。 要求： rt tR （應(yīng)使用低溫時(shí)的彈模）,2我國瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求 我國公路瀝青路面設(shè)計(jì)采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設(shè)計(jì)彎沉值為路面整體剛度的設(shè)計(jì)指標(biāo)。對瀝青混凝土面層和整體性材料的基層、底基層應(yīng)進(jìn)行層底拉應(yīng)力的驗(yàn)算，城市道路尚須進(jìn)行瀝青面層的剪應(yīng)力驗(yàn)算。 設(shè)計(jì)指標(biāo)及驗(yàn)算指標(biāo)必須小于其極限標(biāo)準(zhǔn)。,3.以彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)的原因 路面總變形表征路面各結(jié)構(gòu)層的變形與路基頂面變形之 和，反映了路面整體剛度的強(qiáng)弱。當(dāng)路面在車輛荷載反復(fù)作 用下不斷地彎曲使變形積累、增大到某種程度時(shí)，路面結(jié)構(gòu) 即產(chǎn)生疲勞開裂，從而可在一定程度上建立起路面損壞與彎 沉、彎沉與軸載作用次數(shù)間的關(guān)系。 路表彎沉值可以簡單地量測，操作簡便；壓應(yīng)變、拉應(yīng) 變指標(biāo)測試較困難。彎沉指標(biāo)既可作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，又可以作 為質(zhì)量檢驗(yàn)、路面養(yǎng)護(hù)的評價(jià)手段。,設(shè)計(jì)理論-層狀體系理論,設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求：,輪隙中間路表面（A點(diǎn)）計(jì)算彎沉值小于或等于設(shè)計(jì)彎沉值 輪隙中心下（C點(diǎn)）或單圓荷載中心處（B點(diǎn)）的層底拉應(yīng)力m應(yīng)小于或等于容許拉應(yīng)力R,4.彎沉概念,回彈彎沉：路基或路面在規(guī)定荷載作用下產(chǎn)生垂直變形，卸載后能恢復(fù)的那一部分變形。 殘余彎沉：路基或路面在規(guī)定荷載作用下產(chǎn)生的卸載后不能恢復(fù)的那一部分變形。 總彎沉：路基或路面在規(guī)定荷載作用下產(chǎn)生的總垂直變形（回彈彎沉+殘余彎沉）。 容許彎沉：路面設(shè)計(jì)使用期末不利季節(jié),標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下雙輪輪隙中間容許出現(xiàn)的最大（代表？）回彈彎沉值。 設(shè)計(jì)彎沉：是指路面交工驗(yàn)收時(shí)、不利季節(jié)、在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下,標(biāo)準(zhǔn)軸載雙輪輪隙中間的最大（代表？）彎沉值。,5.彎沉測定,貝克曼法：傳統(tǒng)檢測方法，速度慢，靜態(tài)測試，試驗(yàn)方法成熟，目前為規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。 落錘彎沉儀法：利用重錘自由落下的瞬間產(chǎn)生的沖擊載荷測定彎沉，屬于動(dòng)態(tài)彎沉，并能反算路面的回彈量，快速連續(xù)測定，使用時(shí)應(yīng)用貝克曼進(jìn)行標(biāo)定換算。 自動(dòng)彎沉儀法：利用貝克曼法原理快速連續(xù)測定，屬于試驗(yàn)范疇，但測定的是總彎沉，因此使用時(shí)應(yīng)用貝克曼進(jìn)行標(biāo)定換算。,6.設(shè)計(jì)彎沉的調(diào)查與分析,瀝青路面按外觀劃分的性能等級,我國把第四外觀等級作為路面臨界破壞狀態(tài)，以第四外觀等級路面的彎沉值的低限作為臨界狀態(tài)的劃界標(biāo)準(zhǔn)，從表中所列的外觀特征可知，這樣的臨界狀態(tài)相當(dāng)于路面已疲勞開裂并伴有少量永久變形的情況。 對相同路面結(jié)構(gòu)不同外觀特征的路段進(jìn)行測定后發(fā)現(xiàn)，外觀等級數(shù)愈高，彎沉值愈大，并且外觀等級同彎沉值大小有著明顯的聯(lián)系。因此可以在彎沉值與不同時(shí)期的累計(jì)交通量間建立關(guān)系,7.設(shè)計(jì)彎沉值,設(shè)計(jì)彎沉值是路面峻工驗(yàn)收時(shí)、最不利季節(jié)、路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下測得的最大(代表)回彈彎沉值?？筛гO(shè)計(jì)年限內(nèi)每個(gè)車道通過的累計(jì)當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層類型確定的路面彎沉設(shè)計(jì)值。,8.容許彎拉應(yīng)力,對瀝青混凝土的極限劈裂強(qiáng)度，系指15時(shí)的極限劈裂強(qiáng)度；對水泥穩(wěn)定類材料齡期為90d的極限劈裂強(qiáng)度(MPa)；對二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類材料系指齡期為180d的極限劈裂強(qiáng)度(MPa)，水泥粉煤灰穩(wěn)定類120d的極限劈裂強(qiáng)度(MPa) 。 瀝青混凝土層的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)： 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類： 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土類,9.路面結(jié)構(gòu)的彎沉計(jì)算,彈性層狀理論是在一定假設(shè)條件下（半無限空間體、材料各向同性、均質(zhì)體且不計(jì)自重）經(jīng)過復(fù)雜的力學(xué)、數(shù)學(xué)推演的理論體系，假設(shè)條件與路面實(shí)際不完全相符合，這是導(dǎo)致理論與實(shí)際不一致的原因。因此引入彎沉修正系數(shù)F，將理論彎沉值進(jìn)行修正，使計(jì)算彎沉與實(shí)測彎沉值趨于接近。,彎沉修正系數(shù),10.路面結(jié)構(gòu)的彎拉應(yīng)力計(jì)算,理論最大拉應(yīng)力系數(shù)：,實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，該值通過程序計(jì)算得到。,11.路面材料設(shè)計(jì)參數(shù),以路表彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)參數(shù)采用抗壓回彈模量。對于瀝青混凝土試驗(yàn)溫度為20；以彎拉應(yīng)力（應(yīng)變）為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，擬驗(yàn)算的結(jié)構(gòu)層采用彎拉回彈模量（對于瀝青混凝土試驗(yàn)溫度為15） ，其它結(jié)構(gòu)層采用抗壓回彈模量。,12.瀝青結(jié)構(gòu)層的回彈模量參數(shù),13.半剛性基層結(jié)構(gòu)層的回彈模量參數(shù),14.土基回彈模量設(shè)計(jì)值規(guī)定,15.土基回彈模量取值方法,現(xiàn)場測試法： 承載板測試法：采用直徑30cm的剛性承載板，在現(xiàn)場土基表面，通過承載板對土基逐級加載、卸載的方法，測出每級荷載下相應(yīng)的土基回彈變形值，采用1mm線性歸納法按下式計(jì)算測點(diǎn)處路基回彈模量值： 承載板測試法: 回彈彎沉測試: 落錘式彎沉儀：,查表法： 1）確定臨界高度（根據(jù)自然區(qū)劃、土質(zhì)）； 2）擬定土的平均稠度（根據(jù)路基設(shè)計(jì)高度與臨界高度的關(guān)系，確定路基頂面以下80cm范圍 內(nèi)不同深度的含水量，計(jì)算平均稠度； 3）預(yù)測土基回彈模量（根據(jù)平均稠度、土質(zhì)、自然區(qū)劃查表） 室內(nèi)試驗(yàn)法： 根據(jù)室內(nèi)小承載板測得回彈模量，乘以折減系數(shù)。 換算法： 通過回歸分析，確定特定地區(qū)、土質(zhì)的CBR等現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)與回彈模量的關(guān)系；,14、土基回彈模量的參數(shù),第五節(jié) 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的基本原則 總原則： 面層耐久、基層堅(jiān)實(shí)、土基穩(wěn)定 具體要求： 適應(yīng)行車荷載作用的要求 從上至下，從薄到厚，從強(qiáng)到弱，表層抗滑、抗磨耗 在各種自然因素作用下穩(wěn)定性好 具有很好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性 考慮結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn) 上下層匹配，總體上強(qiáng)度足夠而不過多浪費(fèi) 考慮防凍、防水要求,詳細(xì)組合原則： 根據(jù)瀝青路面的工作特性，各結(jié)構(gòu)層應(yīng)盡量按強(qiáng)度和剛度自上而下逐層遞減的規(guī)律安排； 必須考慮材料特點(diǎn)和施工工藝以及強(qiáng)度和造價(jià)等方面考慮； 各結(jié)構(gòu)層應(yīng)具有適宜的厚度，不宜使層數(shù)過多而厚度過小； 應(yīng)合理選擇相鄰結(jié)構(gòu)層之間的模量比（基層:面層（E2E1）宜在1.53，基層:底基層（E2E3）宜不大于3， 底基層:土基（E3E0）宜在2.512.5）； 對于低溫地區(qū)，應(yīng)考慮收縮裂縫，進(jìn)行合理的防止反射裂縫組合，并保證有適宜的瀝青面層厚度； 對于潮濕地區(qū)及多雨地區(qū)，應(yīng)考慮水穩(wěn)定性，選擇水穩(wěn)定性好的基層及盡量考慮不透水的面層； 路面還應(yīng)滿足防凍厚度的要求； 應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)層間的結(jié)合性。,輕交通中等交通結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)原則 按照道路等級和交通要求選擇面層等級和類型 按各結(jié)構(gòu)層的功能選擇結(jié)構(gòu)層次 按各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力分布特性 顧及各結(jié)構(gòu)層次本身的特性 考慮環(huán)境狀況的不利影響 適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和厚度,重交通時(shí)結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)原則 正確認(rèn)識各結(jié)構(gòu)層的作用，考慮各結(jié)構(gòu)層對路面長期使用性能的影響 瀝青層應(yīng)保證足夠的厚度，交通量越大，瀝青層的厚度應(yīng)越大 瀝青層材料設(shè)計(jì) 基層模量應(yīng)具有適當(dāng)?shù)哪Ａ?當(dāng)采用半剛性材料作為基層或墊層時(shí)，應(yīng)作適當(dāng)?shù)奶幚?十分重視路面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),瀝青路面結(jié)構(gòu)組合 面層：單層、雙層或三層瀝青面層 基層：柔性、半剛性、剛性或組合式 墊層：排水、防凍、防水、防污等粒料或穩(wěn)定土 土基：密實(shí)、堅(jiān)固、不透水 層間結(jié)合：牢固,瀝青路面面層要求 面層路用性能要求,面層抗滑性能要求,瀝青層最小厚度要求,基層最小厚度和適宜厚度要求,第六節(jié) 瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算,第七節(jié) 瀝青路面改建設(shè)計(jì),瀝青路面改建設(shè)計(jì) 瀝青路面隨時(shí)間，其性能和承載能力不斷降低，超過設(shè)計(jì)使用年限（或超過累計(jì)當(dāng)量軸次后）將不能滿足正常行車要求，需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或改建。 改建的種類：加寬、提升等級，提升線形標(biāo)準(zhǔn)（局部改線）等，如果有老路面作為加鋪基礎(chǔ)，稱為補(bǔ)強(qiáng)。否則應(yīng)按新建路面設(shè)計(jì)。 補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容： 路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查、彎沉評定及補(bǔ)強(qiáng)厚度設(shè)計(jì)。 ,1）路況調(diào)查 交通調(diào)查（確定現(xiàn)有交通量，預(yù)測交通量增長率）； 路基狀況調(diào)查（調(diào)查路基土質(zhì)、干濕狀況及排水情況，明確是否需要采用進(jìn)一步工程措施改善含水量）； 路面狀況調(diào)查（調(diào)查路面結(jié)構(gòu)、表面狀況、病害及其原因，在進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮是否需要采取特殊措施，如：采用抗沖刷能力更強(qiáng)的路面材料等）； 路面修建與養(yǎng)護(hù)歷史調(diào)查（調(diào)查路面建成過程中，及建成后的一些重要事項(xiàng)，如：該路面可能已加鋪了抗滑表層等）,2）強(qiáng)度評價(jià) 路表回彈彎沉（最不利季節(jié)）的評價(jià)方法： 路段劃分（不短于1000m），并在各路段上實(shí)地檢測，一般每車道按20-50m間隔測試，計(jì)算回彈彎沉值； 考慮荷載、溫度、季節(jié)、濕度影響因素，確定影響系數(shù)； 按一定保證率計(jì)算代表回彈彎沉值； 按代表回彈彎沉計(jì)算舊路面的綜合回彈模量（類似土基回彈模量） 3）設(shè)計(jì)方法： 將綜合回彈模量視為土基回彈模量； 擬定結(jié)構(gòu)組合； 按前面設(shè)計(jì)方法（查圖法、程序計(jì)算法等）確定補(bǔ)強(qiáng)層厚度。,補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題,1）原路面當(dāng)量回彈模量（綜合回彈模量）計(jì)算 是標(biāo)準(zhǔn)軸載單輪傳壓面當(dāng)量圓半徑（單位cm），一般為10.65cm； m1是所謂“輪板（系數(shù)）對比值”，為1.1； m2是原路面當(dāng)量回彈模量擴(kuò)大系數(shù)，當(dāng)計(jì)算與原有路面接觸的補(bǔ)強(qiáng)層層底拉應(yīng)力時(shí)才用到的修正系數(shù)（修正原因：將原路面結(jié)構(gòu)看作彈性半空間體（以當(dāng)量回彈模量表征）帶來的偏差）；,2）修正方法： 按雙層體系，將所有加鋪層換算為接觸層相同模量的等效厚度層。,