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lAAA沥青路面设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望主要内容第一节第一节 概述概述 第二节第二节 弹性层状体系理论弹性层状体系理论 第三节第三节 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计 第四节第四节 沥青路面的设计指标与标准沥青路面的设计指标与标准 第五节第五节 （我国）新建沥青路面设计（我国）新建沥青路面设计 第六节第六节 我国沥青路面设计我国沥青路面设计实例 第七节第七节 沥青路面改建设计沥青路面改建设计 第八节第八节 国外沥青路面设计方法简介（自学）国外沥青路面设计方法简介（自学）第一节 概述1.1 1.1 沥青路面设计内容沥青路面设计内容u 原材料的调查和选择原材料的调查和选择u 沥青混合料配合比和基层材料配合比设计沥青混合料配合比和基层材料配合比设计u 设计参数的测试与选定设计参数的测试与选定u 路面结构组合设计路面结构组合设计u 路面结构层厚度验算路面结构层厚度验算u 路面结构方案的比选路面结构方案的比选u 排水系统设计排水系统设计u 附属设施设计附属设施设计第一节 概述1.2 1.2 路面结构设计原则路面结构设计原则u 路基路面整体综合设计原则路基路面整体综合设计原则u 密切结合自然条件及实践基础原则密切结合自然条件及实践基础原则u 满足交通与使用要求原则满足交通与使用要求原则u 因地制宜、合理选材原则因地制宜、合理选材原则u 保护自然生态与沿线环境原则保护自然生态与沿线环境原则u 工厂及机械化施工、方便施工原则工厂及机械化施工、方便施工原则u 技术与经济性并重原则技术与经济性并重原则u 分期修建、方便养护原则分期修建、方便养护原则第一节 概述1.3 1.3 沥青路面结构设计的方法或种类沥青路面结构设计的方法或种类u 经验法。经验法。AASHTOAASHTO法；法；CBRCBR法：依据调查或大型试验总结得到的设计方法：依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际。法，其特点是符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际。u 力学经验法（力学经验法（M-EM-E）。）。AIAI法；法；SHELLSHELL法；我国设计方法。依据力学模法；我国设计方法。依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是理论联系实际，型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。是目前设计方法发展的总趋势。u 典型结构法。法国方法；中国八典型结构法。法国方法；中国八五研究成果。通过调查，总结得五研究成果。通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少了设计的随意性，具到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。有结构使用性能明确，结构图统一。u 优化设计法。通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，优化设计法。通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成熟。但尚不成熟。u 基于性能的设计法。同济大学孙立军教授成果基于性能的设计法。同济大学孙立军教授成果第一节 概述1.4 1.4 交通等级的确定交通等级的确定（1 1）确定路面设计年限：参考表）确定路面设计年限：参考表14141 1（2 2）标准轴载和轴载当量换算：不同力学参数的疲劳等效效应不同，）标准轴载和轴载当量换算：不同力学参数的疲劳等效效应不同，因而各参数不一样。分三种情况：因而各参数不一样。分三种情况：u 弯沉值和沥青层的层底拉应力弯沉值和沥青层的层底拉应力u 半刚性材料结构层的层底拉应力半刚性材料结构层的层底拉应力u 贫混凝土基层拉应力贫混凝土基层拉应力（3 3）设计年限累计当量标准轴载数）设计年限累计当量标准轴载数（4 4）交通等级：）交通等级：u 轻交通，轻交通，3103106 6 600600u 中等交通，中等交通，3103106 6 1.2101.2107 7 60060015001500u 重交通，重交通，1.210 1.2107 7 2.510 2.5107 7 1500 150030003000u 特重交通，特重交通，2.510 2.5107 7 30003000城市道路一般规定：快速路、主干路为城市道路一般规定：快速路、主干路为 20 20 年；次干路为年；次干路为 15 15 年；支路年；支路 10 10 年年 15 15 年年。为什么公路与城市道路设计年限有差别？为什么公路与城市道路设计年限有差别？第二节 弹性层状体系理论简介2.1 2.1 弹性层状体系理论的图式弹性层状体系理论的图式沥青路面设计基本理论沥青路面设计基本理论弹性层状体系理论弹性层状体系理论第二节 弹性层状体系理论简介2.2 2.2 弹性层状体系理论的假定弹性层状体系理论的假定 （1 1）各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性，位移、形变微小；）各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性，位移、形变微小；（2 2）最下一层（路基）在水平方向和垂直方向无限大，其上各层厚）最下一层（路基）在水平方向和垂直方向无限大，其上各层厚度有限，水平方向无限；度有限，水平方向无限；（3 3）各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限深处，应力、形）各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限深处，应力、形变、位移为零；变、位移为零；（4 4）层间接触情况，或位移完全连续（连续体系），或层间仅竖向）层间接触情况，或位移完全连续（连续体系），或层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）；应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）；（5 5）不计自重。）不计自重。轴对称，车轮荷载简化为圆形均布荷载。轴对称，车轮荷载简化为圆形均布荷载。2.3 2.3 弹性层状体系理论的求解过程弹性层状体系理论的求解过程第二节 弹性层状体系理论简介2.4 2.4 多个轴对称荷载下的主应力计算多个轴对称荷载下的主应力计算第三节 沥青路面结构组合设计3.1 3.1 基本原则基本原则 （1 1）总原则：）总原则：面层耐久、基层坚实、土基稳定面层耐久、基层坚实、土基稳定 （2 2）具体要求：）具体要求：u 适应行车及车辆荷载作用的要求：适应行车及车辆荷载作用的要求：从上至下：从薄到厚，从上至下：从薄到厚，从强到弱？从强到弱？，表层抗滑、抗磨耗，表层抗滑、抗磨耗u 在各种自然因素作用下稳定性好：具有很好的水稳定性和温度稳定性在各种自然因素作用下稳定性好：具有很好的水稳定性和温度稳定性u 充分考虑结构层的特点：上下层匹配，充分考虑结构层的特点：上下层匹配，总体上强度足够总体上强度足够（路面结构厚度（路面结构厚度设计时，要进行弯沉计算、验算）设计时，要进行弯沉计算、验算），各层强度也需要保证，各层强度也需要保证u 考虑防冻、防水要求考虑防冻、防水要求u 尽可能利用当地的材料尽可能利用当地的材料第三节 沥青路面结构组合设计（3 3）详细组合原则：）详细组合原则：u 必须考虑材料特点和施工工艺以及强度和造价等方面考虑；必须考虑材料特点和施工工艺以及强度和造价等方面考虑；u 结构层应具有适宜的厚度，不宜使层数过多而厚度过小；结构层应具有适宜的厚度，不宜使层数过多而厚度过小；u 视不同的路面材料、道路等级，合理选择相邻结构层之间的模量比：高等视不同的路面材料、道路等级，合理选择相邻结构层之间的模量比：高等级沥青路面，面层基层模量级沥青路面，面层基层模量尽量接近尽量接近；其他等级公路、一般城市道路，本；其他等级公路、一般城市道路，本着节省的原则，酌情考虑；着节省的原则，酌情考虑；u 对于低温地区，应考虑收缩裂缝，进行合理的防止反射裂缝组合，并保证对于低温地区，应考虑收缩裂缝，进行合理的防止反射裂缝组合，并保证有适宜的沥青面层厚度；有适宜的沥青面层厚度；u 对于潮湿地区及多雨地区，应考虑水稳定性，选择水稳定性好的基层及尽对于潮湿地区及多雨地区，应考虑水稳定性，选择水稳定性好的基层及尽量考虑不透水的面层；量考虑不透水的面层；u 路面还应满足防冻厚度的要求；路面还应满足防冻厚度的要求；u 应考虑结构层间的结合性，尽量提高层间黏结。应考虑结构层间的结合性，尽量提高层间黏结。第三节 沥青路面结构组合设计（4 4）轻交通）轻交通中等交通结构组合设计原则中等交通结构组合设计原则u 按照道路等级和交通要求选择面层等级和类型按照道路等级和交通要求选择面层等级和类型u 按各结构层的功能选择结构层次按各结构层的功能选择结构层次u 按各结构层的应力分布特性按各结构层的应力分布特性u 顾及各结构层次本身的特性顾及各结构层次本身的特性u 考虑环境状况的不利影响考虑环境状况的不利影响u 适当的层数和厚度适当的层数和厚度u 做好道路防水、排水系统做好道路防水、排水系统第三节 沥青路面结构组合设计（5 5）重交通路面结构组合设计原则）重交通路面结构组合设计原则u正确认识各结构层的作用，考虑各结构层对路面正确认识各结构层的作用，考虑各结构层对路面长期使用性能长期使用性能的影响的影响u沥青层应保证足够的厚度，交通量越大，沥青层的厚度应越大沥青层应保证足够的厚度，交通量越大，沥青层的厚度应越大u沥青层材料设计沥青层材料设计u基层模量应具有基层模量应具有适当的适当的模量模量u当采用半刚性材料作为基层或垫层时，应作适当的处理当采用半刚性材料作为基层或垫层时，应作适当的处理u十分重视十分重视路面排水系统的设计路面排水系统的设计第三节 沥青路面结构组合设计3.2 3.2 沥青路面结构组合沥青路面结构组合 u面层：单层、双层或三层沥青面层面层：单层、双层或三层沥青面层u基层：柔性、半刚性、刚性或组合式基层：柔性、半刚性、刚性或组合式u垫层：排水、防冻、防水、防污等粒料或稳定土垫层：排水、防冻、防水、防污等粒料或稳定土u土基：密实、坚固、不透水土基：密实、坚固、不透水u层间结合：牢固层间结合：牢固 透层透层 粘层粘层 单层表处下封层单层表处下封层 稀浆封层稀浆封层第三节 沥青路面结构组合设计3.3 3.3 沥青路面面层要求沥青路面面层要求 u 沥青面层应满足沥青面层应满足功能性功能性和和结构性结构性的使用性能要求的使用性能要求u 表面层应平整、密实、抗滑、耐磨、稳定、耐久、抗车辙、抗开裂、抗老化表面层应平整、密实、抗滑、耐磨、稳定、耐久、抗车辙、抗开裂、抗老化u 中、下面层：密实防水、抗剥离、抗剪、抗疲劳、抗水损中、下面层：密实防水、抗剥离、抗剪、抗疲劳、抗水损第三节 沥青路面结构组合设计3.3 3.3 沥青路面面层要求沥青路面面层要求 u 空隙率空隙率3%3%5%5%，7%7%，6%6%？（实验室试件？）（实验室试件？）u 对重交通和特重交通道路，表面层宜采用改性沥青对重交通和特重交通道路，表面层宜采用改性沥青u 沥青面层厚度设计时，要做沥青层层底拉应力计算和验算沥青面层厚度设计时，要做沥青层层底拉应力计算和验算第三节 沥青路面结构组合设计3.3 3.3 沥青层面层要求沥青层面层要求最小厚度要求最小厚度要求节省造价但要满足压实效果节省造价但要满足压实效果 第三节 沥青路面结构组合设计3.4 3.4 沥青路面基层要求沥青路面基层要求u 基层是承上启下保证路面结构耐久、稳定的承重结构层基层是承上启下保证路面结构耐久、稳定的承重结构层u 要求基层强度合适、稳定、耐久要求基层强度合适、稳定、耐久u 教材中教材中“级配碎石适合于轻、中交通的沥青路面基层级配碎石适合于轻、中交通的沥青路面基层”，值得商榷，值得商榷u 半刚性基层半刚性基层主要缺点主要缺点：本身收缩，引起沥青面层反射裂缝：本身收缩，引起沥青面层反射裂缝u 基层可分为上基层、基层可分为上基层、下基层（或叫底基层）下基层（或叫底基层）u 各种基层可以组合使用各种基层可以组合使用u 路面厚度设计时，应对路面厚度设计时，应对 基层逐层进行基层逐层进行验算验算 第三节 沥青路面结构组合设计3.5 3.5 沥青路面垫层要求沥青路面垫层要求u 基层之下。用于路基状况不良的路段，确保路面结构不受路基中滞留的基层之下。用于路基状况不良的路段，确保路面结构不受路基中滞留的自由水自由水的浸蚀，以及的浸蚀，以及冻融冻融的危害。的危害。u 路基处于以下情况时，需专门设置垫层：路基处于以下情况时，需专门设置垫层：地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态 排水布朗的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段排水布朗的土质路堑，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，可能产生冻胀需设置防冻垫层的季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀需设置防冻垫层的路段路段 基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段第三节 沥青路面结构组合设计3.5 3.5 沥青路面垫层要求沥青路面垫层要求u 垫层的种类：垫层的种类：防水垫层防水垫层：粗砂、沙砾、矿渣等粗粒材料，不得含粉土、黏土。在防：粗砂、沙砾、矿渣等粗粒材料，不得含粉土、黏土。在防水垫层以下应铺设水垫层以下应铺设不透水层不透水层（如黏土层或土工织物反滤层）（如黏土层或土工织物反滤层）排水垫层排水垫层：防污垫层防污垫层：土工合成材料与粒料，分多层间隔铺筑，它可以设置在排：土工合成材料与粒料，分多层间隔铺筑，它可以设置在排水垫层或者防水垫层以下水垫层或者防水垫层以下 防冻垫层防冻垫层：煤渣、矿渣、石灰煤渣稳定粒料等隔温性能好导热系数低：煤渣、矿渣、石灰煤渣稳定粒料等隔温性能好导热系数低的材料的材料 u 当路基类型为中湿或者潮湿时，路面有当路基类型为中湿或者潮湿时，路面有最小防冻厚度最小防冻厚度要求要求第四节 我国沥青路面设计方法4.1 4.1 设计指标和标准设计指标和标准 （1 1）沥青路面的破坏）沥青路面的破坏u疲劳疲劳u开裂开裂u车辙车辙u推挤推挤（2 2）路面破坏与设计指标）路面破坏与设计指标u控制疲劳的指标：应变、应力、弯沉控制疲劳的指标：应变、应力、弯沉(我国我国)u控制开裂的指标：应变、应力控制开裂的指标：应变、应力u控制车辙的指标：控制车辙的指标：RDRD，土基顶面压应变，土基顶面压应变u控制推挤的指标：剪切应力或剪切应变控制推挤的指标：剪切应力或剪切应变第四节 沥青路面的设计指标与标准4.2 4.2 主要的设计指标与要求主要的设计指标与要求 路基表面的垂直压应变或垂直压应力路基表面的垂直压应变或垂直压应力u 反映路基在重复荷载作用下的永久变形，主要原因是路面结构土基承反映路基在重复荷载作用下的永久变形，主要原因是路面结构土基承载能力低引起土基的较大垂直塑性变形。载能力低引起土基的较大垂直塑性变形。u 要求：要求：z0z0 z0z0 或或 z0z0 z0z0 结构残余变形的累积（车辙）：结构残余变形的累积（车辙）：u 要求：要求：RDRDrere RD RDrere 第四节 沥青路面的设计指标与标准 结构疲劳开裂（整体性材料结构层的疲劳开裂）：结构疲劳开裂（整体性材料结构层的疲劳开裂）：u 要求：要求：r r R R 或或 r r R R 面层抗剪切推移：面层抗剪切推移：u 要求：要求：maxmax R R （应使用高温时的弹模）（应使用高温时的弹模）结构低温缩裂：结构低温缩裂：u 要求：要求：r tr t t R t R （应使用低温时的弹模）（应使用低温时的弹模）路面弯沉：路面弯沉：u 要求：要求：l lr r l lR R 4.2 4.2 主要的设计指标与要求主要的设计指标与要求第四节 沥青路面的设计指标与标准4.3 4.3 我国沥青路面的设计指标与要求我国沥青路面的设计指标与要求u 我国公路沥青路面设计采用我国公路沥青路面设计采用双圆双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以设计系理论，以设计弯沉值弯沉值为路面整体刚度的设计指标。对沥青混凝土面层和为路面整体刚度的设计指标。对沥青混凝土面层和整体性材料的基层、底基层应进行整体性材料的基层、底基层应进行层底拉应力层底拉应力的的验算验算；u 城市道路尚须进行沥青面层的城市道路尚须进行沥青面层的剪应力剪应力验算；验算；u 设计指标及验算指标必须小于其极限标准。设计指标及验算指标必须小于其极限标准。第四节 沥青路面的设计指标与标准u 回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能恢回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能恢复的那一部分变形。复的那一部分变形。u 残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那一部分变形。一部分变形。u 总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形u 容许弯沉：路面设计使用期末不利季节容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮隙中间标准轴载作用下双轮轮隙中间容许出现的最大（代表？）回弹弯沉值。容许出现的最大（代表？）回弹弯沉值。u 设计弯沉：是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下设计弯沉：是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准标准轴载双轮轮隙中间的最大（代表？）回弹弯沉值。轴载双轮轮隙中间的最大（代表？）回弹弯沉值。弯沉的定义：路面结构在设计弯沉的定义：路面结构在设计标准轴载标准轴载作用下，作用下，垂直方向垂直方向的的位移位移。它是表征路面结构它是表征路面结构总体刚度总体刚度的指标。的指标。（1 1）弯沉）弯沉第四节 沥青路面的设计指标与标准u 以弯沉作为设计指标的原因以弯沉作为设计指标的原因 路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形之和，反映了路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形之和，反映了路面整体刚度的强弱。当路面在车辆荷载反复作用下不断地弯曲使变形积路面整体刚度的强弱。当路面在车辆荷载反复作用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程度时，路面结构即产生疲劳开裂，从而可在一定程度上累、增大到某种程度时，路面结构即产生疲劳开裂，从而可在一定程度上建立起路面损坏与弯沉、弯沉与轴载作用次数间的关系。建立起路面损坏与弯沉、弯沉与轴载作用次数间的关系。路表弯沉值可以简单地量测，操作简便；压应变、拉应变指标测试路表弯沉值可以简单地量测，操作简便；压应变、拉应变指标测试较困难。较困难。弯沉指标既可作为设计指标，又可以作为质量检验、路面养护的弯沉指标既可作为设计指标，又可以作为质量检验、路面养护的评价手段。评价手段。第四节 沥青路面的设计指标与标准 贝克曼法：传统检测方法，速度慢，静态测试，试验方法成熟，目前贝克曼法：传统检测方法，速度慢，静态测试，试验方法成熟，目前为规范规定的标准方法。为规范规定的标准方法。自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。落锤弯沉仪法（落锤弯沉仪法（FWDFWD）：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定）：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉，属于动态弯沉，并能弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹模量反算路面的回弹模量，快速连续测定，使用时应用，快速连续测定，使用时应用贝克曼进行标定换算。贝克曼进行标定换算。FWDu弯沉的测量弯沉的测量第四节 沥青路面的设计指标与标准u 设计弯沉值设计弯沉值 设计设计弯沉弯沉值值（0.01mm0.01mm）；）；设计设计年限内一个年限内一个车车道累道累计计当量当量轴轴次；次；公路等公路等级级系数，高速、一系数，高速、一级级公路公路为为1.01.0，二级公路为二级公路为1.11.1，三、四级公路为，三、四级公路为1.21.2；面面层类层类型系数，型系数，沥沥青混凝土面青混凝土面层为层为1.01.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为沥青表面处治为1.11.1。基基层类层类型系数，半型系数，半刚刚性基性基层层取取1.01.0，柔性基，柔性基层层取取1.61.6 设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测得的最大得的最大(代表代表)回弹弯沉值。可根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴回弹弯沉值。可根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴次、次、公路等级、公路等级、面层和基层类型确定的路面弯沉设计值。面层和基层类型确定的路面弯沉设计值。第四节 沥青路面的设计指标与标准(2)(2)容许弯拉应力容许弯拉应力 对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指1515时的极限劈裂强度；对水泥时的极限劈裂强度；对水泥稳定类材料龄期为稳定类材料龄期为90d90d的极限劈裂强度的极限劈裂强度(MPa)(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为材料系指龄期为180d180d的极限劈裂强度的极限劈裂强度(MPa)(MPa)，水泥粉煤灰稳定类，水泥粉煤灰稳定类120d120d的极限的极限劈裂强度劈裂强度(MPa)(MPa)。无机结合料稳定集料类：无机结合料稳定集料类：沥青混凝土层的抗拉强度结构系数沥青混凝土层的抗拉强度结构系数：无机结合料稳定细粒土类：无机结合料稳定细粒土类：路面结构层材料的容许拉应力路面结构层材料的容许拉应力(MPa);(MPa);沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度(MPa)(MPa)；抗拉强度结构系数。抗拉强度结构系数。第四节 沥青路面的设计指标与标准4.4 4.4 路面结构厚度设计方程式路面结构厚度设计方程式u 路面结构组合设计的各项工作之后，即结构层材料选型、层位确定、路面结构组合设计的各项工作之后，即结构层材料选型、层位确定、结构层厚度结构层厚度初步选定初步选定之后，要进行路面厚度之后，要进行路面厚度设计设计和和验算验算u 目的：考察拟定的路面结构在经受设计使用期当量标准轴载的反复作目的：考察拟定的路面结构在经受设计使用期当量标准轴载的反复作用之后，是否能满足两项设计指标的要求，即用之后，是否能满足两项设计指标的要求，即u 必须必须同时满足以上同时满足以上2 2式，否则，需要重新调整结构层的材料、层位与厚式，否则，需要重新调整结构层的材料、层位与厚度等，直至二者都满足要求度等，直至二者都满足要求 第四节 沥青路面的设计指标与标准4.4 4.4 路面结构厚度设计方程式路面结构厚度设计方程式弯沉修正系数弯沉修正系数弯沉修正系数弯沉修正系数 弹性层状理论是在一定假设条件下（半无限空间体、材料各向同性、均质体弹性层状理论是在一定假设条件下（半无限空间体、材料各向同性、均质体且不计自重）经过复杂的力学、数学推演的理论体系，假设条件与路面实际不完且不计自重）经过复杂的力学、数学推演的理论体系，假设条件与路面实际不完全相符合，这是导致理论与实际不一致的原因。因此引入全相符合，这是导致理论与实际不一致的原因。因此引入弯沉修正系数弯沉修正系数F F，将理将理论弯沉值进行修正，使计算弯沉与实测弯沉值趋于接近。论弯沉值进行修正，使计算弯沉与实测弯沉值趋于接近。第四节 沥青路面的设计指标与标准4.4 4.4 路面结构厚度设计方程式路面结构厚度设计方程式理论最大拉应力系数理论最大拉应力系数 ：实际设计时，该值通过程序计算得到。实际设计时，该值通过程序计算得到。第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（1 1）需要得到的设计参数：）需要得到的设计参数：u 其中：其中：是标准轴载累计作用次数；是标准轴载累计作用次数；是土基的回弹模量和泊松比；是土基的回弹模量和泊松比；u 其它参数为土基以上结构层材料的模量和泊松比，其泊松比一般可取为其它参数为土基以上结构层材料的模量和泊松比，其泊松比一般可取为0.250.250.350.35（强度高时取小值），弹性模量可取规范推荐值或试验确定。（强度高时取小值），弹性模量可取规范推荐值或试验确定。u 规范要求：规范要求：第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（2 2）路基回弹模量）路基回弹模量u 基本要求基本要求第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（2 2）路基回弹模量）路基回弹模量u 土基模量室内实验土基模量室内实验第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（2 2）路基回弹模量）路基回弹模量u 土基模量室内实验土基模量室内实验第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（2 2）路基回弹模量）路基回弹模量u 土基模量现场测试土基模量现场测试 承载板测试法：承载板测试法：在不利季节，在不利季节，采用直径采用直径30cm30cm的刚性承载板，在现场土基表面，的刚性承载板，在现场土基表面，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，参见值，参见公路路基路面现场测试规程公路路基路面现场测试规程：回弹弯沉测试：回弹弯沉测试：落锤式弯沉仪：落锤式弯沉仪：各参数含义见教材各参数含义见教材P393P393394394第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法u 土基回弹模量的取值方法土基回弹模量的取值方法 查表法查表法：（自己看书熟悉）（自己看书熟悉）u确定临界高度（根据自然区划、土质）；确定临界高度（根据自然区划、土质）；u 拟定土的平均稠度（根据路基设计高度与临界高度的关系，确定路拟定土的平均稠度（根据路基设计高度与临界高度的关系，确定路基顶面以下基顶面以下80cm80cm范围内不同深度的含水量，计算平均稠度；范围内不同深度的含水量，计算平均稠度；u 预测土基回弹模量（根据平均稠度、土质、自然区划查表）预测土基回弹模量（根据平均稠度、土质、自然区划查表）室内试验法：室内试验法：根据室内小承载板测得回弹模量，乘以折减系数。根据室内小承载板测得回弹模量，乘以折减系数。换算法：换算法：通过回归分析，确定特定地区、土质的通过回归分析，确定特定地区、土质的CBRCBR等现场试验数据与回弹模量的等现场试验数据与回弹模量的关系；关系；现场测试法现场测试法第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（3 3）结构层的回弹模量）结构层的回弹模量u 以路表弯沉值为设计指标时，设计参数采用抗压回弹模量。对于沥青混以路表弯沉值为设计指标时，设计参数采用抗压回弹模量。对于沥青混凝土试验温度为凝土试验温度为2020；以弯拉应力（应变）为设计指标时，拟验算的结；以弯拉应力（应变）为设计指标时，拟验算的结构层采用弯拉回弹模量（对于沥青混凝土试验温度为构层采用弯拉回弹模量（对于沥青混凝土试验温度为1515），其它结构，其它结构层采用抗压回弹模量。层采用抗压回弹模量。u考虑到模量取值的不利组合，回弹模量的设计值取值：考虑到模量取值的不利组合，回弹模量的设计值取值：2 2）计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采用式（计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采用式（1 1）计算其设计）计算其设计值；计算层及以上各层模量应采用式（值；计算层及以上各层模量应采用式（2 2）计算其设计值：）计算其设计值：1 1）计算路表弯沉值时，抗压回弹模量应按下式计算其设计值：）计算路表弯沉值时，抗压回弹模量应按下式计算其设计值：第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（4 4）沥青层的参数取值）沥青层的参数取值第四节 沥青路面的设计指标与标准4.5 4.5 路面结构厚度设计的参数及其取值方法路面结构厚度设计的参数及其取值方法（5 5）基层底基层的参数取值）基层底基层的参数取值第五节 新建路面的厚度设计5.1 5.1 概述概述（1 1）需要的已知条件）需要的已知条件 u 交通量已知；交通量已知；u 各层材料模量、泊松比、抗拉应力（强度）已知；各层材料模量、泊松比、抗拉应力（强度）已知；u 除待设计层外各层厚度已知，除待设计层外各层厚度已知，（2 2）求什么？）求什么？u 某一某一设计层的厚度设计层的厚度5.2 5.2 设计步骤设计步骤第五节 新建路面的厚度设计5.3 5.3 设计流程设计流程第六节 我国沥青路面设计实例 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均增长率为10%10%。该路段处于。该路段处于IVIV7 7区，为粉质土，稠度为区，为粉质土，稠度为1.01.0，沿途有大量碎石集，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表所示，试进行路面料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如表所示，试进行路面设计。设计。（1 1）已知条件）已知条件第六节 我国沥青路面设计实例 （2 2）交通分析）交通分析 1 1）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）注：轴载小于注：轴载小于25KN的轴载作用可以不计。的轴载作用可以不计。第六节 我国沥青路面设计实例 2 2）轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时）轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时）（2 2）交通分析）交通分析 注：轴载小于注：轴载小于50KN的轴载作用可以不计。的轴载作用可以不计。第六节 我国沥青路面设计实例 （3 3）累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）u 作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时N Ne1e1=1.09*10=1.09*107 7u 作半刚性基层层底弯拉应力验算时作半刚性基层层底弯拉应力验算时N Ne2e2=9.9*10=9.9*106 6计算公式见教材公式（计算公式见教材公式（14-614-6），），P379P379第六节 我国沥青路面设计实例 （4 4）初拟结构组合和材料选取）初拟结构组合和材料选取 u 设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为九百万次左右。根据规范推荐设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为九百万次左右。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，路面结构面层采用沥结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土青混凝土(18cm)(18cm)，基层采用水泥稳定碎石（厚度取，基层采用水泥稳定碎石（厚度取20cm20cm），底基层采用石），底基层采用石灰土（灰土（厚度待定厚度待定）。）。u 采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度厚度4cm)4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度厚度6cm)6cm)，下面层采用粗粒式密级配，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土沥青混凝土(厚度厚度8cm)8cm)。第六节 我国沥青路面设计实例 （5 5）各层材料的抗压模量与劈裂强度）各层材料的抗压模量与劈裂强度 u 查表查表得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取抗压回弹模量取2020的模量的模量，得到得到2020的抗压回弹模量：细粒式密级配沥青混凝土为的抗压回弹模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa1400MPa，中粒式密级，中粒式密级配沥青混凝土为配沥青混凝土为1200MPa1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa1000MPa，水泥碎石为，水泥碎石为1500MPa1500MPa，石灰土，石灰土550MPa550MPa。u 弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取1515的值，分别为的值，分别为2000MPa2000MPa、1800MPa1800MPa、1200MPa1200MPa、3550MPa3550MPa、1480MPa1480MPa。u 各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa1.4MPa，中粒式密级配沥，中粒式密级配沥青混凝土为青混凝土为1.0MPa1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa0.8MPa，水泥碎石为，水泥碎石为0.5MPa0.5MPa，石灰土，石灰土0.225MPa0.225MPa。第六节 我国沥青路面设计实例 （6 6）土基回弹模量的确定）土基回弹模量的确定 该路段处于该路段处于IVIV7 7区，为粉质土，稠度为区，为粉质土，稠度为1.01.0，查表，查表“二级自然区划各土组土二级自然区划各土组土基回弹模量参考值基回弹模量参考值(MPa)”(MPa)”得土基回弹模量为得土基回弹模量为40 MPa40 MPa。（表。（表14-1114-11续表，续表，P396P396）u 本公路为一级公路，公路等级系数取本公路为一级公路，公路等级系数取1.01.0，面层是沥青混凝土，面层类型系，面层是沥青混凝土，面层类型系数取数取1.01.0，半刚性基层，底基层总厚度大于，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm20cm，基层类型系数取，基层类型系数取1.01.0。u 设计弯沉值为设计弯沉值为 (公式公式14-2114-21，教材，教材P390)P390)L Ld d=0.6*A=0.6*AC C*A*AS S*A*AB B*Ne-*Ne-0.2 0.2=0.0235cm=0.0235cm（7 7）设计指标的确定）设计指标的确定-设计弯沉值设计弯沉值第六节 我国沥青路面设计实例 （8 8）设计指标的确定）设计指标的确定-容许拉应力容许拉应力 u 细粒式密级配沥青混凝土；细粒式密级配沥青混凝土；R R=spsp/（0.09*N0.09*Ne1e10.220.22/A/AC C）=0=0.44.440202 Mpa Mpau 中粒式密级配沥青混凝土；中粒式密级配沥青混凝土；R R=spsp/（0.09*N0.09*Ne1e10.220.22/A/AC C）=0=0.3.3144144 Mpa Mpau 粗粒式密级配沥青混凝土；粗粒式密级配沥青混凝土；R R=spsp/（0.09*N0.09*Ne1e10.220.22/A/AC C）=0=0.25.251515 Mpa Mpau 水泥碎石：水泥碎石：R R=spsp/（0.35*N0.35*Ne2e20.110.11/A/AC C）=0=0.24292429MpaMpau 石灰土：石灰土：R R=spsp/（0.35*N0.35*Ne2e20.110.11/A/AC C）=0=0.08500850 Mpa Mpa第六节 我国沥青路面设计实例 （9 9）设计资料汇总）设计资料汇总 设计弯沉值为设计弯沉值为23.523.5（0.01mm0.01mm）u 通过程序设计计算得到，石灰土的厚度为通过程序设计计算得到，石灰土的厚度为40.29cm40.29cm，实际路面结构的路表实，实际路面结构的路表实测弯沉值为测弯沉值为23.5(0.01mm)23.5(0.01mm)，沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最，沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为大拉应力为0.2429MPa0.2429MPa，石灰土层底最大拉应力为，石灰土层底最大拉应力为0.085MPa0.085MPa。u 上述设计结果满足指标要求，底基层厚度上述设计结