2022年路面力学和结构设计论文.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 沥青混凝土路面因其具有外表平整、无接缝、行车舒服、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、易修补、易改造等特点,在国内、外大路建设中正得到广泛运用和迅猛进展；我国的高速大路, 90%以上是沥青路面；但是 社会和经济的高速进展 , 交通的进展也越来越快速 , 相伴而来的重载、 超载、大交通量等现象越来越普遍 , 致使沥青路面超负荷运行 , 从而使得沥青路面普遍在设计年限的早期便显现车辙、裂缝、坑槽等破坏 ,外表功能大幅度衰减 , 沥青路面普遍达不到设计寿命,有些大路甚至使用不到两三年就不得不进行大面积翻修；但从已建沥青路面的使用情形上来看,这其中的缘由是

2、多方面的；诚然沥青路面显现的早期破坏 , 有设计、施工、治理等多方面缘由；但是我们也 要分析一下 沥青路面的力学性质,从中找出沥青路面破坏的本质所在；沥青路面属于多层体系, 因此在讨论沥青路面设计方法时, 较为抱负的力学模型当是层状体系理论；它较弹性半空间理论更能反映沥青路面的实际工作状 况；就设计而言 , 我国现行的沥青路面设计标准是以层状弹性体系为基础；层状弹性体系假定沥青路面各结构层之间的接触面完全连续；但是路面钻芯取样发觉 ,沥青混凝土层之间的粘结作用较弱 , 比较简单分开；这样沥青路面的设计理论工作状态与实际工作状态不相符合；沥青路面在这种工作状态下 , 其力学响应就会与原先的设计有

3、所不同 , 从而直接影响到路面的力学响应；因此有必要讨论沥青路面在层间接触不完全连续的情形下沥青路面的力学性能 , 并与现行沥青路面设计标准进行比较； 在我国,现行沥青路面设计标准所采纳的路面设计和掌握指标也基本上只是反映路面整体强度的路表弯沉以及层底拉应力,而近年来交通运输日益繁重,特殊是超载运输的盛行, 造成了大量的早期破坏现象,并且这种路面的早期破坏通常发生于或起源于路面面层内的微小损害,此时的路面整体强度依旧很高,光从路表弯沉是反映不出来的；随着交通运输业的进展,交通荷载作用造成的沥青路面自上而下裂缝也作为一种新型的早期破坏问题显现在了我国道路工作者的面前,而我国关于路面结构裂缝的讨论

4、大多也是陷于各种路面结构层次, 认为结构疲惫破坏是由于层底的疲惫康力不足,采纳的一般是传统的疲惫理论,对自上而下的疲惫开裂问题的讨论涉及不多,尚未形成一样的熟悉；一路面结构的破坏模式沥青路面状况和使用品质由于环境的干、湿、冷、热的交替循环和行车荷载的反复作用而逐步变坏, 或完全丢失工作才能；为了保证路面结构性能在规定的使用年限内不恶化到某一程度； 需要分析路面破坏的模式和产生的缘由,面设计；并依此制定出相应的设计指标来掌握路沥青路面在使用期开裂是世界各国普遍存在的问题,且不管其基层是柔性的仍是半刚性的；路面裂缝的危害在于从裂缝中不断进入水分,使基层甚至路基软化,导致路面承载力下降,产生唧浆、台

5、阶、网裂等病害,从而加速路面破坏；沥青路面破坏形状各异,破坏的缘由是错综复杂的, 依据损坏现象的成因及对路面使用性能的影响,路面的破坏可分为以下几种主要模式；1.沉陷沉陷是路面在车轮荷载作用下,其外表产生的较大凹陷变形,有时凹陷两侧伴有隆起现象如图 2-7-1 所示；当沉陷严峻超过了结构的变形才能,在结构层受拉区产生开裂而形成纵裂, 并有可能逐步进展成网裂；引起沉陷的主要缘由是路基水文条件差而过于湿软,承载力显著降低,在车轮荷载作用下显现沉陷并导致路面的开裂、变形和破坏；车辙是路面结构层及土基在行车荷载重复作用下,以及结构层中材料的侧向位移产生累名师归纳总结 计永久变形；这种变形显现在行车带处

6、,特殊在渠化交通的情形下就形成路面的纵向带第 1 页,共 7 页状凹陷； 车辙是高级沥青路面的主要破坏形式；由于这种路面的使用寿命较长,即使每一次- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 行车荷载作用下产生残余变形量很小,而多次重复作用累积起来的残余变形总和也将会很大,足以影响车辆的正常行驶；路面的车辙与荷载应力大小,重复作用次数以及结构层和土基的性质有关；3疲惫开裂开裂是沥青路面常见的破坏类型；开裂的种类和缘由有几种,这里所说的开裂是路表无显著永久变形而显现的裂缝现象；疲惫开裂的特点是第一显现较短的纵向开裂,继而逐步发展为网状开裂,开裂面积不断扩大；发生疲惫

7、开裂的主要缘由是：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 逐步扩展延长到外表；4推移或拉应变 超过材料的疲惫强度,底面便发生开裂,并推移是沥青路面材料沿行车方向发生剪切或拉裂破坏面显现推挤或拥起现象；如图 2-7-2 所示造成椎移的主要缘由是：当沥青路面受到较大的水平荷载作用时 在车辆常常启动、制动的路段及弯道、坡度变化处等,车辆荷载引起的竖向力和水平力的综合作用使结构层内的切应力或拉应力超过材料的抗剪或抗拉强度；5、低温缩裂路面中的一些整体性结构层在低温时候负温度 由于材料收缩受到限制而产生的较 大拉应力,当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生横

8、向间隔性的间距为 58m裂 纹,严峻时进展为纵向裂缝 由于路面的纵向约束远大于横向约束；在冰凉地区,沥青面层及用水硬性材料稳固的整体性基层； 冬季可能显现这种裂缝；低温裂缝的产生与荷载无关；路面材料的干缩裂缝或半刚性基层上沥青面层的反射裂缝,均为横向裂缝, 另外路基不匀称沉陷、冻胀也会产生横裂和纵裂；模型和纵裂进一步进展会扩展成网裂；沥青路面开裂的缘由许多,主要由：沥青路面开裂裂缝分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两大类；其一,荷载型裂缝主要由于交通荷载作用产生的疲惫裂缝,故又称为路面荷载疲惫开裂,即在交通荷载的循环作用下,路面结构产生随机、不规章的压力与应变,使沥青砼面层和其下的结构基层内部产生微

9、小裂纹,随着交通荷载的连续作用,裂纹不断进展, 使沥青砼面层显现疲惫裂缝；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其二, 非荷载型裂缝主要受温度、湿度的影响,造成路面结构收缩开裂；长段的路面结构因温度、 湿度发生变化而收缩,一旦面层与下层外表间的摩擦约束力在面层内引起的拉伸应力超过其抗拉强度,就会引起面层的收缩开裂,特殊对采纳水泥稳固层结构后和水泥砼板结构层上加铺的沥青砼更为普遍；此外,路基上的变形或局部承载力下降也可引起路面的开裂；由于半刚性基层和水泥砼路面板内已形成的裂缝和接缝,在这些部位上的沥青层更易产生裂缝；目前,

10、 我国半刚性基层沥青路面中基本上采纳水泥、粉煤灰、 石灰等胶结料处治稳固碎砾石等基层材料；这类材料形成的路面结构层可能因结合料的凝固变形或干缩,或者因季节、 昼夜温度变化造成收缩,在其内部产生收缩裂缝；由于交通荷载、 温度循环变化作用,会使得半刚性基层或水泥混凝土路面中原有裂缝 接缝 边缘易于移动变形,这种移动将引起与裂缝对应位置的沥青混凝土加铺层底部产生应力集中,进而产生所谓的反射裂缝现象；半刚性基层收缩裂缝或旧水泥混凝土路面原有接缝 裂缝 在各种荷载应力作用下,在沥青面层或加铺层中的进展,通常经受三个阶段 :起裂阶段,裂缝由结构内部己存在的缺陷引起；稳固扩展阶段,从交通荷载或温度荷载引起的

11、应力集中点开头向上进展并贯穿整个层厚；断裂阶段, 在路表显现裂缝； 由于人们修建大路的目的是供应应各类车辆一个行驶平整舒服、安全快速畅通的交通途径,因此,为了保证路面在使用年限内具有良好的使用功能和结构功能,人们关注路面在承担主要荷载即交通车辆荷载下的疲惫性能,依据沥青类路面设计年限进行结构疲惫设计,防止其产生疲劳开裂破坏问题；当沥青路面的技术状况下降到肯定程度,仅依靠小修小补或进行外表处治已不能满足要求,必需进行改建或重建,以此来提高路面的使用功能,但是重建往往是成本最高的修理方法；因此,在改建过程中如能充分利用起原路面的旧沥青面层和基层材料,就可大大降低整个道路的修理费用；因此, 不断提高

12、沥青路面的设计、施工和修理治理水平并防止和掌握路面的早期破坏,义；对于促进我国大路交通基础设施的健康进展具有特殊重要的意第 9-5 节 沥青路面结构设计一、结构设计的一般原就沥青路面的设计工作包括结构设计与厚度运算两大部分 图 2-7-6；厚度运算必需建立在合理的路面结构设计的基础上,路面结构设计的质量直接关系到路面设计工作的成败；路面结构设计包括各分层结构设计和结构层组合设计；在沥青路面结构设计工作中,应当遵循下述的技术经济原就：1因地制宜,合理选材路面各结构层所用的材料,特殊是用量大的基、 垫层材料, 应充分利用当地的自然材料、加工材料或工业副产品,以削减运输费用和降低工程造价；同时仍要留

13、意吸取和应用当地路面设计在挑选材料方面的胜利体会；2便利施工,利于养护挑选各结构层时仍应考虑机具设备和施工条件,在可能的条件下, 应尽量采纳机械化施工、考虑建成通车后的养护问题；特殊是对于高等级大路来说,要求平常养护工作量越少越好,以免影响大交通量的通行；3分期修建,逐步提高名师归纳总结 交通量是确定路面等级和路面类型的最主要的因素之一,而交通量是随时间而逐步增长第 3 页,共 7 页的；当资金不足时,一般应按近期使用要求进行路面设计高速大路和一级大路除外,先以满意近期需要为主； 以后随着交通量的增长,车型的加重和投资的增多,逐步提高路面等级,- - - - - - -精选学习资料 - - -

14、 - - - - - - 增加路面厚度； 但在建造时必需留意使前期工程能为后期工程奠定基础,即能为后期工程所充分利用；4整体考虑,综合设计在路面结构设计时,对土基、垫层、底基层、基层和面层都应看做是一个有机的整体；依据土基稳固、 基层坚实、 面层耐久的要求, 充分发挥各结构层的作用,合理选用路面材料,确定适当的结构层厚度,使路面设计既能在整体上满意强度和稳固性的要求,又能做到经济、合理和耐久；5考虑气候因素和水温状况的影响路面结构设计要保证在自然因素和车轮荷载反复作用下,路面整体结构具有足够的水稳性、干稳固性、 冰冻稳固性和高温稳固性,应猜测并要重视当地气候和水温状况可能对路面造成的不利影响；

15、二、沥青路面各结构层的挑选1路面等级和面层类型的挑选名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 路面等级和面层类型应与大路等级和交通量相适应；确定路面等级和面层类型应以政治、经济、国防、旅行以及经济进展的需要和设计交通量为主要依据；此外,仍应考虑使用需要、材料供应、施工机械设备、地区特点、施工养护工作条件等多方面的因素；详细确定时仍可参考表2-4-7；各类沥青路面的路用特点见大路沥青路面设计标准表3o2；路面面层因直接承担行车和自然因素的反复作用,要求强度高 抗拉和抗剪切 、耐磨耗、抗滑、热稳性好和不透水, 因而通常选用粘结力

16、较强的结合料和强度高的集科作为面层材料；交通量越大,大路等级越高,就路面等级也应当越高,厚度也越大,相应的面层层次一般也 越多；在挑选面层类型时, 特殊应考虑当地的气候特点如在气候干旱地区,不宜采纳砂砾路面,以免产生严峻的搓板现象；在多雨地区, 要特殊重视路面结构层的水稳性和面层透水性问题；对沥青路面, 仍要考虑冰冷地区的低温抗裂性和高温地区的热稳性问题,同时仍要考虑抗滑 性能等问题；2基层类型的挑选基层是主要的承重层,应具有足够的强度、刚度和水稳固性； 目前常用的基层类型有沥青、水泥及工业废渣稳固类、碎砾石嵌锁类和土、石级配类二种；每类型都有各自的特点,沥青、水泥和二灰稳固类适用于交通量繁重

17、的大路,其他类型可适用于般交通道路；在挑选基层类型时,第一要考虑充分利用当地材料这一原就；即使当地某些材料不能直接使用,也要从施工工艺、材料组成等方面采纳适当措施加以改良,使之得到合理应用；假如所需基层厚度较大时,为了降低造价,可增设底基层,用成本较低、来源较广,性能稍差的当地材料 如砂、砾等 铺筑底基层；应重视沥青类路面的基层水稳性问题,以土作为结合料的基层,水稳固性较差 故在潮湿和中湿路段上,应选用碎石片石、块石、工业废渣、不含土的自然砂砾、石灰土、二灰土及水泥稳固砂砾等水稳性好的基层；对于泥结碎砾石和级配碎 砾石属于水稳固性差的基层,仅限用于干燥路段,不得用于中、潮湿路段,否就将会引起基

18、层含水量增大而导致沥青路面的严峻破坏；三、沥青路面结构组合设计在路面等级、面层类型、基层类型都选定之后,就应考虑各结构层如何支配的问题；要 使整个路面结构既能承担行车荷载和自然因素的作用,又能最大限度地发挥各结构层的效 能,这是路面结构组合要解决的问题；路面结构层的组合设计,就是按行车和环境因素对不同层位的要求,结合各类结构层本身的性能, 进行合理的支配；不同的结构组合会产生不同的结果,构,其使用成效不肯定好；层次多、 厚度大的路面结路基路面是一个整体结构,各结构层有各自的特性和作用,并相互制约和影响,结构组合不合理, 所用材料再好,厚度再大也无济于事；循以下原就：1依据各结构层功能组合依据实

19、践体会和理论分析,结构组合应遵遵循路面耐久、基层坚实、土基稳固的原就、结合各结构层功能正确合理的挑选面层、基层和垫层是组合设计的前提条件；就面层来讲, 不仅要考虑高强、耐磨、热稳性好和不透水等性能, 仍应考虑设几层较为合适；假如交通量繁重的道路,应加设联结层作为面层下层,以抗击水平力在面层底产生的切应力；采纳间隙大的沥青混合料或沥青贯入式碎石做面层时,应在面上加设沥青砂或沥青外表处治做封层；基层要有足够的抗压强度,肯定的刚度和水稳固性；交通繁重时,单层应挑选沥青或水泥 或二灰 稳固类材料并采纳双层式基层,即加设底基层；假如土基水温状况不良时,应设石灰土及自然砂砾等垫层；名师归纳总结 - - -

20、 - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 要使路面有足够的整体强度仍应保证路基的强度和稳固性；否就, 单靠加强或增厚面层或基层, 并不能收到良好的成效,同时也不经济合理；稳固路基的一般措施,最经济最易办到的方法是,加强路基排水和使路基到达要求的压实度；2强度组合轮载作用于路面外表,其竖向应力和应变随深度而递减,因而对各层材料的强度 模量 的要求,也可随深度而相应减小,见图2-7-7；因此,路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合； 这样既能充分发挥各结构层材料的效能,又能充分利用当地材料充当底基层和基层,以降低造价；采纳强度模量 按深度递减的规律

21、组合路面时,仍应留意各相邻结构层之间的模量不能相差过大；上下两层模量相差过大时,上层底面将会因下层变形过大而产生较大的拉应变,导致上层被拉裂；因此,标准要求基层同面层之间的模量比不应小于 0.35土基与基层的模量比应在 0.080.40 的范畴内；不满意上述要求的应更换材料或增加结构层次；当然, 在实际使用中, 也有模量上小下大的倒装结构,如在模量较高的半刚性基层与沥青混凝土面层之间设置碎石过渡层等；这种结构可依据详细情形使用；层间结合应尽量紧密,防止产生层间滑移,以保证结构的整体性和应力分布的连续性；例如, 为了保证沥青面层与基层的紧密结合,除了依据施工标准的有关规定,实行施工技术措施外,

22、在设计高速大路和一级大路的沥青路面时,沥青材料组成的联结层；4考虑自然水温条件的不利影响在沥青面层与半刚性基层之间应设置由在潮湿或某些中湿路段上修筑沥青路面时,由于在中湿和潮湿路基中的水分以液态或气态形式上升至基层,被不透水的沥青面层所隔离,不能蒸发而积聚在邻近面层的基层内；除此之外地面水的渗透和地下水的毛细水上升同样在基层内产生水分积聚；假如基层材料仅以土为结合料 如泥结碎石、级配砾石,水稳性差,就会因湿度过大时变软、强度和刚度急剧下降而导致路面开裂破坏,因此, 沥青路面的基层应选用水稳固性好的材料,特殊是在中湿和潮湿路段更应如此；潮湿路段, 为了改善路基的温度和湿度状况,防止冻胀和翻浆的显

23、现,保证路面良好的使用品质,仍必需设置垫层；垫层一般采纳自然砂砾、粗砂、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰,煤渣稳固粗粒土,石灰粉煤灰稳固粗粒土等；垫层厚度一般为1525cm 左右；在季节性冰冻区有冻胀可能的中湿、潮湿路段, 为丁防止产生导致路面开裂的不匀称冻胀,路面总厚度不应小于大路沥青路面设计标准中表 5 25 的规定,道路冻深应按条款 5.2.4的运算公式执行,如按强度运算的路面总厚度小于表列厚度规定时,应加厚垫层补足；5适当的层数和厚度名师归纳总结 沥青路面通常为多层结构,为了便于施工, 路面结构层的层数不宜过多；依据材料的最第 6 页,共 7 页大粒径并考虑有利于结构层应力分布,有利于压

24、实成稳固的结构层次等因素以及结合施工经- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 验；大路沥青路面设计标准提出了各类结构层最小厚度如友2-7-8 所示；为了保证路面的使用质量, 该标准仍依据理论分析与使用体会,提出了沥青层最小总厚度如表 2-7-9 所示；每一结构层相宜厚度的确定除了考虑上述两项规定外,一般仍要综合考虑下面二方面的因素： 1结构层的造价；出于路面各层造价不同,面层比较贵,而基层、垫层相比照较廉价,因此面层厚度一般相比照较薄；在设计时可依据上述两表加以挑选和掌握,而下面各层相比照较厚： 2 各结构层扩散应力的成效；依据理论分析,基层厚度为 1525cm 时,增大基层厚度对减小路外表弯沉和减小面层底面拉应力有明显作用：当基层厚度大于 40cm 时在增加基层厚度,作用已不明显；结合使用体会,基层厚度一般以 具的才能、一般来说,沥青面层一层的压实厚度最大为1525cm 为宜； 3压实机 68cm；基层一层的压实厚度为1520cm 左右, 在有重型机具压实的条件下,可依据试验将压实厚度增加到2025cm 左右；在支配各结构层厚度时,应尽量使其与压实机具所能到达的厚度相适应；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页