公路沥青路面设计.ppt
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1、第七章第七章 沥青路面设计沥青路面设计第一节第一节 沥青路面设计理论简介沥青路面设计理论简介当路基土的承载能力较低,不能承受从路面传至路基表面的车轮压力,便产当路基土的承载能力较低,不能承受从路面传至路基表面的车轮压力,便产生较大的垂直变形即沉陷。生较大的垂直变形即沉陷。引起路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。引起路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。1、沉陷、沉陷(一)表现(一)表现在车轮作用下表面产生的较大在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形,有时凹陷两侧伴有凹陷变形,有时凹陷两侧伴有隆起现象隆起现象(二)起因(二)起因一、沥青路面结构的破损模式一、沥青路面结构的破损模式2、车、车 辙辙(一)表现
2、(一)表现(二)起因(二)起因路面的纵向带状凹陷,是高级沥青路路面的纵向带状凹陷,是高级沥青路面的主要破坏型式面的主要破坏型式 是路面的结构层及土基在行车重复荷载是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实,以及结构层材料的作用下的补充压实,以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形,同荷载侧向位移产生的累积永久变形,同荷载应力大小,重复作用次数以及结构层和应力大小,重复作用次数以及结构层和土基的性质有关土基的性质有关。3、疲劳开裂、疲劳开裂(一)表现(一)表现(二)起因(二)起因路面无显著的永久变形,最初在路面无显著的永久变形,最初在荷载作用部位形成细而短的横向荷载作用部位形成细而短的
3、横向开裂,继而逐渐扩展成网状开裂,继而逐渐扩展成网状 较厚的沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用,较厚的沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用,使结构层底面产生的拉应变(或拉应力)值超使结构层底面产生的拉应变(或拉应力)值超过材料的疲劳强度,底面便开裂,并逐渐向表过材料的疲劳强度,底面便开裂,并逐渐向表面发展。稳定类整体性基层也会产生出疲劳开面发展。稳定类整体性基层也会产生出疲劳开裂,甚至导致面层破坏。与重复应变(或应力)裂,甚至导致面层破坏。与重复应变(或应力)大小和路面的环境因素有关大小和路面的环境因素有关。弯拉疲劳弯拉疲劳弯拉疲劳弯拉疲劳剪切疲劳剪切疲劳剪切疲劳剪切疲劳4、推、推 移移(一)表
4、现(一)表现(二)起因(二)起因车轮荷载引起的垂直力和水平力的综合作用,使结构车轮荷载引起的垂直力和水平力的综合作用,使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。同时也与行层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。同时也与行驶车轮的冲击、振动有关。驶车轮的冲击、振动有关。受到较大的车轮水平受到较大的车轮水平荷载作用时,路面表荷载作用时,路面表面出现推移和拥起面出现推移和拥起 5、低温缩裂、低温缩裂(一)表现(一)表现(二)起因(二)起因横向间隔性的裂缝,严重时横向间隔性的裂缝,严重时发展为纵向裂缝发展为纵向裂缝 路面结构中某些整体性结构层在低温(通常为负温度)路面结构中某些整体性结构层在低温(通常为负
5、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开裂材料相应条件下的抗拉强度时便产生开裂 沥青路面低温抗裂性引起的破坏沥青路面低温抗裂性引起的破坏 美国沥青路面修补美国沥青路面修补二 公路沥青路面设计理论简介1 1、各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性,位移、形变、各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性,位移、形变微小;微小;2 2、最下一层(土基)在水平方向和垂直方向无限大,其、最下一层(土基)在水平方向和垂直方向无限大,其上各层厚度有限,水平方向无限大;上各层厚度有限,水平方向无限大;3 3、各层在水平方向无限
6、远处,及最下层向下无限深处,、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;应力、形变、位移为零;4 4、层间接触情况,或者完全连续(连续体系)或层间仅、层间接触情况,或者完全连续(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);竖向应力和位移连续而无摩阻力(滑动体系);5 5、不计自重、不计自重一、基本假设一、基本假设二、解题方法二、解题方法ph1hiEi iE1 1En n弹性层状体系示意图 三、沥青路面设计的控制指标三、沥青路面设计的控制指标结论结论高速公路、一级公路、二级公路的路面结构,以高速公路、一级公路、二级公路的路面结构,以路表面回弹弯沉值、沥青
7、混凝土层的层底拉应力路表面回弹弯沉值、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。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面设计弯三级公路、四级公路的路面结构以路表面设计弯沉值为设计指标。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。抗剪切强度。现行的城市道路设计规范规定:(1)除交通量小的支路上铺筑沥青混凝土面层时可仅用设计弯沉值指标设计外,在其他道路上铺筑沥青混凝土面层应采用设计弯沉值、层底拉应力、面层剪切应力三项指标设计。(2)对沥青碎石面层采用设计弯沉值和剪切应力两项指标
8、设计,对沥青贯入式、沥青表面处治和粒料路面,只用设计弯沉值指标设计。(3)采用半刚性基层时,应对基层按拉应力指标设计。2.标准轴载及轴载当量换算标准轴载及轴载当量换算我国路面设计以双轮组单轴载我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。为标准轴载。1.路面设计年限路面设计年限第二节第二节 沥青路面设计的基本依据沥青路面设计的基本依据1)当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时式中:式中:N标准轴载的当量轴次,次标准轴载的当量轴次,次/日;日;ni被换算车辆的各级轴载作用次数,次被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日;日;P标准轴载标准轴载100
9、KN;Pi被换算车辆的各级轴载,被换算车辆的各级轴载,KN;k被换算车辆的类型数;被换算车辆的类型数;C1轴载系数,轴载系数,C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距大于是轴数。当轴间距大于3米时,按单独米时,按单独的一个轴载计算,当间距小于的一个轴载计算,当间距小于3米时,按双轴或多轴计算。米时,按双轴或多轴计算。C2轮组系数,单轮组为轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为,双轮组为1,四轮组为,四轮组为0.38。不计不计25KN以下轴载以下轴载2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时当进行半刚性基层层底拉应力验算时不计小于不计小于50KN的轴载的轴载式中:式中:C1 轴数系数;轴数系数;当间
10、距小于当间距小于3米时,按双轴或米时,按双轴或多轴计算多轴计算C1=1+2(m-1),m是轴数。是轴数。C2轮组系数,双轮组为轮组系数,双轮组为1.0,单轮组为,单轮组为18.5,四轮组为四轮组为0.09。上述轴载换算公式,适用于单轴轴载小于或等于上述轴载换算公式,适用于单轴轴载小于或等于130kN的各的各种车型的轴载换算。种车型的轴载换算。换算原则:换算原则:第一,换算以达到相同的临界状态为标准,即对同一种路面第一,换算以达到相同的临界状态为标准,即对同一种路面结构,甲轴载作用结构,甲轴载作用N1次后路面达到预定的临界状态,乙轴载次后路面达到预定的临界状态,乙轴载作用使路面达到相同临界状态的
11、作用次数为作用使路面达到相同临界状态的作用次数为N2,此时甲乙两,此时甲乙两种轴载作用是等效的;种轴载作用是等效的;第二,对某一种交通组成,不论以哪种轴载的标准进行轴载第二,对某一种交通组成,不论以哪种轴载的标准进行轴载换算,由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相同的。换算,由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相同的。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 设计年限(设计年限(t)内一个车道通过的累计标准当量轴次)内一个车道通过的累计标准当量轴次Ne,可通过路面营运第一年双向日平均当量轴次,可通过路面营运第一年双向日平均当量轴次N1和设计和设计年限内交通量年平均增长率年限
12、内交通量年平均增长率,按下式计算:,按下式计算:4.交通等级交通等级交通等级BZZ-100累计当量轴次Ne(次/车道)大型客车及中型以上的各种货车交通量(辆/d.车道)轻310e6 600中等交通310e6 1.210e7600 1500重交通1.210e7 2.510e71500 3000特重交通2.510e7 3000交通分级交通分级第三节 路基与路面材料强度指标一、路基受立与工作区1、路基受力状况:自重、车辆荷载 P车轮荷载换算的均布荷载 KN/D圆形均布荷载作用面积的直径。Z应力作用点深度。土的容重。2、路基的工作区:1)定义:在路基某一深度Za处,当车轮荷载产生的应力与路基土自重引起
13、的应力相比所占比例很小,仅为1/51/10时,在此深度以下,车轮荷载对土基的作用影响很小,可略去不计,该深度范围内的路基称为路基工作区。2)计算:3、正确的设计:应使路基所受的力在路基弹性限度范围内,即当车辆驶过后,路基能恢复变形。保证路基相对稳定,路面不致引起破坏。4、要求:1)对工作区深度范围内的土质选择、含水量、路基压实度提出较高要求。2)当工作区深度大于填土高度时,荷载不仅施加于路堤而且施加于天然地基上,所以天然地基也应充分压实。二、土基的强度和刚度指标:回弹模量回弹模量:反映路基或路面材料所具有的弹性性质。确定方法:1.现场实测法:1)大型承载板法:测定土基在00.5mm的各级压力和
14、对应的回弹变形值,2)弯沉仪法:用贝克曼梁弯沉仪实测各点弯沉值,并计算代表弯沉值,2.室内实验法:取代表性土样,在室内按最佳含水量制备三组试件,分别击实不同的次数,测得不同压实度下的相对应的回弹模量值,绘制压实度与回弹模量曲线,查图求得标准压实度条件下土的回弹模量值。3.换算法:利用E0L0、E0K、E0CBR的换算关系式,确定回弹模量值。4.查表法:无实测条件时采用。三、路面材料强度设计参数的确定方法 以设计弯沉值计算路面厚度并对结构以设计弯沉值计算路面厚度并对结构层进行层底拉应力验算时,各层材料的层进行层底拉应力验算时,各层材料的模量模量均采用均采用抗压回弹模量抗压回弹模量,沥青混凝土,沥
15、青混凝土和半刚性材料的和半刚性材料的抗拉强度抗拉强度采用劈裂试验采用劈裂试验测得测得劈裂强度。劈裂强度。28第四节 设计弯沉值与容许拉应力计算一、设计弯沉值计算一、设计弯沉值计算1.设计弯沉值的含义:根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、路面结构类型而确定的路表弯沉设计值。2.路面外观状态的类型:分为五个类型,并将第四类外观状态定为路面的临界状态,在此状态下测定的回弹弯沉值的低限作为路面设计弯沉值界限的依据。29 3.公式:公式:根据多年观测调查资料的分析综合,可由标准轴载累计作根据多年观测调查资料的分析综合,可由标准轴载累计作用次数与设计弯沉值的关系,进一步推得不同公路等
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