瀝青路面研發(fā)設(shè)計(jì)原理及方法參考

1、1 設(shè)計(jì)原理1.1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程1.1.1 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 按彎沉或彎拉指標(biāo)分別計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)標(biāo) 準(zhǔn)當(dāng)量軸次，確定設(shè)計(jì)交通量與交通等級(jí)，擬定面層、基層類型，并計(jì)算設(shè)計(jì)彎 沉值或容許彎拉應(yīng)力。 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。1.1.2 按路基土類與干濕類型及路基橫斷面形式，將路基劃分為若干路段，確定 各個(gè)路段土基回彈模量設(shè)計(jì)值。 聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。1.1.3 參與本地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)擬定幾種可行的路面結(jié)構(gòu)組合和厚度方案， 根據(jù)工程選 用的材料進(jìn)行配合比試驗(yàn)， 測(cè)定個(gè)結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、 劈裂強(qiáng)度等， 確 定各結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)參數(shù)。 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。1.1.4 根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)采用多層彈

2、性體系理論設(shè)計(jì)程序計(jì)算或驗(yàn)算路面厚度。1.1.5 對(duì)于季節(jié)性冰凍地區(qū)應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度是否符合要求 （ 本次設(shè)計(jì)不考慮凍 害）。1.2 路面設(shè)計(jì)參數(shù)在進(jìn)行路面組合設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要求得以下參數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)軸載及當(dāng)量軸次、 路面容許彎沉值、容許彎拉應(yīng)力等1.2.1 當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)， 凡軸載大于 25KN 的各級(jí)軸載（包括前后軸） pi 的作用次數(shù) ni ，均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載 p的當(dāng)量作用次數(shù) N 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。pKNC1C2nii1式中 N 標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次 / 日）ni 被換算的各級(jí)軸載 pi 的作用次數(shù)（次 /日）p 標(biāo)準(zhǔn)軸載（ KN）pi 被換算的各

3、級(jí)軸載（ KN）k 被換算車輛的類型系數(shù)；C1 軸數(shù)系數(shù)， C1 1 1.2 m 1 ，m是軸數(shù)，當(dāng)軸間距大于 3m時(shí)，按單 獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算，當(dāng)軸間距小于 3m時(shí)，應(yīng)考慮軸數(shù)系數(shù)； 彈貿(mào)攝爾霽 斃攬磚鹵廡。C2 被換算的各級(jí)軸載單輪輪組系數(shù)， 單輪組為 6.4 ，雙輪組為 1，四輪 組為 0.38 。1.2.2 當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于 50kN 各級(jí)軸載的作用 次數(shù) ni ，均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載 p 的當(dāng)量作用次數(shù) ：謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。N C1C 2 ni pi1p式中 以半剛性材料層的拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次 /日）;C1 被換算車型的軸數(shù)系數(shù)，

4、以拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，雙軸或多軸的軸 數(shù)系數(shù)按式 C1 =1+2（m-1）計(jì)算；C2 被換算車型的輪組系數(shù)，單輪組為 1.85 ，雙輪組為 1.0 ，四輪組為0.091.2.3 設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量軸載數(shù) NeNe= （1 r）t 1 365 N1r1式中 Ne 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道沿一個(gè)方向通過的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次（次）t 設(shè)計(jì)年限（年）r 設(shè)計(jì)年限交通量平均增長率（ %） 車道系數(shù)1.2.4 路面設(shè)計(jì)彎沉值 在經(jīng)過大量的測(cè)試和分析，得到路面設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算公式如下：1.10l R 0.2 AC AsNe式中 l R 路面設(shè)計(jì)彎沉值（ 0.01mm）Ne - 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次Ac 公

5、路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為 1.0 ，二級(jí)公路為 1.1 ，三四 級(jí)為 1.2As- -面層類型系數(shù)， 瀝青混凝土面層為 1.0 ，熱拌瀝青碎石、瀝青表面處 治為 1.2 ；1.2.5 結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力 我國瀝青路面設(shè)計(jì)除了以路面設(shè)計(jì)彎沉值為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)之外，對(duì)高等級(jí) 道路路面還要驗(yàn)算瀝青混凝土面層和整體性材料基層的拉應(yīng)力。 要求結(jié)構(gòu)層底面 的最大拉應(yīng)力不大于結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力，在路面設(shè)計(jì)中表示為 廈礴懇蹣駢時(shí)盡 繼價(jià)騷。結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力是路面承受行車載荷反復(fù)作用達(dá)到的臨界破壞狀 態(tài)時(shí)的最大疲勞應(yīng)力。 這一應(yīng)力較一次荷載作用的抗拉強(qiáng)度小， 減小的程度同重 復(fù)荷載次數(shù)及路面

6、結(jié)構(gòu)層材料的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)瀝青混凝土層、半剛性材料基層、 底基層以拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)或驗(yàn)算指標(biāo)時(shí)，這種關(guān)系表示如下： 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。式中 R - 路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力；S - 瀝青混凝土層或半剛性材料的極限劈裂強(qiáng)度；s/KsKs - 抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)表征結(jié)構(gòu)層的抗拉強(qiáng)度因疲勞而降低的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)，根據(jù)載荷應(yīng)力 與達(dá)到疲勞臨界狀態(tài)的荷載作用次數(shù)之間的疲勞方程表示如下： 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。瀝青混凝土面層0.22Ks 0.09 Aa Ne0.22 /Ac無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類0.11Ks 0.35AaNe0.11 / Ac無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土類0.11Ks 0.45AaNe0.11 / Ac

7、式中 Aa - 瀝青混合料級(jí)配的系數(shù)，細(xì)、中粒式瀝青混凝土為 1.0 ，粗粒式瀝青 混凝土 1.1Ac - 公路等級(jí)系數(shù)。2 設(shè)計(jì)方案2.1 交通量組成表 1 交通量車型東風(fēng) EQ140解放 CA10B黃河 NJ150太脫拉 138小汽車輛/日3407501007450現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：高速公路，一級(jí)，二級(jí)公路及城市道路應(yīng)采用 BZZ-100 重型標(biāo) 準(zhǔn)，因此一級(jí)公路選用 BZZ-100 重型標(biāo)準(zhǔn)。將各種軸載作用次數(shù)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸 載作用次數(shù) 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。表 2 各種車輛參數(shù)車型交通量（輛輪壓 pi單 輪輪機(jī) 直輪組系數(shù)后軸軸數(shù)前軸軸載 Pi/日）(MPa)徑 di(cm)ci(KN)東風(fēng)

8、EQ1403400502101123.70解放CA10B75005019541119.40黃河NJ15010007021491149.0太脫拉1387406020601251.4小汽車50表 3 當(dāng)量軸次換算車型后軸換算系數(shù)前軸換算系數(shù)車輛（總）軸載換算系數(shù)當(dāng)量軸次 nbi（次 /日）東風(fēng)E012620 17978961.1解放CA10B00973750 0056660 10304177.3黃河N2305921 237275123.7太脫2791980 999398740當(dāng)量軸次 =336N1nbi 336 次 /日

9、累計(jì)當(dāng)量軸次：根據(jù)規(guī)范，一級(jí)公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限為15 年，設(shè)計(jì)車道為四車道，車道系數(shù)取值 0.45. 累計(jì)當(dāng)量軸次為： 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。Ne(1 r)t 1 365N115(1 0.10) 1 365 336 0.45 1558630.861 次，為輕0.10型路面。2.2. 確定土基的回彈模量 E0 值由全國公路自然區(qū)規(guī)劃圖可知南京位于區(qū)，路槽底距地下水位的高度為 H0=1.2+0.8=2.0m，查表（路基臨界高度參考值 ）可知 H0介于 H1和 H2之間，接著 查表（路基干濕類型） 可知該路基屬于中濕路基。 然后再查個(gè)自然區(qū)劃土基干濕 分界稠度可知 Wc=0.96，然后再有表二級(jí)

10、自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值可 知 E0=36Mp。a 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。2.3 計(jì)算路表容許彎沉值 l R1.10級(jí)公路 Ac 1 ，瀝青混凝土面層 As 1lR 1.100.2 AC As0.2 1 1 0.0635cmR Ne0.2 C (1558630.861.480) 0.22.4 計(jì)算路表設(shè)計(jì)彎沉值 l Rld 600Ne0.2Ac AsAb 600 1558630.8610.2 1.0 1.0 1.0 0.0346cm2.5 新建路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算擬定路面結(jié)構(gòu)組合方案，確定路面結(jié)構(gòu)材料的相關(guān)參數(shù)表 4 路面材料參數(shù)層次結(jié)構(gòu)層名稱厚度（ cm）抗壓回彈模量（MPa） 20 C

11、抗壓回彈模量（MPa） 15 C極限抗彎拉強(qiáng) 度（ Mpa ）1細(xì)粒式瀝青混凝土（ DAC-13 ）5140020001.52中粒式瀝青混凝土（ DAC-20 ）7120018000.93粗粒式瀝青碎 石（ DAC-25 ）10100011000.74水泥砂礫土5005000.55砂礫201501506土基302.6 按容許彎沉值計(jì)算路面厚度1）計(jì)算綜合修正系數(shù)lRE0 0.380.0635 36 0.38F AF ( R 0 )0.38 1.47 ()0.38 0.490F 2p 2 0.7 10.652) 計(jì)算理論彎沉系數(shù)lRE1 12p F12.1680.0635 14002 0.7 1

12、0.65 0.4903）計(jì)算 的厚度瀝青混凝土面沉作為當(dāng)量三層體系的上層，第二，三，四，五層換算成當(dāng)量三 層體系中的中層，土基作為當(dāng)量體系的下層。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。由h 510.65 0.469 ，E2 E1 12001400 0.857, E0E2 361200 0.03查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中主圖 ） 得： 6.54圖）得 k1=1.43k2k112.1686.5 1.431.31查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中梅花圖）得：H4.0 ， 則 H=4.0 10.65 42.6中層當(dāng)量厚度：7 10 2.4500 20 2.4 150 71200 120011200000 h42

13、+9.268+0.694h 4 +8.409=42.6h4 25.8,取 26cm2.7 各層材料的容許底層拉應(yīng)力計(jì)算R s /Ks細(xì)粒式密級(jí)配瀝青混凝土 :Ks 0.09AaNe0.22 / Ac 0.09 1.0 1558630.8610.222.071.01.5R s / K s 0.72 MP2.07中粒式密級(jí)配瀝青混凝土 :Ks 0.09 AaN e0.22 / Ac 0.09 1.0 1558630.8611.02.070.9R s / K s 0.43MP2.07粗粒式密級(jí)配瀝青混凝土Ks 0.09 AaN e0.22 / Ac0.220.09 1.0 1558630.8610.

14、221.02.07水泥砂礫土0.7 0.34 MP2.070.11Ks 0.35 Aa Ne0.11 / Ac 0.35 1.0 1558630.8610.111.01.68R s/ Ks0.5 0.30MP1.672.8 計(jì)算彎拉應(yīng)力1）：驗(yàn)算瀝青混凝土面層底面的彎拉應(yīng)力 瀝青混凝土面層作為當(dāng)量三層體系的上層，第二，三，四，五層換算成當(dāng)量三層 體系中的中層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。 當(dāng)量三層體系中層當(dāng)量厚度為：h50.9 E5 7 10 0.91000 26 0.9 500 20 0.9 150 26.985E21200 1200 1000則H26.9810.65

15、2.53由 h 10.650.469 ，E2E1120014000.857E0E23612000.03, 查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖 （上層，中層間滑動(dòng)） ） 得： 0.30 ，m1=1.20 ，m2=1.10 ， 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。最大彎拉應(yīng)力 r1 p m1m2 0.7 0.30 1.20 1.10 0.277MPa 計(jì)算瀝青混凝土抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：KS 0.12 Ne0.2 0.12 （1558630.861）0.2 2.08AC1計(jì)算瀝青混凝土容許彎拉應(yīng)力1.52.080.721MPa可知： Rr1，滿足要求2）驗(yàn)算水泥砂礫層底面的彎拉應(yīng)力 由于水泥砂礫層下面有天然砂

16、礫層，把天然砂礫層當(dāng)作三層體系中的中層，第 一二三四層換算成當(dāng)量三層中的上層，土基作為當(dāng)量三層體系的下層。 壇摶鄉(xiāng)囂懺 蔞鍥鈴氈淚。上層當(dāng)量厚度為：E1E2 E3 140012001000h h1 4 1 h2 4 2 h34 3 h4 5 4 7 4 10 4 26 53.071 E42 E43 E44 500500500中層當(dāng)量厚度為 20cmH53.0710.654.983 ，E2 150E1 14000.107 , E0E2361500.242010.651.878按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應(yīng)力系數(shù)諾謨圖（上層，中層間連續(xù)）得：0.20 ， m1=0.98 ， m2

17、=1.04 蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。最大彎拉應(yīng)力： r2 p m1m2 0.7 0.2 0.98 1.04 0.143MPa 計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫層抗彎拉結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)：Ks 0.40 Ne0.1 0.4 (1558630.861)0.1 1.322AC1計(jì)算水泥穩(wěn)定砂礫容許彎拉應(yīng)力：S 0.5R 0.378 MPaR K S 1.322可知 R r 2 ，滿足要求。2.9 程序計(jì)算路面厚度新建路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算公 路 等 級(jí) : 一級(jí)公路 新建路面的層數(shù) : 5層位 結(jié) 構(gòu) 層 材 料 名 稱標(biāo) 準(zhǔn) 軸 載 : BZZ-100 路面設(shè)計(jì)彎沉值 : 34.6 (0.01mm) 路面設(shè)計(jì)層層位 : 4 設(shè)

18、計(jì)層最小厚度 : 15 (cm)厚度(cm) 抗壓模量 (MPa) 抗壓模量 (MPa)容許應(yīng)力 (MPa)買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。(20)(15)1細(xì)粒式瀝青混凝土514002000.72綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2中粒式瀝青混凝土712001800.43驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3粗粒式瀝青混凝土1010001100.34貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。4水泥砂礫土?500500.3鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。5天然砂礫 20 150150構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。366 土基按設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度LD= 34.6 (0.01mm)H( 4 )= 25 cm LS= 35.3 (0.01mm)H( 4 )= 30 cm LS= 32.2 (0.01mm)H( 4 )= 26.1 cm(僅考慮彎沉 )按容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度H( 4 )= 26.1 cm(第 1 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求 )H( 4 )= 26.1 cm(第 2 層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算滿足要求