路基路面工程第14章-瀝青路面設(shè)計(jì)

第十三章內(nèi)容回顧1.概述（瀝青路面優(yōu)缺點(diǎn)、損壞類型及原因、對(duì)瀝青路面的基本要求、氣候分區(qū)）2.瀝青路面材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性（蠕變、松弛、時(shí)溫等效、勁度模量）3.瀝青路面的穩(wěn)定性與耐久性（高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、耐疲勞性能、抗老化性能）4、瀝青路面的原材料（瀝青標(biāo)號(hào)）5、瀝青混合料組成設(shè)計(jì)（瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)程序）6、瀝青路面施工與質(zhì)量控制（瀝青路面施工工序）第1頁(yè)，共43頁(yè)。十四、瀝青路面設(shè)計(jì)1.概述2.彈性層狀體系理論簡(jiǎn)介3.瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)4、我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法5、外國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法第2頁(yè)，共43頁(yè)。問(wèn)題：瀝青路面設(shè)計(jì)的內(nèi)容有哪些？我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)采用什么設(shè)計(jì)指標(biāo)？瀝青路面應(yīng)力分析主要采用什么方法？什么是設(shè)計(jì)彎沉？什么是計(jì)算彎沉？什么是容許拉應(yīng)力？第3頁(yè)，共43頁(yè)。

1.概述瀝青路面設(shè)計(jì)包括原材料的選擇、混合料配合比設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)試與確定，路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算，以及路面結(jié)構(gòu)的方案比選等內(nèi)容。路面設(shè)計(jì)除行車道部分的路面外，對(duì)高速公路、一級(jí)公路還應(yīng)包括路緣帶、硬路肩、加減速車道、緊急停車帶、收費(fèi)站和服務(wù)區(qū)的場(chǎng)由設(shè)計(jì)以及路面排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)其它各級(jí)公路應(yīng)包括路肩加固、路緣石和路面排水設(shè)計(jì)。瀝青路面設(shè)計(jì)內(nèi)容第4頁(yè)，共43頁(yè)。

1．應(yīng)根據(jù)路面使用要求與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將路基路面作為整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。2．應(yīng)貫徹合理選材，方便施工，利于養(yǎng)護(hù)，節(jié)約投資的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的方案。3．結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐基礎(chǔ)，積極推廣成熟的科研成果，積極慎重地運(yùn)用行之有效的新材料，新工藝和新技術(shù)。4、考慮環(huán)境保護(hù)、生態(tài)平衡、有利施工、養(yǎng)護(hù)人員健康5、盡可能選擇有利機(jī)械化、工廠化施工的設(shè)計(jì)方案6、應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上論證是否有必要分期修建。瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則第5頁(yè)，共43頁(yè)。1、以經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)法（實(shí)驗(yàn)路和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)）:CBR法、AASHTO法2、以力學(xué)分析為基礎(chǔ)，考慮環(huán)境、交通條件以及材料特性為依據(jù)的力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法?；舅悸肥菓?yīng)用力學(xué)原理分析路面結(jié)構(gòu)在荷載和環(huán)境下作用下的力學(xué)響應(yīng)量，建立力學(xué)響應(yīng)量與路面使用性能之間的關(guān)系模型，路面設(shè)計(jì)按照使用要求，運(yùn)用關(guān)系模型完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。AI法、SHELL法、我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)方法瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法第6頁(yè)，共43頁(yè)。1、《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ014-97)中規(guī)定：瀝青路面設(shè)計(jì)以雙輪組單后軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)按表2-7-1確定，凡軸載大于40kN的各級(jí)軸載(包括車輛的前軸和后軸)的作用次數(shù)均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)(簡(jiǎn)稱當(dāng)量軸次)。軸載換算第7頁(yè)，共43頁(yè)。彈性層狀體系是由若干個(gè)彈性層組成，上面各層具有一定厚度，最下一層為彈性半空間體：(1)各層是連續(xù)的、完全彈性的、均勻的、各向同性的，以及位移和形變是微小的；(2)最下一層在水平方向和垂直向下方向?yàn)闊o(wú)限大，其上各層厚度為有限、水平方向?yàn)闊o(wú)限大；(3)各層在水平方向無(wú)限遠(yuǎn)處及最下一層向下無(wú)限深處，其應(yīng)力、形變和位移為零；(4)層間接觸情況，或者位移完全連續(xù)(稱連續(xù)體系)，或者層間僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無(wú)摩阻力(稱滑動(dòng)體系)；（5）不計(jì)自重。

2.彈性層狀體系理論第8頁(yè)，共43頁(yè)。雙層彈性層狀體系計(jì)算得到的圓面積均布荷載下軸線上垂直位移（彎沉）為：第9頁(yè)，共43頁(yè)。第10頁(yè)，共43頁(yè)。

3.瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)瀝青路面結(jié)構(gòu)瀝青路面由瀝青面層、基層、底基層、墊層等多層結(jié)構(gòu)組成，瀝青路面結(jié)構(gòu)層次的合理選擇和安排，是整個(gè)路面結(jié)構(gòu)是否能在設(shè)計(jì)使用年限里承受行車荷載和自然因素的共同作用，同時(shí)又能發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的最大效能，使整個(gè)路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵。第11頁(yè)，共43頁(yè)。(1)因地制宜，合理選材路面各結(jié)構(gòu)層所用的材料，尤其是用量大的基、墊層材料，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧稀⒓庸げ牧匣蚬I(yè)副產(chǎn)品，以減少運(yùn)輸費(fèi)用和降低工程造價(jià)。同時(shí)還要注意吸取和應(yīng)用當(dāng)?shù)芈访嬖O(shè)計(jì)在選擇材料方面的成功經(jīng)驗(yàn)。(2)方便施工，利于養(yǎng)護(hù)選擇各結(jié)構(gòu)層時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)具設(shè)備和施工條件，在可能的條件下，應(yīng)盡量采用機(jī)械化施工、考慮建成通車后的養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。特別是對(duì)于高等級(jí)公路來(lái)說(shuō)，要求平時(shí)養(yǎng)護(hù)工作量越少越好，以免影響大交通量的通行。瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則第12頁(yè)，共43頁(yè)。

(3)分期修建，逐步提高當(dāng)資金不足時(shí)，一般應(yīng)按近期使用要求進(jìn)行路面設(shè)計(jì)(高速公路和一級(jí)公路除外)，先以滿足近期需要為主。建造時(shí)必須注意使前期工程能為后期工程奠定基礎(chǔ)，即能為后期工程所充分利用。(4)整體考慮，綜合設(shè)計(jì)對(duì)土基、墊層、底基層、基層和面層都應(yīng)看做是一個(gè)有機(jī)的整體。按照土基穩(wěn)定、基層堅(jiān)實(shí)、面層耐久的要求，充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的作用，合理選用路面材料，確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層厚度，使路面設(shè)計(jì)既能在整體上滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，又能做到經(jīng)濟(jì)、合理和耐久。第13頁(yè)，共43頁(yè)?？蔀閱螌?、雙層（表面層、下面層），三層結(jié)構(gòu)（表面層、中面層、下面層）。表面層：要求平整密實(shí)、抗滑耐磨、穩(wěn)定耐久；中下面層：密水性、抗剝離性、抗疲勞裂縫；高速公路、一級(jí)公路一般選用三層瀝青面層結(jié)構(gòu)；二級(jí)、三級(jí)公路一般采用雙層式瀝青面層面層結(jié)構(gòu)第14頁(yè)，共43頁(yè)。要求有較高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性分為柔性基層（有機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石、無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石）、半剛性基層（水泥、石灰、工業(yè)廢渣等無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定碎石）、剛性基層（低強(qiáng)度等級(jí)混凝土）各種基層結(jié)構(gòu)厚度推薦值見表14-7基層結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，共43頁(yè)。主要適用于路基狀況不良的情況下：1）地下水位高、排水不良，路基常處于潮濕及過(guò)濕狀態(tài)；2）排水不良的土質(zhì)路塹3）季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段4）基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段。分為：防水墊層；排水墊層；防污墊層；防凍墊層。墊層結(jié)構(gòu)第16頁(yè)，共43頁(yè)。1）面層和基層之間設(shè)置透層瀝青或粘層瀝青；采用半剛性基層時(shí)宜采用單層層鋪法表處或稀漿封層表處進(jìn)行封閉，當(dāng)采用水泥混凝土剛性基層時(shí)，也應(yīng)設(shè)粘層瀝青。2）瀝青面層由兩層或三層組成，又不能連續(xù)攤鋪時(shí)，則在鋪上層之前徹底打掃有害物質(zhì)，設(shè)粘層瀝青；3）透層瀝青、粘層瀝青、單層表處下封層、稀漿封層下封層的材料規(guī)格，用量根據(jù)具體情況和規(guī)范要求選定。層間結(jié)合第17頁(yè)，共43頁(yè)。

4.我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性體系理論，以路表回彈彎沉值和瀝青混凝土層彎拉應(yīng)力、半剛性材料彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)指標(biāo)與極限標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)采用路表設(shè)計(jì)彎沉作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。第18頁(yè)，共43頁(yè)。路面結(jié)構(gòu)在經(jīng)受設(shè)計(jì)使用期累計(jì)通行標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)后，瀝青路面優(yōu)于各級(jí)公路極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，所必須具有的路表回彈彎沉值，稱為設(shè)計(jì)彎沉值ld：ld=960Ne-0.2AcAs設(shè)計(jì)彎沉層低拉應(yīng)力我國(guó)瀝青路面是設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定瀝青面層、半剛性基層、下基層、剛性基層層底拉應(yīng)力作為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第2項(xiàng)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)：

σR=σsp/Ks第19頁(yè)，共43頁(yè)。路面厚度驗(yàn)算階段主要考察擬定的路面結(jié)構(gòu)在經(jīng)受設(shè)計(jì)使用期當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的反復(fù)作用之后，是否滿足兩項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求：ls<ld

σm

<σR利用公式14-27和14-29計(jì)算ls和σm，同時(shí)滿足要求的厚度才可以作為設(shè)計(jì)結(jié)果。路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)方程式與設(shè)計(jì)參數(shù)第20頁(yè)，共43頁(yè)。1）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法2）查表法3）室內(nèi)試驗(yàn)法4）換算法路基回彈模量結(jié)構(gòu)層回彈模量由試驗(yàn)測(cè)得，應(yīng)考慮下列因素：①測(cè)試方法簡(jiǎn)便，結(jié)果比較穩(wěn)定；②測(cè)得的模量值和強(qiáng)度應(yīng)較好地反映各種路面材料的力學(xué)特性；③模量值和強(qiáng)度用于厚度計(jì)算時(shí)，應(yīng)較好地與設(shè)計(jì)方法相匹配。按照試驗(yàn)規(guī)程測(cè)得，也可采用劈裂試驗(yàn)結(jié)構(gòu)層材料抗彎拉強(qiáng)度第21頁(yè)，共43頁(yè)。第22頁(yè)，共43頁(yè)。第23頁(yè)，共43頁(yè)。應(yīng)用彈性層狀體系理論計(jì)算雙輪隙的路表彎沉?xí)r，由于彈性層狀體系理論計(jì)算過(guò)程的復(fù)雜性，一般均需通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。早期在計(jì)算機(jī)未能遍及時(shí)，許多科技工作者通過(guò)大量的研究工作，提出了多種圖解法和表解法以及簡(jiǎn)化公式方法。計(jì)算彎沉和層底拉應(yīng)力的計(jì)算第24頁(yè)，共43頁(yè)。1、三層路面結(jié)構(gòu)計(jì)算彎沉和拉應(yīng)力的簡(jiǎn)化計(jì)算公式

ld=1000l1F第25頁(yè)，共43頁(yè)。第26頁(yè)，共43頁(yè)。2、查圖法理論彎沉aL為理論彎沉，取泊松比μ1=μ1=0.25，μ0=0.35第27頁(yè)，共43頁(yè)。第28頁(yè)，共43頁(yè)。1）設(shè)計(jì)步驟2）設(shè)計(jì)示例新建路面厚度設(shè)計(jì)第29頁(yè)，共43頁(yè)。要求在竣工后第一年的不利季節(jié)，用標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100輪隙下實(shí)測(cè)彎沉代表值lr必須小于驗(yàn)收彎沉值la。驗(yàn)收彎沉值la取為設(shè)計(jì)彎沉值，或計(jì)算彎沉值。實(shí)測(cè)彎沉值是多個(gè)樣本的平均值，并考慮一定的保證率：lr=l+ZaS若不是在不利季節(jié)測(cè)定，要考慮溫度修正：l20=lTK3路面竣工驗(yàn)收指標(biāo)第30頁(yè)，共43頁(yè)。第31頁(yè)，共43頁(yè)。第32頁(yè)，共43頁(yè)。一、試驗(yàn)?zāi)康?．測(cè)定各類路基路面的回彈彎沉，用以評(píng)定其整體承載能力，供路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用。2．瀝青路面彎沉以路表溫度20℃時(shí)為準(zhǔn)，在其他溫度測(cè)試時(shí)，對(duì)厚度大于5cm的瀝青路面，彎沉值應(yīng)予溫度修正。路基路面回彈彎沉測(cè)試方法（貝克曼梁法）二、試驗(yàn)原理利用杠桿原理制成的杠桿式彎沉儀測(cè)定輪隙彎沉第33頁(yè)，共43頁(yè)。三、儀具與材料1．標(biāo)準(zhǔn)車：雙軸、后軸雙側(cè)4輪的載重車，其標(biāo)準(zhǔn)軸荷載、輪胎尺寸、輪胎間隙及輪胎氣壓等主要參數(shù)應(yīng)符合下表的要求。測(cè)試車可根據(jù)需要按公路等級(jí)選擇，高速公路、一級(jí)及二級(jí)公路應(yīng)采用后軸100kN的BZZ－100標(biāo)準(zhǔn)車；其他等級(jí)公路可采用后軸60kN的BZZ－60標(biāo)準(zhǔn)車。標(biāo)準(zhǔn)軸載等級(jí)BZZ－100BZZ－60后軸標(biāo)準(zhǔn)軸載P（kN）100±160±1一側(cè)雙輪荷載（kN）50±0.530±0.5輪胎充氣壓力（MPa）0.70±0.050.50±0.05單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑（cm）21.30±0.519.50±0.5輪隙寬度應(yīng)滿足能自由插入彎沉儀測(cè)頭得測(cè)試要求第34頁(yè)，共43頁(yè)。三、測(cè)試步驟（1）在測(cè)試路段布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)在路面行車車道的輪跡帶上，并用白油漆或粉筆畫上標(biāo)記。（2）將試驗(yàn)車后輪輪隙對(duì)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)后約3～5cm處的位置上。（3）將彎沉儀插入汽車后輪之間的縫隙處，與汽車方向一致，梁臂不得碰到輪胎，彎沉儀測(cè)頭置于測(cè)點(diǎn)上（輪跡中心前方3～5cm處），并安裝百分表于彎沉儀的測(cè)定桿上。百分表調(diào)零，用手指輕輕叩打彎沉儀，檢查百分表是否穩(wěn)定回零。彎沉儀可以是單側(cè)測(cè)定，也可以是雙側(cè)同時(shí)測(cè)定。

第35頁(yè)，共43頁(yè)。（4）測(cè)定者吹哨發(fā)令指揮汽車緩慢前進(jìn)，百分表隨路面變形的增加而持續(xù)向前移動(dòng)。當(dāng)表針轉(zhuǎn)動(dòng)到最大值時(shí)，迅速讀取初讀數(shù)L1。汽車仍在繼續(xù)前進(jìn)，表針?lè)聪蚧剞D(zhuǎn)，待汽車駛出彎沉影響半徑（約3cm以上）后，吹口哨或揮動(dòng)指揮紅旗，汽車停止。待表針回轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，再次讀取終讀數(shù)L2。汽車前進(jìn)的速度宜為5km/h左右。第36頁(yè)，共43頁(yè)。四、測(cè)試結(jié)果路面測(cè)點(diǎn)的回彈彎沉值依下式計(jì)算：LT＝（d初－d終）×2式中LT—在路面溫度T時(shí)的回彈彎沉值（0.01mm）；d初－車輪中心臨近彎沉儀測(cè)頭時(shí)百分表的最大讀數(shù)(0.01mm)；d終－汽車駛出彎沉影響半徑后百分表的終讀數(shù)(0.01mm)。第37頁(yè)，共43頁(yè)。第38頁(yè)，共43頁(yè)。1、路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查與判定(1)交通量：預(yù)測(cè)交通量增長(zhǎng)趨勢(shì)，確定年平均增長(zhǎng)率。(2)路基狀況調(diào)查：沿線路基土質(zhì)、填挖高度、地面排水情況、地下水位，以確定路基土組和干濕類型。(3)路面狀況：調(diào)查路面結(jié)構(gòu)類型、組合和各層厚度，調(diào)查分析路面病害與原因(4)路面修建和養(yǎng)護(hù)歷史調(diào)查。路面改建設(shè)計(jì)第39頁(yè)，共43頁(yè)。2、對(duì)原路面進(jìn)行分段，每段不少與20個(gè)樣本，得到各路段的計(jì)算彎沉值l0：第40頁(yè)，共43頁(yè)。3、利用計(jì)算彎沉值l0計(jì)算原路面綜合回彈模量：4、擬定結(jié)構(gòu)組合方案和設(shè)計(jì)層位，進(jìn)行路面設(shè)計(jì)第41頁(yè)，共43頁(yè)。1、對(duì)某舊瀝青路面進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定