第62節(jié)瀝青路面設(shè)計

會計學(xué)1第62節(jié)瀝青路面設(shè)計一、路面設(shè)計理論(應(yīng)力應(yīng)變求解）1．古典設(shè)計方法1)麻省公式它假定汽車是一個集中荷載P，荷載以４５角通過碎石基層分布于邊長為碎石層厚2倍的正方形面積的土基上

第1頁/共44頁一、路面設(shè)計理論(應(yīng)力應(yīng)變求解）1．古典設(shè)計方法2）Ｄｏｗｎｓ公式夾角θ不為45°；圓形分布第2頁/共44頁一、路面設(shè)計理論(應(yīng)力應(yīng)變求解）1．古典設(shè)計方法3)Ｇｒａｙ公式a為路表面的壓力半徑第3頁/共44頁一、路面設(shè)計理論(應(yīng)力應(yīng)變求解）2、彈性層狀體系理論概述由不同材料和土基組成的瀝青路面結(jié)構(gòu)，在荷載作用下其應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系大多呈非線形特性，并且應(yīng)變隨應(yīng)力作用時間而變，應(yīng)力卸除后有一部分塑性變形不可恢復(fù)。但考慮到運(yùn)動車輪作用于路面的瞬時性，路面結(jié)構(gòu)在瞬間產(chǎn)生的塑性變形很小。因此在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)計算和分析時，對于厚度較大、強(qiáng)度較高的高等級路面，將其視為線彈性體，并應(yīng)用彈性層狀體系理論進(jìn)行分析計算是合適的

。

第4頁/共44頁一、路面設(shè)計理論(應(yīng)力應(yīng)變求解）2、彈性層狀體系理論概述圖6-2彈性層狀體系示意圖第5頁/共44頁一、路面設(shè)計理論(應(yīng)力應(yīng)變求解）2、彈性層狀體系理論概述彈性層狀體系由若干個彈性層組成，上面各層具有一定厚度，最下一層為彈性半空間體，如圖6-2所示。并假設(shè)：（1）各層由均質(zhì)、連續(xù)的、均勻的、各向同性的線彈性材料組成的彈性材料組成，用彈性模量Ei和泊松比μi表征其彈性參數(shù)；（2）最下一層為水平方向和豎直向下方向無限延伸的半無限體。其上各層在水平方向?yàn)闊o限大，但豎向具有一定厚度；（3）各層分界面上的應(yīng)力和位移完全連續(xù)（稱連續(xù)體系），或者僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)，而層間無摩擦力（稱滑動體系）；（4）各層在水平方向無限遠(yuǎn)處及最下層無限深處的應(yīng)力、應(yīng)變和位移為零；（5）不計各層材料自重。第6頁/共44頁二、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計1、瀝青路面結(jié)構(gòu)類型在半剛性基層上設(shè)30mm~150mm薄瀝青層的結(jié)構(gòu)，稱半剛性基層瀝青路面；在半剛性基層或底基層上，設(shè)160mm~260mm厚瀝青層的結(jié)構(gòu)，稱混合式瀝青路面；舊水泥混凝土路面做基層（或碾壓混凝土、貧混凝土、低標(biāo)號混凝土基層），其上一般設(shè)70mm~220mm瀝青層厚度，稱為剛性基層瀝青路面（或復(fù)合式路面）；采用瀝青混合料與（無結(jié)合料的集料）柔性基層組成的結(jié)構(gòu)，稱柔性路面；在路基上或處治了的路基上鋪筑約400mm~550mm的全厚式瀝青混合料結(jié)構(gòu)層，稱全厚式瀝青混凝土結(jié)構(gòu)路面。第7頁/共44頁二、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計2、路面結(jié)構(gòu)組合原則①根據(jù)道路等級確定面層類型和等級確定路面等級應(yīng)以政治、經(jīng)濟(jì)、國防、旅游以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和設(shè)計交通量為主要依據(jù)。交通量越大，道路等級越高，面層等級應(yīng)越高，厚度也越大，相應(yīng)的面層層次也越多。

在選擇路面類型時，特別應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鳌?/p>

第8頁/共44頁二、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計2、路面結(jié)構(gòu)組合原則②適應(yīng)行車荷載作用的要求根據(jù)理論分析和經(jīng)驗(yàn)，一般基層與相鄰面層的回彈模量比不應(yīng)小于0.3，土基與相鄰基層或底基層的模量比以0.08~0.4為宜。

l半剛性基層瀝青路面與此不符

l粗粒式、中粒式、細(xì)粒式瀝青混凝土的劃分；

l標(biāo)稱最大粒徑的概念；

l最小厚度與標(biāo)稱最大粒徑的關(guān)系第9頁/共44頁二、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計2、路面結(jié)構(gòu)組合原則③考慮結(jié)構(gòu)層自身特征各結(jié)構(gòu)層材料具有不同的特性，在組合時，應(yīng)注意相鄰層次的相互影響，采取措施限制或消除所產(chǎn)生的不利影響。例如：

A、瀝青路面不宜直接鋪筑在碎（礫）石基層上，而宜在其間設(shè)置瀝青碎石過渡層，以防止由于基層的松動造成面層不平整或變形開裂；

B、在半剛性基層上鋪筑瀝青混凝土，為防止和緩減基層干縮或溫縮開裂而引起面層反射裂縫，通常宜適當(dāng)加厚面層，或者設(shè)置瀝青碎石、級配碎石等聯(lián)結(jié)層；

C、此外，在軟弱潮濕的路基上，不宜直接鋪筑碎礫石基層，以防止基層產(chǎn)生過大的變形。第10頁/共44頁二、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計2、路面結(jié)構(gòu)組合原則④考慮不利水溫狀況的影響在中濕或潮濕路段上鋪筑瀝青路面，由于瀝青面層不透氣，使得路基和基層中因溫度和濕度坡差向上積聚的水分無法通過面層排除，如果基層水穩(wěn)定性不好，例如含泥量較多，塑性指數(shù)較大，一旦遇水變軟，強(qiáng)度剛度急劇下降，致使路面破壞。因此，一般應(yīng)選擇水穩(wěn)定性好的材料作瀝青路面的基層，特別是中濕和潮濕路段。此外，除加強(qiáng)路基排水外，可采用低劑量石灰穩(wěn)定路基土上層或加設(shè)粒料墊層等技術(shù)措施進(jìn)行綜合處理，以改善路基水溫狀況。并保證處理后土基回彈模量不小于25MPa。第11頁/共44頁二、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計2、路面結(jié)構(gòu)組合原則④考慮不利水溫狀況的影響在凍深較大的季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面總厚度的確定，除應(yīng)滿足力學(xué)強(qiáng)度的要求外，還應(yīng)滿足防凍層厚度的要求，以避免路基內(nèi)出現(xiàn)較厚的聚冰帶，導(dǎo)致路面不均勻凍脹和開裂等破壞。路面防凍的最小厚度可參照表6-5確定。當(dāng)按力學(xué)計算路面總厚度小于表列厚度時，應(yīng)增設(shè)或加厚墊層以滿足防凍厚度要求。

第12頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計方法，采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀理論，以路表設(shè)計彎沉值作為路面整體剛度的設(shè)計控制指標(biāo)。對高速公路、一級公路和二級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層，應(yīng)對層底彎拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。對于經(jīng)常承受較大水平荷載作用的停車站、交叉口等路段的瀝青混凝土面層，還應(yīng)驗(yàn)算高溫季節(jié)，其破壞面上可能產(chǎn)生的剪應(yīng)力。

第13頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態(tài)

1）沉

陷為控制路基土的壓縮引起路面的沉陷，可選用路基土的垂直壓應(yīng)力或垂直壓應(yīng)變作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，如：

圖6-1沉陷示意圖第14頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態(tài)

2)車

轍定義：是路面的結(jié)構(gòu)層及土基在行車重復(fù)荷載作用下的補(bǔ)充壓實(shí)，以及結(jié)構(gòu)層材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形。第15頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態(tài)

3)疲勞開裂

疲勞開裂的特點(diǎn)是，路面無顯著的永久變形，開裂開始大都是形成細(xì)而短的橫向開裂，繼而逐漸擴(kuò)展成網(wǎng)狀，開裂的寬度和范圍不斷擴(kuò)大。第16頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態(tài)

4）推

移

5)低溫縮裂低溫縮裂是一項(xiàng)同荷載因素?zé)o關(guān)的設(shè)計指標(biāo)，即低溫時結(jié)構(gòu)層材料因收縮受約束而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力應(yīng)不大于該溫度時材料的容許拉應(yīng)力，即：第17頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）2．路面結(jié)構(gòu)計算圖式及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)圖6-4路表彎沉計算圖式

第18頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）2．路面結(jié)構(gòu)計算圖式及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

第19頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）2．路面結(jié)構(gòu)計算圖式及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計層的選擇：當(dāng)采用半剛性基層、底基層結(jié)構(gòu)時，可選任一層為設(shè)計層；當(dāng)采用半剛性基層、粒料類材料為底基層時，以半剛性基層為設(shè)計層才能得到合理的結(jié)構(gòu)；當(dāng)采用柔性基層、底基層結(jié)構(gòu)時，以基層為設(shè)計層。第20頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）3．設(shè)計指標(biāo)的確定（1）路面設(shè)計彎沉值

路面設(shè)計彎沉值是根據(jù)設(shè)計年限內(nèi)，一個車道通過的累計當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層類型確定的路面設(shè)計彎沉值。設(shè)計彎沉相當(dāng)于路面竣工后第一年不利季節(jié)、路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載100KN作用下，所測得的最大(相當(dāng)于容許)回彈彎沉值。

第21頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）3．設(shè)計指標(biāo)的確定（1）路面設(shè)計彎沉值瀝青路面外觀等級描述外觀等級外觀狀況路面表面外觀特征一好堅實(shí)、平整、無裂紋、無變形二較好平整、無變形、少量發(fā)裂三中平整、無變形、有少量縱向或不規(guī)則裂紋四較壞無明顯變形，有較多縱橫向裂紋或局部網(wǎng)裂五壞連片嚴(yán)重龜（網(wǎng)）裂或拌有車轍、沉陷第22頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）3．設(shè)計指標(biāo)的確定（1）路面設(shè)計彎沉值

3~5年的容許彎沉：第23頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）3．設(shè)計指標(biāo)的確定（1）路面設(shè)計彎沉值

經(jīng)過大量的測試和分析，在3～5年時相對彎沉為1.2，則得到路面設(shè)計彎沉值計算公式如下：第24頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）3．設(shè)計指標(biāo)的確定（2）路表彎沉實(shí)測值第25頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）3．設(shè)計指標(biāo)的確定（3）容許拉應(yīng)力

——瀝青混凝土或半剛性結(jié)構(gòu)層材料的劈裂強(qiáng)度（MPa）。對于瀝青混凝土的劈裂強(qiáng)度是指15℃的劈裂強(qiáng)度；對于水泥穩(wěn)定類材料為齡期90d的劈裂強(qiáng)度；對于石灰穩(wěn)定類、二灰穩(wěn)定類材料為齡期180d的劈裂強(qiáng)度。

第26頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）3．設(shè)計指標(biāo)的確定（4）最大層底拉應(yīng)力

第27頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）4．新建瀝青路面設(shè)計步驟新建瀝青路面設(shè)計步驟通常按以下程序進(jìn)行：①根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，確定路面等級和面層類型，計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次和設(shè)計彎沉值。②按路基土類和干濕類型，將路基劃分為若干路段（在一般情況下路段長度不宜小于500m，若為大規(guī)模機(jī)械化施工，不宜小于1km），確定各路段土基的回彈模量值。③擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合方案與厚度方案，根據(jù)選用的材料進(jìn)行配合比試驗(yàn)及測定各結(jié)構(gòu)層的抗壓回彈模量、抗拉強(qiáng)度，確定各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計參數(shù)。第28頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）4．新建瀝青路面設(shè)計步驟新建瀝青路面設(shè)計步驟通常按以下程序進(jìn)行：④根據(jù)設(shè)計彎沉值計算路面厚度。對高速公路、一級公路、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的結(jié)構(gòu)層，應(yīng)進(jìn)行拉應(yīng)力驗(yàn)算。如不滿足要求，應(yīng)調(diào)整路面結(jié)構(gòu)厚度或變更路面結(jié)構(gòu)組合，或調(diào)整材料配合比、提高極限抗拉強(qiáng)度，再重新計算。上述計算應(yīng)采用多層彈性體系理論編制的專用設(shè)計程序進(jìn)行。對于季節(jié)性冰凍地區(qū)的高級和次高級路面，尚應(yīng)滿足防凍厚度的要求。⑤

進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用的路面結(jié)構(gòu)方案。第29頁/共44頁三、瀝青路面厚度設(shè)計（方法）5．路面結(jié)構(gòu)的剪應(yīng)力計算查表得到經(jīng)調(diào)查整理，停車站、交叉路口等緩慢制動處（=0.2）在緊急制動時(=0.5)第30頁/共44頁四、路面設(shè)計參數(shù)1、荷載參數(shù)1）荷載作用形式我國路面設(shè)計以雙輪組單軸載100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，并以BZZ—100表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)由表6-6確定。表6-6標(biāo)準(zhǔn)軸載計算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載P(KN)100單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d/（cm）21.30輪胎接地壓力p(MPa)0.70兩輪中心距（cm）1.5d

第31頁/共44頁四、路面設(shè)計參數(shù)1、荷載參數(shù)2)軸載換算

當(dāng)以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)計算路面厚度時，凡軸載在25~130KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸），均應(yīng)按下式換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)：

（6-17）式中：N——標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/日）；

ni——被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次/日）；

P——標(biāo)準(zhǔn)軸載（KN）；

Pi——被換算車型的各級軸載（KN）；

C1——軸數(shù)系數(shù)，當(dāng)軸間距大于3m時，應(yīng)按單獨(dú)的一個軸計算，此時軸數(shù)系數(shù)為m；當(dāng)軸間距小于3m時，按雙軸或多軸計算，軸數(shù)系數(shù)C1=1+1.2（m-1），m

為軸數(shù)；

C2——輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1.0，四輪組為0.38。當(dāng)單軸重為130~200kN時，公式（6-17）中指數(shù)可按4.85次方計算。第32頁/共44頁四、路面設(shè)計參數(shù)1、荷載參數(shù)2)軸載換算

當(dāng)進(jìn)行路面整體性結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時，凡軸載大于50KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸），均應(yīng)按下式換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)：（6-18）

式中：c1’——軸數(shù)系數(shù)，當(dāng)軸間距小于3m的雙軸或多軸，c1’=1+2（m-1），m

為軸數(shù)；C2’——輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。第33頁/共44頁四、路面設(shè)計參數(shù)1、荷載參數(shù)3)累計當(dāng)量軸次

設(shè)計車道上標(biāo)準(zhǔn)軸載在使用年限（t年）內(nèi)的累計作用次數(shù)Ne（累計當(dāng)量軸次），可在通過調(diào)查得到整個行車道的第一年標(biāo)準(zhǔn)軸載日平均作用次數(shù)N1（或者設(shè)計年限末年雙向日平均當(dāng)量軸次）和交通量年平均增長率后，按下式（6-19）計算：（6-19a）

式中：——車道系數(shù)，參照表6-7確定。表6-7車道系數(shù)車道特征車道系數(shù)車道特征車道系數(shù)雙向單車道1.0雙向六車道0.3~0.4雙向兩車道0.6~0.7雙向八車道0.3雙向四車道0.4~0.5

第34頁/共44頁四、路面設(shè)計參數(shù)1、荷載參數(shù)3)累計當(dāng)量軸次

表6-8各種路面適應(yīng)的累計當(dāng)量軸次

公路等級路面等級面層類型設(shè)計年限（年）設(shè)計年限內(nèi)累計當(dāng)量軸次（萬次/車道）高速公路、一級公路高級路面瀝青混凝土15~20>400二級公路高級路面瀝青混凝土10~12200~400次高級路面熱拌瀝青碎石、瀝青貫入式8~10100~200三級公路次高級路面乳化瀝青碎石、瀝青表面處治6~1010~100四級公路中級路面水結(jié)碎石、泥結(jié)碎石、級配碎石、半整齊石塊路面5≤10低級路面粒料改善土5第35頁/共44頁四、路面設(shè)計參數(shù)1、荷載參數(shù)l

當(dāng)量軸次：按彎沉等效或拉應(yīng)力等效的原則，將不同車型、不同軸載作用