瀝青路面設(shè)計(jì)

瀝青路面設(shè)計(jì)第1頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)進(jìn)行路面設(shè)計(jì)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、應(yīng)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、新技術(shù)。4、路面設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮沿線環(huán)境的保護(hù)、自然生態(tài)的平衡，有利于施工、養(yǎng)護(hù)工作人員的健康與安全。5、為確保工程質(zhì)量，應(yīng)盡可能選擇有利于機(jī)械化、工廠化施工的設(shè)計(jì)方案。6、對(duì)于地處不良地基的路段，為適應(yīng)路基沉降、穩(wěn)定周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)，路面結(jié)構(gòu)可以遵循“一次設(shè)計(jì)，分期修建”的方案。第2頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)三、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法可分為經(jīng)驗(yàn)法和力學(xué)—經(jīng)驗(yàn)法兩大類。經(jīng)驗(yàn)法主要通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路或使用道路的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，建立路面結(jié)構(gòu)、車輛荷載和路面使用性能三者之間的關(guān)系。力學(xué)—經(jīng)驗(yàn)法應(yīng)用力學(xué)原理分析路面結(jié)構(gòu)在荷載與環(huán)境作用下的力學(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)按使用要求，運(yùn)用關(guān)系模型完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范采用彈性層狀體系作為力學(xué)分析基礎(chǔ)理論，以雙圓垂直均布荷載作用下的路面整體沉降和結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以疲勞效應(yīng)為基礎(chǔ)，處理軸載標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換與軸載多次重復(fù)作用效應(yīng)。第3頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)四、瀝青路面交通等級(jí)1、路面設(shè)計(jì)年限—見(jiàn)表14-1規(guī)定；2、標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載當(dāng)量換算—各個(gè)國(guó)家都有根據(jù)本國(guó)國(guó)情確定的標(biāo)準(zhǔn)軸載。我國(guó)路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100KN為標(biāo)準(zhǔn)軸載。行駛的車輛型號(hào)多樣，由于不同力學(xué)參數(shù)的疲勞效應(yīng)不同，我國(guó)規(guī)定，當(dāng)量軸載換算分以下三種情況進(jìn)行：A、當(dāng)以彎沉值和瀝青層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，按式（14-1）來(lái)?yè)Q算；B、當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，按式（14-3）完成軸載當(dāng)量換算；C、對(duì)于貧混凝土基層以底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，按式第4頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)（14-5）來(lái)完成。3、設(shè)計(jì)年限累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載數(shù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過(guò)的累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次數(shù)按式（14-6）來(lái)計(jì)算。4、交通等級(jí)路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)年限內(nèi)承擔(dān)交通荷載的繁重程度以交通等級(jí)來(lái)劃分。我國(guó)瀝青路面按承擔(dān)交通荷載的輕重劃分為輕交通、中等交通、重交通和特重交通四級(jí)。我國(guó)瀝青路面交通等級(jí)的劃分按兩種方法進(jìn)行：一是以設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次進(jìn)行劃分；二是以營(yíng)運(yùn)車輛中的大客車、中型貨車、大型貨車、拖掛車等車型在一個(gè)車道上的日平均車數(shù)進(jìn)行劃分。第5頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)第二節(jié)彈性層狀體系理論簡(jiǎn)介一、基本假設(shè)與解題方法通常將路面結(jié)構(gòu)視為彈性半空間地基上由若干個(gè)具有一定厚度材料組成的彈性層狀體系，并假設(shè)：1、各層由均質(zhì)、連續(xù)、均勻、各向同性的線彈性材料組成，用彈性模量和泊松比表征其彈性參數(shù)；2、最下一層為水平方向和豎直向下方向無(wú)限延伸的半無(wú)限體；3、各層在水平方向無(wú)限遠(yuǎn)處及最下層無(wú)限深處的應(yīng)力、變形和位移為零；4、各層分界面上的應(yīng)力和位移完全連續(xù)，或者僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)，而層間無(wú)摩擦；5、不計(jì)各層材料自重第6頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)理論，得到計(jì)算公式（14-16），該式為雙層彈性體系計(jì)算公式。彈性三層體系由兩個(gè)彈性層以及彈性半空間體組成。第7頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)瀝青路面通常由瀝青面層、基層、底基層、墊層等多層結(jié)構(gòu)組成。瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：1、保證路面表面使用品質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定。2、路面各結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度、抗變形能力與各層次的力學(xué)響應(yīng)相匹配。3、直接經(jīng)受溫度、濕度等自然因素變化而造成強(qiáng)度、穩(wěn)定性下降的結(jié)構(gòu)層次應(yīng)提高其抵抗能力。4、充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，?jié)約外運(yùn)材料，做好優(yōu)化選擇，降低建設(shè)與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。第8頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)一、瀝青面層結(jié)構(gòu)瀝青面層可分為單層、雙層、三層。雙層結(jié)構(gòu)分為表面層、下面層；三層結(jié)構(gòu)分為表面層、中間層、下面層。表面層應(yīng)具有平整密實(shí)、抗滑耐磨、穩(wěn)定耐久等服務(wù)功能，同時(shí)應(yīng)具有高溫抗車轍、低溫抗開(kāi)裂、抗老化等品質(zhì)。中、下面層應(yīng)具有一定的密水性、抗剝離性，高溫或重載條件下，瀝青混合料具有較高的抗剪強(qiáng)度；下面層應(yīng)具有良好的抗疲勞裂縫的性能和兼顧其他性能要求。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)以下等級(jí)公路一般采用雙層式瀝青面層，三級(jí)、四級(jí)公路一般可采用雙層瀝青表面處治結(jié)構(gòu)。第9頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)二、瀝青路面基層結(jié)構(gòu)基層結(jié)構(gòu)是承上啟下保證路面結(jié)構(gòu)耐久、穩(wěn)定的承重結(jié)構(gòu)層，因此要求基層具有較高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性。瀝青路面的基層按材料和力學(xué)特性的不同，可分為柔性基層、半剛性基層和剛性基層三種。1、柔性基層主要采用瀝青處治的級(jí)配碎石和無(wú)結(jié)合料的級(jí)配碎石修筑基層。通常瀝青碎石適用于中等交通及更高交通等級(jí)的柔性基層；而無(wú)結(jié)合料的級(jí)配碎石適用于交通等級(jí)較低的，中等交通以下的瀝青路面基層。2、半剛性基層主要采用水泥、石灰或工業(yè)廢渣等無(wú)機(jī)結(jié)合料，對(duì)級(jí)配第10頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)集料作穩(wěn)定處理的基層結(jié)構(gòu)。半剛性基層的主要缺點(diǎn)是它本身的收縮裂縫難以避免。3、剛性基層采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土修筑基層混凝土板，板上鋪筑瀝青面層。基層結(jié)構(gòu)的厚度主要應(yīng)滿足強(qiáng)度與剛度的設(shè)計(jì)要求，在厚度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)逐層進(jìn)行驗(yàn)算。除此之外，還應(yīng)考慮施工的可行性和材料規(guī)格對(duì)厚度的影響。三、瀝青路面墊層結(jié)構(gòu)位于基層以下，主要用于路基狀況不良路段，以確保路面結(jié)構(gòu)不受路基中滯留的自由水的浸蝕以及凍融的危害。在下列情況下要設(shè)置墊層：第11頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)（1）地下水位高，排水不良，路基經(jīng)常處于潮濕、過(guò)濕狀態(tài)的路段；（2）排水不良的土質(zhì)路塹，有裂隙水、泉眼等水文不良的巖石挖方路段；（3）季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段，可能產(chǎn)生凍脹需設(shè)防凍墊層的路段；（4）基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段。從墊層設(shè)置的目的看，墊層可分為：防水墊層、排水墊層、防污墊層、防凍墊層。四、瀝青路面層間結(jié)合瀝青面層與基層之間應(yīng)設(shè)置透層瀝青或粘層瀝青；瀝青面層由兩層或三層組成又不能連續(xù)攤鋪時(shí)，則在鋪上層第12頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)之前徹底清掃下層表面的灰塵、泥土、油污等有可能破壞層間結(jié)合的有害物質(zhì)，然后設(shè)粘層瀝青。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、用量應(yīng)根據(jù)地區(qū)氣候特點(diǎn)，施工季節(jié)和結(jié)構(gòu)類型的不同，選定。第13頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)第四節(jié)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，以路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層彎拉應(yīng)力、半剛性及剛性材料基層彎拉應(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)。一、設(shè)計(jì)指標(biāo)與極限標(biāo)準(zhǔn)彎沉與彎拉應(yīng)力是目前各種力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法普遍采用的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。路面結(jié)構(gòu)的路表彎沉表征路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，垂直方向的位移。彎沉是表征路面結(jié)構(gòu)總體剛度的指標(biāo)。我國(guó)規(guī)定路面設(shè)計(jì)彎沉值由公式（14-21）確定。第14頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)對(duì)于柔性基層瀝青路面或組合基層瀝青路面，由于柔性基層材料以粒狀結(jié)構(gòu)為主，不承擔(dān)彎拉應(yīng)力，所以瀝青面層承受較大的輪載彎矩，整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可能首先出現(xiàn)在瀝青面層底部，形成初始裂縫，然后在車輪反復(fù)作用下逐步擴(kuò)展，瀝青面層形成斷裂裂縫。因此，對(duì)于柔性基層和組合基層的瀝青面層，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須驗(yàn)算彎拉應(yīng)力是否超出材料允許的極限標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)規(guī)范規(guī)定，瀝青面層和基層層底拉應(yīng)力作為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第二項(xiàng)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。彎拉應(yīng)力設(shè)計(jì)控制指標(biāo)容許拉應(yīng)力按式（14-24）計(jì)算。二、路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)方程式與設(shè)計(jì)參數(shù)瀝青路面設(shè)計(jì)必須滿足兩個(gè)式子（14-25）（14-26）第15頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)1、計(jì)算路表彎沉值按式（14-27）計(jì)算；2、計(jì)算結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力按式（14-29）計(jì)算；3、路基回彈模量彈性模量并不是定值，工程上通常采用承載板試驗(yàn)或彎沉測(cè)定的方法確定路基土和路基材料回彈模量值，并將這種回彈模量作為彈性模量用于計(jì)算。當(dāng)前，確定路基回彈模量的常用方法有：（1）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法—按式（14-30～33）計(jì)算；（2）查表法——確定臨界高度；擬定土的平均稠度；預(yù)估路基回彈模量。第16頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)（3）室內(nèi)試驗(yàn)法—用小承載板測(cè)得回彈模量，然后乘以折減系數(shù)；（4）換算法—見(jiàn)表14-134、結(jié)構(gòu)層回彈模量各結(jié)構(gòu)的回彈模量均應(yīng)采用抗壓回彈模量。5、結(jié)構(gòu)層材料的彎拉極限強(qiáng)度我國(guó)規(guī)范規(guī)定采用間接拉伸試驗(yàn)，即劈裂試驗(yàn)來(lái)確定結(jié)構(gòu)層材料的彎拉極限強(qiáng)度。三、新建路面厚度設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：1、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，確定路面等級(jí)和面層類型，計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次和設(shè)計(jì)彎沉值；2、按路基土類型與干濕類型，將路基劃分為若干路段，確定各路段土基的回彈模量值；第17頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)3、擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進(jìn)行配合比試驗(yàn)及測(cè)定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、抗拉強(qiáng)度，確定各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)參數(shù)；4、根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度。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。五、瀝青路面改建設(shè)計(jì)改建設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：當(dāng)原有路面需抽高等級(jí)時(shí)，對(duì)不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的路段應(yīng)先進(jìn)行線形改善，改線路段路面按新建路面設(shè)計(jì)；對(duì)于加寬路面、提高路基、調(diào)整縱坡的路段應(yīng)視具體情況按新建或改建路面設(shè)計(jì)；對(duì)于在原路面上補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，按改建路面設(shè)計(jì)。第18頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)1路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查與評(píng)定（1）路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查交通調(diào)查、路基狀況調(diào)查、路面狀況調(diào)查、路面修建與養(yǎng)護(hù)資料調(diào)查。（2）路面結(jié)構(gòu)承載力調(diào)查確定路面的計(jì)算彎沉?xí)r，應(yīng)將全線分段，分段應(yīng)考慮的因素：A、同一路段路基的干濕類型與土質(zhì)基本相同；B、在同一路段內(nèi)，各測(cè)點(diǎn)的彎沉值比較接近；C、各路段的最小長(zhǎng)度應(yīng)與施工方法相適應(yīng)。原路面當(dāng)量回彈模量的計(jì)算按公式（14-42）計(jì)算。第19頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)3、補(bǔ)強(qiáng)厚度的計(jì)算在確定出原有路面的當(dāng)量回彈模量以后，可采用彈性層狀理論進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)層厚度的計(jì)算。若補(bǔ)強(qiáng)層為單層，以雙層彈性體系為設(shè)計(jì)計(jì)算的力學(xué)模型；補(bǔ)強(qiáng)N-1層時(shí)，以N層彈性體系為力學(xué)模型。第20頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)第五節(jié)外國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介一、美國(guó)AASHTO設(shè)計(jì)方法1、設(shè)計(jì)變量（1）時(shí)間約束—鼓勵(lì)對(duì)交通量大的工程采用較長(zhǎng)的分析年限。（2）交通—設(shè)計(jì)方法以預(yù)計(jì)的80KN累計(jì)當(dāng)量單軸荷載為根據(jù)，并考慮交通量的逐年增長(zhǎng)系數(shù)和車道分布系數(shù)。（3）可靠度—是將某種可靠程度納入設(shè)計(jì)過(guò)程的方法，以確保各種設(shè)計(jì)方案在分析年限內(nèi)一直有效的可靠概率。分析年限至少包括一次大修期，因而應(yīng)等于或大于工作年限。工作年限是指兩次大修之間的時(shí)間。（4）環(huán)境影響—主要考慮當(dāng)?shù)販囟?、溫度與試驗(yàn)路有差別，影響到路基的脹縮與凍脹。第21頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)（5）耐用性指數(shù)—以使用者主觀感覺(jué)及某些物理量測(cè)定為依據(jù)，評(píng)定時(shí)由幾個(gè)人在路上駕車行駛，以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行判斷，按五級(jí)分別打分，綜合這些人的評(píng)分，推求出被評(píng)定路面的耐用性指數(shù)。2、設(shè)計(jì)方程式（1）初始方程式—式（14-53）所示；（2）修正方程式—土基與環(huán)境修正，式（14-54）；降水、排水條件修正，式（14-55）；可靠度保證率修正，式（14-56）；最終修正后的方程式，式（14-57）。二、Shell法通過(guò)分析路面破壞狀態(tài)提出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，建立路面模型并進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，通過(guò)試驗(yàn)獲取路面材料參數(shù)，從而得出一種體系完整的設(shè)計(jì)方法。第22頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設(shè)