14-路基路面工程第十四章-瀝青路面設(shè)計(jì)課件

14路基路面工程第十四章瀝青路面設(shè)計(jì)10/5/20232第1節(jié)

概述

一、

瀝青路面設(shè)計(jì)內(nèi)容原材料調(diào)查與選擇路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)瀝青混合料配比、基層、底基層配比設(shè)計(jì)方案比選路面排水設(shè)計(jì)等

二、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1、

開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和資料收集，做好交通荷載分析與預(yù)測(cè)，按照全壽命周期成本的理念進(jìn)行路面設(shè)計(jì)。2、

調(diào)查掌握沿線路基特點(diǎn)，查明土質(zhì)、路基干濕類(lèi)型，在對(duì)不良地質(zhì)路段進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行路基路面綜合設(shè)計(jì)。3、

遵循因地制宜、合理選材、節(jié)約資源的原則，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、方便施工的路面結(jié)構(gòu)方案。4、

結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件，積極、慎重地推廣新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，并認(rèn)真鋪筑試驗(yàn)段，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善，逐步推廣。5、符合環(huán)保，保護(hù)相關(guān)人員的安全和健康，重視材料的再生利用與廢棄料的處理。

三、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

經(jīng)驗(yàn)法:根據(jù)試驗(yàn)路所得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定路面結(jié)構(gòu)組合、各結(jié)構(gòu)層材料、厚度，車(chē)輛荷載，路面使用性能三者之間的關(guān)系。力學(xué)—經(jīng)驗(yàn)法：用彈性層狀體系理論確定車(chē)輛荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)量（應(yīng)力、應(yīng)變或變形），根據(jù)試驗(yàn)路的結(jié)果確定力學(xué)響應(yīng)量與路面使用性能間的關(guān)系，據(jù)此進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范--《公路瀝青路設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJD50-2006采用力學(xué)—經(jīng)驗(yàn)法。采用雙圓圖式，標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，以彎沉和結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)。

10/5/20235四、

瀝青路面交通等級(jí)

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)：在設(shè)計(jì)年限內(nèi)在預(yù)測(cè)交通量的車(chē)輛能夠按設(shè)計(jì)車(chē)速安全、舒適地通行。1．

路面設(shè)計(jì)年限（06規(guī)范）各級(jí)公路的瀝青路面設(shè)計(jì)年限（與課本的表14-1不同）10/5/202371．標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載當(dāng)量換算

標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100，各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表14-2（P378）標(biāo)準(zhǔn)軸載的換算：（1）

當(dāng)以彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)

（14-1）

N—標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，次/日；ni—各種被換算軸載的作用次數(shù)，次/日；P—標(biāo)準(zhǔn)軸載，kN；Pi—各種被換算車(chē)型的軸載；C1—被換算車(chē)型的輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為6.4，四輪組為0.38；C2—被換算車(chē)型的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，應(yīng)按單獨(dú)的一個(gè)軸計(jì)算；當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下式計(jì)算：

（14-2）m—軸數(shù)。

（2）當(dāng)以半剛性材料層的拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)

（14-3）C’1—被換算車(chē)型的輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09；C’2—被換算車(chē)型的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于3m時(shí)，應(yīng)按單獨(dú)的一個(gè)軸計(jì)算；當(dāng)軸間距小于3m時(shí)，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)按下式計(jì)算：

（14-4）m—軸數(shù)。注：上述軸載換算公式，適用于單軸軸載小于或等于130kN的各種車(chē)型的軸載換算。

3累計(jì)當(dāng)量軸次設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道上的累計(jì)當(dāng)量軸次按下式計(jì)算

（14-6）Ne—設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道的累計(jì)當(dāng)量軸次，次/車(chē)道；t—設(shè)計(jì)年限，年；N1—營(yíng)運(yùn)第1年雙向日平均當(dāng)量軸次，次/日；γ—設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長(zhǎng)率；η—車(chē)道系數(shù)（即車(chē)輛橫向分布系數(shù)），按下表選用（P379表14-3數(shù)據(jù)最后一項(xiàng)要修改）

10/5/2023124交通等級(jí)

按一個(gè)車(chē)道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne或每車(chē)道、每日平均大型客車(chē)及中型以上的各種貨車(chē)交通量，選擇一個(gè)較高的交通等級(jí)作為設(shè)計(jì)交通等級(jí)。（見(jiàn)下表）

10/5/202314第2節(jié)彈性層狀體系理論簡(jiǎn)介1基本假定:(1)各層為連續(xù)、均質(zhì)、各向同性的線彈性體。其中最下一層為半無(wú)限大，其上各層厚度有限，水平方向無(wú)限大；δδρh1hiE1,μ1Ei.μiE0,μ0（2）各層水平方向的無(wú)限遠(yuǎn)處及最下一層無(wú)限深處，其應(yīng)力、應(yīng)變和變形均為0；（3）小變形；（4）層間接觸條件，或?yàn)橥耆B續(xù)（稱連續(xù)體系），或?yàn)楣饣佑|（稱滑動(dòng)體系）；（5）不計(jì)自重。假定路表面作用著圓形均布豎直荷載，則為軸對(duì)稱課題。10/5/2023162.彈性層狀連續(xù)體系下的路表回彈彎沉ι（即垂直位移ω

）的計(jì)算（1）求解的基本過(guò)程靜力平衡方程：（14－7）物理方程：應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系ε－σ（14－8）幾何方程：應(yīng)變－位移關(guān)系（14－9）變形連續(xù)方程：（14－10）由上述方程組解得各應(yīng)力分量σ、τ和位移分量ｕ、ω

10/5/2023172.彈性層狀連續(xù)體系下的

路表回彈彎沉ι（即垂直位移ω

）的計(jì)算（2）單圓均布荷載下路表荷載中心處的最大彎沉（垂直位移）雙層連續(xù)體系ω＝注：雙圓荷載則可由疊加原理計(jì)算。10/5/2023183.主應(yīng)力計(jì)算因要驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度，需計(jì)算各層應(yīng)力。主應(yīng)力按（14-17）式計(jì)算。第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)（原則）適應(yīng)行車(chē)荷載作用的要求根據(jù)公路等級(jí)、交通等級(jí)、使用要求選擇面層類(lèi)型，參考表14-5瀝青面層厚度適中,各種類(lèi)型的瀝青層的最小厚度（不宜小于混合料公稱最大粒徑*的2.5~3倍，OGFC和SMA為2~2.5倍）、適宜厚度參見(jiàn)06規(guī)范表4.1.3-1（與書(shū)中表14-6的不同）*混合料中篩孔通過(guò)率為90%~100%的最小標(biāo)準(zhǔn)篩孔尺寸。對(duì)半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)組合，相鄰結(jié)構(gòu)層的模量比宜在下述范圍:

基層：面層=1.5~3；基層：底基層≤3；底基層：土基＝2.5~12.5不同粒徑混合料的層厚(06規(guī)范表4.1.3-1部分)混合料公稱名稱AC-10AC-13AC-16AC-20AC-25公稱最大粒徑（mm）9.513.2161926.5最大粒徑（mm）13.216（19）19（22.4）26.537.53倍公稱粒徑的最小層厚（mm）28.5404857802倍最大粒徑的最小層厚（mm）2632（38）38（45）53752.5倍公稱最大粒徑的最小層厚（mm）24334047.56606規(guī)范推薦的各種瀝青混合料適宜層厚混合料類(lèi)型混合料類(lèi)型（公稱最大粒徑，mm）4.759.513.21619.026.531.537.5AC15～3025～4040～6050～8060～10080～12090～150120～150SMA－25～5035～6040～7050～80－－－10/5/202322第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)（原則）在各種自然因素下穩(wěn)定性好水穩(wěn)定性使用水穩(wěn)定性好的材料瀝青面層至少有一層是連續(xù)型密級(jí)配瀝青混合料防凍。路面最小防凍厚度表14－8防反射裂縫考慮結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)各結(jié)構(gòu)層之間的相互影響使應(yīng)力傳遞連續(xù)、結(jié)合緊密穩(wěn)定我國(guó)瀝青路面的典型結(jié)構(gòu)型式二級(jí)公路高速公路、一級(jí)公路表面層40mm瀝青面層總厚度150～180mm瀝青面層總厚度90～120mm表面層25～40mm中面層50～60mm下面層35～70mm下面層60～80mm1層或2層水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定碎石（砂礫）基層200～400mm1層或2層水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定碎石（砂礫）底基層基層150～350mm10/5/202324第4節(jié)瀝青路面的破壞形態(tài)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一、破壞形態(tài)模式

1.沉陷

2.車(chē)轍

3.疲勞開(kāi)裂

4.推移

5.低溫縮裂10/5/202325

老化10/5/202326

泛油10/5/202327疲勞裂縫（橫向裂縫）10/5/202328縱向裂縫10/5/202329水損害（剝離）10/5/202330骨料磨光10/5/202331坑洞10/5/202332松散10/5/202333反射裂縫10/5/202334車(chē)轍10/5/202335推擠、擁包、剝離10/5/202336溫縮裂縫（橫向裂縫）10/5/202337高速公路部分路段坑槽突現(xiàn)二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)06規(guī)范以路表回彈灣沉和層底拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。（前者反映的是結(jié)構(gòu)整體剛度，后者反映的是結(jié)構(gòu)層抗疲勞拉裂強(qiáng)度。）

（即計(jì)算彎沉≤設(shè)計(jì)灣沉）（即層底拉應(yīng)力≤容許拉應(yīng)力）路面設(shè)計(jì)彎沉值：以路面在車(chē)輛反復(fù)作用下出現(xiàn)縱向裂縫為臨界狀態(tài)，以縱向網(wǎng)裂為破壞狀態(tài)。對(duì)處于臨界狀態(tài)的路面測(cè)定其路表彎沉，再統(tǒng)計(jì)已承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)，可回歸出二者間關(guān)系。對(duì)多種路面結(jié)構(gòu)找到這種關(guān)系，可得到的經(jīng)驗(yàn)公式：

--設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm);Ac—公路等級(jí)系數(shù)，高速、一級(jí)路：1.0；二級(jí)路：1.1；三、四級(jí)：1.2;AS—面層類(lèi)型系數(shù)，瀝青混凝土面層：1.0；熱拌和冷拌瀝青碎石、瀝青貫入式（含上拌下貫）、瀝青表面處治面層：1.1；Ab—路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面：1.0；柔性基層瀝青路面：1.6。瀝青混凝土面層、半剛性基層要進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算，驗(yàn)算其是否產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂。瀝青碎石、瀝青表處、瀝青貫入式、粒料類(lèi)基層等抗拉強(qiáng)度很小或?yàn)?的結(jié)構(gòu)層不須驗(yàn)算。

（14-24）

--路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力，MPa；

--瀝青混凝土或半剛性材料的極限劈裂強(qiáng) 度， MPa；

--抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。（與結(jié)構(gòu)材料，疲勞強(qiáng)度有關(guān)）（瀝青混凝土）

（無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料）

（無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土)10/5/202342路面竣工驗(yàn)收彎沉值：以最后確定的路面結(jié)構(gòu)厚度與材料模量計(jì)算的路表面彎沉值作為交工驗(yàn)收時(shí)路表彎沉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值，即

--路面交工時(shí)在不利季節(jié)采用BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載實(shí)測(cè)某路段的彎沉代表值

--路表彎沉檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值。10/5/202343選取路表回彈彎沉作為路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)路面彎沉是路面在垂直荷載作用下產(chǎn)生的垂直變形。能夠反映路面各結(jié)構(gòu)層及土基的整體剛度。與路面的使用狀況存在一定的內(nèi)在聯(lián)系彎沉值的測(cè)定比較方便。10/5/202344第5節(jié)結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算

一、瀝青路面設(shè)計(jì)步驟初步擬定路面結(jié)構(gòu)方案－規(guī)范推薦、其他公路路面結(jié)構(gòu)型式等瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次確定各結(jié)構(gòu)層層厚確定結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算－應(yīng)用彎沉指標(biāo)值反算厚度結(jié)構(gòu)層層底彎拉應(yīng)力驗(yàn)算防凍厚度驗(yàn)算4510/5/2023二、結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算一般先按的要求確定結(jié)構(gòu)層厚度，再驗(yàn)算是否滿足1.以彎沉作為控制指標(biāo)確定結(jié)構(gòu)層厚度(1)路表彎沉值計(jì)算圖式462023/10/5(2)輪隙中心路表彎沉的計(jì)算

472023/10/5--路表計(jì)算彎沉值（0.01mm）；

F--彎沉綜合修正系數(shù)。（彈性層狀體系理論的假定與 實(shí)際不完全相符，理論值與實(shí)測(cè)不等，需修正）；

--標(biāo)準(zhǔn)軸載的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）和當(dāng)量圓半徑 （cm)；

--理論彎沉系數(shù)；

或--土基抗壓回彈模量（MPa）；

--各層材料抗壓回彈模量（MPa）；

--各結(jié)構(gòu)層厚度（cm)482023/10/5（3）按用基于彈性層狀體系理論的路面設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出待定結(jié)構(gòu)層的厚度。（4）驗(yàn)算結(jié)構(gòu)層底的彎拉應(yīng)力層底拉應(yīng)力計(jì)算圖式4910/5/2023層底拉應(yīng)力以B點(diǎn)（單圓中心）及C點(diǎn)（輪隙中心）為計(jì)算點(diǎn)，并取較大值作為層底拉應(yīng)力。公式如下

--理論最大拉應(yīng)力系數(shù)。其他符號(hào)意義同前。用程序計(jì)算出的值。如果，則按拉應(yīng)力要求計(jì)算結(jié)構(gòu)層厚度，計(jì)算仍由程序完成。

502023/10/5貝克曼彎沉儀

放入雙輪輪隙中央處的地面上百分表端頭后三分點(diǎn)處支點(diǎn)（支座）底座測(cè)端頭升降量爬行速度回彈彎沉：差值的兩倍512023/10/5522023/10/5

落錘式彎沉儀532023/10/5三、土基回彈模量值E0的確定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法承載板法彎沉測(cè)定法查表法路基高度路基臨界高度土質(zhì)

路基干濕類(lèi)型平均稠度值WcE0542023/10/