瀝青路面的設計-瀝青路面結構驗算

瀝青路面設計理論及設計指標1、路面結構力學分析假設：適用雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀體系理論；層間連續(xù)；材料各向同性。瀝青路面設計理論及設計指標2、不同結構層材料組合需采用設計指標瀝青路面設計理論及設計指標3、設計指標與豎向位置關系瀝青路面設計理論及設計指標4、各設計指標預估模型（五大指標）瀝青路面設計理論及設計指標4、各設計指標預估模型瀝青路面設計理論及設計指標5、設計路面結構的驗收彎沉值指標1）、路基頂面面驗收彎沉值2）、路表驗收彎沉值瀝青路面設計理論及設計指標謝謝！2019年瀝青路面結構驗算流程瀝青路面結構驗算流程1交通荷載參數分析（附錄A、瀝青路面設計規(guī)范第3章）2初擬路面結構組合及各結構層厚度（瀝青路面設計規(guī)范第4章、附錄C）3確定路基和路面結構層材料參數（瀝青路面設計規(guī)范第5章）4計算溫度調整系數和等效溫度（附錄G）5路面結構驗算（瀝青路面設計規(guī)范第6章、附錄B）①瀝青混合料層疲勞開裂驗算（附錄B）②無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算（附錄B）③瀝青混合料層永久變形量驗算（附錄B）④路基頂面豎向壓應變驗算（附錄B）⑤瀝青面層低溫開裂指數驗算（附錄B）⑥防凍厚度驗算（附錄B）6計算設計路面結構的驗收彎沉值（附錄B）一、交通荷載參數分析交通荷載參數分析-案例交通荷載等級重當量設計軸載累計作用次數Ne1(瀝青混合料層層底拉應變)、Ne3(瀝青混合料層永久變形量)2.73E+07Ne2（無機結合料穩(wěn)定層層底拉應力）1.91E+09Ne4（路基頂面豎向壓應變）5.08E+07（一）瀝青路面交通荷載等級的確定-案例例題：某高速公路雙向六車道，初始年大型客車和貨車雙向交通量為AADTT=3500輛/d，交通量年增長率為γ=6.5%，請確定交通荷載等級。瀝青路面交通荷載等級的確定設計參數備注1公路等級高速公路已知2初始年雙向大型客貨車交通量AADTT(輛/日）3500交通數據調查資料，已知3方向系數DDF0.55瀝青路面設計規(guī)范，A.2.44車道系數LDF0.5瀝青路面設計規(guī)范，表A.2.55設計使用年限t15瀝青路面設計規(guī)范，表3.0.26交通量年增長率γ6.5%交通數據調查資料，已知7設計使用年限內設計車道大型客車和貨車累計交通量(輛)8.50E+06等比數列求和，公式：AADTT×DDF×LDF×365×[(1+γ)t-1]/γ8交通荷載等級重瀝青路面設計規(guī)范，表3.0.4（二）計算當量設計軸載累計作用次數瀝青路面結構驗算流程1交通荷載參數分析（附錄A、瀝青路面設計規(guī)范第3章）2初擬路面結構組合及各結構層厚度（瀝青路面設計規(guī)范第4章、附錄C）3確定路基和路面結構層材料參數（瀝青路面設計規(guī)范第5章）4計算溫度調整系數和等效溫度（附錄G）5路面結構驗算（瀝青路面設計規(guī)范第6章、附錄B）①瀝青混合料層疲勞開裂驗算（附錄B）②無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算（附錄B）③瀝青混合料層永久變形量驗算（附錄B）④路基頂面豎向壓應變驗算（附錄B）⑤瀝青面層低溫開裂指數驗算（附錄B）⑥防凍厚度驗算（附錄B）6計算設計路面結構的驗收彎沉值（附錄B）二、初擬路面結構組合及各結構層厚度初擬路面結構組合及各結構層厚度序號結構層材料類型厚度（mm）1表面層AC-13C細粒式(改性)瀝青混凝土402中面層AC-20C中粒式(改性)瀝青混凝土603下面層AC-25C粗粒式瀝青混凝土804基層水泥穩(wěn)定碎石1805底基層級配碎石180

土基

初擬路面結構組合及各結構層厚度序號結構層材料類型厚度（mm）1表面層AC-13C細粒式(改性)瀝青混凝土402中面層AC-20C中粒式(改性)瀝青混凝土603下面層AC-25C粗粒式瀝青混凝土804基層水泥穩(wěn)定碎石1805底基層級配碎石180

土基

《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）（一）擬定面層的材料及厚度《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）5.5.4表面層瀝青混合料公稱最大粒徑不宜大于16.0mm，中面層和下面層瀝青混合料公稱最大粒徑不宜小于16.0mm，基層瀝青碎石公稱最大粒徑不宜小于26.5mm。《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）4.5.4不同粒徑瀝青混合料的層厚應符合表4.5.4的規(guī)定。連續(xù)級配瀝青混合料和瀝青瑪蹄脂碎石混合料的結構層厚度不宜小于集料公稱最大粒徑的2.5倍。開級配瀝青混合料的結構層厚度不宜小于集料公稱最大粒徑的2.0倍。類型材料類型適用交通荷載等級和層位無機結合料穩(wěn)定類水泥穩(wěn)定級配碎石或礫石、水泥粉煤灰穩(wěn)定級配碎石或礫石、石灰粉煤灰穩(wěn)定級配碎石或礫石各交通荷載等級的基層和底基層水泥穩(wěn)定未篩分碎石或礫石、石灰粉煤灰穩(wěn)定未篩分碎石或礫石、石灰穩(wěn)定未篩分碎石或礫石輕交通荷載等級的基層，各交通荷載等級的底基層水泥穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土輕交通荷載等級的基層，各交通荷載等級的底基層粒料類級配碎石重及重以下交通荷載等級的基層、各交通荷載等級的底基層級配礫石、未篩分碎石、天然砂礫、填隙碎石中等和輕交通荷載等級的基層、各交通荷載等級的底基層瀝青結合料類密級配瀝青碎石、半開級配瀝青碎石、開級配瀝青碎石極重、特重和重交通荷載等級的基層瀝青貫入碎石重及重以下交通荷載等級的基層水泥混凝土水泥混凝土或貧混凝土極重、特重交通荷載等級的基層4.4.2基層和底基層的材料類型可參照表4.4.2選用。表4.4.2

基層和底基層材料的適用交通荷載等級和層位（二）擬定基層和底基層的材料及厚度4.4.5不同材料基層和底基層厚度宜符合表4.4.5的規(guī)定。材料種類集料公稱最大粒徑（mm）厚度（mm），不小于密級配瀝青碎石半開級配瀝青碎石開級配瀝青碎石19.05026.58031.510037.5120瀝青貫入碎石-40貧混凝土31.5120無機結合料穩(wěn)定類19.0、26.5、31.5、37.515053.0180級配碎石級配礫石未篩分碎石、天然砂礫26.5、31.5、37.510053.0120填隙碎石37.57553.010063.0120表4.4.5基層和底基層厚度5.3.2高速公路和一級公路基層粒料公稱最大粒徑不宜大于26.5mm；底基層采用級配碎石或級配砂礫時，公稱最大粒徑不宜大于31.5mm；底基層采用天然砂礫時，公稱最大粒徑不宜大于53.0mm。二級及二級以下公路的基層、底基層粒料公稱最大粒徑不宜大于53.0mm。5.4.1無機結合料穩(wěn)定類材料用于高速公路、一級公路基層時，公稱最大粒徑不宜大于31.5mm；用于高速公路和一級公路底基層或二級及二級以下公路基層時，公稱最大粒徑不宜大于37.5mm；用于二級及二級以下公路底基層時，公稱最大粒徑不宜大于53mm。瀝青路面結構驗算流程1交通荷載參數分析（附錄A、瀝青路面設計規(guī)范第3章）2初擬路面結構組合及各結構層厚度（瀝青路面設計規(guī)范第4章、附錄C）3確定路基和路面結構層材料參數（瀝青路面設計規(guī)范第5章）4計算溫度調整系數和等效溫度（附錄G）5路面結構驗算（瀝青路面設計規(guī)范第6章、附錄B）①瀝青混合料層疲勞開裂驗算（附錄B）②無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算（附錄B）③瀝青混合料層永久變形量驗算（附錄B）④路基頂面豎向壓應變驗算（附錄B）⑤瀝青面層低溫開裂指數驗算（附錄B）⑥防凍厚度驗算（附錄B）6計算設計路面結構的驗收彎沉值（附錄B）三、確定路基和路面結構層的材料參數《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）交通荷載等級極重特重重中等、輕回彈模量，不小于706050405.2.1路基頂面回彈模量的確定應符合現行《公路路基設計規(guī)范》（JTGD30）的有關規(guī)定。表5.2.2路基頂面回彈模量（MPa）5.2.2路基頂面回彈模量應符合表5.2.2的規(guī)定。不滿足要求時，應采取改變填料、設置粒料類或無機結合料穩(wěn)定類路基改善層，或采用石灰或水泥處理等措施提高路基頂面回彈模量。5.2路基《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）（一）確定路基的設計參數注：路基標準狀態(tài)下回彈模量取70MPa,回彈模量濕度調整系數Ks取0.95,干濕與凍融循環(huán)作用折減系數Kη取0.80,則經過濕度調整和干濕與凍融循環(huán)作用折減的路基頂面回彈模量為53MPa。（二）確定底基層的設計參數材料類型和層位最佳含水率和與壓實度要求相應的干密度條件下經濕度調整后級配碎石基層200～400300～700級配碎石底基層180～250190～440級配礫石基層150～300250～600級配礫石底基層150～220160～380未篩分碎石層180～220200～400天然砂礫層105～135130～2405.3.8最佳含水率和與壓實度要求相應的干密度條件下的粒料回彈模量依據相應的水平確定：1水平一，采用重復加載三軸壓縮試驗測定，取回彈模量試驗結果的均值。2水平三，按粒料類型和層位參照表5.3.8確定粒料回彈模量取值。注：材料性能好、級配好或壓實度大的取高值，反之取低值。表5.3.8粒料回彈模量取值（MPa）《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）（三）確定基層的設計參數5.4.5無機結合料穩(wěn)定類材料彎拉強度和彈性模量應按本規(guī)范第5.1.4條規(guī)定，依據相應的水平確定：1水平一，按本規(guī)范附錄E，采用中間段法單軸壓縮試驗測定。彎拉強度和彈性模量的測定應符合現行《公路工程無機結合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》（JTGE51）T0851的有關規(guī)定。測試時水泥穩(wěn)定類、水泥粉煤灰穩(wěn)定類材料試件的齡期應為90d，石灰穩(wěn)定類、石灰粉煤灰穩(wěn)定類材料試件的齡期應為180d。彎拉強度和彈性模量應取用測試數據的平均值。2水平三，參照表5.4.5確定彎拉強度和彈性模量?！豆窞r青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）材料彎拉強度彈性模量水泥穩(wěn)定粒料、水泥粉煤灰穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料1.5～2.018000～280000.9～1.514000～20000水泥穩(wěn)定土、水泥粉煤灰穩(wěn)定土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土0.6～1.05000～7000石灰土0.3～0.73000～5000表5.4.5無機結合料穩(wěn)定材料的彎拉強度和彈性模量取值范圍（MPa）材料彎拉強度彈性模量水泥穩(wěn)定粒料、水泥粉煤灰穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料1.5～2.018000～280000.9～1.514000～20000水泥穩(wěn)定土、水泥粉煤灰穩(wěn)定土、石灰粉煤灰穩(wěn)定土0.6～1.05000～7000石灰土0.3～0.73000～5000表5.4.5無機結合料穩(wěn)定材料的彎拉強度和彈性模量取值范圍（MPa）5.4.6結構驗算時，無機結合料穩(wěn)定類材料彈性模量應乘以結構層模量調整系數0.5。表5.5.11常用瀝青混合料20℃條件下動態(tài)壓縮模量取值范圍（MPa）（四）確定面層的設計參數《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）瀝青混合料類型瀝青種類70號道路石油瀝青90號道路石油瀝青110號道路石油瀝青SBS瀝青SMA10、SMA13、SMA16---7500～12000AC10、AC138000～120007500～115007000～105008500～12500AC16、AC20、AC259000～135008500～130007500～120009000～13500ATB257000～11000---注：1.ATB25為5Hz條件下動態(tài)壓縮模量，其他瀝青混合料為10Hz條件下動態(tài)壓縮模量。2.瀝青黏度大、級配好或空隙率小時取高值，反之取低值。瀝青路面結構驗算流程1交通荷載參數分析（附錄A、瀝青路面設計規(guī)范第3章）2初擬路面結構組合及各結構層厚度（瀝青路面設計規(guī)范第4章、附錄C）3確定路基和路面結構層材料參數（瀝青路面設計規(guī)范第5章）4計算溫度調整系數和等效溫度（附錄G）5路面結構驗算（瀝青路面設計規(guī)范第6章、附錄B）①瀝青混合料層疲勞開裂驗算（附錄B）②無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算（附錄B）③瀝青混合料層永久變形量驗算（附錄B）④路基頂面豎向壓應變驗算（附錄B）⑤瀝青面層低溫開裂指數驗算（附錄B）⑥防凍厚度驗算（附錄B）6計算設計路面結構的驗收彎沉值（附錄B）四、計算溫度調整系數和等效溫度瀝青路面結構驗算流程1交通荷載參數分析（附錄A、瀝青路面設計規(guī)范第3章）2初擬路面結構組合及各結構層厚度（瀝青路面設計規(guī)范第4章、附錄C）3確定路基和路面結構層材料參數（瀝青路面設計規(guī)范第5章）4計算溫度調整系數和等效溫度（附錄G）5路面結構驗算（瀝青路面設計規(guī)范第6章、附錄B）①瀝青混合料層疲勞開裂驗算（附錄B）②無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算（附錄B）③瀝青混合料層永久變形量驗算（附錄B）④路基頂面豎向壓應變驗算（附錄B）⑤瀝青面層低溫開裂指數驗算（附錄B）⑥防凍厚度驗算（附錄B）6計算設計路面結構的驗收彎沉值（附錄B）五、路面結構驗算標準軸載BZZ-100設計軸載（KN）輪胎接地壓強（MPa）單輪接地當量圓直徑（mm）兩輪中心距（mm）1000.70213.0319.5設計軸載的參數用BISAR3.0計算力學響應量——輸入BZZ-100X是行車方向，Y是橫斷面方向，Z豎直向下，坐標原點是輪隙中點。用BISAR3.0計算力學響應量——輸入結構層及設計參數瀝青路面的基層為承重層，初擬基層厚度為18cm，路面結構驗算通不過時，增加基層厚度，直至路面結構驗算滿足要求。力學響應量的計算點位無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算用BISAR3.0計算力學響應量——輸入計算點位計算點位在基層層底，1與A點對應，2與B點對應，3與D點對應，4與C點對應。用BISAR3.0計算力學響應量——水泥穩(wěn)定碎石基層層底拉應力當基層厚度為18cm時，用程序計算得到水泥穩(wěn)定碎石基層層底的最大拉應力為0.4979MPa結論：當基層厚度為18cm時，無機結合料穩(wěn)定材料基層的層底拉應力過大，使基層產生疲勞開裂破壞。瀝青路面的基層是承重層，驗算通不過時，增加基層的厚度，直至滿足要求。當基層厚度為36cm時，用程序計算得到水泥穩(wěn)定碎石基層層底的最大拉應力為0.2521MPa當基層厚度為36cm時，無機結合料穩(wěn)定材料基層的層底拉應力過大，使基層產生疲勞開裂破壞。當基層厚度為38cm時，用程序計算得到水泥穩(wěn)定碎石基層層底的最大拉應力為0.2363MPa結論：當增加基層厚度直至38cm時，基層的疲勞開裂驗算滿足要求?！豆窞r青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）瀝青路面結構驗算流程1交通荷載參數分析（附錄A、瀝青路面設計規(guī)范第3章）2初擬路面結構組合及各結構層厚度（瀝青路面設計規(guī)范第4章、附錄C）3確定路基和路面結構層材料參數（瀝青路面設計規(guī)范第5章）4計算溫度調整系數和等效溫度（附錄G）5路面結構驗算（瀝青路面設計規(guī)范第6章、附錄B）①瀝青混合料層疲勞開裂驗算（附錄B）②無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算（附錄B）③瀝青混合料層永久變形量驗算（附錄B）④路基頂面豎向壓應變驗算（附錄B）⑤瀝青面層低溫開裂指數驗算（附錄B）⑥防凍厚度驗算（附錄B）6計算設計路面結構的驗收彎沉值（附錄B）瀝青混合料層永久變形量驗算《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTGD50-2017）瀝青路面結構驗算流程1交通荷載參數分析（附錄A、瀝青路面設計規(guī)范第3章）2初擬路面結構組合及各結構層厚度（瀝青路面設計規(guī)范第4章、附錄C）3確定路基和路面結構層材料參數（瀝青路面設計規(guī)范第5章）4計算溫度調整系數和等效溫度（附錄G）5路面結構驗算（瀝青路面設計規(guī)范第6章、附錄B）①瀝青混合料層疲勞開裂驗算（附錄B）②無機結合料穩(wěn)定層疲勞開裂驗算（附錄B）③瀝青混合料層永久變形量驗算（附錄B）④路基頂面豎向壓應變驗算（附錄B）⑤瀝青面層低溫開裂指數驗算（附錄B）⑥防凍厚度驗算（