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1、通过该次课的学习，学生应重点掌握：柔性路面常见的损坏现象。熟悉柔性路面的设计指标。了解柔性路面主要损坏形式产生的原因。,本次授课的重点：柔性路面常见的损坏现象，柔性路面的主要设计指标。 难点：柔性路面的设计指标。,目的要求,重点与难点,第二篇 道路路基路面结构 第三章 柔性路面,第三章 柔性路面,路面：是用各种筑路材料，按一定厚度与宽度、分层铺筑在路基顶面上，直接承受车辆荷载和外界自然因素作用的层状构造物。 柔性路面：是用各种基层（水泥混凝土除外）和各类沥青面层、碎（砾）石面层、块料面层等组成的路面结构。 路面设计：就是根据道路的使用任务、性质、交通量和交通组成，结合当地的材料、自然条件和地质
2、条件，并考虑路基状况而进行的一项综合性结构设计。 柔性路面设计的内容包括：路面结构层次的选择与组合、各结构层厚度的确定和结构层材料组成设计等。,基本概念,3-1 柔性路面常见的损坏现象,柔性路面的力学特点：各结构层具有一定的塑性、弯沉变形较大；抗弯拉强度较小，主要依靠抗压、抗剪强度来抵抗车辆荷载的作用。 柔性路面的破坏主要取决于荷载作用下的垂直位移和水平拉应变（力）。同时，土基的刚度和稳定性对路面结构的整体强度和刚度也有较大的影响。 柔性路面常见的损坏形式有： 1、裂缝 2、沉陷和车辙 3、推移 4、坑槽 5、泛油,next,一、裂缝：是路面上较普遍的损坏现象，常表现为纵向裂缝、横向裂缝，以及
3、纵横交错的龟裂等形态，有时还伴随着其它损坏现象。,裂缝产生的原因： （1）基层软弱，使面层由于变形过大而出现网裂； （2）在行车荷载的重复作用下，面层产生疲劳开裂； （3）面层材料过脆，或面层和基层的刚度相差悬殊，以及面层底部由行车荷载作用产生的拉应力过大，使面层拉裂； （4）因半刚性基层的收缩而引起的反射裂缝； （5）因沥青面层低温收缩而产生的横向裂缝； （6）由于沥青材料老化等原因而产生的裂缝。,二、沉陷和车辙 1沉陷：是指路面出现局部下凹的现象。,沉陷产生的原因：土基局部湿软、路面强度不足或路面厚度过薄，以及由路面传到土基的压力超过了土基的承载力时，由于土基产生过大的垂直变形，而导致路面
4、沉陷。,2车辙,若整个路段土基或基层强度不足，路面就会沿道路纵向、在行车轮迹集中处产生带状凹陷车辙。 另外，在高温季节，沥青面层在车辆荷载的重复作用下，由永久变形积累也能形成车辙。,三、推移 面层材料沿行车方向产生推挤、隆起，甚至形成波浪的现象称为推移。 形成原因：在行车荷载的水平力、垂直力和撞击力的共同作用下，使面层材料产生剪切破坏。在交叉口、公共汽车停靠站、收费站的前后经常发生此类破坏。 若沿路面的纵向形成连续的、波长和波峰大致相同的“波浪现象”称为搓板，搓板是推移的一种特例。,四、坑槽 由于面层材料粘结力不足或在较大的行车荷载作用下，面层材料被磨损、碾碎，而产生细集料流失、粗骨料外露，进
5、而失去联结作用而出现的成片散开的现象称为松散；松散的材料流失后就形成了坑槽。,五、泛油 油石比过高的路段上，在高温季节，因为沥青路面软化，而在其表面出现一层黑亮沥青的现象称为泛油。泛油发生后，面层材料的粘结力下降，沥青容易被车轮粘着带走而形成坑槽，而在沥青材料落下处则形成了油包。 形成原因：沥青的热稳定性不好，混合料组成中沥青用量偏高。,综合上述，可以看出柔性路面产生损坏的原因是多种多样的。所以，在路面设计中，不仅要考虑路面各层次的必要厚度，还要重视路面结构的组合，同时注意施工质量和路面养护，以保证路面的使用品质。,3-2 柔性路面的设计指标 一、柔性路面的设计指标的类型 （一）弯沉指标 弯沉
6、：是在一定的荷载作用下，路表面的竖向变形。它是反映路面整体承载能力高低和使用状况好坏的最直观、最简单的指标。 路表弯沉值是路面各结构层变形的总和，对于沥青路面，我国现行“沥规”规定：以双轮组车轮荷载作用下，在路表面轮隙中心处的弯沉作为路面整体抗变形能力的指标。 根据要求，路面设计的控制方程应满足下式：,式中： ls 沥青路面计算的最大弯沉值（1/100mm），一般指位于双轮轮隙中心处的弯沉值。 ld沥青路面设计弯沉值（1/100mm)。,返回, （二）抗拉指标 经验证明：只用路面竖向变形作为路面的控制条件往往是不够的，难以解决当竖向变形尚在容许范围的路面开裂、推移等问题。 沥青路面在行车荷载的
7、多次重复作用下，由于疲劳现象而使其抗拉强度降低，从而出现了拉裂破坏。为此，必须验算其抗拉能力。验算时，按“弹性层状体系”理论计算路面结构层内的最大的拉应力或拉应变，并使其满足：, （三）抗剪指标 沥青混合料的抗剪强度主要来源于颗粒间的摩阻力和结合料的粘聚力，在车轮荷载的作用下，当路面结构内某点的剪应力超过材料的抗剪强度时，路面便会产生剪切破坏。必要时，应验算其抗剪强度。,式中： 路面结构层内剪切截面上的剪应力； 路面结构层材料的容许剪应力。,高速公路、一级公路、二级公路的路面结构，以路表面回弹弯沉值，沥青混凝土层的层底拉应力以及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。 三级公路、四级公路的路面结构
8、以路面设计弯沉值为设计指标。 有条件时，对重载交通路面以检验沥青混合料的抗剪强度。,二、设计弯沉值,在车辆荷载的作用下，路面表面的垂直变形称为路表总弯沉l z。 路表总弯沉值包括可恢复的垂直变形（回弹弯沉） l 和 不可恢复的垂直变形（残余弯沉） l p两部分。即：,处于或接近弹性状况的路面，其残余弯沉很小。所以，我国现行“沥规”采用路面的回弹弯沉来表示路面的抗变形能力。 路面设计弯沉值：是根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、道路等级、面层和路面结构类型而确定的弯沉设计值。,路面设计弯沉值的大小随公路等级、交通量、轴型、面层和基层类型等因素而异。一般认为：在一定轴型的荷载作用下，路
9、面的变形越大，达到某一破坏状态时的容许通过轴次就越少；反之则越多。 根据“沥规”的规定，路面设计弯沉值l d (1/100mm)可按下式确定:,式中: AC 公路等级系数。高速公路、一级公路为1.0；二级公路为1.1；三、四级公路为1.2； AS面层类型系数。沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面、沥青表面处治为1.1； Ab 路面结构类型系数。半刚性基层沥青路面， Ab =1.0；柔性基层沥青路面， Ab =1.6。,设计年限内一个车道上的累计当量轴次。,其中： N1 路面竣工通车后第一年双向日平均当量轴次（次/日） 设计年限内交通量的年平均增长率（%） 车道系数。 T
10、设计年限。,在计算Ne时，必须将不同轴载的作用次数换算为同一标准轴的当量作用次数。路面设计中采用双轮组单轴载100KN作为标准轴载，以BZZ-100表示。 其计算参数见表2-3-3。,1当以设计弯沉值为指标和进行沥青层层底拉应力验算时 将各级轴载按下式换算成标准轴载P的当量轴次N。,式中： N标准轴载的当量轴次（次/d） n i 被换算车型的各级轴载作用次数（次/d） P 标准轴载（KN）。 Pi被换算车型的各级轴载（KN） C 1轴数系数：当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1=m（轴数）；当轴间距小于3m时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式C1=1+1.2（m -1）
11、计算。 C 2轮组系数：双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。,2当进行半刚性基层层底拉应力验算时 各级轴载均应按下式换算成标准轴载P的当量轴次。,式中： C1 轴数系数。 当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1 =m（轴数）；当轴间距小于3m时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式C1 =1+2（m-1）计算。 C2 轮组系数：双轮组为1，单轮组为18.5，四轮组为0.09。,例2-3-1：已知某载货车为双后轴（轴距3m）双轮组，每一后轴重均为80KN，前轴重30KN。试求该货车通过1次相当于标准轴BZZ100作用几次？ 解： 1当以设计弯沉值为指标和进行沥青层层底
12、拉应力验算时 由于双后轴轴距3m,将各级轴载换算成标准轴载,2当进行半刚性基层层底拉应力验算时 由于双后轴轴距3m,将各级轴载换算成标准轴载,例2-3-2：某双车道二级公路竣工通车第一年的交通量及相关资料（双向）如下表所示，其面层材料为沥青混凝土，基层为半刚性材料，路面的设计使用年限为12年，交通量年增长率为11%，并已知：Ac=1.1，As =1.0， Ab=1.0， =0.5。 试按上述条件计算路面的设计弯沉值。,解：（1）计算路面竣工通车第一年的双向日平均当量轴次： 尼桑CWA52：由于后轴轴距3m，所以,东风EQ140：由于后轴轴距3m，所以,所以，N1=494.89+75.80=57
13、0.69（次/日）,（2）计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次,（3）计算沥青路面的设计弯沉值：,三、容许拉应力 路面结构层的容许拉应力：是指路面结构在行车荷载的反复作用下，达到临界破坏状态时所容许的最大拉应力。 该应力值较之一次荷载作用下的抗拉强度要小，减小的程度与重复荷载作用的次数及路面结构层材料的性质有关，容许拉应力的计算公式为：,式中： 容许拉应力（MPa）。 沥青混凝土或半刚性材料在规定温度或龄期的极限劈裂强度（MPa）。 沥青混凝土面层取15时的极限劈裂强度；水泥稳定类材料取龄期90d的极限劈裂强度；二灰稳定类、石灰稳定类材料取龄期180d的极限劈裂强度；水泥粉煤灰稳定类材料取龄
14、期120d的极限劈裂强度。,Ks抗拉强度结构系数，它是反映材料疲劳强度性能的系数。 抗拉强度结构系数Ks的计算公式如下： （1）对于沥青混凝土面层：,其中: Ac公路等级系数。高速公路、一级公路为1.0；二级公路为1.1；三、四级公路为1.2。 Ne设计年限内一个车道上的累计当量轴次。 （2）对于无机结合料稳定集料类：,（3）对于无机结合料稳定细粒土类：,四、容许剪应力 城市道路设计中还要求验算沥青面层的抗剪能力，为此需要计算容许剪应力，具体见城市道路设计规范。 五、沥青路面抗滑标准 高速公路、一级公路在交工验收时，其抗滑技术指标满足以下要求，二级公路可参照执行。,例2-3-3：已知在长清与平
15、阴之间计划修建一条四车道的一级公路，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。 该路段路基处于5区，为粉质土。面层采用三层式沥青面层，上面层采用细粒式抗滑表层(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)。基层采用水泥稳定碎石(厚度取20cm)，底基层采用石灰土(含灰量为12%，厚度待定)。 试进行轴载换算与累计当量轴次计算、设计弯沉值计算和路面结构层各层底容许拉应力计算。,交通组成表,解： （1）轴载换算与累计当量轴次计算 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。 1)以设计弯沉值为指
16、标及验算沥青层层底拉应力时 轴载换算 采用的计算公式:,式中： N标准轴载的当量轴次（次/d） n i 被换算车型的各级轴载作用次数（次/d） P 标准轴载（KN）。 Pi被换算车型的各级轴载（KN） C 1轴数系数：当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1=m（轴数）；当轴间距小于3m时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式C1=1+1.2（m -1）计算。 C 2轮组系数：双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。,轴载换算结果（弯沉）,根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.40.5，在此取0.45。,累计当量轴次计算,（次）,轴载换算 轴载换算公式为:,2)验算半刚性基层层底拉应力时,式中
