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1、沥青路面设计,内容回顾,1. 概述（沥青路面优缺点、损坏类型及原因、对沥青路面的基本要求、气候分区） 2. 沥青路面材料的结构与力学特性（蠕变、松弛、时温等效、劲度模量） 3. 沥青路面的稳定性与耐久性（高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、耐疲劳性能、抗老化性能） 4、沥青路面的原材料（沥青标号）,沥青路面概述 沥青路面设计任务 沥青路面设计程序 沥青路面设计原则 沥青路面设计方法与步骤,一、公路沥青路面设计理论,双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论,沥青路面概述,我国路面设计以双轮组单轴载100kN作为标准轴载，以BZZ-100表示,设计理论与指标体系,路面结构设计采用双圆均布垂直荷载
2、作用下的弹性层状连续体系理论进行计算，路面荷载及计算点如图所示。,二、沥青路面设计指标,1、路表设计弯沉值控制指标 式中：Ls路表实际可能产生的回弹弯沉值 Ld路面设计弯沉值 2、容许拉应力验算指标： 3、容许切应力验算指标：,根据路面在行车荷载和自然因素下所产生的应力、应变和 位移量不超过路面任一结构层中材料的允许应力、应变和位 移量选定路面结构层的组合和厚度。,设计弯沉,弯沉定义：路面在车轮荷载作用下产生的垂直位移值。 弯沉包括：弹性弯沉（回弹弯沉）、残余弯沉。 总弯沉=弹性弯沉+残余弯沉。 为了控制路基路面的总变形，防止网裂、沉陷、车辙，使路面库有足够的整体刚度和强度，可以利用路面回弹弯
3、沉值L0可表征路面的强度；路面弯沉值愈大，路面抵抗垂直变形的能力愈弱。 设计弯沉：根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、路面结构类型而确定的路标设计弯沉值。,规范条文,8.0.5 设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按式(8.0.5-1)计算确定。,式中：ld 设计弯沉值（0.01mm）；,Ne设计年限内一个车道累计当量轴次(次)；,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、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1。,Ab路面结构类型
4、系数，半刚性基层沥青路面为1.0；柔性基层沥青路面为1.6。,基层类型系数,原规范的说明己论述了半刚性基层和柔性结构层的路面结构系数Ab分别为1.0和1.6的来源。,对采用柔性结构层和半刚性基层组合而成混合式基层的路面，是从柔性向半刚性过渡的结构，设计弯沉值应界于二者之间，路面结构系数Ab可采用内插的方法处理。,对于交通量较大的柔性路面结构，目前尚处于研究阶段，缺乏工程实践经验，因此采用柔性路面结构时，应结合国外经验和国内实际，慎重为之。,说明,规范条文,8.0.6 沥青混凝土层、半刚性材料基层、底基层以拉应力为设计或验算指标时，材料的容许拉应力应按下式计算：,式中：R路面结构层材料的容许拉应
5、力(MPa);,S沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度(MPa)；,KS抗拉强度结构系数。,沥青路面结构厚度设计的设计标准,沥青路面结构厚度设计的设计标准,规范条文,1 对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指15时的极限劈裂强度；对水泥稳定类材料系指龄期为90d的极限劈裂强度；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度；对水泥粉煤灰稳定类材料系指龄期为120d的极限劈裂强度。,2 对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，按下式计算：,对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数，按下式计算：,对无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数，按下式计算：,各种设计指标的适用范围,1）公路沥青路面设
6、计规范以设计弯沉值作为路面结构控制指标， 2）对于高速公路、一级、二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层，应验算层底拉应力是否满足相应的容许拉应力的要求。 3）城市道路设计时，还需计算沥青路面表面最不利点的剪应力，它应满足沥青路面容许剪应力的要求。 4）季节性冻冻地区，沿应验算防冻厚度是否满足要求。,沥青路面设计的任务,确定合理路面等级； 选择适合的路面类型； 进行结构组合设计 计算路面厚度； 路面结构方案的比选。,沥青路面设计程序,新建沥青路面通常按以下步骤进行路面结构设计： 1根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。 2按路基土类与干湿类
7、型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m,若为大规模机械化施工，不宜小于1Km），确定各路段土基回弹模量值。 3根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。,设计程序,4根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。对于季节性冰冻地区的高级和次高级
8、路面，尚应验算防冻厚度是否满足要求。 5进行技术经济比较，确定路面设计方案。,沥青路面设计原则,为达到沥青路面设计技术先进、经济合理，路面安全适用并与周围环境相协调的目的，在设计工作中应遵循下列原则： 1应根据使用要求与当地的自然条件在充分掌握设计资料的基础上，按面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求进行综合设计。 2应贯彻因地制宜、合理选材的原则，结合当地经验拟定几种路面结构方案，进行分析比较，并优先选用便于机械化施工和质量管理的方案。 3应从技术经济上论证是否有必要考虑分期修建。对分期修建的路面工程，设计时应统筹安排结构层次与厚度，使前期工程能被后期所用。 4加强调查研究，认真总结经验，积极采
9、用并推广新技术、新材料、新工艺、新设备。 以上四项设计原则中，将路基路面作为一个整体结构进行设计是最主要的原则之一，通常称为路基路面综合设计。在进行路面设计时，要充分体现路基稳定、基层坚实、面层耐久的重要原则。,一、 路面类型的确定,沥青路面设计方法与步骤,二、标准轴载与轴次换算,一）、标准轴载及当量轴次 标准轴载：将不同车型组合而成的混合交通量换算成某种统一轴载的当量轴次，将该统一轴载称为标准轴载。 沥青路面设计：采用双轮组单后轴100kN为标准轴载，BZZ-100。当轴载25kN和轴载130kN的各级轴载均应进行换算。 当量轴次：按照等效原则，将不同车型、不同轴载的作用次数换算为标准轴载1
10、00KN相当轴载的作用次数称为当量轴载。,二）、轴载换算原则 换算原则：弯沉等效原则或拉应力等效原则 等效原则：某一路面结构在不同轴载作用下达到相同的损坏程度为依据。 含义： 1、对于同一种路面结构，若一种荷载作用了n次，使路面达到极限破损状态，另一种荷载作用了m次，是路面结构达到了相同的破损状态，则这两种荷载的作用次数为等效。 2、对于同一种交通组合（混合交通量），通过等效换算后，不论按照哪种轴载进行路面厚度计算，得到的结果都是相同的。,标准轴载与轴次换算,三）、轴载换算方法,1）采用路表设计弯沉值及沥青面层层底拉应力验算时：（当轴载25kN的各级轴载均应进行换算） 2）半刚性基层层底拉应力
11、验算（当轴载50kN的各级轴载均应进行换算）,标准轴载与轴次换算,四）、累计当量轴次计算,设计年限内，考虑车道数量影响后，一个车道上的当量轴次总合。 涉及：初期日交通量、远景交通量、设计车道累计标准轴载作用次数 远景设计年限交通量，单位（ 次/日 ）： 设计年限内设计车道上的累计当量轴次,根据公路工程可行性研究报告，可知该公路在预测第一年日平均交通量见表13-5，预测交通量增长率为7.0%，设计年限为15年。,表13-5 近期交通组成与交通量,表6-6 各代表车型轴载,1. 按弯沉与沥青层底弯拉应力指标进行换算 以尼桑CWL40HD为例： 前轴： 后轴： 则对于尼桑CWL40HD：250辆/d
12、相当于标准轴载作用416.3+78.5=495次/d。,同理可求出，黄海DD640：400辆/d相当于标准轴载作用115次/d；东风EQ140：300辆/d相当于标准轴载作用62次/d；解放CA10B：400辆/d相当于标准轴载作用22次/d；黄河JN162A：300辆/d相当于标准轴载作用959次/d；东风SP9250：180辆/d相当于标准轴载作用990次/d；尤尼克2766型：60辆/d相当于标准轴载作用375次/d。 因此，可获得第一年日均当量轴次为3018次/d。 则设计年限内，以设计弯沉和沥青层底拉应力为指标时，一个车道累计当量轴次为：,2. 按半刚性材料层底弯拉应力指标进行换算
13、以尼桑CWL40HD为例： 前轴： 后轴： 则对于尼桑CWL40HD：250辆/d相当于标准轴载作用18.1+449.5=468次/d。,则对于尼桑CWL40HD：250辆/d相当于标准轴载作用18.1+449.5=468次/d。 同理可求出，黄海DD640：400辆/d相当于标准轴载作用30次/d；东风EQ140：300辆/d相当于标准轴载作用15次/d；解放CA10B：400辆/d相当于标准轴载作用1次/d；黄河JN162A：300辆/d相当于标准轴载作用930次/d；东风SP9250：180辆/d相当于标准轴载作用1481次/d；尤尼克2766型：60辆/d相当于标准轴载作用557次/d
14、。 因此，可获得第一年日均当量轴次为3482次/d。 则设计年限内，以半刚性材料层底拉应力为指标时，一个车道累计当量轴次为： 根据累计当量轴次的计算结果，按照表7-4的规定，确定本公路交通等级为重交通。,交通等级的确定,三、设计弯沉的确定,相当于路面竣工后第一年不利季节路面在标准轴载100kN作用下，测得的最大回弹弯沉值。,式中：Ld设计弯沉值，0.01mm； Ac公路等级系数； As面层类型系数； Ab基层类型系数,四、土基类别与干湿类型的划分,按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m,若为大规模机械化施工，不宜小于1Km），参照设计规范确定各路段土基
15、回弹模量值。,五、沥青路面结构组合设计,根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案； 根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。,1.表面使用品质长期稳定原则：沥青路面设计规范对平整度、抗滑性能、高温稳定性、水稳性、抗裂性能提出了相应技术指标要求。,高温动稳定度要求,一）结构组合设计原则,2.强度刚度与层位相匹配的原则：车辆荷载与环境影响（如温度、降雨）自上而下逐渐衰减，因此对材料的强度刚度要求也自上而下降低。,3.就地取材原则：例如设计路段有丰富的碎石、砂砾材料、石灰，沿线有水泥厂，因此基层材料采用水泥稳定碎
16、石而不采用二灰稳定碎石，底基层采用石灰土而不用二灰土。,二）、沥青路面结构层的选择,1、路面面层类型的选择 应与公路等级和交通量相适应 路面面层要求强度高、耐磨耗、抗滑、热稳定性好、不透水 公路等级越高，交通量越大，路面等级也应该越高，厚度越大，相应的面层层次也越多。 考虑气候因素的影响：气候干旱地区，不宜采用砂砾路面；多雨地区，注意路面的水稳定性等；寒冷地区注意沥青路面的低温抗裂性；高温地区注意沥青路面的高温稳定性。,2、基层类型的选择 基层是主要的承重层，应具有足够的强度、刚度与水稳定性。 常用基层类型：水泥、石灰、工业废渣类；砾（砾）石嵌锁类；土、石级配类。 所需基层厚度较大时，为了降低造价，可增设底基层。 潮湿路段，宜选用碎石、片石、块石、工业废渣、二灰土、水泥稳定砂砾等水稳性好的基层。 干燥路段，可采用泥结碎石等水稳定性差的基层。,二）、沥青路面结构层的选择,三）、沥青路面结
