《沥青路面结构设计》ppt课件

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1、第六章 沥青路面结构设计,第一节 弹性层状理论体系,第二节 沥青路面的破坏状态与设计标准,第四节 新建沥青路面结构厚度计算,第五节 改建沥青路面,第三节 沥青路面的结构设计,第一节 弹性层状体系理论概述,一 基本假设与解题方法 弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间 体，如图14-1所示。 应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变形和位移等分量时，引入如下一些假设： (1)各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，以及位移和形变是微小的； (2)最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，其上各层厚度为有限、水平方向为无 限大； (3)各层在水平方向无

2、限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移为零； (4)层间接触情况，或者位移完全连续(称连续体系)，或者层间仅竖向应力和位移连续而 无摩阻力(称滑动体系)： (5)不计自重,第二节 沥青路面的破坏状态与设计标准 沥青路面由于环境因素的不断影响和行车荷载的反复作用，经过一段时间的使用，便会产生破坏而失去原有的使用能力。下面着重叙述沥青路面的结构破坏状态与设计标准。,一、沉陷 是路面在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象出现，如图14-6所示,造成路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至路基表面的车轮压力，便产生较大的垂直变形即沉陷

3、。,为控制路基土的压缩引起路面的沉陷，可选用路基土的垂直压应力或垂直压应变作为设计标准,车辙 车辙是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。这种变形出现在行车轮带处，即形成路面的纵向带状凹陷,车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。因为这类路面的使用寿命较长，即使每一次行车荷载作用产生的残余变形量很小，而多次重复作用累积起来的残余变形总和也将会较大，足以影响车辆的正常行使。,路面的车辙同荷载应力大小，重复作用次数以及结构层和土基的性质有关。有代表性的控制车辙深度的指标有两种：一种是路面各结构层包括土基的残余变形总和；另一种是路基表面的垂直变形。,

4、L,(14-16),路基表面的垂直应变标准，可表示为：,(14-17),三、疲劳开裂 开裂是路面在正常使用情况下，由行车荷载的多次反复作用引起的。 疲劳开裂的特点是，路面无显著的永久变形，开裂开始大都是形成细而短的横向开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。 产生疲劳开裂的原因，是沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用，使结构层底面产生的拉应变(或拉应力)值超过材料的疲劳强度(它较一次荷载作用的极限值小很多)，底面便开裂，并逐渐向表面发展。经水硬性结合料稳定而形成的整体性基层也会产生出疲劳开裂，甚至导致面层破坏。,结构层达到临界疲劳状态时所承受的荷载重复次数称为疲劳寿命。某一种路面结构

5、层疲劳寿命的大小，主要取决于所受到的重复应变(或应力)大小，同时也与路面的环境因素有关。,以疲劳开裂作为设计标准时，用结构层底面的拉应变或拉应力不超过相应的容许值控制 设计，即：,(14-18),(14-19),四、推 移 当沥青路面受到较大的车轮水平荷载作用时(例如经常启动或制动路段及弯道、坡度变化处等)，路面表面可能出现推移和拥起。造成这种破坏的原因是，车轮荷载引起的垂直力和水平力的综合作用，使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。同时也与行驶车轮的冲击振动有关。,为防止沥青面层表面产生推移和拥起，可用面层抗剪强度标准控制设计。,五、低温缩裂 路面结构中某些整体性结构层在低温(通常为负温

6、度)时由于材料收缩受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生开裂。由于路面的纵向尺度远大于横向，低温收缩时侧向约束不大，故这种开裂一般为横向间隔性的裂缝，严重时才发展为纵向裂缝。在冰冻地区，沥青面层和用无机结合料稳定的整体性基层，冬季可能出现这种开裂。低温缩裂是一项同荷载因素无关的设计指标，即低温时结构层材料因收缩受约束而产生的温度应力 应不大于该温度时材料的容许拉应力。,即：,六、路面弯沉设计标准 路面弯沉是路面在垂直荷载作用下，产生的垂直变形。一般认为，路面弯沉不仅能够反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系，同时弯沉值的测定也

7、比较方便。所以我国现行的沥青路面设计方法采用设计弯沉作为路面整体刚度的设计指标。 高速公路、一级公路和二级公路的沥青路面除了按弯沉设计路面结构之外，还须对沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层进行层底拉应力的验算。城市道路路面设计尚须进行沥青混合料面层的剪应力验算。 路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，它是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、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值，是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值可以作为路面竣工后第一年不利季节、路面温度为20时在标准轴载100kN作用下，竣工验收的最大回弹弯沉值，它与交通量、公路等级、面层和基层类型有关。,第三

8、节 沥青路面的结构设计,1、路面结构组成 1沥青路而结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。 2面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。 3基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。 4底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。 5基层、底基层视公路等级或交通量

9、的需要可设置一层或两层。当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。 6垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。,4 沥青面层 4.1一般规定 4.1.1沥青面层的技术要求 为了给汽车运输提供安全、快速、舒适的行车条件，沥青路面应具有坚实、平整、抗滑、耐久的品质，同时，还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨水渗入基层的功能。 4.1.2 沥青面层分类及适用范围 沥青面层分为沥青混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石混合料、沥青贯入式、沥青表面处治五种类型。 沥青混凝土适用于做各级公路的沥青路面面层。对高速公路、一级公路

10、的表面层、中面层、下面层应采用沥青混凝土：二级公路的表面层宜用沥青混凝土。 热拌沥青碎石适用于做二级及二级以下公路的面层、柔性路面的上基层以及调平层 乳化沥青碎石混合料适用于做三级、四级公路的沥青面层、二级公路养护罩面以及各级公路的调平层。 沥青贯入式碎石(含上拌下贯式)适用于做二级及二级以下公路的沥青面层。若沥青贯入碎石设在沥青混凝土层与半刚性基层、粒料基层之间时，沥青贯入式碎石应不撤封层料，也不做上封层。 沥青表面处治适用于三级、四级公路的面层、旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。,4.1.3、选择沥青,高速公路、一级公路的沥青路面，应选用符合“重交通道路石油沥青技术要求”的沥青，以及

11、经过试验论证、行之有效的改性沥青。 二级及二级以下公路的沥青路面，可采用符合“中、轻交通道路石油沥青技术要求”的沥青或改性沥青.沥青路面所用沥青标号，应根据气候条件、面层结构类型、施工方法和施工季节等按表413选用。,4.1.4、集料的技术要求 各种沥青面层的粗集料、细集料、填料应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJ 032)的有关规定。,4.1.5、 沥青路面抗滑性能 高速公路、一级公路的沥青路面应具有良好的抗滑性能，其抗滑性能应符合表415的要求。二级及三级公路应根据各路段的具体情况采取必要的技术措施，以提高路面抗滑性能。,表415 抗滑标准(p519),(1)摩擦系数：高速公路、一级公路

12、宜在竣工后第一个夏季采用摩擦系数测定车，以(50土1)kmh的车速测定横向力系数(SFC)。 (2)路面宏观构造深度：路面宏观构造深度，应在竣工后第一个夏季用铺砂法或激光构造深度仪测定。 (3)竣工后第一个夏季测定沥青面层横向力系数(或摆值)、路面宏观构造深度，应符合表415规定的竣工验收值的要求。,4.2 高级路面 421沥青混凝土 1沥青面层可由单层或双层或三层沥青混合料组成，各层混合料的组成设计应根据其层厚和层位、气温和降雨量等气候条件、交通量和交通组成等因素，按表421选用适当的最大粒径及级配类型，使之满足对沥青面层使用功能的要求。,表421 沥青混合料类型的选择(方孔筛),2 选择沥

13、青面层各层级配时，应至少有一层是I型密级配沥青混凝土，以防止雨水下渗。三层式沥青面层的表面层采用抗滑表层时，中面层应用I型密级配沥青混凝土，下面层宜根据当地气候、交通量采用I型或II型沥青混凝土。 双层式沥青面层的表面层采用抗滑层时，下面层应用I型密级配沥青混凝土；若采用半开级配或开级配热拌沥青碎石做表面层时，应在沥青面层下设下封层。多雨地区采用乳化沥青碎石混合料作面层时，必须设置上封层或下封层。 3、各种类型的沥青混合料级配组成可参考附录 B 表B1选用。,423沥青混凝土的稳定性 对高速公路、一级公路的表面层和中面层的沥青混凝土作配合比设计时，应进行车辙试验，以检验沥青混凝土的高温稳定性。

14、高温稳定性是以温度60、07MPa轮压条件下进行车辙试验所获得的动稳定度表示，对高速公路的表面层、中面层沥青混合料，其动稳定度不应低于800次mm；对一级公路的表面层、中面层沥青混合料不应低于600次mm。,表424 沥青混合料水稳性指标,424 沥青混凝土的水稳性 高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土应具有良好的水稳定性。沥青混合料的水稳性指标，除通常采用浸水马歇尔试验和沥青与矿料的粘附性试验，以检验沥青混合料受水损害时的抗剥落性能外，对年最低气温低于-215的寒冷地区，还应增加沥青混合料冻融劈裂残留强度试验。沥青混合料的水稳性指标应符合表424的规定。,425 沥青玛蹄脂碎石混合料 沥

15、青玛蹄脂碎石混合料(简称SMA)，是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，填充于间断级配的矿料骨架中，所形成的沥青混合料。具有抗滑耐磨、密实耐久、抗疲劳、抗高温车辙，减少低温开裂的优点。适用于高速公路、一级公路做抗滑表层使用，其厚度宜为35cm4cm。 SMA应选用磨光值大于42的硬质石料，最大粒径宜为13mm或16mm。应选用针入度较小、粘度较大的沥青，并宜采用改性沥青，油石比不宜小于62纤维稳定剂的用量，对木质素纤维为混合料总质量的03，矿物纤维为混合料总质量的04。 SMA混合料的矿料级配及配合比设计可采用国内成功的经验及方法进行，5mm以上粗集料用量不低于70，0075m

16、m通过量宜为813，马歇尔稳定度不宜低于62kN，空隙率宜控制在24范围内。但必须进行车辙试验检验，动稳定度不应低于1 500次mm。,43 次高级路面 431 热拌沥青碎石 热拌沥青碎石的配合比设计应根据实践经验和马歇尔试验的结果，并通过施工前的试拌、试铺确定。热拌沥青碎石的级配可参照附录B表B1选用。 432 乳化沥青碎石混合料 乳化沥青碎石混合料的面层宜做成双层式,若用单层式应根据当地降雨量设置下封层或上封层。混合料的级配宜符合附录B表B1的要求。混合料配合比设计可根据当地成功的经验或试拌试铺确定。,433 沥青贯入式路面 1沥青贯入式面层的厚度一般为4cm8cm。当沥青贯入式的上部加铺拌和的沥青混合料时，也称为上拌下贯，此时拌和层的厚度宜为3cm4cm，其总厚度为7cm10cm。乳化沥青贯入式路面厚度不宜大于5cm沥青贯入式面层之下应做下封层，以避免雨雪下渗至基层，或滞留在面层与基层之间而导致路面破坏。 2