我国公路沥青路面设计11.1 发展历程21.1 发展历程58年规范 路面模型与指标 环境条件 :以湿润系数为基础的道路气候分区图 土基条件: 以E0(形变模量)决定于含水量计算值 材料条件: E1(形变模量)31.1 发展历程66年规范 路面模型与指标 环境条件 :以温度与湿润系数为基础的道路气候分区图 土基条件:以E0(形变模量)决定于含水量计算值,大型测定或反算 材料条件: E1(形变模量)大型测定或反算41.1 发展历程51.1 发展历程78年规范 路面模型与指标 环境条件 :综合考虑地形与气候条件的公路自然区划气候分区图 土基条件:以Ecy(弹性模量)决定于含水量计算值,以1mm线性归纳法为准 材料条件: Ely(形变模量),(由试验路确定)61.1 发展历程71.1 发展历程86年规范 路面模型与指标 环境条件 :综合考虑地形与气候条件的公路自然区划气候分区图 土基条件:以E0(弹性模量),弯沉、弯拉以春季含水量计算值为准,剪切以夏 季高温计算值为准81.1 发展历程 材料条件: 沥青面层:弯沉指标: E1,压以20为准,整层或室内测定弯拉指标:E1,弯和S以1015为准,用梁测定。
剪切指标: E1,压、C和以七月平均路面温度为准 整体性基层: E1,压、 E1,弯和S室内测定 粒料基层: E1,压整层测定 91.1 发展历程时期第四阶段(90年代)典型结构主要特点解决沥青层疲劳问题破坏模式反射裂缝严重、排水问题未解决(水稳定性不足)技术导向追求较高的以平整度、抗滑指标为代表的使用性能要求101.1 发展历程97年规范 路面模型与指标 环境条件 :综合考虑地形与气候条件的公路自然区划气候分区图 土基条件:以E0回弹模量根据土基潮湿状态查表、室内试验或换算得到 111.1 发展历程 材料条件:E1(形变模量)大型测定或反算沥青沥青混合料:E1抗压回弹模量,20、15室内测定;SP15 圆柱体劈裂强度整体性半刚性材料:E抗压回弹模量,室内测定;SP, 圆柱体劈裂强度121.1 发展历程时期第五阶段(2000年以后)典型结构主要特点通过材料设计解决路面功能问题;通过组合设计解决排水与反射裂缝问题 破坏模式有待检验技术导向柔性基层备受关注131.1 发展历程 历史发展表明,沥青路面设计理论体系与方法、我国的设计规范的合理制定,是与一定历史时期的经济、设计、施工、试验水平等诸多因素协调发展的。
设计方法的完善必须有成熟技术的支持;一定要与当时路面建设发展相适应、解决当时关键技术问题 规范不是最新、最先进的技术;而是成熟技术的总结141.1 发展历程国内高等级公路沥青路面结构国内高等级公路沥青路面结构省份 名称路面结构使用情况广东省广佛4cmAC上面层;5cm沥青AC下面层;6cm沥青碎石;25cm6%水泥石屑上基层;2528cm 4%水泥土(石粉砂砾)底基层沥青路面厚度为15cm,由于佛山到广州方向重车多,破坏严重从调查结果来看,加铺罩面后路面最大车辙深度为14mm,平均车辙深为4.8mm;裂缝为15.8m/km2,裂缝率为8.0m2/km2,未加铺路段的最大车辙深度为21mm,平均车辙深度为6.8mm,裂缝度为28.1m/km2,裂缝率为21.2m2/km2广花3cmAC上面层;4cmAC下面层;20cm6%水泥稳定碎石上基层;30cm4%水泥稳定碎石、石粉底基层沥青路面厚7cm,当时依照强基薄面的思路设计,建成后出现问题较多,现已全部加铺了4cm的磨耗层这段路上的最大车辙深度为14mm,平均车辙深为7.3mm,裂缝度为83.3m/km2,裂缝率为9.2m2/km2辽宁省沈大4cm细粒式AC上面层;5cm中粒式AC下面层;6cmATB;1820cm水泥稳定砂砾基层;30cm天然沙砾。
运营8年后,沥青路面的损坏或缺陷所表现出来的形态和特征多种多样陕西省西宝4cm细粒式AC上面层;6cm中粒式AC中面层;6cm粗粒式AC下面层;5mm下封层;22cm水泥稳定碎石基层;25cm二灰砾石底基层自1996年全线通车,经过8年多运营,由于多种原因影响,出现各种不同病害151.1 发展历程国内高等级公路沥青路面结构国内高等级公路沥青路面结构省份名称路面结构使用情况广东省深南5cm沥青混凝土上面层;8cm沥青贯入下面层;40cm6%水泥石屑上基层;15cm4%水泥石屑底基层使用前3年没有裂缝和车辙,3年后出现裂缝,目前裂缝较多,但不影响行车,还没大修从调查结果看,目前裂缝已成为主要病害,原因是没有重车通过浙江省杭甬高速公路计划后续34cm细粒式沥青混凝土;46cm中粒式沥青混凝土;58cm沥青碎石;2834cm二灰碎石或水泥稳定碎石;20cm级配碎石所经地带的软土深度在全国是最严重的,深达60m,含水量7080%,沉降量达到填一半陷一半,全线145km,有94.5km为软土,占杭甬路总长的65.2%通车1年半以后,局部路段不同程度地出现了沥青混凝土路面裂缝、断裂、贫油、松散、龟裂,基层、底基层开裂、变形、破损、唧浆等病害。
破坏严重,有些数据已无法统计江苏省沪宁高速公路上面层:4cm厚AC16B多碎石级配类型;中面层:6cm AC25I级配类型;下面层:6cm厚AC25II级配类型沥青;底基层:20cm厚二灰碎石底;基层:40cm厚二灰土、二灰及石灰土;总厚度76cm经过2年运营,面层出现少量横缝和松散,在少数丘岭地带有沉降发生,造成路面纵缝发生从工程实践的体会中了解到,16cm厚的面层仍感觉有点薄,18cm可能会较合适如果中间加沥青碎石层反射裂缝会少,但疲劳裂缝可能会成为主要问题南京机场高速上面层:45cm厚AC16B级配类型;中面层:6cm厚AC25I级配类型;下面层:6cm厚AC25II级配类型;基层:34cm厚二灰碎石;底基层:20cm厚二灰土通车1年后使用效果良好路面各方面都满足要求,唯一问题是渗水,这可能一个是因为级配造成,另一个是当时压实不够,使用1年出现了压密现象,但没有泛油现象,路面平整度均方差通车时为0.549mm,1年后为0.68mm161.1 发展历程国内高等级公路沥青路面结构国内高等级公路沥青路面结构省份名称路面结构使用情况北京京津塘高速上面层:5cm厚LH20I级配类型;中面层:6cm LH30I级配类型;下面层:12cm厚沥青碎石。
运营9年来,除个别路段出现车辙、坑槽外,路面仍然处于比较好的状态京哈高速公路上面层:2cm厚沥青石屑;中面层:4cm厚LH30I级配类型;下面层:5cm厚沥青碎石根据检测结果,摩擦系数和构造深度数值比较小,这是由于表面层使用了石屑17 1.2 设计理论与指标体系沥青路面设计规范(JTG D50-2006)8.0.18.0.1 路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算路面结构设计采用双圆均布垂直荷载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,路面荷载及计算点如图8.0.18.0.1所示 土基土基181.2 设计理论与指标体系 规范条文规范条文 8.0.28.0.2 路面结构层厚度的确定应满足结构整体刚度(即承载力)与沥青层或半刚路面结构层厚度的确定应满足结构整体刚度(即承载力)与沥青层或半刚性基层、底基层抗疲劳开裂的要求:性基层、底基层抗疲劳开裂的要求: 1 1 轮隙中心处(轮隙中心处(A A点)路表计算弯沉值点)路表计算弯沉值lsls 应小于或等于设计弯沉值应小于或等于设计弯沉值ldld. .即即: : 2 2 轮隙轮隙中心(轮隙轮隙中心(C C点)或单圆荷载中心处(点)或单圆荷载中心处(B B点)的层底拉应力点)的层底拉应力 mm应小于或等于容许拉应小于或等于容许拉应力应力 R R ,即:,即:191.2 设计理论与指标体系 规范条文规范条文 8.0.3 8.0.3 高速公路、一级公路、高速公路、一级公路、 二级公路的路面结构,以路表面回弹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及半刚性材料层的层底拉应力弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力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以路表面设计弯沉值为设计指标三级公路、四级公路的路面结构以路表面设计弯沉值为设计指标有条件时,对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪为设计指标有条件时,对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪切强度 201.2 设计理论与指标体系设计标准 (1)柔性基层及混性基层及混合式基层: 弯沉计算、弯拉验算 混合式基层路面设计弯沉值: ld=780N-0.2 AcAs (2)半刚性基层及贫砼基层: 弯拉计算、反算弯沉控制 贫混凝土基层的抗拉强度结构系数: Ks=0.51N-0.07/Ac211.2 设计理论与指标体系 规范条文规范条文 8.0.5 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层类型按式(8.0.5-1)(8.0.5-1)计算确定计算确定 式中:式中:l ld d 设计弯沉值(设计弯沉值(0.01mm0.01mm);); N Ne e设计年限内一个车道累计当量轴次设计年限内一个车道累计当量轴次( (次次) ); A Ac c公路等级系数,高速公路、一级公路为公路等级系数,高速公路、一级公路为1.01.0,二级公路为,二级公路为1.1, 1.1, 三三、四级公路为、四级公路为1.21.2; A As s面层类型系数,沥青混凝土面层为面层类型系数,沥青混凝土面层为1.01.0;热拌和冷拌沥青碎石、;热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.11.1。
A Ab b路面结构类型系数,半刚性基层沥青路面为路面结构类型系数,半刚性基层沥青路面为1.01.0;柔性基层沥青;柔性基层沥青路面为路面为1.61.6221.2 设计理论与指标体系基层类型系数基层类型系数 说明说明 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AbAb分别为分别为1.01.0和和1.61.6的来的来源 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,路面结构系数结构,设计弯沉值应界于二者之间,路面结构系数AbAb可采用内插的方法处理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,慎重为之柔性路面结构时,应结合国外经验和国内实际,慎重为之231.2 设计理论与指标体系 规范条文规范条文 8.0.6 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式(许拉应力应按式(8.0.6-18.0.6-1)计算:)计算:式中:式中: R R路面结构层材料的容许拉应力路面结构层材料的容许拉应力( (MPaMPa); ); S S沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度( (MPaMPa) ); K KS S抗拉强度结构系数。
抗拉强度结构系数24 规范条文规范条文 1 1 对沥青混凝土的极限劈裂强度,系指对沥青混凝土的极限劈裂强度,系指1515时的极限劈裂强度;对水泥稳定类材料系指时的极限劈裂强度;对水泥稳定类材料系指龄期为龄期为90d90d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180d180d的极限劈的极限劈裂。