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1、路基路面工程（第二版）主讲：谢军主讲：谢军 教授，教授，主编：谢军出版社：重庆大学出版社书号：9787-5689-4182-2出版日期：2023.10说 明本课件作为教材的配套资料，供同行及使用者参考；本课件作为教材的配套资料，供同行及使用者参考；本课件本课件版权版权属于长沙理工大学属于长沙理工大学路基路面工程路基路面工程(第二版第二版)教材编写组所有，教材编写组所有，请不要用于商业目的及其他用途，否则请不要用于商业目的及其他用途，否则作者将保留追究其责任的权利作者将保留追究其责任的权利；教材及课件存在的问题，请联系：长沙理工大学谢军教授，教材及课件存在的问题，请联系：长沙理工大学谢军教授，。
2、主要内容5.1 概述5.2 沥青混合料结构与力学强度特性5.3 沥青路面稳定性与耐久性5.4 沥青路面材料及施工5.5 沥青路面设计5.6 沥青路面结构组合设计5.7 我国沥青路面设计方法5.1 概述沥青路面基本特性定义：用沥青材料作结合料黏结矿料修筑面层并与各类基层（有时包括功能层）所组成的路面结构。优点：表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修方便、适于分期修建。缺点：施工受季节、气候影响大；工艺要求高；有一定毒性；受温度影响大，夏软冬脆；材料易老化且路面磨光后导致行车不安全。沥青路面基本特性具有足够的力学强度，可以承受汽车荷载的作用；具有一定的弹性和塑性变形能
3、力，承受一定的应变而不破坏；与汽车轮胎的附着力较好，保证行车安全；具有很好的减振性，汽车可快速行驶而平稳无噪声；不扬尘，易冲扫和清洗；维修方便简单，且沥青路面可再生利用。对沥青路面的基本要求沥青路面直接承受车辆荷载和大气因素的作用，同时沥青混合料的物理、力学性质受气候因素和时间因素的影响，为保证路面为车辆提供稳定、耐久的服务，沥青路面必须具有足够的高温稳定性、低温抗裂性、耐久性、抗滑能力、防渗能力。沥青路面病害及原因1、裂缝荷载型裂缝是由于车轮超载严重，导致沥青层拉应力超过其疲劳强度所致，一般在沥青层底开始产生，然后向上发展；非荷载型裂缝主要是指沥青面层缩裂及基层反射裂缝。按照成因的不同可分为
4、横向裂缝、纵向裂缝及网状裂缝三种类型。缩裂：多发生在冬季，当面层平均温度低于其断裂温度，产生的拉应力超过沥青混合料在该温度时的抗拉强度时，即发生断裂；反射裂缝：指在基层开裂处由于应力集中导致面层底部相应位置开裂。通常非荷载型裂缝比较规则。横向裂缝是指垂直于行车方向的裂缝，可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝。由于沥青路面分幅摊铺时，两幅接茬处未处理好，在车辆荷载及自然因素下逐渐开裂；由于路基的不均匀沉陷而引起；行车轮迹带外缘高应力（拉、剪）引起沥青表层疲劳开裂。由于路面整体强度不足而引起，也可能是路面出现纵、横向裂缝后未及时封填，水分下渗而加剧路面的破损。沥青路面的老化也是引起网裂的原因。纵向裂缝网
5、状裂缝车辙一般是高温季节沥青混合料在车辆荷载反复碾压下产生塑性变形而形成，表现为路面表面的纵向带状凹陷；主要是由于渠化交通引起的沥青路面损害类型之一；当车辙达到一定深度，辙槽积水，极易导致交通事故的发生；对于半刚性基层沥青路面，由于基层刚度较大，塑性变形主要发生在沥青面层；对于柔性基层沥青路面，车辙主要来源于路面结构层和路基土的塑性变形。2、车辙指沥青从矿料表面脱落，在车辆荷载作用下沥青路面呈现出松散状态；主要原因：由于沥青与矿料之间粘附性不够，在水或冰冻作用下，沥青从矿料表面剥离所致，另外也有沥青老化的原因；主要在沥青混合料组成设计与性能验证阶段考虑。3、松散剥落沥青路面在车轮反复滚动摩擦作
6、用下，集料表面被逐渐磨光，有时伴有沥青的不断上翻（泛油），从而导致沥青层表面光滑，特别在雨季会导致安全事故的发生。主要原因：集料质地软弱，缺少棱角，或者矿料级配不当，粗集料尺寸偏小，细料偏多，或沥青用量偏多等。4、表面磨光沥青路面使用性能气候分区由于我国幅员辽阔、气候变化大，各地对沥青路面使用性能要求差别很大，为此提出“沥青路面（沥青及沥青混合料）气候分区”指标与相应的气候分区图。除温度外，沥青路面使用性能还与水分有关，因此，根据高温、低温、雨量三个主要因素的30年的统计资料，按照概率大体相等的原则提出气候分区指标的界限及气候分区图。高温分区按照30年最热月平均最高气温划分为：夏炎热区（30）
7、、夏热区（2030）、夏凉区（20）；其中30 线基本上是沿燕山、太行山、四川盆地及云贵高原边缘走向，与自然的地形、地貌走向一致。低温分区按照30年极端最低气温（30年一遇预期最低值）划分为：冬严寒区(-37)、冬寒区(-37-21.5)、冬冷区(-21.5-9)、冬温区(-9)；雨量分区按年降雨量分为：潮湿区(1000mm)、湿润区(5001000mm)、半干区(250500mm)、干旱区(250mm)；1000mm分界线基本位于秦岭淮河区域。沥青路面使用性能气候分区由高温、低温组合而成；沥青混合料气候分区由高温、低温、雨量组合而成；高温、低温组合共9种，再按照雨量组合共26种。其中：编号数
8、字越小表示气候影响因素越严重。第一个数字表示最热月平均最高气温的分级，第二个数字表示年极端最低气温的分级，第三个数字表示年降水量分级。沥青混合料分类按强度构成原理分为：密实类、嵌挤类密实类：按照最大密度设计，其强度与稳定性取决于沥青混合料的粘聚力和内摩阻力。按空隙率大小分为开式(6%)和闭式(6%)。嵌挤类：采用颗粒尺寸较为均匀的集料，其强度与稳定性取决于沥青混合料的内摩阻力，粘聚力起次要作用。悬浮密实结构：通常为连续型密级配，含有大量细料，粗料较少，不能形成骨架。这种混合料粘结力高、内摩阻力较小。骨架空隙结构：通常为连续型开级配，粗集料较多，细集料较少，虽能形成骨架，但空隙较大。其内摩阻力较
9、大、粘结力较小。密实骨架结构：通常属于间断级配，既有一定数量的粗集料形成骨架，也有一定数量细集料填充空隙，同时具有较好的粘结力和内摩阻力。按施工工艺分为：层铺法、路拌法、厂拌法层铺法：分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑而成的沥青路面；优点：工艺、设备简单，功效高，施工进度快，造价较低；缺点：路面成型期长；常用结构类型有沥青表面处治、沥青贯入式两种。路拌法：在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和、摊铺、碾压密实而成的沥青面层；常用结构类型有路拌沥青碎（砾）石、路拌沥青稳定土；因为路拌时矿料为冷料，需使用粘稠度较低的沥青，故沥青混合料强度较低。厂拌法：将规定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设
10、备（加热拌和，然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面；沥青拌合楼：按照铺筑温度的不同，分为热拌热铺、热拌冷铺、温拌温铺。沥青混凝土（AC）：按沥青路面技术特性分为：用沥青混凝土作面层的路面；面层可由单层、双层或三层组成；各层组合设计应根据层厚、层位、气温、降雨量、交通量及交通组成确定，以满足沥青路面使用功能要求；常用于高等级公路的面层；矿料中含矿粉，混合料按最佳密实级配配制，空隙率10%；热拌沥青碎石（AM）：用沥青碎石作面层的路面，也可用做联结层；矿料中细颗粒含量少，不含或含少量矿粉，混合料为开级配，空隙率达1015%。乳化沥青碎石：采用乳化沥青作为结合料；常用于三、四级公路沥青面层，或二级公路
11、养护罩面以及各级公路的调平层，也可用于柔性基层。沥青贯入式：指用沥青贯入碎（砾）石作面层的路面；适于二级及二级以下公路，也可作为沥青路面的联结层或基层；按其贯入深度的不同分为浅贯入、深贯入，前者厚度45cm，后者厚度68cm；采用上拌下贯式沥青路面时，拌和层厚度宜为2.54cm，其总厚度宜为710cm；沥青表面处治：用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的沥青路面；厚度一般为1.53cm；可分为单层、双层、三层，单层厚度一般为11.5cm，双层一般为1.52.5cm，三层一般为2.53cm；适于三级、四级公路的面层、旧沥青路面上加铺或抗滑层、磨耗层等。沥青马蹄脂碎石混合料：以间断级配的集料为骨架
12、，改性沥青、矿粉、纤维组成的沥青马蹄脂为结合料，经拌和、摊铺、压实而成的一种构造深度大的抗滑面层，具有抗滑耐磨、空隙率小、抗疲劳、抗高温车辙、抗低温开裂等优点。特点：间断级配、增加矿粉用量和使用纤维作为稳定剂、沥青结合料用量多（比一般混合料高1%以上，沥青粘结性高），即：三多一少，粗集料多、矿粉多、沥青结合料多、细集料少，掺纤维增强剂。形成机理：骨架嵌挤提供最大摩阻力，沥青玛碲脂提供最大的粘结力。沥青马蹄脂碎石（SMA）：开级配磨耗层（OGFC）：具有较强的结构排水能力，适用于多雨地区修筑沥青路面的表面层和磨耗层。5.2 沥青混合料结构与力学强度特性三相体系与压实性能沥青混合料结构力学特性压实
13、后沥青混合料是由集料、沥青胶结料、残余空隙组成，其强度主要取决于内摩阻力和粘结力，包括：集料颗粒之间的摩擦力、嵌挤力；沥青胶结料的粘结性；沥青与集料之间的粘附性。采用摩尔库仑理论作为分析沥青混合料强度的理论，一般表达式为：确定c和：三轴试验：简单拉压试验：直剪试验：沥青混合料应力应变特性沥青混合料是典型的粘、弹、塑性综合体，其应力-应变关系具有随温度和荷载作用时间而变化的特性；随荷载的大小和作用时间的不同，沥青混合料表现出不同的弹性性质、粘弹性性质和粘弹塑性性质。蠕变：材料在应力保持不变时，变形随作用时间而逐渐增加的现象；应力松弛：变形物体在恒定应变下，其应力随时间而逐渐衰减的过程。应力松弛：
14、沥青混合料应力松弛服从幂指数衰减函数。蠕变：沥青混合料蠕变的变化规律可分为蠕变迁移、蠕变稳定和蠕变破坏3个阶段。应力应变关系的非线性及其不可逆性；对加载速度和试验温度的依赖性，服从时间温度换算法则；具有十分明显的蠕变和应力松弛特性；服从Boltzmann线性叠加原理和复数模量原理。黏弹性材料力学性能的基本特征表现在以下几个方面：当试验温度一定时，给定不同的加载条件，达到相同的应变水平时，其响应表现为：应力随加载速度的加快或加载时间的缩短而增大；当加载速度一定时，给定不同的试验温度，则相同时间内达到同样的应变水平时，黏弹性材料响应的应力水平随温度的升高而降低；试验温度的升高相当于慢速加载、加载时
15、间的延长，黏弹性材料的这种特性称为时间温度换算法则。沥青混合料模量沥青混合料兼具胡克弹性与牛顿黏性的双重性质；沥青混合料的力学性质均应为温度与时间的函数；将沥青混合料的性质作为“某一条件的响应”是比较合理的。用黏弹性理论研究沥青混合料的变形特性时必须遵循如下基本原则：蠕变试验：蠕变柔量应力松弛试验：松弛模量等应变速率试验：应力-应变曲线动载试验：复数模量劲度模量给定温度和加荷时间条件下的应力与总应变的比值：当加荷时间短或温度较低时，曲线接近水平，表明材料处于弹性状态；加荷时间很长或温度较高时，则表现为粘滞性状态；中间过渡段兼有弹一粘性状态；各种温度条件下的曲线形状有相似性，只是在水平方向有一个
16、时间间隔；表明温度对劲度的影响与加荷时间对劲度的影响具有等效互换性；利用这一个重要性质可以广泛研究其各项性能以及相互之间的关系。沥青混合料变形累积与疲劳沥青混合料累积变形与疲劳破坏两种破坏的共同点，是它们的发生不仅和荷载应力的大小有关，而且同荷载应力作用次数有关。变形累积疲劳弹性状态的路面材料在承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。沥青路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形累积而产生的沉陷或车辙，是路面结构的主要病害。沥青混合料在重复应力作用下的变形累积过程，可利用单轴压缩试验或重复作用三轴压缩试验来进行。沥青混合料的强度超过某一“强度”而引起的破坏；超过某一“变形值”而引起的破坏；超过某一“应力松弛状态”而引起的破坏。剪切强度断裂强度临界应变对于粘弹性材料，Reiner提出的破坏分类：分析路面的实际损坏状况可以明显看出，沥青混合料抵制破坏的指标主要有三个方面：5.3 沥青路面稳定性与耐久性沥青路面直接承受车辆荷载和大气因素的作用，同时沥青混合料的物理、力学性质受气候因素和时间因素的影响，为保证路面为车辆提供稳定、耐久的服务
