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1、第十四章 沥青路面设计 第一节 概述 第二节 弹性层状体系理论简介 第三节 沥青路面结构组合设计 第四节 我国沥青路面设计方法 第五节 外国沥青路面设计方法简介 第一节 概述 第二节 弹性层状体系理论简介 第三节 沥青路面结构组合设计 第四节 我国沥青路面设计方法 必须采取防止地面水和地下水浸入路面、路基的措施，以保证路基的强度和稳定性。设计宜使路基处于干燥或中湿状态，土基回弹模量值应大于30MPa，重交通、特重交通公路土基回弹模量值应大于40MPa。 潮湿、过湿状态的路基，应采取换填砂、砂砾、碎石渗水性材料处理地基，或采取掺入消石灰，固化材料处理，设置土工合成材料，加强路基排水等，进行综合处
2、治。根据各种路基处理措施，确定土基回弹模量的设计值。 设计时按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。 5. 结构层材料的弯拉极限强度 采用间接拉伸试验，即劈裂试验确定。 考虑路面结构层回弹模量的最不利组合，回弹模量Ei的设计值按下式计算： (1) 计算路表弯沉时，各层材料按式1计算 (2) 计算层底弯拉应力时，计算层以下各层的模量采用式1计算，计算层及其以上各层模量采用式2计算 式中： i层试件模量的平均值； S各试件模量的标准差 Za保证率为95%的系数，取2.0 搜集调查交通量并计算累计标准轴次 根据交通、道路设计等级等资料计算设计弯沉
3、气象资料、材料调 查及混合料试验 确定土基干湿类型、回弹模量 拟 定 路 面 结 构 方 案 确定材料抗压回弹模量 按设计弯沉计算路面厚度 是否验算拉力 确定路面材料抗拉强度 确定容许疲劳拉应力R 计算层底拉应力m mR？ 是否增加厚度 是否调整材料 是否验算防冻厚度 是否有其他方案 技术经济比选，确 定采用的路面结构 总厚度防 冻厚度？ 否 否 否 验算 合格 不合格 有 不满足 满足 否 是 是 路面设计中各结构层的材料设计参数应根据公路等级和设计阶段的要求确定。 1) 可行性研究阶段可参考规范确定设计参数； 2) 高速公路、一级公路初步设计或二级或二级以下公路设计时可借鉴本地区已有的试验
4、资料或工程经验确定。 3) 高速公路、一级公路施工图设计时应选取工程用路面材料实测设计参数；各级公路采用新材料时，也必须实测设计参数。 路面结构层的厚度可按计算法或验算法确定 1. 计算法：根据路用性能要求或工程经验确定路面结构组合类型，先拟定某一层作为设计层，然后根据混合料类型与施工工艺要求确定其他各层的厚度，按计算流程计算设计层厚度。设计层厚度应不小于最小施工厚度。 2. 验算法：根据本地区典型结构确定路面结构组合类型，然后根据混合料类型与施工工艺拟定各结构层的厚度，按计算流程进行结构验算，验算通过后即可作为备选结构。 37 路面结构或混合料的设计应考虑其最不利状态。在计算厚度时应考虑路面
5、材料、路基的回弹模量在一年的季节变化中处于强度最低的状态为最不利。 对路基而言，冰冻地区系指春季冻融，非冰冻地区系指雨季。因各地的雨季不同，不利季节也不同，有的地区是梅雨季节最不利，有的地区是雨量大或雨季长的季节是最不利季节。 对沥青混合料设计而言，对无冰冻地区以夏季高温状态为最不利季节；对冰冻地区以冬季低温状态为最不利季节。 在测试或确定有关材料参数值时，应考虑工程所在地区不同年份、不同季节变化或一年中最不利季节的温度、湿度状态的影响。 新建路面设计实例 甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.0，沿途有大量碎
6、石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如表所示，试进行路面设计。 1. 轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时） 2. 轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时） 3. 累计标准轴载作用次数（累计当量轴次） 作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时: 作半刚性基层层底弯拉应力验算时: 4. 初拟结构组合和材料选取 考虑设计道路为一级公路，公路沿途有大量碎石且有石灰供应；路面结构面层采用沥青混凝土(18cm)，基层采用水泥稳定碎石（厚度取20cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。 采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)，下
7、面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度8cm)。 5. 土基回弹模量的确定 该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.0，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”得土基回弹模量为40MPa。 6. 各层材料的抗压模量与劈裂强度 7. 设计指标的确定-设计弯沉值 本公路为一级公路，公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0；半刚性基层，基层类型系数取1.0。 设计弯沉值为： 8. 设计指标的确定-容许拉应力 1) 细粒式密级配沥青混凝土 * * 一、沥青路面设计的内容 沥青路面设计包括交通量实测、分析与预测，材料选择，混合料配合比设计，设计参数的测试与确定，路面结构组
8、合设计与厚度计算，路面排水系统设计和其他路面工程设计。并进行路面结构方案的技术经济综合比较，提出推荐方案。 二、沥青路面结构设计理论与方法 1. 经验法 通过试验路的实测数据，建立路面结构（结构层组合、厚度和材料性质）、车辆荷载（轴载大小和作用次数）和路面使用性能之间的关系。 2. 力学经验法 应用力学原理分析路面结构在荷载与环境作用下的力学响应量（应力、应变、位移），建立力学响应量与路面使用性能之间的关系模型。 3. 我国沥青路面设计规范 采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与
9、轴载多次重复作用效应。 四、沥青路面交通等级 1. 路面设计年限 2. 标准轴载及轴载当量换算 我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。 1) 当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时 式中： N标准轴载的当量轴次，次/日； ni被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日； P标准轴载100KN； Pi被换算车辆的各级轴载，KN； k被换算车辆的类型数； C1轴载系数， C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距大于3米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于3米时，按双轴或多轴计算。 C2轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。 不计25KN以下轴载 2) 当进行半刚性
10、基层层底拉应力验算时 不计小于50KN的轴载 式中： C1 轴数系数；当间距小于3米时，按双轴或多轴计算C1 =1+2(m-1), m是轴数。 C2轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09 。 上述轴载换算公式，适用于单轴轴载小于或等于130kN的各种车型的轴载换算。 换算原则： 第一，换算以达到相同的临界状态为标准，即对同一种路面结构，甲轴载作用N1次后路面达到预定的临界状态，乙轴载作用使路面达到相同临界状态的作用次数为N2，此时甲乙两种轴载作用是等效的； 第二，对某一种交通组成，不论以哪种轴载的标准进行轴载换算，由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相同的。 沥青路面的
11、设计交通量，应在实测各类相关车型轴载谱的基础上，参照项目可行性研究报告等有关交通量预测资料，考虑未来各种车型的组成论证确定各种车型的代表轴载，进行不同车型的轴载换算，计算交工后第一年双向日平均当量轴次N1。 3. 设计年限累计当量标准轴载数 设计年限（t）内一个车道通过的累计标准当量轴次Ne，可通过路面营运第一年双向日平均当量轴次N1和设计年限内交通量年平均增长率 ，按下式计算： 4. 交通等级 1、各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性，位移、形变微小； 2、最下一层（土基）在水平方向和垂直方向无限大，其上各层厚度有限，水平方向无限大； 3、各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限深处，应力、形
12、变、位移为零； 4、层间接触情况，或者完全连续（连续体系）或层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）； 5、不计自重 一、基本假设 二、解题方法 p h1 hi Ei i E1 1 En n 弹性层状体系示意图 基本原则： 面层耐久、基层坚实、土基稳定 具体要求： 1. 适应行车荷载作用的要求 从上至下，从薄到厚，从强到弱，表层抗滑、抗磨耗 2. 在各种自然因素作用下稳定性好 水稳定性和温度稳定性； 3. 考虑结构层的特点 上下层匹配，总体上强度足够； 4. 考虑防冻、防水要求 5. 层间结合良好 一、沥青面层结构 表面层：平整度、抗滑耐磨、高温抗车辙、低温抗开裂、抗老化 中面层：稳定性
13、、抗剪性能 下面层：抗疲劳裂缝性能 表面层宜选用密实型中粒式或细粒式沥青混合料(AC13、AC16)，空隙率控制在3%5%。 对于重交通和特重交通等级，可采用改性沥青混合料或者SMA13。 中、下面层宜选用密实型中粒式或粗粒式沥青混合料(AC20、AC25)。 对于重交通和特重交通等级，可采用改性沥青混合料或者SMA20。 沥青层的最小压实厚度与混合料的公称最大粒径值有关，若小于最小厚度，则压实效果不好。 二、沥青路面基层结构 1. 柔性基层 沥青处治的级配碎石和无结合料的级配碎石。 2. 半刚性基层 3. 刚性基层 基层结构的厚度应满足强度与刚度的设计要求。 基层的厚度应大于混合料最大粒径的4倍，同时考虑压实机具的功能，通常取能一次压密的最佳厚度的倍数。 三、沥青路面垫层结构 可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定类、石灰粉煤灰稳定类等。强度要求不一定高，但
