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1、新建路面结构厚度确定冯德成冯德成哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学一、一、沥青路面结构厚度设计方法的发展历程沥青路面结构厚度设计方法的发展历程发展历程路面模型与指标路面模型与指标环境条件环境条件 以湿润系数为基础的道路气候分区图以湿润系数为基础的道路气候分区图土基条件土基条件 以以E0（形变模量）决定于含水量计算值（形变模量）决定于含水量计算值材料条件材料条件 E1（形变模量）（形变模量） 58年规范年规范发展历程路面模型与指标路面模型与指标环境条件环境条件 以以温度温度与湿润系数为基础的道路气候分区图与湿润系数为基础的道路气候分区图 土基条件土基条件 以以E0（形变模量）决定于含水量计算值，大型测
2、定或反算（形变模量）决定于含水量计算值，大型测定或反算 材料条件材料条件 E1（形变模量）大型测定或反算（形变模量）大型测定或反算 66年规范年规范发展历程时期第一阶段（50年代）典型结构主要特点适应当时的工艺水平与经济条件破坏模式土基承载力不足技术导向最小路基高度控制路基湿度状态；控制形变模量保证最小刚度发展历程路面模型与指标路面模型与指标环境条件环境条件 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 土基条件土基条件 以以Ecy（弹性模量）决定于含水量计算值，以（弹性模量）决定于含水量计算值，以1mm线性归纳法为准线性归纳法为准（春季）。（春
3、季）。材料条件材料条件 Ely（形变模量），（形变模量），（由试验路确定）（由试验路确定） 78年规范年规范发展历程时期第二阶段（70年代）典型结构主要特点改善了土基工作状态，明确强基薄面设计理念破坏模式反射裂缝、疲劳破坏较为严重技术导向半刚性基层向稳定粒料过渡、弯沉大小与路面开裂有较好关系发展历程路面模型与指标路面模型与指标环境条件环境条件 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 土基条件土基条件 以以E0（弹性模量），弯沉、弯拉以春季含水量计算值为准，剪切以夏（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。季高
4、温计算值为准。 86年规范年规范材料条件材料条件 沥青面层：沥青面层：弯沉指标弯沉指标： E1,压压以以20为准，整层或室内测定。弯拉指为准，整层或室内测定。弯拉指标：标：E1,弯弯和和S以以1015为准，用梁测定。为准，用梁测定。剪切指标剪切指标： E1,压压、C和和以七以七月平均路面温度为准。月平均路面温度为准。发展历程 整体性基层：整体性基层： E1,压压、 E1,弯弯和和S室内测定。室内测定。 粒料基层：粒料基层： E1,压压整层测定。整层测定。 发展历程时期第三阶段（80年代）典型结构主要特点减缓了反射裂缝、有较好的排水性破坏模式沥青层疲劳破坏严重技术导向沥青碎石向沥青混凝土发展基层
5、进入高强度大模量误区（路面评价采用强度系数） 沥青路面结构厚度设计方法的发展历程路面模型与指标路面模型与指标环境条件环境条件 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 土基条件土基条件 以以E0回弹模量根据土基潮湿状态查表、室内试验或换算得到。回弹模量根据土基潮湿状态查表、室内试验或换算得到。 材料条件材料条件 E1（形变模量）大型测定或反算（形变模量）大型测定或反算 97年规范年规范材料条件材料条件 沥青沥青混合料：沥青沥青混合料：E1抗压回弹模量，抗压回弹模量，20、15室内测定；室内测定；SP15 圆圆柱体劈裂强度。柱体劈裂强度。 沥青
6、路面结构厚度设计方法的发展历程 整体性半刚性材料：整体性半刚性材料：E抗压回弹模量，室内测定；抗压回弹模量，室内测定；SP， 圆柱体劈裂强圆柱体劈裂强度。度。 。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 沥青路面结构厚度设计方法的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、我国的设计规范历史发展表明
7、，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。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。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。规范不是最新、最先进的技术；而是成熟技术的总结。二、沥青路面结构厚度设计指标二、沥青路面结构厚度设计指标结构设计指标的确定结构设计指标的确定A、柔性基层或组合式基层路面、柔
8、性基层或组合式基层路面 结构破坏的控制结构破坏的控制 规范采用指标规范采用指标 1、土基变形、土基变形 土基容许压应变土基容许压应变 设计弯沉设计弯沉 2、松散粒料、松散粒料 剪切指标剪切指标 材料与施工控制材料与施工控制 （沥青碎石）（沥青碎石） （永久变形）（永久变形） 3、沥青层疲劳、沥青层疲劳 容许拉应变容许拉应变 容许拉应力容许拉应力 （拉应力）（拉应力） 4、半刚性底、半刚性底 容许拉应力容许拉应力 容许拉应力容许拉应力 基层疲劳开裂基层疲劳开裂B、半刚性基层或刚性基层路面、半刚性基层或刚性基层路面 结构破坏的控制结构破坏的控制 规范采用指标规范采用指标 1、土基变形、土基变形 土
9、基容许压应变土基容许压应变 设计弯沉设计弯沉 （半刚性）（半刚性） 2、沥青层剪切、沥青层剪切 容许剪应力容许剪应力 材料控制材料控制 3、半刚性（刚性）、半刚性（刚性） 容许拉应力容许拉应力 容许拉应力容许拉应力 基层疲劳开裂基层疲劳开裂强强度度(MPa)开裂前开裂前(GPa)开裂后开裂后(MPa)范范围建建议值大大块小小块(干干)小小块(湿湿)61273014.030006005003641410.025005003001.53394.52000350160263.01200200900.751.5263.520003001600.531.550015070南非半刚性基层混合料不同阶段南非
10、半刚性基层混合料不同阶段的有效模量取值的有效模量取值 半刚性基层的损伤过程半刚性基层的损伤过程 第第阶段：开裂前阶段，有效模量受收缩性阶段：开裂前阶段，有效模量受收缩性能的影响；能的影响；第第阶段：产生疲劳性微裂纹，并逐渐扩展阶段：产生疲劳性微裂纹，并逐渐扩展形成网裂（大块）；形成网裂（大块）；第第阶段：裂缝发展形成龟裂（小块），向阶段：裂缝发展形成龟裂（小块），向粒料基层发展（柔性基层）；粒料基层发展（柔性基层）；第第阶段：松散的土石混合料状态（北方冻阶段：松散的土石混合料状态（北方冻融破坏），含水量较高（南方潮湿状态）。融破坏），含水量较高（南方潮湿状态）。 半刚性基层三阶段设计原则半刚性
11、基层三阶段设计原则半刚性基层的损伤沥青层的损伤结结构构损损伤伤荷载作用荷载作用次数次数沥青路面结构厚度设计指标控制路面总厚度的设计指标主要是控制路面总厚度的设计指标主要是路基容许压应变路基容许压应变或或路表容许弯沉。路表容许弯沉。 理论上可根据土基容许压应变确定设计弯沉标准理论上可根据土基容许压应变确定设计弯沉标准路表弯沉是路面结构损坏的综合指标路表弯沉是路面结构损坏的综合指标1、沥青路面结构总厚度设计指标 半刚性基层半刚性基层 柔性基层柔性基层初期初期末期末期 沥青路面结构厚度设计指标土基顶面压应变与路表弯沉之间的关系土基顶面压应变与路表弯沉之间的关系 沥青路面结构厚度设体系2.设计弯沉标准
12、与土基容许压应变的关系：取土基模量为取土基模量为30MPa时用规范规定方法计算路基时用规范规定方法计算路基顶面压应变与累计轴次的关系顶面压应变与累计轴次的关系 沥青路面结构厚度设计指标设计方法与破坏标准设计方法与破坏标准a（10-2）bShellPSI=2.5（车辙（车辙20mm）2.8（保证率（保证率50%）0.252.1（保证率（保证率85%）1.8（保证率（保证率95%）AI车辙车辙12.7mm1.050.223诺丁汉诺丁汉临界（车辙临界（车辙10mm）破坏（车辙破坏（车辙20mm）1.040.272.160.26比利时比利时1.10.23澳大利亚澳大利亚0.930.143新西兰新西兰1
13、.200.145法国法国重交通重交通轻交通轻交通1.20.2221.6我国设计弯沉我国设计弯沉标准标准600（半刚性）（半刚性）1.790.253780（组合式）（组合式）2.52960（ 柔性柔性 ）3.27 沥青路面结构厚度设计指标沥青面层的设计指标根据沥青路面结构的应力与应变分析，对于半刚性基层与贫混凝土基根据沥青路面结构的应力与应变分析，对于半刚性基层与贫混凝土基层沥青路面结构的沥青层，无论层间连续还是滑动大多处于受压区；层沥青路面结构的沥青层，无论层间连续还是滑动大多处于受压区；即使在某些特殊结构组合下沥青层产生拉应力（应变），其应力（应即使在某些特殊结构组合下沥青层产生拉应力（应变
14、），其应力（应变）水平也非常低，对路面结构的破坏也起不到决定作用。变）水平也非常低，对路面结构的破坏也起不到决定作用。对于半刚性基层、贫混凝土基层路面对于半刚性基层、贫混凝土基层路面可考虑采用剪切指标来控可考虑采用剪切指标来控制设计。制设计。对柔性基层或倒装结构应沥青层的疲劳问题对柔性基层或倒装结构应沥青层的疲劳问题 沥青路面结构厚度设计指标半刚性基层与贫混凝土基层拉应力设计指标基层拉应力控制路面的破坏模式基层拉应力控制路面的破坏模式目前新的公路技术标准已将沥青路面的设计年限提高到目前新的公路技术标准已将沥青路面的设计年限提高到20年，对年，对半刚性基层沥青路面而言是否应延长了基层的设计年限，
15、设计人员半刚性基层沥青路面而言是否应延长了基层的设计年限，设计人员应灵活掌握。应灵活掌握。半刚性基层的刚度控制半刚性基层的刚度控制在施工控制标准中对水泥稳定类应将在施工控制标准中对水泥稳定类应将7天无侧限抗压强度控制在天无侧限抗压强度控制在1.5-5.0MPa范围内。范围内。 沥青路面结构厚度设计方法的修订方案根据对现有设计体系及路面破坏模式的分析，新建路面的设计方法的修订根据对现有设计体系及路面破坏模式的分析，新建路面的设计方法的修订可采取以下两种方案：可采取以下两种方案：方案一n半刚性基层沥青路面以半刚性基层的拉应力为设计指标，以反算路表弯半刚性基层沥青路面以半刚性基层的拉应力为设计指标，
16、以反算路表弯沉作为验收标准；沉作为验收标准；n柔性基层（或组合式基层）沥青路面以设计弯沉为设计指标，验算各整柔性基层（或组合式基层）沥青路面以设计弯沉为设计指标，验算各整体结构层的弯拉应力，当弯拉控制设计时，以设计弯沉为验收标准；体结构层的弯拉应力，当弯拉控制设计时，以设计弯沉为验收标准；n材料参数的选取：弯沉以抗压回弹模量计算；材料参数的选取：弯沉以抗压回弹模量计算； 拉应力计算层及以上采用拉应力计算层及以上采用1515抗压回弹模量加方差代抗压回弹模量加方差代替弯拉模量，计算层以下采用抗压回弹模量减方差；仍采用劈裂强度，替弯拉模量，计算层以下采用抗压回弹模量减方差；仍采用劈裂强度，有条件时，
17、也可采用弯拉模量及弯拉强度。有条件时，也可采用弯拉模量及弯拉强度。 沥青路面结构厚度设计方法的修改方案方案二与大多数国家设计方法一样，根据各地成熟经验确定不同等级下的典型结与大多数国家设计方法一样，根据各地成熟经验确定不同等级下的典型结构，淡化设计指标与方法，只作为结构设计验证的方法，这种方法简单易构，淡化设计指标与方法，只作为结构设计验证的方法，这种方法简单易操作，但目前存在的主要问题有：操作，但目前存在的主要问题有：n全国范围辽阔，需各省自行编制典型结构；全国范围辽阔，需各省自行编制典型结构；n成熟的经验不多，很难确定合理的典型结构；成熟的经验不多，很难确定合理的典型结构；n无法确定验收标
18、准（弯沉标准），只能进行施工过程控制。无法确定验收标准（弯沉标准），只能进行施工过程控制。设计理论与指标体系 8.0.1 路面结构设计采用路面结构设计采用双圆均布垂直荷载双圆均布垂直荷载作用下的作用下的弹性层状连续体系弹性层状连续体系理论进行计算，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8.0.1所示。所示。 土基土基设计理论与指标体系规范条文规范条文 8.0.2 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：青层或半刚性基层、底基层抗疲劳开裂的要求： 1 轮隙中心处（轮隙中心
19、处（A点）路表计算弯沉值点）路表计算弯沉值ls 应小于或等于设计弯沉值应小于或等于设计弯沉值ld.即即: 2 轮隙轮隙中心（轮隙轮隙中心（C点）或单圆荷载中心处（点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力点）的层底拉应力m应小应小于或等于容许拉应力于或等于容许拉应力R ，即：，即： 规范条文规范条文 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，以路表面回弹弯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为设计指沉值、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
20、为设计指标。有标。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切强度。条件时，对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪切强度。 沥青路面结构厚度设计指标三、层间接触状态三、层间接触状态层间接触条件与结构组合层间接触条件与结构组合三点抗弯试验原理图三点抗弯试验原理图随着基层模量增加沥青层的受力状态发生变化随着基层模量增加沥青层的受力状态发生变化图 斜剪与直剪试验原理斜剪与直剪试验原理斜剪与直剪试验原理 沥青路面结构厚度设计理论体系与指标体系 沥青路面结构厚度设计理论体系与指标体系合理的结构组合减少层间结合。合理的结构组合减少层间结合。改善层
21、间结合状态的技术措施改善层间结合状态的技术措施 基层的连续施工基层的连续施工。设置粘层、下封层（沥青砂、单层表处）设置粘层、下封层（沥青砂、单层表处）。四、四、沥青路面结构厚度设计流程沥青路面结构厚度设计流程沥青路面结构设计流程沥青路面结构设计流程规范条文规范条文 8.0.4 路面结构设计应按图路面结构设计应按图8.0.4所示的流程进行，主要内容包括所示的流程进行，主要内容包括: 1 根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，累计标准当量轴次，确定设计交通量
22、与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。并计算设计弯沉值或容许拉应力。 2 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，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。确定各个路段土基回弹模量设计值。 沥青路面结构设计流程规范条文规范条文 3 参考本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据参考本地区的经验拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈工程选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的设计参
23、数。裂强度等，确定各结构层的设计参数。 4 根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度 5 对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求。对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求。 6 进行技术经济比较（全寿命成本分析），确定路面结构方案。进行技术经济比较（全寿命成本分析），确定路面结构方案。 沥青路面结构厚度设计的设计标准五五、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、设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当
24、量轴次、面层和基层类型按式面层和基层类型按式(8.0.5-1)计算确定。计算确定。 式中：式中：ld 设计弯沉值（设计弯沉值（0.01mm）；）； Ne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)； Ac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1.0，二级公路为，二级公路为1.1,三、四级公路为三、四级公路为1.2； As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1.0；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1.1。 Ab路面结构类型系数，半刚性基层
25、沥青路面为路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0；柔性基层沥；柔性基层沥青路面为青路面为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分别为分别为1.0和和1.6的来源。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，路面结构系数构系数Ab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
26、处于研究阶段，缺乏工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。际，慎重为之。说明说明 沥青路面结构厚度设计的设计标准规范条文规范条文 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（算指标时，材料的容许拉应力应按式（8.0.6-1）计算：）计算： 式中：式中：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(MPa); S沥青混凝土或半刚性材
27、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(MPa)； KS抗拉强度结构系数。抗拉强度结构系数。 沥青路面结构厚度设计的设计标准规范条文规范条文 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15时时的极限的极限劈裂劈裂强度；对水强度；对水泥稳定类材料系指龄期为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类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度；的极限劈裂强度；对水泥粉煤灰稳定类材料系指龄对水泥粉煤灰稳定类材料系指龄期为期为120d的极限劈裂强度。的极限劈裂强度。 2 对沥青混凝土层的抗拉
28、强度结构系数，按下式计算：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：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： 七、七、沥青路面结构设计参数与设计方法沥青路面结构设计参数与设计方法目前设计参数选取需注意的问题n设计等级设计等级n试验方法试验方法n抗压回弹试验的模量取值抗压回弹试验的模量取值n弯拉试验的模量与强度取值弯拉试验的模量与强度取值六六、沥青路面结构厚度设计的设计参数沥青路面结构厚度设计的设计参数 沥青路
29、面结构厚度设计的设计参数规范条文规范条文 8.0.7 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。段的要求确定。 1 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。参数；各级公路采用新材料时，也必须实测设计参数。 2 高速公路、一级公路初步设计或二级及二级以下公路设计时可借鉴高速公路、一级公路初步设计或二级及二级以下公路设计时可借鉴本地区已有的试验资料或工程经验确定。本地区已有的试验资料或工程经验确定
30、。 3 可行性研究阶段可参考附录可行性研究阶段可参考附录E确定设计参数。确定设计参数。 沥青路面结构厚度设计的设计参数规范条文规范条文 8.0.8 半刚性材料的设计参数应按半刚性材料的设计参数应按公路工程无机结合料稳定材料试公路工程无机结合料稳定材料试验规程验规程(JTJ057)的规定测定。沥青混合料的设计参数应按的规定测定。沥青混合料的设计参数应按公路工程沥公路工程沥青及沥青混合料试验规程青及沥青混合料试验规程(JTJ052)的规定测定。的规定测定。 8.0.9 以路表弯沉值为设计或验算指标时，设计参数采用抗压回弹模以路表弯沉值为设计或验算指标时，设计参数采用抗压回弹模量，对于沥青混凝土试验
31、温度为量，对于沥青混凝土试验温度为20；计算路表弯沉值时，抗压回弹模量；计算路表弯沉值时，抗压回弹模量设计值设计值E应按式应按式(8.0.9)计算。计算。 S各试件模量的标准差；各试件模量的标准差； Za保证率系数，取保证率系数，取2.0。式中：式中： 各试件模量的平均值各试件模量的平均值(MPa)； 沥青路面结构厚度设计的设计参数规范条文规范条文 8.0.10 以沥青层或半刚性材料结构层层底拉应力为设计或验算指标时，以沥青层或半刚性材料结构层层底拉应力为设计或验算指标时，应在应在15条件下测试沥青混合料的抗压回弹模量；半刚性材料应在规定龄条件下测试沥青混合料的抗压回弹模量；半刚性材料应在规定
32、龄期期(水泥稳定类材料龄期为水泥稳定类材料龄期为90d，二灰稳定类、石灰稳定类材料为，二灰稳定类、石灰稳定类材料为180d，水泥粉煤灰稳定类为水泥粉煤灰稳定类为120d)测定抗压回弹模量。测定抗压回弹模量。 计算层底应力时应考虑模量的计算层底应力时应考虑模量的最不利组合最不利组合。在计算层底拉应力时，计。在计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采用式算层以下各层的模量应采用式(8.0.9)计算其模量设计值；计算层及以上计算其模量设计值；计算层及以上各层模量应采用式各层模量应采用式(8.0.10)计算其模量设计值计算其模量设计值E： 沥青路面结构厚度设计的设计参数规范条文规范条文 8.0.11
33、 各地区应建立劈裂强度、回弹模量与龄期的相关关系，以及快各地区应建立劈裂强度、回弹模量与龄期的相关关系，以及快速养生方法等预估规定龄期的材料强度、模量的换算关系，经充分论证后速养生方法等预估规定龄期的材料强度、模量的换算关系，经充分论证后作为设计参数的取值依据。作为设计参数的取值依据。 规范条文规范条文 8.0.12 轮隙中心路表回弹弯沉的计算轮隙中心路表回弹弯沉的计算 1 路表计算弯沉值应按式路表计算弯沉值应按式(8.0.12-1)计算：计算： 式中：式中： 沥青路面结构厚度设计的指标计算规范条文规范条文 8.0.13 层底拉应力计算层底拉应力计算 层底拉应力以单圆中心层底拉应力以单圆中心
34、(B点点)及双圆轮隙中心及双圆轮隙中心 (C点点)为计算点，并取为计算点，并取较大值作为层底拉应力。按式（较大值作为层底拉应力。按式（8.0.13）计算层底最大拉应力：）计算层底最大拉应力： 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它各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它各层的厚度，按层的厚度，按8.0.4规定的流程计算设计层厚度。设计层厚度应不小于最小规定的流程计算设计层厚度。设计层厚度应不小于最小施工厚度。施工厚度。 沥青路面
35、结构厚度设计的设计方法规范条文规范条文 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，按合料类型与施工工艺拟定各结构层的厚度，按8.0.4规定的流程进行结构验规定的流程进行结构验算，验算通过后即可作为备选结构。算，验算通过后即可作为备选结构。 8.0.14 路面各结构层的厚度可按计算法或验算法确定。路面各结构层的厚度可按计算法或验算法确定。 沥青路面结构厚度设计的设计方法规范条文规范条文 8.0.15 路面交工时应在不利季节以路面交工时应在不利季节以BZZ-100标准轴载作用下，实测
36、轮标准轴载作用下，实测轮隙中心处路表弯沉值，其弯沉代表值应符合式隙中心处路表弯沉值，其弯沉代表值应符合式(8.0.15-1)的要求。的要求。即：即： 式中：式中：l0j实测某路段的代表弯沉值实测某路段的代表弯沉值(0.01mm); la路表面弯沉检测标准值路表面弯沉检测标准值(0.01mm)。按最后确定的路面结构厚。按最后确定的路面结构厚度与材料模量计算的路表面弯沉值。度与材料模量计算的路表面弯沉值。不是设计弯沉。不是设计弯沉。 1 检测代表弯沉值应用标准轴载检测代表弯沉值应用标准轴载BZZ-100的汽车实测路表弯沉值，若的汽车实测路表弯沉值，若为非标准轴载应进行换算。对半刚性基层结构宜用为非
37、标准轴载应进行换算。对半刚性基层结构宜用5.4m的弯沉仪；对柔的弯沉仪；对柔性结构可用性结构可用3.6m的弯沉仪测定。的弯沉仪测定。规范条文规范条文 检测时，当沥青厚度小于或等于检测时，当沥青厚度小于或等于50mm时，可不进行温度修正；其他时，可不进行温度修正；其他情况下均应进行温度修正。若在非不利季节测定，应考虑季节修正。情况下均应进行温度修正。若在非不利季节测定，应考虑季节修正。 2 测定弯沉时应以测定弯沉时应以13公里为一评定路段。检测频率视公路等级每车公里为一评定路段。检测频率视公路等级每车道每道每1050m测一点，高速公路、一级公路的每公里检查不少于测一点，高速公路、一级公路的每公里
38、检查不少于80个点，个点，二级公路及其以下每公里检查不少于二级公路及其以下每公里检查不少于40个点。个点。 3 路段内实测路表弯沉代表值（路段内实测路表弯沉代表值（0.01mm）按式（）按式（8.0.15-2）计算：）计算： 沥青路面结构厚度设计的设计方法当弯沉在非不利季节测定时，应根据当地经验考虑季节影响系数当弯沉在非不利季节测定时，应根据当地经验考虑季节影响系数的修正的修正K1。考虑与相关规范的关系，设计规范将竣工弯沉值改为实。考虑与相关规范的关系，设计规范将竣工弯沉值改为实测路表面代表弯沉值，竣工弯沉值由相关规范确定。另外，实测路测路表面代表弯沉值，竣工弯沉值由相关规范确定。另外，实测路
39、表面代表弯沉值可根据三倍均方差原则处理个别过大或过小测点，表面代表弯沉值可根据三倍均方差原则处理个别过大或过小测点，然后再计算。然后再计算。说明说明 沥青路面结构厚度设计的设计方法路面弯沉值是以路面弯沉值是以20为测定沥青弯沉值的标准状态，当沥青面层为测定沥青弯沉值的标准状态，当沥青面层厚度小于或等于厚度小于或等于50mm时不需温度修正；当路面温度在时不需温度修正；当路面温度在202，也，也不进行温度修正；其它情况下测定弯沉值均应进行温度修正。不进行温度修正；其它情况下测定弯沉值均应进行温度修正。八、八、沥青路面结构设计示例沥青路面结构设计示例九九、沥青路面结构厚度设计的设计示例沥青路面结构厚
40、度设计的设计示例 沥青路面结构厚度设计的设计示例1.基本资料基本资料 路段所在地区基本资料路段所在地区基本资料 某新建高速公路地处某新建高速公路地处2区，为双向四车道，拟采用沥青路面结构，区，为双向四车道，拟采用沥青路面结构，进行施工图设计，沿线土质为中液限粘性土，填方路基高进行施工图设计，沿线土质为中液限粘性土，填方路基高1.8m，地下水，地下水位距路床位距路床2.4m； 年降雨量为年降雨量为620mm/年，最高气温年，最高气温35，最低气温，最低气温-31，平均冻结，平均冻结指数为指数为882d，最大冻结指数为，最大冻结指数为1225d。 沥青路面结构厚度设计的设计示例基本资料基本资料 土
41、基回弹模量的确定（略）土基回弹模量的确定（略） 设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘质土，根据室内试验设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限粘质土，根据室内试验法确定土基回弹模量设计值为法确定土基回弹模量设计值为40MPa。 交通量调查资料交通量调查资料 根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通量调查资料（表根据工程可行性研究报告可知路段所在地区近期交通量调查资料（表A.1.3）。沥青路面交通轴载分析年限为）。沥青路面交通轴载分析年限为15年，预测交通量增长率前五年年，预测交通量增长率前五年为为8.0% 、之后五年为、之后五年为7.0%，最后五年为，最后五年为5.0% 沥青路面结
42、构厚度设计的设计示例车型分类代表车型数量（辆/日）小客车桑塔纳20002280中客车江淮AL6600220大客车黄海DD680450轻型货车北京BJ130260中型货车东风EQ140660重型货车黄河JN163868铰接挂车东风SP9250330近期交通组成与交通量 沥青路面结构厚度设计的设计示例 设计轴载设计轴载 累计轴次计算结果如下表所示，属于重交通等级。累计轴次计算结果如下表所示，属于重交通等级。汽车车型前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轴轮组数后轴距(m)日交通量(日/辆)北京BJ130型轻型货车13.427.4120260东风EQ140型23.669.3120660东风SP9250
43、型50.7113.3324330黄海DD680型长途客车49.091.5120450黄河JN163型58.6114.0120868江淮AL6600型17.026.5120220换算方法弯沉及沥青层拉应力指标半刚性层拉应力指标累计交通轴次2098万次2673万次 沥青路面结构厚度设计的设计示例 初拟路面结构初拟路面结构 根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了三个根据本地区的路用材料，结合已有工程经验与典型结构，拟定了三个结构组合方案。按计算法确定方案一、方案二的路面厚度；按验算法验算结构组合方案。按计算法确定方案一、方案二的路面厚度；按验算法验算方案三的结构厚度。根据结构层的最
44、小施工厚度、材料、水文、交通量以方案三的结构厚度。根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下：及施工机具的功能等因素，初步确定路面结构组合与各层厚度如下： 沥青路面结构厚度设计的设计示例方案一方案一 4cmAC13-C(细粒式沥青混凝土细粒式沥青混凝土) + 6cmAC20-C(中粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土) + 8cmAC25-F(粗粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土) + 38cm水泥稳定碎石基层水泥稳定碎石基层+ ？二灰土底？二灰土底基层，以二灰土为设计层。基层，以二灰土为设计层。方案二方案二 4cmAC13-C(细粒式沥青混
45、凝土细粒式沥青混凝土) + 8cmAC20-C(中粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土) + 18cmATB（密级配大粒径沥青碎石）（密级配大粒径沥青碎石）+ 33cm级配碎石。级配碎石。方案三方案三 4cmAC13-C(细粒式沥青混凝土细粒式沥青混凝土) + 8cmAC20-C(中粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土) + 14cmATB（密级配大粒径沥青碎石）（密级配大粒径沥青碎石）+ ？水泥稳定砂砾水泥稳定砂砾+ 18cm级配砂砾级配砂砾垫层，以水泥稳定砂砾为设计层。垫层，以水泥稳定砂砾为设计层。 沥青路面结构厚度设计的设计示例B.路面材料配合比设计与设计参数的确定路面材料配合比设计与设计参数的确定
46、 试验材料的确定试验材料的确定 半刚性基层所用集料与结合料取自沿线料场，沥青选用半刚性基层所用集料与结合料取自沿线料场，沥青选用A级级90#，上，上面层采用面层采用SBS改性沥青，技术指标均符合改性沥青，技术指标均符合公路沥青路面施工技术规范公路沥青路面施工技术规范相关规定。相关规定。 路面材料配合比设计（略）路面材料配合比设计（略） 路面材料抗压回弹模量的确定路面材料抗压回弹模量的确定 根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定设计参数根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定设计参数。 1 按照按照公路工程无机结合料稳定材料试验规程公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTJ057）中规）中
47、规定的顶面法测定半刚性材料的抗压回弹模量。定的顶面法测定半刚性材料的抗压回弹模量。 沥青路面结构厚度设计的设计示例 水泥稳定碎石抗压回弹模量均值为水泥稳定碎石抗压回弹模量均值为3188，方差为，方差为782； 二灰稳定砂砾抗压回弹模量均值为二灰稳定砂砾抗压回弹模量均值为3617，方差为，方差为634； 二灰土抗压回弹模量均值为二灰土抗压回弹模量均值为2091，方差为，方差为688。 2 按照按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052)中规定的方中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定20、15的抗压回弹模量，的抗
48、压回弹模量，各种材料的试验结果与设计参数见下表：各种材料的试验结果与设计参数见下表：材料名称材料名称20抗压模量（抗压模量（MPa）15抗压回弹模量（抗压回弹模量（MPa）Ep方差方差Ep-2Ep方差方差Ep-2Ep+2Ep代代Ep代代AC13-C19912011589268034419923368AC20-C14251051215217518718012549AC25-F9785586813206012001440ATB 12481161016171515614032027 沥青路面结构厚度设计的设计示例材料名称材料名称抗压模量（抗压模量（MPa）Ep方差方差Ep-2Ep+2Ep代代水泥稳定
49、碎石水泥稳定碎石318878216244752二灰土二灰土20915509913191二灰稳定砂砾二灰稳定砂砾261723421493085级配碎石级配碎石400级配砂砾级配砂砾250半刚性材料及其他材料抗压回弹模量测定与参数取值 沥青路面结构厚度设计的设计示例 3 路面材料劈裂强度测定路面材料劈裂强度测定 根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定规定温度和龄期的材根据设计配合比，选取工程用各种原材料，测定规定温度和龄期的材料劈裂强度。按照料劈裂强度。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052)与与公路工程无机结合料稳定材料试验规程公路工程无机结合料稳
50、定材料试验规程（JTJ057）中规定的方法进）中规定的方法进行。行。材料名称材料名称AC13-CAC20-CAC25-FATB水泥稳定水泥稳定碎石碎石二灰土二灰土二灰稳定二灰稳定砂砾砂砾劈裂强度劈裂强度（MPa）1.21.00.80.60.60.30.6路面材料劈裂强度 沥青路面结构厚度设计的设计示例C.路面结构层厚度确定路面结构层厚度确定 1 方案一的结构厚度计算方案一的结构厚度计算序号材料名称20 抗压模量 (MPa)15 抗压模量 (MPa)弯拉强度(MPa)厚度(cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)均值标准差均值标准差1细粒式沥青混凝土199120126803441.24-0
51、.170.462中粒式沥青混凝土142510521751871.060.060.383粗粒式沥青混凝土978551320600.88-0.020.314水泥稳定碎石318878231887820.6380.170.265二灰土209155020915500.3？0.10.16土基400-结构厚度计算结果 沥青路面结构厚度设计的设计示例 该结构为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为该结构为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉值，设计弯沉值为为20.60 (0.01mm)。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的结构层。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为厚度为11
52、.7cm； 满足层底拉应力要求的结构层厚度为满足层底拉应力要求的结构层厚度为28.2cm。设计厚度。设计厚度取取30 cm。路表计算弯沉为。路表计算弯沉为 15.39 (0.01mm)，各结构层的验算结果如表所，各结构层的验算结果如表所示。示。 沥青路面结构厚度设计的设计示例 2 方案二的结构厚度计算方案二的结构厚度计算结构厚度计算结果序号结构层材料名称平均抗压模量(Mpa)抗压模量标准差(Mpa)平均弯拉模量(Mpa)弯拉模量标准差(Mpa)弯拉强度(Mpa)厚度(cm)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土199120126803441.24-0.280.462中粒式沥
53、青混凝土14251052175187180.040.383大粒径沥青碎石124811617151560.6140.030.234水泥稳定砂砾261723426172340.5？0.260.265级配砂砾2500-18-6土基400- 沥青路面结构厚度设计的设计示例 该结构为半刚性基层，沥青层较厚根据工程经验，按内插法确定基层该结构为半刚性基层，沥青层较厚根据工程经验，按内插法确定基层类型系数，为类型系数，为1.4，设计弯沉值为，设计弯沉值为28.84 (0.01mm)，利用设计程序计算出满，利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的结构层厚度为足设计弯沉指标要求的结构层厚度为17.8cm； 满足
54、层底拉应力要求的结满足层底拉应力要求的结构层厚度为构层厚度为19.4cm。设计厚度取。设计厚度取20 cm。路表计算弯沉为。路表计算弯沉为 27.08 (0.01mm)。 沥青路面结构厚度设计的设计示例 3 方案三的结构厚度计算方案三的结构厚度计算序号序号结构层结构层材料名称材料名称平均抗平均抗压模量压模量(Mpa)抗压模量抗压模量标准差标准差(Mpa)平均弯平均弯拉模量拉模量(Mpa)弯拉模弯拉模量标准量标准差差(Mpa)弯拉弯拉强度强度(Mpa)厚厚度度(cm)层底拉层底拉应力应力(MPa)容许拉容许拉应力应力(MPa)1细粒式沥青细粒式沥青混凝土混凝土199120126803441.24
55、-0.320.462中粒式沥青中粒式沥青混凝土混凝土14251052175187180.080.383大粒径沥青大粒径沥青碎石碎石124811617151560.6180.230.234级配碎石级配碎石4000-33-5土基土基400-结构厚度计算结果 沥青路面结构厚度设计的设计示例 该结构为柔性基层，沥青路面的基层类型系数为该结构为柔性基层，沥青路面的基层类型系数为1.6，设计弯沉值为，设计弯沉值为32.96 (0.01mm)。利用设计程序验算结构是否满足设计弯沉与容许拉应力。利用设计程序验算结构是否满足设计弯沉与容许拉应力的要求。验算结果如表的要求。验算结果如表A.3.3所示，该结构路表计
56、算弯沉为所示，该结构路表计算弯沉为32.72 (0.01mm)，小于设计弯沉，符合要求；各结构层层底拉应力验算结果如表所示，均，小于设计弯沉，符合要求；各结构层层底拉应力验算结果如表所示，均满足要求，该结构为比较方案。满足要求，该结构为比较方案。 沥青路面结构厚度设计的设计示例 4 验算防冻厚度验算防冻厚度 方案一沥青层厚度方案一沥青层厚度18cm，总厚度为，总厚度为73cm。根据规范条文表。根据规范条文表5.2.4规定，规定，最小防冻厚度为最小防冻厚度为4050cm。 方案二沥青层厚度方案二沥青层厚度27cm，总厚度为，总厚度为65cm。根据规范条文表。根据规范条文表5.2.4规定，规定，最小防冻厚度为最小防冻厚度为4555cm。 方案三沥青层厚度方案三沥青层厚度32cm，总厚度为，总厚度为67cm。根据规范条文表。根据规范条文表5.2.4规定，规定，最小防冻厚度为最小防冻厚度为5060cm。 以上路面结构厚度均满足最小防冻厚度要求。以上路面结构厚度均满足最小防冻厚度要求。谢谢大家！设计程序升级设计程序升级侯相深：侯相深：1394567077513945670775哈工大交通学院哈工大交通学院
