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1、第十四章第十四章沥青路面设计沥青路面设计江苏大学汽车与交通工程学院主要内容主要内容l第一节概述l第二节弹性层状体系理论l第三节沥青路面结构组合设计l第四节沥青路面的设计指标与标准l第五节我国沥青路面设计方法l第六节我国沥青路面设计实例l第七节国外沥青路面设计方法简介（自学）第一节第一节 概述概述1、沥青路面设计的内容 结构组合设计 材料组成设计 厚度设计验算 结构方案比选 路肩构造设计 排水系统设计第一节第一节 概述概述 2、沥青路面结构设计的原则l（一）路基路面整体综合设计原则l（二）密切结合自然条件及实践基础原则l（三）满足交通与使用要求原则l（四）因地制宜、合理选材原则l（五）保护自然生
2、态与沿线环境原则l（六）工厂及机械化施工、方便施工原则l（七）技术与经济性并重原则l（八）分期修建、方便养护原则第一节第一节 概述概述 3、沥青路面结构设计方法种类l经验法：AASHTO法；CBR法。依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际。l力学经验法（M-E）：AI法；SHELL法；我国设计方法。依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是 理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。l典型结构法：法国方法；中国八五研究成果。通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统
3、一。l优化设计法 通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成熟。第一节第一节 概述概述u4、沥青路面厚度设计的基本过程确定交通量：如车型、轴重、轮胎压力、各车型通过数及横向分布；路面结构组合：确定材料品种及其它参数；参数修正：路面设计的指标与标准确定：运用基本关系式进行设计计算或验算第一节第一节 概述概述5、沥青路面的轴载换算1）标准轴载及当量换算l轴载换算：公路实际行驶的车轮类型千差万别，轴载也各不相同，它们对路面结构的损耗作用也不同，无法分析它们对弯沉增大的总效应，有必要定义一种标准轴载，将其它轴载的作用等效为标准轴载作用。l标准轴载：标准轴载一般要求对路面的响应较大、同时又能
4、反映本国的公路运输运营车辆的总体轴载水平，涉及运输经济和路面结构经济性两个方面。l我国规范采用单轴双轮组BZZ-100（详见P378的表14-2）；美国为18kip（单轴80.1KN，1KN24.809lbf）、32kip（双轴142.34KN）；德国为110KN；印尼为50KN；黎巴嫩为140KN；联合国141个成员国的比例如下：小于100KN占67.36、101KN110KN占11.56、111KN120KN占5.44、大于121KN占15.64。第一节第一节 概述概述2） 轴载当量换算的原则等破坏原则：l等破坏原则：不同标准轴载使用末期达到相同的临界状态为标准。即对同一种路面结构，甲轴载
5、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在使用末期的破坏状态相同；l等厚度原则：对某一种交通组成，不同标准轴载换算换算所得轴载作用次数设计计算确定的路面厚度相同。l数。 3）当量轴次l按弯沉或弯拉应力为指标将不同车型、不同轴载的作用次数换算为与标准轴载100KN相当的轴载作用次数。第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述3）沥青路面结构的设计年限u路面达到使用的临界状态的最小年限。u目前的基准年限如前表所示。4）城市道路设计年限 道路交通量达到饱和状态时的设计
6、年限。一般规定：快速路、主干路为20 年；次干路为15 年；支路为10 年 15 年。5）累计当量轴次 设计年限内考虑车道系数后一个车道上的当量轴次总和。第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述l我国沥青路面交通轻重的等级划分第二节 弹性层状体系理论第二节 弹性层状体系理论2、弹性层状体系理论的假定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（路基）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；3）各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限深处，应力、形变、位移为零；4）层间接触情况，或完全连续（连续体系）或仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）；5
7、）不计自重。3、弹性层状体系理论的求解过程轴对称课题，将车轮荷载简化为圆形均布荷载。第二节 弹性层状体系理论第三节沥青路面结构组合设计l 1、沥青路面结构组合设计的基本原则l总原则： 面层耐久、基层坚实、土基稳定l具体要求：l1）适应行车荷载作用的要求l从上至下，从薄到厚，从强到弱，表层抗滑、抗磨耗l2）在各种自然因素作用下稳定性好l具有很好的水稳定性和温度稳定性l3）考虑结构层的特点l上下层匹配，总体上强度足够而不过多浪费l4）考虑防冻、防水要求第三节沥青路面结构组合设计详细组合原则：1）根据沥青路面的工作特性，各结构层应尽量按强度和刚度自上而下逐层递减的规律安排；2）必须考虑材料特点和施工
8、工艺以及强度和造价等方面考虑；3）各结构层应具有适宜的厚度，不宜使层数过多而厚度过小；4）应合理选择相邻结构层之间的模量比（基层:面层（E2E1）宜在1.53，基层:底基层（E2E3）宜不大于3， 底基层:土基（E3E0）宜在2.512.5）；5）对于低温地区，应考虑收缩裂缝，进行合理的防止反射裂缝组合，并保证有适宜的沥青面层厚度；6）对于潮湿地区及多雨地区，应考虑水稳定性，选择水稳定性好的基层及尽量考虑不透水的面层；7）路面还应满足防冻厚度的要求；8）应考虑结构层间的结合性。第三节沥青路面结构组合设计轻交通中等交通结构组合设计原则按照道路等级和交通要求选择面层等级和类型按各结构层的功能选择结
9、构层次按各结构层的应力分布特性顾及各结构层次本身的特性考虑环境状况的不利影响适当的层数和厚度第三节沥青路面结构组合设计重交通时结构组合设计原则正确认识各结构层的作用，考虑各结构层对路面长期使用性能的影响沥青层应保证足够的厚度，交通量越大，沥青层的厚度应越大沥青层材料设计基层模量应具有适当的模量当采用半刚性材料作为基层或垫层时，应作适当的处理十分重视路面排水系统的设计第三节沥青路面结构组合设计2、沥青路面结构组合面层：单层、双层或三层沥青面层基层：柔性、半刚性、刚性或组合式垫层：排水、防冻、防水、防污等粒料或稳定土土基：密实、坚固、不透水层间结合：牢固第三节沥青路面结构组合设计3、沥青路面面层要
10、求1）面层路用性能要求第三节沥青路面结构组合设计3、沥青路面面层要求2）面层抗滑性能要求第三节沥青路面结构组合设计4、沥青层最小厚度要求第三节沥青路面结构组合设计5、基层最小厚度和适宜厚度要求l1沥青路面的破坏疲劳开裂车辙推挤l2、路面破坏与设计指标控制疲劳的指标应变应力弯沉(我国)控制开裂的指标应变应力控制车辙的指标RD，土基顶面压应变控制推挤的指标剪切应力或剪切应变第四节沥青路面的设计指标与标准l反射裂缝反射裂缝 低温开裂低温开裂 沉陷沉陷 车辙车辙 波浪、拥包坑坑 槽槽松散松散泛油泛油第四节沥青路面的设计指标与标准u3、主要的设计指标与要求l路基表面的垂直压应变或垂直压应力l反映路基在重
11、复荷载作用下的永久变形，主要原因是路面结构土基承载能力低引起土基的较大垂直塑性变形。l要求： z 0 z 0 或z 0 z 0l结构残余变形的累积（车辙）：l要求： RD r e RD r e第四节沥青路面的设计指标与标准 3、主要的设计指标与要求结构疲劳开裂（整体性材料结构层的疲劳开裂）：要求： r R 或r R面层抗剪切推移：要求： max R （应使用高温时的弹模）结构低温缩裂：要求： r t t R （应使用低温时的弹模）路面弯沉：要求： lr l R第四节沥青路面的设计指标与标准4、我国沥青路面的设计指标与要求l我国公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以
12、设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。l对沥青混凝土面层和整体性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算，城市道路尚须进行沥青面层的剪应力验算。l设计指标及验算指标必须小于其极限标准。第四节沥青路面的设计指标与标准5、以弯沉作为设计指标的原因 路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形之和，反映了路面整体刚度的强弱。当路面在车辆荷载反复作用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程度时，路面结构即产生疲劳开裂，从而可在一定程度上建立起路面损坏与弯沉、弯沉与轴载作用次数间的关系。路表弯沉值可以简单地量测，操作简便；压应变、拉应变指标测试较困难。弯沉指标既可作为设计指标，又可以作为质量检验、路面养护的
13、评价手段。第四节沥青路面的设计指标与标准第四节沥青路面的设计指标与标准3、弯沉概念回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能恢复的那一部分变形。残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那一部分变形。总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形（回弹弯沉+残余弯沉）。容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮中间容许出现的最大（代表？）回弹弯沉值。设计弯沉：是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准轴载双轮轮隙中间的最大（代表？）弯沉值。第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法4、弯沉测定l贝克曼法：传统检测方法，速度慢
14、，静态测试，试验方法成熟，目前为规范规定的标准方法。l自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。l落锤弯沉仪法：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹量，快速连续测定，使用时应用贝克曼进行标定换算。第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法承载板法
15、第五节我国沥青路面设计方法l回弹弯沉检测l（1）采用BZZ-100作为检测用轴载；l（2）使用非标准轴载时，要向标准轴载对应弯沉换算：第五节我国沥青路面设计方法13、土基回弹模量取值方法查表法：1）确定临界高度（根据自然区划、土质）；2）拟定土的平均稠度（根据路基设计高度与临界高度的关系，确定路基顶面以下80cm范围内不同深度的含水量，计算平均稠度；3）预测土基回弹模量（根据平均稠度、土质、自然区划查表）室内试验法：根据室内小承载板测得回弹模量，乘以折减系数。换算法：通过回归分析，确定特定地区、土质的CBR等现场试验数据与回弹模量的关系；第五节我国沥青路面设计方法14、土基回弹模量的参数第五节
16、我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法19、新建路面的厚度设计 交通量已知，各层材料模量、泊松比、抗拉应力已知，除待设计层各层厚度已知，需计算设计层厚度： 设计过程：1）根据拟定的结构层材料，确定设计弯沉计算公式中各参数，计算设计弯沉值；2）目标：交工验收时轮隙中心实测路表弯沉小于等于设计弯沉；3）通过诺模图或电算程序，查图或电算求出待设计层的厚度；4）通过弯拉应力验算；5）抗冻层厚度验算6）技术经济比较第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法21、新建路面的厚度设计第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第七节国外沥青路面设计方法简介第七节国外沥青路面设计方法简介第七节国外沥青路面设计方法简介第七节国外沥青路面设计方法简介第七节国外沥青路面设计方法简介
