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1、长寿命路面长寿命路面典型典型结构设计结构设计 乔慧园 交通运输分院 1、长寿命长寿命路面标准及技术要求路面标准及技术要求 2、新旧、新旧规范范对路面路面结构构设计的影响分析的影响分析1 1、长寿命长寿命路面标准及技术要求路面标准及技术要求1.1长寿命长寿命路面路面概述概述1.2长寿命长寿命路面路面理念理念1.3长寿命路面设计要求长寿命路面设计要求1.4长寿命路面设计标准长寿命路面设计标准1.1、长寿命长寿命路面路面概述概述1定义定义长寿命路面（ Long life asphalt pavement，简称LLAP ），是指路面设计寿命超过40年，相对于现有的路面其日常养护要求总费用更低的路面结构
2、。1.1、长寿命长寿命路面路面概述概述特点：特点：a) 设计寿命达到40年以上;b) 在设计寿命期间不发生结构性破坏, 路面的 损坏只发生在表面功能层;c) 只进行日常养护, 不需要进行结构性大修,即不 需要对主要承重层进行大修;d) 路面厚度较大, 因此, 初期费用可能偏高, 但维修费用低, 在寿命周期内最为经济.1.1、长寿命长寿命路面路面概述概述2国外研究概述国外研究概述1.1、长寿命长寿命路面路面概述概述2国外研究概述国外研究概述2国外研究概述国外研究概述（1）New Jersey：New Jersey运输部对I-287州际道路的路面损害情况进行调查。该道路1993年年平均日交通量为1
3、1.1019万次，货车占22，重货车占9。20年累计当量荷载5 000万次。由于是重载交通，因此经常出现停车、慢速行车。1963年修建，原结构为3inHMA面层+7in基层+8in密级配的级配碎石+10in级配砂砾底基层，路基为粉质砂土。该工程该工程19941994年完工，年完工，20012001年调查时没有发现任何开裂、车辙，年调查时没有发现任何开裂、车辙，预计结构能够使用预计结构能够使用4040年以上。年以上。2国外研究概述国外研究概述德国：1977年德国A5高速公路 Frankfurter Kreuz采用的结构是37mm浇注沥青砼面层+200mm沥青砼基层+150mm稳定底基层。该高速公
4、路双向日交通量152000辆/d，重载货车比例为1020，使用17年后标准轴载次数为125百万次，到现在仍然使用良好 3.国内研究概述国内研究概述3.国内研究概述国内研究概述3.国内研究概述国内研究概述国内研究尚处于起步阶段国内研究尚处于起步阶段国内最接近长寿命路面研究思路的是复合式路面结构。国内最接近长寿命路面研究思路的是复合式路面结构。复合式路面复合式路面指面层由水泥混凝土板指面层由水泥混凝土板(CC) (CC) 及板上沥青混凝土层及板上沥青混凝土层(AC) (AC) 构成构成, , 或由水泥混凝土复合板构成的路面结构。水泥混或由水泥混凝土复合板构成的路面结构。水泥混凝土包括普通水泥混凝土
5、凝土包括普通水泥混凝土( PCC) ( PCC) 、碾压水泥混凝土、碾压水泥混凝土( ( RCC) RCC) 、钢筋混凝土、钢筋混凝土( JRC) ( JRC) 及连续配筋混凝土及连续配筋混凝土(CRC) (CRC) 等等实践表明，正确的路面结构设计、严格的施工质量控制和适当的维修，路面实践表明，正确的路面结构设计、严格的施工质量控制和适当的维修，路面一定能够使用很长时间一定能够使用很长时间在沥青层层底存在一个极限弯拉应变水平在沥青层层底存在一个极限弯拉应变水平, , 当路面在荷载作用下应变低于这个水平当路面在荷载作用下应变低于这个水平时时, , 不会发生疲劳损坏不会发生疲劳损坏, , 这一应
6、变水平即为这一应变水平即为疲劳极限疲劳极限。因此。因此, , 研究认为沥青路面存研究认为沥青路面存在一个面层厚度极限在一个面层厚度极限, , 当沥青厚度超过此限值后当沥青厚度超过此限值后, , 路面结构将不会出现由下到上的路面结构将不会出现由下到上的疲劳开裂和结构性的车辙疲劳开裂和结构性的车辙1.2长寿命长寿命路面设计路面设计理念理念设计面层较厚的路面结构设计面层较厚的路面结构, , 控制住面层底部拉控制住面层底部拉应变水平应变水平, , 从而使路面使用年限大为提高从而使路面使用年限大为提高1.2长寿命长寿命路面路面理念理念1.3长寿命路面设计要求长寿命路面设计要求1.1.较高的路基稳定性较高
7、的路基稳定性2.2.良好的材料性能良好的材料性能。3.3.合理的路面结构组成设计合理的路面结构组成设计。4.4.一定的结构层厚度一定的结构层厚度5.5.较低的层底应力较低的层底应力6.6.与排水相结合与排水相结合提高路基的承载能力尽可能小的不均匀变形提供长期稳定均匀的支撑较高的强度、温度和水稳定性,延缓或者防止路面的结构性破坏,确保路面结构的长寿命,实现路面只有表层损坏,维修只需铣刨表面层,再重新加铺罩面,就能保证路面长时间地使用下去。控制结构层底的拉应力防止出现一次性破坏和疲劳开裂现象。防排相结合1.4长寿命路面设计标准长寿命路面设计标准关于长寿命路面结构形式，国内外并不统一，关于长寿命路面
8、结构形式，国内外并不统一，相关设计指标多样化，但最终目标是统一的，相关设计指标多样化，但最终目标是统一的，即保证主要承重结构达到长寿命的设计目的即保证主要承重结构达到长寿命的设计目的（如下图）（如下图）长寿命路面寿命示意图长寿命路面设计标准长寿命路面设计标准如下：如下：表面功能层寿命应达表面功能层寿命应达8 8年以上年以上主要承重层寿命应达到主要承重层寿命应达到4040年以上年以上各层强度控制指标选用相应规范进行验各层强度控制指标选用相应规范进行验算；算；设计流程图设计流程图2 2、新旧规范对路面结构设计的影响分析新旧规范对路面结构设计的影响分析2.1修订内容修订内容2.2新新旧规范方法应力计
9、算旧规范方法应力计算2.3新新旧规范结果分析旧规范结果分析2.4小结小结2.1修订内容修订内容02版规范主要修订内容：增添路面结构可靠度设计方法和参数增添路面结构可靠度设计方法和参数修正应力计算公式，拓展应力分析适用范围修正应力计算公式，拓展应力分析适用范围强化路面组合和材料组成要求强化路面组合和材料组成要求整理路基和基垫层材料设计参数整理路基和基垫层材料设计参数改进连续配筋混凝土面层的配筋计算方法改进连续配筋混凝土面层的配筋计算方法补充沥青加铺层设计补充沥青加铺层设计修改就混凝土路面评定方法修改就混凝土路面评定方法拟定交通分析法拟定交通分析法公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402011
10、），由交通运输部于2011年9月20日发布，自 2011 年12月1日起施行。11版规范修改内容增加混凝土板极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断增加混凝土板极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准；裂设计标准；考虑特种车辆和专用道路结构设计增加极重交通荷载等级；考虑特种车辆和专用道路结构设计增加极重交通荷载等级；改进接缝设计及填缝材料的选型；改进接缝设计及填缝材料的选型；完善连续配筋的裂缝间距和裂缝宽度两个设计指标的计算公式完善连续配筋的裂缝间距和裂缝宽度两个设计指标的计算公式；2.2新旧规范方法应力计算新旧规范方法应力计算1 1、荷载应力计算、荷载应力计
11、算2 2、温度应力计算、温度应力计算荷载应力计算温度应力计算94版t m最大温度梯度最大温度梯度时的温度的温度翘曲曲应力力k t温度疲温度疲劳应力系数由力系数由tm /fcm 查表确定表确定k kx x温度翘曲应力系数，由温度翘曲应力系数，由L/rL/r比值查图比值查图02版k t温度疲劳应力系数 a、b、c回归系数，由表确定2.3新旧规范结果分析新旧规范结果分析1示例示例 假设：砼路面各计算参数如下：砼弯拉强度砼弯拉强度 f fr r =5.0=5.0PCCPCC板板 E Ec c =31000MPa =31000MPa二灰碎石基层二灰碎石基层 E E2 2 =1400MPa h =1400
12、MPa h2 2 =15cm =15cm 固化土处理土基固化土处理土基 E E1 1 =150MPa h =150MPa h1 1 =20cm =20cm 路基回填模量路基回填模量 E E0 0 =40MPa =40MPa 方案方案 ： 4m 4m5m5m板，方案板，方案 ： 为为3m3m4m4m板板方案PCC板厚度hc（cm）AC层厚度ha（cm）荷载应力（MPa）94规范规范02规范规范2601.301.00641.220.94361.170.91181.130.8802801.140.90741.070.85261.030.82481.000.7973001.080.82341.010.
13、77560.980.75180.950.7282601.300.99941.220.93861.170.90881.130.8782801.140.90141.070.84661.030.81981.000.7913001.080.81841.010.76860.980.74380.950.719方案方案应力PCC板厚度板厚度hc（cm）AC层厚度层厚度ha（cm）温度翘曲应力温度翘曲应力（MPa）94规范规范02规范规范2602.271.93541.601.37861.351.17281.120.9652802.171.92641.531.35961.291.15581.070.952300
14、2.031.85841.431.31161.211.11581.000.9182601.871.74741.321.23361.111.04880.930.8632801.811.65241.271.16761.070.99280.890.8173001.741.48441.1391.06160.9480.93280.8050.77311版规范修改内容增加混凝土板极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断增加混凝土板极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准；裂设计标准；考虑特种车辆和专用道路结构设计增加极重交通荷载等级；考虑特种车辆和专用道路结构设计增加极重交通荷载等级；改进接缝设计及填缝材料的选型；改进接缝设计及填缝材料的选型；完善连续配筋的裂缝间距和裂缝宽度两个设计指标的计算公式完善连续配筋的裂缝间距和裂缝宽度两个设计指标的计算公式；2.4、小结小结新旧规范设计思想不同（主要原因）新旧规范设计思想不同（主要原因）旧规范的基层顶面回弹模量是计算和查图并用，误差旧规范的基层顶面回弹模量是计算和查图并用，误差较大，新规范采用计算，比较精确较大，新规范采用计算，比较精确旧规范计算荷载应力采用查图方法误差较大，新规范旧规范计算荷载应力采用查图方法误差较大，新规范采用计算方法，比较精确采用计算方法，比较精确谢谢
