2路面結(jié)構(gòu)及其層次劃分

1、§2路面結(jié)構(gòu)及其層次劃分.路面斷面侔層；4-路緣石；5-加固路肩血上路肩路拱平均坡度：瀝青或水泥混凝土路面：1.5%廠拌瀝青碎石等:1.5-2.5%石砌路面:2-3%碎石，礫石路面25-3.5%土路:3-4%二.層次劃分和作用1 .面層:面層是直接同行車和大氣接觸的表面層次，它承受較大的行車荷載的垂直力、 水平力和沖擊力的作用，同時(shí)還受到降水的浸蝕和氣溫變化的影響。 因此，同其 它層次相比，面層應(yīng)具備較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度 穩(wěn)定性，而且應(yīng)當(dāng)耐磨，不透水；其表面還應(yīng)有良好的抗滑性和平整度。修筑面層所用的材料主要有：水泥混凝土、瀝青很凝土、瀝青碎（礫）石混合料、

2、 砂礫或碎石摻上或不摻土的混合料以及塊料等。2 .基層:基層主要承受由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并擴(kuò)散到下面的墊層和土基中 去，上基層是路畫結(jié)構(gòu)中的承重層，它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并具有良好的 擴(kuò)散應(yīng)力的能力基層遭受大氣因素的影響雖然比面層小，但是仍然有可能經(jīng)受 地下水和通過面層滲入雨水，所以基層結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的水穩(wěn)定性。 基層表面雖 不直接供車輛行駛，但仍然要求有較好的平整度，這是保證面層平整性的基本條 件。修筑基層的材料主要有各種結(jié)合料(如石灰、水泥或?yàn)r青等)穩(wěn)定土或穩(wěn)定碎 (礫)石、貧水泥混凝土、天然砂礫、各種碎石或礫石、片石、塊石或圓石，各種 工業(yè)廢渣(如煤渣、粉煤灰、礦渣、石灰渣

3、等)和土、砂、石所組成的混合料等。3 .墊層：墊層介于路基與基層之間，它的功能是改善土基的濕度和溫度狀況， 以保證面 層和基層的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性不受土基水溫狀況變化所造成的不良影響。 另一 方面的功能是將車輛荷載應(yīng)力加以擴(kuò)散，以減小土基產(chǎn)生的應(yīng)力和變形 同時(shí)也 能阻止路基土擠入基層中，影響基層結(jié)構(gòu)的性能。修筑墊層的材料，強(qiáng)度要求不一定高，但水穩(wěn)定性利隔溫性能要好。常用的墊 層材料分為兩類，一類是由松散粒料，如砂、礫石、爐渣等組成的透水性墊層； 另一類是用水泥或石灰穩(wěn)定土等修筑的穩(wěn)定類墊層。第一節(jié)路面結(jié)構(gòu)及其分類1、瀝青路面(1) 柔性基層瀝青路面(2) 半剛性基層瀝青路面(3) 剛性基層瀝青

4、路面(4) 全厚式瀝青路面2、我國(guó)常用的高速公路瀝青路面的結(jié)構(gòu)(半剛性基層瀝青路面)（A 級(jí)或改性）瀝青 AC-13 Sup-13 SMA-134cm（A級(jí)或B級(jí)或改性）瀝青 AC-20 Sup-196cm-8cm（A 級(jí)或 B 級(jí)）瀝青 AC-25 Sup-25 6cm-8cm水泥穩(wěn)定碎石或二灰碎石 30cm-40cm二灰土或石灰土 20cm-40cm土基3、水泥混凝土路面（水泥路面）普通混凝土（ JPCP鋼筋混凝土（ JRCP連續(xù)配筋混凝土（ CRCP鋼纖維混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土、裝配式混凝土、碾壓混凝土4、路面的結(jié)構(gòu)層次與材料要求由于行車荷載、自然因素等對(duì)路面的影響隨深度的增加而逐漸減弱，

5、路面的強(qiáng)度、抗變形能力和穩(wěn)定性也應(yīng)隨深度而逐漸降低要求，因此，路 面的結(jié)構(gòu)應(yīng)分層鋪筑、分為若干層次結(jié)構(gòu)，并按各結(jié)構(gòu)層次的特定狀況進(jìn) 行相應(yīng)的材料要求。路面結(jié)構(gòu)按照使用要求、受力狀況、土基支承條件和自然因素影響程 度的不同分成若干層次，通常按照各個(gè)層位功能的不同劃分為面層、基層 和底基層三個(gè)層次，基層中包括底基層在內(nèi)。面層：直接同行車荷載、大氣接觸，承受較大的行車荷載作用（包 括沖擊），同時(shí)受到降水、氣溫等的影響。與其它層次相比，它應(yīng)具有較 高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，而且應(yīng)耐磨、不透水、抗滑、平整（另外還應(yīng)能適應(yīng)基層開裂對(duì)其影響或舊路面病害的 反映）。材料的使用應(yīng)能適

6、應(yīng)此功能要求?；鶎樱褐饕惺苡擅鎸觽鱽淼能囕v荷載垂直力并將其擴(kuò)散到下面的墊 層及土基，是路面結(jié)構(gòu)的主要承重層（對(duì)于瀝青路面）或重要功能層（對(duì) 于水泥砼路面），因此，它也應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與剛度，并應(yīng)具有良好的 擴(kuò)散應(yīng)力的能力；基層受大氣影響較面層小，但仍可能被面層滲入雨水浸 濕或地下水影響，也可受溫度影響變形，因此仍應(yīng)具有足夠的水溫穩(wěn)定性； 同時(shí)，為保證面層平整，它還應(yīng)具有較好的平整度。路基墊層：墊層介于基層和土基之間，它可改善土基的濕度和溫度狀 況、使面層與基層免受土基水溫狀況變化的不良影響或保護(hù)土基處于穩(wěn)定 狀態(tài)；同時(shí)，也可擴(kuò)散基層傳遞的荷載應(yīng)力、減小土基的應(yīng)力與變形，并 可阻止路基土擠入基

7、層。一般墊層修于特定狀況道路工程結(jié)構(gòu)中，如防砂 土基礎(chǔ)擠入基層、軟土地基擴(kuò)散應(yīng)力、凍土保溫隔溫等。面層：用水泥混凝土、瀝青混凝土、瀝青碎石、泥灰結(jié)石、塊料等材 料?；鶎樱òǖ谆鶎樱翰牧现饕懈鞣N結(jié)合料穩(wěn)定土或穩(wěn)定碎石、貧 水泥砼、天然砂礫、碎石 /塊石/片石/礫石、工業(yè)廢渣結(jié)合混合料等。當(dāng)用 不同材料修筑基層時(shí)，最下層的統(tǒng)一材料層稱為底基層，它可就近使用當(dāng) 地的材料或土。路基及墊層：材料主要有松散粒料類透水層或穩(wěn)定土等穩(wěn)定隔離層。路面等級(jí)面層材料類型適用的技術(shù)等級(jí)高級(jí)瀝青混凝土，水泥混凝土高速、一級(jí)、二 級(jí)、三級(jí)、四級(jí)次高級(jí)瀝青貫入式，瀝青碎石，瀝青 表面處治，整齊石塊或條石二級(jí)、三級(jí)、四

8、級(jí)中級(jí)碎、礫石（泥結(jié)或級(jí)配），半整齊塊石，其它粒料三級(jí)、四級(jí)低級(jí)粒料加固土 ，其它當(dāng)?shù)夭牧霞?固或改善土，不整齊石塊四級(jí)5、路面的分類路面類型可從不同角度來進(jìn)行劃分，一般常按照面層所用的材料來進(jìn) 行區(qū)分，如水泥混凝土路面、瀝青路面、砂石路面等等。但在工程設(shè)計(jì)中， 則主要從路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性和設(shè)計(jì)方法的相似性出發(fā)，將路面劃分為柔 性路面、剛性路面和半剛性路面三類。柔性路面：總體結(jié)構(gòu)剛度較小，荷載作用下的彎沉變形較大，抗彎拉 強(qiáng)度較低，傳遞給土基的單位壓力也較大，它主要包括各種未經(jīng)處理的粒 料基層和各類瀝青面層、碎（礫）石面層或塊石面層組成的路面結(jié)構(gòu)。剛性路面 主要指用水泥混凝土作面層或基層的路面

9、結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度高、 彈性模量高、處于板體工作狀態(tài)，傳遞給基礎(chǔ)的單位壓力小。半剛性路面：通過改善瀝青混凝土性能使其呈半剛性特性，其剛度介 于瀝青混凝土和水泥混凝土之間。第二節(jié) 環(huán)境因素對(duì)道路的影響1、溫度濕度對(duì)道路的影響概述松弛時(shí)間-6#圖2-1溫度對(duì)瀝青混凝土動(dòng)彈性模量的影響#(臺(tái))富艇回勅暉力23( PaJDW2020含水：艸圖2-2濕度對(duì)路基剛度的影響2、溫度對(duì)道路的影響溫度造成路基體的膨脹與收縮，甚至引起路基的凍脹；溫度造成水泥 砼路面的溫度應(yīng)力及條塊分割；溫度造成瀝青混凝土路面的塑性變形累積 及低溫開裂。卜4 aa10121416 IB 30223?3 渙30已nm w圖2-3瀝青面層溫

10、度日變化曲線73C201C01 2 3673月倒9 I匚 11121知百|(zhì)下2m2-4瀝青面層月平均溫度的年變化曲線吋劇(h)圖2-5水泥混凝土面層溫度日變化曲線82?27a® (T)594120o 5o 51 19圖2-6 一天內(nèi)不同時(shí)刻沿水泥混凝土面層深度的溫度變化曲線-9 nu.926 32 2nu2IIIIIIII110121416182022242469Ml (h)圖2-7水泥混凝土面層溫度梯度與氣溫的日變化曲線3、濕度對(duì)道路的影響濕度對(duì)路基的影響：濕軟、冰凍及整體不穩(wěn)定，需設(shè)置良好的排水設(shè) 施，并控制路基的干濕類型濕度對(duì)路面的影響：水分積蓄于路基路面體內(nèi)，降低路基路面的強(qiáng)

11、度 與剛度，造成路面破壞，并可進(jìn)一步加劇路面透水性第三節(jié)交通荷載參數(shù)1、行車荷載及其對(duì)路面的影響汽車荷載既是路基路面的服務(wù)對(duì)象，又是造成路基路面結(jié)構(gòu)損傷的主要原因；它是不斷移動(dòng)著的、具有振動(dòng)和沖擊影響的動(dòng)荷載；汽車荷載的特性包括汽車輪重與軸重的大小與特性、不同車型車軸的布置、汽車軸載 的時(shí)間分布特性、以及汽車靜態(tài)與動(dòng)態(tài)荷載的特性比較等不同方面。2、車輛的種類與作用特點(diǎn)道路上通行的汽車車輛主要分為客車與貨車兩大類?？蛙囉址譃樾】蛙?、中客車與大客車；貨車又分為整車、牽引式掛車和牽引式半掛車。汽車及其客貨總重量通過車身傳遞到車軸，再傳遞到車輪，最終由輪胎傳遞 到路面，因此，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要以軸重或者

12、輪壓來進(jìn)行控制。軸載軸型分布：?jiǎn)屋S單輪 單軸雙輪 雙軸單輪 雙軸雙輪3、軸輪組與軸重整車分前軸和后軸，絕大部分車輛的前軸為兩個(gè)單輪組成的單軸（軸 載約為 P/3 ），極少數(shù)汽車前軸為雙軸單輪組（軸重約為P/2 ）。大部分貨車后軸由雙輪組組成，有單軸、雙軸和三軸等三種，大部分軸重在 100KN 以下，一般都在 60130KN 范圍以內(nèi)。4、輪壓與壓圓輪胎對(duì)路面的靜態(tài)壓力大小與胎內(nèi)壓相接近， 壓面近似為圓形， d 由 p、 P 來計(jì)算， p 可近似取輪胎氣壓。（ 1）汽車的輪壓與壓圓（ a- 單圓荷載， b- 雙圓荷載）10lp IP賂面Fdpi1.5日f.路面 PETT,pB1I bG 

13、9;(2)荷載圓半徑和直徑對(duì)于雙輪組車軸，可以按雙圓考慮，也可以按單圓對(duì)待，其當(dāng)量圓的直徑計(jì)算如下：b)單圓荷載的當(dāng)量圓直徑5、運(yùn)動(dòng)車輛對(duì)道路的動(dòng)態(tài)影響道路上行駛的汽車除給路面施加垂直靜壓力外，還施加水平力和振動(dòng) 力，對(duì)路面固定點(diǎn)而言，這種影響又具有瞬時(shí)性和重復(fù)性。圖2-8車輪作用于路面的垂直壓力與水平壓力a）停駐；b）啟動(dòng)、一般行駛、加速；c）減速、制動(dòng)；d）轉(zhuǎn)向（1 ）水平力：行車安全要求qmaxc p?j ，其中j為路表與車輪的附著系數(shù)，它同路面類型與濕度以及行車速度有關(guān)。路表層水平力過大易導(dǎo)致推擠、擁包、波浪及車轍等病害。（2）振動(dòng)力：振動(dòng)輪載最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數(shù)，設(shè)計(jì)路面

14、時(shí)，應(yīng)以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計(jì)荷載。（3） 瞬時(shí)作用及重復(fù)：路面點(diǎn)的車輪作用時(shí)間約為0.010.10s，結(jié)構(gòu) 變形來不及呈現(xiàn)，瞬時(shí)作用利于結(jié)構(gòu)，但多次重復(fù)作用又易使其疲勞。表3-1路表與車輪的附著系數(shù)路面狀況車速（km/h）路面類型123264干燥碎石0.60瀝青混凝土0.70-1.000.50-0.65水泥混凝土0.70-0.850.60-0.80潮濕碎石0.40瀝青混凝土0.40-0.650.10-0.50水泥混凝土0.60-0.700.35-0.556標(biāo)準(zhǔn)軸載作用在路面的設(shè)計(jì)荷載千變?nèi)f化，一般選用一種軸載作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)軸載，其他各種軸載按照一定原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載。標(biāo)準(zhǔn)軸載要

15、求對(duì)路面的響應(yīng)較大、又能反映本國(guó)公路運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)車輛的總體軸載水平。7、超載與超限超載運(yùn)輸是車輛所裝載貨物超過車輛額定載貨質(zhì)量。超限運(yùn)輸指運(yùn)輸 車輛超過路面結(jié)構(gòu)的容許承載能力。超載但不超限的車輛對(duì)路面的使用壽 命有一定的影響，超載且超限的車輛對(duì)路面的使用壽命有很大的影響，有 的甚至超過路面或橋梁結(jié)構(gòu)的極限承載力，使路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞、 使橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)整體破壞、產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。8、交通荷載軸載換算和統(tǒng)計(jì)計(jì)算（ 1）交通調(diào)查與重復(fù)荷載交通量調(diào)查與分析：調(diào)查內(nèi)容包括交通總量、車型分布、軸型軸載、 實(shí)載率等，有的還調(diào)查軸載譜；分析主要是確定交通量年平均增長(zhǎng)率，并 求算獲得設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)交通量。對(duì)路

16、面而言，主要是軸重。軸載組成與軸載換算：不同軸載的作用次數(shù)的頻率組成即為軸載譜，各 不同軸載應(yīng)根據(jù)某一指標(biāo)按其對(duì)路面結(jié)構(gòu)的損傷作用的等效性換算成其它 軸載的作用次數(shù)，從而可使用標(biāo)準(zhǔn)軸載來綜合累計(jì)。（ 2）輪跡橫向分布 ：總軸載作用按一定規(guī)律分布于車道橫斷面的現(xiàn)象，車 道綜合累計(jì)需考慮。圖2-7輪跡橫向分布頻率曲線（單向行駛一個(gè)車道）圖2-8輪跡橫向分布頻率曲線（混合行駛雙車道）（3）軸載的換算軸載換算的基本原則：等破壞原則：同一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作 用下在使用末期達(dá)到相同的損傷程度（破壞狀態(tài)）；等厚度原則：用不 同標(biāo)準(zhǔn)軸載設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)厚度相同。軸載換算系數(shù)公式: （4 ）瀝青路面軸載換算系

17、數(shù)公式（參照規(guī)范）J當(dāng)以址計(jì)彎汎債和浙脊層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)善蛆軸載均宦按公式(3J.2-1) 換算成標(biāo)準(zhǔn)軸機(jī)P的當(dāng)*W(fc0心幸C*亨廣(3J.2-1)克中：卅-以設(shè)計(jì)沉值和瀝育崖層底拉應(yīng)力為懂標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸既的當(dāng)盜軸次(次A0： 叫被換算車型的各級(jí)軸勰作用底披次Jd)：P禰吐軸CkN)(尺襁換算車嘟的各級(jí)軸載(kN*G擁換知車曲的軸數(shù)系數(shù)；G被換算車整的輪堀系數(shù)*取輪組為1.6單輪組為&丄”四乾爼為0.38； K故換算車裁的釉載級(jí)刻。當(dāng)軸間駆大于3m時(shí)，應(yīng)按單純的一亍釉凰葉算*當(dāng)輜閥距小于3m時(shí).収軸膻多軸的 軸數(shù)乘數(shù)按公式3.1.2*2)計(jì)算。Ci 工 t + k2(m - 1)

18、(3.1 ,2.2)式中5軸效。2當(dāng)以半剛性材料層的拉U力為設(shè)計(jì)措標(biāo)時(shí)，各級(jí)軸載均應(yīng)按公式(3.LM)換算 成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)董軸次聲口卅二傘皿寸即(3,1.2-3)式中；¥以半用性材料層的拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)柚栽的當(dāng)量軸次(次AD；C帯換算車塑的粘數(shù)系數(shù)，c2SSM車旳的輪組泵數(shù)，取輪組為1衛(wèi),單輪組為is,5,四輪組為o.(wQ 其余符兮含史毎照式估.九1片以拉應(yīng)力為Sitfi標(biāo)時(shí)，或軸或多軸的軸數(shù)系JK按式(3算.C| = i +2(ml)(3J.2-4貳中：用一軸數(shù)。3上述箱戟擬算公式適用于單軸抽載小于或等于H0注的各科車朋的軸鞍換算(5)水泥混凝土路面軸載換算系數(shù)公式153.B.4歡濕混凝上賂面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以的單軸氏輪組荷製作為標(biāo)淮軸製°用同軸-輪卑和軸織的作用次數(shù)，按式（30*1）換算為標(biāo)椎抽裁的件用汝致.(3D.4-1>(1,0.4-2)(3.0.4-3)3.0,4-4>N'