道路與橋梁概論-柔性路面設(shè)計

1、第八章第八章 柔性路面設(shè)計柔性路面設(shè)計第一節(jié) 行車荷載的分析一、標準軸載和水平荷載雙圓荷載圖式的單輪當量圓直徑雙圓荷載圖式的單輪當量圓直徑pPd 4式中：式中：P車輪垂直荷載（車輪垂直荷載（kN）；）； p輪胎氣壓（輪胎氣壓（MPa）。）。標準軸載BZZ-100BZZ-60標準軸載P（kN）10060輪胎接地壓強p（MPa）0.70.5單輪當量圓直徑d（cm）21.319.5兩輪中心距（cm）1.5d1.5d標準軸載計算參數(shù)標準軸載計算參數(shù)fpq 單位面積上的水平力單位面積上的水平力q式中：式中：p垂直均布壓力垂直均布壓力（MPa）；）；f路面摩擦系數(shù)。路面摩擦系數(shù)。二、軸載換算二、軸載換算3

2、5. 411121 kiPPnCCN)1(2 . 111 mC式中：式中：N標準軸載的當量軸次（次標準軸載的當量軸次（次/日）；日）； n1被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)（次被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)（次/日）；日）； P標準軸載（標準軸載（kN）；）； P1被換算車型的各級軸載，（被換算車型的各級軸載，（kN）；）； C1軸數(shù)系數(shù)；軸間距大于軸數(shù)系數(shù)；軸間距大于3m，軸數(shù)系數(shù)取軸的個數(shù)，軸數(shù)系數(shù)取軸的個數(shù)m；小于；小于3m時，時， C2輪組系數(shù)，單輪組為輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為，雙輪組為1.0，四輪組為，四輪組為0.38。軸載大于軸載大于25kN的的各級軸載作用次數(shù)各級軸載作用次數(shù)

3、（1）以設(shè)計彎沉值和瀝青面層底部拉應力為指標驗算）以設(shè)計彎沉值和瀝青面層底部拉應力為指標驗算811211 PPnCCNki式中：式中：C1軸數(shù)系數(shù)；軸間距小于軸數(shù)系數(shù)；軸間距小于3m時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù) C2輪組系數(shù)，單輪組為輪組系數(shù)，單輪組為1.85，雙輪組為，雙輪組為1，四輪組為，四輪組為0.09。)1(211 mC（2）半剛性基層層底拉應力驗算半剛性基層層底拉應力驗算軸載大于軸載大于50kN的各級軸載作用次數(shù)的各級軸載作用次數(shù)三、累計當量軸次三、累計當量軸次NNte1365 1)+1(=-式中：式中：N1路面竣工后第一年雙向日平均當量軸次；路面竣工后第一年雙向

4、日平均當量軸次； 交通量年增長率；交通量年增長率； t路面設(shè)計年限；路面設(shè)計年限； 車道系數(shù)。車道系數(shù)。設(shè)計年末一個車道的累計當量軸次設(shè)計年末一個車道的累計當量軸次公路等級設(shè)計年限（年）公路等級設(shè)計年限（年）高速、一級15三級公路8二級公路12四級公路6第二節(jié)第二節(jié) 柔性路面結(jié)構(gòu)組合柔性路面結(jié)構(gòu)組合1. 結(jié)構(gòu)層強度要符合車輪荷載的作用路面應力隨深度增加而減小，因此布置各層結(jié)構(gòu)強度隨深度增加而減小。2. 結(jié)構(gòu)層間要有良好的組合 各層需緊密結(jié)合，避免層間滑移增大路面應力； 各層的模量比要適當，層間強度相差太大會降低整體強度，增大路面應力?；鶎优c面層模量不小于0.3，土基與基層模量比為0.40.08

5、，基層與副基層模量比不大于5。瀝青混合料、基層材料設(shè)計參數(shù)如下表：3.要合理考慮結(jié)構(gòu)層特點某些結(jié)構(gòu)層需滿足最大厚度要求，半剛性材料層一般不宜超過36cm。片石基層與瀝青層需設(shè)置過渡層，厚度不小于6cm；粒料基層上鋪瀝青層應設(shè)4cm連接層；石灰和水泥土基層表面宜設(shè)釘子石或扎根層。4. 考慮自然因素的作用 濕熱地區(qū)，需設(shè)墊層排水，面層需設(shè)防滑層； 干旱區(qū)，需少用水硬性材料； 冰凍區(qū)，應設(shè)置隔溫層或隔熱層，防止水分積聚形成土基聚冰現(xiàn)象。 路面總厚度必須大于當?shù)氐谋鶅錾疃?。第三?jié)第三節(jié) 柔性路面設(shè)計柔性路面設(shè)計一、柔性路面設(shè)計標準1、路表回彈彎沉2、疲勞開裂3、面層剪切dsll RcrRrdRRrt二

6、、柔性路面厚度計算二、柔性路面厚度計算 路面彎沉、拉應力采用垂直荷載； 剪應力采用垂直荷載和水平荷載； 各層均采用抗壓彈性模量bscedAAANl2 . 0600=-式中：式中：ld路面設(shè)計彎沉值（路面設(shè)計彎沉值（0.01mm）；）； Ac公路等級系數(shù)；公路等級系數(shù)； As面層類型系數(shù)；面層類型系數(shù)； Ab基層類型系數(shù)。基層類型系數(shù)。根據(jù)彈性層狀體系理論Flcs0Epd1000=),(=102312121-nncEEEEEEhhh36. 0038. 0)()2000(63. 1=pElFs式中：式中：ls路表實測彎沉值（路表實測彎沉值（0.01mm）；）； p,標準軸載輪胎接地壓強（標準軸載輪

7、胎接地壓強（MPa）和當量圓半徑（）和當量圓半徑（cm）；）； F彎沉綜合修正系數(shù)；彎沉綜合修正系數(shù)； c理論彎沉系數(shù)；理論彎沉系數(shù)； En或（或（E0）土基回彈模量（土基回彈模量（MPa）；）； E1,E2,En-1各層材料回彈模量（各層材料回彈模量（MPa）；）； h1,h2,hn-1各層厚度（各層厚度（cm）。）。三、層底拉應力驗算三、層底拉應力驗算利用雙圓垂直荷載圖示和彈性層狀體系理論計算瀝青面層層底拉應力和半剛性基層層底拉應力。計算點為B、C、D、E，取各點拉應力的最大值，與容許拉應力比較。sspRmK=式中：式中：R路面結(jié)構(gòu)層的容許拉應力（路面結(jié)構(gòu)層的容許拉應力（MPa）；）； s

8、p瀝青混凝土或半剛性基層材料的劈裂抗拉強（瀝青混凝土或半剛性基層材料的劈裂抗拉強（MPa）；）； Ks抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)，對瀝青混凝土面層抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)，對瀝青混凝土面層瀝青混凝土面層無機結(jié)合料穩(wěn)定集料無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土類cessANAK/09. 0=22. 0cesANK/35. 0=11. 0cesANK/45. 0=11. 0式中，式中，As瀝青混凝土級配類型系數(shù)瀝青混凝土級配類型系數(shù)四、面層剪應力驗算四、面層剪應力驗算VRK =高溫季節(jié)，車輛經(jīng)常制動啟動地點，瀝青面層易發(fā)生剪高溫季節(jié)，車輛經(jīng)常制動啟動地點，瀝青面層易發(fā)生剪切推移和擁包破壞，最大剪應力出現(xiàn)在路面表面切推移和擁包破壞，最

9、大剪應力出現(xiàn)在路面表面距荷載距荷載圓心圓心0.9O處處式中：式中：R瀝青混合料面層材料的容許剪應力；瀝青混合料面層材料的容許剪應力； 瀝青混合料面層材料的剪切強度瀝青混合料面層材料的剪切強度式中：式中：c、分別為材料的粘結(jié)力（分別為材料的粘結(jié)力（MPa）和內(nèi)摩阻角（）和內(nèi)摩阻角（）；）； cd材料動粘結(jié)力（材料動粘結(jié)力（MPa），約為），約為c的的2倍；倍； 破裂面上的正應力（破裂面上的正應力（MPa）；）； KV瀝青混合料面層剪切結(jié)構(gòu)強度系數(shù)。瀝青混合料面層剪切結(jié)構(gòu)強度系數(shù)。 汽車緩慢制動，取路面摩擦系數(shù)f=0.2； 汽車緊急制動時，取路面摩擦系數(shù)f=0.5； 瀝青混合料剪切結(jié)構(gòu)強度系數(shù)CC

10、VANK/33. 0=15. 0)2 . 0(式中：式中：NC道路交叉口或停車站在設(shè)計年限內(nèi)同一位置停車的道路交叉口或停車站在設(shè)計年限內(nèi)同一位置停車的 標準軸載累計次數(shù)；標準軸載累計次數(shù)； AC道路分類系數(shù)。道路分類系數(shù)。CVAK/2 . 1=)5 . 0(第四節(jié)第四節(jié) 改建路面設(shè)計改建路面設(shè)計一、改建設(shè)計原則 中低級路面改建為瀝青路面，若水穩(wěn)性不良，將原路面挖松，摻入石灰或增加粒料來改善，做好排水工作再鋪瀝青面層； 若路拱不符合要求或嚴重松散、坑槽路段，應翻松老路面并作調(diào)平層調(diào)整； 原有瀝青面層補強時，對局部松散、坑槽進行修補，裂縫嚴重路段鋪設(shè)土工布、土工格柵或橡膠瀝青應力吸收層來防止裂縫；

11、 改建前做好路況調(diào)查工作，包括交通量、老路路況、病害和排水資料等。二、舊路強度的確定二、舊路強度的確定1、原路面分段根據(jù)路基土質(zhì)和干濕類型取基本相同路段200500m，復雜段視實際情況而定。2、彎沉值換算非標準軸載的彎沉值換算3、路段的計算彎沉值87. 0100100)(=iiPPll32100)+(=KKKSZll式中：式中：l0路段的計算彎沉值（路段的計算彎沉值（0.01mm）；）； 路段實測的平均彎沉值（路段實測的平均彎沉值（0.01mm）；）； Z保證率系數(shù)；保證率系數(shù)； K1,K2季節(jié)影響系數(shù)和濕度影響系數(shù)；季節(jié)影響系數(shù)和濕度影響系數(shù)； K3溫度影響系數(shù)。溫度影響系數(shù)。0l32100

12、)+(=KKKSZll三、原路面當量回彈模量計算三、原路面當量回彈模量計算2101000=mmlpdEt式中：式中：Et原路面當量回彈模量（原路面當量回彈模量（MPa）；）； p、d標準軸載輪胎壓強（標準軸載輪胎壓強（MPa）和當量圓直徑（）和當量圓直徑（cm）；）； l0原路面的計算彎沉（原路面的計算彎沉（0.01mm）；）； m1標準車與承載板在相同壓強條件下測得的回彈變形的標準車與承載板在相同壓強條件下測得的回彈變形的 比值，無對比資料取比值，無對比資料取1.10； m2原路面當量回彈模量擴大系數(shù)，其它層拉應力和彎沉原路面當量回彈模量擴大系數(shù)，其它層拉應力和彎沉 值計算時取值計算時取m=

13、1.0;25. 01037. 02)(=pEhemn-25. 0111=)/(=-niniiEEhh式中：式中：En-1與老路接觸層的抗壓模量（與老路接觸層的抗壓模量（MPa）；）； h各補強層各補強層hi與與En-1層相當?shù)牡刃Э偤穸葘酉喈數(shù)牡刃Э偤穸扔嬎阊a強層時，計算補強層時，四、補強厚度的計算四、補強厚度的計算采用彈性層狀體系理論計算單層補強時，按雙層彈性體系計算；補強n-1層時，按n層彈性體系計算；以路表彎沉值為強度控制指標；對二級及以上公路，要驗算補強層層底拉應力和剪應力指標；設(shè)計層厚度、應力驗算與新建道路設(shè)計的計算機專用設(shè)計程序相同。習題某四車道一級公路，在使用期內(nèi)交通量的年平均增長率為10%，路面設(shè)計年限標準取15年，車道系數(shù)取0.45，竣工后第一年的交通組成如表1，路面采用三層式瀝青面層，依次為細粒式、中粒式及粗粒式密級配瀝青混凝土，基層采用水泥碎石及石灰土半剛性材料，求路面設(shè)計彎沉值、各層材料的容許層底拉應力。附：各層材料的劈裂強度取值如下：細粒式為1.4MPa，中粒式為1.0MPa，粗粒式為0.8MPa，水泥碎石為