路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)

1、+第九章 瀝青路面設(shè)計(jì)第9-1節(jié) 瀝青路面設(shè)計(jì)的任務(wù)、程序與原則一、設(shè)計(jì)任務(wù) 瀝青路面設(shè)計(jì)的任務(wù)是：確定合理的路面等級(jí)，選擇適合的路面類型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、路面材料配合比設(shè)計(jì)及路面結(jié)構(gòu)計(jì)算等。為確保路面設(shè)計(jì)質(zhì)量，在路面設(shè)計(jì)之前，應(yīng)進(jìn)行專門的外業(yè)調(diào)查，搜集相關(guān)資料，以作為路面設(shè)計(jì)工作的依據(jù)。在外業(yè)調(diào)查時(shí)需收集的資料有：工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，天然土濕度和水文資料，氣象資料，路面材料產(chǎn)地和供應(yīng)情況，當(dāng)?shù)芈访媸褂媒?jīng)驗(yàn)和其他情況，交通量及交通組成情況，投資情況，施工單位的技術(shù)力量，機(jī)具設(shè)備、勞動(dòng)力組成情況，原有路基路面狀況等。 在掌握了公路沿線的野外調(diào)查資料的基礎(chǔ)上可按下列程序進(jìn)行路面的設(shè)計(jì)工作：

2、1根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，并綜合考慮國家政治、經(jīng)濟(jì)、國防、旅游、公路等級(jí)、交通量和交通組成、建設(shè)投資和其他方面的要求，確定合理的路面等級(jí)和面層類型。計(jì)算在設(shè)計(jì)年限內(nèi)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的單車道的累計(jì)當(dāng)量軸次和路表設(shè)計(jì)彎沉值，容許拉應(yīng)力值。 2確定路基回彈模量值。按路基土組與干濕類型將路基劃分為若干路段(每段長度一般情況下不宜小于500m，若為大規(guī)模機(jī)械化施工，不宜小于1km)，確定各路段土基回彈模量值。 3確定路面材料的回彈模量值。為了保證路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性并充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的功能，應(yīng)考慮當(dāng)?shù)貧夂?、土質(zhì)、材料，施工等具體情況，擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)實(shí)測(cè)或查表確定各結(jié)構(gòu)層路面材料

3、的回彈模量及設(shè)計(jì)參數(shù)。 4根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度。對(duì)于高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路的瀝青混凝土面層和整體性材料基層、底基層應(yīng)驗(yàn)算其拉應(yīng)力是否滿足容許拉應(yīng)力的要求。如不滿足要求，應(yīng)通過調(diào)整路面結(jié)構(gòu)層厚度，或變更路面結(jié)構(gòu)組合，或調(diào)整材料配合比以提高極阻抗彎拉強(qiáng)度后再重新計(jì)算：對(duì)季節(jié)性冰凍地區(qū)的高級(jí)和次高級(jí)路面，還應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度是否符合要求。1 進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用的路面結(jié)構(gòu)方案。 三、設(shè)計(jì)原則 為使瀝青路面設(shè)計(jì)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，路面安全適用并與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)遵循下列原則： 1應(yīng)根據(jù)路面使用要求與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件(包括氣候、水文、土質(zhì)等)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按面層耐久、基層堅(jiān)實(shí)、

4、土基穩(wěn)定的要求進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。 2應(yīng)貫徹合理選材，方便施工，利于養(yǎng)護(hù)，節(jié)約投資的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、強(qiáng)度高穩(wěn)定性好、便于機(jī)械化和工廠化施工的路面結(jié)構(gòu)方案。 3應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟(jì)上論證是否有必要分期修建。對(duì)分期修建的路面工程，應(yīng)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次與厚度，使前期工程能在后期被充分利用。高速公路和一級(jí)公路的路面不宜分期修建。 4應(yīng)積極采用并推廣新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備、推行機(jī)械化施工。對(duì)高速公路和一級(jí)公路，應(yīng)采用大型、高效成套的機(jī)械設(shè)備施工以確保工程質(zhì)量。 對(duì)軟土地區(qū)或高填方路基及可能產(chǎn)生較大沉降的路段，宜按分期修建或一次設(shè)計(jì)分期實(shí)施的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按遠(yuǎn)景交通量設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)與厚度，修筑時(shí)可酌情減薄瀝青面層厚度，待路基變形趨于穩(wěn)定后，再根據(jù)路面實(shí)際情況加鋪瀝青面層至設(shè)計(jì)厚度。待路基變形趨于穩(wěn)定后，再根據(jù)路面實(shí)際情況加鋪瀝青面層至設(shè)計(jì)厚度。第9-2節(jié)標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸次換算 一、標(biāo)準(zhǔn)軸載及其形式 公路上行駛的車輛種類繁雜，不同車型和不同作用次數(shù)對(duì)路面影響不同，為方便路面設(shè)計(jì)，需將不同車型組合而成的混合交通量換算成某種統(tǒng)一軸載的當(dāng)量抽次。這種統(tǒng)一的軸載，稱為標(biāo)準(zhǔn)軸載。 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ014-97)中規(guī)定：瀝青路面設(shè)計(jì)是以雙輪組單后軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ100表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)按表2-7-1確定，凡軸載大干25k

6、N小于130kN的各級(jí)軸載P1(包括車輛的前軸和后軸)的作用次數(shù)均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)(簡稱當(dāng)量軸次)。 二、軸次換算方法1換算原則 當(dāng)把混合交通量中的各級(jí)軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載時(shí)，為了保證換算前與換算后的軸載對(duì)路面的作用效果相同，應(yīng)該遵循彎沉等效或拉應(yīng)力等效原則。 等效原則是以某一種路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達(dá)到相同的損壞程度為根據(jù)的。這是一個(gè)很復(fù)雜的關(guān)系，通常是通過實(shí)驗(yàn)路段觀測(cè)來確定。它包括兩方面的含義：第一，對(duì)于同種路面結(jié)構(gòu)，若一種車輪荷載作用了n1次，使路面達(dá)到極限破損狀態(tài)，而另一種車輪荷載作用了n2次，使路面達(dá)到了同樣的破損狀態(tài)，則這兩種車輪荷載的作用次數(shù)n1和 n2，被稱做是

7、等效的。第二，對(duì)于同一交通組合(混合交通量)，通過等效換算后，則不論按哪種車輪荷載進(jìn)行路面厚度計(jì)算，得到的結(jié)果均是相同的。 上述軸載換算公式適用于單軸重25130kN的范圍內(nèi)。在具體進(jìn)行軸次換算時(shí)，各種主要汽車路面設(shè)計(jì)使用的計(jì)算參數(shù)可參考表2-1-9。 三、累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算 在瀝青路面設(shè)計(jì)中既要考慮使用初期日交通量和遠(yuǎn)景交通量(即使用年限末期交通量)還要計(jì)算出路面設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，設(shè)計(jì)車道累計(jì)承擔(dān)多少次標(biāo)準(zhǔn)軸載的反復(fù)作用。 路面使用年限末期的遠(yuǎn)景交通量是由有關(guān)部門根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃給定，或根據(jù)交通部門的調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行推算而得。我國有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料表明，交通量的增長基本上符合幾何級(jí)數(shù)的遞增規(guī)律

8、，即：例2-7-1 某一級(jí)公路，竣工后第一年雙向平均日交通星見表2-7-3，交通量年平均增長率r為75，路面設(shè)計(jì)年限t15年，求累計(jì)當(dāng)量軸次Ne。 解：1求各類車型的軸載換算系數(shù)第9-3節(jié) 瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo) 一、路面結(jié)構(gòu)的破壞模式與設(shè)計(jì)指標(biāo) (一)路面結(jié)構(gòu)的破壞模式 瀝青路面狀況和使用品質(zhì)由于環(huán)境的干、濕、冷、熱的交替循環(huán)和行車荷載的反復(fù)作用而逐漸變壞，或完全喪失工作能力。為了保證路面結(jié)構(gòu)性能在規(guī)定的使用年限內(nèi)不惡化到某一程度。需要分析路面破壞的模式和產(chǎn)生的原因，并依此制定出相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)來控制路面設(shè)計(jì)。 瀝青路面破壞形態(tài)各異，破壞的原因是錯(cuò)綜復(fù)雜的，根據(jù)損壞現(xiàn)象的成因及對(duì)路面使用性能的影響，

9、路面的破壞可分為以下幾種主要模式。 1沉陷 沉陷是路面在車輪荷載作用下，其表面產(chǎn)生的較大凹陷變形，有時(shí)凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象如圖2-7-1所示。當(dāng)沉陷嚴(yán)重超過了結(jié)構(gòu)的變形能力，在結(jié)構(gòu)層受拉區(qū)產(chǎn)生開裂而形成縱裂，并有可能逐漸發(fā)展成網(wǎng)裂。引起沉陷的主要原因是路基水文條件差而過于濕軟，承載力顯著降低，在車輪荷載作用下出現(xiàn)沉陷并導(dǎo)致路面的開裂、變形和破壞。用累積起來的殘余變形總和也將會(huì)很大，足以影響車輛的正常行駛。 路面的車轍與荷載應(yīng)力大小，重復(fù)作用次數(shù)以及結(jié)構(gòu)層和土基的性質(zhì)有關(guān)。 3疲勞開裂 開裂是瀝青路面常見的破壞類型。開裂的種類和原因有幾種，這里所說的開裂是路表無顯著永久變形而出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象。疲勞

10、開裂的特點(diǎn)是首先出現(xiàn)較短的縱向開裂，繼而逐漸發(fā)展為網(wǎng)狀開裂，開裂面積不斷擴(kuò)大。 發(fā)生疲勞開裂的主要原因是：結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度不足或在車輪荷載反復(fù)作用下，瀝青結(jié)構(gòu)層底面或半剛性基層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力(或拉應(yīng)變)超過材料的疲勞強(qiáng)度，底面便發(fā)生開裂，并逐漸擴(kuò)展延伸到表面。 4推移 推移是瀝青路面材料沿行車方向發(fā)生剪切或拉裂破壞面出現(xiàn)推擠或擁起現(xiàn)象。如圖2-7-2所示造成椎移的主要原因是：當(dāng)瀝青路面受到較大的水平荷載作用時(shí)(在車輛經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)的路段及彎道、坡度變化處等)，車輛荷載引起的豎向力和水平力的綜合作用使結(jié)構(gòu)層內(nèi)的切應(yīng)力或拉應(yīng)力超過材料的抗剪或抗拉強(qiáng)度。向裂縫(因?yàn)槁访娴目v向約束遠(yuǎn)大于橫向約束)。在冰

11、涼地區(qū)，瀝青面層及用水硬性材料穩(wěn)定的整體性基層。冬季可能出現(xiàn)這種裂縫。低溫裂縫的產(chǎn)生與荷載無關(guān)。路面材料的干縮裂縫或半剛性基層上瀝青面層的反射裂縫，均為橫向裂縫，另外路基不均勻沉陷、凍脹也會(huì)產(chǎn)生橫裂和縱裂。模型和縱裂進(jìn)一步發(fā)展會(huì)擴(kuò)展成網(wǎng)裂。(二)設(shè)計(jì)指標(biāo) 根據(jù)路面在行車荷載和自然因素作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移量不超過路面任一結(jié)構(gòu)層中材料的允許應(yīng)力、應(yīng)變和位移量來選定路面結(jié)構(gòu)層的組合和厚度，以達(dá)到防止或減少各種路面破壞現(xiàn)象的發(fā)生，控制或限制路面結(jié)構(gòu)的特性和使用品質(zhì)在設(shè)計(jì)年限內(nèi)不惡化到某一規(guī)定程度的目的。目前瀝青路面的設(shè)計(jì)方法世界各個(gè)國家采用的標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，有的方法采用一個(gè)指標(biāo)，有的方法采用幾

12、個(gè)指標(biāo)，但不少國家瀝青路面的設(shè)計(jì)方法是采用路表設(shè)計(jì)彎沉值作為一項(xiàng)控制指標(biāo)。這項(xiàng)指標(biāo)能得到廣泛采用，是因?yàn)槁繁韽澇敛粌H反映路面整個(gè)結(jié)構(gòu)層及土基的整體強(qiáng)度和剛度，而且與路面的使用狀態(tài)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)彎沉值的測(cè)定也很方便。我國瀝青路面設(shè)計(jì)是根據(jù)路面結(jié)構(gòu)類型不同分別采用以下指標(biāo)： 1為了控制路基路面的總變形，防止網(wǎng)裂、沉陷、車轍，使路面具有足夠的整體剛度和強(qiáng)度。采用路表設(shè)計(jì)彎沉值Ld作為路面整體剛度和強(qiáng)度的控制指標(biāo)。即路面設(shè)計(jì)彎沉值Ld應(yīng)大于或等于路表實(shí)際可能產(chǎn)生的回彈彎沉值Ls，即 LsLd (2-7-4) 2為了防止瀝青混合料面層和整體性材料基層的疲勞開裂，采用了瀝青混凝土面層和整體性材料

13、基層(即半剛性基層)底面的容許拉應(yīng)力R作為驗(yàn)算指標(biāo)，此值應(yīng)大于或等于路面中相應(yīng)結(jié)構(gòu)層底面實(shí)際可能產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力m即 m R (2-7-5)1 為了防止高溫季節(jié)道路交叉口、停車場(chǎng)等汽車經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)的地方瀝青面層產(chǎn)生推擠和擁包等破壞現(xiàn)象，采用了瀝青面層材料的容許切應(yīng)力作為驗(yàn)算指標(biāo)，此值應(yīng)大于或等于面層破裂面上實(shí)際可能產(chǎn)生的切應(yīng)力a，即 aR （2-7-6） 上述三項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的使用范圍為： (1)我國公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范以設(shè)計(jì)彎沉值作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)。對(duì)高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路的瀝青混凝土面層和整體性材料基層、底基層還應(yīng)進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。 (2)我國城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定： 1)除交

14、通量小的支路上鋪筑瀝青混凝土面層時(shí)可僅用設(shè)計(jì)彎沉值指標(biāo)設(shè)計(jì)外，在其他道路上鋪筑瀝青混凝土面層應(yīng)采用上述三項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)。 2)對(duì)瀝青碎石面層采用設(shè)計(jì)彎沉值和切應(yīng)力兩項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)，對(duì)瀝青貫人式、瀝青表面處治和粒料路面，只用設(shè)計(jì)彎沉值指標(biāo)設(shè)計(jì)。3)采用半剛性基層時(shí)，應(yīng)對(duì)基層按拉應(yīng)力指標(biāo)設(shè)計(jì)。 二、路面設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算 所謂彎沉，是指在車輪荷載作用下路面產(chǎn)生的垂直位移(也稱垂直變形)。路面材料是非線性彈塑性體，所以路面的彎沉有彈性彎沉、殘余彎沉和總彎沉。針對(duì)一個(gè)固定的測(cè)點(diǎn)而言，當(dāng)它受到車輪荷載的作用時(shí)，就產(chǎn)生豎向位移變形，在加荷過程中觀測(cè)的變形位就是總彎沉；當(dāng)車輪荷載卸除后，路面就向上回彈，在卸荷過程中觀測(cè)

15、到的變形值就是彈性(回彈)彎沉；總彎沉與彈性彎沉之差，就是殘余彎沉，如圖2-7-3所示。據(jù)觀測(cè)，對(duì)于強(qiáng)度較高或使用多年而處于穩(wěn)定狀態(tài)的老路面，其殘余彎沉僅為總彎沉的10左右，可認(rèn)為是處于或接近彈性工作狀態(tài)。因此，可采用路面回彈彎沉L0來表征路面的強(qiáng)度。路面回彈彎沉值可用杠桿式彎沉儀由標(biāo)準(zhǔn)汽車按前進(jìn)卸荷法進(jìn)行測(cè)定。彎沉值的大小，反映了路面的強(qiáng)度，在相同車輪荷載下，路面彎沉值愈大，則路面抵抗垂直變形的能力愈弱，反之則強(qiáng)。實(shí)踐表明，在路面達(dá)到相同破壞程度時(shí)回彈彎沉值的大小同該路面的使用壽命即車 設(shè)計(jì)彎沉值的確定是通過在使用了若干年，并在外觀上有不同程度破壞的路面表面上，用標(biāo)準(zhǔn)軸載測(cè)定處于各種不同外觀

16、狀態(tài)的回彈彎沉，建立回彈彎沉與路面外觀狀態(tài)的關(guān)系，并考慮到對(duì)公路的修建費(fèi)用、使用、養(yǎng)護(hù)的要求加以確定的。調(diào)查測(cè)定發(fā)現(xiàn)，路面回彈彎沉值的大小與路面外觀狀態(tài)之間有著很明顯的聯(lián)系，即隨著路面回彈彎沉值的增大，路面的外觀狀態(tài)明顯變差。我國把公路瀝青路面按外觀特征分為五個(gè)類別，如表2-7-4所示。并把第四類外觀狀態(tài)定為路面的臨界狀態(tài)，以此狀態(tài)下測(cè)定的回彈彎沉值的低限作為路面設(shè)計(jì)彎沉值界限的依據(jù)。由于在車輛荷載的重復(fù)作用下，路面上實(shí)際產(chǎn)生的彎沉值不可避免地要有所積累和增加，故在確定路面的設(shè)計(jì)彎沉值時(shí)，必須注意到設(shè)計(jì)彎沉的大小和路上通過的交通量及其軸載組合的密切關(guān)系。因此，當(dāng)規(guī)定了路面的臨界狀態(tài)以后，要求承

17、受的交通量大時(shí)，路面設(shè)計(jì)彎沉值就該定得小一些；要求承受的交通量小時(shí)，路面的設(shè)計(jì)彎沉值則可定得大一些。根據(jù)上述原則，并通過大量的調(diào)查測(cè)定發(fā)現(xiàn)，累計(jì)交通量與設(shè)計(jì)彎沉值之間存在良好的雙對(duì)數(shù)相關(guān)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上又考慮了不同公路等級(jí)、面層和基層類型對(duì)設(shè)計(jì)彎沉值確定的影響，規(guī)范采用下列公式計(jì)算：式中：Ld路面設(shè)計(jì)彎沉值，0.01mm，對(duì)瀝青路面系指路面溫度為20°C的值；N累計(jì)當(dāng)量軸次，次；Ac公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為1.0，二級(jí)公路為1.1，三、四級(jí)公路為12；As面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌瀝青碎石、瀝青上拌下貫式，瀝青貫人式，乳化瀝青碎石為11；瀝青表面處治為12；

18、粒料類面層(中低級(jí)路面)為1.3；Ab基層類型系數(shù)，對(duì)半剛性基層、底基層總厚度大于或等于20cm時(shí)，Ab1.0，其他情況見規(guī)范規(guī)定。 例2-7-2 同例2-7-1所給條件，路面面層擬采用瀝青混凝土，基層為水泥土厚20cm，求其設(shè)計(jì)彎沉值。 解：根據(jù)例2-7-1計(jì)算可知；累計(jì)當(dāng)量軸次Ne4.2X106次公路等級(jí)系數(shù)Ac1.0，面層系數(shù)As=1.0，基層系數(shù)Ab=1.0，則設(shè)計(jì)回彈彎沉值Ld為： 三、結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力 容許拉應(yīng)力R是路面承受行車荷載反復(fù)作用達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)的最大疲勞拉應(yīng)力。容許拉應(yīng)力的確定與材料的極限抗拉強(qiáng)度有關(guān)(極限抗拉強(qiáng)度的大小通過實(shí)驗(yàn)確定)，同時(shí)也與重復(fù)荷載次數(shù)有關(guān)，

19、容許拉應(yīng)力要比一次荷載作用的極限抗拉強(qiáng)度小，其減少的程度同重復(fù)荷載次數(shù)和路面結(jié)構(gòu)層材料的性質(zhì)有關(guān)，其公式如下：式中：sP瀝青混凝土或半剛性結(jié)構(gòu)層材料的劈裂強(qiáng)度，MPa，由試驗(yàn)確定； Ks抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)，同荷載的反復(fù)作用次數(shù)有關(guān)。 結(jié)構(gòu)層材料劈裂強(qiáng)度，對(duì)瀝青混凝土系指15°C時(shí)的劈裂強(qiáng)度；對(duì)石灰土、二灰、二灰土等強(qiáng)度低的材料，系指6個(gè)月齡期的劈裂強(qiáng)度；其他穩(wěn)定類基層材料，均指90日齡期的劈裂強(qiáng)度。表征結(jié)構(gòu)層材料抗拉強(qiáng)度因疲勞面降低的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)A、，根據(jù)疲勞方程可表示第9-4節(jié) 土基與路面材料強(qiáng)度指標(biāo) 一、路基受力與工作區(qū) 1路基受力狀況 通常路基承受兩種荷載，一種是路面和路基自

20、重引起的荷載，另一種是車輛輪重引起的外荷載，在兩種荷載的共同作用下，使路基土處于受力狀態(tài)。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)使路基受力時(shí)盡可能只產(chǎn)生彈性變形，而當(dāng)車輛駛過后，路基變形可以恢復(fù)原狀，以確保路基的相對(duì)穩(wěn)定，而不致引起路面破壞。 路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應(yīng)力1，是隨深度增大而減小的。當(dāng)車輪荷載作為圓形均布荷載時(shí)，圓形荷載中心下土基的垂直壓應(yīng)力1，可用以下近似公式計(jì)算：式中：P車輪荷載的均布單位壓力，kPa， D圓形均布荷載作用面積的直徑，m， Z圓形均布荷載中心下應(yīng)力作用點(diǎn)的深度，m。 路基土本身自重在路基內(nèi)深度為Z處所引起的垂直壓應(yīng)力2，可用下式計(jì)算： 2rZ （2-7-13）式中：r土的容量

21、，kNm3。 自重引起土基中的壓應(yīng)力，考慮到在一定深度處，同路基自重相比，路面重力的影響不大，所以在研究荷載作用最大深度時(shí)，為簡化計(jì)算，近似地將路面材料相當(dāng)于路基土材料。路基內(nèi)任一點(diǎn)處所受的垂直應(yīng)力，應(yīng)是由車輛荷載引起的垂直應(yīng)力即和由土基自重引起的垂直應(yīng)力2兩者的疊加。土基應(yīng)力分布如圖2-7-4所示。 P車輪荷載，KN； K系數(shù)，取05； r土的容重，KN/m3； n系數(shù)，取510。顯然，路基工作區(qū)的深度Za隨車輛荷載增大而加深，隨路面的剛度利厚度的增加而減小。 二、土基回彈模量的確定方法 回彈模量是指路基、路面及筑路材料在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力與其相應(yīng)的回彈應(yīng)變的比值。車輛荷載通過路面?zhèn)髦镣粱?/p>

22、的垂直壓力，使土基產(chǎn)生一定程度的豎向位移變形，假定土基為均質(zhì)的彈性體，在圓形垂直均布荷載作用下，在應(yīng)力與應(yīng)變成直線關(guān)系時(shí)，可用彈性理論來建立荷載與變形之間的關(guān)系式：式中：Lr路表距離荷載中心袖為r某點(diǎn)處的垂直位移，亦稱彎沉值,cmP圓形垂直均布荷載，MPa；E。土基回彈模量，MPa；圓形均布荷載面積半徑，m；u土的泊松系數(shù)，取o. 35； a豎向位移系數(shù)，是r的函數(shù), r0時(shí)，a1；r=15時(shí)，ao 356。 由上式看出；在一定的車輪荷載作用下，土基的回彈模量E0值越大，所產(chǎn)生的回彈彎沉值Lr就越小。這標(biāo)志著土基的承載能力大，抵抗變形的能力強(qiáng)。 土基的強(qiáng)度可用若干指標(biāo)來表達(dá)(如抗剪強(qiáng)度、CBR

23、值、回彈模量等)。我國是以路表設(shè)計(jì)彎沉值作為路面整體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。由式(2-7-15)或三層體系理論分析可知，影響路表彎沉的主要因素是路基的強(qiáng)度，7095的彎沉取決于路基。因此采用土基回彈模量Eo來表示土基的強(qiáng)度。 土基回彈模量確定可以通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)法、換算法或通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定的查表法。 1現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)：在不利季節(jié)，在已竣工的路基上，用承載板通過逐級(jí)加荷卸載的方法測(cè)出每級(jí)荷載的回彈變形值，并采用間彈變形Lo0.51mm的測(cè)定值，參考各地經(jīng)驗(yàn)的綜合式(2-7-16)計(jì)算土基回彈模量?；蛴脧澇羶x測(cè)定土基回彈模量值。詳細(xì)操作及計(jì)算可按公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程(JTJ05995)中T09

24、44一95規(guī)定、公路瀝青路面設(shè)計(jì)視范(JTJ014-97)中表8執(zhí)行。 Eo2430L0-0.7 (2-7-16)1 內(nèi)實(shí)驗(yàn)法：按最佳含水量下制備三組土樣試件，測(cè)得不同壓實(shí)度與其相對(duì)應(yīng)的回彈模量值，繪成壓實(shí)度與回彈模量曲線；查圖求得標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)度條件下土的回彈模量值。 3換算法：各地區(qū)有條件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)土的回彈模量Eo、土性配套指標(biāo)(Wc、WL、Wp、粒徑組成等)、壓實(shí)度(Kh、Kl)，CBR值等實(shí)驗(yàn)，建立室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)的土基各種力學(xué)指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系式，見公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中表10、表11，再根據(jù)相關(guān)關(guān)系式推算E0值。 承載板測(cè)定法，對(duì)于新建公路或改建公路的新路基來說，在設(shè)計(jì)階段路基尚未形成，當(dāng)然

25、無法測(cè)定其土基E0值，常用查表法確定。 4查表法：指在不具備實(shí)測(cè)條件時(shí)，可參考表列的建議值，按下列步驟求得路基的回彈模量值。 (1)按路基高度，參考表2-1-5或表2-1-4或公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中附錄E表E1，確定路基高度與臨界高度的關(guān)系； (2)按該路段的路基高度與路基臨界高度的關(guān)系，查表2-2-4或公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中表6122，確定路基的干濕類型； (3)按路段的干濕類型和土的性質(zhì)，查表2-2-2，或公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中表6121，確定路基土的平均稠度；(4)根據(jù)該路段路基土的平均稠度Wc、二級(jí)自然區(qū)劃和土的性質(zhì)，查表2-7-5或公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中附錄E表E2對(duì)于碎、礫石土和砂

26、土的回彈模量詳見公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范附錄D表D3，確定土基回彈模量E0。 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：高速公路和一級(jí)公路的土基回彈模量值應(yīng)大于30MPa，其他公路的土基回彈模量值應(yīng)大于25MPa。 路基建成后應(yīng)在不利季節(jié)實(shí)測(cè)各路段土基回彈模量代表值，以檢驗(yàn)是否符合設(shè)計(jì)值的要求。若代表值小于設(shè)計(jì)值，應(yīng)采取翻曬補(bǔ)壓、摻灰處理，調(diào)整路面結(jié)構(gòu)、厚度等加強(qiáng)路基的措施，以保證路基路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 三、路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法 1高速公路、一級(jí)公路在初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)選用沿線筑路材料和外購材料進(jìn)行混合料配合比設(shè)計(jì)。在選定配合比的基礎(chǔ)上，按有關(guān)規(guī)程的規(guī)定實(shí)測(cè)材料設(shè)計(jì)參數(shù)，并確定各層材料回彈模量和抗拉強(qiáng)度的設(shè)計(jì)

27、值。 2以設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度并對(duì)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，各層材料的模量均采用抗壓回彈模量，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強(qiáng)度采用劈裂試驗(yàn)側(cè)得劈裂強(qiáng)度。 (1)半剛性材料的抗壓回彈模量，按公路工程無機(jī)結(jié)合科穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程(JTJ05794)中T0801-94叫規(guī)定的頂面法測(cè)定。瀝青混合料的抗壓回彈模量測(cè)試方法應(yīng)按公路工程瀝青及瀝青混合試驗(yàn)規(guī)程(JTJ 0522000)中T0713-2000規(guī)定的方法進(jìn)行。 (2)瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTJ052）中T0716-93規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)溫度為15°C。半剛性材料的劈裂強(qiáng)度按公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試

28、驗(yàn)規(guī)程(JTJ057)中T 0806一94有加載壓條的方法進(jìn)行。 3各單位可建立半剛性材料的抗壓回彈模量、抗壓強(qiáng)度與齡期的相關(guān)關(guān)系、劈裂強(qiáng)度與齡期相關(guān)關(guān)系以及快速養(yǎng)生方法等預(yù)估規(guī)定齡期的材料模量或強(qiáng)度，經(jīng)充分論證后作為設(shè)計(jì)值使用。 4在工程可行性研究或二級(jí)、三級(jí)公路的初步設(shè)計(jì)階段，可查表2-7-6、表2-7-7或參考公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中附錄D表D1、表D2，論證地選用各種材料回彈模量及抗拉強(qiáng)度。第9-5節(jié) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則瀝青路面的設(shè)計(jì)工作包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與厚度計(jì)算兩大部分(圖2-7-6)。厚度計(jì)算必須建立在合理的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接關(guān)系到路面設(shè)計(jì)

29、工作的成敗。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括各分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)。 在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該遵循下述的技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則： (1)因地制宜，合理選材 路面各結(jié)構(gòu)層所用的材料，尤其是用量大的基、墊層材料，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧?、加工材料或工業(yè)副產(chǎn)品，以減少運(yùn)輸費(fèi)用和降低工程造價(jià)。同時(shí)還要注意吸取和應(yīng)用當(dāng)?shù)芈访嬖O(shè)計(jì)在選擇材料方面的成功經(jīng)驗(yàn)。 (2)方便施工，利于養(yǎng)護(hù) 選擇各結(jié)構(gòu)層時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)具設(shè)備和施工條件，在可能的條件下，應(yīng)盡量采用機(jī)械化施工、考慮建成通車后的養(yǎng)護(hù)問題。特別是對(duì)于高等級(jí)公路來說，要求平時(shí)養(yǎng)護(hù)工作量越少越好，以免影響大交通量的通行。 (3)分期修建，逐步提高 交通量是確定路面等級(jí)和路面

30、類型的最主要的因素之一，而交通量是隨時(shí)間而逐步增長的。當(dāng)資金不足時(shí)，一般應(yīng)按近期使用要求進(jìn)行路面設(shè)計(jì)(高速公路和一級(jí)公路除外)，先以滿足近期需要為主。以后隨著交通量的增長，車型的加重和投資的增多，逐步提高路面等級(jí)，增加路面厚度。但在建造時(shí)必須注意使前期工程能為后期工程奠定基礎(chǔ)，即能為后期工程所充分利用。 (4)整體考慮，綜合設(shè)計(jì) 在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)土基、墊層、底基層、基層和面層都應(yīng)看做是一個(gè)有機(jī)的整體。按照土基穩(wěn)定、基層堅(jiān)實(shí)、面層耐久的要求，充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的作用，合理選用路面材料，確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層厚度，使路面設(shè)計(jì)既能在整體上滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，又能做到經(jīng)濟(jì)、合理和耐久。 (5)考慮氣候

31、因素和水溫狀況的影響 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證在自然因素和車輪荷載反復(fù)作用下，路面整體結(jié)構(gòu)具有足夠的水穩(wěn)性、干穩(wěn)定性、冰凍穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，應(yīng)預(yù)測(cè)并要重視當(dāng)?shù)貧夂蚝退疁貭顩r可能對(duì)路面造成的不利影響。二、瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的選擇 1路面等級(jí)和面層類型的選擇 路面等級(jí)和面層類型應(yīng)與公路等級(jí)和交通量相適應(yīng)。確定路面等級(jí)和面層類型應(yīng)以政治、經(jīng)濟(jì)、國防、旅游以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和設(shè)計(jì)交通量為主要依據(jù)。此外，還應(yīng)考慮使用需要、材料供應(yīng)、施工機(jī)械設(shè)備、地區(qū)特點(diǎn)、施工養(yǎng)護(hù)工作條件等多方面的因素。具體確定時(shí)還可參考表2-4-7。各類瀝青路面的路用特征見公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范表3o2。 路面面層因直接承受行車和自然因素的反

32、復(fù)作用，要求強(qiáng)度高(抗拉和抗剪切)、耐磨耗、抗滑、熱穩(wěn)性好和不透水，因而通常選用粘結(jié)力較強(qiáng)的結(jié)合料和強(qiáng)度高的集科作為面層材料。交通量越大，公路等級(jí)越高，則路面等級(jí)也應(yīng)該越高，厚度也越大，相應(yīng)的面層層次一般也越多。 在選擇面層類型時(shí)，特別應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣魅缭跉夂蚋珊档貐^(qū)，不宜采用砂礫路面，以免產(chǎn)生嚴(yán)重的搓板現(xiàn)象。在多雨地區(qū)，要特別重視路面結(jié)構(gòu)層的水穩(wěn)性和面層透水性問題；對(duì)瀝青路面，還要考慮寒冷地區(qū)的低溫抗裂性和高溫地區(qū)的熱穩(wěn)性問題，同時(shí)還要考慮抗滑性能等問題。 2基層類型的選擇 基層是主要的承重層，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)定性。目前常用的基層類型有瀝青、水泥及工業(yè)廢渣穩(wěn)定類、碎(礫)石嵌

33、鎖類和土、石級(jí)配類二種。每類型都有各自的特點(diǎn)，瀝青、水泥和二灰穩(wěn)定類適用于交通量繁重的公路，其他類型可適用于般交通道路。在選擇基層類型時(shí)，首先要考慮充分利用當(dāng)?shù)夭牧线@一原則。即使當(dāng)?shù)啬承┎牧喜荒苤苯邮褂?，也要從施工工藝、材料組成等方面采用適當(dāng)措施加以改進(jìn)，使之得到合理應(yīng)用。如果所需基層厚度較大時(shí)，為了降低造價(jià)，可增設(shè)底基層，用成本較低、來源較廣，性能稍差的當(dāng)?shù)夭牧?如砂、礫等)鋪筑底基層。 應(yīng)重視瀝青類路面的基層水穩(wěn)性問題，以土作為結(jié)合料的基層，水穩(wěn)定性較差故在潮濕和中濕路段上，應(yīng)選用碎石片石、塊石、工業(yè)廢渣、不含土的天然砂礫、石灰土、二灰土及水泥穩(wěn)定砂礫等水穩(wěn)性好的基層。對(duì)于泥結(jié)碎(礫)石和

34、級(jí)配碎(礫)石屬于水穩(wěn)定性差的基層，僅限用于干燥路段，不得用于中、潮濕路段，否則將會(huì)引起基層含水量增大而導(dǎo)致瀝青路面的嚴(yán)重破壞。三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 在路面等級(jí)、面層類型、基層類型都選定之后，就應(yīng)考慮各結(jié)構(gòu)層如何安排的問題。要使整個(gè)路面結(jié)構(gòu)既能承受行車荷載和自然因素的作用，又能最大限度地發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的效能，這是路面結(jié)構(gòu)組合要解決的問題。 路面結(jié)構(gòu)層的組合設(shè)計(jì)，就是按行車和環(huán)境因素對(duì)不同層位的要求，結(jié)合各類結(jié)構(gòu)層本身的性能，進(jìn)行合理的安排。不同的結(jié)構(gòu)組合會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，層次多、厚度大的路面結(jié)構(gòu)，其使用效果不一定好。 路基路面是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)層有各自的特性和作用，并相互制約和影響，結(jié)構(gòu)

35、組合不合理，所用材料再好，厚度再大也無濟(jì)于事。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論分析，結(jié)構(gòu)組合應(yīng)遵循下列原則： 1根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能組合 遵循路面耐久、基層堅(jiān)實(shí)、土基穩(wěn)定的原則、結(jié)合各結(jié)構(gòu)層功能正確合理的選擇面層、基層和墊層是組合設(shè)計(jì)的前提條件。就面層來講，不僅要考慮高強(qiáng)、耐磨、熱穩(wěn)性好和不透水等性能，還應(yīng)考慮設(shè)幾層較為合適。如果交通量繁重的道路，應(yīng)加設(shè)聯(lián)結(jié)層作為面層下層，以抵抗水平力在面層底產(chǎn)生的切應(yīng)力。采用空隙大的瀝青混合料或?yàn)r青貫入式碎石做面層時(shí)，應(yīng)在面上加設(shè)瀝青砂或?yàn)r青表面處治做封層?；鶎右凶銐虻目箟簭?qiáng)度，一定的剛度和水穩(wěn)定性。交通繁重時(shí)，單層應(yīng)選擇瀝青或水泥(或二灰)穩(wěn)定類材料并采用雙層式基層，即加

36、設(shè)底基層；如果土基水溫狀況不良時(shí)，應(yīng)設(shè)石灰土及天然砂礫等墊層。 要使路面有足夠的整體強(qiáng)度還應(yīng)保證路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。否則，單靠加強(qiáng)或增厚面層或基層，并不能收到良好的效果，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)合理。穩(wěn)定路基的一般措施，最經(jīng)濟(jì)最易辦到的方法是，加強(qiáng)路基排水和使路基達(dá)到要求的壓實(shí)度。 2強(qiáng)度組合 輪載作用于路面表面，其豎向應(yīng)力和應(yīng)變隨深度而遞減，因而對(duì)各層材料的強(qiáng)度(模量)的要求，也可隨深度而相應(yīng)減小，見圖2-7-7。因此，路面各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強(qiáng)度自上而下遞減的方式組合。這樣既能充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層材料的效能，又能充分利用當(dāng)?shù)夭牧铣洚?dāng)?shù)谆鶎雍突鶎?，以降低造價(jià)。采用強(qiáng)度(模量)按深度遞減的規(guī)律組合路面時(shí)，還應(yīng)注意各相

37、鄰結(jié)構(gòu)層之間的模量不能相差過大。上下兩層模量相差過大時(shí)，上層底面將會(huì)因下層變形過大而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)變，導(dǎo)致上層被拉裂。因此，規(guī)范要求基層同面層之間的模量比不應(yīng)小于0.35土基與基層的模量比應(yīng)在0.080.40的范圍內(nèi)。不滿足上述要求的應(yīng)更換材料或增加結(jié)構(gòu)層次。當(dāng)然，在實(shí)際使用中，也有模量上小下大的倒裝結(jié)構(gòu)，如在模量較高的半剛性基層與瀝青混凝土面層之間設(shè)置碎石過渡層等。這種結(jié)構(gòu)可根據(jù)具體情況使用。 層間結(jié)合應(yīng)盡量緊密，避免產(chǎn)生層間滑移，以保證結(jié)構(gòu)的整體性和應(yīng)力分布的連續(xù)性。例如，為了保證瀝青面層與基層的緊密結(jié)合，除了根據(jù)施工規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，采取施工技術(shù)措施外，在設(shè)計(jì)高速公路和一級(jí)公路的瀝青路面時(shí)

38、，在瀝青面層與半剛性基層之間應(yīng)設(shè)置由瀝青材料組成的聯(lián)結(jié)層。 4考慮自然水溫條件的不利影響 在潮濕或某些中濕路段上修筑瀝青路面時(shí)，由于在中濕和潮濕路基中的水分以液態(tài)或氣態(tài)形式上升至基層，被不透水的瀝青面層所隔離，不能蒸發(fā)而積聚在鄰近面層的基層內(nèi)。除此之外地面水的滲透和地下水的毛細(xì)水上升同樣在基層內(nèi)產(chǎn)生水分積聚。如果基層材料僅以土為結(jié)合料(如泥結(jié)碎石、級(jí)配礫石)，水穩(wěn)性差，就會(huì)因濕度過大時(shí)變軟、強(qiáng)度和剛度急劇下降而導(dǎo)致路面開裂破壞，因此，瀝青路面的基層應(yīng)選用水穩(wěn)定性好的材料，特別是在中濕和潮濕路段更應(yīng)如此。 潮濕路段，為了改善路基的溫度和濕度狀況，防止凍脹和翻漿的出現(xiàn)，保證路面良好的使用品質(zhì)，還必

39、須設(shè)置墊層。墊層一般采用天然砂礫、粗砂、煤渣、礦渣等粒料以及水泥或石灰，煤渣穩(wěn)定粗粒土，石灰粉煤灰穩(wěn)定粗粒土等。墊層厚度一般為1525cm左右。在季節(jié)性冰凍區(qū)有凍脹可能的中濕、潮濕路段，為丁防止產(chǎn)生導(dǎo)致路面開裂的不均勻凍脹，路面總厚度不應(yīng)小于公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中表525的規(guī)定，道路凍深應(yīng)按條款的計(jì)算公式執(zhí)行，如按強(qiáng)度計(jì)算的路面總厚度小于表列厚度規(guī)定時(shí)，應(yīng)加厚墊層補(bǔ)足。 5適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和厚度 瀝青路面通常為多層結(jié)構(gòu)，為了便于施工，路面結(jié)構(gòu)層的層數(shù)不宜過多。根據(jù)材料的最大粒徑并考慮有利于結(jié)構(gòu)層應(yīng)力分布，有利于壓實(shí)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層次等因素以及結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)；公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范提出了各類結(jié)構(gòu)層最小厚度如

40、友2-7-8所示。為了保證路面的使用質(zhì)量，該規(guī)范還根據(jù)理論分析與使用經(jīng)驗(yàn)，提出了瀝青層最小總厚度如表2-7-9所示。 每一結(jié)構(gòu)層適宜厚度的確定除了考慮上述兩項(xiàng)規(guī)定外，一般還要綜合考慮下面二方面的因素：(1)結(jié)構(gòu)層的造價(jià)。出于路面各層造價(jià)不同，面層比較貴，而基層、墊層相對(duì)比較便宜，因此面層厚度一般相對(duì)比較薄。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)上述兩表加以選擇和控制，而下面各層相對(duì)比較厚：(2)各結(jié)構(gòu)層擴(kuò)散應(yīng)力的效果。根據(jù)理論分析，基層厚度為1525cm時(shí)，增大基層厚度對(duì)減小路表面彎沉和減小面層底面拉應(yīng)力有明顯作用：當(dāng)基層厚度大于40cm時(shí)在增加基層厚度，作用已不明顯。結(jié)合使用經(jīng)驗(yàn)，基層厚度一般以1525cm為宜；(

41、3)壓實(shí)機(jī)具的能力、一般來說，瀝青面層一層的壓實(shí)厚度最大為68cm；基層一層的壓實(shí)厚度為1520cm左右，在有重型機(jī)具壓實(shí)的條件下，可根據(jù)試驗(yàn)將壓實(shí)厚度增加到2025cm左右。在安排各結(jié)構(gòu)層厚度時(shí)，應(yīng)盡量使其與壓實(shí)機(jī)具所能達(dá)到的厚度相適應(yīng)。第9-6節(jié) 新建路面的結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算 一、基本原則和有關(guān)規(guī)定 為了使多層次的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算更符合實(shí)際情況，目前我國的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用多指標(biāo)控制路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)把路面的結(jié)構(gòu)組合、厚度計(jì)算和材料組成設(shè)計(jì)統(tǒng)籌考慮，并采用多層彈性體系理論計(jì)算路面結(jié)構(gòu)層厚度，對(duì)高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層應(yīng)進(jìn)行拉應(yīng)力驗(yàn)算。 嚴(yán)格地說，

42、瀝青路面在力學(xué)性質(zhì)上為非線性的彈粘塑性體。考慮到行車荷載的瞬時(shí)性，在路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生彈粘塑性的變形數(shù)量很小，對(duì)于厚度較大，強(qiáng)度較高的路面，將其視為彈性體，應(yīng)用彈性層狀體系理論進(jìn)行分析計(jì)算是適合的。彈性層狀體系是由若干個(gè)彈性層組成，上面各層具有一定的厚度，最下一層為彈性半空間體。用多層彈性體系理論進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮各層間的接觸條件。層間的接觸條件可能是連續(xù)的，也可能是滑動(dòng)的，甚至介于兩者之間。我國現(xiàn)行規(guī)范采用完全連續(xù)體系為層間接觸條件。 二、路面厚度計(jì)算步驟 我國現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ014-97)對(duì)瀝青路面厚度計(jì)算，仍根據(jù)多層彈性理論、層間接觸條件為完全連續(xù)體系時(shí)，在雙圓均布荷載

43、作用下，輪隙中心處實(shí)測(cè)路表彎沉值Ls等于設(shè)計(jì)彎沉值Ld的原則進(jìn)行計(jì)算，力學(xué)圖式如圖2-7-8，計(jì)算公式：LsLd。F彎沉綜合修正系數(shù)；ac理論彎沉系數(shù)； E0 、En土基回彈模量值，Mpa；E1 、E2 、En-1各層材料回彈模量值，MPa；h1、h2、hn-1各結(jié)構(gòu)層厚度cm。 計(jì)算步驟如下： 1確定單車道累計(jì)當(dāng)量袖次Ne。 2對(duì)選定的結(jié)構(gòu)組合，擬定某一層位作為設(shè)計(jì)層層位。 在擬定的路面結(jié)構(gòu)中，先擬定某一層作為設(shè)計(jì)層，擬定面層和其他各層的厚度。一般當(dāng)采用半剛性基層、底基層結(jié)構(gòu)時(shí)，可選任一層作為設(shè)計(jì)層；當(dāng)采用半剛性基層、粒料類材料為底基層時(shí)，應(yīng)擬定面層、底基層厚度，以半剛性基層為設(shè)計(jì)層；當(dāng)采用

44、柔性基層、底基層的瀝青路面時(shí)，宜擬定面層、底基層的厚度，求算基層厚度。此時(shí)若求得基層厚度過厚時(shí)，可考慮選用瀝青碎石或乳化瀝青碎石做上基層，以減薄路面總厚度，增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 3確定設(shè)計(jì)彎沉值Ld。 4確定路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)。 在初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)選用沿線材料和外購材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。在選定配合比的基礎(chǔ)上，按有關(guān)規(guī)程的規(guī)定實(shí)測(cè)材料設(shè)計(jì)參數(shù)，并論證地確定各層材料(瀝青混合料在15°C、20°C時(shí))的抗壓回彈模量E1和劈裂強(qiáng)度PS、抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks、容許拉應(yīng)力R。 5確定土基的回彈模量Eo。 6根據(jù)某車道累計(jì)軸次Ne、設(shè)計(jì)彎沉值Ld、各結(jié)構(gòu)層的回彈模量E1與劈裂強(qiáng)度PS、土基

45、回彈模量E0、已知結(jié)構(gòu)層的厚度hi等利用專用設(shè)計(jì)程序即可求得某一結(jié)構(gòu)層的厚度。 三、路面結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗(yàn)算步驟 我國瀝青路面設(shè)計(jì)除以設(shè)計(jì)彎沉作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)外，對(duì)高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路還要驗(yàn)算瀝青混凝土面層和整體性材料基層層底的拉應(yīng)力。要求結(jié)構(gòu)層底面計(jì)算點(diǎn)的最大彎拉應(yīng)力不大于該結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力，即：mR。對(duì)于結(jié)構(gòu)層底面的最大拉應(yīng)力m的確定，仍由彈性層狀體系理論計(jì)算求得。 1層底拉應(yīng)力計(jì)算圖式 路面結(jié)構(gòu)層底彎拉應(yīng)力的計(jì)算仍然以多層彈性層狀體系理論為基礎(chǔ)，層間接觸條件為完全連續(xù)體系，其計(jì)算圖式如圖2-7-9所示。2層底彎拉應(yīng)力計(jì)算公式整體性材料層底拉應(yīng)力值m。采用最大拉應(yīng)力的理論公式：

46、驗(yàn)算瀝青混凝土面層及半剛性材料的基層、底基層的層底拉應(yīng)力時(shí)，以單圓的中心點(diǎn)B，單回半徑的二分之一點(diǎn)D，單圓的內(nèi)側(cè)邊緣點(diǎn)E及雙圓間隙中心點(diǎn)C為計(jì)算點(diǎn)，并取最大值作為層底最大拉應(yīng)力， 3計(jì)算步驟 在即定的結(jié)構(gòu)組合及已知各結(jié)構(gòu)層厚度的前提下才可按下列步驟進(jìn)行整體性結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力的驗(yàn)算 (l)確定路面材料設(shè)計(jì)參數(shù) 確定各結(jié)構(gòu)層的劈裂強(qiáng)度PS、容許拉應(yīng)力R，路面設(shè)計(jì)彎沉值Ld。 (2)確定系數(shù) 確定公路等級(jí)系數(shù)、面層類型系數(shù)、基層類型系數(shù)、路面設(shè)計(jì)年限、車道橫向分配系數(shù)、交通量年增長率。 (3)確定當(dāng)量軸次 當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)確定相應(yīng)的路面竣工后第一年的日當(dāng)量軸次、設(shè)計(jì)年

47、限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次；當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)確定出相對(duì)應(yīng)的路面竣工后第一年的日當(dāng)量軸次、設(shè)計(jì)年限內(nèi)個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次。 (4)根據(jù)以上的計(jì)算參數(shù)利用專用設(shè)計(jì)程序即可完成層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。第9-7節(jié) 原有路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 瀝青路面在使用年限內(nèi)其使用性能和承載力會(huì)不斷降低，當(dāng)路面超過設(shè)計(jì)使用年限或軸載增加便不能滿足正常行車的要求，而需補(bǔ)強(qiáng)或改建。為了解路面現(xiàn)有結(jié)構(gòu)狀況和強(qiáng)度，據(jù)以判斷是否需要加強(qiáng)或預(yù)估剩余使用壽命，應(yīng)對(duì)使用中的路面進(jìn)行結(jié)構(gòu)狀況的調(diào)查與評(píng)定，分析路面損壞原因及提出處理措施。路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作包括現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查、彎沉測(cè)定以及補(bǔ)強(qiáng)厚度計(jì)算。 一、路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查與評(píng)定 現(xiàn)有路面狀況調(diào)查工作包括如下內(nèi)容： 1交通調(diào)查 對(duì)于當(dāng)前的交通量和車型組成進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)。通過調(diào)查分析預(yù)估交通增長趨勢(shì)，確定年平均增長率。 2路基狀況調(diào)查 調(diào)查沿線路基土質(zhì)，填挖高度、地面排水情況、地下水位，以確定路基土組和干濕類型。 3路面狀況調(diào)