瀝青路面設計課件PPT（47頁）

1、第七章 瀝青路面設計第一節(jié) 瀝青路面設計理論簡介當路基土的承載能力較低，不能承受從路面?zhèn)髦谅坊砻娴能囕唹毫?，便產(chǎn)生較大的垂直變形即沉陷。 引起路面沉陷的主要原因是路基土的壓縮。1、沉陷（一）表現(xiàn)在車輪作用下表面產(chǎn)生的較大凹陷變形，有時凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象 （二）起因一、瀝青路面結(jié)構(gòu)的破損模式2、車 轍（一）表現(xiàn)（二）起因路面的縱向帶狀凹陷，是高級瀝青路面的主要破壞型式 是路面的結(jié)構(gòu)層及土基在行車重復荷載作用下的補充壓實，以及結(jié)構(gòu)層材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形，同荷載應力大小，重復作用次數(shù)以及結(jié)構(gòu)層和土基的性質(zhì)有關(guān) 。3、疲勞開裂 （一）表現(xiàn)（二）起因路面無顯著的永久變形，最初在荷載作用部

2、位形成細而短的橫向開裂，繼而逐漸擴展成網(wǎng)狀 較厚的瀝青結(jié)構(gòu)層受車輪荷載的反復彎曲作用，使結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生的拉應變（或拉應力）值超過材料的疲勞強度，底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。穩(wěn)定類整體性基層也會產(chǎn)生出疲勞開裂，甚至導致面層破壞。與重復應變（或應力）大小和路面的環(huán)境因素有關(guān) 。彎拉疲勞剪切疲勞4、推 移（一）表現(xiàn)（二）起因車輪荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用，使結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的剪應力超過材料的抗剪強度。同時也與行駛車輪的沖擊、振動有關(guān)。受到較大的車輪水平荷載作用時，路面表面出現(xiàn)推移和擁起 5、低溫縮裂（一）表現(xiàn)（二）起因橫向間隔性的裂縫，嚴重時發(fā)展為縱向裂縫 路面結(jié)構(gòu)中某些整體性結(jié)構(gòu)層在低溫（通

3、常為負溫度）時由于材料收縮受限制而產(chǎn)生較大的拉應力，當它超過材料相應條件下的抗拉強度時便產(chǎn)生開裂 瀝青路面低溫抗裂性引起的破壞 美國瀝青路面修補二 公路瀝青路面設計理論簡介1、各層連續(xù)、彎曲彈性、均勻、各向同性，位移、形變微小；2、最下一層（土基）在水平方向和垂直方向無限大，其上各層厚度有限，水平方向無限大；3、各層在水平方向無限遠處，及最下層向下無限深處，應力、形變、位移為零；4、層間接觸情況，或者完全連續(xù)（連續(xù)體系）或?qū)娱g僅豎向應力和位移連續(xù)而無摩阻力（滑動體系）；5、不計自重一、基本假設二、解題方法ph1hiEi iE1 1En n彈性層狀體系示意圖 三、瀝青路面設計的控制指標結(jié)論高速公

4、路、一級公路、二級公路的路面結(jié)構(gòu)，以路表面回彈彎沉值、瀝青混凝土層的層底拉應力及半剛性材料層的層底拉應力為設計指標。三級公路、四級公路的路面結(jié)構(gòu)以路表面設計彎沉值為設計指標。有條件時，對重載交通路面宜檢驗瀝青混合料的抗剪切強度?，F(xiàn)行的城市道路設計規(guī)范規(guī)定：（1）除交通量小的支路上鋪筑瀝青混凝土面層時可僅用設計彎沉值指標設計外，在其他道路上鋪筑瀝青混凝土面層應采用設計彎沉值、層底拉應力、面層剪切應力三項指標設計。（2）對瀝青碎石面層采用設計彎沉值和剪切應力兩項指標設計，對瀝青貫入式、瀝青表面處治和粒料路面，只用設計彎沉值指標設計。（3）采用半剛性基層時，應對基層按拉應力指標設計。2. 標準軸載及

5、軸載當量換算我國路面設計以雙輪組單軸載100kN為標準軸載。1. 路面設計年限第二節(jié) 瀝青路面設計的基本依據(jù)1) 當以彎沉進行厚度設計及瀝青層層底拉應力驗算時式中：N標準軸載的當量軸次，次/日；ni被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，次/日；P標準軸載100KN； Pi被換算車輛的各級軸載，KN；k被換算車輛的類型數(shù)；C1軸載系數(shù)， C1=1+1.2(m-1),m是軸數(shù)。當軸間距大于3米時，按單獨的一個軸載計算，當間距小于3米時，按雙軸或多軸計算。C2輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。不計25KN以下軸載2) 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時不計小于50KN的軸載式中： C1

6、軸數(shù)系數(shù)；當間距小于3米時，按雙軸或多軸計算C1 =1+2(m-1), m是軸數(shù)。 C2輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為18.5，四輪組為0.09 。上述軸載換算公式，適用于單軸軸載小于或等于130kN的各種車型的軸載換算。換算原則：第一，換算以達到相同的臨界狀態(tài)為標準，即對同一種路面結(jié)構(gòu)，甲軸載作用N1次后路面達到預定的臨界狀態(tài)，乙軸載作用使路面達到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2，此時甲乙兩種軸載作用是等效的；第二，對某一種交通組成，不論以哪種軸載的標準進行軸載換算，由換算所得軸載作用次數(shù)計算的路面厚度是相同的。3. 設計年限累計當量標準軸載數(shù) 設計年限（t）內(nèi)一個車道通過的累計標準當量軸次

7、Ne，可通過路面營運第一年雙向日平均當量軸次N1和設計年限內(nèi)交通量年平均增長率 ，按下式計算：4. 交通等級交通等級BZZ-100累計當量軸次Ne（次/車道）大型客車及中型以上的各種貨車交通量（輛/d.車道）輕310e6 600中等交通310e6 1.210e7600 1500重交通1.210e7 2.510e71500 3000特重交通2.510e7 3000交通分級第三節(jié) 路基與路面材料強度指標一、路基受立與工作區(qū)1、路基受力狀況： 自重、車輛荷載 P車輪荷載換算的均布荷載 KN/D圓形均布荷載作用面積的直徑。Z應力作用點深度。土的容重。2、路基的工作區(qū)：1）定義：在路基某一深度Za處，當

8、車輪荷載產(chǎn)生的應力與路基土自重引起的應力相比所占比例很小，僅為1/51/10時，在此深度以下，車輪荷載對土基的作用影響很小，可略去不計，該深度范圍內(nèi)的路基稱為路基工作區(qū)。 2）計算：3、正確的設計：應使路基所受的力在路基彈性限度范圍內(nèi)，即當車輛駛過后，路基能恢復變形。保證路基相對穩(wěn)定，路面不致引起破壞。4、要求： 1 ）對工作區(qū)深度范圍內(nèi)的土質(zhì)選擇、含水量、路基壓實度提出較高要求。 2 ）當工作區(qū)深度大于填土高度時，荷載不僅施加于路堤而且施加于天然地基上，所以天然地基也應充分壓實。 二、土基的強度和剛度指標：回彈模量回彈模量：反映路基或路面材料所具有的彈性性質(zhì)。確定方法：1.現(xiàn)場實測法：1）大

9、型承載板法：測定土基在00.5mm的各級壓力和對應的回彈變形值，2）彎沉儀法： 用貝克曼梁彎沉儀實測各點彎沉值，并計算代表彎沉值，2.室內(nèi)實驗法：取代表性土樣，在室內(nèi)按最佳含水量制備三組試件，分別擊實不同的次數(shù)，測得不同壓實度下的相對應的回彈模量值，繪制壓實度與回彈模量曲線，查圖求得標準壓實度條件下土的回彈模量值。3.換算法：利用E0L0、E0K、E0CBR的換算關(guān)系式，確定回彈模量值。4.查表法：無實測條件時采用。三、路面材料強度設計參數(shù)的確定方法 以設計彎沉值計算路面厚度并對結(jié)構(gòu)層進行層底拉應力驗算時，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度采用劈裂試驗測得劈裂強

10、度。28第四節(jié) 設計彎沉值與容許拉應力計算一、設計彎沉值計算1.設計彎沉值的含義： 根據(jù)設計年限內(nèi)一個車道上預測通過的累計當量軸次、公路等級、路面結(jié)構(gòu)類型而確定的路表彎沉設計值。2.路面外觀狀態(tài)的類型： 分為五個類型，并將第四類外觀狀態(tài)定為路面的臨界狀態(tài)，在此狀態(tài)下測定的回彈彎沉值的低限作為路面設計彎沉值界限的依據(jù)。29 3.公式：根據(jù)多年觀測調(diào)查資料的分析綜合，可由標準軸載累計作用次數(shù)與設計彎沉值的關(guān)系，進一步推得不同公路等級、不同面層和基層類型時設計彎沉的計算公式：式中：Ld 路面設計彎沉值（0.01mm）；Ne ：設計年限內(nèi)一個車道上累計當量軸次；A c ：公路等級系數(shù)，高速公路、一級公

11、路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2；A s ：面層類型系數(shù)，瀝青混凝土為1.0，瀝青碎石、瀝青貫入式、瀝青表處為1.1；A b ：基層類型系數(shù)，半剛性基層 為1.0；柔性基層取1.6。30二、結(jié)構(gòu)層材料的容許應力R 計算：結(jié)構(gòu)層材料的容許應力R是路面承受行車荷載反復作用達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞拉應力。進行結(jié)構(gòu)層拉應力驗算時，各層模量均采用抗壓回彈模量。對于瀝青混凝土，應為15時的抗壓回彈模量和劈裂強度，水泥穩(wěn)定類材料，為齡期90天的劈裂強度，對于二灰穩(wěn)定類和石灰穩(wěn)定類材料，為齡期180天的劈裂強度。Ks為抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。31第五節(jié) 瀝青 路面結(jié)構(gòu)組合設計一、瀝青路面設計內(nèi)

12、容1.交通量實測、分析、預測；2.路面結(jié)構(gòu)層原材料的選擇；3.混合料配合比設計；4.設計參數(shù)的測試與確定；5.路面結(jié)構(gòu)組合設計與厚度計算；6.路面排水系統(tǒng)設計和其他路面工程設計等；7.路面結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)經(jīng)濟綜合比選，提出推薦方案。32二、結(jié)構(gòu)設計遵循的原則：1）路線、路基和路面要開展現(xiàn)場資料調(diào)查和收集工作，做好交通荷載的分析與預測，按照全壽命周期成本的理念進行路面設計；2）調(diào)查掌握沿線路基特點，按面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定進行綜合設計；3）因地制宜、合理選材，選擇技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、方便施工的路面結(jié)構(gòu)方案；4）結(jié)合當?shù)貤l件，積極、慎重地推廣新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，并認真鋪筑

13、試驗路段，總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善，逐步推廣；5）符合環(huán)保規(guī)定，保護人員的安全和健康，重視材料的再生利用與廢棄料的處理；6）高速公路、一級公路不宜分期修建； 對可能產(chǎn)生較大沉降的路段，以及初期交通量較小的公路可以一次設計、分期修建、逐步提高；三、結(jié)構(gòu)層類型選擇：1.面層類型：選擇面層時還應考慮當?shù)貧夂驐l件，如：高溫地區(qū)、多雨地區(qū)、干旱地區(qū)、寒冷地區(qū)、以及強度、抗滑性能等。瀝青混凝土、瀝青瑪蹄脂碎石可用于各級公路； 瀝青碎石、瀝青貫入式、瀝青表面處治、瀝青稀漿封層、可用于三級、四級公路面層；冷拌瀝青混合料可用于交通量小的三級、四級公路面層。2.基層類型選擇： 首先考慮充分利用當?shù)夭牧希徊⒅匾暬鶎铀€(wěn)性

14、?；鶎涌蛇x瀝青混合料類、半剛性類、粒料類、貧混凝土；底基層可選半剛性類、粒料類等。 四、組合設計：1.按各結(jié)構(gòu)層的強度組合設計： 1）輪載作用于路面表面，其豎向應力和應變隨深度而遞減，所以各層材料的強度和剛度要求也相應降低。路面各結(jié)構(gòu)層一般應按自上而下，強度、剛度遞減的方式組合。以充分利用材料，降低造價。 2）強度、剛度按深度遞減時注意各結(jié)構(gòu)層之間的E不能相差太大，否則上層底面將出現(xiàn)較大拉應力，引起開裂?；鶎油鎸拥幕貜椖Ａ勘仍?.53.0之間；基層與底基層的模量比不宜大于3.0；底基層與土基的模量比宜在2.512.5之間。 2.結(jié)構(gòu)層的層數(shù)和厚度組合設計： 適當?shù)膶訑?shù)和厚度：層數(shù)多能充分利用

15、材料，但可能引起施工及材料制備困難，所以不能過多。1）結(jié)構(gòu)層的造價：面層厚度較小，基層、墊層較厚；2）各結(jié)構(gòu)層擴散應力的效果：基層厚度為1525cm時，增大基層厚度對減小路面表面彎沉和減小面層底面拉應力有明顯效果；3）壓實機具的能力：瀝青面層每層的壓實厚度最大為68cm，基層每層的壓實厚度為1520cm；各層厚度應盡量與壓實機具相適應；4）瀝青面層厚度應與混合料的公稱最大粒徑匹配。 3.各結(jié)構(gòu)層的層間組合設計： 1）半剛性基層瀝青路面宜采用以下措施減小收縮開裂和反射裂縫：A 選用骨架密實型半剛性基層，嚴格控制細料含量、結(jié)合料劑量、含水量及養(yǎng)生時間；B 適當加大瀝青面層的厚度，在半剛性結(jié)構(gòu)層上設

16、置瀝青碎石或級配碎石等柔性基層；C 在半剛性結(jié)構(gòu)層上設置改性瀝青應力吸收層或應力吸收膜或鋪設實踐證明有效的耐高溫的土工合成材料等。 2）應采取層間結(jié)合緊密的技術(shù)措施，避免滑移：A瀝青層之間設置粘層，瀝青用乳化瀝青、改性乳化瀝青、熱瀝青；B各種基層上設置透層瀝青，可用液體瀝青、乳化瀝青；C在半剛性基層上設置下封層；可用瀝青單層表面處治，砂粒式、細粒式密級配瀝青混和料，稀漿封層等；D新、舊瀝青層之間，應灑布粘層瀝青，舊混凝土板上宜用熱瀝青、改性乳化瀝青或改性瀝青；E拓寬路面時，新、舊路面接茬處宜噴涂粘層瀝青；F雙層式半剛性基層宜采用連續(xù)攤鋪、碾壓工藝，增強層間結(jié)合，以形成整層。 4.考慮水、溫狀況

17、的影響設置墊層及抗凍層：在潮濕和過濕路段及軟弱地基時，可采取設置墊層，或換填砂礫等透水材料，或摻入無機結(jié)合料等處理地基。在冰凍地區(qū)的中濕和潮濕路段，路面總厚度還應滿足最小防凍厚度要求，以免產(chǎn)生凍脹及翻漿。1）冰凍區(qū)劃分 根據(jù)20年以上的凍結(jié)指數(shù)平均值劃分；凍結(jié)指數(shù)是每年負溫度與天數(shù)乘積的累積值。2）道路多年最大凍深計算：式中：a路面路基材料熱物性系數(shù)，取凍深范圍內(nèi)的加權(quán)平均值；b路基濕度系數(shù)；c路基斷面形式系數(shù)； Zd大地標準凍深；3）防凍厚度驗算：冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段，應進行防凍厚度驗算路面結(jié)構(gòu)層總厚度不小于最小防凍厚度的規(guī)定，否則應設防凍墊層使其滿足最小防凍厚度的要求。路面結(jié)構(gòu)組合示例：公路名稱沈大高速公路滬寧高速公路廣佛高速公路累計軸次（萬次）180028001900面層（cm）5中粒+5粗粒+5瀝碎4中粒+6粗粒+6瀝碎4中粒+5粗粒+6瀝碎基層（cm）20水泥砂礫（礦渣）