瀝青路面設(shè)計(jì)_ppt

1、 瀝青路面設(shè)計(jì)第一節(jié) 瀝青路面設(shè)計(jì)的任務(wù)、程序與原則第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸次換算 第三節(jié) 瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)第四節(jié) 土基與路面材料強(qiáng)度指標(biāo)第五節(jié) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第六節(jié) 新建路面的結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算第七節(jié) 原有路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)第一節(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)確定合理路面等級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)路面結(jié)構(gòu)計(jì)算 在路面設(shè)計(jì)之前，應(yīng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查內(nèi)容：工程地質(zhì) 及水文地質(zhì)條件、天然土濕度、水文資料、氣象資料、路面材料產(chǎn)地和供應(yīng)情況，交通狀況、施工力量等。二、設(shè)計(jì)程序1、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，確定路面等級、面層類型、計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次、路表設(shè)計(jì)彎沉值、容許拉應(yīng)力值2、確

2、定路基回彈模量值3、確定路面材料回彈模量值4、根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度5、確定采用的路面結(jié)構(gòu)方案三、設(shè)計(jì)原則1、根據(jù)路面使用要求與當(dāng)?shù)刈匀粭l件，按面層耐久、基層堅(jiān)實(shí)、土基穩(wěn)定的要求進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)；2、合理取材、方便施工養(yǎng)護(hù)、節(jié)約投資的原則，結(jié)構(gòu)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定路面結(jié)構(gòu)方案；3、論證是否進(jìn)行分期修建；4、推行新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備，機(jī)械化施工第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸次換算一、標(biāo)準(zhǔn)軸載及其形式定義：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)量軸次，將該統(tǒng)一軸載稱為標(biāo)準(zhǔn)軸載。瀝青路面設(shè)計(jì)：采用雙輪組單后軸100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，BZZ-100。當(dāng)軸載25kN和軸載25kN的各級軸載均應(yīng)進(jìn)行換

3、算）2）半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算（當(dāng)軸載50kN的各級軸載均應(yīng)進(jìn)行換算）三、累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算涉及：初期日交通量、遠(yuǎn)景交通量、設(shè)計(jì)車道累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年限交通量，單位（ 次/日 ）：設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次第三節(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）瀝青路面的破壞模式和產(chǎn)生原因1、沉陷：路面在車輪荷載作用下，其表面產(chǎn)生較大的凹陷變形，有時凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象。引發(fā)原因：路基水文條件差而過于濕軟，承載力低2、車轍：路面結(jié)構(gòu)層、土基在行車荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生側(cè)向位移而形成的累計(jì)永久變形。車轍是高級瀝青路面的主要破壞形式。引發(fā)原因：荷載應(yīng)力大小、重復(fù)作用次數(shù)、結(jié)構(gòu)

4、層和土基的性質(zhì)有關(guān)。 （一）瀝青路面的破壞模式和產(chǎn)生原因3、疲勞開裂：指路表無顯著永久變形而出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象引發(fā)原因：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)力超過材料的疲勞強(qiáng)度。4、推移：瀝青路面材料沿行車方向發(fā)生剪切或拉裂破壞而出現(xiàn)推擠或擁起現(xiàn)象。引發(fā)原因：受到較大的水平荷載作用，在水平力和豎向力的綜合作用下結(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。5、低溫縮裂：材料收縮受限時產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力而形成的橫向裂縫。引發(fā)原因：材料收縮受限時產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度。（二）瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)1、路表設(shè)計(jì)彎沉值控制指標(biāo) 式中：Ls路表實(shí)際可能產(chǎn)生的回彈彎

5、沉值 Ld路面設(shè)計(jì)彎沉值2、容許拉應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)：3、容許切應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)： 根據(jù)路面在行車荷載和自然因素下所產(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)變和位移量選定路面結(jié)構(gòu)層的組合和厚度。各種設(shè)計(jì)指標(biāo)的適用范圍1）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)控制指標(biāo)，2）對于高速公路、一級、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層，應(yīng)驗(yàn)算層底拉應(yīng)力是否滿足相應(yīng)的容許拉應(yīng)力的要求。3）城市道路設(shè)計(jì)時，還需計(jì)算瀝青路面表面最不利點(diǎn)的剪應(yīng)力，它應(yīng)滿足瀝青路面容許剪應(yīng)力的要求。4）季節(jié)性凍凍地區(qū)，沿應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度是否滿足要求。二、路面設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算1、彎沉定義：車輪荷載作用下路面產(chǎn)生的垂

6、直位移值。路面材料是非線性彈塑性體，彎沉包括：彈性彎沉、殘余彎沉?？倧澇?彈性彎沉+殘余彎沉。利用路面回彈彎沉值L0可表征路面的強(qiáng)度；路面彎沉值愈大，路面抵抗垂直變形的能力愈弱?；貜棌澇林悼捎酶軛U式彎沉儀由標(biāo)準(zhǔn)汽車按前進(jìn)卸荷法進(jìn)行測定。2、回彈彎沉值與路面外觀狀態(tài)關(guān)系路面外觀狀態(tài)分為五類：好、較好、中等、較壞、壞把第四類狀態(tài)定為路面的臨界狀態(tài)，以此狀態(tài)下測定的回彈彎沉的低限作為路面設(shè)計(jì)彎沉值界限的依據(jù)二、路面設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面設(shè)計(jì)彎沉值定義：根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道上通過的累計(jì)當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層類型確定，相當(dāng)于路面竣工后第一年不利季節(jié)路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN作用下，測得的最大回彈彎沉

7、值。式中：Ld設(shè)計(jì)彎沉值，0.01mm； Ac公路等級系數(shù)； As面層類型系數(shù)； Ab基層類型系數(shù)（1）設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算Ld（2）實(shí)際彎測值計(jì)算Ls式中：p、標(biāo)準(zhǔn)軸載輪胎接地壓強(qiáng)和當(dāng)量圓半徑， p=0.7Mpa, =10.65cm. LC理論彎沉值 F彎沉綜合修正系數(shù)， E0土基回彈模量； c理論彎沉系數(shù)，由彈性層狀體系理論計(jì)算得出。三、結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力1、容許拉應(yīng)力定義：路面承受行車荷載反復(fù)作用達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞拉應(yīng)力。式中：sp瀝青砼或半剛性結(jié)構(gòu)層材料的劈裂強(qiáng)度 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)。 瀝青混凝土系指15時的劈裂強(qiáng)度；石灰土、二灰、二灰土指6個月齡期

8、的劈裂強(qiáng)度；其他穩(wěn)定類基層材料指90天齡期的劈裂強(qiáng)度。瀝青砼面層：無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類：無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土類： 第四節(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：1）路面和路基自重2）車輪荷載作用土基在車輪荷載作用下受到的垂直作用力1：土基在自重作用下受到的垂直作用力2： 路基受際受力：2、路基工作區(qū)定義：在路基的某一深度處，車輛荷載引起的應(yīng)力與路基自重相比只占很小部分（1/51/10），在此深度以下，車輛荷載對土基的作用影響很小，可略去不計(jì)。在此深度以上的范圍，是路基土受車輛荷載影響較大的范圍，將該區(qū)域稱為路基工作區(qū)或應(yīng)力作用區(qū)。 工作區(qū)隨車輛荷載增大而加深，隨路面的剛度

9、與厚度的增加而減小。路基工作區(qū)內(nèi)，土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性對保證路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要。二、土基回彈模量的確定方法1、回彈模量定義：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。2、利用彈性理論建立荷載與變形的關(guān)系式： 式中：Lr路表距離荷載中心軸為r某點(diǎn)外的垂直位移。 E0土基回彈模量； 土的泊松系數(shù)； 豎向位移系數(shù)現(xiàn)場實(shí)測法：在不利季節(jié)，利用承載板進(jìn)行逐級加荷卸荷的方法測出每級荷載的回彈變形值，并采用回彈變形l0=0.51mm 的測定值，參考各地經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。 室內(nèi)試驗(yàn)法：按最佳含水量制備試件，測得不同壓實(shí)度與其對應(yīng)的回彈模量值，繪制圖形，并查圖求得壓實(shí)度條件下的土

10、的回彈模量值。換算法：需要知道土的各種物理力學(xué)指標(biāo)值。查表法二、土基回彈模量的確定方法三、路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法 以設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度，并對結(jié)構(gòu)層進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時，需知道中路面結(jié)構(gòu)層材料的參數(shù)1、路面各層材料模量：采用抗壓回彈模量 2、路面各層材料抗拉強(qiáng)度：采用劈裂試驗(yàn)測得的劈裂強(qiáng)度 第五節(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1、瀝青路面設(shè)計(jì)工作：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、厚度計(jì)算2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)3、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循的技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則：1）因地制宜，合理取材（尤其是對于基層、墊層材料）2）方便施工、利于養(yǎng)護(hù)3）分期修建，逐步提高4）整體考慮，綜合設(shè)計(jì)5）考慮氣候因素和

11、水溫狀況的影響二、瀝青路面結(jié)構(gòu)層的選擇1、路面等級和面層類型的選擇 應(yīng)與公路等級和交通量相適應(yīng) 路面面層要求強(qiáng)度高、耐磨耗、抗滑、熱穩(wěn)定性好、不透水公路等級越高，交通量越大，路面等級也應(yīng)該越高，厚度越大，相應(yīng)的面層層次也越多?？紤]氣候因素的影響：氣候干旱地區(qū)，不宜采用砂礫路面；多雨地區(qū)，注意路面的水穩(wěn)定性等；寒冷地區(qū)注意瀝青路面的低溫抗裂性；高溫地區(qū)注意瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。二、瀝青路面結(jié)構(gòu)層的選擇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、剛度與水穩(wěn)定性。常用基層類型：水泥、石灰、工業(yè)廢渣類；礫（礫）石嵌鎖類；土、石級配類。所需基層厚度較大時，為了降低造價，可增設(shè)底基層。潮濕路段

12、，宜選用碎石、片石、塊石、工業(yè)廢渣、二灰土、水泥穩(wěn)定砂礫等水穩(wěn)性好的基層。干燥路段，可采用泥結(jié)碎石等水穩(wěn)定性差的基層。三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)1、根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能進(jìn)行組合遵循面層耐久、基層堅(jiān)實(shí)、土基穩(wěn)定的原則。面層應(yīng)強(qiáng)度高、耐磨、熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性好。面層應(yīng)考慮設(shè)置合適的層次。如交通量繁重時，應(yīng)在面層下加設(shè)聯(lián)結(jié)層，以抵抗水平力產(chǎn)生的較大的切應(yīng)力；采用空隙較大的瀝青路面時，應(yīng)鋪設(shè)上封層。基層：具備足夠的抗壓強(qiáng)度、剛度和水穩(wěn)定性。交通繁重時，基層宜選用半剛性材料，并采用雙層式基層，即增設(shè)底基層。土基水溫狀況不良時，應(yīng)加設(shè)砂礫墊層等。三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)2、強(qiáng)度組合各層材料的強(qiáng)度（回彈模量）隨深

13、度而相應(yīng)減小。各相鄰結(jié)構(gòu)層之間的模量不能相差過大。3、合理的層間組合各結(jié)構(gòu)層材料具有不同特性，組合時應(yīng)注意相互影響。無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層易產(chǎn)生干縮和溫縮裂縫，往往會導(dǎo)致面層產(chǎn)生反射裂縫。這時，宜加厚面層，或者在面層和基層之間加設(shè)一層由穩(wěn)定粒料組成的聯(lián)結(jié)層或過渡層。潮濕的土路基上，應(yīng)鋪設(shè)石灰土或砂礫墊層。三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)4、考慮自然水溫條件的不利影響 在中濕或潮濕路段，路面基層應(yīng)選擇水穩(wěn)定性好的材料。 在潮濕路段，為了改善路基的溫度和濕度狀況，防止凍脹和翻漿，需設(shè)置墊層。5、適當(dāng)?shù)膶訑?shù)與厚度結(jié)構(gòu)層造價各結(jié)構(gòu)層擴(kuò)散應(yīng)力的效果壓實(shí)機(jī)具的能力我國部分高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)道路名稱瀝青面層組成及厚

14、度（）基層類型及厚度（）底基層類型及厚度（）總厚度（）滬嘉中粒式、粗粒式、貫入式 19二灰碎石36砂礫2075廣佛中粒式、粗粒式、瀝青碎石 15水泥碎石25水泥石屑土2868京津塘中粒式4、粗粒式6、瀝青碎石13 23水泥粒料25石灰土或水泥土 3583濟(jì)青中粒式4、粗粒式5、瀝青碎石6 15水泥砂礫34石灰土1867南京南通中粒式、粗粒式、粗粒式 16二灰碎石20石灰土3369滬寧中粒式、粗粒式、粗粒式 16二灰碎石28二灰土3377第六節(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)定采用多指標(biāo)控制路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用多層彈性體系理論計(jì)算結(jié)構(gòu)層厚度 彈性層狀體系：由若干個彈性層組成，上面各層具

15、有一定的厚度，最下一層為彈性半空間體。瀝青混凝土路面、半剛性基層、底基層進(jìn)行拉應(yīng)力驗(yàn)算假設(shè)各層之間的接觸條件為：完全連續(xù)體系二、路面厚度計(jì)算步驟1、路面厚度計(jì)算基本原理：利用多層彈性體系理論、層間接觸條件為完全連續(xù)體系、在雙圓均布荷載作用下，按輪隙中心處實(shí)測路表彎沉值等于設(shè)計(jì)彎沉值的原則進(jìn)行計(jì)算： 確定單車道累計(jì)當(dāng)量軸次Ne；擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)層組合與厚度方案。設(shè)計(jì)時先選擇某一層次作為厚度設(shè)計(jì)層，擬定面層和其他各層的厚度。當(dāng)采用半剛性基層和底基層結(jié)構(gòu)時，可選任一層為設(shè)計(jì)層。當(dāng)采用半剛性基層和粒料類材料為底基層時，以半剛性基層為設(shè)計(jì)層，擬定面層和底基層厚度。當(dāng)采用柔性基層和底基層的瀝青路面時

16、，宜擬定面層和底基層厚度，求算基層所需厚度。確定設(shè)計(jì)彎沉值確定路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)確定土基回彈模量根據(jù)以上數(shù)據(jù)并利用設(shè)計(jì)程序求算某一個結(jié)構(gòu)層的厚度。二、路面厚度計(jì)算步驟 三、路面結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗(yàn)算步驟1、對于高速公路、一級公路、二級公路需驗(yàn)算瀝青砼面層和整體性材料基層層底的拉應(yīng)力即： 2、層底拉應(yīng)力計(jì)算圖式：采用多層彈性層狀體系理論為基礎(chǔ)，層間接觸仍為連續(xù)接觸體系3、層底彎拉應(yīng)力計(jì)算公式： 三、路面結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗(yàn)算步驟4、驗(yàn)算步驟1）確定路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)2）確定系數(shù)3）確定當(dāng)量軸次4）根據(jù)以上數(shù)據(jù)利于專用設(shè)計(jì)程序計(jì)算層底拉應(yīng)力驗(yàn)算。 四、路面厚度計(jì)算方法和拉應(yīng)力驗(yàn)算方法1、利用多層彈性體系理論編制的

17、專用程序APDS97計(jì)算2、簡化法（圖解法），將多層體系換算為三層體系，利用設(shè)計(jì)圖表進(jìn)行計(jì)算。四、路面厚度計(jì)算實(shí)例例：某地新建一條一級公路（四車道），路面設(shè)計(jì)年限為15年，預(yù)測該路竣工后第一年的交通組成如下表所示，在使用期內(nèi)交通量年平均增長率為10%。該路段處于7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，沿線有大量碎石集料，并有石灰供用。試進(jìn)行路面厚度設(shè)計(jì)。 表 預(yù)測交通組成表車型前軸重（kN)后軸重（kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距交通量(次/d)三菱29.348.01雙輪組300黃河58.6114.01雙輪組320江淮45.1101.51雙輪組300太脫拉45.490.02雙輪組3m208湘江23.173

18、.22雙輪組3m400東風(fēng)26.556.72雙輪組3m400解：1、軸載分析 路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載 （1）以設(shè)計(jì)彎沉為指標(biāo)計(jì)算路面厚度及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力的累計(jì)當(dāng)量軸載軸載換算累計(jì)當(dāng)量軸次 根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，一級公路瀝青路面的設(shè)計(jì)年限取15年，四車道的橫向分布系數(shù)為0.40.5。取=0.45。（2）驗(yàn)算半剛性基層層底拉應(yīng)力時時，累計(jì)當(dāng)量軸載軸載換算累計(jì)當(dāng)量軸次 設(shè)計(jì)年限取15年，四車道的橫向分布系數(shù)=0.45。2、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)及各層材料的設(shè)計(jì)參數(shù) 參照表瀝青混合料類型的選擇和瀝青層推薦厚度，路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)為：路面面層采用瀝青混凝土，厚度為15，其中：上面層采用細(xì)粒式密級配瀝青混凝土（4cm),中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土（5cm),下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（6cm)?；鶎硬捎?5水泥碎石。底基層采用石灰土，厚度由計(jì)算確定。 各層材料的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過實(shí)測或查表取得。以設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度時，各層材料均采用20抗壓回彈模量；驗(yàn)算層底拉應(yīng)力時，瀝青混合料采用15抗壓回彈模量，15劈裂強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)