《公路設(shè)計》第十一章瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(39P)課件

1、11-1瀝青路面設(shè)計的任務(wù)、程序及原則11-2標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸次換算道橋系二七年五月第1頁，共39頁。 瀝青路面設(shè)計的任務(wù)、程序與原則 一、設(shè)計任務(wù)二、設(shè)計程序三、設(shè)計原則返回第2頁，共39頁。設(shè)計任務(wù)瀝青路面設(shè)計的任務(wù)是：確定合理的路面等級，選擇適合的路面類型，進行結(jié)構(gòu)組合設(shè)計、路面材料配合比設(shè)計及路面結(jié)構(gòu)計算等。返回第3頁，共39頁。設(shè)計程序1根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，并綜合考慮國家政治、經(jīng)濟、國防、旅游、公路等級、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和面層類型。計算在設(shè)計年限內(nèi)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的單車道的累計當(dāng)量軸次和路表設(shè)計彎沉值，容許拉應(yīng)力值。2.確定路基回彈模量值。3

2、確定路面材料的回彈模量值。4根據(jù)設(shè)計彎沉值計算路面厚度。5進行技術(shù)經(jīng)濟比較，確定采用的路面結(jié)構(gòu)方案。返回第4頁，共39頁。設(shè)計原則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)貙嵺`經(jīng)驗，按面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定的要求進行綜合設(shè)計。2應(yīng)貫徹合理選材，方便施工，利于養(yǎng)護，節(jié)約投資的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗進行路面結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、強度高穩(wěn)定性好、便于機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)濟上論證是否有必要分期修建。 4應(yīng)積極采用并推廣新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備、推行機械化施工。返回第5頁，共39頁。第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸次換算一、標(biāo)

3、準(zhǔn)軸載及其形式二、軸次換算方法三、累計當(dāng)量軸次計算返回第6頁，共39頁。標(biāo)準(zhǔn)軸載及其形式1、概念：公路上行駛的車輛種類繁雜，不同車型和不同作用次數(shù)對路面影響不同，為方便路面設(shè)計，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。2、公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范(JTJ014-97)中規(guī)定：瀝青路面設(shè)計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)軸載的計算參數(shù)按規(guī)范確定，凡軸載大干25kN小于130kN的各級軸載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)。 返回第7頁，共39頁。軸次換算方法1、等

4、效原則2、換算方法返回第8頁，共39頁。等效原則當(dāng)把混合交通量中的各級軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載時，為了保證換算前與換算后的軸載對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到相同的損壞程度為根據(jù)的。返回第9頁，共39頁。換算方法(1)、 采用路表設(shè)計彎沉值作為指標(biāo)及瀝青層面層底拉應(yīng)力驗算時,凡軸載大于 25kN 的各級軸載 Pl的作用次數(shù)叫均應(yīng)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量軸次n及總和N:式中 :N-設(shè)計年限內(nèi)某第一年整個道路斷面的標(biāo)準(zhǔn)軸載的日平均當(dāng)量軸次,次/日 ;Ni-被換算車型的各級軸載作用次數(shù),次/日 ; P-標(biāo)準(zhǔn)軸載 ,KN; pi被換算

5、車型的各級軸載 ,KN; Cl -抽數(shù)系數(shù);當(dāng)軸間距大于3m時,應(yīng)按單獨一個軸載計算,此時軸數(shù)系數(shù)為m;當(dāng)軸間距小于3m時,按雙軸或多軸計算,Ci=l+l.2(m-l)C2-輪組系數(shù),單輪組為6.4;雙輪組為1;四輪組為0.38返回下一頁第10頁，共39頁。換算方法(2)、 當(dāng)進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時,凡軸重大于50KN的各軸載(包括車輛的前、后軸)按式進行換算:返回第11頁，共39頁。累計當(dāng)量軸次計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次可用下式計算：式中：Ne設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次，次； N1路面竣工后第一年的雙向日平均當(dāng)量軸次，次日；車道系數(shù)，其余符號意義同前。t設(shè)計年限，

6、年；設(shè)計年限內(nèi)交通量的平均年增長率，應(yīng)根據(jù)調(diào)查預(yù)測分析確定。 返回第12頁，共39頁。 11-3瀝青路面設(shè)計指標(biāo)11-4土基與路面材料強度指標(biāo)道橋系二七年五月第13頁，共39頁。第三節(jié) 瀝青路面設(shè)計指標(biāo)一、路面結(jié)構(gòu)的破壞模式與設(shè)計指標(biāo) (一)路面結(jié)構(gòu)的破壞模式 (二)設(shè)計指標(biāo)二、路面設(shè)計彎沉值計算三、結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力 返回第14頁，共39頁。路面結(jié)構(gòu)的破壞模式 1沉陷 2車轍 3疲勞開裂 4推移返回第15頁，共39頁。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，有時凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象。返回第16頁，共39頁。車轍、疲勞開裂2車轍是路面結(jié)構(gòu)層及土基在行車荷載重復(fù)作用下，以及

7、結(jié)構(gòu)層中材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累計永久變形。3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。疲勞開裂的特點是首先出現(xiàn)較短的縱向開裂，繼而逐漸發(fā)展為網(wǎng)狀開裂，開裂面積不斷擴大。發(fā)生疲勞開裂的主要原因是：結(jié)構(gòu)整體強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)超過材料的疲勞強度，底面便發(fā)生開裂，并逐漸擴展延伸到表面。返回第17頁，共39頁。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。 返回第18頁，共39頁。設(shè)計指標(biāo) 1路面設(shè)計彎沉值Ld應(yīng)大于或等于路表實際可能產(chǎn)生的回彈彎沉

8、值Ls，即 LsLd 2瀝青混凝土面層和整體性材料基層(即半剛性基層)底面的容許拉應(yīng)力R作為驗算指標(biāo)，此值應(yīng)大于或等于路面中相應(yīng)結(jié)構(gòu)層底面實際可能產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力m即 m R 3瀝青面層材料的容許切應(yīng)力作為驗算指標(biāo)，此值應(yīng)大于或等于面層破裂面上實際可能產(chǎn)生的切應(yīng)力a，即 aR 返回第19頁，共39頁。路面設(shè)計彎沉值計算1、概念：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)。2、概念：路面設(shè)計彎沉值：根據(jù)設(shè)計年限內(nèi)一個車道上預(yù)測通過的累計當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層而確定的路面彎沉設(shè)計值。式中：Ld路面設(shè)計彎沉值，0.01mm，對瀝青路面系指路面溫度為20C的值；N累計當(dāng)量

9、軸次，次；Ac公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為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；粒料類面層(中低級路面)為1.3；Ab基層類型系數(shù)，對半剛性基層、底基層總厚度大于或等于20cm時，Ab1.0，其他情況見規(guī)范規(guī)定。3、例題講解 返回第20頁，共39頁。結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力 1、概念：容許拉應(yīng)力R：是路面承受行車荷載反復(fù)作用達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞拉應(yīng)力。2、計算公式： R= sP/ Ks式中：sP瀝青混凝土或半剛性結(jié)構(gòu)層材料的劈裂強度，MPa，由試驗確定

10、；Ks抗拉強度結(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)層材料劈裂強度，對瀝青混凝土系指15C時的劈裂強度；對石灰土、二灰、二灰土等強度低的材料，系指6個月齡期的劈裂強度；其他穩(wěn)定類基層材料，均指90日齡期的劈裂強度。返回第21頁，共39頁。第四節(jié) 土基與路面材料強度指標(biāo)一、路基受力與工作區(qū)二、土基回彈模量的確定方法三、路面材料設(shè)計參數(shù)的確定方法返回第22頁，共39頁。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)計應(yīng)使路基受力時盡可能只產(chǎn)生彈性變形，而當(dāng)車輛駛過后，路基

11、變形可以恢復(fù)原狀，以確保路基的相對穩(wěn)定，而不致引起路面破壞。2、路基的工作區(qū)某一區(qū)域可看做是支承路面、受車輛荷載作用影響較大的范圍，這一深度范圍稱為路基的工作區(qū)返回第23頁，共39頁。土基回彈模量的確定方法1、概念：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。2、確定方法：現(xiàn)場實測：室內(nèi)實驗法 換算法 查表法： 返回第24頁，共39頁。路面材料設(shè)計參數(shù)的確定方法 1、按有關(guān)規(guī)程的規(guī)定實測材料設(shè)計參數(shù)，并確定各層材料回彈模量和抗拉強度的設(shè)計值。 2、 (1)半剛性材料的抗壓回彈模量，按公路工程無機結(jié)合科穩(wěn)定材料試驗規(guī)程(JTJ05794)中T0801-94叫規(guī)

12、定的頂面法測定。瀝青混合料的抗壓回彈模量測試方法應(yīng)按公路工程瀝青及瀝青混合試驗規(guī)程(JTJ 0522000)中T0713-2000規(guī)定的方法進行。 (2)瀝青混合料的劈裂強度按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程（JTJ052）中T0716-93規(guī)定進行，試驗溫度為15C。半剛性材料的劈裂強度按公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程(JTJ057)中T 0806一94有加載壓條的方法進行。返回第25頁，共39頁。 11-5瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計11-6新建路面的結(jié)構(gòu)層厚度計算11-7原有路面補強設(shè)計道橋系二七年五月第26頁，共39頁。第五節(jié) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則二、瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的選擇

13、1路面等級和面層類型的選擇 2基層類型的選擇三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計 返回第27頁，共39頁。結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則 (1)因地制宜，合理選材 (2)方便施工，利于養(yǎng)護 (3)分期修建，逐步提高 (4)整體考慮，綜合設(shè)計 (5)考慮氣候因素和水溫狀況的影響 返回第28頁，共39頁。瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計1 根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能組合2 強度組合3合理的層問組合4考慮自然水溫條件的不利影響5適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和厚度返回第29頁，共39頁。壓實土基透層 基層墊層根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能組合封層 面層粘層 聯(lián)結(jié)層天然土基 柔性路面常用斷面返回第30頁，共39頁。強度組合路面各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強度自上而下遞減的方式組合。規(guī)范要求基層同

14、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)。返回第31頁，共39頁。3合理的層問組合各結(jié)構(gòu)層材料具有不同的特性，在組合時，應(yīng)注意相鄰層次的互相影響，采取措施限制或消除所產(chǎn)生的不利影響。 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。 4考慮自然水溫條件的不利影響 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。返回第32頁，共39頁。第六節(jié) 新建路面的結(jié)構(gòu)層厚度計算一、基本原則和有關(guān)規(guī)定二、路面厚度計算步驟三、路面結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗算步驟 返回第33頁，共39頁。基本原則和有關(guān)規(guī)定1、為了使多層次的

15、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算更符合實際情況,目前我國的瀝青路面設(shè)計規(guī)范采用多指標(biāo)控制路面結(jié)構(gòu)設(shè)計,同時把路面的結(jié)構(gòu)組合、厚度計算甜可科組成設(shè)計統(tǒng)籌考慮,并采用多層彈性體系理論計算路面結(jié)構(gòu)層厚度,對高速公路、一級公路、二級公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層應(yīng)進行拉應(yīng)力驗算。2、我國現(xiàn)行規(guī)范采用完全連續(xù)體系為層間接觸條件。 返回第34頁，共39頁。路面厚度計算步驟1確定單車道累計當(dāng)量袖次Ne。2對選定的結(jié)構(gòu)組合，擬定某一層位作為設(shè)計層層位。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，可選任一層作為設(shè)計層；當(dāng)采用半剛性基層、粒料類材料為底

16、基層時，應(yīng)擬定面層、底基層厚度，以半剛性基層為設(shè)計層；當(dāng)采用柔性基層、底基層的瀝青路面時，宜擬定面層、底基層的厚度，求算基層厚度。此時若求得基層厚度過厚時，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)強度和穩(wěn)定性。3確定設(shè)計彎沉值Ld。4確定路面材料設(shè)計參數(shù)。 在初步設(shè)計階段應(yīng)選用沿線材料和外購材料進行配合比設(shè)計。在選定配合比的基礎(chǔ)上，按有關(guān)規(guī)程的規(guī)定實測材料設(shè)計參數(shù)，并論證地確定各層材料(瀝青混合料在15C、20C時)的抗壓回彈模量E1和劈裂強度PS、抗拉強度結(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)某車道累計軸次Ne、設(shè)計彎沉值Ld、各結(jié)構(gòu)層的回彈

17、模量E1與劈裂強度PS、土基回彈模量E0、已知結(jié)構(gòu)層的厚度hi等利用專用設(shè)計程序即可求得某一結(jié)構(gòu)層的厚度。 返回第35頁，共39頁。路面結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗算步驟 (l)確定路面材料設(shè)計參數(shù) 確定各結(jié)構(gòu)層的劈裂強度PS、容許拉應(yīng)力R，路面設(shè)計彎沉值Ld。(2)確定系數(shù) 確定公路等級系數(shù)、面層類型系數(shù)、基層類型系數(shù)、路面設(shè)計年限、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)計彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時，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)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次；當(dāng)進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時應(yīng)確定出相對應(yīng)的路面竣工后第一年的日當(dāng)量軸次、設(shè)計年限內(nèi)個車道上的累計當(dāng)量軸次。(4)根據(jù)以上的計算參數(shù)利用專用設(shè)計程序即