瀝青路面設計

瀝青路面設計第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計進行路面設計方案的技術經(jīng)濟比較，選擇技術先進，經(jīng)濟合理，安全可靠的方案。3、應結合當?shù)貙嵺`基礎，積極推廣成熟的科研成果，積極、慎重地運用行之有效的新材料、新工藝、新技術。4、路面設計方案應充分考慮沿線環(huán)境的保護、自然生態(tài)的平衡，有利于施工、養(yǎng)護工作人員的健康與安全。5、為確保工程質量，應盡可能選擇有利于機械化、工廠化施工的設計方案。6、對于地處不良地基的路段，為適應路基沉降、穩(wěn)定周期較長的特點，路面結構可以遵循“一次設計，分期修建”的方案。第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計三、瀝青路面結構設計理論與方法可分為經(jīng)驗法和力學—經(jīng)驗法兩大類。經(jīng)驗法主要通過對試驗路或使用道路的實驗觀測，建立路面結構、車輛荷載和路面使用性能三者之間的關系。力學—經(jīng)驗法應用力學原理分析路面結構在荷載與環(huán)境作用下的力學響應量，建立力學響應量與路面使用性能之間的關系模型，路面設計按使用要求，運用關系模型完成結構設計。我國現(xiàn)行的規(guī)范采用彈性層狀體系作為力學分析基礎理論，以雙圓垂直均布荷載作用下的路面整體沉降和結構層的層底拉應力作為設計指標，以疲勞效應為基礎，處理軸載標準化轉換與軸載多次重復作用效應。第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計四、瀝青路面交通等級1、路面設計年限—見表14-1規(guī)定；2、標準軸載及軸載當量換算—各個國家都有根據(jù)本國國情確定的標準軸載。我國路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載。行駛的車輛型號多樣，由于不同力學參數(shù)的疲勞效應不同，我國規(guī)定，當量軸載換算分以下三種情況進行：A、當以彎沉值和瀝青層的層底拉應力為設計指標時，按式（14-1）來換算；B、當以半剛性材料結構層的層底拉應力為設計指標時，按式（14-3）完成軸載當量換算；C、對于貧混凝土基層以底拉應力為設計指標時，按式第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計（14-5）來完成。3、設計年限累計當量標準軸載數(shù)設計年限內一個車道通過的累計當量標準軸次數(shù)按式（14-6）來計算。4、交通等級路面結構在設計年限內承擔交通荷載的繁重程度以交通等級來劃分。我國瀝青路面按承擔交通荷載的輕重劃分為輕交通、中等交通、重交通和特重交通四級。我國瀝青路面交通等級的劃分按兩種方法進行：一是以設計年限內一個車道通過的標準當量軸次進行劃分；二是以營運車輛中的大客車、中型貨車、大型貨車、拖掛車等車型在一個車道上的日平均車數(shù)進行劃分。第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計第二節(jié)彈性層狀體系理論簡介一、基本假設與解題方法通常將路面結構視為彈性半空間地基上由若干個具有一定厚度材料組成的彈性層狀體系，并假設：1、各層由均質、連續(xù)、均勻、各向同性的線彈性材料組成，用彈性模量和泊松比表征其彈性參數(shù)；2、最下一層為水平方向和豎直向下方向無限延伸的半無限體；3、各層在水平方向無限遠處及最下層無限深處的應力、變形和位移為零；4、各層分界面上的應力和位移完全連續(xù)，或者僅豎向應力和位移連續(xù)，而層間無摩擦；5、不計各層材料自重第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計根據(jù)相關理論，得到計算公式（14-16），該式為雙層彈性體系計算公式。彈性三層體系由兩個彈性層以及彈性半空間體組成。第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計第三節(jié)瀝青路面結構組合設計瀝青路面通常由瀝青面層、基層、底基層、墊層等多層結構組成。瀝青路面結構組合設計應遵循以下原則：1、保證路面表面使用品質長期穩(wěn)定。2、路面各結構層的強度、抗變形能力與各層次的力學響應相匹配。3、直接經(jīng)受溫度、濕度等自然因素變化而造成強度、穩(wěn)定性下降的結構層次應提高其抵抗能力。4、充分利用當?shù)夭牧希?jié)約外運材料，做好優(yōu)化選擇，降低建設與養(yǎng)護費用。第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計一、瀝青面層結構瀝青面層可分為單層、雙層、三層。雙層結構分為表面層、下面層；三層結構分為表面層、中間層、下面層。表面層應具有平整密實、抗滑耐磨、穩(wěn)定耐久等服務功能，同時應具有高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗老化等品質。中、下面層應具有一定的密水性、抗剝離性，高溫或重載條件下，瀝青混合料具有較高的抗剪強度；下面層應具有良好的抗疲勞裂縫的性能和兼顧其他性能要求。高速公路、一級公路一般選用三層瀝青面層結構，二級、三級以下等級公路一般采用雙層式瀝青面層，三級、四級公路一般可采用雙層瀝青表面處治結構。第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計二、瀝青路面基層結構基層結構是承上啟下保證路面結構耐久、穩(wěn)定的承重結構層，因此要求基層具有較高的強度、穩(wěn)定性和耐久性。瀝青路面的基層按材料和力學特性的不同，可分為柔性基層、半剛性基層和剛性基層三種。1、柔性基層主要采用瀝青處治的級配碎石和無結合料的級配碎石修筑基層。通常瀝青碎石適用于中等交通及更高交通等級的柔性基層；而無結合料的級配碎石適用于交通等級較低的，中等交通以下的瀝青路面基層。2、半剛性基層主要采用水泥、石灰或工業(yè)廢渣等無機結合料，對級配第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計集料作穩(wěn)定處理的基層結構。半剛性基層的主要缺點是它本身的收縮裂縫難以避免。3、剛性基層采用低強度等級混凝土修筑基層混凝土板，板上鋪筑瀝青面層?；鶎咏Y構的厚度主要應滿足強度與剛度的設計要求，在厚度設計時，應逐層進行驗算。除此之外，還應考慮施工的可行性和材料規(guī)格對厚度的影響。三、瀝青路面墊層結構位于基層以下，主要用于路基狀況不良路段，以確保路面結構不受路基中滯留的自由水的浸蝕以及凍融的危害。在下列情況下要設置墊層：第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計（1）地下水位高，排水不良，路基經(jīng)常處于潮濕、過濕狀態(tài)的路段；（2）排水不良的土質路塹，有裂隙水、泉眼等水文不良的巖石挖方路段；（3）季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段，可能產生凍脹需設防凍墊層的路段；（4）基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段。從墊層設置的目的看，墊層可分為：防水墊層、排水墊層、防污墊層、防凍墊層。四、瀝青路面層間結合瀝青面層與基層之間應設置透層瀝青或粘層瀝青；瀝青面層由兩層或三層組成又不能連續(xù)攤鋪時，則在鋪上層第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計之前徹底清掃下層表面的灰塵、泥土、油污等有可能破壞層間結合的有害物質，然后設粘層瀝青。透層瀝青、粘層瀝青，單層表處下封層，稀漿封層下封層的材料規(guī)格、用量應根據(jù)地區(qū)氣候特點，施工季節(jié)和結構類型的不同，選定。第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計第四節(jié)我國瀝青路面設計方法采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性體系理論，以路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層彎拉應力、半剛性及剛性材料基層彎拉應力為設計指標進行路面結構厚度設計。一、設計指標與極限標準彎沉與彎拉應力是目前各種力學經(jīng)驗法普遍采用的設計控制指標。路面結構的路表彎沉表征路面結構在設計標準軸載作用下，垂直方向的位移。彎沉是表征路面結構總體剛度的指標。我國規(guī)定路面設計彎沉值由公式（14-21）確定。第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計對于柔性基層瀝青路面或組合基層瀝青路面，由于柔性基層材料以粒狀結構為主，不承擔彎拉應力，所以瀝青面層承受較大的輪載彎矩，整個路面結構的極限狀態(tài)可能首先出現(xiàn)在瀝青面層底部，形成初始裂縫，然后在車輪反復作用下逐步擴展，瀝青面層形成斷裂裂縫。因此，對于柔性基層和組合基層的瀝青面層，在路面結構設計中必須驗算彎拉應力是否超出材料允許的極限標準。我國規(guī)范規(guī)定，瀝青面層和基層層底拉應力作為瀝青路面結構設計的第二項設計控制指標。彎拉應力設計控制指標容許拉應力按式（14-24）計算。二、路面結構厚度設計方程式與設計參數(shù)瀝青路面設計必須滿足兩個式子（14-25）（14-26）第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計1、計算路表彎沉值按式（14-27）計算；2、計算結構層底拉應力按式（14-29）計算；3、路基回彈模量彈性模量并不是定值，工程上通常采用承載板試驗或彎沉測定的方法確定路基土和路基材料回彈模量值，并將這種回彈模量作為彈性模量用于計算。當前，確定路基回彈模量的常用方法有：（1）現(xiàn)場實測法—按式（14-30～33）計算；（2）查表法——確定臨界高度；擬定土的平均稠度；預估路基回彈模量。第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計（3）室內試驗法—用小承載板測得回彈模量，然后乘以折減系數(shù)；（4）換算法—見表14-134、結構層回彈模量各結構的回彈模量均應采用抗壓回彈模量。5、結構層材料的彎拉極限強度我國規(guī)范規(guī)定采用間接拉伸試驗，即劈裂試驗來確定結構層材料的彎拉極限強度。三、新建路面厚度設計計算步驟：1、根據(jù)設計任務書的要求，確定路面等級和面層類型，計算設計年限內一個車道的累計當量軸次和設計彎沉值；2、按路基土類型與干濕類型，將路基劃分為若干路段，確定各路段土基的回彈模量值；第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計3、擬定幾種可能的路面結構組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進行配合比試驗及測定各結構層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度，確定各結構層材料設計參數(shù)；4、根據(jù)設計彎沉值計算路面厚度。5、進行技術經(jīng)濟比較，確定采用的路面結構方案。五、瀝青路面改建設計改建設計應遵循以下原則：當原有路面需抽高等級時，對不符合技術標準的路段應先進行線形改善，改線路段路面按新建路面設計；對于加寬路面、提高路基、調整縱坡的路段應視具體情況按新建或改建路面設計；對于在原路面上補強時，按改建路面設計。第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計1路面結構狀況調查與評定（1）路面結構狀況調查交通調查、路基狀況調查、路面狀況調查、路面修建與養(yǎng)護資料調查。（2）路面結構承載力調查確定路面的計算彎沉時，應將全線分段，分段應考慮的因素：A、同一路段路基的干濕類型與土質基本相同；B、在同一路段內，各測點的彎沉值比較接近；C、各路段的最小長度應與施工方法相適應。原路面當量回彈模量的計算按公式（14-42）計算。第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計3、補強厚度的計算在確定出原有路面的當量回彈模量以后，可采用彈性層狀理論進行補強層厚度的計算。若補強層為單層，以雙層彈性體系為設計計算的力學模型；補強N-1層時，以N層彈性體系為力學模型。第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計第五節(jié)外國瀝青路面設計方法簡介一、美國AASHTO設計方法1、設計變量（1）時間約束—鼓勵對交通量大的工程采用較長的分析年限。（2）交通—設計方法以預計的80KN累計當量單軸荷載為根據(jù)，并考慮交通量的逐年增長系數(shù)和車道分布系數(shù)。（3）可靠度—是將某種可靠程度納入設計過程的方法，以確保各種設計方案在分析年限內一直有效的可靠概率。分析年限至少包括一次大修期，因而應等于或大于工作年限。工作年限是指兩次大修之間的時間。（4）環(huán)境影響—主要考慮當?shù)販囟?、溫度與試驗路有差別，影響到路基的脹縮與凍脹。第21頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設計（5）耐用性指數(shù)—以使用者主觀感覺及某些物理量測定為依據(jù)，評定時由幾個人在路上駕車行駛，以經(jīng)驗為基礎進行判斷，按五級分別打分，綜合這些人的評分，推求出被評定路面的耐用性指數(shù)。2、設計方程式（1）初始方程式—式（14-53）所示；（2）修正方程式—土基與環(huán)境修正，式（14-54）；降水、排水條件修正，式（14-55）；可靠度保證率修正，式（14-56）；最終修正后的方程式，式（14-57）。二、Shell法通過分析路面破壞狀態(tài)提出設計標準，建立路面模型并進行力學計算，通過試驗獲取路面材料參數(shù)，從而得出一種體系完整的設計方法。第22頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月第十四章瀝青路面設