第十一章 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第十一章瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第十一章瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一節(jié)概述第二節(jié)損壞形式與設(shè)計(jì)控制指標(biāo)第三節(jié)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)第四節(jié)新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)第五節(jié)瀝青路面改建設(shè)計(jì)第一節(jié)概述一、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求內(nèi)容：原材料的調(diào)查與選擇、瀝青混合料配合比以及基層材料配合比設(shè)計(jì)、各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)試與選定、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)層厚度驗(yàn)算以及路面結(jié)構(gòu)方案的比選等。對(duì)于高速公路和一級(jí)公路，除了行車(chē)道路面外，路面設(shè)計(jì)還包括路緣帶、匝道、硬路肩、加減速車(chē)道、緊急停車(chē)帶、收費(fèi)站和服務(wù)區(qū)場(chǎng)面的設(shè)計(jì)，以及路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。要求：為汽車(chē)行駛提供快速、舒適、安全、穩(wěn)定的服務(wù)功能，并須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)交通量下應(yīng)具有足夠的整體剛度（即承載能力）及各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力應(yīng)變的要求。

瀝青路面技術(shù)指標(biāo)現(xiàn)代高等級(jí)道路瀝青路面應(yīng)符合下表11-1的各項(xiàng)技術(shù)要求。項(xiàng)目目標(biāo)值測(cè)試方法路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度彎沉ls≤ld,及拉應(yīng)力σm≤σR程序計(jì)算路表面平整度國(guó)際平整度指數(shù)IRI平整度測(cè)試儀、多輪儀路表面抗滑性能橫向力系數(shù),構(gòu)造深度橫向力系數(shù)SFC60,鋪砂法或激光法瀝青混合料高溫穩(wěn)定性動(dòng)穩(wěn)定度60℃,0.7MPa輪碾車(chē)轍試驗(yàn)瀝青混合料低溫抗裂性能極限拉應(yīng)變0或－10℃,50mm/min瀝青混合料水穩(wěn)定性?xún)鋈谂言囼?yàn)強(qiáng)度比凍融劈裂試驗(yàn)二、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則1、根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然條件密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將路基路面作為一個(gè)整體考慮，進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。2、遵循“因地制宜、合理選材等原則進(jìn)行路面設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3、結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐基礎(chǔ)，積極推廣成熟的科研成果4、充分考慮沿線(xiàn)環(huán)境的保護(hù)、自然生態(tài)的平衡，有利于施工、養(yǎng)護(hù)工作人員的健康與安全6、對(duì)于地處不良地基的路段，路面結(jié)構(gòu)可以遵循“一次設(shè)計(jì)，分期修建”的方案

5、盡可能選擇有利于機(jī)械化、工廠化施工的設(shè)計(jì)方案

三、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可分為經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)法及解析（或理論）法兩大類(lèi)型。（一）經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)法是以已往的修建和使用經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。如果路面結(jié)構(gòu)的材料、環(huán)境和受荷條件同經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)法制定時(shí)所依據(jù)的相似，那么按此方法設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)可以得到滿(mǎn)意的使用效果。由于環(huán)境條件的差異、軸載和交通量的迅速增長(zhǎng)、新材料的涌現(xiàn)，不斷地提出把經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式外延的要求，經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)法就不再適用。（二）解析（或理論）法解析法是以結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，按設(shè)計(jì)荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移量不超過(guò)路面任意結(jié)構(gòu)層中材料所容許的范圍，來(lái)選擇和確定鋪面結(jié)構(gòu)層的組合及其尺寸。這類(lèi)設(shè)計(jì)方法的特征是：①選擇一個(gè)合適的力學(xué)模型來(lái)代替現(xiàn)實(shí)的路面結(jié)構(gòu)，尋求此模型中應(yīng)力、應(yīng)變和位移方程的解；②表征各結(jié)構(gòu)層中的材料在相應(yīng)的環(huán)境和加載條件下的力學(xué)性質(zhì)；③定義以基本的應(yīng)力、應(yīng)變和位移量表示的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（或指標(biāo)）；④用簡(jiǎn)便的方式表示設(shè)計(jì)體系和步驟。我國(guó)的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以解析法為的設(shè)計(jì)方法，然而，由于影響因素復(fù)雜、材料和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變異性大，對(duì)荷載和環(huán)境的影響認(rèn)識(shí)得還不夠充分，結(jié)構(gòu)分析和使用性能之間尚未建立起定量的內(nèi)在聯(lián)系，采用解析法設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)還存在著許多不足，需要依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)予以補(bǔ)充。第二節(jié)損壞形式與設(shè)計(jì)控制指標(biāo)一、瀝青路面的損壞形式常見(jiàn)的瀝青路面破損類(lèi)型有如下四類(lèi)：①裂縫類(lèi)破損：包括龜裂、塊裂及各類(lèi)單根裂縫等；②變形類(lèi)破損：包括車(chē)轍、沉陷、擁包、波浪等；③松散類(lèi)破損：包括掉粒、松散、剝落、脫皮等引起的集料散失、坑槽等；④其他破損：包括泛油、磨光（抗滑性能差）等。（一）裂縫裂縫橫向裂縫

縱向裂縫

網(wǎng)狀裂縫

由單根裂縫發(fā)展而引起，春融期間反復(fù)的凍融交替等原因

荷載型裂縫

非荷載型裂縫

橫向裂縫的主要形式；形成原因復(fù)雜，最主要的是溫縮裂縫和半剛性基層開(kāi)裂引起的反射性裂縫

路面承載能力下降、強(qiáng)度不足以承擔(dān)車(chē)輛荷載或者反復(fù)循環(huán)荷載作用引起的疲勞所產(chǎn)生

產(chǎn)生的原因多種：荷載作用過(guò)大，承載能力不足，縱向接縫沒(méi)有做好，車(chē)轍裂縫等（二）車(chē)轍車(chē)轍是渠化交通的高等級(jí)道路瀝青路面的主要損壞形式之一。在正常情況下，瀝青路面的車(chē)轍有三種類(lèi)型（或三種機(jī)理）。（1）第一種類(lèi)型是由路面基層及路基變形引起的。發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)層的永久性變形，寬度較大，兩側(cè)沒(méi)有隆起現(xiàn)象，橫斷面呈“V”形（2）第二種類(lèi)型是在溫度較高的季節(jié)，經(jīng)車(chē)輛反復(fù)碾壓下產(chǎn)生永久變形和塑性流動(dòng)而逐漸形成的瀝青混凝土的側(cè)向流動(dòng)變形。出現(xiàn)側(cè)向隆起，成“W”形車(chē)轍。（3）第三種類(lèi)型是輪胎（冬季埋釘）形成的磨損性車(chē)轍，主要發(fā)生在冰雪嚴(yán)重的寒冷地區(qū)。

（三）水損害

水損害是指瀝青路面在水的作用下，瀝青逐漸喪失與礦料的粘結(jié)力，從集料表面脫落，在車(chē)輛的作用下瀝青面層呈現(xiàn)松散狀態(tài)，以致集料從路面脫落形成坑槽。造成瀝青路面的水損害的原因是多方面的，其主要表現(xiàn)為以下幾方面：（1）瀝青混合料的空隙率較大，施工時(shí)壓實(shí)不足，更使空隙率變大。（2）許多路面沒(méi)有考慮設(shè)置完善的路面內(nèi)部排水結(jié)構(gòu)體系。（3）使用了與瀝青粘附性不好甚至很差的中性或者酸性石料，界面上容易為水浸入，降低粘附性。（四）表面功能下降瀝青路面在使用過(guò)程中，在車(chē)輪反復(fù)滾動(dòng)摩擦的作用下，集料表面被逐漸磨光，有時(shí)還伴有瀝青的不斷上翻、泛油，導(dǎo)致瀝青面層表面光滑，尤其在雨季常會(huì)因此而釀成車(chē)禍。采用敏感性比較大的瀝青混合料級(jí)配類(lèi)型有關(guān)。（五）松散和坑槽由于面層材料組合不當(dāng)或施工質(zhì)量差，結(jié)合料含量太少或粘結(jié)力不足，使面層混合料的集料間失去粘結(jié)而成片散開(kāi)，稱(chēng)為松散。網(wǎng)裂的后期，碎塊被行車(chē)荷載繼續(xù)碾碎，并被帶離路面形成坑槽。原因：瀝青與礦料之間的粘附性較差，混合料加熱溫度過(guò)高，瀝青老化。二、設(shè)計(jì)控制指標(biāo)由于瀝青路面損壞模式的多樣化，各種損壞對(duì)路面使用性能有不同性質(zhì)和程度的影響，瀝青路面設(shè)計(jì)不能像其他結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)那樣，僅選用一種損壞模式作為臨界狀態(tài)和選用單一的指標(biāo)作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而必須是多種臨界狀態(tài)和多項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在瀝青路面的各項(xiàng)損壞模式中，有些損壞是由于面層材料的組成不當(dāng)或者施工和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量欠佳所引起的（如松散和泛油等），它不屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮的范圍；有些損壞（如沉陷）在通常情況下，通過(guò)采用改善路基水溫狀況和加設(shè)墊層以減小路基應(yīng)力等結(jié)構(gòu)組合措施，完全可以避免出現(xiàn)；還有些損壞（如反射裂縫）則通過(guò)采取與荷載、溫度或材料特性相適應(yīng)的材料組成設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施可以使之避免出現(xiàn)或減輕其危害程度。通常認(rèn)為：疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍（永久變形）和低溫開(kāi)裂是導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞的三項(xiàng)最主要的損壞模式，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)予著重考慮。：（一）疲勞開(kāi)裂路面材料在出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂前所能承受的荷載重復(fù)作用次數(shù)，稱(chēng)為疲勞壽命。疲勞壽命的大小，與組成材料的特性、環(huán)境條件（溫度）以及路面所受到重復(fù)應(yīng)變（或應(yīng)力）級(jí)位的大小有關(guān)。以疲勞開(kāi)裂作為臨界狀態(tài)的設(shè)計(jì)，可以選用瀝青層底面的拉應(yīng)變（或拉應(yīng)力）作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)軸載在當(dāng)量疲勞溫度時(shí)產(chǎn)生的瀝青層底面拉應(yīng)變（或拉應(yīng)力）不大于該材料在該溫度條件下的容許疲勞拉應(yīng)變（或拉應(yīng)力）作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類(lèi)基層，由于剛度較大（相對(duì)于墊層或土基）而易出現(xiàn)較大的徑向拉應(yīng)力，應(yīng)控制其底面的最大拉應(yīng)力不大于基層材料的容許疲勞拉應(yīng)力，以免產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂并導(dǎo)致面層斷裂。

（二）路表回彈彎沉路表面在荷載作用下的回彈彎沉量，反映了路基路面結(jié)構(gòu)的整體剛度。彎沉的大小與路面的使用狀態(tài)（疲勞開(kāi)裂和塑性變形量）之間存在著一定的內(nèi)在關(guān)系；回彈彎沉量越大，相應(yīng)的塑性變形量也越大，而出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂的機(jī)率越高（亦即，能承受的軸載作用次數(shù)越?。８鶕?jù)路面使用狀態(tài)和使用年限的要求，可以確定一次荷載（標(biāo)準(zhǔn)軸載）作用下路面的容許回彈彎沉量。路面以回彈彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，是以路基路面結(jié)構(gòu)表面在雙圓均布荷載作用下輪隙中心處的實(shí)測(cè)路表彎沉值小于或等于設(shè)計(jì)彎沉值作為確定瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（三）車(chē)轍（永久變形）車(chē)轍是路基和路面各結(jié)構(gòu)層在荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生的塑性變形的累積。車(chē)轍的深度與重復(fù)應(yīng)力的大小、作用次數(shù)、路基和路面各結(jié)構(gòu)層材料的模量以及溫度狀況有關(guān)。

以車(chē)轍作為臨界狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，選用車(chē)轍深或永久變形量作為指標(biāo)，限定設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累積車(chē)轍深或永久變形量不超出行駛質(zhì)量和行車(chē)安全所容許的車(chē)轍深或永久變形量。（四）低溫開(kāi)裂與荷載因素?zé)o關(guān)、適用于寒冷地區(qū)。溫度下降時(shí)，面層材料因收縮受阻而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不大于該溫度下瀝青材料的抗拉強(qiáng)度。還應(yīng)在抗滑性和平整度方面另外提出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)瀝青路面是多層次結(jié)構(gòu)物。結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，在設(shè)計(jì)之前必須進(jìn)行地質(zhì)、環(huán)境、氣候和水文狀況的調(diào)查。根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)情況，確定滿(mǎn)足密實(shí)、抗滑、耐久的路面結(jié)構(gòu)方案，合理設(shè)計(jì)各層路面結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足使用要求。瀝青路面結(jié)構(gòu)層次的合理選擇和安排，是整個(gè)路面結(jié)構(gòu)是否能在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)承受行車(chē)荷載和自然因素的共同作用，同時(shí)又能發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的最大效能，使整個(gè)路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵。一、瀝青路面典型結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)基層類(lèi)型，瀝青路面結(jié)構(gòu)可組合成四種典型結(jié)構(gòu)形式：（1）半剛性基層瀝青路面——在半剛性基層上設(shè)有較薄的瀝青層結(jié)構(gòu)。（2）柔性路面——各結(jié)構(gòu)層由瀝青混合料，或?yàn)r青貫入碎石、或冷拌瀝青混合料、級(jí)配碎石、砂礫等柔性材料組成，無(wú)半剛性材料層的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。（3）剛性基層瀝青路面——采用貧混凝土、混凝土等基層的瀝青路面。（4）混合基層瀝青路面——在半剛性材料或剛性材料層與瀝青面層之間設(shè)置柔性基層的路面結(jié)構(gòu)。二、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)原則根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論分析，結(jié)構(gòu)組合時(shí)宜考慮下述幾方面的原則：（1）按道路的等級(jí)及交通繁重程度選擇面層的類(lèi)型和厚度；（2）滿(mǎn)足對(duì)各結(jié)構(gòu)層（面層、基層和墊層）的相關(guān)功能要求；（3）適應(yīng)各結(jié)構(gòu)層的荷載應(yīng)力分布特性；（4）要顧及各結(jié)構(gòu)層本身的結(jié)構(gòu)特性；（5）考慮當(dāng)?shù)厮臓顩r的不利影響；（6）選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層數(shù)和層厚，以便利施工；（7）協(xié)調(diào)行車(chē)道與路肩部分的鋪面結(jié)構(gòu)，考慮表面水和結(jié)構(gòu)內(nèi)部自由水的疏導(dǎo)和排放；（8）顧及當(dāng)?shù)氐氖褂媒?jīng)驗(yàn)、已有習(xí)慣和施工技術(shù)水平。三、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)方法（一）按各結(jié)構(gòu)層功能及其使用要求選擇結(jié)構(gòu)層次

1、面層面層是直接承受輪荷載反復(fù)作用和各種自然因素影響，并將荷載傳遞到基層以下的結(jié)構(gòu)層，面層應(yīng)滿(mǎn)足表而功能性和結(jié)構(gòu)性的使用要求。

面層一般為單層、雙層。雙層結(jié)構(gòu)稱(chēng)為表面層、下面層；若采用三層結(jié)構(gòu)可稱(chēng)表面層、中面層、下面層。瀝青路面表面層應(yīng)具有平整密實(shí)、抗滑耐磨、穩(wěn)定耐久的服務(wù)功能，同時(shí)應(yīng)具用高溫抗車(chē)轍、抗低溫開(kāi)裂、抗老化等品質(zhì)。舊路面可加設(shè)磨耗層以改善表面服務(wù)功能。中、下面層應(yīng)密實(shí)、基本不透水，并具有高溫抗車(chē)轍、抗剪切、抗疲勞的力學(xué)性能。瀝青面層分為熱拌瀝青混合料、冷拌瀝青混合料、瀝青貫入式、瀝青表面處治與稀漿封層等幾種類(lèi)型。

2、基層與底基層瀝青路面面層下設(shè)置基層的主要作用有以下幾個(gè)方面：①承受行車(chē)荷載的作用，它作為道路的主要承重層和面層一起將車(chē)輪荷載的反復(fù)作用傳布到底基層、墊層和土基；②增加道路整體強(qiáng)度和面層的疲勞抗力，防止或減輕面層裂縫的出現(xiàn)；③緩解土基不均勻凍脹或不均勻體積變形對(duì)面層的不利影響；④為面層施工機(jī)械提供穩(wěn)定的行駛面和工作面?；鶎右?具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在冰凍地區(qū)具有一定的抗凍性；高級(jí)路面下的半剛性基層應(yīng)具有較小的收縮變形和較強(qiáng)的抗沖刷能力；表面平整、密實(shí)，拱度與面層一致，高程符合要求。底基層是設(shè)置在基層之下并與面層、基層一起承受車(chē)輪荷載反復(fù)作用的次要承重層，因此，對(duì)底基層材料的技術(shù)指標(biāo)要求可比基層材料略低，底基層也可分為上、下底基層。基層、底基層設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹就地取材、就近取材的原則，認(rèn)真做好當(dāng)?shù)夭牧系恼{(diào)查，根據(jù)交通量及其組成、氣候條件、筑路材料以及路基水文狀況等因素，選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)?；鶎涌蛇x用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類(lèi)或?yàn)r青混合料、粒料、貧混凝土等材料，底基層應(yīng)充分利用沿線(xiàn)地方材料，可采用無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒士類(lèi)或粒料類(lèi)等?；鶎?、底基層厚度應(yīng)根據(jù)交通量大小、材料力學(xué)性能和擴(kuò)散應(yīng)力的效果，充分發(fā)揮壓實(shí)機(jī)具的功能，以及有利于施工等因素選擇各結(jié)構(gòu)層的厚度。各結(jié)構(gòu)層的材料變化不宜過(guò)于頻繁，應(yīng)有利于施工組織、管理與質(zhì)量控制。3、墊層墊層是設(shè)置在底基層與土基之間的結(jié)構(gòu)層，起排水、隔水、防凍、防污及減下層間模量比、降低半剛性底基層拉應(yīng)力的作用。為排除路面、路基中滯留的自由水，確保路面結(jié)構(gòu)處于干燥或中濕狀態(tài)。下列情況下的路基應(yīng)設(shè)置墊層：①地下水位高，排水不良，路基經(jīng)常處于潮濕、過(guò)濕狀態(tài)的路段；②排水不良的土質(zhì)路塹，有裂隙水、泉眼盼等水文不良的巖石挖方路段；季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段，可能產(chǎn)生凍脹需設(shè)防凍層的路段；基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段。墊層材料可選用粗砂、砂礫、碎石、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。為防止軟弱路基污染粒料底基層、墊層，或?yàn)楦魯嗟叵滤挠绊?，可在路基頂面設(shè)土工合成材料隔離層。墊層應(yīng)與路基同寬，其最小厚度為15cm。一般來(lái)說(shuō)，面層、基層（底基層）和墊層是路面結(jié)構(gòu)層的基本組成，各級(jí)道路應(yīng)根據(jù)具體情況設(shè)置必要的結(jié)構(gòu)層，但是，對(duì)三、四級(jí)公路最少也不得低于兩層，即面層和基層。4、路（土）基路（土）基，特別是路床部分，是路面結(jié)構(gòu)的支承體。路面對(duì)路（土）基的基本要求是密實(shí)、均勻和水穩(wěn)定。應(yīng)采取各項(xiàng)技術(shù)措施，以減少土基的不均勻變形：（1）對(duì)于軟弱地基，應(yīng)進(jìn)行加固處理以減少工后沉降量（殘余沉降量）和不均勻沉降量；（2）對(duì)潮濕、過(guò)濕路基或軟弱路基的上部，采用低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料（石灰、水泥）穩(wěn)定或者換填砂（砂礫）、碎石等粒料，以保障路床部分土的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性；路床頂面的回彈模量值應(yīng)不小于30MPa或不小于25MPa；（3）選用優(yōu)質(zhì)填料，合理安排填筑順序，以避免或減輕膨脹和收縮引起的不均勻變形；（4）適當(dāng)控制壓實(shí)時(shí)的含水量，按要求壓實(shí)度進(jìn)行充分壓實(shí)，以提供塑性變性小且支承均勻的土基；（5）充分考慮路基地表和地下排水，以改善土基的水文狀況。

（二）按各結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力分布特性作用在路面上的行車(chē)荷載，通常包括垂直力和水平力。路面在垂直力作用下，內(nèi)部產(chǎn)生的力和應(yīng)變隨深度向下而遞減。水平力作用產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變，隨深度遞減的速率更快。因此，對(duì)各層材料的強(qiáng)度和剛度的要求也可隨深度的增大而相應(yīng)降低。路面各結(jié)構(gòu)層如按強(qiáng)度剛度自上而下遞減的方式組合，則既能充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層材料的能力，又能充分利用當(dāng)?shù)夭牧铣洚?dāng)?shù)谆鶎踊蚧鶎?，從而降低造價(jià)，以使各結(jié)構(gòu)層材料的效能得到充分發(fā)揮。采用遞減規(guī)律組合路面結(jié)構(gòu)層次時(shí)，還須注意相鄰結(jié)構(gòu)層之間的剛度不能相差過(guò)大。上下兩層的相對(duì)剛度比過(guò)大時(shí)，上層底面將出現(xiàn)較大的彎拉應(yīng)力（或彎拉應(yīng)變）。此值一旦超過(guò)上層材料的抗拉強(qiáng)度（或抗拉應(yīng)變）時(shí)，上層將產(chǎn)生開(kāi)裂。根據(jù)應(yīng)力分析和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，瀝青路面基層與面層之間的模量比不宜大于3；基層與底基層之間的模量比不宜大于2.5；底基層與土基之間模量比不大于10。（三）選用適當(dāng)?shù)膶雍窈蛯訑?shù)

各類(lèi)結(jié)構(gòu)層，應(yīng)按所用材料的規(guī)格（公稱(chēng)最大粒徑）和施工工藝（攤鋪、壓實(shí)和整修）的要求，有一最小厚度的規(guī)定，低于此厚度就不能形成穩(wěn)定而有效的結(jié)構(gòu)層次。各瀝青層的厚度應(yīng)與混合料的公稱(chēng)最大粒徑相匹配，一般瀝青層的最小壓實(shí)厚度不宜小子混合料公稱(chēng)最大粒徑的2.5~3倍，對(duì)斷級(jí)配或以粗集料為主的嵌擠型級(jí)配的瀝青混合料，其一層壓實(shí)最小厚度不宜小于公稱(chēng)最大粒徑的2.5倍，以利于輾壓密實(shí)，提高其耐久性、水穩(wěn)性。瀝青層最小厚度和適宜厚度應(yīng)符合教材表11—2的要求。為便于施工，路面結(jié)構(gòu)層的層數(shù)不宜過(guò)多。同時(shí)，各結(jié)構(gòu)層的適宜厚度應(yīng)按壓實(shí)機(jī)具所能達(dá)到的效果選定。適宜的結(jié)構(gòu)層厚度需結(jié)合材料供應(yīng)、施工工藝并按該表的規(guī)定確定，從強(qiáng)度要求和造價(jià)考慮，宜自上而下由薄到厚。瀝青層厚度應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、交通量和交通組成、氣候條件以及所選路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型等因素?cái)M定：（l）當(dāng)采用半剛性基層瀝青路面時(shí)，高速公路、一級(jí)公路的瀝青層厚度宜為120~180mm；二級(jí)公路的瀝青層厚度宜為60~l20mm；三級(jí)公路的瀝青層厚度宜為30~50mm（拌和法）或l5~30mm（層鋪法表處）；四級(jí)公路的瀝青層厚度宜10~30mm。（2）當(dāng)采用柔性（基層）路面結(jié)構(gòu)時(shí)，面層宜設(shè)計(jì)100~l20mm雙層式，其下設(shè)瀝青混合料、貫入式碎石、級(jí)配碎石等柔性材料層。瀝青厚度應(yīng)根據(jù)公路等級(jí)、交通量等具體情況計(jì)算而定。（3）采用貧混凝土（剛性基層）瀝青路面時(shí)宜設(shè)計(jì)100~l80mm瀝青層，當(dāng)采取防止反射裂縫措施時(shí)，瀝青層可適當(dāng)減薄。（4）當(dāng)采用混合式（基層）瀝青路面時(shí)，面層宜設(shè)計(jì)100~120mm雙層式，其下設(shè)柔性基層。柔性基層，可為單層或雙層，厚度宜為80~180mm。（四）要考慮各類(lèi)結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)與相鄰層次之間的互相聯(lián)系路面結(jié)構(gòu)層通常是用密實(shí)級(jí)配、嵌擠以及形成板體等方式構(gòu)成的，由于各類(lèi)結(jié)構(gòu)層材料具有不同的特性，因而如何構(gòu)成具有要求強(qiáng)度和剛度并且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層是設(shè)計(jì)和施工都必須注意的問(wèn)題。在組合時(shí)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。如在半剛性基層上修建瀝青面層時(shí)，由于基層材料的干縮或低溫收縮而開(kāi)裂，會(huì)導(dǎo)致面層也相應(yīng)地出現(xiàn)反射裂縫。在潮濕的粉土或粘性土路基上，不宜直接鋪筑碎（礫）石等顆粒類(lèi)材料，以防止相互摻雜而污染基層，或?qū)е逻^(guò)大變形而使面層損壞。對(duì)半剛性基層宜采取以下措施減少低溫縮裂、防止反射裂縫：①選用骨架密實(shí)型半剛性基層，并嚴(yán)格控制細(xì)料含量、水泥劑量、含水量；②采用混合式瀝青路面結(jié)構(gòu)；③在剛性基層上設(shè)置改性瀝青應(yīng)力吸收膜或應(yīng)力吸收層。（五）墊層與防凍層設(shè)計(jì)當(dāng)路基處于潮濕、過(guò)濕路段，應(yīng)設(shè)置排水墊層；當(dāng)路線(xiàn)通過(guò)潮濕、軟弱地基，應(yīng)換填20~40cm厚的砂礫等透水材料，或摻入無(wú)機(jī)結(jié)合料固化劑等處理地基20~30cm厚使其加固穩(wěn)定，并根據(jù)實(shí)測(cè)資料適當(dāng)提高路基回彈模量設(shè)計(jì)值。在冰凍地區(qū)潮濕、過(guò)濕路段應(yīng)加設(shè)防凍層，進(jìn)行防凍層驗(yàn)算。墊層材料可選用粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等；粒料以及水泥或石灰煤渣穩(wěn)定類(lèi)，石灰粉煤灰穩(wěn)定類(lèi)等。（l）防凍墊層應(yīng)采用透水性好的粒料類(lèi)材料，通過(guò)0.075mm篩孔顆粒含量不宜大于5%。采用煤渣時(shí)，小于2mm的顆粒含量不宜大于20%。墊層厚度視具體情況而定，一般l5~25cm，防凍層宜根據(jù)需要設(shè)計(jì)。（2）采用碎石和砂礫墊層時(shí)，最大粒徑應(yīng)與結(jié)構(gòu)層厚度相協(xié)調(diào)，一般最大粒徑應(yīng)不超過(guò)結(jié)構(gòu)層厚度的l/2，以保證形成骨架結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)層的穩(wěn)定'性。顆粒組成應(yīng)符合規(guī)定的要求。（3）為防止路基污染粒料墊層或?yàn)楦魯嗟叵滤挠绊?，可在路基頂面設(shè)土工合成材料的隔離層。

防凍層厚度檢驗(yàn)季節(jié)性冰凍地區(qū)各級(jí)公路的中濕、潮濕路段，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行防凍厚度檢驗(yàn)。根據(jù)交通量計(jì)算結(jié)構(gòu)層總厚度應(yīng)不小于教材表11—7最小防凍厚度的規(guī)定。防凍厚度與路基潮濕類(lèi)型，路基土類(lèi)、道路凍深以及路面結(jié)構(gòu)層材料的熱物性有關(guān)。若結(jié)構(gòu)層總厚度小于最小防凍層時(shí)，應(yīng)增加防陳層使其滿(mǎn)足最小防凍厚度的要求。第四節(jié)新建瀝青路面結(jié)構(gòu)層

厚度設(shè)計(jì)瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)是在結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析確定各結(jié)構(gòu)層所需的厚度，同時(shí)，利用結(jié)構(gòu)分析也可了解路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移狀況，從而判斷結(jié)構(gòu)層組合的合理性，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。一、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算圖式我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用以下幾項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定路面結(jié)構(gòu)所需的厚度：（1）路面結(jié)構(gòu)表面在雙輪荷載作用下輪隙中心處的彎沉值不大于設(shè)計(jì)（容許）彎沉值；（2）瀝青混合料層底面的最大拉應(yīng)力不大于該層混合料的容許拉應(yīng)力；（3）半剛性基層或底基層底面的最大拉應(yīng)力不大于該層材料的容許拉應(yīng)力；路面彎沉和拉應(yīng)力計(jì)算分析時(shí)，將路面結(jié)構(gòu)看成為多層彈性體系，體系頂面作用有相當(dāng)于雙輪組（P=2×25kN）的雙圓均布荷載，各層面間的接觸條件按完全連續(xù)處理，計(jì)算圖式分別見(jiàn)圖11—2和圖11—3。在圖11—2中，彎沉計(jì)算A點(diǎn)的位置選在輪隙中心處。驗(yàn)算各結(jié)構(gòu)層底部拉應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力最大點(diǎn)在B和C兩點(diǎn)之間，可分別計(jì)算圖11—3中點(diǎn)B、D、C、E的應(yīng)力，然后取其中的最大值作為層底最大拉應(yīng)力。11-211-3國(guó)外的瀝青路面設(shè)計(jì)方法（如殼牌方法、美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)方法等）大多采用以下兩項(xiàng)或三項(xiàng)主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定路面結(jié)構(gòu)所需的厚度：①瀝青面層底面的最大拉應(yīng)變不大于該層混合料的容許拉應(yīng)變；②土基頂面的豎向壓應(yīng)變不大于容許壓應(yīng)變；③采用半剛性基層時(shí)，水泥穩(wěn)定類(lèi)基層底面的最大拉應(yīng)力不大于該層材料的容許拉應(yīng)力。應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算分析時(shí)，將路面結(jié)構(gòu)看作三層彈性體系（瀝青面層、基層和土基）或四層彈性體系（瀝青面層、瀝青基層、粒料基墊層和土基），體系頂面作用有相當(dāng)于雙輪組（P=2×20kN）的雙圓均布荷載，各層面間的接觸條件按完全連續(xù)處理。二、路面設(shè)計(jì)彎沉和實(shí)際彎沉值計(jì)算（一）路面設(shè)計(jì)彎沉車(chē)輪荷載作用下雙輪輪隙中心處的路表回彈彎沉值大小，反映了路基路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)弱狀況，在相同車(chē)輪荷載下，路面的彎沉值愈大，則路面抵抗垂直變形的能力愈弱，反之則強(qiáng)。實(shí)踐表明，回彈彎沉值大的路面，在經(jīng)受了輪載不太多次的重復(fù)作用后，即呈現(xiàn)出某種形態(tài)的破壞；而回彈彎沉值小的路面，能經(jīng)受輪載較多次重復(fù)作用才能達(dá)到這種形態(tài)的破壞。在達(dá)到相同程度的破壞時(shí)，回彈彎沉大小同該路面的使用壽命即輪載累計(jì)重復(fù)作用次數(shù)成反比關(guān)系。找出路面達(dá)到某種破壞狀態(tài)時(shí)的重復(fù)荷載作用次數(shù)與此時(shí)彎沉值之間的關(guān)系，就可以根據(jù)對(duì)該種路面所要求的使用壽命來(lái)確定它所容許的最大彎沉值，這個(gè)彎沉值被稱(chēng)作容許彎沉值。路面容許彎沉值的確切含義是：路面在使用期末的不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。容許彎沉值與路面使用壽命的關(guān)系可通過(guò)調(diào)查測(cè)定確定。選擇使用多年并出現(xiàn)某種破壞狀況的路面，測(cè)定彎沉值，調(diào)查累計(jì)交通量，進(jìn)行分析整理。我國(guó)對(duì)瀝青路面按外觀特征分為五個(gè)等級(jí)，如下表所示，并把第四外觀等級(jí)作為路面臨界破壞狀態(tài)，以第四級(jí)路面的彎沉值的低限作為臨界狀態(tài)的劃界標(biāo)準(zhǔn)。瀝青路面外觀等級(jí)描述表外觀等級(jí)外觀狀況路面表面外觀特征一好堅(jiān)實(shí)、平整、無(wú)裂紋、無(wú)變形二較好平整、無(wú)變形、少量發(fā)裂三中平整、無(wú)變形、有少量縱向或不規(guī)則裂紋四較壞無(wú)明顯變形、有較多縱橫向裂紋或局部網(wǎng)裂五壞連片嚴(yán)重龜（網(wǎng)）裂或拌有車(chē)轍、沉陷從表中所列的外觀特征可知，這樣的臨界狀態(tài)相當(dāng)于路面已疲勞開(kāi)裂并伴有少量永久變形的情況。對(duì)相同路面結(jié)構(gòu)不同外觀特征的路段進(jìn)行測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，外觀等級(jí)數(shù)愈高，彎沉值愈大，并且外觀等級(jí)同彎沉值大小有著明顯的聯(lián)系。這樣，便可確定路面處于不同極限狀態(tài)的容許彎沉值，并將此彎沉值同該路面在以前使用期間的累計(jì)交通量建立關(guān)系。國(guó)內(nèi)外的大量調(diào)查測(cè)定資料表明，路面達(dá)到某種臨界狀態(tài)時(shí)，累計(jì)交通量同容許彎沉值之間存在良好的雙對(duì)數(shù)關(guān)系。為了建立累計(jì)交通量和容許彎沉之間的關(guān)系，選擇有代表性路段進(jìn)行調(diào)查，將不同路面外觀狀態(tài)的實(shí)測(cè)路面彎沉值，分別計(jì)算其代表彎沉值。圖11—4是實(shí)測(cè)各路段的容許彎沉值與累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次的回歸結(jié)果：這種關(guān)系可普遍地表示為，式（11—4）：

（11—4）圖11—4累計(jì)交通量同容許彎沉關(guān)系路面設(shè)計(jì)彎沉值是根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)每個(gè)車(chē)道通過(guò)的累計(jì)當(dāng)量軸次、道路等級(jí)、面層和基層類(lèi)型確定的，相當(dāng)于路面工后第一年不利季節(jié)、路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN作用下，測(cè)得的最大回彈彎沉值。路面設(shè)計(jì)彎沉和容許彎沉的關(guān)系實(shí)際上反映了路表彎沉在使用期間的變化，該變化過(guò)程是一個(gè)多方面因素綜合作用的復(fù)雜過(guò)程。路基路面結(jié)構(gòu)層的材料特性、壓實(shí)程度、干濕狀況、溫度環(huán)境、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、氣候條件、交通組成、檢測(cè)時(shí)的環(huán)境條件以及所使用的儀器設(shè)備等均將對(duì)彎沉的變化產(chǎn)生很大的影響。根據(jù)對(duì)已建成道路的多年實(shí)測(cè)資料分析，路表回彈彎沉隨時(shí)間的推移而變化。圖11—5所示為半剛性基層上瀝青路面彎沉逐年變化曲線(xiàn)。圖11—5彎沉逐年變化的曲線(xiàn)由圖（11—5）可看出，路表面的彎沉變化過(guò)程可分為三個(gè)階段：第一階段：路面交工后的第一、二年。由于交通荷載的壓密作用以及半剛性基層材料的強(qiáng)度增長(zhǎng)，路表彎沉逐漸減少，大致在竣工后第二年達(dá)最小值。第二階段：路面交工后二至四年。由于交通荷載的重復(fù)作用，水溫狀況變化以及材料不均勻等因素影響下，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的細(xì)微缺陷因局部范圍的應(yīng)力集中而擴(kuò)展，形成小范圍的局部破損，使結(jié)構(gòu)整體剛度下降、彎沉增大。此階段以彎沉不斷增大為主要特征。第三階段：路面交工后三、四年至路面達(dá)到極限破壞狀態(tài)。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷附近局部區(qū)域積蓄的高密度能量，已通過(guò)前階段缺陷的擴(kuò)展而轉(zhuǎn)移，形成新的能量平衡，路面結(jié)構(gòu)的整體剛度達(dá)成較低水平的新的相對(duì)穩(wěn)定，路面彎沉進(jìn)入一個(gè)比較穩(wěn)定的緩慢變化階段，即結(jié)構(gòu)疲勞破壞的穩(wěn)定發(fā)展階段，一直延續(xù)至結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞。我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試和分析，得到路面設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算公式：路面設(shè)計(jì)彎沉值是根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)每個(gè)車(chē)道通過(guò)的累計(jì)當(dāng)量軸次、道路等級(jí)、面層和基層類(lèi)型確定的，相當(dāng)于路面工后第一年不利季節(jié)、路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN作用下，測(cè)得的最大回彈彎沉值。（二）路面實(shí)際彎沉值計(jì)算雙輪輪隙中心點(diǎn)的路表回彈彎沉值，可按式（10—9）利用計(jì)算機(jī)軟件求得。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，按上述層狀體系理論彎沉公式算得的彎沉值，同實(shí)測(cè)彎沉值之間存在一定的偏差，此偏差呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。當(dāng)路基剛度較低時(shí)，由理論公式算得的面層厚度偏大；而當(dāng)路基剛度較高時(shí)，則由理論算得的面層厚度偏薄。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是因?yàn)槁坊访娌牧喜⒎蔷€(xiàn)性彈性體，而所采用的評(píng)定材料剛度（回彈模量）的測(cè)定方法并不能反映它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)層內(nèi)的真實(shí)工作狀態(tài)。為使理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果相符，目前在設(shè)計(jì)規(guī)范中引入了一個(gè)綜合修正系數(shù)F，即：由此，路表回彈彎沉的計(jì)算公式便修正為：式中：ls——路面實(shí)測(cè)彎沉值，0.01mm；p、δ——標(biāo)準(zhǔn)軸的輪胎接觸壓力（MPa）和當(dāng)量圓半徑（cm）；αc——理論彎沉系數(shù)；其中E0為土基回彈模量值（MPa），E1，E2，…En-1各層材料回彈模量（MPa），h1，h2,…，hn-1為各結(jié)構(gòu)層厚度（cm）。三、拉應(yīng)力和容許拉應(yīng)力（一）結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力計(jì)算面層或基（墊）層底面各計(jì)算點(diǎn)的拉應(yīng)力值利用計(jì)算機(jī)軟件求得。比較各點(diǎn)的應(yīng)力值，取最大值作為最大拉應(yīng)力。式中：——理論最大拉應(yīng)力系數(shù)，按下式計(jì)算：可應(yīng)用括號(hào)內(nèi)的參數(shù)為輸入數(shù)據(jù)，應(yīng)用通用軟件計(jì)算得到。（二）容許拉應(yīng)力計(jì)算我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范提出瀝青混凝土面層、半剛性基層、底基層以彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，路面材料的容許拉應(yīng)力計(jì)算公式：式中：σR——路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力，MPa；σs——結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強(qiáng)度，MPa；Ks——結(jié)構(gòu)層材料的極限強(qiáng)度因疲勞而降低的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。路面各結(jié)構(gòu)層材料的極限強(qiáng)度一般用規(guī)定尺寸的梁式試件三分點(diǎn)加載測(cè)定，或者通過(guò)劈裂試驗(yàn)測(cè)定。我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用劈裂強(qiáng)度σs代替抗彎拉強(qiáng)度。瀝青混凝土的極限強(qiáng)度以15℃作為測(cè)試溫度。水泥穩(wěn)定類(lèi)材料的極限強(qiáng)度齡期規(guī)定為90d，二灰穩(wěn)定類(lèi)、石灰穩(wěn)定類(lèi)的極限強(qiáng)度齡期為180d。表征結(jié)構(gòu)層材料的極限強(qiáng)度因疲勞而降低的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)，根據(jù)荷載應(yīng)力與達(dá)到疲勞臨界狀態(tài)的荷載作用次數(shù)之間關(guān)系的疲勞方程可表示如下：（1）瀝青混凝土面層：