沥青路面结构层组合研究

XX大学

学士学位论文沥青路面结构层组合研究

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二〇一年月日

1 引言

1．1 问题提出及研究

沥青路面因其具有优越的路用性能得以在全世界范围内广泛应用。它作为一种无接缝的连续式路面,因其具有足够的力学强度,能适应各种行车荷载,且行车平稳、舒适、噪音低以及便于维修的特点而在公路路面铺筑中占有很大比例。20世纪90年代以前,我国沥青路面以表处、贯入式及沥青碎石为主。而在我国高等级公路的建设中,沥青混凝土路面成为主要的路面形式。沥青混凝土路面结构设计初始，其主要目的就是为保护路基土使之不经受车辆的直接作用，通过路面传播至土基的应力被扩散而不会造成土基过大的沉降。这点反映在设计思想及设计方法上，主要是控制土基顶面应力及垂直位移量，是用古典土力学公式验算。当古典理论公式无法客观地描述路面结构的实际工作状态时，人们通过大量的野外测试，修筑试验路段对实际车辆形式效果进行系统观察，形成了以车辆荷载作用下确保路面结构承载力能力为核心的经验设计法。我国沥青混凝土路面设计规范《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006）采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表回弹弯沉值和沥青混凝土

层弯拉应力、半刚性材料层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。

沥青路面结构层的组合不同，其受力特性也大大不同。目前所使用的沥青路面结构组合形式由于所用材料的不同、结构层厚度的不同及每层的层间位置的不同，影响整个路面结构的及每层的受力特性，从而影响沥青路面的使用性能。

本研究的目的就是通过改变结构层材料的模量值，对几种不同沥青路面结构层的组合形式进行受力特性分析，以确定沥青路面最佳组合形式。

1．2 研究内容

本研究在充分吸收国内研究成果的基础上结合国内情况讨论对柔性结构层、半刚性结构层、刚性结构层在不同材料模量下的受力特性。主要研究内容有：（1）沥青路面的设计方法及设计指标；

（2）基层材料及其特性；

（2）基层材料模量对路面结构受力特性的影响；

（3）基层厚度对路面结构受力特性的影响；

（4）土基模量对路面结构受力特性的影响。

2 国内沥青路面的设计方法及设计指标

力学-经验法由力学和经验两部分组成。由于路面材料组成和性质的复杂性和大变异性,环境和荷载因素影响的随机性,非工厂化现场施工的质量不稳定性,路面设计不可能采用纯力学的方法,而经验部分便成为调节理论与实践关系的杠杆。材料和结构的理论研究成果为我们提供正确的思维方法,帮助我们掌握其发展的内在规律和机理,建立各种合理的计算分析和预估模型；而通过现场试验或工程经验的验证和调节,使所建立的各种模型和各项参数能得到同实际相吻合的分析结果。我国现行的沥青路 面设计方法属于力学-经验法。我国的沥青路面设计方法采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性材料层弯拉应力为指标进行路面结构厚度设计。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。

路面结构设计在经过了结构组合设计的周密考虑安排之后，应用力学系统来设计验算结构的厚度分布，设计控制标准是根据路面结构的损坏过程和损坏机理，从力学 响应提出的控制指标。路面结构设计中结构厚度分布若满足了控制指标的极限标准，就能保证路面结构在设计使用期内正常工作，不致出现破坏的极限状态。弯沉和弯拉应力（或弯拉应变）是目前各种力学经验法普遍采用的设计控制指标。

路面结构的路表弯沉表征路面结构在设计标准轴载作用下，垂直方向的总位移。弯沉是表征路面刚度的指标。我国沥青路面设计方法以弯沉作为设计控制指标。路面在达到相同程度的破坏时，回弹弯沉值的大小同该路面的设计使用寿命，即轮载累计重复作用次数成反比关系。

路面结构在经受设计使用期累计通行标准轴载次数后，路面状况优于各级公路极 限状态标准时，所必须具有的路表回弹弯沉值，称为设计弯沉值d l 。我国《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006）规定路面设计弯沉值d l 为：

0.2600d e c s b l N A A A -= 2-14

其中：d l ——设计弯沉值（0.01mm ）；

e N ——设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道）；

c A ——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级

公路为1.2；

s A ——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯

入式路面（含上拌下贯式路面）、沥青表面处治为1.1；

b A ——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为

1.6。

我国《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006）规定，沥青面层、半刚性基层、下基层、刚性基层层底拉应力为沥青路面结构设计的第二项控制指标。

sp s R

K σσ= 2-15 其中：sp σ——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa ），由实验室按标准试验方法测得； R σ——路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限e N 次加载的疲

劳弯拉应力（MPa ）;

s K ——抗拉强度结构系数。

对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，按下式计算：

0.220.09/s e c K N A = 2-16

对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数，按下式计算：

0.110.35/s e c K N A = 2-17

对无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数，按下式计算：

0.110.45/s e c K N A = 2-18

对贫混凝土类的抗拉强度结构系数，按下式计算：

0.070.51/s e c K N A = 2-19

路面结构设计按此两项指标设计结构层厚度，取其中较厚的层厚作为最终设计结果，即可以同时满足弯沉与弯拉应力两项设计指标的要求。

沥青路面在实际使用过程中，除了以上两种极限状态之外，引起路面损坏的形式还有很多种，在条件成熟的时候也可以考虑能够增加与之相应的设计控制指标，这在今后的科学研究和设计方法的完善过程中还可以不断地深入探讨。