路面工程概论
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图 1 . 11 显 示 了 夏 季 晴 天 沥 青 面 层 和 水 泥 混 凝 土 面 层 内 温 度 的 昼 夜 变 化 观 测 结 果 。
图1.11 沥青面层温度日变化曲线
• 除了日变化外，一年四季面层不同深度处的温度还随气温的变化而经历着年变化，沥青面层 不同深度处月平均温度的年变化曲线如图1.13所示。可以看出，平均气温最高和最低的7月 和1月，面层的平均气温也相应为最高值和最低值。
图1.5 轴载谱
• 4. 交通荷载分级
• 沥青路面与水泥混凝土路面分别按《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）和《公 路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）进行交通荷载等级的划分。
• 沥青路面以设计使用年限内累计大型客车和货车交通量之和划分交通荷载等级，如表 1.11所 示。
1.2 路面结构设计荷载 通常，整车形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为两个单轮组成的单
轴，轴载约为车辆总重的1/3。极少数车辆的前轴由双轴单轮组成，双前轴的载重约为车辆总 重的一半。车辆的后轴有单轴、双轴和三轴3种，大部分车辆后轴由双轮组成，只有少量轻型 货车后轴由单轮组成。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的2倍。目前，在我国公路上行驶的 货车的后轴轴载一般在60～130kN范围内，大部分在100kN以下。
路基路面工程
1.1 路面的结构及分类 通常按照各个层位功能的不同，划分为3个层次，即面层、基层和功能层，如图1.1所示
i—路拱横坡度；1—面层；2—基层（有时包括底基层）；3—垫层；4—路缘石；5—加固路肩；6—土路肩 图1.1 路面结构层示意图
• 1. 面层
• 面层直接承受车轮荷载反复作用，并受到各种自然因素影响，将荷载传递到基层以下的结构 层，因此，它应满足功能性和结构性要求。面层可以为单层、双层或三层。双层结构称为表 面层、下面层；三层结构称为表面层、中面层、下面层。
• 沥青混凝土及其他沥青混合料的强度、刚度和变形能力也随着气温的变化而变化。美国沥青 学会认为，当温度由0℃增加到45℃时，沥青混凝土的弹性模量值下降1/2，而由于疲劳断 裂所能承受的荷载次数却增加10倍。因此，在夏季，沥青混凝土有可能由于刚度降低而产 生各种变形，如车辙、波浪、拥包等；在冬季，由于变形能力下降而产生裂缝。
表1.11 沥青路面设计交通荷载分级
设计交通荷载等级
极重
特重
重
中等
轻
设计使用年限内设计车道累计大型客车 和货车交通量/（×106辆）
≥5019～50Fra bibliotek8～19
4～8
＜4
• 1.4 路面工作环境 路基路面结构直接暴露在大气中，温度和湿度是对其有重要影响的自然环境因素。路基
路面结构的温度和湿度状况随周围环境的变化而变化，路基路面体系的性质与状态也随之发 生变化。因此，在分析和设计路基路面结构时，除了充分考虑车轮荷载可能引起的各种损伤 外，还应该考虑自然因素的影响。 1.4.1 温度因素
• 1.2.3 交通分析 • 1. 交通量 • 交通量是指单位时间内通过道路某断面的交通流量（即单位时间通过道路某断面的车辆数
目），其具体数值由交通调查和交通预测确定。路面结构设计中，首先通过调查分析确定初 始年平均日交通量 。
1
Qi
AADT 365 365
Q1 AADTT DDF LDF
Q 365Q1 1 t 1
• 2. 轴载组成与换算 • 路面上行驶着各类车辆，不同重量的轴载给路面结构带来的损伤程度是不同的，因此调查各
级轴载所占的比例，即轴载组成或轴载谱尤为重要。 • 根据实测的通过轴载次数和相应轴载，整理成直方图，如图1.5所示，作为该道路通行的各
级 轴 载 的 典 型 轴 载 谱 。 在 确 定 轴 载 谱 时 ， 分 别 针 对 2 类 ～ 11 类 车 辆 ， 统 计 不 同 轴 型 在 不 同 轴 重区间所占的百分比，得到每类车辆不同轴型的轴重分布系数，即轴载谱。单轴单胎、单轴 双胎、双联轴和三联轴应分别间隔2.5kN、4.5kN、9.0kN和13.5kN划分轴重区间。
Qp
图1.3 车轮荷载示意图
（2）动荷载
行驶的车辆对路面施加的荷载具有瞬时性。车轮通过路面上任一点，路面承受荷载的时间 很短，只有0.01～0.10s。在路面以下一定深度处，应力作用的持续时间略长一点，但仍然十 分短暂。由于路面结构中应力传递是通过相邻的颗粒来完成的，若应力出现的时间很短，则 来不及传递分布，其变形特性则不能像静荷载那样呈现得很完全。动荷载作用下路面变形量 的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是路面结构强度的相对增大。对于优质 而平整的沥青路面，车辆行驶时振动小，施加在路面上的冲击力也小，加上荷载作用的瞬时 性，路面中的应力来不及传递分布，其变形特性不明显，动荷载下路面变形量很小。故在沥 青路面设计中，可以忽略动荷载的影响。
• 2. 基层
• 基层是主要承重层，应具有稳定性、耐久性和较高的承载能力。基层可为单层和双层，双层 称为上基层、下基层，无论是沥青混合料或粒料类基层，还是半刚性基层、刚性基层，均要 求具有相对较高的物理力学性能指标。
• 3. 功能层
• 功能层是设置在底基层与土基之间的结构层， 起排水、隔水、防冻、防污及减少层间模量 比、降低半刚性底基层拉应力的作用。修筑功能层的材料，强度要求不一定高，但水稳定性 和隔温性能要好。
• 1.2.2 车辆荷载作用 • 车辆在路面上的状态包括停驻、起动、行驶、制动等，随着车辆在路面上运动状态的变化，
作用在路面上的荷载也在不断变化。停驻状态时，车辆对道路的作用力是垂直静压力，起动、 行驶、制动状态时，车辆对道路的作用力有垂直压力、水平力和振动冲击力等。
1. 静止车辆对路面的作用 双圆荷载当量圆的直径d和单圆荷载的直径D，分别按式（1.1）和式（1.2）计算。我国
现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）中规定的标准轴载BZZ-100的 P=100/4kN，p =700kPa。由此可得相应的当量圆直径分别为d100=0.213m；D100=0.302m。
图1.2 车轮双轮荷载示意图
2．运动车辆对路面的作用 （1）水平力 车轮施加给路面的各种水平力Q，如图1.3所示，分布在与竖直力相同的接触面内，通常假设 水平力也是均匀分布的，其与垂直压力p的关系可以由式（1.3）表示。
图1.11 沥青面层温度日变化曲线
• 除了日变化外，一年四季面层不同深度处的温度还随气温的变化而经历着年变化，沥青面层 不同深度处月平均温度的年变化曲线如图1.13所示。可以看出，平均气温最高和最低的7月 和1月，面层的平均气温也相应为最高值和最低值。
图1.5 轴载谱
• 4. 交通荷载分级
• 沥青路面与水泥混凝土路面分别按《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）和《公 路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）进行交通荷载等级的划分。
• 沥青路面以设计使用年限内累计大型客车和货车交通量之和划分交通荷载等级，如表 1.11所 示。
1.2 路面结构设计荷载 通常，整车形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为两个单轮组成的单
轴，轴载约为车辆总重的1/3。极少数车辆的前轴由双轴单轮组成，双前轴的载重约为车辆总 重的一半。车辆的后轴有单轴、双轴和三轴3种，大部分车辆后轴由双轮组成，只有少量轻型 货车后轴由单轮组成。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的2倍。目前，在我国公路上行驶的 货车的后轴轴载一般在60～130kN范围内，大部分在100kN以下。
路基路面工程
1.1 路面的结构及分类 通常按照各个层位功能的不同，划分为3个层次，即面层、基层和功能层，如图1.1所示
i—路拱横坡度；1—面层；2—基层（有时包括底基层）；3—垫层；4—路缘石；5—加固路肩；6—土路肩 图1.1 路面结构层示意图
• 1. 面层
• 面层直接承受车轮荷载反复作用，并受到各种自然因素影响，将荷载传递到基层以下的结构 层，因此，它应满足功能性和结构性要求。面层可以为单层、双层或三层。双层结构称为表 面层、下面层；三层结构称为表面层、中面层、下面层。
• 沥青混凝土及其他沥青混合料的强度、刚度和变形能力也随着气温的变化而变化。美国沥青 学会认为，当温度由0℃增加到45℃时，沥青混凝土的弹性模量值下降1/2，而由于疲劳断 裂所能承受的荷载次数却增加10倍。因此，在夏季，沥青混凝土有可能由于刚度降低而产 生各种变形，如车辙、波浪、拥包等；在冬季，由于变形能力下降而产生裂缝。
表1.11 沥青路面设计交通荷载分级
设计交通荷载等级
极重
特重
重
中等
轻
设计使用年限内设计车道累计大型客车 和货车交通量/（×106辆）
≥5019～50Fra bibliotek8～19
4～8
＜4
• 1.4 路面工作环境 路基路面结构直接暴露在大气中，温度和湿度是对其有重要影响的自然环境因素。路基
路面结构的温度和湿度状况随周围环境的变化而变化，路基路面体系的性质与状态也随之发 生变化。因此，在分析和设计路基路面结构时，除了充分考虑车轮荷载可能引起的各种损伤 外，还应该考虑自然因素的影响。 1.4.1 温度因素
• 1.2.3 交通分析 • 1. 交通量 • 交通量是指单位时间内通过道路某断面的交通流量（即单位时间通过道路某断面的车辆数
目），其具体数值由交通调查和交通预测确定。路面结构设计中，首先通过调查分析确定初 始年平均日交通量 。
1
Qi
AADT 365 365
Q1 AADTT DDF LDF
Q 365Q1 1 t 1
• 2. 轴载组成与换算 • 路面上行驶着各类车辆，不同重量的轴载给路面结构带来的损伤程度是不同的，因此调查各
级轴载所占的比例，即轴载组成或轴载谱尤为重要。 • 根据实测的通过轴载次数和相应轴载，整理成直方图，如图1.5所示，作为该道路通行的各
级 轴 载 的 典 型 轴 载 谱 。 在 确 定 轴 载 谱 时 ， 分 别 针 对 2 类 ～ 11 类 车 辆 ， 统 计 不 同 轴 型 在 不 同 轴 重区间所占的百分比，得到每类车辆不同轴型的轴重分布系数，即轴载谱。单轴单胎、单轴 双胎、双联轴和三联轴应分别间隔2.5kN、4.5kN、9.0kN和13.5kN划分轴重区间。
Qp
图1.3 车轮荷载示意图
（2）动荷载
行驶的车辆对路面施加的荷载具有瞬时性。车轮通过路面上任一点，路面承受荷载的时间 很短，只有0.01～0.10s。在路面以下一定深度处，应力作用的持续时间略长一点，但仍然十 分短暂。由于路面结构中应力传递是通过相邻的颗粒来完成的，若应力出现的时间很短，则 来不及传递分布，其变形特性则不能像静荷载那样呈现得很完全。动荷载作用下路面变形量 的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是路面结构强度的相对增大。对于优质 而平整的沥青路面，车辆行驶时振动小，施加在路面上的冲击力也小，加上荷载作用的瞬时 性，路面中的应力来不及传递分布，其变形特性不明显，动荷载下路面变形量很小。故在沥 青路面设计中，可以忽略动荷载的影响。
• 2. 基层
• 基层是主要承重层，应具有稳定性、耐久性和较高的承载能力。基层可为单层和双层，双层 称为上基层、下基层，无论是沥青混合料或粒料类基层，还是半刚性基层、刚性基层，均要 求具有相对较高的物理力学性能指标。
• 3. 功能层
• 功能层是设置在底基层与土基之间的结构层， 起排水、隔水、防冻、防污及减少层间模量 比、降低半刚性底基层拉应力的作用。修筑功能层的材料，强度要求不一定高，但水稳定性 和隔温性能要好。
• 1.2.2 车辆荷载作用 • 车辆在路面上的状态包括停驻、起动、行驶、制动等，随着车辆在路面上运动状态的变化，
作用在路面上的荷载也在不断变化。停驻状态时，车辆对道路的作用力是垂直静压力，起动、 行驶、制动状态时，车辆对道路的作用力有垂直压力、水平力和振动冲击力等。
1. 静止车辆对路面的作用 双圆荷载当量圆的直径d和单圆荷载的直径D，分别按式（1.1）和式（1.2）计算。我国
现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）中规定的标准轴载BZZ-100的 P=100/4kN，p =700kPa。由此可得相应的当量圆直径分别为d100=0.213m；D100=0.302m。
图1.2 车轮双轮荷载示意图
2．运动车辆对路面的作用 （1）水平力 车轮施加给路面的各种水平力Q，如图1.3所示，分布在与竖直力相同的接触面内，通常假设 水平力也是均匀分布的，其与垂直压力p的关系可以由式（1.3）表示。