道路工程概论.第2-8章

第2-8章柔性路面设计

§8-1 行车荷载的分析

一、标准轴载和水平荷载

1．当量圆面积

汽车行驶对路面作用有垂直力和水平力，并伴有动力作用。通常把轮胎与路面接触的椭圆面化为等面积的圆——当量圆，其面积A可用下式计算：

P

=

A

p

汽车后轴一侧的双轮荷载用一个或两个当量圆均布荷载代替，称为单圆或双圆荷载图式。如图2-8-1所示。

双圆荷载图式中单轮当量圆的直径d用下式计算：

d=

2．标准轴载（垂直力）

柔性路面设计以双轮组单轴载100kN和60kN为标准荷载，以BZZ-100和BZZ-60表示。

（1）BZZ-100为高速公路和一、二级公路路面的设计标准轴载；

（2）BZZ-60为三、四级公路路面的设计标准轴载。

标准轴载的设计参数列于表2-8-1。

标准轴载计算参数表2-8-1

3．水平荷载

行驶的车轮对路面上作用有水平力，它与路面的摩擦系数f有关。单位面积上的水平力为：

=⋅

g f p

式中：f——路面摩擦系数。

路面摩擦系数除了与路面构造和干湿状态等因素外，主要与汽车的停驻、行驶和制动状态有关。摩擦系数f值分别为0.05～0.1、0.2和0.5。

车轮水平力的图解如图所示。

二、轴载换算

路面上行驶有各种类型的车辆，设计时需要换算为标准轴载。现行《公路沥青路面设计

规范》轴载换算方法为：

(1) 当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25kN 的各级轴载(包括车辆的前、后轴) i P 的作用次数i n ，应按下述公式换算成标准轴载P 的当量作用次数N 。

4.35

121

K

i i i P N C C n P =⎛⎫

=

⋅ ⎪

⎝⎭

∑

当轴间距大于3m 时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为m ；当轴间距小于3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：

C m 11121=+-.()

C 2为轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为１，四轮组为0.38。

(2) 当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50kN 的各级轴载(包括车辆的前、后轴)的作用次数i

n ，应按下述公式换算成标准轴载P 的当量作用次数N '。

8

121

K

i i i P N C C n P =⎛⎫

'''=

⋅ ⎪⎝⎭

∑

式中：C '1为轴数系数；

2C '为轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。

当轴间距小于3m 时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算。

C m '()1121=+-

上述轴载换算公式，仅适用于单轴轴载小于130KN 的各种车型的轴载换算。

三、累计当量轴次

各级轴载换算成标准轴载的当量作用次数后，还要推算累计当量轴次。

随着国民经济的不断发展，交通量是逐年增长的，它大致符合几何级数增长的规律。设路面竣工后第一年双向日平均当量轴次为N 1，交通量年增长率为γ％，路面设计年限为t 年，并考虑车辆横向分布的影响，设车道系数为η，则设计年末一个车道上的累计当量轴次为：

1(1)1365t Ne N γηγ

⎡⎤+-⨯⎣⎦

=

车道系数可参照表2-8-2确定。公路无分隔时，路面窄宜选用高值，路面宽宜选用低值。

§8-2 柔性路面结构组合

柔性路面是由几个结构层组合而成的，设计时必须合理布置结构的层位组合，使其达到最佳的结构工作状态。进行结构组合设计时需遵循以下原则:

(1)结构层强度要符合车轮荷载的作用

路面在车轮垂直荷载作用下其应力随深度增大而减小。在水平荷载作用下应力随深度而递减得更快。因此，布置各层的结构强度应随深度增大而减小。在表面层为抵抗垂直荷载尤其是水平荷载作用时，其结构层强度应最大这也是面层采用弹性模量高的沥青混凝土的原因。底基层采用强度较小的地方石料，更能就地取材，节约造价。

(2)结构层间要有良好组合

首先，各结构层必须保证紧密接合，尽量避免层间滑移而增大路面应力。

其次，各层间(相邻上下层)的模量比要适当。若两层强度相差太大，会降低整体强度和增大路面应力。

通常适当的模量比为基层与面层的模量不小于0.3，土基与基层模量比为0.4～0.08，基层与副基层模量比不大于5。

一般而论，层厚由上而下增加，上薄下厚，符合受力和节约造价的原则。

沥青混合料的设计参数列于表2-8-3。基层材料设计参数列于表2-8-4。设计时可参考使用，并对使用材料作出实际测定。

(3)要合理考虑结构层的特点

每个结构层要有最小厚度限制，以便构成整体结构能力和方便于工程施工。

某些结构层不能超过最大厚度，如半刚性材料层，为防止过大的收缩引起开裂，一般不宜超过36cm。

片石基层与沥青层间应设过渡层，厚度不小于6cm。粒料基层上铺筑沥青层时应设4cm连结层。为防止石灰或水泥土基层上引起沥青层滑移，在基层表面宜设钉子石或扎根层。

(4)要考虑自然因素的作用

在湿热地区，路面结构要设置垫层排水，面层注意设置防滑层。在干旱区，由于缺水应少用水硬性材料。在冰冻区要设置隔温层或隔热层，防止水分积聚形成土基聚冰现象。此外，路面总厚度必须大于当地的冰冻深度。

例如，冰冻深度50～lOOcm的地区，路面防冻的最小厚度为：中湿粉性土路基时为30～50cm；性土和粘性土路基时为30～40cm；潮湿粉性土路基的最小防冻深度为40～60cm，砂性土和粘性土时为35～50cm。