路基路面工程ppt 95第十四章 沥青路面设计

主要内容主要内容：第一节 概述 第二节 弹性层状体系理论 第三节 沥青路面结构组合设计 第四节 我国沥青路面设计方法 第五节 国外沥青路面设计方法简介第十四章 沥青路面设计土木建筑工程学院邓苗毅1 2第一节 概述第一节 概述一、沥青路面设计的内容路面设计的目标是要求路面结构在设计年限内满足预测 交通量累计标准轴载通行时，具有快速、安全、稳定的服 务功能，路面结构具有相应的承载能力，结构层的应力应 变满足材料的容许标准。

结构组合设计 材料组成设计 厚度设计验算 结构方案比选 路肩构造设计 排水系统设计3二 、路面结构设计的原则路基路面整体综合设计原则 密切结合自然条件及实践基础原则 满足交通与使用要求原则 因地制宜、合理选材原则 保护自然生态与沿线环境原则 工厂及机械化施工、方便施工原则 技术与经济性并重原则 分期修建、方便养护原则4第一节 概述第一节 概述三、沥青路面结构设计理论与方法经验法：AASHTO法；CBR法。

依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验 地的实际，但是不能结合不同地方的实际。

三、沥青路面结构设计理论与方法力学经验法（M-E）：AI法；SHELL法；我国设计方法。

依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特 点是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。

典型结构法：法国方法；中国八·五研究成果。

通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是 减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。

我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D502006）采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆 垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层 的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理 轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。

优化设计法通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成 熟。

5 61第一节 概述第一节 概述四、沥青路面设计的基本过程①确定交通量：如车型、轴重、轮胎压力、各 车型通过数及横向分布； ②路面结构组合：确定材料品种及其它参数； ③参数修正： ④路面设计的指标与标准确定： ⑤运用基本关系式进行设计计算或验算五、沥青路面交通等级沥青路面结构的设计年限 路面达到使用的临界状态的最小年限。

城市道路设计年限：道路交通量达到饱和状态时的 设计年限。

一般规定：快速路、主干路为20年；次干路 为15年；支路为10 年～15 年。

7 8第一节 概述第一节 概述五、沥青路面交通等级标准轴载及轴载当量换算 标准轴载BZZ－100，其各项参数详见教材。

由于不同力学参数的疲劳等效应不同，我国规范 规定，当量轴载换算按以下三种情况进行： 以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时五、沥青路面交通等级设计年限累计当量标准轴载数 设计年限内考虑车道系数后一个车道上的当量轴次总和。

以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时9 10第一节 概述第二节 弹性层状体系理论 沥青路面设计基本理论－弹性层状体系理论五、沥青路面交通等级我国沥青路面交通轻重的等级划分 我国沥青路面按其承担的交通荷载轻重划分为四个交 通等级，即：轻、中等、重、特重，具体以两种划分方法 进行计算后取较高等级进行定级。

一、弹性层状体系理论的图式（计算简图）11122第二节 弹性层状体系理论第二节 弹性层状体系理论二、弹性层状体系理论的假定1） 各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性，位移、 形变微小； 2） 最下一层（路基）在水平方向和垂直方向无限 大，其上各层厚度有限，水平方向无限； 3） 各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限 深处，应力、形变、位移为零； 4） 层间接触情况，或完全连续（连续体系）或仅 竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）； 5） 不计自重。

三、弹性层状体系理论的求解过程经过假定后，将沥青路面工程问题，转化为（弹性）力 学问题，在力（数）学的范畴内进行求解 轴对称课题，将车轮荷载简化为圆形均布荷载 参见“弹性力学”及“路面力学计算”、“路面力学数值计 算”、“路面结构计算和设计电算方法”等资料1314第二节 弹性层状体系理论第三节 沥青路面结构组合设计四、多个轴对称荷载下的主应力计算一、沥青路面结构组合设计的基本原则1.保证路面表面使用品质长期稳定 2.路面各结构层的强度、抗变形能力与各层次力学 性能相匹配。

3.在各种自然因素作用下稳定性好 4.充分利用当地材料，节约外运材料，优化选择， 降低建设与养护费用。

1516第三节 沥青路面结构组合设计第三节 沥青路面结构组合设计二、沥青路面结构组合面层：单层、双层或三层沥青面层 基层：柔性、半刚性、刚性 垫层：路基状况不良时采用，排水、防冻、防 水、防污等粒料或稳定土 土基：密实、坚固、不透水 层间结合：牢固三、沥青路面面层要求面层可分为单层，双层，三层（上、中、下）。

沥青层有压实最小厚度的要求。

17 183第三节 沥青路面结构组合设计第四节 我国沥青路面设计方法四、路面典型结构组合示例路面结构组合应该根 据公路等级和交通量， 结合当地水文地质和气 候情况、土基状况、筑 路材料以及已有的路面 结构状况和使用经验， 参照路面组合原则，拟 定几个满足各方面要求 的路面组合方案，以供 进一步的结构厚度计算 之用，从而通过最终技 术经济比较获得最优化 的路面结构。

19一、沥青路面的设计指标与标准 路面破坏与设计指标控制疲劳的指标：应变，应力，弯沉 控制开裂的指标：应变，应力 控制车辙的指标：RD（变形速率、动稳 定度DS的倒数），土基顶面压应变 控制推挤的指标：剪切应力或剪切应变20第四节 我国沥青路面设计方法第四节 我国沥青路面设计方法一、沥青路面的设计指标与标准 主要的设计指标要求路基表面的垂直压应变或垂直压应力反映路基在重复荷载作用下的永久变形，主要原因是路 面结构土基承载能力低引起土基的较大垂直塑性变形。

要求：一、沥青路面的设计指标与标准 主要的设计指标要求结构疲劳开裂（整体性材料结构层的疲劳开裂）：要求：εr≤［εr］或σr≤［σr］σz0 ≤ [σz0] 或εz0 ≤ [εz0]面层抗剪切推移：要求：τmax≤［τr］ （应使用高温时的弹模）结构残余变形的累积（车辙）： 要求： RDre ≤ [RDre]结构低温缩裂：要求：σrt≤［σrt］（应使用低温时的弹模）路面弯沉：要求：lr≤lr21 22第四节 我国沥青路面设计方法第四节 我国沥青路面设计方法二、我国沥青路面的设计指标与要求我国公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的 多层弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度 的设计指标。

对沥青混凝土面层和整体性材料的基层、 底基层应进行层底拉应力的验算，城市道路尚须进行沥 青面层的剪应力验算。

设计指标及验算指标必须小于其极限标准。

根据路面损坏产生的原因，可以引入其它的设计控制指 标，比如将车辙永久变形的深度作为设计控制指标。

23二、我国沥青路面的设计指标与要求 以弯沉作为设计指标的原因路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形 之和，反映了路面整体刚度的强弱。

当路面在车辆荷 载反复作用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程 度时，路面结构即产生疲劳开裂，从而可在一定程度 上建立起路面损坏与弯沉、弯沉与轴载作用次数间的 关系。

路表弯沉值可以简单的量测，操作简便；压应变、拉 应变指标测试较困难。

弯沉指标既可作为设计指标， 又可以作为质量检验、路面养护的评价手段。

244第四节 我国沥青路面设计方法第四节 我国沥青路面设计方法二、我国沥青路面的设计指标与要求 弯沉概念①回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载 后能恢复的那一部分变形。

②残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢 复的那一部分变形。

③总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形（回 弹弯沉+残余弯沉）。

④容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮 隙中间容许出现的最大回弹弯沉值。

⑤设计弯沉：根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴 次、公路等级、路面结构类型而确定的路表设计弯沉值。

在路面 交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准轴载双轮轮隙中 间的最大弯沉值。

25二、我国沥青路面的设计指标与要求 弯沉测定①贝克曼法：传统检测方法，速度慢，静态测试，试验方法成 熟，目前为规范规定的标准方法。

③自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范 畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。

②落锤弯沉仪法：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定 弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹量，快速连续测定， 使用时应用贝克曼进行标定换算。

26第四节 我国沥青路面设计方法第四节 我国沥青路面设计方法三、设计理论-层状体系理论四、设计弯沉的调查与分析沥青路面按外观划分的性能等级四、设计指标要求轮隙中间路表面（A点）计算弯沉值小于或等于设计 弯沉值 轮隙中心下（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底 拉应力应小于或等于容许拉应力27我国把第四外观等级作为路面临界破坏状态，以第四外观 等级路面的弯沉值的低限作为临界状态的划界标准，从表 中所列的外观特征可知，这样的临界状态相当于路面已疲 劳开裂并伴有少量永久变形的情况。

②对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现， 外观等级数愈高，弯沉值愈大，并且外观等级同弯沉值大 小有着明显的联系。

28第四节 我国沥青路面设计方法第四节 我国沥青路面设计方法五、设计弯沉值设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标 准轴载作用下测得的最大(代表)回弹弯沉值。

可根椐设计年 限内每个车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层 类型确定的路面弯沉设计值。

六、容许弯拉应力对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指15℃时的极限劈裂 强度；对水泥稳定类材料龄期为90d的极限劈裂强度(MPa)； 对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂 强度(MPa)，水泥粉煤灰稳定类120d的极限劈裂强度(MPa) 。

29 305第四节 我国沥青路面设计方法第四节 我国沥青路面设计方法七、路面结构的弯沉计算八、路面结构的弯拉应力计算弹性层状理论是在一定假设条件下（半无限空间体、材料各向 同性、均质体且不计自重）经过复杂的力学、数学推演的理论体 系，假设条件与路面实际不完全相符合，这是导致理论与实际不一 致的原因。

因此引入弯沉修正系数F，将理论弯沉值进行修正，使 计算弯沉与实测弯沉值趋于接近。

实际设计时，路面结构的弯沉、弯拉应力计算均通过程序实现。