路面设计原理与方法

路面设计原理与方法

1．柔性路面，刚性路面定义，结构特性，二者在设计理论与方法上有何主要区别

在柔性基层上铺筑沥青面层或用有一定塑性的细粒土稳定各种集料的中、低级路面结构，因具有较大的塑性变形能力而称这类结构为柔性路面。它的总体结构刚度较小，刚性路面采用波特兰水泥混凝土建造，用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。它的分析采用板体理论，不用层状理论。板体理论是层状理论的简化模型。它假设混凝土板是中等厚度的平板，其截面在弯曲前和弯曲后均保持平面形状。如果车轮荷载作用在板中，无论是板体理论，还是层状理论均可采用，两者将得到几乎相同的弯拉应力和应变。如果车轮荷载作用在板边，假定离板边距离小于0.61m（2ft），只能用板体理论分析刚性路面。层状理论之所以适用于柔性路面而不适合于刚性路面，是因为水泥混凝土的刚性比HMA大得多，荷载分布的范围很大。而且刚性路面有接缝存在，这也使得层状理论不能适用。

刚性路面和柔性路面不同，刚性路面可以直接铺设在压实的土基上，或者铺设在加铺的粒料或稳定材料层上。

柔性路面设计以层状理论为基础，假设各层在水平方向是无限的，且是连续的。刚性路面由于板的刚度大和存在接缝，设计基础采用板体理论。如果荷载作用在板中，层状理论同样也能用于刚性路面设计中。

2．机场道面、道路路面各有什么特点。二者在功能和构造方面有什么主要区别？各自的设计原理与方法有什么相同点和不同点

机场道面的功能性能包括平整度、抗滑性能(对于跑道和快滑道)、纵横坡和排水性能等。

道面使用要求：具有足够的结构强度

⏹表面具有足够的抗滑能力

⏹表面具有良好的平整度

⏹面层或表层无碎屑

机场道面是指在民用航空运输机场飞行区范围内供飞机运行使用的铺筑在跑道、滑行道、站坪、停机坪上的结构物。由于飞机运行方式对安全使用的要求高、飞机荷载重量和轮胎接地压力大于车辆荷载等原因，机场道面一般采用热拌热铺沥青混凝土。最多采用的热拌沥青混凝土结构是连续式密级配沥青混凝土，也有少数OGFC，SMA的应用也较为广泛。由于机场沥青混凝土道面所要求具备的强度条件、耐久性、抗滑性能等，在道路路面工程中所采用的沥青表处、沥青贯入碎石等面层结构不适用于机场道面。机场沥青混凝土道面中面层和底面层一般采用密级配沥青混凝土。沥青碎石结构可用于机场沥青混凝土道面底面层。

由于飞机的荷载和轮胎压力比公路车辆的荷载和轮胎压力大很多，因此机场道面通常比公路路面厚一些，而且需要较好的面层材料。无论是公路路面，还是机场道面，任何力学设计方法对荷载和轮胎压力的作用均可自动予以考虑。然而，采用力学法应注意以下不同的地方：

（1）、机场道面的荷载重复作用次数通常小于公路路面的荷载重复作用次数。对于机场道面，由于飞机的左右偏离，一组机轮通过若干次只认为是重复作用一次；而对于公路路面，一个车轴通过一次即认为是重复作用一次。实际上公路荷载并不是作用在同一位置，这个情况在破坏极限中用增加荷载容许重复次数加以考虑。对柔性路面的疲劳引入一个修正系数，而对刚性路面的疲劳引入一个当量损伤率。

（2）、公路路面设计采用移动荷载，以荷载作用时间作为输入量描述其粘弹性特性，以荷载重复作用下的回弹模量作为输入量描述其弹性特性。机场道面设计在跑道中部采用移动荷载，在跑道端部采用静荷载，因此，跑道端部的道面厚度大于中部的厚度。

（3）荷载作用位置离公路路面边缘很近，而离机场道面外边缘很远，对这一点在柔性路面设计中是不考虑的。如果荷载距边缘0.6～0.9m（2～3ft），边缘影响是很小的，层状理论仍然可以应用。不过，在刚性路面设计中这种情况应该考虑。波特兰水泥协会用板边荷载设计公路路面（PCA，1984），而用板中荷载设计机场道面（PCA,1955）。美国民用航空局考虑采用板边荷载，但是因荷载在接缝处的传递作用，板边应力减少了25％（FAA，1988），所以将荷载施加在纵缝，而不是施加在道面外侧边缘。即使荷载能在某种情况下作用在机场道面的外侧边缘，由于荷载重复作用次数很小，也可以忽略不计。上述论点是建立在按疲劳假设进行设计和板边及板中应力大于接缝处应力这个事实基础上的。如果设计是根据接缝处板角弯沉产生的冲刷来进行的，以上这个论点就不正确了。

（公路路面所用的设计原理同样可以用于机场道面，只是要考虑飞机的横向偏离对荷载重复作用次数的影响，以及在跑道端部采用静荷载。）

3．何为路面结构损坏和功能损坏，简述其发展形成过程及相互之间的关系？分析其产生的原因和影响因素

结构性损坏是由于路面结构承载能力降低引起的，反映在表面上就是各种结构裂缝（如龟裂，块裂，纵裂和横裂），

功能性损坏是由于路面提供给道路用户的服务能力下降引起的，平整度和抗滑性能降低和车辙加深。

随着道路的使用，路面老化，路面的服务能力下降，出现功能性损坏，如果此时不进行预防性养护，修补，损坏范围影响扩大，逐渐发展成结构损坏。结构损害是破碎或变形，可能不会马上，但随时间会引起服务性能的更加降低。

4．简述美国AASHO试验路提出的耐用性指数PSI与路面使用品质的内在联系路面耐用性指数PSI（Present Serviceability Index）是根据路面使用性能，对路面作出定量评价的方法P290（路面设计原理与方法）

沥青路面的使用性能是指路面所能提供的行车条件。路面使用性能可以由路面使用者的综合感受来进行评价。路面使用性能好，行驶舒适，路面使用者对路面的评价就高。

美国在对路面使用者进行大量调查研究之后，提出了路面服务性能指标(即使用性能指标)PSI〔Pavement Serviceability Idex〕。调查结果说明，影响路面使用性能的第一因素是平整度，其次是道路裂缝，最后是车辙。路面的平整度是全路的综合性评价指标，除了道路本身外，还与线内桥梁的桥面铺装、伸缩缝的安装、过渡段（即桥头涵顶）的处理质量有密切的关系，这些问题要处理不好，其服务性能指标就受影响，使用性能就差。

要提高路面的使用性能，主要应从改善平整度，减少路面裂缝和车辙等方面着手，而要达到这些目的，我们必须从路面设计(包括结构体系和面层设计)、材料设计和施工作业等方面去考虑，而这三个方面的因素又是相互影响和关连的