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5．何为路面设计的系统分析方法？6．分析水泥混凝土路面接缝的种类与作用接缝的种类：缩缝、胀缝和施工缝和纵缝。

缩缝保证因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面断裂，从而避免产生不规则的裂缝。

缩缝又可以分为不设传力杆的假缝型缝和设传力杆的假缝型缩缝，其中对于前者，两侧面板的荷载主要通过接缝断面处骨料颗粒的相互啮合作用来传递。

而对于后者，传力杆的作用主要是用于增强面板的传荷能力，确保面板的整体性，提高路面的平整性和使用品质。

胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏。

胀缝必须沿路面板横断面全部断开，且保留部分空隙，使得路面板膨胀时有伸长的余地。

因为胀缝无法依赖骨料颗粒传递荷载，因此必须设置传力杆。

目前各国都趋于不设或少设胀缝，但在一些特殊位置，如道路尽头，沥青路面与水泥混凝土路面接头位置，桥头引道等仍需要设置胀缝。

施工缝主要用于施工间断时的路面板接头处理，通常做成平头接缝或企口缝，在路面顶部同假缝式的缩缝一样做成凹槽，用于填塞填缝材料，在路面厚度一半处设置传力杆。

纵缝是平行于混凝土路面行车方向的那些接缝。

纵缝是按车道宽度划分，纵缝可以做成平缝或企口缝。

纵缝一般都应设置拉杆，主要作用是为了保证纵缝两侧路面板在纵缝位置的紧密联系，不会沿路拱横坡向两侧滑动。

7．分析水泥混凝土路面的种类及各自的特点水泥混凝土路面种类有：不配筋的素混凝土路面、配筋的钢筋混凝土路面、连续配筋混凝土路面、预应力混凝土路面、组合式（双层式）混凝土路面、钢纤维混凝土路面、碾压混凝土路面等。

普通混凝土路面（JPCP）所有普通混凝土路面都应设置间距较小的缩缝，在接缝处通过传力杆或集料嵌锁作用传递荷载。

钢筋混凝土路面是指为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置有纵横向钢筋（或钢丝）网的混凝土路面。

设置钢筋网的主要目的是控制裂缝缝隙的张开量，把开裂的板拉在一起，使板依靠断裂面上的集料嵌锁作用而保证结构强度，并非增加板的抗弯强度，因此不能增强路面结构。

但是允许采用较大的缩缝间距，适用于当混凝土板的平面尺寸较大，或预计路基或基层有可能产生补均匀沉陷，或板下埋有地下设施等情况时。

连续配筋混凝土路面的特点是沿纵向配置连续的钢筋，除了在与其它路面交接处或临近构造物附近设置胀缝以及视施工需要设置施工缝外，一般不设横缝的混凝土面层。

一般适用于高速公路或一级公路和机场混凝土道面。

预应力混凝土路面。

混凝土的抗拉能力差而抗压能力强。

混凝土路面所需厚度由与混凝土抗拉强度有关的抗折强度控制。

预先给混凝土施加一个压应力，将使车辆荷载产生的拉应力大为减少，因此混凝土所需厚度也可以减少。

预应力混凝土路面产生裂缝的可能性很小，横缝也少，因而维护工作量少，路面使用寿命长。

预应力混凝土在机场道面上用得比公路路面要多，因为机场道面减薄的厚度比公路路面减薄的厚度更多些。

公路预应力路面的厚度通常是按预应力钢筋有足够保护层的最小要求确定的。

组合式混凝土路面板即利用当地品质较差的材料修筑板的下层，而用品质较好的材料铺筑板的上层。

以降低造价。

根据双层混凝土路面上下层板之间结合程度的不同，有结合式、分离式、和部分结合式三种形式。

钢纤维混凝土路面是在混凝土中掺入一些低碳钢、不锈钢纤维或其它纤维（如塑料纤维、纤维网等），即成为一种均匀而多向配筋的混凝土。

它的物理力学性质比普通混凝土的好的多，特别是它的抗疲劳强度、抗冲击能力和防止裂缝的能力更好，所以它的路面厚度可以减薄35％～45％，而缩缝间距可以增至15～20m ，胀缝与纵缝可以不设。

另外它的使用寿命长，养护费用少。

碾压混凝土路面是一种含水率低，通过碾压施工工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。

与普通水泥混凝土相比节省大量的水泥，且施工速度快，养生时间短、强度高，具有很好的社会经济效益。

根据我国的施工水平，全厚式碾压混凝土路面的平整度难以达到规定的要求。

因此一般适用于二级及其以下等级的公路。

8．水泥混凝土路面接缝传荷能力用何种评价指标最佳，请给出检测方法。

混凝土路面板的接缝所具有的，将车轮荷载由接缝一侧直接承受的板向接缝另一侧非直接承受荷载的板块进行传递的能力，称为接缝的传荷能力。

表征接缝传荷能力的直接指标是接缝两侧所承受的荷载之比值。

采用实际承受荷载比值来表征接缝的传荷能力，对于荷载分配的实际状况难以量侧，所以也无法对各种接缝的传荷能力以及板体的应力、应变状态作定性、定量分析。

为此提出了间接指标：挠度比值和路面板边缘最大应变比值。

从实际测量效果与直观感觉来看，挠度比值比应变比值更能准确地量侧，易于被人们接收，且应用于计算分析也较方便。