路面施工技术9——沥青路面设计PPT课件

弹性层状体系理论
在沥青路面设计中，多层路面的力学计算通常采用弹性层状体系 理论。该理论采用如下基本假定：
(1)各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，以及位移 和形变是微小的。
(2)最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，其上各层厚度 为有限、水平方向为无限大。
(3)各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、 形变和位移为零。
(4)层间接触情况，均为连续接触。 (5)不计自重。
沥青路面设计标准
(1)路面结构设计应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理 论进行计算。
(2)高速、一级、二级公路的路面结构设计，应以路表面回弹弯沉值和沥 青混凝土层层底拉应力(拉应变)及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。三、 四级公路以路表面设计弯沉值为设计指标。有条件时，对重载交通路面宜检 验沥青混合料的抗剪切强度。
轴载换算方法
(1)当以设计弯沉值为设计指标及进行沥青层层底拉应力验算时，各级轴载（包括车 辆的前、后轴）Pi的作用次数ni均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。
N
K i1
C1C2niPPi 4.35
式中：N——标准轴载的当量轴次，次/日； ni——被换算车辆的各级轴载作用次数，彬日； P——标准轴载，kN； Pi——被换算车辆的各级轴载，kN； k——被换算车辆的类型数； C1——轴数系数，C1=1+1.2(m一1)，m是轴数。当轴间距大于3m时，按单独的一
沥青路面设计的内容
路面设计内容包括：选择适当的路面材料，进行材料 配合比设计并确定设计参数；路面结构组合设计，路面厚度 计算以及不同路面结构方案的比选。对高速公路、一级公路 的路面设计，除行车道部分路面外，还应包括路缘带、硬路 肩、加减速车道、紧急停车带、匝道、收费站和服务区的路 面设计。
沥青路面设计的方法
• 当量轴次(equivalent single axle loads) 按弯沉等效或拉应力等效的原则，将不同车型、不同轴载作用次数换算为与标准轴载100kN 相当的轴载作用次数。
• 换算原则 (1)按等效原则建立两种轴载作用次数之间的换算关系，即某种轴载在同一路面结构上作用N2 次所达到的临界状态，可以用标准轴载作用N1次代替。 (2)对某一种交通组成，不论以哪种轴载为标准进行轴载换算，由换算所得作用次数计算的路 面厚度是相同的。
(3)路面结构厚度设计应满足结构整体承载力与抵抗疲劳开裂的要求。
沥青路面设计程序
路面结构设计应按相应的流程进行，主要设计内容包括： (1)根据设计任务书的要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车
道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级、面层、基层类型，并 计算设计弯沉值或容许拉应力。
(2)按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确 定各个路段土基回弹模量设计值。
个轴载计算，当轴间距小于3m时，应考虑轴数系数；
C2——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
轴载换算方法
(2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各级轴载(包括车辆的前、后轴)Pi的作用 次数ni均按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N’。
N
K i1
C1C2niPPi 8
式中：C’1——轴数系数，当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数C’1 =1+2(m一1)； C’2——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。
目前世界各国沥青路面设计方法基本上可分两类：一类是 以经验或试验为依据的经验法，其著名代表是美国加州承载比 法(CBR法)和美国各州公路工作者协会(American Assoeiation of States Highway Officials)法，简称AASHO法；另一类是以力学分 析为基础，同时考虑环境因素、交通条件和路面材料特性的理 论法，如英荷壳牌(Sell)法、美国地沥青协会(AI)法。理论法大 多采用弹性层状体系理论分析沥青路面结构的应力、变形和位 移，并可以运用电子计算机技术。因此，理论法具有广阔的应 用发展前景。我国现行沥青路面设计方法，正是基于弹性层状 体系理论进行沥青路面结构设计与计算的方法。
(3)参考本地区的经验拟订几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据选用 的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、弯拉模量与抗 拉强度等，确定各结构层的设计参数。
(4)根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算路面厚度。 (5)对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求。 (6)进行技术经济比较，确定路面结构方案。
(3)上述轴载换算公式，适用于单轴轴载小于或等于130kN的各种车型的轴载换算。
累计当量轴次计算
在沥青路面设计中，既要考虑使用初期日交通量和远景交通量(即使用年限末期交 通量)，还要计算出路面设计使用年限，设计车道累计承担多少次标准轴载的反复作用。
路面使用年限末期的远景交通量是由有关部门根据国民经济发展规划给定，或根 据交通部门的调查统计资料进行推算而得。我国有关调查统计资料表明，交通量的增 长基本上符合几何级数的递增规律，即：
公路路面施工技术
——沥青路面施工
学习情境2 沥青路面设计
路面损坏分析
路面损坏分析与设计考虑
裂缝类
疲劳裂缝 反射裂缝 低温裂缝
车辙
变形类
沉陷
松散
表面损坏类
坑槽
泛油
– 疲劳裂缝
–反射裂缝
低温开裂
沉陷
车辙
波浪、拥包
坑槽
泛油 松散
沥青路面设计的任务
沥青路面设计的任务是根据公路使用要求以及水文、地 质、气候等自然条件，交通条件，当地筑路材料及施工条件， 设计确定技术经济合理的路面结构，以保证路面在预定的使 用期限内，既能适应当地自然环境条件，又能满足行车的使 用要求。
Nt N1(1)t1
学习 任务
计算累计当量轴次 计算设计弯沉值 确定土基回弹模量
路面结构设计
确定材料模量 计算新建沥青路面厚度
计算底层拉应力 编写沥青面层工程量清单
计算累计当量轴次
标准轴载与轴载换算
• 标准轴载 我国现行路面设计以双轮组单轴轴载100kN为标准轴载，以BZZ--100表示。标准轴载的计算 参数按下表确定。