第三章 沥青路面设计

第三章沥青路面设计

第3.1节设计理论及设计标准

总体思路

1、求出沥青路面在累计标准轴载作用下内部任意点的应力、应变值

2、根据荷载作用下的应力、应变要求寻找合适的沥青混合料材料配合比组成

3、根据沥青混合料强度要求，寻找合适的施工工艺

4、根据自然条件和沥青路面耐久性、稳定性、使用品质要求，寻找合适的养护维修决策3.1.1沥青路面设计理论

1、计算模型——应用弹性层状体系的弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变形和位移等分量

计算模型基本假定：

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:连续体系--位移完全连续滑动体系--层间仅有竖向力和竖向位移没有摩阻力

⑤不计自重;

3.1.2 沥青路面的破坏状态及设计标准

一、沉陷

1、现象--指路面在车轮作用下表面产生较大的凹陷，有时凹陷两侧拌有隆起现象。当沉陷严重时，超过了结构的变形能力，在结构的受拉区产生开裂而形成纵裂。并可能发展为网裂。

2、控制标准—为控制路基土的压缩引起路面沉陷，选取路基土垂直压应力垂直压应变作为设计标准。

二、车辙

1、现象—在渠化交通的作用下，路面的结构层及土基在行车重复作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积变形，这种变形出现在行车轮带处，形成路面纵向带状凹陷。

2、车辙的设计标准

以路面残余总变形为控制指标，即路面各结构层包括土基的残余变形总和为控制指标。

三、疲劳开裂

1、现象—路面在正常使用情况下，由行车荷载多次反复作用引起，其特点是，路面无显著的永久变形，开裂开始大都是形成细而短的横向裂缝，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。

2、设计标准—以疲劳开裂为设计标准时，其指标为结构层底面的拉应力或拉应变不超过相应的容许值。

四、推移

1、现象—当路面受到较大的车轮水平荷载作用时，路表面可能出现推移和拥起。造成这种破坏的原因是，车轮荷载引起的垂直力和水平力的共同作用下，结构层中的剪应力超过材料的抗剪强度。此现象可能发生在上，下坡，停车线，停车场等经常有起，制动的地点。

2、设计控制指标—采用路面面层抗剪强度标准为设计控制标准

五、低温缩裂

1、路面结构整体性材料层在负温时，材料收缩受限制而产生的拉应力超过材料的抗拉强度而产生的裂缝，因路面的纵向远比横向尺度为大，故收缩裂缝一般为较为规则的横向裂缝。使用无机结合料稳定的基层和沥青面层，才可能在冬季出现这种裂缝。

2、控制设计指标—低温时结构层材料收缩受约束而产生的温度应力不大于该温度时材料的容许抗拉应力。

六、目前沥青路面的设计标准

1、路面弯沉设计指标

指的是路基路面在车辆荷载的作用下产生的垂直变形，其值反映了路基和路面各结构层的总体强度和刚度。

路面弯沉的实测方法

目前路面弯沉使用杠杆式弯沉仪（贝克曼梁法）或落锤式弯沉仪法测定.

各级公路沥青路面设计中，都必须使用弯沉作为设计指标

2、各整体性材料结构层层底弯拉应力

高速一级二级公路，除使用弯沉指标进行设计之外，还应对整体性材料层（如半刚性基层验算其层底弯拉应力

3、剪切应力指标

对城市道路沥青路面设计，除和公路路面设计用路面弯沉指标设计，用层底弯拉应力验算之外，对停车场，交叉口路段，还应当进行层底剪切应力和材料抗剪强度验算。

第3.2节沥青路面结构组合设计

1．路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应

路面等级、面层类型的选择应根据公路等级、设计年限内标准轴载的累计当量轴次、筑路材料、地区特点和施工机械设备等因素按下表确定。

基层材料强度与稳定性要求也应随公路等级的提高和交通量的增加而提高。高等级公路应采用优质材料，而对于较低等级的公路，应尽量利用当地材料，以降低造价。

2、适应行车荷载作用的要求

强度安排

从应力分布和工程经济角度考虑，各结构层强度和刚度。随面层位置自上而下，强度由大至小递减安排。厚度应从上到下由薄到厚。

各层次厚度问题

基层、底基层设计应贯彻就地取材的原则，基层可选用无机结合料稳定集料类或沥青混合料、粒料、贫混凝土等材料，底基层应充分利用沿线地方材料，可采用无机结合料稳定细粒土类或粒料类等。基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料性能，充分发挥压实机具的功能，以及考虑有利于施工等因素选择各结构层的厚度。各结构层压实最小厚度与适宜应符合表7-1-5的要求。并不得设计小于150mm厚的半刚性材料薄层

确定最小厚度与最大厚度理由

最小厚度问题:路面各结构层最小厚度应满足构成强度所需的最小厚度要求

最大厚度问题:路面各结构层最大厚度应满足施工机械所能达到的最大压实深度要求。

沥青路面层间模量比问题:

沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响，是合理确定结构层层数，选定适宜结构层材料的重要考虑因素。对半刚性基层沥青路面的结构层组合设计，基层与沥青面层的模量比宜在1.5～3之间；基层与底基层的模量比不宜大于3.0，底基层与土基模量模量比宜在2.5～12.5之间。

✓比较教材提法:强度组合:根据分析和经验，基层和面层模量比应不小于0.3，土基与基层或底基层的模量比为0.08—0.4

4、在各种自然因素作用下稳定性好的要求

沥青路面在长期使用过程中，不可避免地经受自然环境因素一水、温度的考验。路面结构设计时应保证沥青路面在各种自然因素作用下，保持良好的稳定性。

水的影响途径

应采取的结构措施

面层应选用密实防水材料，底基层封闭，基层选用水稳性好的材料。面层选用大空隙透水沥青混合料，下面层选用密实材料，基层选用水稳性好的材料作为排水层，在横断面上增设排水设施，如纵向排水管。

冰冻作用下的稳定性要求

季节性冰冻气候影响途径应采取的结构措施，尽量避免使用易冻胀土填筑路基；减少水分侵入路基；增设吸收冻胀空间的多孔隙垫层；保证防冻层厚度，避免路基内出现聚冰带。

高温条件下的稳定性要求

高温对沥青路面的影响

高温条件采取的措施--应选用温度稳定性较好的按嵌挤型原则构成强度的沥青混合料类型

低温条件下的稳定性要求

低温对沥青路面的影响

低温条件采取的措施--应选用密级配型沥青混合料，特别是提高沥青混合料的抗拉强度

增设粒料类型的拉应力吸收层；增设抗拉强度高的优质沥青混合料层；适应加厚沥青路面面层厚度。

5、注意各结构层结构构成特点

路面各结构层通常是用密实级配、嵌挤锁结以及形成板体等方式构成的，各结构层具有各自特点，为使组合而成的路面总体结构能共同协同受力工作，在结构组合中还应注意以下因素。

1）从吸收拉应力出发

沥青面层不得直接铺筑在整体性材料，有收缩裂缝的结构层上。而应铺设能吸取裂缝的过渡