路基路面工程-第14章-沥青路面设计(上)概要
华南理工大学路基路面工程习题与参考答案
路基路面工程复习题参考答案〔要点－结合要点阐述〕〔华南理工大学交通学院〕1、对于综述题－需要结合要点阐述2、不完整的参见教案与课本第一章总论1、对路基路面的要求对路基基本要求：A 结构尺寸的要求,B 对整体结构〔包括周围地层〕的要求C 足够的强度和抗变形能力,D 足够的整体水温稳定性对路面基本要求<1>具有足够的强度和刚度<2>具有足够的水温稳定性<3>具有足够的耐久性和平整度<4>具有足够的抗滑性<5>具有尽可能低的扬尘性<6>符合公路工程技术标准规定的几何形状和尺寸2、影响路基路面稳定的因素－此章节容需要学后再看水文水文地质气候地理地质土的类别3、公路自然区划原则3个4、路基湿度来源5、路基干湿类型的分类？一般路基要求工作在何状态？6、路基平均稠度和临界高度7、路面结构层位与层位功能面层：直接承受行车车轮作用与自然因素底作用,并将所受之力传递给下层,要求路面材料有足够的力学强度和稳定性,并要求表面平整、抗滑、防渗性能好。
基层：主要承受车辆荷载的竖向力,并把由面层传下来的应力扩散到垫层和土基,故必须有足够的力学强度和稳定性与平整度和良好的扩散应力性能。
垫层：起排水隔水、防冻和防污等多方面作用,而主要作用是调节和改善土基的水温状态,扩散由基层传递下来的荷载应力的作用。
8、各类路面的特点参见教案高速公路、一般公路第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质1、什么叫标准轴载？什么叫当量圆？路面设计中将轴载谱作用进行等效换算为当量轴载作用的轴载。
〔我国标准轴载为双轮组单轴重100KN的车辆,以BZZ-100表示〕当量圆：椭圆形车辆轮胎面积等效换算为圆2、什么叫动载特性水平力振动力瞬时性3、自然因素对路面的影响主要表现在那些方面？温度与其温度变化水4、路基工作区？路基工作区－路基某一深处,车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重应力引起的垂直应力相比所占比例很小,仅为1/10~1/5时,该深度围的路基5、回弹模量？K? CBR?回弹模量:土基在荷载作用下产生应力与与其相应的<可恢复>回弹变形比值；K:土基顶面的垂直压力与该压力下弯沉的比值。
《路基路面工程》课程设计--公路沥青路面设计
《路基路面工程》课程设计公路沥青路面设计学校：学院：建筑工程学院班级：姓名：学号：台州某路段高速公路沥青路面设计计算书1.基本资料（1）自然地理条件台州地区计划修建一条双向六车道的高速公路，其中经过调查该路段地处Ⅳ4区，路基为中液限粘土，地下水位离地面高度为1.1m，路基填土高度为0.5m，属于中湿状态；根据我国“沥青及沥青混合料气候分区指标”及相应的“分布图”，得到最热月平均气温＞30℃，最低气温低于-9℃，年降雨量＞1000mm。
近期双向混合交通量为21000辆/日，交通组成和代表车型的技术参数分别如表1和表2所示，交通量年增长率为8%。
该路线沿线可开采砂砾、碎石，并有丰富的石灰、水泥、粉煤灰、沥青等材料供应。
（2）土基回弹指数的确定设计路段处于Ⅳ4区，路基处于中湿状态，路基土为中液限粘土，稠度为，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)，得土基回弹模量为MPa。
土基回弹模量＜40 MPa，所以对地基进行加固处理，进行填土层50cm处外加25cm厚的石灰处理填土层，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)，得土基回弹模量为200MPa。
（3）根据可行性研究报告可知路段所在地区近期交通组成与交通量，见表1-1。
预测交通量年增长率为8%。
沥青路面累计标准轴载次数按15年设计。
（4）设计轴载代表车型的技术参数 表1-2序号 汽车 型号 总重 (kN) 载重 (kN) 前轴重 (kN) 后轴重 (kN) 后轴数 轮组数 1 桑塔纳 21 10 7 14 2 五十铃 42 20 14 28 3 解放CA10B 1 双 4 黄河JN150 1 双 5 黄河JN162 1 双 6交通SH3612×2双轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时） 表1-3车型 i P (kN)i n （辆/d ）35.421⎪⎭⎫⎝⎛P P n C C i i (辆/日)五十铃 前轴14 — —— — 后轴2818799 解放CA10B 前轴— — — — 后轴 1 1 4536 黄河JN150 前轴1 后轴 1 1 黄河JN162 前轴1 后轴 1 1 交通SH361 前轴1 后轴2×1∑=⎪⎭⎫⎝⎛=Ki i i P P n C C N 135.421 (次/日)轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时） 表1-4车型 i P (kN)i n （辆/d ）821⎪⎭⎫⎝⎛P P n C C i i (辆/日)五十铃 前轴14 — — — — 后轴28 — — — — 解放CA10B 前轴— — — — 后轴11 4536 黄河JN150 前轴49 — — — — 后轴 1 1 黄河JN162 前轴1 后轴 1 1 交通SH361 前轴60 1 后轴2×21∑=⎪⎭⎫⎝⎛=Ki i i P P n C C N 1821 (次/日)（5）累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）交通量计算详见以下列表，得到累计轴载次数结果见下表，属于重交通等级。
[14] 沥青路面设计
![[14] 沥青路面设计](https://img.taocdn.com/s3/m/0fbe0f2d3169a4517723a3e2.png)
五、结构组合设计
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；底基层与土基模量比宜在2.5~12.5之间。
半刚性基层达到一定厚度后，继续增加其厚度，将不会 明显增加路面的承载能力，从技术和经济两方面考虑， 半刚性基层存在一个合适的厚度。 路面力学计算也表明，当半刚性材料层达到45~55cm厚 度后，继续增加其厚度对路面的承载能力以没有明显的 影响，因此在正常路段强度大的半刚性基层一般控制在 45~55cm ，强度小的半刚性基层一般控制在55~60cm。 也就是说以增大结构层厚度的方式解决重载交通道路的 承载力问题是很不可取的。
2. 在各种自然因素作用下稳定性好 水稳定性和温度稳定性；
3. 考虑结构层的特点 上下层匹配，总体上强度足够； 4. 考虑防冻、防水要求 5. 层间结合良好
一、沥青面层结构
表面层：平整度、抗滑耐磨、高温抗车辙、低温抗开裂、 抗老化 中面层：稳定性、抗剪性能 下面层：抗疲劳裂缝性能 表面层宜选用密实型中粒式或细粒式沥青混合料(AC13、 AC16)，空隙率控制在3%~5%。 对于重交通和特重交通等级，可采用改性沥青混合料或 者SMA13。 中、下面层宜选用密实型中粒式或粗粒式沥青混合料 (AC20、AC25)。 对于重交通和特重交通等级，可采用改性沥青混合料或 者SMA20。
ld=600Ne-0.2A c As AB
式中：ld —设计弯沉值(0.01mm)； Ne—设计年限内一个车道上累计当量标准轴载通行次数； Ac—公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1 ，三、四级公路为1.2； As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0; 热拌沥青碎石、上 拌下贯或贯入式路面为1.1；沥青表面处治为1.2；中、低级路面 为1.3。 AB—基层类型系数，对半刚性基层取1.0；柔性基层、底基层时 取1.6。 设计弯沉值相当于路面竣工后第一年不利季节，路面在标 准轴载100kN作用下，所测得的最大回弹弯沉值。
沥青路面设计
沥青路面－－在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥 青混合料作面层的路面结构 沥青路面的设计任务：是确定经济合理的路面结构，使之承受 交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公 路相应的承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求。
路面设计内容：包括原材料选择、混合料配合比设计和设计参 数测试与确定、路面结构层组合与厚度计算，以及路面结构 的方案比选等内容。 设计方法分类： 1.以经验或试验为依据的经验法； 2.以力学分析为基础，考虑环境、交通条件以及材料特性为依据 的理论法（半经验半理论法）
力学图示
一、基本假设与解题方法 ：
（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，或者位移完全连续（称连续体系），或 者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（称滑动体系）；
国内外结构设计主要方法
AASHTO法 SHELL法 AI法 前苏联法 比利时法 我国的设计方法 力学设计方法综述
AASHTO法 设计标准－－采用道路使用性能期内路面服务能 力指数的变化量∆PSI值 结构设计参数－－包括路基土有效回弹模量、各结 构层层位系数以及排水系数。 AASHTO法以AASHO试验路的观测资料为基础，建 立∆PSI值与路面结构数SN和标准轴载作用次数之间 的经验关系式，以此来进行路面结构设计，是一种 经验设计方法。
发展趋势
从70年代后期，人们开始重视设计法的经济 性分析研究。
在将来，有可能从规划、设计、施工直至使用 作为一个整体，把路面设计体系包括设计方法、材 料特性、养护方针与经济、财政因素综合到一个 “路面管理系统中”去，从近期与远景经济展望相 结合达到最佳经济效益那将是设计方法的第五代。
第14章沥青路面设计
A
新建路面厚度设计
• 设计过程： 1）计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次，确定交 通量等级、面层类型、计算设计弯沉值和容许弯拉应力。 2）确定土基回弹模量E0 3）拟定路面结构组合与厚度方案，确定各层的抗压回 弹模量，弯拉模量与抗拉强度。 4）计算路面结构设计层的厚度，并验算层底拉应力
• 对水泥粉煤灰稳定材料的龄期为120天的极限 劈裂强度。
• 层底拉应力以单圆荷载中心处（B点）及双圆轮隙 中心（C点）为计算点，取较大值计算层底拉应力。
m p m
理论最大拉应力系数
m
f
h1
, h2
, hn1
, E2 E1
,
E3 E2
E0 En1
六、弯沉值和结构层底拉应力的确定
１６ 石灰水泥粉煤灰碎砾
• １０、第十大类（１０） • • ０１ 泥结碎石 • ０２ 级配碎石 • ０３ 泥结砾石 • ０４ 级配砾石 • ０５ 泥结碎砾石 • ０６ 级配碎砾石 • ０７ 级配砂砾 • ０８ 天然砂砾 • ０９ 泥灰结碎石 • １０ 泥灰结砾石 • １１ 泥灰结碎砾石 • １２ 级配碎石掺灰 • １３ 级配砾石掺灰 • １４ 级配碎砾石掺灰
1、轴载分析之轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）
6.4 6.4 6.4 6.4 6.4
注：轴载小于25KN的轴载作用不计。
9.2 250.4 80.2 12.3
7.9
2092.3
2、轴载分析之轴载换算（半刚性层弯拉应 力分析时）
1.85
10.3
1804
9g第十四章 沥青路面设计
第十四章沥青路面设计沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。
沥青路面设计的任务是根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，设计确定经济合理的路面结构，使之能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公路相应的承载能力，耐久性、舒适性、安全性的要求。
路面设计应包括原材料的选择、混合料配合比设计和设计参数的测试与确定，路面结构层组合与厚度计算，以及路面结构的方案比选等内容。
路面设计除行车道部分的路面外，对高速公路、一级公路还应包括路缘带、硬路肩、加减速车道、紧急停车带、收费站和服务区的场面设计以及路面排水系统的设计，对其它各级公路应包括路肩加固、路缘石和路面排水设计。
当前世界各国众多的沥青路面设计方法，可概括分为两类：一类是以经验或试验为依据的经验法；一类是以力学分析为基础，考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的理论法。
近三十年来，有关理论法的研究取得了很大进展，许多国家相继提出较完整的设计体系。
目前理论法对沥青路面的应力、形变和位移的分析，大多应用弹性层状体系理论，并采用电算的方法。
鉴于理论法有着广阔的发展前景，我国沥青路面设计规范规定沥青路面设计理论以弹性层状体系理论为基础，所以本章着重阐述基于理论法的沥青路面结构设计与计算。
§14-1 弹性层状体系理论概述由不同材料的结构层及土基组成的路面结构，在荷载作用下其应力形变关系一般呈非线性特性，且形变随应力作用时间而变化，同时应力卸除后常有一部分变形不能恢复。
因此，严格地说，沥青路面在力学性质上属于非线性的弹－粘－塑性体。
但是考虑到行驶车轮作用的瞬时性（百分之几秒），在路面结构中产生的粘—塑性变形数量很小，所以对于厚度较大、强度较高的高等级路面，将其视作线性弹性体，并应用弹性层状体系理论进行分析计算将是合适的。
一、基本假设与解题方法弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间体，如图14-1。
第十四章沥青路面设计PPT课件
弯沉及式沥青层底拉应力
为设计指标的换算公式
25KN～130KN 轴载
半刚性材料层底拉应力 为设计指标的换算公式
50KN～130KN 轴载
贫混凝土基层层底拉应力 为设计指标的换算公式
50KN～130KN 轴载
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概述
设计年限与累计当量轴次
轴载当量换算的原则
➢沥青路面设计年限——应根据公路等级、
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，或者位移完全连续（称 连续体系），或者层间仅竖向应力和位移连 续而无摩阻力（称滑动体系）；
5）不计自重。
h1 hi
p E1 μ1
Ei μi
En μn
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弹性层状体系理论
弹性层状体系理论的求解过程
概述
沥青路面设计任务
根据使用要求及气候、水文、地质等 自然条件，密切结合当地的实践经验， 设计确定合理的路面结构，使之能承受 交通荷载和环境因素的作用，在预定的 使用期限内满足各级公路的承载力、耐 久性、舒适性、安全性的要求
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概述
沥青路面设计内容
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
形
✓路面各结构层残
余变形
✓结构层底面拉应
变或拉应力
✓结构层剪应力
✓结构层温度应力
或应变
第25页/共60页
我国沥青路面设计方法
设计理论与指标
双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论 路表面回弹弯沉值为设计指标，沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基 层层底弯拉应力为验算指标，城市道路增加面层剪应力验算指标 设计控制标准——根据路面结构的破坏过程和破坏机理所达到的极限状态， 从力学响应提出的控制指标
14沥青路面设计.ppt
第14.2节 弹性层状体系理论(lǐlùn)简介
一、基本(jīběn)假设与解题方法 基本假设：
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，或者位移完全连续（称连续体系），或者层间仅竖向应力和位移
以美国的CBR法、AASHTO法为代表。
（二）力学－经验法 原理：通过力学原理分析路面结构在荷载和环境作用下的力学响应，建立力 学响应量与路面使用性能的关系，进行路面结构设计。 以美国Shell法、AI法、前苏联运输工程部方法以及我国沥青路面设计方法 为代表。
《路面工程》
第三页，共六十二页。
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砂粒式沥青砼 细粒式沥青砼 细粒式沥青砼 中粒式沥青砼 中粒式沥青砼 粗粒式沥青砼 粗粒式大粒径沥青碎石 粗粒式大粒径沥青碎石 特粗式大粒径沥青碎石
公称最大粒径 （mm） 4.75 9.5 13.2 16 19 26.5 26.5 31.5 37.5
第14.1节 概述(ɡài shù)
我国设计方法
设计理论(lǐlùn)－弹性层状体系理论
弹性层状体系是由若干个弹性层组成， 上面各层具有一定厚度，最下一层为 弹性半空间体。
设计方法概述
① 力学模型－双圆垂直均布荷载作用下的多 层弹性层状体系
② 路面整体刚度设计指标－设计弯沉值
③ 路面抗弯拉验算指标－层底容许拉应力 ④ 路面抗剪验算指标－面层容许剪应力
③ 层间结合应尽量紧密，避免产生滑移，以保证结构的整体 性和应力分布的连续性
公路沥青路面设计
2.室内实验法： 取代表性土样，在室内按最佳含水量制备三组试件，分别击实不同的次数，测得不同压实度下的相对应的回弹模量
值，绘制压实度与回弹模量曲线，查图求得标准压实度条件下土的回弹模量值。
3.换算法： 利用E0~L0、E0~K、E0~CBR的换算关系式，确定回弹模量值。 4.查表法：无实测条件时采用。
三、路面材料强度设计参数的确定方法
以设计弯沉值计算路面厚度并对结构层进行层底拉应力验算时，各层材料的 模量均采用抗压回弹模量，沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验 测得劈裂强度。
第四节 设计弯沉值与容许拉应力计算 一、设计弯沉值计算 1.设计弯沉值的含义：
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弯沉设计值。 2.路面外观状态的类型：
（二）起因
车轮荷载引起的垂直力和水平力的综合作用，使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。 同时也与行驶车轮的冲击、振动有关。
5、低温缩裂 （一）表现
横向间隔性的裂缝，严重时发展为纵向裂缝 （二）起因
路面结构中某些整体性结构层在低温（通常为负温度）时由于材料收缩受限制而产生较大的拉应 力，当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生开裂
Rs /Ks
Ks为抗拉强度结构系数。
对于沥青混凝:K土 s 面 0.0层 9Ne0.22/Ac
对于无机结合料 料类 :稳 Ks 定 0.3集 5Ne0.11/Ac 对于无机结合粒 料土 稳 :类 Ks定 0细 .45Ne0.11/Ac
第五节 沥青 路面结构组合设计
一、沥青路面设计内容 1.交通量实测、分析、预测； 2.路面结构层原材料的选择； 3.混合料配合比设计； 4.设计参数的测试与确定； 5.路面结构组合设计与厚度计算； 6.路面排水系统设计和其他路面工程设计等； 7.路面结构方案的技术经济综合比选，提出推荐方案。
路基路面工程沥青路面设计
总结：理论分析法实质上就是把路面看成是一个 工程结构物，据行车荷载作用下，在路面中所产 生的应力、应变和位移量不超过路面任一结构层 中材料的容许应力、应变和位移量来选择和确定 路面结构层的组成和厚度，并以此来防止或减少 各种路面破坏现象的发生，控制或限制路面的结 构特性和使用品质在预定的设计使用年限内不恶 化到某一规定的程度。 目前，在我国路面设计中，视路面结构类型不同， 分别采用如下设计指标：
rt tR
tR ——某种温度下材料的容许拉应力
rt ——低温时结构层材料因收缩受约束而产生的温度应力
六、路面弯沉设计标准
路面弯沉：路面在垂直荷载作用下，产生的垂直变
形。
我国现行的沥青路面设计方法采用设计弯沉作为路 面整体刚度的设计指标。 1、能够反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度 2、与路面的使用状态存在一定的内在联系 3、测定也比较方便。
三、疲劳开裂
（一）表现
路面无显著的永久变形，最初在 荷载作用部位形成细而短的横向 开裂，继而逐渐扩展成网状 （二）起因 较厚的沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用， 使结构层底面产生的拉应变（或拉应力）值超 过材料的疲劳强度，底面便开裂，并逐渐向表 面发展。稳定类整体性基层也会产生出疲劳开 裂，甚至导致面层破坏。与重复应变（或应力） 大小和路面的环境因素有关 。
1.为了控制路基路面的总变形，防止网裂、沉陷、 车辙，使路面具有足够的整体刚度和强度，采用 路面设计弯沉值Ld作为路面整体刚度和强度的控 制指标。即路面设计弯沉值Ld应大于或等于路表 实际可能产生的回弹弯沉值Ls，即Ls≤Ld。 2.为了防止沥青混凝土面层和半刚性基层（底基层） 的疲劳开裂，采用了沥青混凝土面层和半刚性基 层（底基层）底面的容许拉应力σR作为验算指标， 此值应大于或等于路面相应结构层底面实际可能 产生的最大弯拉应力σm，即σR ≤ σm。
沥青路面设计
第一节 概 述
一、沥青路面设计的内容 1）原材料的调查与选择 2）沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计
3）各项设计参数的测试与选定
4）路面结构组合设计 5）路面结构层厚度验算及路面结构方案的比选
6）路面排水系统设计及其它相关设计
二、路面结构设计的原则
1）路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土
各结构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，以使各结构层材料的 效能得到充分发挥。 （二）适当的层数和层厚 结构层数既要体现强度和刚度沿深度递减的规律 ，又要考虑施工工艺、材 料规格和强度形成原理 根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥青质量等因素，综合 考虑确定沥青层厚度 基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果， 发挥压实机具的功能以及有利于施工等因素选择
Pi N C1 C2 ni P i 1
k 4.35
(2)当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计
指标时，按下式完成轴载当量换算：
Pi C2 ni N C1 P i 1
k 8
14-3
(3)对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时，
400~1200
1200~3000 >3000
1000~4000
4000~10000 >10000
第二节 弹性层状体系理论简介 一、基本假设与解题方法
（一）基本假设 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，或者位移完全连续（称连 续体系），或者层间仅竖向应力和位移连续而 无摩阻力（称滑动体系）； 5）不计自重。 （二）解题方法
14.沥青路面设计.ppt
一、沉陷
现象：是路面在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形， 有时凹陷两侧伴有隆起现象，当沉陷严重时，可能逐渐发展 成网裂。
原因：当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至 路基表面的车轮压力，便产生较大的垂直变形。
设计指标：
z0 z0
z0 ——路基表面由车轮荷载作用产生的垂直应力，可用弹性层状体系理论求得
二、在各种自然因素作用下稳定性好
路面结构层选择与组合需要解决的重要问题就使沥青路 面的水稳定性，在基层一般应选择水稳性好的材料。
在潮湿和某些中湿路段上修筑沥青路面时，由于沥青层 不透气，使路基和基层中水份蒸发的通路被隔断，因而向基 层积聚。如果基层材料中含土量多(如泥结碎石、级配砾石)， 尤其是土的塑性指数较大时，遇水变软，强度和刚度急剧下 降，结果导致路面开裂破坏。所以沥青路面的基层一般应选 择水稳性好的材料，在潮湿路段及中湿路段尤应如此。
当前世界各国众多的沥青路面设计方法，可概括分为 两类：
1. 以经验或试验为依据的经验法; 2. 是力学分析为基础考虑环境、交通条件以及材料特 性为依据的理论法。 我国沥青路面设计规范规定的沥青路面设计理论就是 以弹性层状体系理论为基础。 严格的说，沥青路面在力学性质上属于非线性的弹－ 粘塑性体。但考虑实际情况，对厚度较大、强度较高的高 等路面看作线性弹性体。
原因：沥青结构层受车 轮荷载的反复弯曲作用，使 结构层底面产生的拉应变值 超过材料的疲劳强度，地面 开裂，并逐渐向表面发展。
设计指标： 以疲劳开裂作为设计标准时，用结构层底面的拉
应变或拉应力不超过相应的容许值控制设计，即：
r R 或 r R
r 、 r ——结构层底面的拉应变和拉应力
沥青路面设计
第一节 弹性层状体系理论概述 第二节 沥青路面的破坏状态与设计标准 第三节 沥青路面结构组合设计 第四节 新建沥青路面的结构厚度计算 第五节 路面结构的剪应力计算 第六节 沥青路面改建设计 第七节 AASHTO和Shell设计方法概述
路基路面工程沥青路面课程设计Word 文档
b、 经过 OD 调查及论证 2012 年底的交通组成情况如下表：
车型 辆/日
黄河 JN-150 解放 CA10B 长征 CZ160 上海 SH130
820
1500
380
160
小汽车 200
C、该公路按二级公路标准修建，设计道路横断面为双向两车道。经 OD 调查：该公路自 2013 年
通车后前五年交通量增长率为 4.5%，其后设计年限内交通量增长率为 6%。
前轴 重
（KN ）
49.0 0
19.4 0
45.2 57
0
后轴 重
（KN ）
101. 60
60.8 5
83.7 107
车辆参考表 后轴 数
1
1
2 1
后轴 轮组数
2 2 2 2
100
1
2
后轴 距
0 0 2 0 0
交通 量
（次 /日）
820
1500
380 160
200
（1）、计算标准轴载累计计算交通量 Ne A．当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时
N
K i 1
C1C2ni
Pi P
4.35
式中：
N—— 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴 次（次 ／d ) ;
ni——被换算车型的各级轴载作用次数（次／d) ; P一一标准轴载（KN） ; Pi——被换算车型的各级轴载（KN） C1——被换算车型的轴数系数 C2——被换算车型的轮组系数 ，双轮组为1.0，单轮组为 6.4，四轮组为 0.38;
方案二：双层式沥青面层，上层选用中粒式沥青混凝土 AC-13，厚度 50mm；下面层采用中 粒式密级配沥青混凝土 AC-20，厚度为 80mm；基层采用二灰碎石，厚度为 250mm；底基层采用 二灰土，厚度待定
路基路面工程第14章沥青路面的设计
层低拉应力
我国沥青路面是设计规范规定沥青面层、半刚性基层、下 基层、刚性基层层底拉应力作为沥青路面结构设计的第2 项设计控制指标：
σR= σsp/Ks
路面结构厚度设计方程式与设计参数
路面厚度验算阶段主要考察拟定的路面结构在经受设计使 用期当量标准轴载的反复作用之后，是否满足两项设计指 标的要求：
结构层材料抗弯拉强度
按照试验规程测得，也可采用劈裂试验
计算弯沉和层底拉应力的计算
应用弹性层状体系理论计算双轮隙的路表弯沉时，由于弹 性层状体系理论计算过程的复杂性，一般均需通过计算机 进行求解。早期在计算机未能遍及时，许多科技工作者通 过大量的研究工作，提出了多种图解法和表解法以及简化 公式方法。
1、三层路面结构计算弯沉和拉应力的简化计算公式 ld=1000l1F
2、查图法 理论弯沉
aL为理论弯沉，取泊松比μ1= μ1=0.25， μ0=0.35
新建路面厚度设计
1）设计步骤 2）设计示例
路面竣工验收指标
要求在竣工后第一年的不利季节，用标准轴载BZZ-100 轮隙下实测弯沉代表值lr必须小于验收弯沉值la。
（4）测定者吹哨发令指挥汽车缓慢前进，百分表随路面 变形的增加而持续向前移动。当表针转动到最大值时，迅 速读取初读数L1。汽车仍在继续前进，表针反向回转，待 汽车驶出弯沉影响半径（约3cm以上）后，吹口哨或挥动 指挥红旗，汽车停止。待表针回转稳定后，再次读取终读 数L2。汽车前进的速度宜为5km/h左右。
沥青路面结构设计原则
(1)因地制宜，合理选材 路面各结构层所用的材料，尤其是用量大的基、垫层材料， 应充分利用当地的天然材料、加工材料或工业副产品，以 减少运输费用和降低工程造价。同时还要注意吸取和应用 当地路面设计在选择材料方面的成功经验。
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3δ=0.3195
δmδ δ δ δ p=0.7M
h
o
面P层a
x
1h
基层
2hi
底基层
h
垫层
n
y
第1节 概述
4.交通等级
3）当量换算 • 设计指标：弯沉及沥青层底拉应力
4.35
Ns
k i 1
C1C2ni
pi p
Ns－－标准轴载的当量轴次(次/日)
ni－－被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）
C1－－轴数系数；
指标的设置依据、类型及计算方法
④新建沥青路面厚度设计 计算的基本步骤、理论及经验公式
第1节 概述
1、沥青路面设计内容
①结构组合设计 ②材料组成设计 ③厚度设计验算 ④结构方案比选 ⑤排水系统设计
第1节 概述
1、沥青路面设计内容
①结构组合设计
半刚性基层沥青路面
上 面层AC13 中 面层AC16 下 面层AC25 水 泥或二灰 稳 定碎石
2）标准轴载－定义 我国路面设计以双轮组单轴载100kN作为标准轴载（BZZ-100）
100kN
平面投影
p=0.7MPa d
1.5d
第1节 概述
4.交通等级
3）当量换算 换算原则：同一路面结构在不同轴载作用下达到相同损伤程度。
a.中度疲劳开裂
b.重度疲劳开裂
第1节 概述
4.交通等级
3）当量换算 换算公式：通过模拟试验，建立经验公式
第十四章
沥青路面设计 Asphalt Pavement Design
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 我国沥青路面设计实例
本章学习重点
①轴载当量换算 ②沥青路面结构组合设计
层位的匹配原则、基本要求及典型结构 ③沥青路面设计指标与标准
轴间距>3m，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为1；
轴间距≤3m，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：
C1 11.2m 1
C2－－轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为１，四轮组为0.38。
4000 8000 12000 16000 20000 荷载作用次数(N/次)
第1节 概述
3、设计方法分类
②力学经验法：AI法、SHELL法、我国设计方法。 概念：依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数确定。
特点：理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。
δ=(P/πp)1/2
δ δp
h1
E1,υ1
二 灰土 土基
第1节 概述
1、沥青路面设计内容
①结构组合设计
长寿命沥青路面
4～7cm 高质量表面层
10～17.5cm 高模量抗车辙层
7.5～10cm 柔性抗疲劳层
土基
第1节 概述
1、沥青路面设计内容
①结构组合设计
全厚式排水沥青路面
沥青混凝土
表面层+路肩
排水沥青稳定基层 沥青混凝土分隔层
第1节 概述
④结构方案比选
柔性路面 细粒式沥青混凝土4cm 中粒式沥青混凝土6cm
沥青稳定碎石24cm
级配碎石15cm
二灰稳定碎石8cm
土基
半刚性基层沥青路面 细粒式沥青混凝土4cm 中粒式沥青混凝土6cm 粗粒式沥青混凝土8cm
二灰稳定碎石34cm
二灰土20cm 土基
组合基层沥青路面 细粒式沥青混凝土4cm 中粒式沥青混凝土6cm
1、沥青路面设计内容
①结构组合设计
上 面层AC13 中 面层AC16 下 面层AC25 水 泥或二灰 稳 定碎石
二 灰土 土基
第1节 概述
1、沥青路面设计内容
②材料组成设计
排水式沥青混凝土 OGFC，孔隙率≈20%
密级配沥青混凝土 AC，孔隙率≈5%
沥青玛蹄脂碎石 SMA，孔隙率≈3%
第1节 概述
车型 斯柯达760R 解放CA30A 黄河JN150 延安SX161 尼桑CK10G 交通SH141
前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 后轴
前轴 后轴
轴重pi (KN) 50.0 90.0 29.5 2×36.0 49.0 101.5 54.5 2×91.5 39.5 76.0 25.5 55.0
后轴数
轮组数
交通量ni (次/日)
1
2
1200
22Βιβλιοθήκη 150012
2800
2
2
600
1
2
1600
1
2
3200
第1节 概述
4.交通等级
2）标准轴载－轮轴类型：不同轴载损耗作用不同，无法分析总效 应，有必要定义一种标准轴载，以便简化减小设计计算工作。
单轴单轮
双轴单轮
单轴双轮
双轴双轮
第1节 概述
4.交通等级
沥青稳定碎石10cm
二灰稳定碎石34cm
级配碎石20cm 土基
第1节 概述
2、沥青路面设计原则
①路基路面整体综合设计原则 ②技术经济原则－技术先进，经济合理 ③因地制宜就地取材原则－兼顾推广新材料(SMA、OGFC) ④生态环保原则－注重保护沿线环境以及自然生态 ⑤机械化工厂化施工原则－有利于保证工程质量 ⑥分期修建原则－依据社会经济、交通量发展趋势，分期建造
美国西部环道试验
n
i
Ns Ni
Pi Ps
第1节 概述
4.交通等级
3）当量换算－第1类设计指标 • 表面弯沉－控制变形破坏
弯沉盆（deflection basin）
3δ=0.3195
δ δ δ δ mδ
h
o
1h
p=0.7M Pa x
2hi
沥青路面层状介质
h
n
y
第1节 概述
4.交通等级
3）当量换算－第2类设计指标 •层底拉应力－控制强度破坏
1、沥青路面设计内容
③厚度设计验算
性路面 青混凝土4cm 青混凝土6cm 定碎石24cm
碎石15cm
碎石63cm？？
土基
合基层沥青路面
半刚性基层沥青路面 细粒式沥青混凝土4cm 中粒式沥青混凝土6cm 粗粒式沥青混凝土8cm
水泥稳定碎石34cm？？
二灰土20cm 土基
组合基层沥青路面
第1节 概述
1、沥青路面设计内容
x
h2
E2,υ2
hi
Ei,υi
hn
En,υn
y
第1节 概述
4.交通等级
1）设计年限--依据公路等级确定
公路等级及其功能 高速公路、一级公路 改建/扩建的高速/一级公路
二级公路 三级公路 四级公路
设计年限(年) 15
10～15 12 8 6
CPni12i
第1节 概述
4.交通等级
2）标准轴载－交通组成：行驶车辆千差万别，轴载各不相同。
第1节 概述
3、设计方法分类
①经验法：AASHTO法和CBR法。 概念：依据调查或大型试验总结得到的设计方法。 特点：符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际。
车辙变形/0.01mm
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200
0 0
A方案 B方案 C方案 D方案 E方案