路基路面课程设计

②采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，
中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)，下面层采用粗粒式密级 配沥青混凝土(厚度8cm)。
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◆4）各层材料的抗压模量与劈裂强度
①查表得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取20℃的
A p E1 E2 G r A
h1 h2
B
●F
c c ●
BDF
(C E G)
hn-1● D
●E En=E0
En-1
b、设计指标和要求：
轮隙中间路表面 （A点）计算弯沉值
l S 小于或等于设计弯沉值 l d
m
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轮隙中心下（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力
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应小于或等于容许拉应力
• 优化设计法
通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成熟。
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沥青路面设计基本理论－层状弹性体系理论
◆ 3.层状弹性体系理论的图式

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◆4. 层状弹性体系理论的假定
1）各层连续、弯曲弹性、均质、各向同性，位移、形变微小； 2）结构层厚度有限，最下一层（路基）水平和垂直方向无限大，水平方向无 限； 3）各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限深处，应力、形变、位移为 零； 4）层间接触情况：或完全连续（连续体系） 或仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）； 5）不计自重。
10）土基回弹模量的参数
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11.新建沥青路面厚度计算示例
◆1）新建路面的厚度设计实例
甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的 年平均增长率为10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.0，沿途有 大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如表所 示，试进行路面设计。(看教材上的365页例题)
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沥青层厚度 =16-20cm
沥青层厚度 =20-22cm
沥青层厚度 =28-30cm
面层 稳定基层
面层
面层 沥青稳定基层
级配碎石
沥青稳定基层
稳定底基层
稳定底基层
稳定类底基层 路基 Structure Ⅲ
路基
Structure Ⅰ
路基 Structure Ⅱ
r R r R
④面层抗剪切推移：
要求： τ
max
≤ ［τ ］ （应使用高温时的弹模）
R
⑤结构低温缩裂：
要求： σ ≤ ［σ
rt
tR
］（应使用低温时的弹模）
⑥路面弯沉： 要求： l ≤ l
s d
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7.我国沥青路面的设计指标与要求
我国公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层 弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。 对沥青混凝土面层和整体性材料的基层、底基层应进行层底拉 应力的验算，城市道路尚须进行沥青面层的剪应力验算。
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5. 沥青路面的破坏状态、设计指标和标准
– 沥青路面的破坏 – 路面破坏与设计指标 – 主要的设计指标与要求 – 我国沥青路面的设计指标与要求 – 路面弯沉设计标准
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6. 沥青路面的破坏状态、设计指标和标准
◆ 主要的设计指标与要求
①路基表面的垂直压应变或垂直压应力
面层：单层、双层或三层沥青面层 基层：柔性、半刚性、刚性或组合式 垫层：排水、防冻、防水、防污等粒料或稳定土 土基：密实、稳固、不透水或透水 层间结合：牢固、耐久
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沥 青 层 最 小 厚 度 要 求
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◆ 基层最小厚度和适宜厚度要求
h1 h2 hn1 E2 E3 E0 c f ( , ... , , ... ) E1 E2 En1
弹性层状理论是在一定假设条件下（半无限空间体、材料各向同性、均质体且不计自
重）经过复杂的力学、数学推演的理论体系，假设条件与路面实际不完全相符合，这
是导致理论与实际不一致的原因。因此引入弯沉修正系数F，将理论弯沉值进行修正， 使计算弯沉与实测弯沉值趋于接近。 弯沉修正系数 F
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路面类型
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不同结构 弯拉应力分布
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不同结构组合的弯拉应力分布
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• 合理的结构组合设计（重载 不均匀沉降等）
沥青面层
沥青疲劳层
级配碎石
稳定类 （底）基层
路基
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结构
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中间拉压过渡区
按需要进行材料设计
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◆ 沥青路面结构组合
沉、弯沉与轴载作用次数间的关系。 ②路表弯沉值可以简单地量测，操作简便；压应变、拉应 变指标测试较困难。弯沉指标既可作为设计指标，又可以作 为质量检验、路面养护的评价手段。
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9. 沥青路面结构组合设计
– 沥青面层结构 – 沥青路面基层结构 – 沥青路面垫层结构 – 沥青路面层间结合
• 力学经验法（M-E）：AI法；SHELL法；我国设计方法。
依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特点是 理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。
• 典型结构法：法国方法；中国八·五研究成果。
通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少 了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。
实际设计时，该值通过程序计算得到。
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11.新建路面的厚度设计
1）设计要求：
交通量已知，各层材料模量、泊松比、抗拉应力已知，除待设计 层外各层厚度已知，需计算设计层厚度：
2）设计过程：
①根据拟定的结构层材料，确定设计弯沉计算公式中各参数，计 算设计弯沉值；
②目标：交工验收时轮隙中心实测路表弯沉小于等于设计弯沉；
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◆ 沥青路面结构组合设计的基本原则
①总原则： 面层耐久、基层坚实、土基稳定 ②具体要求：
1）适应行车荷载作用的要求
从上至下，从压到拉，从抗车辙到抗疲劳，表层抗滑、抗磨耗
2）在各种自然因素作用下稳定性好 具有很好的水稳定性和温度稳定性
3）考虑结构层的特点
上下层匹配，总体上强度足够而不过多浪费 4）考虑防冻、防水要求
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◆ 容许弯拉应力
R
R —— 路面结构层材料的容许拉应力(MPa);
SP
SP
KS
—— 沥青混凝土或半刚性材料的极限劈裂强度(MPa)；
K S —— 抗拉强度结构系数。
对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指15℃时的极限劈裂强度；对水泥稳定类材料 龄期为90d的极限劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为 180d的极限劈裂强度(MPa)，水泥粉煤灰稳定类120d的极限劈裂强度(MPa) 。
反映路基在重复荷载作用下的永久变形，主要原因是
路面结构土基承载能力低引起土基的较大垂直塑性变形。
Hale Waihona Puke Baidu
要求： σ
z0
≤ [σ ] 或 ε
z0
z0
≤ [ε ]
z0
②结构残余变形的累积（车辙）： 要求： RD
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re
≤ [RD ]
re
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③结构疲劳开裂（整体性材料结构层的疲劳开裂）： 要求： ε ≤ ［ε ］ 或 σ ≤ ［σ ］
沥青混凝土层的抗拉强度结构系数： K
S
0.09 N e0.22 / Ac
无机结合料稳定集料类：
无机结合料稳定细粒土类： 2018/8/11
K S 0.35 N e0.11 / Ac
K S 0.45 N e0.11 / Ac
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2) 路面结构厚度设计要求
◆ 路面结构的弯沉计算
2 p lS 1000 c F E1
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ls 实测弯沉 l E 1.63( S ) 0.38 ( 0 ) 0.36 l 理论弯沉 2000 p
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◆ 路面结构层低的弯拉应力计算
m p m
理论最大拉应力系数 ：
m
h n 1 E 2 E 3 E0 h1 h2 f ( , ...... ; , ...... ) E1 E 2 E n 1
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10. 我国沥青路面厚度设计
– 我国沥青路面设计指标和标准 – 路面结构厚度设计要求 – 新建路面厚度设计 – 新建沥青路面厚度计算实例 – 路面交工验收指标 – 未来基于使用性能的设计方法
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1）我国沥青路面设计指标和标准
a、设计理论-层状弹性体系理论
作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时 Ne1=1.09*107
作半刚性基层层底弯拉应力验算时
Ne2=9.9*106
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◆3）初拟结构组合和材料选取
①设计年限内一个行车道上累计标准轴次为900*105次左右。根据规范推 荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层用沥 青混凝土(18cm)，基层用水泥稳定碎石（厚度取20cm），底基层用石灰土 （厚度待定）。
模量，得到20℃的抗压回弹模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa， 中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为
1000MPa，水泥碎石为1500MPa，石灰土550MPa。
②拉应力验算时抗压回弹模量（沥青层取15℃的值），分别为2000MPa、
1800MPa、1200MPa、3550MPa、1480MPa。
R
◆
弯沉概念
①回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能
恢复的那一部分变形。 ②残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的 那一部分变形。 ③总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形（回弹弯 沉+残余弯沉）。 ④容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮隙中 间容许出现的最大回弹弯沉值。 （代表值吗？） ⑤设计弯沉：是指路面竣工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标 准轴载双轮轮隙中间的最大弯沉值。 （代表值吗？）
其它参数为土基以上结构层材料的模量和泊松比，其泊松比一般可取 为0.25～0.35（强度高时取小值），弹性模量可取规范推荐值，或试 验确定。 规范要求：
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6）土基回弹模量设计值的规定
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9）土基回弹模量取值方法
①现场测试法：
承载板测试法：采用直径30cm的刚性承载板，在现场土基表面，通过承载板对土
基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，采用1mm线
性归纳法按下式计算测点处路基回弹模量值： 承载板测试法： 回弹弯沉测试： 落锤式弯沉仪：
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E0 P 10000
2 p
4 l
1
2 0
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E0 s ( E0 ZaS ) / K1
《路基路面工程课程》设计
指导教师：袁国林
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一、沥青路面设计内容与方法
◆1.沥青路面设计的内容
结构组合设计
材料组成设计
厚度设计验算
结构方案比选
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2.沥青路面结构设计方法种类
• 经验法：AASHTO法；CBR法。
依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验地的 实际，但是不能结合不同地方的实际。
③通过诺模图或电算程序，查图或电算求出待设计层的厚度； ④通过弯拉应力验算；
⑤抗冻层厚度验算
⑥技术经济比较
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3）新
建路 面的 厚度 设计
程序
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4）新建路面的厚度设计
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5） 路面结构的设计参数
需要得到的设计参数：
其中：
是标准轴载累计作用次数； 是土基的回弹模量和泊松比；
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◆2）交通分析
①轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）
注：轴载小于25KN的轴载作用可以不计。
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◆2）交通分析
②轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时）
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注：轴载小于50KN的轴载作用可以不计。
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◆2）交通分析
③累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）
设计指标及验算指标必须小于其极限标准。
Ls Ld
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m R
τ max ≤ τ R
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8. 以弯沉作为设计指标的原因
① 路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形之 和，反映了路面整体刚度的强弱。当路面在车辆荷载反复作 用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程度时，路面结构
即产生疲劳开裂，从而可在一定程度上建立起路面损坏与弯
③各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级