路面结构及其层次划分

§2路面结构及其层次划分

一.路面断面

路拱平均坡度:

沥青或水泥混凝土路面:1.5%

厂拌沥青碎石等:1.5-2.5%

石砌路面:2-3%

碎石,砾石路面:2.5-3.5%

土路:3-4%

二.层次划分和作用

1．面层:

面层是直接同行车和大气接触的表面层次，它承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降水的浸蚀和气温变化的影响。因此，同其它层次相比，面层应具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨，不透水；其表面还应有良好的抗滑性和平整度。

修筑面层所用的材料主要有：水泥混凝土、沥青很凝土、沥青碎(砾)石混合料、砂砾或碎石掺上或不掺土的混合料以及块料等。

2．基层:

基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去,上基层是路画结构中的承重层，它应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力.基层遭受大气因素的影响虽然比面层小，但是仍然有可能经受地下水和通过面层渗入雨水，所以基层结构应具有足够的水稳定性。基层表面虽不直接供车辆行驶，但仍然要求有较好的平整度，这是保证面层平整性的基本条件。

修筑基层的材料主要有各种结合料(如石灰、水泥或沥青等)稳定土或稳定碎(砾)石、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣(如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等)和土、砂、石所组成的混合料等。

3．垫层:

垫层介于路基与基层之间，它的功能是改善土基的湿度和温度状况，以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性不受土基水温状况变化所造成的不良影响。另一方面的功能是将车辆荷载应力加以扩散，以减小土基产生的应力和变形.同时也能阻止路基土挤入基层中，影响基层结构的性能。

修筑垫层的材料，强度要求不一定高，但水稳定性利隔温性能要好。常用的垫层材料分为两类，一类是由松散粒料，如砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层；另一类是用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层。

5、路面的分类

路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面层所用的材料来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等等。但在工程设计中，则主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。

柔性路面：总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结构。

刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度高、弹性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。

半刚性路面：通过改善沥青混凝土性能使其呈半刚性特性，其刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。

第二节环境因素对道路的影响

1、温度湿度对道路的影响概述

图2-1 温度对沥青混凝土动弹性模量的影响

图2-2 湿度对路基刚度的影响

2、温度对道路的影响

温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀；温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割；温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂。

图2-3 沥青面层温度日变化曲线

图2-4 沥青面层月平均温度的年变化曲线

图2-5 水泥混凝土面层温度日变化曲线

图2-6 一天内不同时刻沿水泥混凝土面层深度的温度变化曲线

图2-7 水泥混凝土面层温度梯度与气温的日变化曲线

3、湿度对道路的影响

湿度对路基的影响：湿软、冰冻及整体不稳定，需设置良好的排水设施，并控制路基的干湿类型

湿度对路面的影响：水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度，造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性

第三节交通荷载参数

1、行车荷载及其对路面的影响

汽车荷载既是路基路面的服务对象，又是造成路基路面结构损伤的主要原因；它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的动荷载；汽车荷载的特性包括汽车轮重与轴重的大小与特性、不同车型车轴的布置、汽车轴载的时间分布特性、以及汽车静态与动态荷载的特性比较等不同方面。

2、车辆的种类与作用特点

道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。客车又分为小客车、中客车与大客车；货车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。汽车及其客货总重量通过车身传递到车轴，再传递到车轮，最终由轮胎传递到路面，因此，路面结构设计主要以轴重或者轮压来进行控制。

轴载－－轴型分布：单轴单轮单轴双轮双轴单轮双轴双轮

3、轴轮组与轴重

整车分前轴和后轴，绝大部分车辆的前轴为两个单轮组成的单轴（轴载约为P/3），极少数汽车前轴为双轴单轮组（轴重约为P/2）。大部分货车后轴由双轮组组成，有单轴、双轴和三轴等三种，大部分轴重在100KN以下，一般都在60~130KN范围以内。

4、轮压与压圆

轮胎对路面的静态压力大小与胎内压相接近，压面近似为圆形，d由p、P来计算，p可近似取轮胎气压。

（1）汽车的轮压与压圆（a-单圆荷载，b-双圆荷载）

（2）荷载圆半径和直径

对于双轮组车轴，可以按双圆考虑，也可以按单圆对待，其当量圆的直径计算如下：

a)双圆荷载的当量圆半径δ：

b)单圆荷载的当量圆直径D:

5、运动车辆对道路的动态影响

道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力外，还施加水平力和振动力，对路面固定点而言，这种影响又具有瞬时性和重复性。

图2-8 车轮作用于路面的垂直压力与水平压力

a)停驻；b)启动、一般行驶、加速；c)减速、制动；d)转向

（1）水平力：行车安全要求qmax≤ p?j，其中j为路表与车轮的附着系数，它同路面类型与湿度以及行车速度有关。路表层水平力过大易导致推挤、拥包、波浪及车辙等病害。

（2）振动力：振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数，设计路面时，应以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。

（3）瞬时作用及重复：路面点的车轮作用时间约为0.01~0.10s，结构变形来不及呈现，瞬时作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。

表3-1 路表与车轮的附着系数

车速（km/h）

路面状况路面类型

12 32 64

碎石—— 0.60 ——

干燥

沥青混凝土0.70-1.00 —— 0.50-0.65

水泥混凝土0.70-0.85 —— 0.60-0.80

碎石—— 0.40 ——

潮湿

沥青混凝土0.40-0.65 —— 0.10-0.50

水泥混凝土0.60-0.70 —— 0.35-0.55

6、标准轴载