2019最新第九章路面结构荷载及材料数学
2019最新规范二级公路沥青路面新建结构计算书
哈亚公路尚志镇至一面坡段改扩建工程新建新建路面设计1. 项目概况与交通荷载参数该项目位于黑龙江省，属于二级公路，起点桩号为0，终点桩号为27251.019，设计使用年限为12.0年，根据交通量OD调查分析，断面大型客车和货车交通量为1615辆/日, 交通量年增长率为 6.5%, 方向系数取55.0%, 车道系数取100.0%。
根据交通历史数据，按表A.2.6-1确定该设计公路为TTC4类，根据表A.2.6-2得到车辆类型分布系数如表1所示。
表1. 车辆类型分布系数根据路网相邻公路的车辆满载情况及历史数据的调查分析，得到各类车型非根据表6.2.1，该设计路面对应的设计指标为沥青混合料层永久变形与无机结合料层疲劳开裂。
根据附表A.3.1-3，可得到在不同设计指标下，各车型对应的非满载车和满载车当量设计轴载换算系数，如表3所示。
表3. 非满载车与满载车当量设计轴载换算系数根据公式（A.4.2）计算得到对应于沥青混合料层永久变形的当量设计轴载累计作用次数为9,232,831, 对应于无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为639,348,204。
本公路设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为5,638,387，交通等级属于中等交通。
2. 初拟路面结构方案初拟路面结构如表4所示。
表4. 初拟路面结构路基标准状态下回弹模量取40MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取1.50,干湿与冻融循环作用折减系数Kη取0.85,则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为51MPa。
3. 路面结构验算3.1 沥青混合料层永久变形验算根据表G.1.2，基准等效温度Tξ为13.0℃，由式（G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为14.9℃。
可靠度系数为1.04。
根据B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为7个分层,各分层厚度（hi）如表5所示。
利用弹性层状体系理论，分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力（Pi）。
路面结构力学分析
弹性双层体系单圆均荷载作用面中轴处表面竖向位移（弯沉 2 p l） l
E0
第二节 弹性层状体系应力和位移状况分析
一、路基应力
过大的应力值使路基出现剪切破坏或出现塑性变形，从而 使路面结构破坏。 如图10-5是相对刚度不 同的双层体系，沿荷 载截面轴上路基竖 向应力系数三随深 度而变化的情况。
3 I 1 2 I 2 I 3 0
2 I 3 r z r 2z zr z r2 2 z zr r I3——第三应力状态不变量，
解出三个实根 1 , 2 , 3 即为所求三各主应力，若 1 2 3 3 1 为最大主应力，为最小主应力，并按下式求得最大剪应 力 1 max 1 3 2
第十章
路面结构力学分析
第十章
路面结构力学分析
第一节 弹性层状体系理论 第二节 弹性层状体系应力和位移状况分析 第三节 弹性地基板的荷载应力分析 第四节 弹性地基板的温度应力分析
第一节
弹性层状体系理论
在研究沥青路面设计方法和进行路面结构的力学分析时，较为理想且 更能反映沥青路面的实际工作状况的力学模型是层状体系理论。并且 在层次结构方面，由双层体系、三层体系发展到多层体系. 多层体系在圆形均布垂直荷载作用下的计算图式如下图10-1所示。 10-1：
一、小挠度弹性薄板的基本假设
研究竖向荷载（板顶为局部范围内的轮载，板底为地基反力）作用下 的薄板弯曲通常采用下述三项基本假设： （1）竖向应变同其他应变分量相比很小，可以忽略不计。 （2）垂直板中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直中面， 因而无横向剪应变。 （3）中面上各点无平行于中面（x和y方向）的位移。 板内的应力状态原是三维的。由于作了上述三项假设，可简化成为平 面问题。通过应力几何方程和物理方程得出应力和应变的关系 ,我们 可发现无论是应变还是应力或内力，均可表示为挠度W的函数。
路面结构荷载及材料(1)
路基垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、
使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状
态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并
可阻止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防
砂土基础挤入基层、软土地基扩散编辑应pp力t 、冻土保温隔温等。
柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。
编辑ppt
11
第一节 路面结构及其分类
◆5、路面的分类
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。
半刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with semi-rigid base)
刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with rigid base)
全厚式沥青路面 (Full Depth编辑apsppt halt pavement)
3
第一节 路面结构及其分类
2、我国常用的高速公路沥青路面的结构
8
第一节 路面结构及其分类
◆4、路面的结构层次与材料要求
面层： 用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。
基层（包括底基层）： 材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水泥 砼、天然砂砾、碎石/块石/片石/砾石、工业废渣结合混合料等。当用不同 材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地的 材料或土。
路基路面工程 第9章 行车荷载等68
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 自然环境对路面的作用
◆4、湿度的作用
120
重复应力28kPa
80
回弹模量（MPa）
40
0 10
20
30
含水量ω(%)
图2-10 湿度对路基刚度的影响
第四节 路面材料力学特性
1、主要材料类型
τ
φ
c
σ
图2-27 三轴试验确定c.φ
第四节 路面材料力学特性
◆2、路面材料的强度特性
2）抗压强度 compressive strength
指试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限应力。材 料经过标准成型和养生后通过无侧限抗压试验测定的强度。
也有侧压的强度试验：
三轴试验； 钢管混凝土； 描述实际的状态，如路面的三位状态。
图2-13 一天内不同时刻沿水泥混凝土面层深度的温度变化曲线
第三节 自然环境对路面的作用
温度（℃） 梯度（℃／cm）
◆2、温度场的变化
32
1.2
29
气温
0.9
26
面层厚22cm
0.6
23
0.3
温度梯度
20
0
17
10 12 14 16 18 20 22 24
2
4
6
8
时刻（h）
图2-14 水泥混凝土面层温度梯度与气温的日变化曲线
26
23
气温
20
8 10 12 14 16 18 20 22 24
2
4
6
8
时刻（h）
图2-12 水泥混凝土面层温度日变化曲线
[精品](全过程精细讲解)路面结构设计及计算
路面结构设计及计算](https://img.taocdn.com/s3/m/2b5ee3d94a7302768f993978.png)
路面结构设计及计算7.1 轴载分析路面设计以双轴组单轴载100KN 作为标准轴载a.以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。
（1）轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：35.421⎪⎭⎫⎝⎛=P P N C C N i i （7.1）式中： N —标准轴载当量轴次，次/日in —被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日P —标准轴载，KNip —被换算车辆的各级轴载，KNK —被换算车辆的类型数1c —轴载系数，)1(2.111-+=m c ，m 是轴数。
当轴间距离大于3m 时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m 时，应考虑轴数系数。
2c ：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。
轴载换算结果如表所示：表7.2 轴载换算结果表注：轴载小于25KN 的轴载作用不计。
（2）累计当量轴数计算根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η取0.40，γ =4.2 %，累计当量轴次：][γηγ13651)1(N N te⨯⨯-+=[]次）（.5484490042.040.0327.184********.0115=⨯⨯⨯-+=(7.2) 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 b.轴载换算验算半刚性基底层底拉应力公式为81'2'1')(∑==ki i i P pn c c N (7.3) 式中：'1c 为轴数系数，)1(21'1-+=m c'2c 为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。
计算结果如下表所示：注：轴载小于50KN 的轴载作用不计。
[]γηγ'13651)1(N Nte⨯⨯-+=⋅[]次3397845%042.040.0313.13473651%)042.01(15=⨯⨯⨯-+=7.2 结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为700万次左右，根据规范推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土（15cm ）、基层采用石灰粉煤灰碎石（厚度待定）、底基层采用石灰土（30cm ）。
公路路基荷载与变形计算模型
公路路基荷载与变形计算模型公路路基是公路工程中承受交通载荷并传递到地基的基础结构，对公路的安全和稳定性起着重要的作用。
为了确保公路路基在使用寿命内具有良好的荷载传递性能和变形性能，需要进行荷载与变形计算，以确定合理的设计参数。
本文将介绍公路路基荷载与变形计算的模型和方法。
首先，公路路基荷载计算模型是确定路基所承受的荷载大小和分布的基础。
根据设计标准和规范，公路路基荷载主要来自车辆荷载、温度荷载和土体荷载。
车辆荷载是指车辆在路面上行驶时产生的静荷载、动荷载和颠簸荷载。
温度荷载是指路面温度变化引起的热胀冷缩效应，会导致路基的变形和应力变化。
土体荷载是指路基自身的重力荷载以及来自路基表面和边坡上的附加土压力。
针对不同类型的荷载，可以采用不同的计算模型和方法进行荷载计算。
其次，公路路基变形计算模型是确定路基变形大小和变形规律的关键。
路基变形计算模型主要分为弹性模型和塑性模型两类。
弹性模型假定土体是具有线弹性特性的，可以根据弹性力学原理进行变形计算。
常用的弹性模型包括一维弹性模型、二维弹性模型和三维弹性模型。
一维弹性模型适用于均质土体的变形计算，在考虑轴对称情况下，可以简化为杆件模型。
二维和三维弹性模型适用于非均质土体或考虑横向分布不均匀性的情况下的变形计算。
塑性模型假定土体具有一定的塑性变形能力，可以考虑土体的塑性流动和固结沉降特性。
常用的塑性模型包括弹塑性模型和塑性流模型。
弹塑性模型可以综合考虑土体的弹性和塑性特性，适用于较复杂的土体和边坡变形计算。
塑性流模型主要用于软土地区的路基变形计算，可以考虑土体的流动性质和剪胀特性。
根据实际情况和设计要求，选择合适的变形计算模型进行路基变形计算。
在进行公路路基荷载与变形计算时，需要收集和分析大量的工程地质、交通量、温度以及土壤力学参数等相关数据，并进行对应的计算模型选择。
对于荷载计算，可以根据不同地区和设计标准选择适用的计算方法和荷载系数，计算车辆荷载、温度荷载和土体荷载。
第九章 行车荷载、环境因素
3、轮迹横向分布 1） 车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心线附 近一定范围内左右摇摆，并按一定的频率分布在车道横断面上， 称为车轮的横向分布。 2）轮迹横向分布频率曲线影响因素： 交通量、交通组成、车辆高度、交通管制。
考虑车道系数后，累计当量轴次Ne为：
Ne =
365 N1
γ
[(1 + γ ) − 1]η
四、运动车辆对道路 的动力作用
动载(垂直力) 1 、动载(垂直力) 因为路面不平整车身震动， 车轮实际上是以一定的频率和 振幅在路面上跳动，轮载成动 振幅在路面上跳动，轮载成动 态波动。 态波动。 车速 动载大小 路面平整度 车辆振动特性 弹性材料：疲劳性质。 行车荷载的重复作用 弹塑性材料：变形累积。 动荷系数乘以静载作为设计荷载 瞬时性
行车荷载、 第九章 行车荷载、环境因素
§9.1 行车荷载 路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型货车与大客车 起决定作用。评定路面表面特征时，如路面的平整度、防滑 性，应考虑小客车的安全性和可靠性。 一、车辆的种类
小客车 (bus) 客车 中客车 大客车 整车 牵引式挂车 货车 (truck) 牵引式半挂车 车速高，自重和满载重量小120km/h以上（6座以下） 6～20个座位 20个座位以上，长途客运和城市公共交通 货箱与汽车发动机一体。 牵引车与挂车分离 牵引车与挂车分离，铰接。
365
N1 =
∑N
i =1
Ne =
i
365 N1
γ
[(1 + γ ) t − 1]
365
365Nt Ne = [(1 + γ )t −1] γ (1 + γ )t −1
2、轴载的组成与等效换算： 轴载的组成与等效换算： 标准：双轮组单轴载100KN作为标准轴载。 等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载作用下达到相同的 损坏程度为根据的。 新规范修订： 1）近年交通量增长很快，重车增长多，货车超载现象严重， 应考虑重车对路面的影响。 2）由于广泛采用半刚性基层结构，承载力提高，轻型车对 路面的疲劳损伤减小。本次修订取消了60KN的标准，统一采 用100KN的标准。 标准轴载设计参考： 标准轴载：BZZ-100双轮组单轴载。 标准轴载：BZZ-100双轮组单轴载。 标准轴载 P（KN）100 KN） 轮胎接地压强 p(MPa)0.70 单轮传压面当量圆直径d 单轮传压面当量圆直径d 21.30 两轮中心距 1.5d
2019年路基路面文档.doc
路基路面工程
影响温度变化的因素
?影响路面结构内温度状况的因素很多，可分为外
部和内部两类。
?外部条件主要是气象条件，如太阳辐射、气温、
风速、降水量和蒸发量等。而其中，太阳辐射和
气温是决定路面温度状况的二项最重要的因素。
?内部因素则为路面各结构层材料的热物理特性参
数，如热传导率、热容量和对辐射热的吸收能力
合行驶、划线分车道行驶和分隔带（墩）分车道行驶）、
交通密度和交通组成。
路基路面工程
轮迹横向分布频率曲线（单向行驶一个车道）
路基路面工程
第二节环境因素影响
?环境因素影响主要表现在温度和湿度。
?温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然环境
因素。
?路基土和路面材料的强度与刚度随路面结构内部温度
和湿度的变化有时会有大幅度的增减。图2-9、2-10.
荷在土基中产生应力作用的这一
深度范围叫路基工作区
路基工作区。
?该深度Za随车辆荷载增大而增
大，随路面的强度和厚度的增加
而减小。
土基中应力分布图
路基路面工程
?在工作区范围内的路基，对于支承路面结构和
车辆荷载影响较大，在工作区范围以外的路
基，影响逐渐减少。
B
z
nσ
σ
1
=
a
a
Z
n
Z
P
K
⋅
=
⋅
γ
1
2
3
γ
KnP
p
P
⋅
=
π
δ
式中：P——作用在车轮
上的荷载，kN；
p——轮胎接触压力，
kpa；
路面结构计算书
路面结构计算书一. 主干道采用沥青混凝土路面，设计荷载为30T 集装箱车，按城市道路设计，沥青路面的设计年限为15年。
设行车道在使用初期的标准轴载为P=100KN ，采用荷载次数为1500=S N 次/日（查表），道路的交通量增长率为7.8%。
开发区属于6V I 区，根据地形图可知此区为粘性土，稠度大约在0.90~1.00之间，故取土基回弹模量a E MP =350，根据规定，车道系数取35.0=η，因此可得： 1．确定e N次61510122742.535.0365078.0]1)078.01[(1500365]1)1[(⨯=⨯⨯-+⨯=-+=ηr r N N t s e 2．确定容许弯沉值R l查表得：0.1=r α 0.1=s α 根据公式s r eR N l αα2.01.1=得： mm l R 05.05122742.10.11.12.0=⨯⨯=3．计算综合修正系数根据规定，双轮单轴轴载100KN ，47.1=F α，在进行路面结构计算时，取实际弯沉值等于容许弯沉，既R s l l =，则有： 根据公式38.00)2(δαP l E F s F =得： 569.0)65.107.0235005.0(47.1)2(38.038.00=⨯⨯⨯⨯==δαP l E F s F4．初步拟定路面结构根据《沥青路面设计规范》初步拟定路面结构如下：５．计算拟定路面的弯沉值将路面结构换算成三层结构体系：保持第一层不变，将2、3、4层换算成中层，如下图：cm E E h h H i i i 98.3313005502064.24.22432=+=+=∑= 根据规范规定，车轮荷载为规定的标准荷载，双轮单轴轴载为100KN ，轮载为25KN ，轮胎的压强为0.7MPa ，单轮轮迹当量圆半径δ为10.65cm ，则有：94.065.10101==δh 87.01500130012==E E 查诺谟图得：α=5.41 94.065.10101==δh 027.013003520==E E 查诺谟图得：63.11=K 19.365.1098.33==δH027.013003520==E E 87.01500130012==E E 查诺谟图得 ；75.01=K则：cm E l 0657.075.063.141.5150056.107.022211=⨯⨯⨯⨯⨯=K K P =αδ cm lF l s 0374.0569.00657.0=⨯==校核弯沉值： 因为R s l l <所以拟定路面结构满足弯沉要求，整体抵抗变形能力符合要求。
第九章-路面结构荷载及材料
第一节 路面结构及其分类
◆4、路面的结构层次与材料要求
基 层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层
及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对 于水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好 的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨 水浸湿或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温 稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。
沥青路面
基层和底基层 路基
– 柔性基层沥青路面(Asphalt pavement with flexible base) – 半刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with semi-rigid base) – 刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with rigid base) – 全厚式沥青路面 (Full Depth asphalt pavement)
第一节 路面结构及其分类
◆4、路面的结构层次与材料要求
路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不 同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为面层、基层和垫层三个 层次，基层中包括底基层在内。
面 层： 直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括冲击）， 同时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、 抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、不透水、抗滑、平 整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反映）。材料的使用应 能适应此功能要求。
www,
第八章
交通荷载 环境因素和力学参数
大连交通大学 土木与安全工程学院
授课：赵丽华
第13章路面结构荷载与材料
第13章路面结构荷载与材料路面结构承受着车辆行驶时的荷载，这些荷载来自于车辆自身的重量以及行驶过程中产生的各种力，如加速度、制动力、转向力等。
因此，合理选择路面结构的材料以及设计合理的路面结构非常重要，可以确保路面的稳定性、耐久性和安全性。
首先，路面结构所承受的主要荷载是车辆自身的静载荷和动载荷。
静载荷是指车辆自身的重量以及停留在路面上的荷载，如停放的货车等。
动载荷是指车辆行驶过程中产生的荷载，如车辆的惯性力、加速度力、转向力、制动力等。
这些荷载会对路面产生压力和弯曲力，因此路面结构需要具备足够的强度和刚度来承受这些荷载。
其次，路面结构的材料选择也非常重要。
常见的路面结构材料包括沥青、混凝土、砂石等。
沥青路面具有较好的柔性和弹性，可以有效承受车辆的荷载，并且具有较好的防水性能。
混凝土路面具有较好的强度和刚度，适用于承受较大的荷载，但对于动态荷载的适应能力相对较差。
砂石路面主要用于农村道路和低交通量的道路，相对于沥青和混凝土路面来说，强度较低，但造价较低，适用于一些特殊场合。
此外，在路面结构的设计中，需要考虑路面的厚度、结构层的设置以及路基的稳定性。
通常情况下，厚度较大的路面结构可以承受更大的荷载，但同时也会增加材料的使用量和施工成本。
因此，在设计中需要综合考虑各种因素，选择合理的路面厚度。
同时，路面结构可以采用多层结构，不同层次的结构材料可以分别承受不同的荷载。
最底层的路基需要具备较好的稳定性，以保证整个路面结构的稳定性和耐久性。
总结起来，路面结构的荷载与材料是相互关联的，荷载的大小和性质需要根据车辆行驶特点来确定，材料的选择需要根据荷载的大小和路面的使用情况来确定。
因此，在路面结构的设计中，需要进行综合考虑，力求实现最佳的经济效益和使用效果。
只有合理选择路面结构的材料和设计合理的结构层次，才能确保路面具有良好的稳定性、耐久性和安全性。
2019年路基路面文档.doc
分析。
路基路面工程
行车荷载的主要研究内容：
?车辆的种类；
?汽车的轴型；
?汽车对道路的静态压力；
?运动车辆对道路的动态影响；
?交通分析。
第一节行车荷载
路基路面工程
一、车辆的种类
道路上通行的汽车按用途分为客车和货车两大类：
1、客车：小客车、中客车、大客车
2、货车：整车、牵引式挂车、牵引式半挂车
?对于沥青路面，轴载大于25KN的汽车计入。
?对于水泥混凝土路面，轴载大于40KN的汽车计
入。
路基路面工程
二、汽车的轴型
?汽车的重量通过车轴上的车轮作用于路面
?因此，路面结构设计而言，应特别重视轴或轮重
和其作用次数，而不是汽车种类和数量。
路基路面工程
?整车类：前轴、后轴。
?牵引式半拖车类：牵引车：前轴、后轴；拖车：
停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。
行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水平力、振
动力。
2、汽车对道路的静态压力
静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。
影响静态垂直压力大小的因素：
（1）汽车轮胎的内压力pi；
（2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状；
（3）轮载的大小。
路基路面工程
当量圆半径
不得超过13000kg。
路基路面工程
某高速公路上重载交通车辆
路基路面工程
?在重载交通条件下，沥青路面主要损害类型表现
为行车道轮迹带车辙与裂缝(龟裂与纵向裂缝)；
?若上述裂缝得不到即使的养护维修，在水的作用
下将进一步发展为松散或坑槽等水损害。
松散、坑槽
严重
路面结构2019
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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。
29
路面状况 干燥 潮湿
第三节 交通荷载参数
路表与车轮的附着系数
表2-2 纵向滑移路面附着系数
路面类型
车速（km/h）
12
32
64
碎石
——
0.60
——
沥青混凝土
0.70～1.00
11
第一节 路面结构及其分类
◆5、路面的分类
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 主要指半刚性基层和沥青混凝土面层修筑的路面结构，其 刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。
——
0.50～0.65
水泥混凝土
0.70～0.85
——
0.60～0.80
碎石
——
0.40
——
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
30
第三节 交通荷载参数
• 6、标准轴载 standard load – 作用在路面的设计荷载千变万化，一般选用一种轴载作 为路面结构设计的标准轴载，其他各种轴载按照一定原 则换算成标准轴载。 – 标准轴载要求对路面的响应较大、又能反映本国公路运 输运营车辆的总体轴载水平。
三级、四级
粒料加固土 ，其它当地材料加 固或改善土，不整齐石块
四级
10
第一节 路面结构及其分类 ◆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。
沥青路面
基层和底基层 路基
– 柔性基层沥青路面(Asphalt pavement with flexible base) – 半刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with semi-rigid base) – 刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with rigid base) – 全厚式沥青路面 (Full Depth asphalt pavement)
25
第三节 交通荷载参数
汽车的轮压与压圆
P
P
路面
D P
D
a)
P
P
1.5
dd
d
路面 P
P
d
d
图a2)单-2圆车图轮式b)荷；载b)双计圆算图图式式
26
第三节 交通荷载参数
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： P p
路基及垫层： 材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳定隔离层。
9
第一节 路面结构及其分类
路面等级
面层材料类型
适用的技术等级
高级 次高级 中级 低级
沥青混凝土，水泥混凝土
高速、一级、二级、 三级、四级
沥青贯入式 ，沥青碎石 ，沥青 表面处治 ，整齐石块或条石
二级、三级、四级
碎、砾石（泥结或级配） ，半 整齐块石 ，其它粒料
28
第三节 交通荷载参数
1）水平力：
行车安全要求 qmax≤ p⋅ ，其中 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。
4
第一节 路面结构及其分类
• 3、水泥混凝土路面（水泥路面）
– 普通混凝土（JPCP） – 钢筋混凝土（JRCP） – 连续配筋混凝土（CRCP）
水泥混凝土路面 路基
基层
– 钢纤维混凝土
– 预应力混凝土、装配式混凝土、碾压混凝土
5
◆4、路面的结构层次与材料要求
由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加 而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深 度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应分层铺筑、分为 若干层次结构，并按各结构层次的特定状况进行相应的材 料要求。
8
第一节 路面结构及其分类 ◆4、路面的结构层次与材料要求
面层： 用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。
基层（包括底基层）： 材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水 泥砼、天然砂砾、碎石/块石/片石/砾石、工业废渣结合混合料等。当用不 同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地 的材料或土。
b)单圆荷载的当量圆直径D：D
8P
p
2d
27
第三节 交通荷载参数
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。
V
P
P
P
P
Q
Q
a)
b)
c)
d)
图2-3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
31
第三节 交通荷载参数
• 7、超载与超限 overload and over limit – 超载运输是车辆所装载货物超过车辆额定载货质量。 – 超限运输指运输车辆超过路面结构的容许承载能力。 – 超载但不超限的车辆对路面的使用寿命有一定的影响，超 载且超限的车辆对路面的使用寿命有很大的影响，有的甚 至超过路面或桥梁结构的极限承载力，使路面结构出现结 构性破坏、使桥梁结构出现整体破坏、产生严重的安全事 故。
第四节 路面结构设计参数 Structure Design Parameters 第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏 Accumulative Deformation and Fatigue Broken
2
第一节 路面结构及其分类
• 1、沥青路面(Asphalt Pavement)
沥青路面
基层和底基层 路基
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第八章
交通荷载 环境因素和力学参数
大连交通大学 土木与安全工程学院
授课：赵丽华
1
主要内容
第一节 路面结构及其分类 Structure and Category
第二节 环境因素对道路的影响 Environmental Impact 第三节 交通荷载参数 Traffic Parameters
7
第一节 路面结构及其分类
◆4、路面的结构层次与材料要求
基 层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层
及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对 于水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好 的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨 水浸湿或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温 稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。
32
第三节 交通荷载参数
◆8、交通荷载轴载换算和统计计算
1）交通调查与重复荷载 交通量调查与分析：调查内容包括交通总量、车型分布、轴型轴载、实载率等
，有的还调查轴载谱；分析主要是确定交通量年平均增长率，并求算获得设计 年限内累计交通量。对路面而言，主要是轴重。
轴载组成与轴载换算：不同轴载的作用次数的频率组成即为轴载谱，各不同
垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面
层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态； 同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻 止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土 基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。
12
第二节 环境因素对道路的影响 ◆1、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
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第二节 环境因素对道路的影响
◆1、温度对道路的影响
温度（℃）
50
40
30
20
10
4
6
表面下2cm 7cm
3
2、我国常用的高速公路沥青路面的结构
(A级或改性）沥青 AC-13 Sup-13 SMA-13 4cm (A级或 B级或改性）沥青AC-20 Sup-19 6cm-8cm (A级或 B级）沥青AC-25 Sup-25 6cm-8cm
水泥稳定碎石或二灰碎石 30cm-40cm
二灰土或石灰土 20cm-40cm 土基 半刚性基层沥青路面结构
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
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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、车轴的布置、
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。
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第三节 交通荷载参数
• 2、车辆的种类与作用特点 轴载－－轴型分布