沥青路面设计

2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时
P 1 n1 N C1C2 i 1 PS
k
8
不计40KN以下轴载
C1——轴载系数， C1=1+2（m-1),m是轴数
C ——轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.09
上级 上页 下页
• 3.设计年限内累计交通量
填隙碎石
100
100～120
3.垫层
排水、隔水、防冻、防污
材料主要为透水性的砂砾、煤渣等。 垫层由于不参与沥青路面设计计算，其厚度主要由最小 填土高度、最小防冻厚度等综合确定。
沥青混合料类型
公称最大粒径 （mm） 4.75 9.5 13.2 16 19 26.5
最小压实厚度 （mm） 10 20 30 40 50 60
Baidu Nhomakorabea
公路无分隔时，路面窄取高值，路面宽取低值
• 4.交通等级
• 我国沥青路面按其承担的交通荷载轻重划分为 四个交通等级，即：轻、中等、重、特重。
上级 上页 下页
12.3 路面结构层与组合设计
路面结构组合设计即根据公路所在区域的水文地质、气候特点、公路等级、 使用要求，交通量及其交通组成等因素，结合当地实践经验，选择适宜的 路面结构组合形式（面层、基层类型、层数、材料等，层间联结和封层）， 拟定沥青层厚度。 沥青路面结构层的选择和层次的合理安排，是整个路面设计的关键 原则： （1）保证路面表面使用品质长期稳定。
上级 上页 下页
• 二、设计原则 • 三、设计理论与方法 • （一）经验法
CBR法、AASHTO法为代表
• （二）力学-经验法
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
上级 上页 下页
我国沥青路面设计规范规定沥青路 面设计理论为弹性层状体系理论。 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 力学模型－双圆垂直均布荷载作用下的 多层弹性层状体系 路面整体刚度设计指标－设计弯沉值 路面抗弯拉验算指标－层底容许拉应力 路面抗剪验算指标－面层容许剪应力
12.1.2 沥青路面设计原则
综合设计 、因地制宜、合理选材、节约资源的原则， 选择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面结构方案。 结合当地条件，积极、慎重地推广新技术、新结构、 新材料、新工艺，并认真铺筑试验路段，总结经验， 不断完善，逐步推广。
12.1.3 沥青路面结构设计理论与方法
从理论法向经验法、再从经验法向理论法转变的曲折过程
表12.4 结构层最小施工厚度与适宜厚度 结 构 层 类 型 级配碎石 水泥稳定类 石灰稳定类 石灰粉煤灰稳定类 贫混凝土 级配砾石 泥结碎石 最小施工厚度（mm） 80 150 150 150 150 80 80 适宜厚度（mm） 100～200 180～200 180～200 180～200 180～240 100～200 100～150
（2）路面各结构层的强度、抗变形能力与各层次的力学响应相匹配。
（3）直接经受温度、湿度等自然因素变化的结构层次应提高其抵御能力。 （4）充分利用当地材料，节约外运材料，做好优化选择，降低
建设与养护费用
◆沥青路面结构组合
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
经验法
力学—经验法
12.1.4沥青路面损坏形式及控制指标
1．路面结构的损坏形式 （1）横向裂缝
图12.1 收缩裂缝
图12.2 基层引起的反射裂缝
（2）纵向裂缝
（3）网裂及龟裂
（4）沉陷与坑槽
（5）车辙、波浪与拥包
（6）其他病害
2. 设计的控制标准 （1）控制路基路面沉陷指标。
E 0 E 0
（2）控制疲劳开裂指标
E 0 E 0
r R
（3）控制车辙指标
r R
E 0 E 0
l re l re
（4）控制低温缩裂指标
rt tR
（5）控制面层的剪切推移指标
R
沥青路面在力学性质上属于非线性的粘－弹 －塑性体，但是考虑到行驶车轮作用的瞬时性， 在路面结构中产生粘－塑性变形数量较少，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。
365 N1 t Ne [(1 ) 1] 365 Nt t Ne [(1 ) 1] t 1 (1 )
或
——车道系数
双向单车道 双向双车道 双向四车道 1.0 0.6－0.7 0.4－0.5
上级 上页 下页
双向六车道 双向八车道
0.3－0.4 0.2-0.3
1 2 u E rz 1 2 2 21 2 E z
• 设计任务：确定技术经济合理的路面结 构，使之能承受交通荷载与环境因素的 作用。并在预定的使用期限内处于设计 状态。 一、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、 排水系统设计等设计。
第十二章 沥青路面设计
本章提示：本章为书中重点章节。要求掌握沥青路面结构
组合设计及常用结构组合，常用各结构层的适宜厚度。我国 新建沥青路面设计的理论方法、设计指标和控制指标、各参 数的选取以及常用参数指标值、沥青路面设计步骤等均为重 点内容，需要结合示例充分理解掌握。
12.1 概 述 12.2 弹性层状体系理论简介及应力分析
6）在结构物表面作用有限尺寸的荷载，荷载作用范围以外无其他荷载作用。
12.2.2 解题方法
2 1 z r r 2 2 2 2 z z z 2 zr rz 1 2 2 r z 2 2 r 2 z r
土基：密实、坚固、不透水
层间结合：牢固
结构层类型
粗粒式
施工最小厚度（cm）
5.0
结构层的适宜厚度（cm）
6-8
沥青混凝土 热拌沥青碎石
§14-3 沥青路面结构组合设计
中粒式
细粒式 沥青石屑
4.0
4-6
2.5 P385-389 1.5
2.5-4 1.5-2.5
沥青砂
沥青贯入式 沥青上拌下贯式 沥青表面处治 水泥稳定类 石灰稳定类 石灰工业废渣类 级配碎、砾石 泥结碎石 填隙碎石 公 路 等 级 高速公路 一级公路 二级公路 沥青层推荐厚度（cm） 12-18 10-15 5-10
k
4.35
不计40KN以下轴载
式中： N——标准轴载的当量轴次，次/日； n1——被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日； PS——标准轴载100KN； Pi——被换算车辆的各级轴载，KN； k——被换算车辆的类型数； C1——轴载系数， C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距大于3米时，按单独的一个轴载 计算，当间距小于3米时，按双轴或多轴计算。 C2——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。 上级 上页 下页
12.3 路面结构层与组合设计 12.4 我国新建沥青路面设计方法
12.1 概 述
12.1.1 沥青路面设计内容
结构、材料、荷载、环境、经济
沥青路面设计包括交通量实测、分析与预测，材料选择，混合料配合比设计， 设计参数的测试与确定，路面结构组合设计与厚度计算，路面排水系统设计 和其他路面工程设计等。并进行路面结构方案的技术经济综合比较，提出 推荐方案。
BZZ—100 100 0.70 21.30 1.5d
上级 上页 下页
沥青路面设计的荷载换算方程
换算原则：等效疲劳：作用在同一结构上的A荷载使其破坏的次数为a； B荷载使其 破坏的次数为b，则（A-a）等效（B-b）
1）当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时
P 1 N C1C2 n1 i 1 PS
1.面层
一般为双层，也可为单层或三层。
表面层也是磨耗层，应具有平整密实、抗滑耐磨、抗老化、抗低温开裂的功能； 中、下面层应具有高温抗车辙、抗剪切、密实、基本不透水的性能； 下面层应具有抗疲劳开裂的力学性能。
面层类型应与公路等级、使用要求、交通等级相适应。
热拌沥青混凝土可用于各级公路的面层； 贯入式沥青碎石和上拌下贯式沥青碎石可用于三、四级公路的面层； 沥青表面处治和稀浆封层可用于三、四级公路的面层； 冷拌沥青混合料可用于交通量小的三、四级公路面层。
1901年，美国麻省出现了第一个路面设计方法的公式 1929年，开创加州承载比（CBR）的相对强度试验法， 1942年，通过十余年的路面调查，把土的CBR与路面的经验厚度建立了关系， 得出图解，提出了CBR方法 1956年，美国AASHO试验路
70年代，美国的AI法和Shell设计法
1987年，美国启动了历时5年、投资1.5亿美元的SHRP计划，重要的成果之一 即为SUPERPAVETM (Superior Performing Asphalt Pavement) ——高性能沥青路面设计和分析系统。
上级 上页 下页
• 四、交通等级 • 1.路面设计年限
公路等级及其功能 高速公路 一级公路（干线功能） 一级公路（集散功能） 二级公路 三、四级公路 设计年限
20 15
10
上级 上页 下页
• 2.标准轴载及轴载当量换算 标 准 轴 载
标准轴载P（kN） 轮胎接地压强p（MPa） 单轮传压面当量圆直径d（cm） 两轮中心距（cm）
适宜厚度 （mm） 15～25 20～25 30～40 40～60 60～80 70～100
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
26.5
31.5
70
90
80～120
符号 AC-5 AC-10 AC-13 AC-16 AC-20
压实最小厚 度（mm） 15 20 35 40 50
适宜厚度 （mm） 15～30 25～40 40～60 50～80 60～100
粗粒式
31.5
26.5
AC-25
70
80～120
2.基层
主要承重层，应具有稳定、耐久、较高的承载能力 沥青混合料、粒料类柔性基层，半刚性基层,刚性基层 可为单层或双层（基层、底基层）。 基层可选用无机结合料稳定集料类或沥青处治粒料、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、材料力学性能和扩散应力的效果， 充分发挥压实机具的功能，以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。 半刚性材料基层、底基层的一层压实厚度宜为180～200mm， 并不得设计小于150mm的薄层，对半刚性材料的上基层厚度不宜小于180mm。
沥青层的厚度应根据级配类型、结构组合及施工条件等确定 。 压实最小厚度不宜小于混合料公称最大粒径的2.5～3倍
AC沥青混合料的压实最小厚度与适宜厚度
沥青混合料类型 砂粒式 密级配 青混合 料 （AC） 细粒式 中粒式
最大粒径 （mm） 9.5 13.2 16 19 26.5
公称最大粒 径（mm） 4.75 9.5 13.2 16 19
1.0
4.0 6.0 1.0 15.0 15.0 15.0 8 8 10 公 路 等 级 三级公路 四级公路
1.0-1.5
4-8 6-10 层铺1-3，拌和2-4 16-20 16-20 16-20 10-15 10-15 10-12 沥青层推荐厚度（cm） 2-4 1-2.5
上级 上页 下页
12.3.1 路面结构层设计
上级 上页 下页
12.2弹性层状体系理论简介及应力分析
严格地说，沥青路面在力学性质上属于非线性的弹一粘一塑性体。但 … 12.2.1 基本假设
假设： 1）各结构层是完全弹性的线变形体。
2）各结构层内部连续。 3）材料均质，各向同性 4）路基路面体系的位移微小。 5）结构物在受车轮荷载作用以前，初应力为零。 7）接触条件。