第五节道路路面结构组合设计实例讲解

5.道路路面结构组合设计实例讲解

5.1路面结构层的组成

路面结构层应适应行车荷载和自然因素对道路结构层的影响随深度的增加而逐渐减弱的规律，结构层材料的强度、抗变形能力和稳定性也随深度的增加而逐渐减弱。路面结构层适应施工要求，分层铺筑而成，分成三个层次面层、基层、垫层。路面各结构层的组合要遵循的原则：

1、按强度组合，各结构层强度自上而下递减（抗变形能力、稳定性也递减）；

2、采取技术措施加强各结构层面的结合，提高路面的整体性，防止产生层间滑移，具有稳定性、连续性、整体性；

3、层数、层厚应适当。

面层是直接承受行车荷载反复作用，并将荷载传递到基层的路面结构层。沥青路面可分两层或三层铺筑，上面层、中面层、下面层。水泥混凝土路面也可分成上下两层铺筑，。但是砂石路面上铺筑的磨耗层、保护层、简易沥青表面处治，不应作为一个独立的层次，应为面

层的组成部分。修筑面层的材料：水泥混凝土、沥青混合料、碎石混合料、整齐或半整齐块石、水泥混凝土嵌锁式块料。

柔性结构层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、块石面层组成的路面结构。

刚性结构层主要指水泥混凝土面层或基层的路面结构。

半刚性结构层用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎（砾）石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层。

基层在面层之下，与面层共同把行车荷载传递到底基层、垫层和土基，起承重作用的结构层次。基层应具有足够的强度、刚度、水稳性、抗冻性、抗冲刷、收缩性小、良好的平整度和与面层结合性好。石灰、水泥或沥青稳定土、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石、砾石、块石、圆石，各种工业废渣（煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等）和土、砂、石组成的混合料。

垫层设置在底基层与土基之间的结构层，具有排水、隔水、防冻、防污的作用，还起到扩散行车荷载应力和变形作用，改善土基的温度和湿度状况。垫层使用的材料，砂石、砾石、炉渣等组成的透水性垫层；另一类用水泥或石灰稳定土修筑的稳定类垫层。

[案例1]在路面结构层中，主要改善路面结构水温稳定性的结构层是（C）

A面层B基层 C 垫层D地基

[案例2]以下路面结构层中，属于柔性结构层的是（BC）

A水泥稳定粒料基层和沥青面层组成的路面结构

B级配碎石基层和沥青混合料面层的组成的路面结构

C填隙碎石、级配碎石基层和沥青混合料面层组成的路面结构

D石灰稳定碎石、工业废渣基层和沥青混凝土组成的路面结构

[解析] 柔性结构层主要指各种未经处治的粒料基层和各类沥青面层、碎石面层或块石面层组成的路面结构。

5.2路面结构层的厚度确定

路面主要沥青路面和水泥混凝土路面两种。

对于水泥混凝土路面，我国采用的标准轴载：按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，水泥砼路面以100KN 的单轴-双轮组荷载作为设计轴载。采用弹性地基板理论。

混凝土面层板的临界荷位位于纵缝边缘中部，基层板的临界荷位与面层板相同。

水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。

()r tr pr r f ≤+σσγ

()r t p r f ≤+max ,max ,σσγ

式中：pr σ—面层板在临界荷位处产生的行车荷载疲劳应力（MPa ）；

tr σ—面层板在临界荷位处产生的温度梯度疲劳应力（MPa ）；

m ax ,p σ—最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载应力（MPa ）；

m ax ,t σ—所在地区最大温度梯度在临界荷位处产生的最大温度翘曲应力（MPa ）； r γ—可靠度系数；r f —水泥混凝土弯拉强度标准值。

混凝土板应力分析的力学模型：

1）弹性地基单层板模型—适用于粒料基层上混凝土面层，旧沥青路面加铺混凝土面层；面层板底面以下部分按弹性地基处理。

2）弹性地基双层板模型—适用于无机结合料类基层或沥青类基

层上混凝土面层，旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层；面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或者旧面层底面以下部分按弹性地基处理。

3）复合板模型—适用于两种不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层；两层不同性能材料组成的层间粘结的面层，作为弹性地基上的单层板或者弹性地基上的双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层，作为弹性地基上的双层板的下层板。

[案例1]新建二级公路路面宽7米在自然区划Ⅱ区，采用普通混凝土路面，当地的粗集料以花岗岩为主，中等交通荷载等级，面层弯拉强度标准值为4.5MPa ，弯拉弹性模量为29GPa ，泊松比0.15，初拟路面厚度0.23米，基层为级配碎石，弹性模量300MPa ，厚度0.20米。板底地基当量回弹模量为120MPa ，混凝土面板平面尺寸4.5m ×3.5m ，纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆的假缝，设计荷载100KN ，试求面板最大温度应力？

[解析] 根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）表3.0.10条规定，在自然区划Ⅱ区，最大温度梯度88℃/m ，表E.0.3-2条规定以花岗岩为粗集料的混凝土的线膨胀系数αc =10×10-6 /℃。

根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）附录B.1条规定，为弹性地基单层板模型。

根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）附录B.2条和B.3条的规定，

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