14路基路面工程第十四章沥青路面设计

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F1.6320ls 000.38Ep00.36
2020/11/10
F l-s-弯--沉路综表合计修算正弯系沉数值。((0.弹0性1层m状m体)系理;论的假定与
实际不完全相符,理论值与实测不等,需修正);
p, --标准轴载的轮胎接地压强(MPa)和当量圆半径
(cm);
c --理论弯沉系数;
E 0 或 E n --土基抗压回弹模量(MPa);
沥青混凝土面层、半刚性基层要进行层底拉 应力验算,验算其是否产生疲劳开裂。
沥青碎石、沥青表处、沥青贯入式、粒料 类基层等抗拉强度很小或为0的结构层不须 验算。
路面竣工验收弯沉值:以最后确定的路 面结构厚度与材料模量计算的路表面弯 沉值作为交工验收时路表弯沉检测标准 值,即
l0 j la
纵向裂缝
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水损害(剥离)
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骨料磨光
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坑洞
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松散
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反射裂缝
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车辙
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推挤、拥包、剥离
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温缩裂缝(横向裂缝)
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高速公路部分路段坑槽突现
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第5节 结构层厚度计算 一、沥青路面设计步骤
1. 初步拟定路面结构方案-规范推荐、其他公 路路面结构型式等
2. 沥青路面结构组合设计
结构层次确定 各结构层层厚确定
3. 结构层厚度计算-应用弯沉指标值反算厚度 4. 结构层层底弯拉应Baidu Nhomakorabea验算 5. 防冻厚度验算
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ld60Ne 0 0.2A CASA b
Alcd—-公-设路计等弯级沉系值数(,0高.0速1m、m一)级; 路:1.0;二
级路:1.1;三、四级:1.2; AS—面层类型系数,沥青混凝土面层:1.0;
热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式(含上 拌下贯)、沥青表面处治面层:1.1; Ab—路面结构类型系数,半刚性基层沥青路 面:1.0;柔性基层沥青路面:1.6。
公称最大粒径(mm) 9.5
13.2
16
19
26.5
最大粒径(mm)
3倍公称粒径的最小 层厚(mm)
2倍最大粒径的最小 层厚(mm)
2.5倍公称最大粒径的 最小层厚(mm)
13.2 28.5 26 24
16(19) 19 (22.4)
40
48
32(38) 38(45)
33
40
26.5 57 53 47.5
各结构层之间的相互影响 使应力传递连续、结合紧密稳定
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我国沥青路面的典型结构型式
二级公路
高速公路、一级公路
表面层40mm
沥青面层总厚度 90~120mm
表面层25~ 40mm
下面层35~ 70mm
中面层50~ 60mm
下面层60~ 80mm
沥青面层总厚度 150~180mm
1层或2层水泥、石灰、粉煤灰稳定碎石(砂砾)基层200~400mm
第14章 沥青路面设计
第1节 概述
一、
沥青路面设计内容
原材料调查与选择
路面结构组合设计
沥青混合料配比、基层、底基层配比设 计
方案比选
路面排水设计等
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二、路面结构设计的原则
1、 开展现场调查和资料收集,做好交通荷载分析与 预测,按照全寿命周期成本的理念进行路面设计。
2、 调查掌握沿线路基特点,查明土质、路基干湿类 型,在对不良地质路段进行处理的基础上,进行路基 路面综合设计。
E1 D
注:双圆荷载则可由叠加原理计算。
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3.主应力计算
因要验算结构抗拉强度,需计算各层应力。 主应力按(14-17)式计算。
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第3节 沥青路面结构组合设计(原则)
1. 适应行车荷载作用的要求
根据公路等级、交通等级、使用要求选择面层 类型,参考表14-5
沥青面层厚度适中,各种类型的沥青层的最小厚度 (不宜小于混合料公称最大粒径*的2.5~3倍, OGFC和SMA为2~2.5倍)、适宜厚度参见06规范 表4.1.3-1(与书中表14-6的不同)
二、结构层厚度计算
一般先按 lS ld 的要求确定结构层厚度,再验算是否
满足
m R
1.以弯沉作为控制指标确定结构层厚度
(1) 路表弯沉值计算图式
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(2) 轮隙中心路表弯沉的计算
ls 10020Ep1CF
cf h 1,h 2, ,hn1,E E 1 2,E E 2 3, ,E E n0 1
SMA - 25 35 40 50 - - - ~~ ~ ~ 50 60 70 80
第3节 沥青路面结构组合设计(原则)
2. 在各种自然因素下稳定性好
水稳定性
使用水稳定性好的材料 沥青面层至少有一层是连续型密级配沥青混合料
防冻。路面最小防冻厚度 表14-8 防反射裂缝
3. 考虑结构层的特点
E1,E2,,En1 --各层材料抗压回弹模量(MPa);
h1,h2,,hn1--各结构层厚度(cm)
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(3)按 ls ld 用基于弹性层状体系理论的路 面设计软件计算出待定结构层的厚度。
(4)验算结构层底的弯拉应力 n 层底拉应力计算图式
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• 层底拉应力以B点(单圆中心)及C点(轮隙中心)为计 算点,并取较大值作为层底拉应力。公式如下
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二、设计标准
06规范以路表回弹湾沉和层底拉应力作为设 计指标。(前者反映的是结构整体刚度, 后者反映的是结构层抗疲劳拉裂强度。)
lS ld (即计算弯沉≤设计湾沉)
m R (即层底拉应力≤容许拉应力)
路面设计弯沉值:以路面在车辆反复作用下 出现纵向裂缝为临界状态,以纵向网裂为破 坏状态。对处于临界状态的路面测定其路表 弯沉,再统计已承受的标准轴载累计作用次 数,可回归出二者间关系。对多种路面结构 找到这种关系,可得到 l d 的经验公式:
几何方程: 应变-位移关系 (14-9)
变形连续方程:
(14-10)
由上述方程组解得各应力分量σ、 τ和位移分量 u、ω
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2.弹性层状连续体系下的
路表回弹弯沉ι(即垂直位移ω )的计算
(2) 单圆均布荷载下路表荷载中心处的最 大弯沉(垂直位移)
双层连续体系ω=
2 p
E0
( E0 , h )
*混合料中筛孔通过率为90%~100%的最小标准筛孔 尺寸。
对半刚性基层沥青路面的结构组合,相邻结构 层的模量比宜在下述范围:
基层:面层=1.5~3;基层:底基层≤3; 底基层:土基=2.5~12.5
不同粒径混合料的层厚(06规范表4.1.3-1部分)
混合料公称名称 AC-10 AC-13 AC-16 AC-20 AC-25
l 0 j --路面交工时在不利季节采用BZZ-100 标准轴载实测某路段的弯沉代表值
l a --路表弯沉检测标准值。
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选取路表回弹弯沉作为路面设 计标准的依据
路面弯沉是路面在垂直荷载作用下产生 的垂直变形。
能够反映路面各结构层及土基的整体刚 度。
与路面的使用状况存在一定的内在联系 弯沉值的测定比较方便。
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各级公路的沥青路面设计年限(与课本的表14-1不同)
公路等级 高速、一级公路 二级公路 三级公路 四级公路
设计年限(年) 15 12 8 6
1. 标准轴载及轴载当量换算
标准轴载BZZ-100,各项参数见表14-2 (P378)
标准轴载的换算:
(1) 当以弯沉值和沥青层层底拉应力
3m时,双轴或多轴的轴数系数按下式计算:
C 211.2(m 1) ( 1 4 - 2 )
m—轴数。
(2)当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时
N'
K i1
C'1C'2niPPi 8
(14-3)
C’组1为—1被8.换5,算四车轮型组的为轮0.组09系;数,双轮组为1.0,单轮
C’应2按—单被独换的算一车个型轴的计轴算数;系当数轴。间当距轴小间于距3大m于时3,m时双, 轴或多轴的轴数系数按下式计算:
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交通等级
轻交通 中等交通 重交通 特重交通
累计当量轴次 N e(次 /车 道 )
< 3× 106 3× 106~ 1.2× 107 1.2× 107~ 2.5× 107 > 2.5× 107
大客及中型以 上大货车交通 量 [辆 /( 日 · 车 道)] < 600
600~1500
m pm
mf h 1,h 2, ,h n 1,E E 1 2,E E 2 3, ,E E n0 1
3、 遵循因地制宜、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。
4、 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,并认真铺筑试验段,总结经验, 不断完善,逐步推广。
5、符合环保,保护相关人员的安全和健康,重视材料的 再生利用与废弃料的处理。
为设计指标时
N
K i1
C1C2niPPi 4.35
(14-1)
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N—标准轴载的当量轴次,次/日; ni—各种被换算轴载的作用次数,次/日; P—标准轴载,kN; Pi—各种被换算车型的轴载; C1轮—组被为换6算.4,车四型轮的组轮为组0系.38数;,双轮组为1.0,单 C2时—,被应换按算单车独型的的轴一数个系轴数计。算当;轴当间轴距间大距于小3于m
我国现行规范--《公路沥青路设计规范》JTJ D50-2006采用力学—经验法。采用双圆图式, 标准轴载BZZ-100,以弯沉和结构层的层底拉 应力为设计指标。
四、 沥青路面交通等级
路面结构设计的目标:在设计年限内在 预测交通量的车辆能够按设计车速安全、 舒适地通行。
1. 路面设计年限(06规范)
37.5 80 75 66
06规范推荐的各种沥青混合料适宜层厚
混合 混合料类型 (公称最大粒径,mm)
料类
型 4.7 9.5 13. 16 19. 26. 31. 37.
5
2
0555
AC 15 25 40 50 60 80 90 120 ~ ~~ ~ ~ ~ ~ ~ 30 40 60 80 100 120 150 150
1500~3000 > 3000
第2节 弹性层状体系理论简介
1 基本假定:
(1)各层为连续、均质、各向同性的线弹性体。其
中最下一层为半无限大,其上各层厚度有限, 水平方向无限大;
δδ
ρ
h1
E1,μ1
hi
Ei.μi
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E0,μ0
(2)各层水平方向的无限远处及最下一层无限 深处,其应力、应变和变形均为0;
三、沥青路面结构设计方法
经验法: 根据试验路所得的经验数据,确定路 面结构组合、各结构层材料、厚度,车辆荷载, 路面使用性能三者之间的关系。
力学—经验法:用弹性层状体系理论确定车辆 荷载作用下的力学响应量(应力、应变或变 形),根据试验路的结果确定力学响应量与路 面使用性能间的关系,据此进行路面结构设计。
C'211.2(m1)
(14-4)
m—轴数。
注:上述轴载换算公式,适用于单轴轴载小于或等
于130 kN 的各种车型的轴载换算。
3 累计当量轴次 设计年限内一个车道上的累计当量轴次按下式计算
Ne1t136N5 1 (14-6)
Ne—设计年限内一个车道的累计当量轴次,次/车道; t—设计年限,年; N1—营运第1年双向日平均当量轴次,次/日; γ—设计年限内交通量的平均年增长率; η—车道系数(即车辆横向分布系数),按下表选用
1层或2层水泥、石灰、粉煤灰稳定碎石(砂砾)底基层基层150~ 350mm
第4节 沥青路面的破坏形态与设计标准
一、破坏形态模式 1.沉陷 2.车辙 3.疲劳开裂 4.推移 5.低温缩裂
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老化
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泛油
2020/11/10
疲劳裂缝(横向裂缝)
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(P379表14-3数据最后一项要修改)
车道特征 双向单车道 双向两车道 双向四车道 双向六车道 双向八车道
η 1.0 0.6~0.7 0.4~0.5 0.3~0.4 0.25~0.35
4 交通等级
按一个车道的累计当量轴次Ne或每车道、 每日平均大型客车及中型以上的各种货 车交通量,选择一个较高的交通等级作 为设计交通等级。(见下表)
(3)小变形; (4)层间接触条件,或为完全连续(称连续体
系),或为光滑接触(称滑动体系); (5)不计自重。
假定路表面作用着圆形均布竖直荷载,则为轴 对称课题。
2.弹性层状连续体系下的路表回弹
弯沉ι(即垂直位移ω )的计算
(1) 求解的基本过程
静力平衡方程:(14-7)
物理方程:应力-应变关系ε-σ(14-8)
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