1、第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法1.設計理論：設計理論：雙圓雙圓垂直垂直均布荷載均布荷載作用下的作用下的多層彈性體系多層彈性體系理論理論當量圓半徑：當量圓半徑：=(=(P P/p p) )1/21/2= =0.1065m0.1065m標準軸載：標準軸載：單軸雙輪單軸雙輪BZZ-100BZZ-100單個輪胎：單個輪胎：P=(P=(100100/4)=/4)=25kN25kNP=100kNP=100kNP P1 1=25kN=25kN兩輪兩輪圓心圓心間距：間距：3 3= =0.3195m0.3195mh h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1,1 1E E

2、2 2,2 2E Ei i,i iE En n,n np=p=0.707MPa0.707MPax xy y 3=3=0.3195m0.3195mo oE E0 0,0 0第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法2.設計指標：設計指標：3.設計標準：設計標準：ls ldm Rh h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1,1 1E E2 2,2 2E Ei i,i iE En n,n np=p=0.707MPa0.707MPax xy y 3=3=0.3195m0.3195moE E0 0,0 0mls路表回彈彎沉路表回彈彎沉ls瀝青混凝土層層底彎拉應力瀝青混凝土層

3、層底彎拉應力m或或半剛性材料層層底彎拉應力半剛性材料層層底彎拉應力m第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法問題一：路面設計的最終目標是什么問題一：路面設計的最終目標是什么？問題二：設計中保證最終目標問題二：設計中保證最終目標的方法的方法是什么是什么？問題三：設計規范采用回彈彎沉和拉應力設計指標問題三：設計規范采用回彈彎沉和拉應力設計指標？滿足設計年限內道路正常運營的功能性要求滿足設計年限內道路正常運營的功能性要求滿足設計年限內道路正常運營的結構性要求滿足設計年限內道路正常運營的結構性要求選取合適的道路建材滿足功能性要求選取合適的道路建材滿足功能性要求選取合理的設計指標與標準滿

4、足結構性要求選取合理的設計指標與標準滿足結構性要求路表回彈彎沉反映路面結構層及土基的整體剛度和強度，路表回彈彎沉反映路面結構層及土基的整體剛度和強度，同時反映路面使用狀況同時反映路面使用狀況層底拉應力能夠綜合反映結構強度各種破壞形式層底拉應力能夠綜合反映結構強度各種破壞形式第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法1.沉陷破壞結構性車轍沉陷破壞結構性車轍一、瀝青路面破壞狀態與設計標準一、瀝青路面破壞狀態與設計標準路面結構層路面結構層路基路基路基過度變形路基過度變形層底拉裂層底拉裂面層拉裂面層拉裂破壞原因破壞原因：土基承載力不足：土基承載力不足輪載作用下過度變形輪載作用下過度變形破

5、壞形式破壞形式：輪載下表面產生：輪載下表面產生嚴重凹陷，凹陷兩側隆起，嚴重凹陷，凹陷兩側隆起，沉陷繼續發展，形成路面縱沉陷繼續發展，形成路面縱向裂縫甚至網裂向裂縫甚至網裂控制指標控制指標：路基表面垂直：路基表面垂直應力應力或或垂直垂直應變應變控制標準控制標準：z0 z0或或z0 z0第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法2.車轍破壞失穩型車轍車轍破壞失穩型車轍一、瀝青路面破壞狀態與設計標準一、瀝青路面破壞狀態與設計標準路面結構層路面結構層路基路基面層面層永久永久變形變形邊沿拉裂邊沿拉裂面層拉裂面層拉裂破壞原因破壞原因：輪載下基層永久：輪載下基層永久變形或面層高溫側向位移變形或

6、面層高溫側向位移破壞形式破壞形式：輪載下表面產生：輪載下表面產生縱向帶狀凹陷兩側微隆起，縱向帶狀凹陷兩側微隆起，車輪外側有微裂縫車輪外側有微裂縫控制指標控制指標：結構層殘余變形總和（車轍深度）：結構層殘余變形總和（車轍深度）控制標準控制標準：lre lre第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法3.疲勞開裂破壞疲勞開裂破壞一、瀝青路面破壞狀態與設計標準一、瀝青路面破壞狀態與設計標準疲勞裂縫疲勞裂縫h h1 1h h2 2h hi ih hn n面層面層基層基層底基層底基層墊層墊層x xy yo路基路基m疲勞裂縫疲勞裂縫裂縫發展方向裂縫發展方向破壞原因破壞原因：輪載反復作用：輪載

7、反復作用結構層承受反復彎拉應力結構層承受反復彎拉應力作用，超過疲勞強度作用，超過疲勞強度破壞形式破壞形式：橫向開裂逐步：橫向開裂逐步發展形成網裂發展形成網裂控制指標控制指標：結構層底彎拉：結構層底彎拉應力或應力或拉拉應變應變控制標準控制標準：r R或或r R第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法4.表面剪切破壞表面剪切破壞一、瀝青路面破壞狀態與設計標準一、瀝青路面破壞狀態與設計標準h h1 1h h2 2h hi ih hn n面層面層基層基層底基層底基層墊層墊層路基路基mF Fx xF Fy y剪切推移剪切推移剪切推移剪切推移破壞原因破壞原因：輪載：輪載水平力水平力反反復作

8、用面層發生剪切破壞復作用面層發生剪切破壞破壞形式破壞形式：表面發生波浪：表面發生波浪形式的變形，表面剪切推形式的變形，表面剪切推移的結果移的結果控制指標控制指標：面層抗剪強度：面層抗剪強度控制標準控制標準：max R第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法5.低溫縮裂破壞低溫縮裂破壞一、瀝青路面破壞狀態與設計標準一、瀝青路面破壞狀態與設計標準x xh h1 1h h2 2h hi ih hn n面層面層基層基層底基層底基層墊層墊層y yo路基路基m溫縮裂縫溫縮裂縫裂縫發展方向裂縫發展方向溫縮裂縫溫縮裂縫溫度驟降溫度驟降破壞原因破壞原因：環境溫度降低：環境溫度降低溫度應力超過抗拉

9、強度溫度應力超過抗拉強度破壞形式破壞形式：有間隔的橫向：有間隔的橫向開裂開裂控制指標控制指標：溫度應力：溫度應力控制標準控制標準：rt RT第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法1.路面路面主要主要破壞類型破壞類型變形破壞變形破壞：輪載反復作用下累積變形不斷發展而破壞：輪載反復作用下累積變形不斷發展而破壞強度破壞強度破壞：結構層內或層間應力超過材料強度而破壞：結構層內或層間應力超過材料強度而破壞二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定（一）主要破壞形式及對應控制指標（一）主要破壞形式及對應控制指標2.路面設計控制指標路面設計控制指標控制

10、變形（剛度要求）控制變形（剛度要求）：路表回彈彎沉：路表回彈彎沉控制應力（強度要求）控制應力（強度要求）：層底拉應力：層底拉應力第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法1.路表回彈彎沉路表回彈彎沉概念概念 設計標準軸載作用下垂直方向的設計標準軸載作用下垂直方向的回彈變形總位移，表征路面總體剛度回彈變形總位移，表征路面總體剛度二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定（二）路表回彈彎沉指標及設計標準（二）路表回彈彎沉指標及設計標準2.路表彎沉組成路表彎沉組成A.路面結構層路面結構層垂直回彈變形垂直回彈變形,占總變形占總變形10%90%90%;

11、 ; h h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1, ,1 1E E2 2, ,2 2E Ei i, ,i iE En n, ,n nx xy y oE E0 0, ,0 0lsmh h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1, ,1 1E E2 2, ,2 2E Ei i, ,i iE En n, ,n nx xy y oE E0 0, ,0 0lsm第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定（二）路表彎沉指標及設計標準（二）路表彎沉指標及設計標準3.選用原因選用原因路

12、表回彈彎沉可表征路表回彈彎沉可表征路面整體剛度路面整體剛度弱強（即路面結構弱強（即路面結構擴擴散散表面表面荷載荷載的能力）的能力）路表回彈彎沉可表征路表回彈彎沉可表征路基工作狀況路基工作狀況及及承載力強弱承載力強弱。路表回彈彎沉與路面路表回彈彎沉與路面使用壽命使用壽命（累積交通量）具有緊密（累積交通量）具有緊密關系關系路表彎沉可簡單地用路表彎沉可簡單地用貝克曼梁貝克曼梁量測，操作簡便，真實可量測，操作簡便，真實可靠，廉價，易于推廣到科研、施工、養護單位。靠，廉價，易于推廣到科研、施工、養護單位。第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法4.彎沉設計標準彎沉設計標準二、我國瀝青路面

13、設計規范中設計指標的選定二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定（二）路表彎沉指標及設計標準（二）路表彎沉指標及設計標準根據根據大量大量使用多年且出現破壞狀況的使用多年且出現破壞狀況的路面彎沉路面彎沉測定，測定，交交通量通量調查，數據分析整理，獲得路面達到調查，數據分析整理，獲得路面達到臨界狀態臨界狀態(出出現縱橫向裂縫現縱橫向裂縫)時的時的彎沉標準彎沉標準與與累積交通量累積交通量的的相關關系相關關系;經過反復測試與驗證，得到路面經過反復測試與驗證，得到路面彎沉設計標準彎沉設計標準計算公式計算公式ld=600Ne-0.2AcAsAbld:設計彎沉值，單位設計彎沉值，單位0.01mmAb:基層類

14、型系數，基層類型系數，對對半剛性半剛性基層基層= =1.01.0；柔性柔性基層基層= =1.61.6; ;對于對于混合式混合式基層采用線性內插確定基層類型系數基層采用線性內插確定基層類型系數A Ab b=(H=(HF F+2)/20+2)/20， H HF F半剛性基層或底基層之半剛性基層或底基層之上上柔性結構柔性結構層層總總厚度（厚度（cmcm）淮鹽高速路面結構組合設計淮鹽高速路面結構組合設計淮安淮安鹽城鹽城高速公路路面結構高速公路路面結構設計彎沉設計彎沉細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石24cm？水泥穩定碎石63cm 水泥穩定碎石63cm 級配碎石15cm土 基細粒式

15、瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm粗粒式瀝青混凝土8cm？水泥穩定碎石34cm 水泥穩定碎石34cm 二灰土20cm土 基細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石12cm級配碎石15cm？水泥穩定碎石32cm 水泥穩定碎石32cm 水泥穩定碎石20cm細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石10cm？水泥穩定碎石35cm 水泥穩定碎石35cm 級配碎石20cm土 基土 基柔性路面柔性路面半剛性基層瀝青路面半剛性基層瀝青路面夾層式組合基層瀝青路面夾層式組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面 雙向四車道高速公路：雙向四車道高速公路：A Ac c=1.0

16、=1.0；瀝青混凝土面層，瀝青混凝土面層，A As s=1.0;=1.0;設計年限設計年限1515年內年內彎沉與瀝青層底拉應力驗算彎沉與瀝青層底拉應力驗算N Ne e=2.87=2.8710107 7次，次，Ab=(4+6+10+2)/20=1.1ld=Ne-0.2AcAsAb =(2.87107) -0.2 1.0 1.0 1.1 =21.28 0.01mm第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法1.層底拉應力層底拉應力概念概念 設計設計標準軸載標準軸載作用下路面結構層作用下路面結構層層底層底水平向水平向正應力正應力為為拉拉應力應力二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定二、

17、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定（三）層底拉應力指標及設計標準（三）層底拉應力指標及設計標準2.結構層結構層拉應力分析拉應力分析A.半剛性半剛性基層路面，瀝青層底基層路面，瀝青層底主要主要是是壓壓應力或應力或很小很小的的拉拉應力，應力，半剛性半剛性基層或基層或底基層底基層拉應力起拉應力起主要控制主要控制作用作用;B.B.柔性柔性基層或基層或組合組合基層路面，基層基層路面，基層粒狀粒狀材料材料不承受不承受拉拉應應力，力，瀝青瀝青面層層底拉應力起面層層底拉應力起主要控制主要控制作用作用; ; h h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1, ,1 1E E2 2, ,2 2E E

18、i i, ,i iE En n, ,n nx xy y oE E0 0, ,0 0lsmh h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1, ,1 1E E2 2, ,2 2E Ei i, ,i iE En n, ,n nx xy y oE E0 0, ,0 0lsm第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定（三）層底拉應力指標及設計標準（三）層底拉應力指標及設計標準3.選用原因選用原因瀝青路面瀝青路面主要主要強度破壞強度破壞形式即為層底拉應力形式即為層底拉應力疲勞破壞疲勞破壞，層底拉應力層

19、底拉應力可用于表征可用于表征個別結構層個別結構層發生的發生的極限破壞極限破壞狀態；狀態；半剛性基層半剛性基層瀝青瀝青路面彎沉路面彎沉值一般達到值一般達到4040（0.010.01mmmm）以上，以上，基層基本失去了基層基本失去了板體性板體性，嚴重的出現，嚴重的出現松散松散。這說明。這說明半剛半剛性性瀝青路面發生了瀝青路面發生了結構破壞結構破壞，原因原因是基層產生過大拉應是基層產生過大拉應力而造成基層力而造成基層疲勞開裂疲勞開裂，進而導致瀝青路面產生疲勞開，進而導致瀝青路面產生疲勞開裂。裂。第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法4.層底容許拉應力層底容許拉應力二、我國瀝青路面設

20、計規范中設計指標的選定二、我國瀝青路面設計規范中設計指標的選定（三）層底拉應力指標及設計標準（三）層底拉應力指標及設計標準容許拉應力：容許拉應力：路面承受行車反復作用達到臨界破壞狀態路面承受行車反復作用達到臨界破壞狀態時的最大疲勞應力時的最大疲勞應力;容許拉應力容許拉應力R（最大疲勞應力最大疲勞應力）極限抗拉強度極限抗拉強度sp（如劈裂強度、彎拉強度）如劈裂強度、彎拉強度）經過大量驗證研究，得到經過大量驗證研究，得到R與與sp的關系式：的關系式：R= sp / KsKs:抗拉強度結構系數。不同結構層抗拉強度結構系數。不同結構層Ks計算公式計算公式v瀝青混凝土層：瀝青混凝土層： Ks 0.09N

21、e0.22/Acv無機結合料穩定集料層無機結合料穩定集料層二灰碎石二灰碎石： Ks 0.35Ne0.11/Acv無機結合料穩定細粒土層無機結合料穩定細粒土層二灰土二灰土： Ks 0.45Ne0.11/Ac淮鹽高速路面結構組合設計淮鹽高速路面結構組合設計淮安淮安鹽城鹽城高速公路路面結構高速公路路面結構容許拉應力容許拉應力瀝青混凝土瀝青混凝土Ks 0.09Ne,A0.22/Ac =0.09(2.87107) 0.22 / 1.0 =3.93細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石24cm？水泥穩定碎石63cm 水泥穩定碎石63cm 級配碎石15cm土 基細粒式瀝青混凝土4cm中粒式

22、瀝青混凝土6cm粗粒式瀝青混凝土8cm？水泥穩定碎石34cm 水泥穩定碎石34cm 二灰土20cm土 基細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石12cm級配碎石15cm？水泥穩定碎石32cm 水泥穩定碎石32cm 水泥穩定碎石20cm細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石10cm？水泥穩定碎石35cm 水泥穩定碎石35cm 級配碎石20cm土 基土 基柔性路面柔性路面半剛性基層瀝青路面半剛性基層瀝青路面夾層式組合基層瀝青路面夾層式組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面Ks 0.35Ne,B0.11/Ac =0.35(1.53107) 0.11 / 1

23、.0 =2.16Ks 0.45Ne,B0.11/Ac =0.45(1.53107) 0.11 / 1.0 =2.78水泥穩定碎石水泥穩定碎石二灰土二灰土設計年限設計年限1515年內年內彎沉與瀝青層底拉應力驗算彎沉與瀝青層底拉應力驗算Ne,A=2.87107次次; ;設計年限設計年限1515年內年內半剛性基層層底拉應半剛性基層層底拉應力驗算力驗算Ne,B=1.53107次次淮鹽高速路面結構組合設計淮鹽高速路面結構組合設計淮安淮安鹽城鹽城高速公路路面結構高速公路路面結構容許拉應力容許拉應力細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石24cm？水泥穩定碎石63cm 水泥穩定碎石63cm

24、級配碎石15cm土 基細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm粗粒式瀝青混凝土8cm？水泥穩定碎石34cm 水泥穩定碎石34cm 二灰土20cm土 基細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石12cm級配碎石15cm？水泥穩定碎石32cm 水泥穩定碎石32cm 水泥穩定碎石20cm細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm瀝青穩定碎石10cm？水泥穩定碎石35cm 水泥穩定碎石35cm 級配碎石20cm土 基土 基柔性路面柔性路面半剛性基層瀝青路面半剛性基層瀝青路面夾層式組合基層瀝青路面夾層式組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面組合基層瀝青路面材料類型材料類型劈裂強度劈裂強度/

25、MPa容許拉應力容許拉應力/MPaAK-131.400.36AC-201.000.25AC-250.800.20水泥穩定碎石水泥穩定碎石0.500.23二灰土二灰土0.200.07第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法兩個設計指標構成的方程式兩個設計指標構成的方程式設計彎沉設計彎沉 ld：lsld容許拉應力容許拉應力R ： m R 兩式同時滿足時，設計層的厚度即為最終設計厚度兩式同時滿足時，設計層的厚度即為最終設計厚度不能同時滿足時，調整設計層厚度、材料類型或層位不能同時滿足時，調整設計層厚度、材料類型或層位三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與

26、設計參數（一）厚度設計驗算方程式（一）厚度設計驗算方程式第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（二）（二）路表彎沉路表彎沉ls計算計算1.路表彎沉路表彎沉ls計算公式：計算公式：ll為理論計算值，可以通過計算軟件如為理論計算值，可以通過計算軟件如BisarBisar計算得到計算得到理論彎沉系數理論彎沉系數102312121,nncEEEEEEhhhf36. 0038. 0)()2000(63. 1pElFS彎沉綜合修正系數：彎沉綜合修正系數：l ls s單位為單位為0.010.01mmmm；單位為單位

27、為cmcmFlFEpllcs12100036. 0038. 0)()2000(63. 1pElFSFlFEpllcs121000)62. 0/1(36. 00200063. 12000pEllls路表彎沉路表彎沉最終最終計算公式計算公式第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（二）（二）路表彎沉路表彎沉ls計算計算2.路表彎沉路表彎沉ls修正原因修正原因：彈性層狀體系理論彎沉計算彈性層狀體系理論彎沉計算基于基于大量假設條件大量假設條件實際情況實際情況下基層或土基的下基層或土基的模量模量、材料特性材料特性

28、和和參數參數等方面等方面與與理論假設理論假設存在差異存在差異理論計算結果與實際彎沉理論計算結果與實際彎沉存在誤差存在誤差，因此，因此必須修正必須修正36. 0038. 0)()2000(63. 1pElFSFlFEpllcs121000)62. 0/1(36. 00200063. 12000pEllls路表彎沉路表彎沉最終最終計算公式計算公式第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（二）（二）路表彎沉路表彎沉ls計算計算3.路表彎沉路表彎沉驗算位置驗算位置只需只需驗算兩輪輪隙中心位置驗算兩輪輪隙中心位置

29、A點點h h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1,1 1E E2 2,2 2E Ei i,i iE En n,n np=p=0.707MPa0.707MPax xy y 3=3=0.3195m0.3195mAE E0 0,0 0lsr=3/2=r=3/2=10.975cm10.975cmr rA A第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（二）（二）路表彎沉路表彎沉ls計算計算)62. 0/1(36. 00200063. 12000pEllls4.4.路表彎沉路表彎沉 l ls s簡單

30、算例簡單算例v當量荷載圓半徑當量荷載圓半徑 單位為單位為10.6510.65cmcm, ,BisarBisar計算得到計算得到A A點點理論彎沉理論彎沉l ll l為為39.439.40.010.01mmmm，土基回彈模量土基回彈模量E E0 0= =36MPa36MPa，標準軸載胎壓標準軸載胎壓p p=0.707MPa=0.707MPa，試計算路表彎沉試計算路表彎沉 l ls s )01. 0(94.17707. 03665.1020004 .3963. 165.102000)62. 0/1(36. 0mmls第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程

31、式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（三）（三）結構層層底拉應力結構層層底拉應力m計算計算1.結構層層底拉應力結構層層底拉應力m計算公式：計算公式：其中，其中，p為輪胎壓力為輪胎壓力mmp 理論最大拉應力系數理論最大拉應力系數).,;.,(102312121nnmEEEEEEhhhf 結構層層底拉應力結構層層底拉應力m可以采用計算軟件（如可以采用計算軟件（如Bisar）計計算，彈性層狀體系計算獲得的層底拉應力算，彈性層狀體系計算獲得的層底拉應力無需無需再次再次修正修正第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計

32、之方程式與設計參數（三）（三）結構層層底拉應力結構層層底拉應力m計算計算h h1 1h h2 2h hi ih hn nE E1 1,1 1E E2 2,2 2E Ei i,i iE En n,n np=p=0.707MPa0.707MPax xy y 3=3=0.3195m0.3195mAE E0 0,0 0mCCCr=3/2=r=3/2=10.975cm10.975cmr rA(C)A(C)B B2.層底拉應力層底拉應力驗算位置驗算位置兩輪輪隙中心下層底位置兩輪輪隙中心下層底位置C點點單圓圓中心下層底位置單圓圓中心下層底位置B點點v驗算各層最大值拉應力驗算各層最大值拉應力第第4 4節節 國

33、內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（四）（四）結構層設計參數結構層設計參數1.路基回彈模量路基回彈模量E0：(1)現場測定法（參見書現場測定法（參見書P393-394P393-394）v剛性承載板法剛性承載板法v落錘彎沉儀法落錘彎沉儀法(2)室內試驗法（參見書室內試驗法（參見書P398P398）v最佳含水量下小型承載板測得最佳含水量下小型承載板測得E E0 0v根據土基稠度，獲得不利季節折減系數根據土基稠度，獲得不利季節折減系數(3) 換算法（參見書換算法（參見書P398P398）v根據現場測定或室內試驗，獲得根據

34、現場測定或室內試驗，獲得E0相關的經驗公式相關的經驗公式v根據經驗公式計算回彈模量根據經驗公式計算回彈模量E0第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（四）（四）結構層設計參數結構層設計參數1.路基回彈模量路基回彈模量E0：(4)查表法查表法臨界高度法確定平均稠度臨界高度法確定平均稠度v確定臨界高度確定臨界高度H H1 1 、 H H2 2 與與 H H3 3（可查表可查表1-91-9）v根據根據H H0 0與與臨界高度臨界高度關系關系（表表14-1014-10） 確定路基確定路基干濕狀態干濕狀態v根據

35、路基根據路基干濕狀態干濕狀態稠度稠度建議值建議值，擬定土的，擬定土的平均稠度平均稠度v根據根據自然區劃自然區劃,土質類型土質類型,平均稠度平均稠度預估路基預估路基回彈模量回彈模量H H0 0H H1 1H H2 2H H3 3w wc cw wc3c3w wc2c2w wc1c1路床頂部路床頂部地下水位地下水位第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（四）（四）結構層設計參數結構層設計參數2.結構層回彈模量結構層回彈模量Ei試驗方法確定試驗方法確定（1）以彎沉為設計或驗算指標時，采用）以彎沉為設計或驗算

36、指標時，采用20oC的抗壓回的抗壓回彈模量彈模量（2）以瀝青層或半剛性材料結構層為設計或驗算指標）以瀝青層或半剛性材料結構層為設計或驗算指標時，采用時，采用15oC的的彎拉彎拉回彈模量回彈模量或或抗壓抗壓回彈模量回彈模量參考瀝青路面設計規范參考瀝青路面設計規范JTGD50-2004（3）無結合料無結合料結構層（如結構層（如級配碎石級配碎石）只采用）只采用抗壓抗壓回彈回彈模量模量第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數三、路面結構厚度設計之方程式與設計參數（四）（四）結構層設計參數結構層設計參數3.結構層材料彎拉極限強度結構層材料彎拉極限強度

37、sp試驗方法確定試驗方法確定（1）彎拉極限強度可采用）彎拉極限強度可采用15oC的劈裂強度的劈裂強度（2）劈裂強度采用間接拉伸（劈裂）試驗測定）劈裂強度采用間接拉伸（劈裂）試驗測定參考瀝青路面設計規范參考瀝青路面設計規范JTGD50-2004第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法四、四、新建路面厚度設計新建路面厚度設計步驟步驟（一）（一）設計彎沉與容許彎拉應力計算設計彎沉與容許彎拉應力計算2.容許彎拉應力容許彎拉應力R：R= sp / Ks瀝青混凝土層：瀝青混凝土層： Ks 0.09Ne0.22/Ac無機結合料穩定集料層無機結合料穩定集料層二灰碎石二灰碎石： Ks 0.35N

38、e0.11/Ac無機結合料穩定細粒土層無機結合料穩定細粒土層二灰土二灰土： Ks 0.45Ne0.11/Ac1.設計彎沉設計彎沉ld：ld=600Ne-0.2AcAsAbAc、As取值參見書取值參見書P390P390；Ab（基層類型系數基層類型系數）參見瀝）參見瀝青路面設計規范青路面設計規范JTG-D50-2004JTG-D50-2004，柔性基層柔性基層Ab =1.6，半剛性基層半剛性基層Ab =1.0，組合基層，組合基層Ab =(HF+2)/20HF：半剛性基層或底基層半剛性基層或底基層上上柔性結構層柔性結構層總厚度總厚度（cmcm） 第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方

39、法四、四、新建路面厚度設計新建路面厚度設計（二）（二）確定土基回彈模量確定土基回彈模量E0（三）制定（三）制定路面結構組合方案路面結構組合方案擬定路面結構組合方案、擬定路面結構組合方案、設計層及其試算設計層及其試算厚度厚度測定設計參數測定設計參數Ei和和sp（四）（四）計算路表彎沉計算路表彎沉ls和結構層層底拉應力和結構層層底拉應力m（五）驗算設計指標與設計標準，確定結構層厚度（五）驗算設計指標與設計標準，確定結構層厚度取同時滿足兩種設計指標的設計層厚度為最終厚度取同時滿足兩種設計指標的設計層厚度為最終厚度（六）（六）季節性冰凍地區進行防凍層厚度驗算季節性冰凍地區進行防凍層厚度驗算（七）技術經

40、濟分析，選定最佳路面結構方案（七）技術經濟分析，選定最佳路面結構方案第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法四、四、新建路面厚度設計新建路面厚度設計內容內容1.表面彎沉表面彎沉設計指標設計指標驗算驗算1365 1)1(NNte)62. 0/1(36. 00200063. 12000pEllls35. 4211)(PPnCCNiiKi* * * *根據根據新新規范（規范（JTGD50-2006JTGD50-2006）要求：要求：各級軸載（各級軸載（包括包括P P 40kN40kN或或P25kNP25kN）都要求進行當量軸載換算。都要求進行當量軸載換算。(1)軸載換算軸載換算Ne采

41、用公式采用公式(2)設計彎沉計算公式：設計彎沉計算公式： ld=600Ne-0.2AcAsAb(3)彈性層狀體系彈性層狀體系表面彎沉理論值表面彎沉理論值ll計算（各結構層采用計算（各結構層采用20 oC的抗壓回彈模量）的抗壓回彈模量）(4)理論彎沉修正獲得理論彎沉修正獲得ls：(5)表面彎沉驗算：表面彎沉驗算： ls ld?第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計方法四、四、新建路面厚度設計新建路面厚度設計注意事項注意事項2.瀝青層層底拉應力瀝青層層底拉應力設計指標設計指標驗算驗算1365 1)1(NNte35. 4211)(PPnCCNiiKi* * * *根據根據新新規范（規范

42、（JTGD50-2006JTGD50-2006）要求：要求：各級軸載（各級軸載（包括包括P P 40kN40kN或或P25kNP25kN）都要求進行當量軸載換算。都要求進行當量軸載換算。(1)軸載換算軸載換算Ne采用公式采用公式(2)容許拉應力計算公式：容許拉應力計算公式： R= sp / Ks瀝青混凝土層：瀝青混凝土層： Ks 0.09Ne0.22/Ac(3)彈性層狀體系計算瀝青層層底彈性層狀體系計算瀝青層層底拉應力拉應力m（各結構層（各結構層采用采用15 oC的抗壓回彈模量）的抗壓回彈模量）(4)容許拉應力驗算：容許拉應力驗算： m R?第第4 4節節 國內瀝青路面設計方法國內瀝青路面設計

43、方法四、四、新建路面厚度設計新建路面厚度設計注意事項注意事項3.半剛性材料層底拉應力半剛性材料層底拉應力設計指標設計指標驗算驗算1365 1)1(NNte8211)( PPnCCNiiKi* * * *根據根據新新規范（規范（JTGD50-2006JTGD50-2006）要求：要求：各級軸載（各級軸載（包括包括P P 40kN40kN或或P25kNP3m交通組成情況交通組成情況中客車SH13015.4%大客車CA505.9%小貨車BJ13035.5%中貨車CA507.1%中貨車EQ14011.8%大貨車JN1504.7%特大車KB22219.0%拖掛車五十鈴0.5%初擬初擬路面結構組合設計方案

44、路面結構組合設計方案方案一方案一方案三方案三方案二方案二瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例軸載當量換算軸載當量換算算例算例參考參考瀝青路面設計規范瀝青路面設計規范JTG D50-2004a.彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標b.半剛性材料層底拉應力為設計指標半剛性材料層底拉應力為設計指標汽車名稱交通量次/日汽車總重/kN汽車前后軸計算參數軸位軸重輪組軸數軸距中客車SH130260085.25前軸25.75113m后軸59.5021 3mN后后=1.01.02600(59.5/100)4.35=271.72次次/ /日日N前前=18.51.02600(25.75/100)

45、8=0.93次次/ /日日N前前=6.41.02600(25.75/100)4.35=45.50次次/ /日日N后后=1.01.0 2600(59.5/100)8=40.84次次/ /日日瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例軸載當量換算軸載當量換算算例算例參考參考瀝青路面設計規范瀝青路面設計規范JTG D50-2004a.彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標b.半剛性材料層底拉應力為設計指標半剛性材料層底拉應力為設計指標汽車名稱交通量次/日汽車總重/kN汽車前后軸計算參數軸位軸重輪組軸數軸距拖掛車五十鈴80360.0前軸60.00113mN后后=31.01.080(100/

46、100)4.35=240.00次次/ /日日N前前=18.51.080(60/100)8=24.86次次/ /日日N前前=6.41.080(60/100)4.35=55.49次次/ /日日N后后=31.01.0 80(100/100)8=240.00次次/ /日日瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例設計年限內累積標準軸載設計年限內累積標準軸載Ne(查表得到車道系數為查表得到車道系數為0.30)參考參考瀝青路面設計規范瀝青路面設計規范JTG D50-2004a.彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標Ne1b.半剛性材料層底拉應力為設計指標半剛性材料層底拉應力為設計指標Ne2Ne

47、1=(1+0.065)15-13657419.380.30/0.065=1.965107次次/ /日日Ne2=(1+0.065)15-13656222.060.30/0.065=1.647107次次/ /日日1365 1)1(NNte瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例土基回彈模量土基回彈模量E0的確定：的確定：參考參考瀝青路面設計規范瀝青路面設計規范JTG D50-20041.1.查表查表1-91-9得得1 1a a區區臨界高度臨界高度為為H1=1.71.9H2=1.21.3H3=0.80.92. H0=1.2+0.3=1.5m所以，所以，H2H0H1根據表根據表 1-8與表與表1-7，路基處于

48、路基處于中濕中濕狀態，狀態，所以，所以， 0.94=wc2wcwc1=1.03取稠度取稠度平均值平均值wc =0.985，查表查表14-11得得E0 =29.3MPaH H0 0H H1 1H H2 2H H3 3w wc cw wc3c3w wc2c2w wc1c1路床頂部路床頂部地下水位地下水位瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例路面設計彎沉路面設計彎沉ld計算：計算：參考參考瀝青路面設計規范瀝青路面設計規范JTG D50-20041.方案方案一一：柔性柔性路面路面2.方案方案二二：半剛性基層半剛性基層路面路面ld1=600Ne1-0.2AcAsAb600(1.965107 )-0.21.01

49、.01.6=33.39 0.01mmld2=600Ne1-0.2AcAsAb600(1.965107 )-0.21.01.01.0=20.87 0.01mm3.方案方案三三：組合基層組合基層路面路面ld3=600Ne1-0.2AcAsAb600(1.965107 )-0.21.01.0（4+6+10+2）/20=22.950.01mm初擬初擬路面結構組合設計方案路面結構組合設計方案方案一方案一方案三方案三方案二方案二瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例路面結構層路面結構層設計參數設計參數（參見表參見表14-15、14-16）：）：參考參考瀝青路面設計規范瀝青路面設計規范JTG D50-2004材料

50、名稱材料名稱抗壓模量抗壓模量/MPa劈裂強度劈裂強度/MPa150C200C150C細粒式瀝青混凝土細粒式瀝青混凝土140020001.2中粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土120018000.8粗粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土100012000.6瀝青穩定碎石瀝青穩定碎石100014000.6二灰穩定碎石二灰穩定碎石15000.5級配碎石級配碎石300二灰土二灰土7500.2瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例路面結構層路面結構層容許拉應力容許拉應力：參考參考瀝青路面設計規范瀝青路面設計規范JTG D50-2004材料名稱材料名稱劈裂強度劈裂強度/MPaKs(Ne1或或Ne2)R/MPa細粒式瀝青混

51、凝土細粒式瀝青混凝土1.23.62（Ne1）0.33中粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土0.83.62（Ne1）0.22粗粒式瀝青混凝土粗粒式瀝青混凝土0.63.62（Ne1）0.16瀝青穩定碎石瀝青穩定碎石0.63.62（Ne1）0.16二灰穩定碎石二灰穩定碎石0.52.18（Ne2）0.23級配碎石級配碎石二灰土二灰土0.22.80（Ne2）0.07瀝青路面設計實例瀝青路面設計實例方案方案一一方案方案一一：路表路表彎沉彎沉驗算驗算方案方案一一：設計層初始厚度：設計層初始厚度8cm二灰穩定碎石二灰穩定碎石設計層厚度/cm理論彎沉/0.01mm修正彎沉/0.01mm設計彎沉/0.01mm861.4

52、933.0233.391059.9531.3333.391258.2129.8733.391456.628.5533.391655.1227.3633.391853.7426.2633.39r rA A方案方案一一：彎沉驗算：彎沉驗算2426283032343668101214161820設計層厚度/cm表面彎沉/0.01mm設計彎沉設計彎沉33.39r rA A結論結論：設計層厚度：設計層厚度8 8cmcm可以滿足可以滿足表面彎沉表面彎沉設計要求設計要求瀝青路面設計實例方案瀝青路面設計實例方案一一方案方案一一：層底拉應力驗算層底拉應力驗算：方案方案一一：設計層初始厚度：設計層初始厚度8cm二

53、灰穩定碎石二灰穩定碎石材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土4-0.2620.33中粒式瀝青混凝土6-0.0780.22瀝青穩定碎石240.0160.16二灰穩定碎石80.2090.23材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土4-0.2560.33中粒式瀝青混凝土6-0.0760.22瀝青穩定碎石240.0130.16二灰穩定碎石100.1950.23瀝青路面設計實例方案瀝青路面設計實例方案一一方案方案一一：層底拉應力驗算層底拉應力驗算：方案方案一一：設計層初始厚度：設計層初始厚度8cm二灰穩定碎石二灰穩定碎石材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土

54、4-0.250.33中粒式瀝青混凝土6-0.0740.22瀝青穩定碎石24-0.0090.16二灰穩定碎石120.1840.23材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土4-0.2450.33中粒式瀝青混凝土6-0.0720.22瀝青穩定碎石24-0.0060.16二灰穩定碎石140.1740.23方案方案一一：層底拉應力驗算：層底拉應力驗算0.160.170.180.190.200.210.226810121416設計層厚度/cm層底拉應力/MPa容許拉應力容許拉應力0.23MPaA(C)A(C)B Br r結論結論：設計層厚度：設計層厚度8 8cmcm可以滿足可以滿足層底拉應力

55、層底拉應力設計要求設計要求方案方案一一：層底拉應力驗算：層底拉應力驗算010203040506070-0.3-0.2-0.100.10.20.3層底正應力/MPa深度/cmh=8cmh=10cmh=12cmh=14cmA(C)A(C)B Br r瀝青路面設計實例方案瀝青路面設計實例方案二二方案方案二二：路表彎沉驗算路表彎沉驗算方案方案二二：設計層初始厚度：設計層初始厚度34cm二灰穩定碎石二灰穩定碎石設計層設計層厚度厚度/ /cmcm理論理論彎沉彎沉/ /0.01mm0.01mm修正修正彎沉彎沉/ /0.01mm0.01mm設計設計彎沉彎沉/ /0.01mm0.01mm3447.4121.46

56、20.873646.2520.6220.873845.1519.8320.874044.1119.1020.874243.1318.4220.87r rA A方案方案二二：彎沉驗算：彎沉驗算r rA A1718192021222332343638404244設計層厚度/cm表面彎沉/0.01mm設計彎沉設計彎沉20.87結論結論：設計層厚度改為：設計層厚度改為3636cmcm可以滿足可以滿足路表彎沉路表彎沉設計要求設計要求瀝青路面設計實例方案瀝青路面設計實例方案二二方案方案二二：設計層初始厚度：設計層初始厚度34cm層底拉應力驗算層底拉應力驗算材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混

57、凝土4-0.1910.33中粒式瀝青混凝土6-0.0440.22粗粒式瀝青混凝土8-0.0230.16二灰穩定碎石340.0970.23二灰土200.0830.07材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土4-0.1860.33中粒式瀝青混凝土6-0.0420.22粗粒式瀝青混凝土8-0.0230.16二灰穩定碎石360.0940.23二灰土200.0790.07瀝青路面設計實例方案瀝青路面設計實例方案二二方案方案二二：設計層初始厚度：設計層初始厚度34cm層底拉應力驗算層底拉應力驗算材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土4-0.1820.33中粒式瀝青混凝土6-0

58、.0400.22粗粒式瀝青混凝土8-0.0230.16二灰穩定碎石380.0890.23二灰土200.0750.07材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土4-0.1780.33中粒式瀝青混凝土6-0.0380.22粗粒式瀝青混凝土8-0.0250.16二灰穩定碎石400.0860.23二灰土200.0710.07瀝青路面設計實例方案瀝青路面設計實例方案二二方案方案二二：設計層初始厚度：設計層初始厚度34cm層底拉應力驗算層底拉應力驗算材料名稱厚度/cmm/MPaR/MPa細粒式瀝青混凝土4-0.1740.33中粒式瀝青混凝土6-0.0360.22粗粒式瀝青混凝土8-0.0220

59、.16二灰穩定碎石420.0830.23二灰土200.0670.07結論結論：設計層設計層為為二灰穩定碎石二灰穩定碎石情況下，設計層厚度情況下，設計層厚度控制因控制因素素為為二灰土二灰土層層底拉應力層層底拉應力，設計層厚度達到，設計層厚度達到4242cmcm才才可以滿可以滿足足層底拉應力層底拉應力設計要求；設計要求；建議建議：由于：由于二灰穩定碎石二灰穩定碎石價格價格高于高于二灰土二灰土，因此可以考慮，因此可以考慮將將設計層位設計層位更改為更改為二灰土二灰土，以便達到，以便達到減少減少工程造價工程造價的目的。的目的。方案方案二二：層底拉應力驗算：層底拉應力驗算A(C)A(C)B Br r0.0

60、650.0700.0750.0800.0850.09032343638404244設計層厚度/cm層底拉應力/Mpa容許拉應力容許拉應力0.07MPa方案方案二二：層底拉應力驗算：層底拉應力驗算A(C)A(C)B Br r0102030405060708090-0.2-0.100.10.2層底正應力/MPa深度/cmh=34cmh=36cmh=38cmh=40cm瀝青路面設計實例方案瀝青路面設計實例方案三三方案方案三三：路表彎沉驗算路表彎沉驗算方案方案三三：設計層初始厚度：設計層初始厚度34cm二灰穩定碎石二灰穩定碎石設計層設計層厚度厚度/ /cmcm理論理論彎沉彎沉/ /0.01mm0.01