1、8.6 路面補強層設計隨著使用時間的延續，柔性路面的使用性能和承載能力不斷降低，當通過的軸次超過設計當量軸次，或路表破損嚴重時，便不能滿足正常行車交通的要求，而需補強或改建。路面補強設計工作包括現有路面結構狀況調查、承載能力評定以及補強結構選擇、厚度計算和拉應力驗算等。對使用中的路面結構狀況的調查和評定，其目的主要是了解路面現有結構狀況和承載能力，據以預估剩余使用壽命、判斷是否需要加強、分析路面損壞的原因及提出處理措施，并為補強設計提供可靠的設計參數。現有路面概況調查工作包括如下內容：（1）交通調查對于當前的交通量和車型組成進行實地觀測。通過調查分析預估交通量增長趨勢，確定年平均增長率。（2）

2、路基狀況調查調查沿線土質、填挖高度、地面排水情況、地下水位，以確定路基土組及干濕類型。（3）路面狀況調查調查路面結構類型、組合和各層厚度，為此需開挖試坑進行量測和取樣試驗。量測路基和路面寬度。詳細記載路表狀況及路拱大小。對路面的病害和破壞應詳加記述并分析產生原因。（4）路面修建和養護歷史調查將上述調查結果填入圖 8-36 的相應欄目中。（l）評定指標及測定方法路表彎沉量反映了路基和路面體系的抗變形能力，它同路基的模量 和路面層樓量 之間大致存在下述關系：所以，路基模量 對彎沉的敏感性甚于路面模量 ，而路面層的抗變形能力主要同輪載作用下彎沉盆的曲率半徑 關系密切。因而，采用彎沉 和曲率半徑 兩項

3、指標可以更全面地反映路基路面結構的承載能力。路表回彈彎沉值采用貝克曼（）設計的彎沉儀測定。彎沉儀的簡圖如圖 8-37 所示。彎沉儀的測頭穿過測定車后軸雙輪輪隙，放在車輪前方的路表面上。梁在后三分點處通過支點支承于底座上。梁的另一端處架設一百分表，以測定測頭的升降量。車輛以爬行速度向前行駛，車輛經過測頭時，讀取百分表的最大讀值 ；車輛駛離后，再讀取百分表 ；兩者相減后乘以 2 便是路表的回彈彎沉值。也即， 。測定車的后軸計算參數，應符合標準輪載 的規定（見表 2-6）。通常，測點治外側車輪輪帶布置，因為此輪帶往往顯現出較高的彎沉值。然而，如果沿內側輪帶路面損壞較嚴重，則應取內側輪帶測定彎沉。測點

4、間距可為 ，視路段長短和所要求的測定精度而定。（2）代表性彎沉值由于彎沉值大小同路面面層類型、結構組合和厚度、路基土類型和狀態，交通量和組成、路面使用期限以及路面溫度有關，因此實測彎沉值之間存在著差異，即使將測點間距縮小，仍會出現這種差異。為了利用測得的眾多彎沉值評定一段路面的承載能力，需對所測彎沉值進行統計加工，尋求有代表性的彎沉值。對測定彎沉值進行統計加工時，假定測定是在相同條件下的等精度測量，測定結果的分布符合正態分布規律。因此可由正態分布定理求得已知測點 和相應彎沉值 的平均彎沉值 、標準差 及變差系數 ，即 （8 49）由此得一段路的代表性彎沉值為 (8 50)式中， 為保證率系數，

5、與道路等級有關，二級公路及二級以上公路 取 1.5 ；三級和四級公路取 1.3。城市快速路、主干路取 2.0 ；城市次干路取 1.5 ；城市支路取 1.3。不同的保證率系數相應有不同的保證率，如Za為 l.5 和 2.0 的保證率分別為 93. % 和 97.7%。（3）測定季節對彎沉的影響由于路面在一年內的不同時期具有不同的承載能力，而經補強設計的路面必須保證在最不利季節具有良好的使用狀況，因而彎沉測定應在一年的最不利季節進行。但是由于種種原因常不能在不利季節測定，使得實測彎沉值偏小，所以要乘以根據多年累積測定資料統計分析得到的季節影響系數 。 值因地區、土質、路基干濕類型以及路面結構類型而

6、異，應根據多年連續彎沉測定對比分析的結果和本地區的經驗確定。（4）加鋪瀝青層對原砂石路面彎沉的影響在原有砂石路面上加鋪瀝青層以后，路基和基層中的水分蒸發較前困難，致使路基和基層中濕度增加，承載能力降低，彎沉增大。尤其是季節性冰凍區路基為潮濕或過濕的路段，更易產生瀝青面層下的濕度累積，降低承載力。因此，在原砂石路面測得的彎沉值上應乘以反映這種濕度變化導致彎沉增大的濕度影響系數k2，其數值應根據對比測定或本地區的使用經驗確定。（5）溫度對彎沉的影響當原路面為瀝青面層時，彎沉測定值還隨路面溫度的變化而變化。為了使不同溫度時測定的彎沉結果可資比較，以及便于進行補強設計，需把不同溫度時測定的結果換算為標

7、準溫度 20 時的彎沉值 L20 ，其換算系數或彎沉溫度修正系數為 (8 51)式中， ，為測定時瀝青面層平均溫度 時的彎沉值。 值宜按各地經驗確定，它與路基的回彈模量 、瀝青面層的厚度等因素有關。當無實測資料時，我國路面設計規范建議參用下述經驗方法： (8 52)式中 = ; ； 瀝青面層的厚度（）； 一一測定時路表溫度與前 5 小時平均氣溫之和（）。經過標準溫度 與測定溫度 時兩種彎沉測定值之比的統計分析得到如下彎沉溫度修正系數經驗公式：當 時， (8 53)當 時， (8 54) 若瀝青面層厚度小于或等于 ，路面彎沉值不需溫度修正，又路面溫度在 時，也不進行溫度修理正。（6）測定用軸載對

8、彎沉的影響路表某一點處的彎沉值大小，與測定用軸載（輪重、輪壓、輪跡圓直徑）有關。軸載大則測得的彎沉值也大。通過大量輕、重車彎沉對比測定，建立了彎沉和軸載間的經驗關系如下： (8 55)式中 不同軸載的彎沉軸載換算系數； ， 標準軸載及相對應的彎沉值； ， 非標準軸載及相對應的彎沉值。當受條件限制，測彎沉所用汽車的后軸軸載與補強設計采用的標準輪載不一致時，可利用式（8 55）將實測彎沉 ；換算為設計輪載的彎沉 值。（7）計算彎沉值考慮季節影響、濕度影響、溫度影響以及測定用軸型的影響后，一個路段的計算彎沉值可由下式確定： (8 56)計算彎沉值反映了該路段路基路面結構的承載能力。在確定各路段的計算

9、彎沉值時，應將全線劃分為若干段落，各段路基干濕類型和土質應相同，彎沉值比較接近。每段內彎沉測點應不少于 20 點，測點間距一般為 ，特殊路段或因需要可適當加密。路段的最小長度還應與施工方法相適應，一般不小于 ，在水文、土質復雜或需要專門處理的軟弱路段可視實際情況決定。補強層的計算方法很多，可分為經驗法和理論法兩大類。經驗法是以補強試驗路資料為基礎進行歸納總結的方法，其實用簡便，但使用有一定的局限性。理論法則以力學分析為基礎，結合交通、環境和材料等特性，對理論計算結果進行修正的方法。我國現行路面設計規范對補強層厚度的計算都采用理論法。下面介紹公路部門采用的方法，而城市道路部門的方法有一定差異，詳

10、細可參閱城市道路設計規范。采用理論法計算補強層厚度的關鍵問題是如何確定原有路基路面體系的計算回彈模量。若大量進行現場承載板試驗，顯然不太現實。若能利用便于大量測定的路表彎沉值進行求解，則比較可行。將原路基路面結構體系視作表面計算彎沉相等的彈性均質體，利用彈性半空間體表面在圓形剛性承載板下的荷載一彎沉關系式，并考慮計入承載板測定的彎沉與汽車測定的彎沉間的差異及補強層材料的影響，各路段的當量回彈模量值 可據各路段的計算彎沉值按式（857）計算： (8 57)式中 原路面的當量回模量（）； 標準軸載車型輪胎接地壓強（）； 標準軸載單輪傳壓面當量圓半徑（）； 原路面的計算彎沉（）； 用標準軸載的汽車在

11、原路面上測得的彎沉值與用承載板在相同壓強條件下所測得的回彈變形值之比，即輪板對比值。若當地無對比試驗資料，可取M1=1.1 進行計算； 原路面當量回彈模量擴大系數。當計算與原路面接觸的補強層層底拉應力時， 按式（8 58）計算；計算彎沉值及其他補強層層底拉應力時， 。 (8 58)式中 與原路面接觸材料的抗壓回彈模量（）； 各補強層等效為與原路面接觸層 相當的等效總厚度（）。 h 可按式（8 59）計算。 (8 59)式中 第 層補強層材料的抗壓回彈模量（）； 第 層補強的厚度（）； 補強層層數。擬定補強層結構組合后，尚需進一步確定補強層的厚度。在計算補強層厚度時，仍以設計彎沉值作為路面整體剛

12、度的控制指標，對于二級和二級以上公路還應驗算補強層層底拉應力，在季節性冰凍地區潮濕、中濕路段還應驗算防凍厚度。設計彎沉值、各補強層材料的容許拉應力及層底拉應力的計算方法、彎沉綜合修正系數及補強層材料參數的確定，均與新建路面時的方法相同。當補強層為單層時，以雙層彈性體系為計算力學模型；當補強層為 層時，以 層彈性體系為力學模型。可用專用計算機程序求解，也可用諾模圖求解。例 8.7 在 區，某條公路原路面基層為泥灰結碎石，面層為厚 的瀝青上拌下貫，在不利季節用后軸軸載相當于 的汽車測定的彎沉值如圖 8 36 所示，其中， 766 000767 800 一段路基為中濕類型，測定時路表溫度 ，前 5h

13、 的平均氣溫為 ； 767 800769 300 一段為干燥類型，測定時路表溫度為 ，前 5 小時平均氣溫為 。預計使用期間內通過 標準軸的累計軸數（已考慮橫向分布） 次，沿線有碎石供應，河灘有砂礫，瀝青可外購。試按二級公路設計路面補強厚度。解 1. 確定原路面計算彎沉值和當量回彈模量（l） 766 000767 800 段據測定彎沉的季節及當地自然條件取 ， ，彎沉測定車后軸軸載與設計采用的標準車軸相同 ，現求 。則原路當量回彈模量 ，當以設計彎沉控制求算補強層厚度時，取 ,（2） 767 800769 300 段2.計算設計彎沉值道路等級系數 （二級公路），擬采用瀝青混凝土和瀝青碎石雙層補強，面層類型系數 ，基層類型系數 。據當地使用經驗，補強層材料參數為：瀝青混凝土在 時的 ，在 時 的 ， ；瀝青碎石 20 時的 ，采用圖解法（利用諾漠圖）求解補強層厚度，先設定瀝青混凝土面層厚度人 ，計算瀝青碎石層所需厚度 。(1) 766 000767 800段彎沉綜合修正系數為由 ， ， ，查圖 8-11 得 ，。而 查圖 811 得 , 則 ,。驗算瀝青混凝土層層底拉應力，因該層底不與原路面接觸，所以原路面當量回彈模量仍為 。由 ， ， ，及 查圖 8-13 ，發現系數 ，說明瀝青混凝土層底受壓力，即不出現拉應力，所以，