會計學1第62節瀝青路面設計一、路面設計理論(應力應變求解）1．古典設計方法1)麻省公式它假定汽車是一個集中荷載P，荷載以４５角通過碎石基層分布于邊長為碎石層厚2倍的正方形面積的土基上

第1頁/共44頁一、路面設計理論(應力應變求解）1．古典設計方法2）Ｄｏｗｎｓ公式夾角θ不為45°；圓形分布第2頁/共44頁一、路面設計理論(應力應變求解）1．古典設計方法3)Ｇｒａｙ公式a為路表面的壓力半徑第3頁/共44頁一、路面設計理論(應力應變求解）2、彈性層狀體系理論概述由不同材料和土基組成的瀝青路面結構，在荷載作用下其應力——應變關系大多呈非線形特性，并且應變隨應力作用時間而變，應力卸除后有一部分塑性變形不可恢復。但考慮到運動車輪作用于路面的瞬時性，路面結構在瞬間產生的塑性變形很小。因此在進行路面結構計算和分析時，對于厚度較大、強度較高的高等級路面，將其視為線彈性體，并應用彈性層狀體系理論進行分析計算是合適的

。

第4頁/共44頁一、路面設計理論(應力應變求解）2、彈性層狀體系理論概述圖6-2彈性層狀體系示意圖第5頁/共44頁一、路面設計理論(應力應變求解）2、彈性層狀體系理論概述彈性層狀體系由若干個彈性層組成，上面各層具有一定厚度，最下一層為彈性半空間體，如圖6-2所示。并假設：（1）各層由均質、連續的、均勻的、各向同性的線彈性材料組成的彈性材料組成，用彈性模量Ei和泊松比μi表征其彈性參數；（2）最下一層為水平方向和豎直向下方向無限延伸的半無限體。其上各層在水平方向為無限大，但豎向具有一定厚度；（3）各層分界面上的應力和位移完全連續（稱連續體系），或者僅豎向應力和位移連續，而層間無摩擦力（稱滑動體系）；（4）各層在水平方向無限遠處及最下層無限深處的應力、應變和位移為零；（5）不計各層材料自重。第6頁/共44頁二、瀝青路面結構組合設計1、瀝青路面結構類型在半剛性基層上設30mm~150mm薄瀝青層的結構，稱半剛性基層瀝青路面；在半剛性基層或底基層上，設160mm~260mm厚瀝青層的結構，稱混合式瀝青路面；舊水泥混凝土路面做基層（或碾壓混凝土、貧混凝土、低標號混凝土基層），其上一般設70mm~220mm瀝青層厚度，稱為剛性基層瀝青路面（或復合式路面）；采用瀝青混合料與（無結合料的集料）柔性基層組成的結構，稱柔性路面；在路基上或處治了的路基上鋪筑約400mm~550mm的全厚式瀝青混合料結構層，稱全厚式瀝青混凝土結構路面。第7頁/共44頁二、瀝青路面結構組合設計2、路面結構組合原則①根據道路等級確定面層類型和等級確定路面等級應以政治、經濟、國防、旅游以及經濟發展的需要和設計交通量為主要依據。交通量越大，道路等級越高，面層等級應越高，厚度也越大，相應的面層層次也越多。

在選擇路面類型時，特別應考慮當地的氣候特征。

第8頁/共44頁二、瀝青路面結構組合設計2、路面結構組合原則②適應行車荷載作用的要求根據理論分析和經驗，一般基層與相鄰面層的回彈模量比不應小于0.3，土基與相鄰基層或底基層的模量比以0.08~0.4為宜。

l半剛性基層瀝青路面與此不符

l粗粒式、中粒式、細粒式瀝青混凝土的劃分；

l標稱最大粒徑的概念；

l最小厚度與標稱最大粒徑的關系第9頁/共44頁二、瀝青路面結構組合設計2、路面結構組合原則③考慮結構層自身特征各結構層材料具有不同的特性，在組合時，應注意相鄰層次的相互影響，采取措施限制或消除所產生的不利影響。例如：

A、瀝青路面不宜直接鋪筑在碎（礫）石基層上，而宜在其間設置瀝青碎石過渡層，以防止由于基層的松動造成面層不平整或變形開裂；

B、在半剛性基層上鋪筑瀝青混凝土，為防止和緩減基層干縮或溫縮開裂而引起面層反射裂縫，通常宜適當加厚面層，或者設置瀝青碎石、級配碎石等聯結層；

C、此外，在軟弱潮濕的路基上，不宜直接鋪筑碎礫石基層，以防止基層產生過大的變形。第10頁/共44頁二、瀝青路面結構組合設計2、路面結構組合原則④考慮不利水溫狀況的影響在中濕或潮濕路段上鋪筑瀝青路面，由于瀝青面層不透氣，使得路基和基層中因溫度和濕度坡差向上積聚的水分無法通過面層排除，如果基層水穩定性不好，例如含泥量較多，塑性指數較大，一旦遇水變軟，強度剛度急劇下降，致使路面破壞。因此，一般應選擇水穩定性好的材料作瀝青路面的基層，特別是中濕和潮濕路段。此外，除加強路基排水外，可采用低劑量石灰穩定路基土上層或加設粒料墊層等技術措施進行綜合處理，以改善路基水溫狀況。并保證處理后土基回彈模量不小于25MPa。第11頁/共44頁二、瀝青路面結構組合設計2、路面結構組合原則④考慮不利水溫狀況的影響在凍深較大的季節性冰凍地區，路面總厚度的確定，除應滿足力學強度的要求外，還應滿足防凍層厚度的要求，以避免路基內出現較厚的聚冰帶，導致路面不均勻凍脹和開裂等破壞。路面防凍的最小厚度可參照表6-5確定。當按力學計算路面總厚度小于表列厚度時，應增設或加厚墊層以滿足防凍厚度要求。

第12頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）我國現行瀝青路面設計方法，采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀理論，以路表設計彎沉值作為路面整體剛度的設計控制指標。對高速公路、一級公路和二級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層，應對層底彎拉應力進行驗算。對于經常承受較大水平荷載作用的停車站、交叉口等路段的瀝青混凝土面層，還應驗算高溫季節，其破壞面上可能產生的剪應力。

第13頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態

1）沉

陷為控制路基土的壓縮引起路面的沉陷，可選用路基土的垂直壓應力或垂直壓應變作為設計標準，如：

圖6-1沉陷示意圖第14頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態

2)車

轍定義：是路面的結構層及土基在行車重復荷載作用下的補充壓實，以及結構層材料的側向位移產生的累積永久變形。第15頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態

3)疲勞開裂

疲勞開裂的特點是，路面無顯著的永久變形，開裂開始大都是形成細而短的橫向開裂，繼而逐漸擴展成網狀，開裂的寬度和范圍不斷擴大。第16頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）1．瀝青路面的破壞狀態

4）推

移

5)低溫縮裂低溫縮裂是一項同荷載因素無關的設計指標，即低溫時結構層材料因收縮受約束而產生的溫度應力應不大于該溫度時材料的容許拉應力，即：第17頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）2．路面結構計算圖式及設計標準圖6-4路表彎沉計算圖式

第18頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）2．路面結構計算圖式及設計標準

設計標準

第19頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）2．路面結構計算圖式及設計標準設計層的選擇：當采用半剛性基層、底基層結構時，可選任一層為設計層；當采用半剛性基層、粒料類材料為底基層時，以半剛性基層為設計層才能得到合理的結構；當采用柔性基層、底基層結構時，以基層為設計層。第20頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）3．設計指標的確定（1）路面設計彎沉值

路面設計彎沉值是根據設計年限內，一個車道通過的累計當量軸次、公路等級、面層和基層類型確定的路面設計彎沉值。設計彎沉相當于路面竣工后第一年不利季節、路面在標準軸載100KN作用下，所測得的最大(相當于容許)回彈彎沉值。

第21頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）3．設計指標的確定（1）路面設計彎沉值瀝青路面外觀等級描述外觀等級外觀狀況路面表面外觀特征一好堅實、平整、無裂紋、無變形二較好平整、無變形、少量發裂三中平整、無變形、有少量縱向或不規則裂紋四較壞無明顯變形，有較多縱橫向裂紋或局部網裂五壞連片嚴重龜（網）裂或拌有車轍、沉陷第22頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）3．設計指標的確定（1）路面設計彎沉值

3~5年的容許彎沉：第23頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）3．設計指標的確定（1）路面設計彎沉值

經過大量的測試和分析，在3～5年時相對彎沉為1.2，則得到路面設計彎沉值計算公式如下：第24頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）3．設計指標的確定（2）路表彎沉實測值第25頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）3．設計指標的確定（3）容許拉應力

——瀝青混凝土或半剛性結構層材料的劈裂強度（MPa）。對于瀝青混凝土的劈裂強度是指15℃的劈裂強度；對于水泥穩定類材料為齡期90d的劈裂強度；對于石灰穩定類、二灰穩定類材料為齡期180d的劈裂強度。

第26頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）3．設計指標的確定（4）最大層底拉應力

第27頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）4．新建瀝青路面設計步驟新建瀝青路面設計步驟通常按以下程序進行：①根據設計任務書的要求，確定路面等級和面層類型，計算設計年限內一個車道上的累計當量軸次和設計彎沉值。②按路基土類和干濕類型，將路基劃分為若干路段（在一般情況下路段長度不宜小于500m，若為大規模機械化施工，不宜小于1km），確定各路段土基的回彈模量值。③擬定幾種可能的路面結構組合方案與厚度方案，根據選用的材料進行配合比試驗及測定各結構層的抗壓回彈模量、抗拉強度，確定各結構層材料設計參數。第28頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）4．新建瀝青路面設計步驟新建瀝青路面設計步驟通常按以下程序進行：④根據設計彎沉值計算路面厚度。對高速公路、一級公路、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的結構層，應進行拉應力驗算。如不滿足要求，應調整路面結構厚度或變更路面結構組合，或調整材料配合比、提高極限抗拉強度，再重新計算。上述計算應采用多層彈性體系理論編制的專用設計程序進行。對于季節性冰凍地區的高級和次高級路面，尚應滿足防凍厚度的要求。⑤

進行技術經濟比較，確定采用的路面結構方案。第29頁/共44頁三、瀝青路面厚度設計（方法）5．路面結構的剪應力計算查表得到經調查整理，停車站、交叉路口等緩慢制動處（=0.2）在緊急制動時(=0.5)第30頁/共44頁四、路面設計參數1、荷載參數1）荷載作用形式我國路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載，并以BZZ—100表示。標準軸載的計算參數由表6-6確定。表6-6標準軸載計算參數標準軸載P(KN)100單輪傳壓面當量圓直徑d/（cm）21.30輪胎接地壓力p(MPa)0.70兩輪中心距（cm）1.5d

第31頁/共44頁四、路面設計參數1、荷載參數2)軸載換算

當以設計彎沉值為指標計算路面厚度時，凡軸載在25~130KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸），均應按下式換算為標準軸載的當量作用次數：

（6-17）式中：N——標準軸載的當量軸次（次/日）；

ni——被換算車型的各級軸載作用次數（次/日）；

P——標準軸載（KN）；

Pi——被換算車型的各級軸載（KN）；

C1——軸數系數，當軸間距大于3m時，應按單獨的一個軸計算，此時軸數系數為m；當軸間距小于3m時，按雙軸或多軸計算，軸數系數C1=1+1.2（m-1），m

為軸數；

C2——輪組系數，單輪組為6.4，雙輪組為1.0，四輪組為0.38。當單軸重為130~200kN時，公式（6-17）中指數可按4.85次方計算。第32頁/共44頁四、路面設計參數1、荷載參數2)軸載換算

當進行路面整體性結構層底拉應力驗算時，凡軸載大于50KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸），均應按下式換算為標準軸載的當量作用次數：（6-18）

式中：c1’——軸數系數，當軸間距小于3m的雙軸或多軸，c1’=1+2（m-1），m

為軸數；C2’——輪組系數，單輪組為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。第33頁/共44頁四、路面設計參數1、荷載參數3)累計當量軸次

設計車道上標準軸載在使用年限（t年）內的累計作用次數Ne（累計當量軸次），可在通過調查得到整個行車道的第一年標準軸載日平均作用次數N1（或者設計年限末年雙向日平均當量軸次）和交通量年平均增長率后，按下式（6-19）計算：（6-19a）

式中：——車道系數，參照表6-7確定。表6-7車道系數車道特征車道系數車道特征車道系數雙向單車道1.0雙向六車道0.3~0.4雙向兩車道0.6~0.7雙向八車道0.3雙向四車道0.4~0.5

第34頁/共44頁四、路面設計參數1、荷載參數3)累計當量軸次

表6-8各種路面適應的累計當量軸次

公路等級路面等級面層類型設計年限（年）設計年限內累計當量軸次（萬次/車道）高速公路、一級公路高級路面瀝青混凝土15~20>400二級公路高級路面瀝青混凝土10~12200~400次高級路面熱拌瀝青碎石、瀝青貫入式8~10100~200三級公路次高級路面乳化瀝青碎石、瀝青表面處治6~1010~100四級公路中級路面水結碎石、泥結碎石、級配碎石、半整齊石塊路面5≤10低級路面粒料改善土5第35頁/共44頁四、路面設計參數1、荷載參數l

當量軸次：按彎沉等效或拉應力等效的原則，將不同車型、不同軸載作用