《C瀝青路面設計》ppt課件

1、路基路面工程HongxiaTAN第14章瀝青路面設計內容內容: :瀝青路面構造層組合設計與構瀝青路面構造層組合設計與構造層厚度驗算造層厚度驗算. . 方法方法: :彈性層狀體系的力學彈性層狀體系的力學- -閱歷法閱歷法. .設計目的設計目的: :路面彎沉和構造層的層底路面彎沉和構造層的層底拉應力拉應力. .路基路面工程HongxiaTANCompacted SubgradeAsphalt Treated BaseAC Surface Course2-4 in.4-8 in.6 in.Full-depth Asphalt Concrete Pavement (Aggregate)(Aggrega

2、te)路基路面工程HongxiaTAN14.1 設計方法SHELL、AI等理論法CBR、AASHTO等經驗法SHELL、AI等理論法CBR、AASHTO等經驗法路基路面工程HongxiaTANCBR設計法 瀝青砼h1碎石h2砂礫土基h3CBR=80CBR=20CBR=5P=54KNCBR (%)3路面厚(cm)0瀝青砼h1碎石h2沙礫土基10203040506070804 5 6 8 1020 30 4050806018KN27KN41KN54KN73KN(輪載)h3CBR=80CBR=20CBR=5P=54KN解：（1）基層CBR=80，查圖知h1=10cm；（2）下基層CBR=20，查圖知

3、h1+h2=20cm，因此h2=10cm；（3）土基CBR=5，查圖知h1+h2+h3=43cm，因此h3=23cm。路基路面工程HongxiaTANAASHTO設計法 05.194.2lg4.2 1.5lg9.36lg(1) 0.22.32lg109430000.4(1)tRRpMWSNZ SSN11222333SNa Da D ma D m25.03 1.91lg(1)0.210.032PSISVRDcf面層a1=0.44基層底基層土基a2=0.14a3=0.11D1=6inD2=8inD3=?等級優(yōu)良中差劣543210評分路基路面工程HongxiaTAN層位 材料 1a 2a 3a 面層

4、 瀝青混凝土 0.44 瀝青穩(wěn)定礫石 0.30 水泥穩(wěn)定礫石 0.23 碎石 0.14 基層 砂礫 0.07 底基層 砂礫料 0.11 路面結構材料接近飽水狀態(tài)的時間百分率 排水特性 排除水分時間 25% 優(yōu) 2 小時 1.401.35 1.351.30 1.301.20 1.20 良 1 天 1.351.25 1.251.15 1.151.00 1.00 中 1 周 1.251.15 1.151.05 1.000.80 0.80 差 1 月 1.151.05 1.050.80 0.800.60 0.60 劣 難以排除 1.050.95 0.950.75 0.750.40 0.40 路基路面工

5、程HongxiaTANSHELL設計法 設計標準：1路基頂面豎向壓應變控制路基的永久變形2瀝青面層水平拉應變控制面層的開裂3整體性材料（水泥穩(wěn)定）基層拉應力4路面表面永久變形（車轍深度）高速公路一般公路E1E2E3p=0.6 MPa123rzh1h2210mmr210mmrz20.252.8 10zN0.251A N1(1 0.075lg)rrN10mmRD 30mmRD 路基路面工程HongxiaTAN14.2 設計原那么1、滿足路面設計年限、滿足路面設計年限2、合理確定路面的交通等級、合理確定路面的交通等級3、應將路基路面作為一個整體思索、應將路基路面作為一個整體思索4、充分思索環(huán)境維護，

6、與自然協調。、充分思索環(huán)境維護，與自然協調。5、進展路面構造設計方案的技術經濟比選、進展路面構造設計方案的技術經濟比選 路基路面工程HongxiaTAN14.3 設計規(guī)范sdllrRrRrttR00ZZ00rereZZLLmaxR6）推移5）車轍4）沉陷以溫度應力為指標3）低溫開裂以整體性材料層底拉應力、應變?yōu)橹笜?）疲勞開裂反映路面結構的整體剛度1）路表彎沉6）推移5）車轍4）沉陷以溫度應力為指標3）低溫開裂以整體性材料層底拉應力、應變?yōu)橹笜?）疲勞開裂反映路面結構的整體剛度1）路表彎沉路基路面工程HongxiaTAN14.4 彈性層狀體系力學模型平衡微分方程；物理方程；幾何方程；邊界條件。

7、分析方法圓形均布豎向荷載；圓形均布單向水平荷載。荷載各層連續(xù)、均質、各向同性、完全彈性，位移和應變是微小的；第n層在水平、豎向無限大，其余各層厚度有限，水平方向無限大；層間接觸：豎向應力、位移連續(xù)，在水平方向連續(xù)（連續(xù)體系）、無阻力（滑動體系）、部分阻力（半結合體系）；無限深處應力、位移均為零；不計自重?；炯僭O平衡微分方程；物理方程；幾何方程；邊界條件。分析方法圓形均布豎向荷載；圓形均布單向水平荷載。荷載各層連續(xù)、均質、各向同性、完全彈性，位移和應變是微小的；第n層在水平、豎向無限大，其余各層厚度有限，水平方向無限大；層間接觸：豎向應力、位移連續(xù)，在水平方向連續(xù)（連續(xù)體系）、無阻力（滑動體系

8、）、部分阻力（半結合體系）；無限深處應力、位移均為零；不計自重?；炯僭O路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN1、援用應力函數 =r，z，那么應力分量為： 2222222222121zrzzrrzrzrzzrzr路基路面工程HongxiaTAN2、由應力分量可求變形分量：3、由應力分量和變形分量可得位移分量： rrzzrzzrzrzrEEErE1112 1uErzEz 112 12222 路基路面工程HongxiaTAN14.5 瀝青路面構造組合設計1）適應行車荷載作用的要求從上到下材料質量逐步降低（剛度遞減）；施工要求的最小層厚；層間剛度比不宜過大；表面使用性能；瀝

9、青面層總厚度。2）結構穩(wěn)定性好水穩(wěn)性：面層密水、基層排水、墊層抗凍。3）考慮結構層的特點 防反射裂縫：加厚的面層、開級配下面層、應力吸收層（橡膠瀝青、土工織物、土工格柵等）。 瀝青碎石、瀝青貫入聯結層：瀝青混凝土與粒料基層之間，片石基層上瀝青面層碎石過渡層要求：面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定原則：因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN江南地域瀝

10、青路面典型構造.doc路基路面工程HongxiaTAN14.6 規(guī)范軸載與軸載換算1）標準軸載 BZZ-100，即 100kN 單軸雙輪組荷載 0.7MPa,10.65cmp 2）軸載換算 計算彎沉、瀝青層底拉應力時 35. 4121)(kiiiPPnCCN 其中，C1軸數系數，11 1.2(1)Cm C2輪組系數，雙輪組21C 單輪組26.4C 四輪組20.38C 計算半剛性基層底拉應力時 8121)(kiiiPPnCCN 其中，112(1)Cm 雙輪組21C 單輪組218.5C 四輪組20.09C 計算貧混凝土基層底拉應力時1 2121KiiiPNC C nP路基路面工程HongxiaTA

11、N14.7 路基回彈模量確實定200(1)4iipDEl20002(1) 0.712pEl00(,)()cEf K WEf CBR利用關系5）換算法4）室內承載板法測定預估路基干濕類型濕度（平均稠度）E0（自然區(qū)劃、土壤類別）3）查表法2）汽車彎沉測定1）承載板法測定利用關系5）換算法4）室內承載板法測定預估路基干濕類型濕度（平均稠度）E0（自然區(qū)劃、土壤類別）3）查表法2）汽車彎沉測定1）承載板法測定路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN14.8 路面資料回彈模量1）整層測定法 3m2m1m 承載板法 彎沉法 2）雙層體系反算法 由于02 plE，所以02lEp 0

12、1(,)EhfE 因為,h為已知，可查圖得到01EmE，故01EEm 3）查表確定 4）室內頂面法 5）室內承載板法 路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN14.9 路面設計規(guī)范 我國現行我國現行規(guī)定：規(guī)定： 瀝青路面構造設計以設計彎沉值和設計允許層底彎拉應力兩個目的設計路面瀝青路面構造設計以設計彎沉值和設計允許層底彎拉應力兩個目的設計路面厚度。城市道路路面還要進展剪應力驗算即：厚度。城市道路路面還要進展剪應力驗算即： 一切構造層資料的回彈模量采用抗壓回彈模量；土基的回彈模量一概采用一切構造層資料的回彈模

13、量采用抗壓回彈模量；土基的回彈模量一概采用資料的抗壓回彈模量。資料的抗壓回彈模量。sdmRll路基路面工程HongxiaTAN 公路等級 瀝青路面構造設計目的 路外表設計彎沉 瀝青層彎拉應力 半剛性層彎拉應力高速公路，一、二級公路000三、四級公路0不同等級公路瀝青路面構造的設計目的路基路面工程HongxiaTANw1 1、路面設計彎沉值和路表彎沉值、路面設計彎沉值和路表彎沉值 w w 路面設計彎沉值計算：路面設計彎沉值計算：w wAcAc公路等級系數，高速公路、一級公路為公路等級系數，高速公路、一級公路為1.01.0，二級公路為，二級公路為1.11.1，三、四級公路為，三、四級公路為1.21

14、.2；wAsAs面層類型系數，瀝青混凝土面層為面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.01.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、瀝青外表處治、上；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、瀝青外表處治、上拌下貫或貫入式路面為拌下貫或貫入式路面為1.11.1；中低級路面為；中低級路面為1.21.2；wABAB路面構造系數，剛性基層、半剛性基層瀝青路面為路面構造系數，剛性基層、半剛性基層瀝青路面為1 1；柔性基層瀝青路面為；柔性基層瀝青路面為1.61.6w 路表彎沉值計算：路表彎沉值計算： w w w w cc實際彎沉系數；實際彎沉系數； ，w 其中其中E0E0為土基回彈模量值為土基回彈模量值MPaMPa，E1E1、E2

15、E2、En-1En-1各層資料回彈模量值各層資料回彈模量值MPaMPa，h1h1、w h2 h2、hn-1hn-1為各構造層厚度為各構造層厚度cmcm。 0.2600decsbLNA A A10 .3 60 .3 8021 0 0 01 .6 32 0 0 0scsplFElEFp10231221,1,nncEEEEEEhhhf路基路面工程HongxiaTANw2、構造層允許拉應力和設計拉應力、構造層允許拉應力和設計拉應力w構造層允許拉應力計算：構造層允許拉應力計算：w 構造層資料的極限抗拉強度構造層資料的極限抗拉強度Pa)，由實驗確定。我國公路瀝青路面設，由實驗確定。我國公路瀝青路面設計規(guī)范

16、采用極限劈裂強度；計規(guī)范采用極限劈裂強度；w Ks 抗拉強度構造系數；抗拉強度構造系數； w對瀝青混凝土面層：對瀝青混凝土面層： w對無機結合料穩(wěn)定集料類：對無機結合料穩(wěn)定集料類： w 對無機結合料穩(wěn)定土類：對無機結合料穩(wěn)定土類：w 對貧混凝土類：對貧混凝土類：w設計拉應力計算：設計拉應力計算：w 實際最大拉應力系數，實際最大拉應力系數， 301221211,nmnhEEh hEEEERKspSsp0 .20 .20 .20 .0 70 .0 9/0 .3 5/0 .4 5/0 .5 1/secsecsecsecKNAKNAKNAKNAmmpm路基路面工程HongxiaTAN14.10 路面厚

17、度設計1計算圖式計算圖式 多層彈性體系：直接電算或換算成雙層或三層體系查諾模圖。多層彈性體系：直接電算或換算成雙層或三層體系查諾模圖。22hn-1En-1En-2h1E1hn-2AEn=E0A2 2計算公式：計算公式：路基路面工程HongxiaTAN0cpDlE其 中 ，01( ,)EhfD E為 含 貝 塞 爾 函 數 的 廣 義 積 分 式 。利 用 諾 模 圖 可 求 圓 形 荷 載 中 心 位 置 的 彎 沉 值 ， 其 中100.25,0.35 p h E1 ，1 r E0 ，0 z圖143 雙層連續(xù)體系受圓面積均布荷載計算圖式雙層體系解單圓荷載路基路面工程HongxiaTAN路基路

18、面工程HongxiaTAN三層體系解：三層體系解：(雙圓荷載雙圓荷載)121122LpplK KEE典型的三層路面計算圖式路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN3多層體系等效換算多層體系等效換算E0h=h1HE2E1E0hn-1En-1h1E1E2h21342.42.42.42342222.niiiEEEHhhhhEEE三層體系：E0h=h1HE2E1E0hn-1En-1h1E1E2h21E0EH122.42.412111.niiiEEHhhhEE雙層體系：路基路面工程HongxiaTAN4）厚度計算 路表理論彎沉值 121122ecpplK KEE 其中，12101

19、1201222(,)(,)(,)hEfEEhKfEEhhKfE 用綜合修正系數反映理論與實際彎沉的差異，試驗總結出 0.380.3601.63()()2ssellEFlp 實際彎沉值為 12secpllFFE 令sdll，則 1122dcl EK Kp F 21cKK 當0122,EhKE已知時，可查諾模圖得2h。 路基路面工程HongxiaTAN14.11 層底拉應力驗算22hn-1En-1En-2h1E1hn-2B D E CEn=E0B D E C1多層體系計算圖式多層體系計算圖式12mmpp K K路基路面工程HongxiaTAN三層體系拉應力計算圖式12mmpp K K1mmpp K

20、雙層體系:三層體系:2)計算公式路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN路基路面工程HongxiaTAN3多層體系等效換算多層體系等效換算上層底面主拉應力等效：上層底面主拉應力等效：E0hHE2=Ex+1E1=ExEx+1Exh1E1計算層E0hn-1En-1hx+1hx124441211210.90.90.91211111.xixiixxxnxnixxniixxxxEEEhhhhhEEEEEEHhhhhEEE中層底面主拉應力等效：中層底面主拉應力等效：E0hH=hn-1E2=En-1E1=En-2E0hn-1En-1En-2h1E1hn-2計算層21244412212

21、22.niniinnnEEEhhhhhEEE路基路面工程HongxiaTAN瀝青路面構造設計軟件2006.rar路基路面工程HongxiaTAN例 1：如圖所示路面結構 （1）設計彎沉值0.6mmdl ，求2?h （2）若2250mmh ，求?sl 解： （1）令0.6mmsdll 則 0.380.3601.63()()0.78352slEFp 由于 121122sLcppllFFK KFEE 因此 1212sl EKpKF 查諾模圖得 12101122(,)(0.94,0.467)9.08(,)(0.94,0.064)0.860.6 15000.9872 0.7 106.5 9.08 0.8

22、6 0.7835hEffEEhKffEK h1=100mm E1=1500MPa p=0.7MPa,=106.5mmh2= ? mm E2=700MPa E0=45MPa 路基路面工程HongxiaTAN由0122,0.94,0.064EhKE，可查得21.93h 因此21.93 106.5206mmh （2）若2250mmh ，則22.35h 查圖得129.08,0.86,0.893KK 1210.380.360.38020.6931.63()()0.95132LssplK KElEFlp 由于0.380.6593sLsllFl 所以0.51mmsl 路基路面工程HongxiaTAN例2：如

23、圖所示路面結構，已知次，試設計第3層的厚度。71.011 10eN 瀝青混凝土 h1=90mm E1=1400,2000MPa sp=1.4MPa p=0.7MPa,=106.5mm瀝青碎石 h2=60mm E2=700MPa 二灰砂礫 h3=? mm E3=1500MPa sp=0.6MPa 級配碎石 h4=150mm E4=250MPa粗 砂 h5=200mm E5=90MPa路 基 E0=22MPa解：0.260023.83(0.01mm)dcsbelA A AN對于瀝青混凝土：0.2210.093.1281.40.448(MPa)3.128gsecspRsAKNAK對于二灰砂礫層：0.

24、1130.352.0630.60.291(MPa)2.063secspRsKNAK設計計算結果：3431mmh 此時1323.83(0.01mm)0.1037(MPa)0.1301(MPa)smml路基路面工程HongxiaTAN例3 ：知輪載p0.7Mpa，雙圓荷載的直徑d21.3cm，雙層延續(xù)體系，E050MPa，E1200MPa，h24cm。試按查圖法計算雙圓荷載輪隙中心處及相當單圓荷載中心處的彎沉值。 解：按雙圓荷載計算：=10.65cm，h/=24/10.65=2.25，E0/ E1=50/200=0.25 查圖得L 0.435，那么彎沉值為： cm 按單圓荷載計算： 單圓荷載的直徑

25、D = d = 21.3 = 30.12 cm 查圖14-4得0.44，那么彎沉值為： cm lpEL22 07 106550044 01310.22hDEE2430120800 2501.,.lpDEL073012500440186.路基路面工程HongxiaTAN14.12 新建路面厚度設計路基路面工程HongxiaTAN例4 甲乙兩地之間方案建筑一條四車道的一級公路，在運用期內交通量的年平均增長率為10%。該路段處于IV7區(qū)，為粉質土，稠度為1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供應。預測該路開工后第一年的交通組成如下表14-14所示，試進展路面構造設計。 預測交通組成表車型前軸重 (K

26、N)后軸重 (KN)后軸數后軸輪組數后軸距交通量(次/日)三菱T653B29.348.01雙輪組300黃河JN16358.6114.01雙輪組400江淮HF15045.1101.51雙輪組400解放SP920031.378.03雙輪組3m300湘江HQP4023.173.22雙輪組3m400東風EQ15526.556.72雙輪組3m400路基路面工程HongxiaTAN解：解：1軸載分析：路面設計以雙輪組單軸載軸載分析：路面設計以雙輪組單軸載100KN為規(guī)范軸載。為規(guī)范軸載。(1)以設計彎沉值為目的及驗算瀝青層層底拉應力中的累計當量軸次以設計彎沉值為目的及驗算瀝青層層底拉應力中的累計當量軸次軸

27、載換算采用如下的計算公式：軸載換算采用如下的計算公式：kiiiPPnCCN135.421 軸載換算結果表彎沉 車型軸重(KN)軸數系數輪組系數交通量(次/日)當量軸次 (次/日)三菱T653B前軸29.3113001.4后軸48.01130012.3黃河JN163前軸58.61140039.1后軸114.011400707.3江淮HF150前軸45.11140012.5后軸101.511400426.8解放SP9200前軸31.3113001.9后軸78.031300305.4湘江HQP40后軸73.221400205.9東風EQ155前軸26.5114001.2后軸56.72.2140074

28、.6 注：軸載小于25KN的軸載作用不計。1788.4路基路面工程HongxiaTAN累計當量軸次：根據設計規(guī)范，一級公路瀝青路面的設計年限取15年，四車道的車道系數是0.40.5，取0.45。NNet113 6 51=9332998次 2驗算半剛性基層層底拉應力中的累計當量軸次 軸載換算 驗算半剛性基層層底拉應力的軸載換算公式為：NCCnPPiiik1281計算結果如下表： 路基路面工程HongxiaTAN軸載換算結果表半剛性基層層底拉應力車型軸重(KN)軸數系數輪組系數交通量(次/日)當量交通量(次/日)黃河JN163前軸58.6114005.6后軸114.0114001141.0江淮HF

29、150后軸101.511400450.6解放SP9200后軸78.031300123.3湘江HQP40后軸73.22140065.9東風EQ155后軸56.73140012.81799.2注：軸載小于50KN的軸載作用不計。路基路面工程HongxiaTAN 累計當量軸次參數取值同上，設計年限是15年，車道系數取0.45。NNet113651=9389359次 2. 構造組合與資料選取 由上面的計算得到設計年限內一個行車道上的累計規(guī)范軸次為九百萬次左右。根據規(guī)范引薦構造，并思索到公路沿途有大量碎石且有石灰供應，路面構造面層采用瀝青混凝土(15cm)，基層采用水泥碎石取25cm，底基層采用石灰土厚

30、度待定。 規(guī)范規(guī)定高速公路、一級公路的面層由二層至三層組成。查規(guī)范瀝青路面采用三層式瀝青面層，外表層采用細粒式密級配瀝青混凝土(厚度4cm)，中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土(厚度5cm)，下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土(厚度6cm)。 路基路面工程HongxiaTANw 3. 各層資料的抗壓模量與劈裂強度w 查表14-12，14-13，得到各層資料的抗壓模量和劈裂強度?？箟耗Ａ咳?0的模量，各值均取規(guī)范給定范圍的中值，因此得到20的抗壓模量：細粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式密級配瀝青混凝土為1200MPa，粗粒式密級配瀝青混凝土為1000MPa，水泥碎石為1500MPa，石灰

31、土550MPa。各層資料的劈裂強度：細粒式密級配瀝青混凝土為1.4MPa，中粒式密級配瀝青混凝土為1.0MPa，粗粒式密級配瀝青混凝土為0.8MPa，水泥碎石為0.5MPa，石灰土0.225MPa。w4. 土基回彈模量確實定w 該路段處于IV7區(qū)，為粉質土，稠度為1.00，查表14-9 “二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值Mpa查得土基回彈模量為40MPa。 路基路面工程HongxiaTAN5. 設計目的確實定 對于一級公路，規(guī)范要求以設計彎沉值作為設計目的，并進展構造層底拉應力驗算。1設計彎沉值 路面設計彎沉值根據規(guī)公式計算。本公路為一級公路，公路等級系數取1.0，面層是瀝青混凝土，面層類

32、型系數取1.0，半剛性基層，底基層總厚度大于20cm，基層類型系數取1.0。 設計彎沉值為：2各層資料的允許層底拉應力 ：)01. 0(22.240 . 10 . 10 . 193329986006002 . 02 . 0mmAAANlbscedRspsK路基路面工程HongxiaTAN細粒式密級配瀝青混凝土： 中粒式密級配瀝青混凝土：粗粒式密級配瀝青混凝土：水泥碎石： 石灰土： 07. 30 . 1/93329980 . 109. 009. 022. 022. 0ceasANAKMPaKsspR4560. 007. 3/ . 4 . 107. 30 . 1/9332980 . 109. 00

33、9. 022. 022. 0ceasANAKMPaKsspR3257. 007. 3/0 . 138. 30 . 1/93329981 . 109. 009. 022. 022. 0ceasANAKMPaKsspR2367. 038. 3/8 . 005. 20 . 1/938935935. 035. 011. 011. 0 cesANKMPaKsspR0856. 063. 2/225. 0MPaKsspR2439. 005. 2/5 . 063. 20 . 1/938935945. 045. 011. 011. 0 cesANK路基路面工程HongxiaTAN6. 總結設計資料：設計彎沉值為24.220.01mm相關設計匯總如表 設