彈性層狀體系理論分析

1、103柔性路面損壞現(xiàn)象與設(shè)計(jì)指標(biāo) 瀝青路面的路用性能隨著行車(chē)荷載的反復(fù)作用及環(huán)境因素的變化，而導(dǎo)致其功能逐漸衰減、變壞，以致于喪失正常的工作能力。本節(jié)主要講述柔性路面中廣泛采用的路面類(lèi)型瀝青路面的損壞現(xiàn)象。 一、損壞模式 由于環(huán)境、荷載、材料組成、結(jié)構(gòu)層組合、施工及養(yǎng)護(hù)條件的差異，瀝青路面的破壞狀態(tài)是多種多樣的。綜合分析瀝青路面的損壞原因、危害性及對(duì)使用性能的影響，其損壞模式基本上可分為三大類(lèi)型： 裂縫類(lèi)路面結(jié)構(gòu)的整體性受到破壞，如縱向或橫向裂縫，網(wǎng)狀裂縫等； 變形類(lèi)路表面的形狀改變，如沉陷、車(chē)轍、搓板、推移和擁起等； 表面功能性損壞類(lèi)如剝落、松散、坑槽和泛油等。 1、疲勞開(kāi)裂疲勞開(kāi)裂是指路面

2、在正常使用情況下，由行車(chē)荷載的多次重復(fù)作用引起的沿行車(chē)輪跡帶的縱向平行裂縫。開(kāi)始細(xì)而短，逐漸發(fā)展成網(wǎng)裂。原因：瀝青面層受到荷載反復(fù)彎曲作用下，當(dāng)在面層底面產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度時(shí)，底面便開(kāi)裂，并逐漸向表面發(fā)展。2、反射裂縫和低溫開(kāi)裂低溫開(kāi)裂是指寒冷地區(qū)，面層材料本身在低溫時(shí)的收縮受到阻礙時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)材料的彎拉強(qiáng)度時(shí)，面層便會(huì)出現(xiàn)橫向斷裂（與荷載無(wú)關(guān)）。反射裂縫是指穩(wěn)定類(lèi)基層因溫度變化產(chǎn)生橫向裂縫并反映到面層，使面層每隔一定距離也出現(xiàn)橫向裂縫。反射裂縫和低溫開(kāi)裂初期較細(xì)小，不影響行車(chē)，但在水份侵蝕下，縫隙會(huì)逐漸加大發(fā)展成網(wǎng)裂等其他破壞。3、車(chē)轍車(chē)轍是指在行車(chē)輪跡帶

3、處出現(xiàn)的縱向帶狀凹陷，屬于累積永久變形，一般較兩側(cè)路面凹陷1020mm。原因：路面長(zhǎng)期使用下荷載多次重復(fù)作用的結(jié)果。累積變形量與荷載大小、重復(fù)作用次數(shù)、結(jié)構(gòu)層類(lèi)型及土基的性質(zhì)有關(guān)。 4、沉陷沉陷是指路面在荷載作用下，其表面產(chǎn)生較大的凹陷變形，有時(shí)凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象出現(xiàn)。嚴(yán)重時(shí)，超過(guò)路面結(jié)構(gòu)的變形能力會(huì)產(chǎn)生縱向裂縫，并逐漸發(fā)展成網(wǎng)裂。原因：路基土水文條件差，承載能力較低。5、泛油、推移（擁包）面層混合料中瀝青含量偏多或空隙率太?。?）時(shí)，瀝青會(huì)在夏季高溫天氣下受行車(chē)荷載的作用而溢出路表面，形成一層有光澤的瀝青膜，稱(chēng)為泛油。這種瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度往往較低，在受到較大的車(chē)輪水平荷載作用時(shí)，面層材

4、料會(huì)沿行車(chē)方向發(fā)生剪切或拉裂破壞而出現(xiàn)隆起甚至波浪現(xiàn)象，即為推移或擁包。多發(fā)生在車(chē)輛啟動(dòng)、制動(dòng)頻繁路段，如交叉口、?？空炯皬澋捞帯?、松散、坑槽由于面層材料組合不當(dāng)或施工質(zhì)量原因，結(jié)合料含量太少或粘結(jié)力不足，使面層混合料的集料間失去粘結(jié)而成片散開(kāi)，稱(chēng)為松散。松散的材料被車(chē)輪后的真空吸力及風(fēng)、雨等原因帶離路面，便形成大小不等的坑槽；路面網(wǎng)裂后期，碎塊被行車(chē)荷載繼續(xù)碾碎并被帶離路面，也會(huì)形成坑槽。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)及適用范圍 由于瀝青路面破壞模式和原因較為復(fù)雜，因此應(yīng)選擇既能反映瀝青路面主要破壞特點(diǎn)，同時(shí)又能在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到控制作用的臨界破壞狀態(tài)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 上述損壞模式中，有些是由于面層材料組合不

5、當(dāng)或施工、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量欠佳而引起的（如松散、泛油），不屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮范圍；有些損壞（如沉陷）可通過(guò)改善路基水溫狀況和加設(shè)墊層等措施來(lái)解決；還有些損壞（如反射裂縫）可通過(guò)合理的材料組合設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)措施，減輕或避免其危害程度。 目前，國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)方法均以開(kāi)裂和變形為瀝青路面的兩大主要破壞模式。o我國(guó)柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)定選取以下三項(xiàng)指標(biāo)作為瀝青路面設(shè)計(jì)瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)：1、容許回彈彎沉指標(biāo)2、容許彎拉應(yīng)力指標(biāo)3、容許剪應(yīng)力指標(biāo)o上述指標(biāo)中實(shí)際值和容許值的偏差應(yīng)控制在5以?xún)?nèi)。容許值采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；實(shí)際值通過(guò)彈性層狀體系理論計(jì)算。o適用范圍：適用范圍： 我國(guó)城市道路柔性路面設(shè)計(jì)采用上述三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制，公

6、路設(shè)計(jì)中暫未考慮容許剪應(yīng)力指標(biāo)的驗(yàn)算。1、對(duì)瀝青混凝土面層采用三項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)，但交通量小的支路可僅用容許回彈彎沉設(shè)計(jì)。2、對(duì)瀝青碎石面層采用容許彎沉和容許剪應(yīng)力兩項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì)。3、對(duì)瀝青貫入式、瀝青表處、粒料路面，只用容許回彈彎沉指標(biāo)設(shè)計(jì)。4、采用半剛性基層時(shí)，應(yīng)對(duì)基層按容許彎拉應(yīng)力指標(biāo)設(shè)計(jì)。SRll RR 瀝青路面是一種多層結(jié)構(gòu)。如何正確合理地選擇路面結(jié)構(gòu)層層次及材料組成，是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先面臨的問(wèn)題，也是決定路面是否能在設(shè)計(jì)使用期完成其正常使用功能的關(guān)健。 路面結(jié)構(gòu)組合應(yīng)該結(jié)合交通荷載、環(huán)境因素和當(dāng)?shù)刂凡牧系葪l件，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，選擇經(jīng)濟(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)體系，以充分發(fā)揮路面各層及結(jié)構(gòu)的整體

7、效能。104柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)一、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的原則路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的原則1、路面結(jié)構(gòu)與厚度應(yīng)與交通量相適應(yīng)；2、層間結(jié)合要緊密，根據(jù)情況澆灑透層或粘層瀝青，使整體穩(wěn)定；3、各層材料的回彈模量有規(guī)律向下遞減；4、總層數(shù)不宜過(guò)多，利于施工；5、考慮結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)，避免和消除相鄰層次間的不利影響；6、考慮水溫狀況對(duì)路面結(jié)構(gòu)的不利影響。設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則 （1）面層類(lèi)型與道路等級(jí)、交通量）面層類(lèi)型與道路等級(jí)、交通量由于面層直接承受行車(chē)荷載和環(huán)境因素作用，因此宜選擇強(qiáng)度高、耐磨、穩(wěn)定性好的材料作面層。設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則（2）按路面受力特征選擇各結(jié)構(gòu)層次）按路面受力特征選擇各結(jié)構(gòu)層次荷載應(yīng)力荷載應(yīng)力隨深

8、度增加而遞減，對(duì)路面各結(jié)構(gòu)層材料強(qiáng)度和剛度的要求也隨著深度的增加而降低。因此，在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合時(shí)，各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強(qiáng)度和剛度自上而下遞減的規(guī)律組合，以充分發(fā)揮各層次材料的效能。同時(shí)考慮到面層強(qiáng)度、剛度高，造價(jià)也高，而基層底基層強(qiáng)度、剛度較面層低，造價(jià)也低這一情況，在厚度組合時(shí)，宜從上到下由薄到厚，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。路面結(jié)構(gòu)中相鄰結(jié)構(gòu)層材料的模量比模量比，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布有顯著影響。相鄰兩層材料模量比過(guò)大，上層底面將產(chǎn)生過(guò)大的彎拉應(yīng)力（或彎拉應(yīng)變）容易使上層開(kāi)裂。設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則（3）考慮結(jié)構(gòu)層自身結(jié)構(gòu)特征）考慮結(jié)構(gòu)層自身結(jié)構(gòu)特征注意相鄰層次的相互影響，盡量避免和消除相鄰層次間

9、的不利影響。例如，瀝青面層不能直接鋪筑于碎（礫）石基層上，而宜在其間設(shè)瀝青碎石作過(guò)渡層，以防止由于基層的松動(dòng)而造成面層不平整或變形開(kāi)裂。又如，在無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類(lèi)半剛性基層上鋪筑瀝青混凝土，為防止和減緩基層干縮和溫縮開(kāi)裂而引起面層反射裂縫，通常宜適當(dāng)加厚面層，或者設(shè)置瀝青碎石、級(jí)配碎石等聯(lián)結(jié)層。此外，在軟弱潮濕的路基上，不宜直接鋪筑碎（礫）石基層，以防止污染基層或產(chǎn)生過(guò)大的變形。設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)原則（4）考慮不利水溫狀況的影響）考慮不利水溫狀況的影響一般應(yīng)選擇水穩(wěn)定性好的材料作瀝青路面的基層，特別是中濕和潮濕路段。在凍深較大的季節(jié)性冰凍地區(qū)，當(dāng)路基土為易凍脹土?xí)r，尚應(yīng)考慮凍脹和翻漿的危害。路面總厚度

10、的確定，除了要滿(mǎn)足力學(xué)強(qiáng)度的要求外，還應(yīng)滿(mǎn)足防凍層厚度的要求。二、設(shè)計(jì)步驟1、根據(jù)道路等級(jí)選擇路面等級(jí)與類(lèi)型；2、考慮遠(yuǎn)近期的結(jié)合；3、考慮當(dāng)?shù)刈匀粭l件與路基的干濕類(lèi)型；4、考慮材料來(lái)源及施工條件；5、按照以上設(shè)計(jì)原則初步擬定幾個(gè)結(jié)構(gòu)組合方案；6、初擬各層厚度（其中一層待求）；7、進(jìn)行方案比較，確定方案。三、柔性路面結(jié)構(gòu)組合示例三、柔性路面結(jié)構(gòu)組合示例 路面結(jié)構(gòu)組合應(yīng)該根據(jù)公路等級(jí)和交通量，結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)和氣候情況、土基狀況、筑路材料以及已有的路面結(jié)構(gòu)狀況和使用經(jīng)驗(yàn)，參照路面組合原則，擬定幾個(gè)滿(mǎn)足各方面要求的路面組合方案，以供進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算之用，從而通過(guò)最終技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較獲得最優(yōu)化的路面

11、結(jié)構(gòu)。 路面結(jié)構(gòu)形式路面結(jié)構(gòu)形式105 新建柔性路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算o進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)后，尚需進(jìn)行結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算，以判斷結(jié)構(gòu)層整體強(qiáng)度是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。o我國(guó)在多年研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，采用以雙圓均布荷載作用下的彈性層狀彈性理論為基礎(chǔ)的路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算方法。要求所設(shè)計(jì)的新路面結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，雙輪輪隙中心處路表最大回彈彎沉值不應(yīng)大于容許回彈彎沉值，即lslR.o其中，路表最大回彈彎沉值ls通過(guò)彈性層狀體系理論計(jì)算；容許回彈彎沉值lR.采用調(diào)查試驗(yàn)提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)模型：雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)指標(biāo)：路表設(shè)計(jì)彎沉驗(yàn)算指標(biāo)驗(yàn)算指標(biāo)：整體性結(jié)構(gòu)層層底彎拉

12、應(yīng)力（城市道路、高速公路、一級(jí) 公路和二級(jí)公路） 剪應(yīng)力（城市道路、高溫季節(jié)） 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算圖式及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 路面設(shè)計(jì)彎沉值 容許彎拉應(yīng)力 容許剪應(yīng)力 軸載換算與累計(jì)當(dāng)量軸次 路基土回彈模量值的確定 路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)值 新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟一、路表回彈彎沉值一、路表回彈彎沉值ls s計(jì)算計(jì)算1、理論假設(shè) 將路面結(jié)構(gòu)視為彈性半空間地基上由若干個(gè)具有一定厚度材料組成的彈性層狀體系，假設(shè)： 各路面結(jié)構(gòu)層由均質(zhì)、連續(xù)的、均勻的、各向同性的線彈性材料組成，各層的力學(xué)特性用彈性模量E、泊松比、厚度h表示； 最下一層為水平方向和豎直向下方向無(wú)限延伸的半無(wú)限體。其上各層在水平方向?yàn)闊o(wú)限大，但豎向具有一定

13、厚度 ； 路面材料的應(yīng)力和應(yīng)變呈直線關(guān)系；各層在水平方向無(wú)限遠(yuǎn)處及最下層無(wú)限深處的應(yīng)力、變形和位移為零； 各路面結(jié)構(gòu)層分界面上的應(yīng)力和位移完全連續(xù)（稱(chēng)連續(xù)體系），或者僅豎向應(yīng)力和位移 連續(xù)，而層間無(wú)摩擦力（稱(chēng)滑動(dòng)體系）； 不計(jì)各層材料自重。 將標(biāo)準(zhǔn)軸載一側(cè)的雙輪組荷載簡(jiǎn)化成兩個(gè)圓形均布荷載。2、三層體系計(jì)算圖式3、計(jì)算公式 式中：l按三層彈性層狀體系理論計(jì)算的，雙圓均布荷載作用下雙輪輪隙中心處路表理論回彈彎沉值（cm）； E1、E2、E0三層體系中上層、中層材料及路基的抗壓回彈模量，Mpa； h、H三層體系中上層、中層材料的厚度，cm； 雙圓均布荷載的當(dāng)量圓半徑，cm； L理論彎沉系數(shù)，可由諾

14、模圖查得。LEpl12),h(201221EEEEHkkL彈性三層體系表面彎沉系數(shù)L諾模圖o由于力學(xué)計(jì)算模型（彈性層狀體系理論）與實(shí)際路面存在差異，各種假設(shè)、邊界條件、接觸條件等與實(shí)際情況不完全相符，以及土基、路面材料的非線性等因素，使理論彎沉理論彎沉值和實(shí)測(cè)彎沉值之間存在一定誤差，因此需要對(duì)理論彎沉值進(jìn)行修正，故引入一個(gè)修正系數(shù)F。o實(shí)際彎沉值FEpFllLs1238.00)2(plEAFsF式中：F彎沉綜合修正系數(shù)； AF參數(shù)，BZZ-100時(shí)， AF1.47； BZZ-60時(shí)， AF1.50。4、多層體系厚度等效換算、多層體系厚度等效換算（1）路表彎沉等效換算（2）上層底面彎拉應(yīng)力等效換

15、算124 .22niiiEEhH41xixiiEEhh119.01nxixiiEEhH（3）中層底面彎拉應(yīng)力等效換算2142niniiEEhh二、容許回彈彎沉值lR的計(jì)算1、概念： 回彈彎沉回彈彎沉：路基或路面在行車(chē)荷載作用下產(chǎn)生垂直變形，卸載后能恢復(fù)的那一部分變形。 容許回彈彎沉值容許回彈彎沉值lR R指不同等級(jí)、不同類(lèi)型的路面，在設(shè)計(jì)年限末期的不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。o彎沉值的大小反映了路基路面的整體強(qiáng)度。在達(dá)到相同的路面破壞狀態(tài)時(shí)，回彈彎沉值大小同作用于路面的行車(chē)荷載累計(jì)作用次數(shù)或使用壽命成反比關(guān)系。o輪載累計(jì)重復(fù)作用次數(shù)Ne與此時(shí)路表面回彈彎沉的關(guān)系，可

16、通過(guò)對(duì)已使用多年的各類(lèi)路面進(jìn)行彎沉測(cè)定（回彈彎沉測(cè)定儀），并調(diào)查路面已承受的累計(jì)交通量，經(jīng)整理分析后得出。o其值與路面等級(jí)、類(lèi)型、軸載、累計(jì)交通量等有關(guān)。可根據(jù)不同的破壞狀態(tài)由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 使用年限t累計(jì)交通量Ne破壞狀態(tài)容許回彈彎沉值lR R 將公路瀝青路面按外觀特征分為五級(jí)。并把第四外觀等級(jí)作為路面臨界破壞狀態(tài)，以該級(jí)路面的彎沉值的低限作為臨界狀態(tài)的劃界標(biāo)準(zhǔn)。p 我國(guó)有關(guān)部門(mén)進(jìn)行了廣泛的調(diào)查，所調(diào)查路面的公路等級(jí)包括高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路和三級(jí)公路。面層類(lèi)型有瀝青混凝土、瀝青碎石、上拌下貫瀝青面層和瀝青表面處治；基層類(lèi)型有水泥穩(wěn)定砂礫、二灰碎石（砂礫）、石灰水泥砂礫、碎石灰土、灰土

17、碎石等半剛性基層及少量級(jí)配碎石等柔性基層，交通量換算為BZZ100標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)軸次的范圍為271041470104。統(tǒng)計(jì)回歸得lR計(jì)算公式：公路路面設(shè)計(jì)彎沉值設(shè)計(jì)彎沉值是根據(jù)設(shè)計(jì)年限內(nèi)，每個(gè)車(chē)道通過(guò)的累計(jì)當(dāng)量軸次、公路等級(jí)、面層和基層類(lèi)型確定的，設(shè)計(jì)彎沉相當(dāng)于路面竣工后第一年不利季節(jié)，路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN作用下，所測(cè)得的最大回彈彎沉值。 將路面竣工后第一年不利季節(jié)的路面結(jié)構(gòu)狀態(tài)取作路面設(shè)計(jì)狀態(tài)。設(shè)計(jì)彎沉值設(shè)計(jì)彎沉值竣工后第一年不利季節(jié)。 容許彎沉值容許彎沉值使用期末不利季節(jié)（臨界破壞狀態(tài)）。p從設(shè)計(jì)彎沉值（路面竣工彎沉）到容許彎沉值之間的彎沉增加(或強(qiáng)度剛度衰減)這一變化，是行車(chē)荷載、環(huán)境因素

18、不斷作用以及路面各結(jié)構(gòu)材料層力學(xué)性能不斷衰變等多方面因素綜合作用的復(fù)雜過(guò)程，通常定義AT為表征相對(duì)彎沉變化系數(shù)。p通過(guò)對(duì)全國(guó)共31段試驗(yàn)路和生產(chǎn)路段的長(zhǎng)期跟蹤觀測(cè)，經(jīng)過(guò)對(duì)大量測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，AT近似取1.2。204. 0650eRNL2、容許回彈彎沉值lR R計(jì)算公式在使用期末不利季節(jié)，路面處于臨界破壞狀態(tài)時(shí)的實(shí)測(cè)回彈彎沉，為路面的容許彎沉值容許彎沉值。將容許彎沉值同該路面在使用期間標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)相關(guān)聯(lián)，得城市道路lR（單位：mm）經(jīng)驗(yàn)公式：式中：Ne設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道上標(biāo)準(zhǔn)軸載累積作用次數(shù)。 Ac道路等級(jí)系數(shù)。高速公路、城市快速路為0.85、一級(jí)公路、大城市主干路為1.0，二級(jí)公路、大

19、城市次干路及小城市主干路為1.1，三、四級(jí)公路及中小城市次干路、支路為1.2； As面層類(lèi)型系數(shù)。瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、瀝青貫入式路面為1.1；瀝青表面處治為1.2；中低級(jí)路面為1.3。sceRAANl2.00.113、軸載換算1）各種軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100時(shí)，應(yīng)遵循以下原則： 以達(dá)到相同的臨界狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，即同一種路面結(jié)構(gòu)，甲軸作用了n1次后達(dá)到預(yù)定的臨界狀態(tài)，乙軸作用了n2次后，路面也達(dá)到同樣的臨界狀態(tài)，此時(shí)甲乙兩種軸載作用是等效的，按此等效原則建立兩種軸載作用次數(shù)間的換算關(guān)系； 對(duì)于同一種交通組成，不論以其中哪一種軸載為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等效換算后，由此所計(jì)算

20、的路面厚度結(jié)果應(yīng)當(dāng)是相同的。 2）換算公式式中：N ci機(jī)動(dòng)車(chē)道上各種軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次日）； Ni被換算車(chē)輛的各級(jí)軸載作用次數(shù)（次日）； P,d標(biāo)準(zhǔn)軸載輪胎觸地壓強(qiáng)（MPa）及傳壓面當(dāng)量圓直徑（cm）； Pi，di被換算各級(jí)軸載的輪胎觸地壓強(qiáng)（MPa）及傳壓面當(dāng)量圓直 徑（cm） ； Ci被換算各級(jí)軸載的輪組系數(shù)，雙輪組為1，單輪組為0.25，四輪組為4；55.15.11)(dpdpNCNiiiniici 軸載換算與累計(jì)當(dāng)量軸次軸載換算與累計(jì)當(dāng)量軸次 當(dāng)以彎沉為指標(biāo)以及驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力時(shí)，凡軸載大于25kN的各級(jí)軸載（包括車(chē)輛的前、后軸）Pi的作用次數(shù)Ni均應(yīng)按上式換算成標(biāo)

21、準(zhǔn)軸載為P的當(dāng)量作用次數(shù)N。 設(shè)計(jì)車(chē)道上標(biāo)準(zhǔn)軸載在使用年限（t年）內(nèi)的累計(jì)作用次數(shù)Ne，可在通過(guò)調(diào)查得到整個(gè)行車(chē)道的在設(shè)計(jì)初期日交通量換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量作用次數(shù)Nci和交通量年平均增長(zhǎng)率 r后，按下式計(jì)算：1)1(365tcieNN 4、例題 某二級(jí)公路在不利季節(jié)采用相當(dāng)BZZ-100軸載的汽車(chē)測(cè)定舊路面彎沉值，測(cè)定時(shí)路表溫度為90，前5h的平均氣溫為4；共進(jìn)行了27個(gè)彎沉點(diǎn)的測(cè)試，測(cè)試的具體結(jié)果見(jiàn)下表所示，試計(jì)算其路段的計(jì)算彎沉值？三、結(jié)構(gòu)層彎拉應(yīng)力驗(yàn)算 驗(yàn)算瀝青混凝土面層和整體性材料基層在車(chē)輪荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力是否超過(guò)容許彎拉應(yīng)力，即R （一）容許彎拉應(yīng)力1、概念：指路面結(jié)構(gòu)在行

22、車(chē)荷載反復(fù)作用下達(dá)到疲勞臨界 狀態(tài)時(shí)的最大疲勞彎拉應(yīng)力。2、計(jì)算公式 標(biāo)準(zhǔn)軸載時(shí)，對(duì)瀝青混凝土路面a=0.12,b=0.2; 對(duì)整體性材料基層，a=0.4,b=0.1。becssRNAaKKs（二）結(jié)構(gòu)層彎拉應(yīng)力1、計(jì)算圖式2、計(jì)算公式 上層底面彎拉應(yīng)力r1=pm1m2 中層底面彎拉應(yīng)力r2=pn1n2 其中，m1，m2， n1，n2，等計(jì)算系數(shù)可由諾謨圖查得。3、計(jì)算彎拉應(yīng)力時(shí)的多層體系換算方法 1）計(jì)算第n-1層以外的任一結(jié)構(gòu)層時(shí)（第x層） 換算圖式: 換算公式:（彎拉回彈摸量） 上層、中層當(dāng)量厚度按下式計(jì)算：9.011141xinxiixixiiEEhHEEhh2）計(jì)算第層底面彎拉應(yīng)力時(shí)

23、 換算圖式: 換算公式:（彎拉回彈摸量）14221nniniihHEEhh 四、面層剪應(yīng)力驗(yàn)算 為保證瀝青路面具有充分的高溫穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)隆起、推移、波浪剪裂等破壞現(xiàn)象，要求瀝青面層在車(chē)輪垂直荷載與水平荷載共同作用下，其破壞面上可能產(chǎn)生的剪應(yīng)力應(yīng)不超過(guò)材料的容許剪應(yīng)力，即a R （一）容許剪應(yīng)力 計(jì)算公式： Rfv/Kv 其中fv指瀝青混合料面層材料的抗剪強(qiáng)度， fvc+atg,c、由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，a由摩爾庫(kù)侖強(qiáng)度理論求得， a 1 max(1+sin ), 1 與max查諾謨圖計(jì)算。 Kv（0.2)=(0.33/Ac)Nc0.15(交叉口、停車(chē)站） Kv（0.5)1.2/ Ac (緊急制動(dòng)時(shí)）

24、（二）面層剪應(yīng)力計(jì)算 1、計(jì)算圖式 2、計(jì)算公式 a max(cos ) p. mf. (cos ) 其中： mf m,0.31.3(f-0.3) m,0.3由諾謨圖查得。 3、多層體系換算同計(jì)算彎沉?xí)r相同。 路基土回彈模量值的確定路基土回彈模量值的確定（1 1）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法在已成路基上，在不利季節(jié)用大型承載板測(cè)定土基00.5mm（路基軟弱時(shí)測(cè)至1mm）的變形壓力曲線，計(jì)算回彈模量。 也可采用彎沉儀測(cè)定土基彎沉值，計(jì)算土基回彈模量值E0，繼而確定該路段土基回彈模量設(shè)計(jì)值。 )1 (41000200iiLPDE02000)1 (21000LPE（2）查表法）查表法 對(duì)于新建公路，在無(wú)實(shí)測(cè)

25、條件時(shí)，可按查表法預(yù)測(cè)土基回彈模量值。（3）室內(nèi)試驗(yàn)法）室內(nèi)試驗(yàn)法取代表性土樣在室內(nèi)根據(jù)最佳含水量條件下求得小承載板的回彈模量E0值試驗(yàn)結(jié)果，并考慮不利季節(jié)，不利年份的影響，乘以折減系數(shù)。（4）換算法）換算法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大型承載板試驗(yàn)測(cè)定土基回彈模量E0，并同時(shí)測(cè)定土基的壓實(shí)度K、土基稠度wc以及室內(nèi)CBR值，建立E0與CBR之間可靠的換算關(guān)系，從而可以利用K、wc和CBR值等推算現(xiàn)場(chǎng)土基回彈模量。路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)值路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)值路面材料的彈性模量是表征材料剛度的指標(biāo)，采用不同測(cè)試方法測(cè)得的彈性模量，其數(shù)值不同，目前我國(guó)測(cè)定路面材料強(qiáng)度和模量的方法有壓縮試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)和彎拉試驗(yàn)。采用哪種試驗(yàn)及

26、其強(qiáng)度和模量值作為設(shè)計(jì)參數(shù)主要取決于以下因素：強(qiáng)度和模量值應(yīng)較好地反映行車(chē)荷載作用下各種路面材料的力學(xué)特性；強(qiáng)度和模量值用于厚度計(jì)算時(shí)，所計(jì)算路面厚度應(yīng)較好與實(shí)際情況相吻合；參數(shù)測(cè)試方法簡(jiǎn)便，測(cè)試結(jié)果比較穩(wěn)定。我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：以設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度并對(duì)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，各層材料的模量均采用抗壓回彈模量，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強(qiáng)度采用劈裂試驗(yàn)測(cè)得的劈裂強(qiáng)度。以路面設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算路面厚度時(shí)，采用20的抗壓模量，驗(yàn)算層底拉應(yīng)力以15的抗壓模量為計(jì)算值。路面材料抗彎拉強(qiáng)度和彎拉回彈模量參考值參見(jiàn)教材。路面材料抗彎拉強(qiáng)度和彎拉回彈模量參考值參見(jiàn)教

27、材。彈性三層體系彈性三層體系（1）表面彎沉（2）上、中層底面最大彎拉應(yīng)力（3）上層表面最大剪應(yīng)力CEpL12mmPnnP),h(2012EEEEH),h(,2012EEEEHnm21mmp),h(,201221EEEEHm補(bǔ)充：公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充：公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算圖式及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算圖式及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 多層彈性層狀連續(xù)體系在雙圓垂直均布荷載作用下，輪隙中心處路表實(shí)測(cè)彎沉實(shí)測(cè)彎沉Ls等于設(shè)計(jì)彎沉設(shè)計(jì)彎沉Ld的原則進(jìn)行計(jì)算。 dsLL FEpLcs02100036. 0038. 0)()2000(63. 1PELFs1）按彎沉進(jìn)行路面厚度計(jì)算）按彎沉進(jìn)行路面

28、厚度計(jì)算 由于力學(xué)計(jì)算模型與實(shí)際路面的差異，以及土基、路面材料的非線性及參數(shù)理論值與實(shí)際狀態(tài)的差異等因素，使理論彎沉理論彎沉值和實(shí)測(cè)彎沉值之間存在一定誤差，因此需要對(duì)理論彎沉值進(jìn)行修正。 彎沉綜合修正系數(shù): 公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算圖式及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算圖式及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)于高速公路、一級(jí)公路和二級(jí)公路的瀝青路面，當(dāng)以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算出路面厚度后，還應(yīng)驗(yàn)算其瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層的彎拉應(yīng)力。 2）層底拉應(yīng)力驗(yàn)算）層底拉應(yīng)力驗(yàn)算Rmmpm3）面層剪應(yīng)力驗(yàn)算）面層剪應(yīng)力驗(yàn)算 我國(guó)城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，為了防止高溫季節(jié)道路交叉口、停車(chē)場(chǎng)等汽車(chē)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)地方，瀝青面層產(chǎn)生推擠（

29、擁包）等破壞現(xiàn)象，要求驗(yàn)算瀝青面層抗剪強(qiáng)度。R容許彎拉應(yīng)力容許彎拉應(yīng)力 瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力容許拉應(yīng)力是路面承受行車(chē)荷載反復(fù)作用達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)的最大疲勞應(yīng)力。 sspRK路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力（MPa）；結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強(qiáng)度（MPa），我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用劈裂強(qiáng)度；抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。RspsK 我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，采用劈裂試驗(yàn)測(cè)定路面結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強(qiáng)度（劈裂強(qiáng)度）。瀝青混凝土的劈裂強(qiáng)度與溫度有關(guān)，規(guī)范規(guī)定試驗(yàn)溫度為15，水泥穩(wěn)定類(lèi)材料的齡期為90d，二灰穩(wěn)定類(lèi)、石灰穩(wěn)定類(lèi)的齡期規(guī)定為180d。容許彎拉應(yīng)力容許彎拉應(yīng)力瀝青混凝土面層sspRKspfnkN

30、lglgceasANAK/09. 022. 0cesANK/35. 011. 0cesANK/45. 011. 0無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土 表征結(jié)構(gòu)層材料的抗拉強(qiáng)度因疲勞而降低的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks，與材料的疲勞特性有關(guān)。aAcA反映瀝青混合料性質(zhì)的混合料級(jí)配系數(shù)，細(xì)、中粒式瀝青混凝土為1.0；粗粒式瀝青混凝土為1.1； 公路等級(jí)系數(shù)。 容許剪應(yīng)力容許剪應(yīng)力 當(dāng)驗(yàn)算瀝青路面面層抗剪強(qiáng)度時(shí)，需要確定易于發(fā)生面層推移（或擁包）等現(xiàn)象的夏季高溫時(shí)，瀝青混合料的容許剪應(yīng)力： TRK 抗剪強(qiáng)度按庫(kù)侖理論計(jì)算。瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，粘聚力和內(nèi)摩擦角通常由三軸剪切試驗(yàn)測(cè)定，并以當(dāng)?shù)馗邷卦路?/p>

31、路表實(shí)際溫度的平均值為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)溫度。計(jì)算面層剪應(yīng)力時(shí)，各結(jié)構(gòu)層計(jì)算模量采用抗壓回彈模量。 瀝青混合料的抗剪切結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)同行車(chē)荷載作用情況有關(guān)。經(jīng)調(diào)查整理，停車(chē)站、交叉口等緩慢制動(dòng)處（f=0.2）：15. 035. 0tcTNAK 在緊急制動(dòng)時(shí)（f=0.5）：cTAK2 . 1)5 . 0(Nt停車(chē)站或交叉口在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)同一位置停車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)數(shù)；Ac道路等級(jí)系數(shù)。五、新建柔性路面設(shè)計(jì)步驟1、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，確定路面等級(jí)和面層類(lèi)型，計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車(chē)道的累計(jì)當(dāng)量軸次Ne和設(shè)計(jì)彎沉值lR 。2、按路基土類(lèi)與干濕類(lèi)型，將路基劃分為若干路段（在一般情況下路段長(zhǎng)度不宜小于500m，若為大

32、規(guī)模機(jī)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(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進(jìn)行配合比試驗(yàn)及測(cè)定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、抗拉強(qiáng)度，確定各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)參數(shù)。4、根據(jù)彈性層狀體系理論以彎沉值為控制指標(biāo)計(jì)算路面厚度。先計(jì)算三層體系中層的厚度，推出多層體系待求層的厚度。5、對(duì)城市道路、高速公路、一級(jí)及二級(jí)公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層，應(yīng)驗(yàn)算拉應(yīng)力是否滿(mǎn)足容許拉應(yīng)力的要求。如不滿(mǎn)足要求，應(yīng)調(diào)整路面結(jié)構(gòu)層厚度，或變更路面結(jié)構(gòu)組合，或調(diào)整材料配合比、提高極限抗拉強(qiáng)度，再重新計(jì)算。6、對(duì)城市道路瀝青面層，還要驗(yàn)算面層剪應(yīng)力是否滿(mǎn)足容許剪應(yīng)力的要求

33、。如不滿(mǎn)足，可適當(dāng)增加面層厚度或調(diào)整材料組成，以提高抗剪強(qiáng)度。7、對(duì)于季節(jié)性冰凍地區(qū)的高級(jí)和次高級(jí)路面，尚應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度是否符合要求。8、進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，確定方案。新新建建瀝瀝青青路路面面結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)步步驟驟106舊路面補(bǔ)強(qiáng)厚度計(jì)算一、理論法（一）舊路調(diào)查 包括路況調(diào)查、彎沉測(cè)定、交通調(diào)查、材料試驗(yàn)。（1）調(diào)查交通量、交通組成與交通增長(zhǎng)率；（2）調(diào)查道路設(shè)計(jì)、修建與養(yǎng)護(hù)的相關(guān)資料；（3）調(diào)查道路現(xiàn)狀，包括路基寬度、縱坡度、彎道半徑、路拱橫坡度、路面平整度、裂縫、坑槽、搓板、翻漿及排水情況；（4）挖驗(yàn)路面結(jié)構(gòu)、判明各結(jié)構(gòu)層厚度、材料組成及污染情況；（5）在最不利季節(jié)測(cè)定路表回彈彎沉，并選擇有代表性路段做標(biāo)準(zhǔn)承載板測(cè)定，以求得回彈彎沉值與回彈模量的關(guān)系。（二）舊路面計(jì)算彎沉