瀝青路面設(shè)計_ppt

1、 瀝青路面設(shè)計第一節(jié) 瀝青路面設(shè)計的任務(wù)、程序與原則第二節(jié) 標準軸載與軸次換算 第三節(jié) 瀝青路面設(shè)計指標第四節(jié) 土基與路面材料強度指標第五節(jié) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計第六節(jié) 新建路面的結(jié)構(gòu)層厚度計算第七節(jié) 原有路面補強設(shè)計第一節(jié) 瀝青路面設(shè)計的任務(wù)、程序與原則一、設(shè)計任務(wù)確定合理路面等級選擇適合的路面類型進行結(jié)構(gòu)組合設(shè)計路面材料配合比設(shè)計路面結(jié)構(gòu)計算 在路面設(shè)計之前，應進行外業(yè)調(diào)查內(nèi)容：工程地質(zhì) 及水文地質(zhì)條件、天然土濕度、水文資料、氣象資料、路面材料產(chǎn)地和供應情況，交通狀況、施工力量等。二、設(shè)計程序1、根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，確定路面等級、面層類型、計算累計當量軸次、路表設(shè)計彎沉值、容許拉應力值2、確

2、定路基回彈模量值3、確定路面材料回彈模量值4、根據(jù)設(shè)計彎沉值計算路面厚度5、確定采用的路面結(jié)構(gòu)方案三、設(shè)計原則1、根據(jù)路面使用要求與當?shù)刈匀粭l件，按面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定的要求進行綜合設(shè)計；2、合理取材、方便施工養(yǎng)護、節(jié)約投資的原則，結(jié)構(gòu)當?shù)亟?jīng)驗確定路面結(jié)構(gòu)方案；3、論證是否進行分期修建；4、推行新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備，機械化施工第二節(jié) 標準軸載與軸次換算一、標準軸載及其形式定義：將不同車型組合而成的混合交通量換算成某種統(tǒng)一軸載的當量軸次，將該統(tǒng)一軸載稱為標準軸載。瀝青路面設(shè)計：采用雙輪組單后軸100kN為標準軸載，BZZ-100。當軸載25kN和軸載25kN的各級軸載均應進行換

3、算）2）半剛性基層層底拉應力驗算（當軸載50kN的各級軸載均應進行換算）三、累計當量軸次計算涉及：初期日交通量、遠景交通量、設(shè)計車道累計標準軸載作用次數(shù)遠景設(shè)計年限交通量，單位（ 次/日 ）：設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道上的累計當量軸次第三節(jié) 瀝青路面設(shè)計指標一、路面結(jié)構(gòu)的破壞模式與設(shè)計指標（一）瀝青路面的破壞模式和產(chǎn)生原因1、沉陷：路面在車輪荷載作用下，其表面產(chǎn)生較大的凹陷變形，有時凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象。引發(fā)原因：路基水文條件差而過于濕軟，承載力低2、車轍：路面結(jié)構(gòu)層、土基在行車荷載重復作用下產(chǎn)生側(cè)向位移而形成的累計永久變形。車轍是高級瀝青路面的主要破壞形式。引發(fā)原因：荷載應力大小、重復作用次數(shù)、結(jié)構(gòu)

4、層和土基的性質(zhì)有關(guān)。 （一）瀝青路面的破壞模式和產(chǎn)生原因3、疲勞開裂：指路表無顯著永久變形而出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象引發(fā)原因：結(jié)構(gòu)整體強度不足或在車輪荷載反復作用下，瀝青結(jié)構(gòu)層底面或半剛性基層底面產(chǎn)生的拉應力超過材料的疲勞強度。4、推移：瀝青路面材料沿行車方向發(fā)生剪切或拉裂破壞而出現(xiàn)推擠或擁起現(xiàn)象。引發(fā)原因：受到較大的水平荷載作用，在水平力和豎向力的綜合作用下結(jié)構(gòu)層內(nèi)的切應力或拉應力超過材料的抗剪或抗拉強度。5、低溫縮裂：材料收縮受限時產(chǎn)生較大的拉應力而形成的橫向裂縫。引發(fā)原因：材料收縮受限時產(chǎn)生的拉應力超過其抗拉強度。（二）瀝青路面設(shè)計指標1、路表設(shè)計彎沉值控制指標 式中：Ls路表實際可能產(chǎn)生的回彈彎

5、沉值 Ld路面設(shè)計彎沉值2、容許拉應力驗算指標：3、容許切應力驗算指標： 根據(jù)路面在行車荷載和自然因素下所產(chǎn)生的應力、應變和位移量不超過路面任一結(jié)構(gòu)層中材料的允許應力、應變和位移量選定路面結(jié)構(gòu)層的組合和厚度。各種設(shè)計指標的適用范圍1）公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范以設(shè)計彎沉值作為路面結(jié)構(gòu)控制指標，2）對于高速公路、一級、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性基層，應驗算層底拉應力是否滿足相應的容許拉應力的要求。3）城市道路設(shè)計時，還需計算瀝青路面表面最不利點的剪應力，它應滿足瀝青路面容許剪應力的要求。4）季節(jié)性凍凍地區(qū)，沿應驗算防凍厚度是否滿足要求。二、路面設(shè)計彎沉值計算1、彎沉定義：車輪荷載作用下路面產(chǎn)生的垂

6、直位移值。路面材料是非線性彈塑性體，彎沉包括：彈性彎沉、殘余彎沉。總彎沉=彈性彎沉+殘余彎沉。利用路面回彈彎沉值L0可表征路面的強度；路面彎沉值愈大，路面抵抗垂直變形的能力愈弱?；貜棌澇林悼捎酶軛U式彎沉儀由標準汽車按前進卸荷法進行測定。2、回彈彎沉值與路面外觀狀態(tài)關(guān)系路面外觀狀態(tài)分為五類：好、較好、中等、較壞、壞把第四類狀態(tài)定為路面的臨界狀態(tài)，以此狀態(tài)下測定的回彈彎沉的低限作為路面設(shè)計彎沉值界限的依據(jù)二、路面設(shè)計彎沉值計算路面設(shè)計彎沉值定義：根據(jù)設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道上通過的累計當量軸次、公路等級、面層和基層類型確定，相當于路面竣工后第一年不利季節(jié)路面在標準軸載100kN作用下，測得的最大回彈彎沉

7、值。式中：Ld設(shè)計彎沉值，0.01mm； Ac公路等級系數(shù)； As面層類型系數(shù)； Ab基層類型系數(shù)（1）設(shè)計彎沉值計算Ld（2）實際彎測值計算Ls式中：p、標準軸載輪胎接地壓強和當量圓半徑， p=0.7Mpa, =10.65cm. LC理論彎沉值 F彎沉綜合修正系數(shù)， E0土基回彈模量； c理論彎沉系數(shù)，由彈性層狀體系理論計算得出。三、結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應力1、容許拉應力定義：路面承受行車荷載反復作用達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞拉應力。式中：sp瀝青砼或半剛性結(jié)構(gòu)層材料的劈裂強度 Ks抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)，同荷載的反復作用次數(shù)有關(guān)。 瀝青混凝土系指15時的劈裂強度；石灰土、二灰、二灰土指6個月齡期

8、的劈裂強度；其他穩(wěn)定類基層材料指90天齡期的劈裂強度。瀝青砼面層：無機結(jié)合料穩(wěn)定集料類：無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土類： 第四節(jié) 土基與路面材料強度指標一、路基受力與工作區(qū)1、路基受力狀況：1）路面和路基自重2）車輪荷載作用土基在車輪荷載作用下受到的垂直作用力1：土基在自重作用下受到的垂直作用力2： 路基受際受力：2、路基工作區(qū)定義：在路基的某一深度處，車輛荷載引起的應力與路基自重相比只占很小部分（1/51/10），在此深度以下，車輛荷載對土基的作用影響很小，可略去不計。在此深度以上的范圍，是路基土受車輛荷載影響較大的范圍，將該區(qū)域稱為路基工作區(qū)或應力作用區(qū)。 工作區(qū)隨車輛荷載增大而加深，隨路面的剛度

9、與厚度的增加而減小。路基工作區(qū)內(nèi)，土基的強度和穩(wěn)定性對保證路面的強度和穩(wěn)定性極為重要。二、土基回彈模量的確定方法1、回彈模量定義：路基、路面及筑路材料在荷載作用下產(chǎn)生的應力與其相應的回彈應變的比值。2、利用彈性理論建立荷載與變形的關(guān)系式： 式中：Lr路表距離荷載中心軸為r某點外的垂直位移。 E0土基回彈模量； 土的泊松系數(shù)； 豎向位移系數(shù)現(xiàn)場實測法：在不利季節(jié)，利用承載板進行逐級加荷卸荷的方法測出每級荷載的回彈變形值，并采用回彈變形l0=0.51mm 的測定值，參考各地經(jīng)驗公式計算確定。 室內(nèi)試驗法：按最佳含水量制備試件，測得不同壓實度與其對應的回彈模量值，繪制圖形，并查圖求得壓實度條件下的土

10、的回彈模量值。換算法：需要知道土的各種物理力學指標值。查表法二、土基回彈模量的確定方法三、路面材料設(shè)計參數(shù)的確定方法 以設(shè)計彎沉值計算路面厚度，并對結(jié)構(gòu)層進行層底拉應力驗算時，需知道中路面結(jié)構(gòu)層材料的參數(shù)1、路面各層材料模量：采用抗壓回彈模量 2、路面各層材料抗拉強度：采用劈裂試驗測得的劈裂強度 第五節(jié) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計一、結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則1、瀝青路面設(shè)計工作：結(jié)構(gòu)設(shè)計、厚度計算2、結(jié)構(gòu)設(shè)計：分層結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計3、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循的技術(shù)經(jīng)濟原則：1）因地制宜，合理取材（尤其是對于基層、墊層材料）2）方便施工、利于養(yǎng)護3）分期修建，逐步提高4）整體考慮，綜合設(shè)計5）考慮氣候因素和

11、水溫狀況的影響二、瀝青路面結(jié)構(gòu)層的選擇1、路面等級和面層類型的選擇 應與公路等級和交通量相適應 路面面層要求強度高、耐磨耗、抗滑、熱穩(wěn)定性好、不透水公路等級越高，交通量越大，路面等級也應該越高，厚度越大，相應的面層層次也越多?？紤]氣候因素的影響：氣候干旱地區(qū)，不宜采用砂礫路面；多雨地區(qū)，注意路面的水穩(wěn)定性等；寒冷地區(qū)注意瀝青路面的低溫抗裂性；高溫地區(qū)注意瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。二、瀝青路面結(jié)構(gòu)層的選擇2、基層類型的選擇基層是主要的承重層，應具有足夠的強度、剛度與水穩(wěn)定性。常用基層類型：水泥、石灰、工業(yè)廢渣類；礫（礫）石嵌鎖類；土、石級配類。所需基層厚度較大時，為了降低造價，可增設(shè)底基層。潮濕路段

12、，宜選用碎石、片石、塊石、工業(yè)廢渣、二灰土、水泥穩(wěn)定砂礫等水穩(wěn)性好的基層。干燥路段，可采用泥結(jié)碎石等水穩(wěn)定性差的基層。三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計1、根據(jù)各結(jié)構(gòu)層功能進行組合遵循面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定的原則。面層應強度高、耐磨、熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性好。面層應考慮設(shè)置合適的層次。如交通量繁重時，應在面層下加設(shè)聯(lián)結(jié)層，以抵抗水平力產(chǎn)生的較大的切應力；采用空隙較大的瀝青路面時，應鋪設(shè)上封層?；鶎樱壕邆渥銐虻目箟簭姸?、剛度和水穩(wěn)定性。交通繁重時，基層宜選用半剛性材料，并采用雙層式基層，即增設(shè)底基層。土基水溫狀況不良時，應加設(shè)砂礫墊層等。三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計2、強度組合各層材料的強度（回彈模量）隨深

13、度而相應減小。各相鄰結(jié)構(gòu)層之間的模量不能相差過大。3、合理的層間組合各結(jié)構(gòu)層材料具有不同特性，組合時應注意相互影響。無機結(jié)合料穩(wěn)定類基層易產(chǎn)生干縮和溫縮裂縫，往往會導致面層產(chǎn)生反射裂縫。這時，宜加厚面層，或者在面層和基層之間加設(shè)一層由穩(wěn)定粒料組成的聯(lián)結(jié)層或過渡層。潮濕的土路基上，應鋪設(shè)石灰土或砂礫墊層。三、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計4、考慮自然水溫條件的不利影響 在中濕或潮濕路段，路面基層應選擇水穩(wěn)定性好的材料。 在潮濕路段，為了改善路基的溫度和濕度狀況，防止凍脹和翻漿，需設(shè)置墊層。5、適當?shù)膶訑?shù)與厚度結(jié)構(gòu)層造價各結(jié)構(gòu)層擴散應力的效果壓實機具的能力我國部分高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)道路名稱瀝青面層組成及厚

14、度（）基層類型及厚度（）底基層類型及厚度（）總厚度（）滬嘉中粒式、粗粒式、貫入式 19二灰碎石36砂礫2075廣佛中粒式、粗粒式、瀝青碎石 15水泥碎石25水泥石屑土2868京津塘中粒式4、粗粒式6、瀝青碎石13 23水泥粒料25石灰土或水泥土 3583濟青中粒式4、粗粒式5、瀝青碎石6 15水泥砂礫34石灰土1867南京南通中粒式、粗粒式、粗粒式 16二灰碎石20石灰土3369滬寧中粒式、粗粒式、粗粒式 16二灰碎石28二灰土3377第六節(jié) 新建路面的結(jié)構(gòu)層厚度計算一、基本原則和有關(guān)規(guī)定采用多指標控制路面結(jié)構(gòu)設(shè)計采用多層彈性體系理論計算結(jié)構(gòu)層厚度 彈性層狀體系：由若干個彈性層組成，上面各層具

15、有一定的厚度，最下一層為彈性半空間體。瀝青混凝土路面、半剛性基層、底基層進行拉應力驗算假設(shè)各層之間的接觸條件為：完全連續(xù)體系二、路面厚度計算步驟1、路面厚度計算基本原理：利用多層彈性體系理論、層間接觸條件為完全連續(xù)體系、在雙圓均布荷載作用下，按輪隙中心處實測路表彎沉值等于設(shè)計彎沉值的原則進行計算： 確定單車道累計當量軸次Ne；擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)層組合與厚度方案。設(shè)計時先選擇某一層次作為厚度設(shè)計層，擬定面層和其他各層的厚度。當采用半剛性基層和底基層結(jié)構(gòu)時，可選任一層為設(shè)計層。當采用半剛性基層和粒料類材料為底基層時，以半剛性基層為設(shè)計層，擬定面層和底基層厚度。當采用柔性基層和底基層的瀝青路面時

16、，宜擬定面層和底基層厚度，求算基層所需厚度。確定設(shè)計彎沉值確定路面材料設(shè)計參數(shù)確定土基回彈模量根據(jù)以上數(shù)據(jù)并利用設(shè)計程序求算某一個結(jié)構(gòu)層的厚度。二、路面厚度計算步驟 三、路面結(jié)構(gòu)層拉應力驗算步驟1、對于高速公路、一級公路、二級公路需驗算瀝青砼面層和整體性材料基層層底的拉應力即： 2、層底拉應力計算圖式：采用多層彈性層狀體系理論為基礎(chǔ)，層間接觸仍為連續(xù)接觸體系3、層底彎拉應力計算公式： 三、路面結(jié)構(gòu)層拉應力驗算步驟4、驗算步驟1）確定路面材料設(shè)計參數(shù)2）確定系數(shù)3）確定當量軸次4）根據(jù)以上數(shù)據(jù)利于專用設(shè)計程序計算層底拉應力驗算。 四、路面厚度計算方法和拉應力驗算方法1、利用多層彈性體系理論編制的

17、專用程序APDS97計算2、簡化法（圖解法），將多層體系換算為三層體系，利用設(shè)計圖表進行計算。四、路面厚度計算實例例：某地新建一條一級公路（四車道），路面設(shè)計年限為15年，預測該路竣工后第一年的交通組成如下表所示，在使用期內(nèi)交通量年平均增長率為10%。該路段處于7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，沿線有大量碎石集料，并有石灰供用。試進行路面厚度設(shè)計。 表 預測交通組成表車型前軸重（kN)后軸重（kN)后軸數(shù)后軸輪組數(shù)后軸距交通量(次/d)三菱29.348.01雙輪組300黃河58.6114.01雙輪組320江淮45.1101.51雙輪組300太脫拉45.490.02雙輪組3m208湘江23.173

18、.22雙輪組3m400東風26.556.72雙輪組3m400解：1、軸載分析 路面設(shè)計以雙輪組單軸載100kN為標準軸載 （1）以設(shè)計彎沉為指標計算路面厚度及驗算瀝青層層底拉應力的累計當量軸載軸載換算累計當量軸次 根據(jù)設(shè)計規(guī)范，一級公路瀝青路面的設(shè)計年限取15年，四車道的橫向分布系數(shù)為0.40.5。取=0.45。（2）驗算半剛性基層層底拉應力時時，累計當量軸載軸載換算累計當量軸次 設(shè)計年限取15年，四車道的橫向分布系數(shù)=0.45。2、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計及各層材料的設(shè)計參數(shù) 參照表瀝青混合料類型的選擇和瀝青層推薦厚度，路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計為：路面面層采用瀝青混凝土，厚度為15，其中：上面層采用細粒式密級配瀝青混凝土（4cm),中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土（5cm),下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（6cm)?；鶎硬捎?5水泥碎石。底基層采用石灰土，厚度由計算確定。 各層材料的設(shè)計參數(shù)，通過實測或查表取得。以設(shè)計彎沉值計算路面厚度時，各層材料均采用20抗壓回彈模量；驗算層底拉應力時，瀝青混合料采用15抗壓回彈模量，15劈裂強度。結(jié)構(gòu)組合設(shè)計