路基路面工程-第14章-瀝青路面設計(上)課件

第十四章瀝青路面設計AsphaltPavementDesign主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)彈性層狀體系理論第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計第四節(jié)我國瀝青路面設計方法第五節(jié)我國瀝青路面設計實例本章學習重點①軸載當量換算②瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計

層位的匹配原則、基本要求及典型結(jié)構(gòu)③瀝青路面設計指標與標準

指標的設置依據(jù)、類型及計算方法④新建瀝青路面厚度設計計算的基本步驟、理論及經(jīng)驗公式1、瀝青路面設計內(nèi)容①結(jié)構(gòu)組合設計第1節(jié)

概述半剛性基層瀝青路面1、瀝青路面設計內(nèi)容①結(jié)構(gòu)組合設計第1節(jié)

概述長壽命瀝青路面4～7cm高質(zhì)量表面層10～17.5cm高模量抗車轍層7.5～10cm柔性抗疲勞層土基1、瀝青路面設計內(nèi)容①結(jié)構(gòu)組合設計第1節(jié)

概述全厚式排水瀝青路面瀝青混凝土表面層+路肩排水瀝青穩(wěn)定基層瀝青混凝土分隔層1、瀝青路面設計內(nèi)容①結(jié)構(gòu)組合設計第1節(jié)

概述1、瀝青路面設計內(nèi)容③厚度設計驗算第1節(jié)

概述2、瀝青路面設計原則第1節(jié)

概述①路基路面整體綜合設計原則②技術(shù)經(jīng)濟原則－技術(shù)先進，經(jīng)濟合理③因地制宜就地取材原則－兼顧推廣新材料(SMA、OGFC)④生態(tài)環(huán)保原則－注重保護沿線環(huán)境以及自然生態(tài)⑤機械化工廠化施工原則－有利于保證工程質(zhì)量⑥分期修建原則－依據(jù)社會經(jīng)濟、交通量發(fā)展趨勢，分期建造3、設計方法分類②力學經(jīng)驗法：AI法、SHELL法、我國設計方法。

概念：依據(jù)力學模型計算結(jié)構(gòu)響應，結(jié)合實際進行參數(shù)確定。特點：理論聯(lián)系實際，是目前設計方法發(fā)展的總趨勢。

第1節(jié)

概述

4.交通等級1）設計年限--依據(jù)公路等級確定第1節(jié)

概述公路等級及其功能設計年限(年)高速公路、一級公路15改建/擴建的高速/一級公路10～15二級公路12三級公路8四級公路6第1節(jié)

概述車型軸重pi(KN)后軸數(shù)輪組數(shù)交通量ni(次/日)斯柯達760R前軸50.0121200后軸90.0解放CA30A前軸29.5221500后軸2×36.0黃河JN150前軸49.0122800后軸101.5延安SX161前軸54.522600后軸2×91.5尼桑CK10G后軸39.512160076.0交通SH141前軸25.5123200后軸55.04.交通等級2）標準軸載－交通組成：行駛車輛千差萬別，軸載各不相同。4.交通等級2）標準軸載－輪軸類型：不同軸載損耗作用不同，無法分析總效應，有必要定義一種標準軸載，以便簡化減小設計計算工作。第1節(jié)

概述單軸單輪單軸雙輪雙軸單輪雙軸雙輪4.交通等級2）標準軸載－定義我國路面設計以雙輪組單軸載100kN作為標準軸載（BZZ-100）第1節(jié)

概述100kNd1.5dp=0.7MPa平面投影換算公式：通過模擬試驗，建立經(jīng)驗公式第1節(jié)

概述4.交通等級3）當量換算美國西部環(huán)道試驗

表面彎沉－控制變形破壞第1節(jié)

概述4.交通等級3）當量換算－第1類設計指標彎沉盆（deflectionbasin）h1h2hihnδp=0.7MPaxyδδδδ3δ=0.3195mo瀝青路面層狀介質(zhì)Ns－－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(shù)（次/日）C1－－軸數(shù)系數(shù)；軸間距>3m，應按單獨的一個軸載計算，此時軸數(shù)系數(shù)為1；軸間距≤3m，按雙軸或多軸計算，軸數(shù)系數(shù)按下式計算：

C2－－輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為１，四輪組為0.38。

設計指標：彎沉及瀝青層底拉應力第1節(jié)

概述4.交通等級3）當量換算Ns

－－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(shù)（次/日）C1－－軸數(shù)系數(shù)；軸間距>3m，應按單獨的一個軸載計算，此時軸數(shù)系數(shù)為1；軸間距≤3m，按雙軸或多軸計算，軸數(shù)系數(shù)按下式計算：

C2－－輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為１，四輪組為0.09。

設計指標：半剛性基層底拉應力第1節(jié)

概述4.交通等級3）當量換算第1節(jié)

概述a.彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標b.半剛性材料層底拉應力為設計指標汽車名稱交通量次/日汽車總重/kN汽車前后軸計算參數(shù)軸位軸重輪組軸數(shù)軸距中客車SH130260085.25前軸25.7511/后軸59.5021<3mN后=1.0×1.0×2600×(59.5/100)4.35=271.72次/日N前=18.5×1.0×2600×(25.75/100)8=0.93次/日N前=6.4×1.0×2600×(25.75/100)4.35=45.50次/日N后=1.0×1.0×2600×(59.5/100)8=40.84次/日

換算算例1－中客車SH130第1節(jié)

概述a.彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標b.半剛性材料層底拉應力為設計指標汽車名稱交通量次/日汽車總重/kN汽車前后軸計算參數(shù)軸位軸重輪組軸數(shù)軸距拖掛車五十鈴80360.0前軸60.011/后軸100.023>3mN后=3×1.0×80×(100/100)4.35=240次/日N前=18.5×1.0×80×(60/100)8=24.86次/日N前=6.4×1.0×80×(60100)4.35=55.50次/日N后=3×1.0×80×(100/100)8=240次/日

換算算例2－拖掛車五十鈴

第1節(jié)

概述車型Pi(KN)C1C2ni(次/日)

(次/日)三菱T653B前軸29.316.43008.96后軸48.01112.3黃河JN163前軸58.616.4400250.2后軸114.011707.3江淮HF150前軸45.116.440080后軸101.511426.8解放SP9200前軸31.316.430012.16后軸78.031305.4湘江HQP40后軸73.221400205.9東風EQ155前軸26.516.44007.68后軸56.72.2174.6

2091.3

換算匯總－依據(jù)日交通組成，分別換算并匯總某高速公路雙向六車道，設計年限t=15年，交通量平均增長率為γ=6.5%，查表得到車道系數(shù)為η=0.3，按第1和第2類指標換算得到N1=7419.38次/日和N1=6222.06次/日。第1節(jié)

概述4.交通等級4）設計年限累積當量軸載Nea.彎沉和瀝青層底拉應力為設計指標Ne1b.半剛性材料層底拉應力為設計指標Ne2Ne1=[(1+0.065)15-1]×365×7419.38×0.30/0.065=1.965×107次/日Ne2=[(1+0.065)15-1]×365×6222.06×0.30/0.065=1.647×107次/日

依據(jù)Ne或中型以上貨車及大客車交通量界定交通等級。交通等級BZZ-100KN累計標準軸次Ne(萬次/車道)中型以上貨車及大客車（輛/日.車道）輕交通<300<600中等交通300～1200600～1500重交通1200～25001500～3000特重交通>2500>3000第一節(jié)

概述4.交通等級5）等級劃分第2節(jié)彈性層狀體系理論簡介1.基本假設與解題方法假設條件：1.材料：完全彈性、均勻的、各向同性，各層連續(xù)2.幾何：水平方向各層無限伸展，豎直方向最下層無限伸展，其上各層厚度有限。3.邊界條件：x→∞或y→∞

，應力、變形和位移→0。4.層間連續(xù)條件：a.位移完全連續(xù)，層間任意方向位移相等；b.非完全連續(xù)，層間豎向應力與豎向位移相等，層間無摩擦。5.不計自重h1h2hihnE1,υ1E2,υ2Ei,υiEn,υnδδpδ=(P/πp)1/2xy第2節(jié)彈性層狀體系理論簡介2.求解思路與過程待求變量：任意坐標處的應力與位移問題屬性：彈性力學軸對稱問題已知條件：各層厚度、模量與泊松比以及邊界條件、層間連續(xù)條件h1h2hihnE1,υ1E2,υ2Ei,υiEn,υnδδpδ=(P/πp)1/2xyεrεθεzγzr應變向量σrσθσzτzr應力向量uw位移向量待求變量10個第2節(jié)彈性層狀體系理論簡介2.求解思路與過程10個方程，10個待求解變量幾何方程物理方程平衡方程根據(jù)已知條件可以解得未知變量描述應力應變關(guān)系描述應變位移關(guān)系描述微元體應力平衡的方程幾何方程物理方程平衡方程εrεθεzγzr應變向量σrσθσzτzr應力向量uw位移向量第2節(jié)彈性層狀體系理論簡介3.求解過程參考資料①朱照宏，王秉剛，郭大智編著.路面力學計算.北京：人民交通出版社，1985年

②王秉剛，鄧學鈞編.路面力學數(shù)值計算.北京：人民交通出版社，1992.06

③鄧學鈞，黃衛(wèi)，黃曉明.路面結(jié)構(gòu)計算和設計電算方法.東南大學出版社，1997.08第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計1、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計原則①表面使用品質(zhì)長期穩(wěn)定原則：平整度、抗滑性能、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)性、抗裂性能②強度剛度與層位相匹配的原則：車輛荷載與環(huán)境影響（如溫度、降雨）自上而下逐漸衰減，因此對材料的強度剛度要求也自上而下降低。③就地取材原則：設計路段有豐富的碎石、砂礫、石灰，沿線有水泥廠，基層→→水泥穩(wěn)定碎石（二灰穩(wěn)定碎石×），底基層→→石灰土（二灰土×）。詳細組合原則：1）根據(jù)瀝青路面的工作特性，各結(jié)構(gòu)層應盡量按強度和剛度自上而下逐層遞減的規(guī)律安排；2）必須考慮材料特點和施工工藝以及強度和造價等方面考慮；3）各結(jié)構(gòu)層應具有適宜的厚度，不宜使層數(shù)過多而厚度過小；4）應合理選擇相鄰結(jié)構(gòu)層之間的模量比（基層:面層（E2／E1）宜在1.5～3，基層:底基層（E2／E3）宜不大于3，底基層:土基（E3／E0）宜在2.5～12.5）；第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計詳細組合原則：5）對于低溫地區(qū)，應考慮收縮裂縫，進行合理的防止反射裂縫組合，并保證有適宜的瀝青面層厚度；6）對于潮濕地區(qū)及多雨地區(qū)，應考慮水穩(wěn)定性，選擇水穩(wěn)定性好的基層及盡量考慮不透水的面層；7）路面還應滿足防凍厚度的要求；8）應考慮結(jié)構(gòu)層間的結(jié)合性。第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計輕交通—中等交通結(jié)構(gòu)組合設計原則按照道路等級和交通要求選擇面層等級和類型按各結(jié)構(gòu)層的功能選擇結(jié)構(gòu)層次按各結(jié)構(gòu)層的應力分布特性顧及各結(jié)構(gòu)層次本身的特性考慮環(huán)境狀況的不利影響適當?shù)膶訑?shù)和厚度第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計重交通時結(jié)構(gòu)組合設計原則正確認識各結(jié)構(gòu)層的作用，考慮各結(jié)構(gòu)層對路面長期使用性能的影響瀝青層應保證足夠的厚度，交通量越大，瀝青層的厚度應越大瀝青層材料設計基層模量應具有適當?shù)哪Ａ慨敳捎冒雱傂圆牧献鳛榛鶎踊驂|層時，應作適當?shù)奶幚硎种匾暵访媾潘到y(tǒng)的設計面層：單層、雙層或三層瀝青面層基層：柔性、半剛性、剛性或組合式墊層：排水、防凍、防水、防污等粒料或穩(wěn)定土土基：密實、堅固、不透水層間結(jié)合：牢固第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計◆2、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計◆3、瀝青路面面層要求1）層位數(shù)與公路等級公路等級層位數(shù)結(jié)構(gòu)形式高速公路一級公路3表面層、中面層、下面層二級公路三級公路2上面層、下面層第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計◆3、瀝青路面面層要求2）各層位基本要求層位材料性能主要要求主選材料表面層平整密實、抗滑耐磨、穩(wěn)定耐久高溫穩(wěn)定、低溫抗裂、抗老化密實型中粒、細粒瀝青混合料，重交通采用SMA-10、SMA-13或改性瀝青混合料中、下面層密水性、抗剝離、高溫重載下抗剪密實型中粒、粗粒瀝青混合料，重交通采用SMA-20或改性瀝青混合料下面層抗疲勞開裂等高等級公路路面結(jié)構(gòu)類型半剛性基層瀝青路面瀝青面層12-18cm半剛性基層36cm半剛性或柔性底基層20cm墊層柔性基層瀝青路面瀝青面層10-12cm柔性上基層24cm柔性下基層15cm柔性或半剛性底基層8cm墊層貧砼基層瀝青路面瀝青面層10－18cm貧砼基層18-26cm半剛性底基層35cm墊層混合式瀝青路面瀝青面層10-12cm柔性上基層12cm半剛性下基層35cm墊層二級、三級公路路面結(jié)構(gòu)二級公路路面結(jié)構(gòu)面層瀝青混凝土6-12cm(瀝青貫入式碎石5-8cm或瀝青混凝土3-4cm+瀝青貫入式碎石4-6cm)基層半剛性材料基層20-36cm(水泥穩(wěn)定碎石或砂礫；石灰、粉煤灰穩(wěn)定碎石或砂礫，石灰穩(wěn)定集料)底基層半剛性材料底基層10-20cm或級配碎石三級公路路面結(jié)構(gòu)面層瀝青表面處治3-5cm或熱拌瀝青碎石混合料基層半剛性材料基層20-36cm(水泥穩(wěn)定碎石或砂礫；石灰、粉煤灰穩(wěn)定碎石或砂礫，石灰穩(wěn)定集料)底基層半剛性材料底基層10-20cm或級配碎石第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計二、瀝青路面基層結(jié)構(gòu)－分類1.半剛性基層特性?優(yōu)點-板體性，剛度強度高，承重層，面層較薄?概念：用水泥、石灰或工業(yè)廢渣等無機結(jié)合料對級配集料作穩(wěn)定處理的基層?缺點－反射裂縫；透水性差導致水損害細粒式瀝青混凝土4cm中粒式瀝青混凝土6cm粗粒式瀝青混凝土8cm二灰穩(wěn)定碎石基層36cm第3節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設計二、瀝青路面基層結(jié)構(gòu)－分類2.柔性基層特性?優(yōu)點-協(xié)調(diào)變形，排水通暢，不易遭受水損害?概念：主要采用瀝青處治的級配碎石和無結(jié)合料的級配碎石修筑的基層?缺點－強度剛度較低，面層承重層，面層較厚