第十四章瀝青路面設(shè)計

路基路面工程第十四章瀝青路面設(shè)計主要內(nèi)容彈性層狀體系理論概述瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計新建瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度計算瀝青路面改建設(shè)計第一節(jié)彈性層狀體系理論概述

ph1hiEi

μiE1

μ1Enμn彈性層狀體系示意圖

1）各層是連續(xù)的、完全彈性的、均勻的、各向同性的，以及位移和形變是微小的；2）最下一層在水平方向和垂直向下方向為無限大，其上各層厚度為有限、水平方向為無限大；3）各層在水平方向無限遠處及最下一層向下無限深處，其應(yīng)力、形變和位移為零；4）層間接觸情況，或者位移完全連續(xù)（稱連續(xù)體系），或者層間僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無摩阻力（稱滑動體系）；5）不計自重?；炯僭O(shè)第二節(jié)瀝青路面的破壞狀態(tài)與設(shè)計指標(biāo)當(dāng)路基土的承載能力較低，不能承受從路面?zhèn)髦谅坊砻娴能囕唹毫?，便產(chǎn)生較大的垂直變形即沉陷。一、路面局部沉陷（一）表現(xiàn)在車輪作用下表面產(chǎn)生的較大凹陷變形，有時凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象（二）起因（三）設(shè)計指標(biāo)——路基表面由車輪荷載作用產(chǎn)生的垂直應(yīng)力，可用彈性層狀體系理論求得

——路基土的容許垂直壓應(yīng)力，其數(shù)值同土基的彈性模量和車輪荷載作用次數(shù)有關(guān)

二、車轍（一）表現(xiàn)（二）起因（三）設(shè)計指標(biāo)路面的縱向帶狀凹陷，是高級瀝青路面的主要破壞型式是路面的結(jié)構(gòu)層及土基在行車重復(fù)荷載作用下的補充壓實，以及結(jié)構(gòu)層材料的側(cè)向位移產(chǎn)生的累積永久變形，同荷載應(yīng)力大小，重復(fù)作用次數(shù)以及結(jié)構(gòu)層和土基的性質(zhì)有關(guān)?！访娴挠嬎憧倸堄嘧冃危蓺堄嘧冃谓?jīng)驗公式確定

——容許總殘余變形，由使用要求確定或——路基表面的垂直應(yīng)變，可由彈性層狀體系理論求得——路基表面容許垂直應(yīng)變，由路基殘余變形和荷載應(yīng)力、應(yīng)力重復(fù)次數(shù)及路基彈性模量之間經(jīng)驗關(guān)系確定。三、疲勞開裂（一）表現(xiàn)（二）起因（三）設(shè)計指標(biāo)路面無顯著的永久變形，最初在荷載作用部位形成細而短的橫向開裂，繼而逐漸擴展成網(wǎng)狀較厚的瀝青結(jié)構(gòu)層受車輪荷載的反復(fù)彎曲作用，使結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)變（或拉應(yīng)力）值超過材料的疲勞強度，底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。穩(wěn)定類整體性基層也會產(chǎn)生出疲勞開裂，甚至導(dǎo)致面層破壞。與重復(fù)應(yīng)變（或應(yīng)力）大小和路面的環(huán)境因素有關(guān)?；颉Y(jié)構(gòu)層底面的拉應(yīng)變和拉應(yīng)力、——結(jié)構(gòu)層材料的容許疲勞拉應(yīng)變和拉應(yīng)力、四、推移（一）表現(xiàn)（二）起因（三）設(shè)計指標(biāo)車輪荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用，使結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過材料的抗剪強度。同時也與行駛車輪的沖擊、振動有關(guān)。受到較大的車輪水平荷載作用時，路面表面出現(xiàn)推移和擁起——車輪的垂直力和水平力的共同作用下，面層中可能產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力——材料的容許剪應(yīng)力五、低溫縮裂（一）表現(xiàn)（二）起因橫向間隔性的裂縫，嚴重時發(fā)展為縱向裂縫路面結(jié)構(gòu)中某些整體性結(jié)構(gòu)層在低溫（通常為負溫度）時由于材料收縮受限制而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)它超過材料相應(yīng)條件下的抗拉強度時便產(chǎn)生開裂（三）設(shè)計指標(biāo)——低溫時結(jié)構(gòu)層材料因收縮受約束而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力——某種溫度下材料的容許拉應(yīng)力六、路面彎沉設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)路面彎沉：路面在垂直荷載作用下，產(chǎn)生的垂直變形。我國現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計方法采用設(shè)計彎沉作為路面整體剛度的設(shè)計指標(biāo)。

1、能夠反映路面各結(jié)構(gòu)層及土基的整體強度和剛度

2、與路面的使用狀態(tài)存在一定的內(nèi)在聯(lián)系

3、測定也比較方便。路面設(shè)計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標(biāo)，它是根據(jù)設(shè)計年限內(nèi)一個車道上預(yù)測通過的累計當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層類型而確定的路面彎沉設(shè)計值，是路面厚度計算的主要依據(jù)。路面設(shè)計彎沉值可以作為路面竣工后第一年不利季節(jié)、路面溫度為20℃時在標(biāo)準(zhǔn)軸載l00kN作用下，竣工驗收的最大回彈彎沉值，它與交通量、公路等級、面層和基層類型有關(guān)?？偨Y(jié)：理論分析法實質(zhì)上就是把路面看成是一個工程結(jié)構(gòu)物，據(jù)行車荷載作用下，在路面中所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移量不超過路面任一結(jié)構(gòu)層中材料的容許應(yīng)力、應(yīng)變和位移量來選擇和確定路面結(jié)構(gòu)層的組成和厚度，并以此來防止或減少各種路面破壞現(xiàn)象的發(fā)生，控制或限制路面的結(jié)構(gòu)特性和使用品質(zhì)在預(yù)定的設(shè)計使用年限內(nèi)不惡化到某一規(guī)定的程度。目前，在我國路面設(shè)計中，視路面結(jié)構(gòu)類型不同，分別采用如下設(shè)計指標(biāo)：1.為了控制路基路面的總變形，防止網(wǎng)裂、沉陷、車轍，使路面具有足夠的整體剛度和強度，采用路面設(shè)計彎沉值Ld作為路面整體剛度和強度的控制指標(biāo)。即路面設(shè)計彎沉值Ld應(yīng)大于或等于路表實際可能產(chǎn)生的回彈彎沉值Ls，即Ls≤Ld。2.為了防止瀝青混凝土面層和半剛性基層（底基層）的疲勞開裂，采用了瀝青混凝土面層和半剛性基層（底基層）底面的容許拉應(yīng)力σR作為驗算指標(biāo)，此值應(yīng)大于或等于路面相應(yīng)結(jié)構(gòu)層底面實際可能產(chǎn)生的最大彎拉應(yīng)力σm，即σR≤σm。3.為了防止高溫季節(jié)道路交叉口、停車廠等汽車經(jīng)常啟動、制動地方瀝青面層產(chǎn)生推擠和擁包等破壞現(xiàn)象，采用了瀝青面材料的容許剪應(yīng)力τR作為驗算指標(biāo)，其值應(yīng)大于或等于面層破裂面上實際可能產(chǎn)生的剪應(yīng)力τα，即：τR

≤τα第三節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計一、一般考慮（一）路線、路基和路面要做總體設(shè)計——路基穩(wěn)定、基層堅實、面層耐用公路等級路面等級面層類型設(shè)計年限設(shè)計年限內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)軸次（萬次/一車道）高速、一級公路高級路面瀝青混凝土、SMA15>400二級公路高級路面瀝青混凝土、SMA12>200次高級路面熱拌瀝青石、瀝青貫入式10100~200三級公路次高級路面熱拌瀝青石、瀝青貫入式810~100四級公路中級路面水結(jié)碎石、泥結(jié)碎石、級配碎（礫）石、半整齊石塊5≤10低級路面粒料改善土5（二）因地制宜、合理選材（三）方便施工、便于養(yǎng)護（四）分期修建、逐步提高（五）注意與排水設(shè)計相結(jié)合二、瀝青路面結(jié)構(gòu)組合的原則（一）適應(yīng)行車荷載作用的要求各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強度和剛度自上而下遞減的規(guī)律安排，以使各結(jié)構(gòu)層材料的效能得到充分發(fā)揮。結(jié)構(gòu)層數(shù)既要體現(xiàn)強度和剛度沿深度遞減的規(guī)律，又要考慮施工工藝、材料規(guī)格和強度形成原理根據(jù)公路等級、交通量大小、重車所占的比例、選用瀝青質(zhì)量等因素，綜合考慮確定瀝青層厚度基層、底基層厚度應(yīng)根據(jù)交通量大小、材料力學(xué)性能和擴散應(yīng)力的效果，發(fā)揮壓實機具的功能以及有利于施工等因素選擇各類結(jié)構(gòu)層具有滿足施工要求的最小厚度和適宜厚度（二）適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和層厚公

路

等

級瀝青層推薦厚度（cm）公

路

等

級瀝青層推薦厚度（cm）高速公路12～18三級公路2～4一級公路10～15四級公路1～2.5二級公路5～10結(jié)構(gòu)層類型施工最小厚度（cm）結(jié)構(gòu)層的適宜厚度（cm）瀝青混凝土熱拌瀝青碎石粗

粒

式5.06～8中

粒

式4.04～6細

粒

式2.52.5～4瀝青石屑1.51.5～2．5瀝青砂1.01.0～1.5瀝青貫入式4.04～8瀝青上拌下貫式6.06～10瀝青表面處治1.0層鋪1～3，拌和2～4水泥穩(wěn)定類15.016～20石灰穩(wěn)定類15.016～20石灰工業(yè)廢渣類15.016～20級配碎、礫石810～15泥結(jié)碎石810～15填隙碎石1010～12（三）考慮水溫狀況的影響1.潮濕路段及中濕路段瀝青路面的基層一般應(yīng)選擇水穩(wěn)定性好的材料2.在季凍地區(qū)，當(dāng)凍深較大，路基土為易凍脹土?xí)r，路面結(jié)構(gòu)中應(yīng)設(shè)置防止凍脹和翻漿的墊層。路面總厚度的確定，除滿足強度要求外，還應(yīng)滿足下表防凍厚度的要求路基類型路基土

質(zhì)粘

性

土、細

亞

粘

土粉

性

土基墊層類型道路凍深(cm)砂石類穩(wěn)定土類工

業(yè)廢料類砂

石

類穩(wěn)定土類工

業(yè)廢料類中濕50～10040～4535～4030～3545～5040～4530～40100～15045～5040～4535～4050～6045～5040～45150～20050～6045～5540～5060～7050～6045～50大于20060～7055～6550～5570～7560～7050～6560～10045～5540～5035～4550～6045～5540～50潮濕100～15055～6050～5545～5060～7055～6550～60150～20060～7055～6550～5570～8065～7060～65大于20070～8065～7555～7080～10070～9065～803.基層易于沖刷或路基路面排水不良應(yīng)在面層中最少使用一層不透水的瀝青混合料。（四）適應(yīng)復(fù)雜受力條件

5）基層與面層的模量比應(yīng)不小于0.3，土基與基層或底基層的模量比宜為0.08～0.40。1）提高基層模量和厚度可以顯著降低路基壓應(yīng)力，模量的影響大于厚度2）對路面彎沉的影響，路基模量>>基層模量>基層厚度>面層模量>面層厚度3）采用大的基層模量、好的層間聯(lián)結(jié)以及控制基層厚度大于2δ，面層厚度避開0.5～1.0δ可以減小面層層底拉應(yīng)力。4）基層底面拉應(yīng)力隨著基層模量的相對增大而增大，隨著路基模量的增大而減小。面層厚度在0.5δ左右（4～6cm）時，基層底面拉應(yīng)力最大；基層厚度在2～3δ（25～40cm）時基層底面拉應(yīng)力趨于穩(wěn)定。6）只有面層本身抗剪強度高和采用較高模量的基層才對控制剪切破壞有效，其他因素影響甚微。（五）顧及各結(jié)構(gòu)層本身的結(jié)構(gòu)特性及其與相鄰層次的互相影響1.在冰凍地區(qū)和氣候干燥地區(qū)，無機結(jié)合料穩(wěn)定類基層的收縮常會在瀝青路面上產(chǎn)生反射裂縫，可在層間加設(shè)一層柔性聯(lián)結(jié)層，或者適當(dāng)加厚面層。2.在潮濕的粉土或粘性土路基上，不宜直接鋪筑碎（礫）石等顆粒類材料。必要式，可在路基頂面設(shè)土工布隔離層，以防止基層污染或路面變形過大。3.層間結(jié)合應(yīng)盡量緊密，避免產(chǎn)生滑移，以保證結(jié)構(gòu)的整體性和應(yīng)力分布的連續(xù)性4.瀝青面層與基層間應(yīng)設(shè)置瀝青透層或瀝青粘層，必要時使用下封層。三、典型瀝青路面結(jié)構(gòu)組合第四節(jié)新建瀝青路面的結(jié)構(gòu)厚度計算一、瀝青路面厚度設(shè)計的基本方法（一）經(jīng)驗法CBR法、AASHTO法為代表（二）理論法Shell法、AI法、前蘇聯(lián)運輸工程部方法以及我國瀝青路面設(shè)計方法為代表二、我國瀝青路面厚度設(shè)計方法概述（一）力學(xué)模型——雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系（二）路面整體剛度設(shè)計指標(biāo)——設(shè)計彎沉值（三）路面抗彎拉驗算指標(biāo)——層底容許拉應(yīng)力（四）路面抗剪驗算指標(biāo)——面層容許剪應(yīng)力三、路面容許彎沉和設(shè)計彎沉值

1.路面容許彎沉現(xiàn)有路面回彈彎沉值是用杠桿式彎沉儀和具有標(biāo)準(zhǔn)軸載的規(guī)定汽車按前進卸荷法測定的。彎沉值的大小反映了路基路面的強弱，在相同車輪荷載下，路面的彎沉值愈大，則路面抵抗垂直變形的能力愈弱，反之則強。在達到相同程度的破壞時，回彈彎沉大小同該路面的使用壽命即輪載累計重復(fù)作用次數(shù)成反比關(guān)系。

定義：路面在使用期末的不利季節(jié)，在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。容許彎沉值與路面使用壽命的關(guān)系可通過調(diào)查測定確定。我國對公路瀝青路面按外觀特征分為五個等級，如下表所示，并把第四外觀等級作為路面臨界破壞狀態(tài)，以第四級路面的彎沉值的低限作為臨界狀態(tài)的劃界標(biāo)準(zhǔn)。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(fā)裂三中平整、無變形、有少量縱向或不規(guī)則裂紋四較

壞無明顯變形，有較多縱橫向裂紋或局部網(wǎng)裂五壞連片嚴重龜（網(wǎng)）裂或拌有車轍、沉陷路面達到某種臨界狀態(tài)時，累計交通量同容許彎沉值之間存在良好的雙對數(shù)關(guān)系。LR=650Ne(r=0.77，n=50)路面設(shè)計彎沉值是根據(jù)設(shè)計年限內(nèi)每個車道通過的累計當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層類型確定的，相當(dāng)于路面工后第一年不利季節(jié)、路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN作用下，測得的最大回彈彎沉值。式中：AT—相對彎沉變化系數(shù)，基于路面彎沉變化統(tǒng)計

Ne—設(shè)計年限內(nèi)一個車道上累計當(dāng)量軸次；Ac—公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2；As—面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、上拌下貫或貫人式路面為1.1;瀝青表面處治為1.2；中低級路面為1.3；Ab—基層類型系數(shù)，對半剛性基層、底基層總厚度等于或大于20cm時，Ab=1.0，若面層與半剛性基層之間設(shè)置等于或小于15cm級配碎石層、瀝青貫人碎石、瀝青碎石的半剛性基層結(jié)構(gòu)時，仍為1.0；柔性基層、底基層或柔性基層厚度大于15cm，底基層為半剛性下臥層時為1.6。容許彎沉與設(shè)計彎沉的關(guān)系路面厚度是根據(jù)彈性多層體系理論、層間接觸狀態(tài)為完全連續(xù)，在以雙圓均布荷載作用下，輪隙中心實測路表彎沉值Ls等于設(shè)計彎沉值Ld的原則進行計算，即Ls=Ld，由于力學(xué)計算模型，土基模量、材料特性和參數(shù)等方面在理論假設(shè)和實際狀態(tài)之間存在一定的差異，理論彎沉值和實測彎沉值之間存在一定誤差，因此需要對理論彎沉值進行修正。式中：Ls—路面實測彎沉值，0.01mm；

p、δ—標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強(MPa)和當(dāng)量圓半徑；

F—彎沉綜合修正系數(shù)；

αc—理論彎沉系數(shù)；（四）應(yīng)用1.計算彎沉與設(shè)計彎沉的計算狀態(tài)現(xiàn)同，取Ld＝Ls，反推αc

，由αc求取結(jié)構(gòu)組合（材料、模量和厚度組合）；2.驗算Ld與Ls的關(guān)系。四、結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力要求結(jié)構(gòu)層底面的最大拉應(yīng)力不大于結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力，在路面設(shè)計中通常表示為：

σm≤σR結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力是路面承受行車荷載反復(fù)作用達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞應(yīng)力。

可用下式計算：式中：σR—路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力，MPa；σsp—結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強度，MPa；Ks—抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)?？估瓘姸冉Y(jié)構(gòu)系數(shù)：表征結(jié)構(gòu)層材料的抗拉強度因疲勞而降低的，根據(jù)荷載應(yīng)力與達到疲勞臨界狀態(tài)的荷載作用次數(shù)之間關(guān)系的疲勞方程可表示如下：對瀝青混凝土面層：對無機結(jié)合料穩(wěn)定集料類：對無機結(jié)合料穩(wěn)定土類：式中：Aa—瀝青混合料級配類型的系數(shù)；細、中粒式瀝青混凝土為

1.0，粗粒式瀝青混凝土為1.1Ac—公路等級系數(shù)。

五、查圖法計算彎沉和結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力查圖法：在不具備電算條件時，可以通過查彎沉和彎拉應(yīng)力諾模圖的方法進行路表彎沉和結(jié)構(gòu)層底部拉應(yīng)力的計算。

雙層體系雙圓荷載輪隙彎沉(見上圖)的理論彎沉系數(shù)αL諾模圖如圖所示。計算時取μ1=0.25，μ0=0.35。理論彎沉的計算公式為：

式中αL為理論彎沉系數(shù)當(dāng)計算體系為彈性三層體系時，理論彎沉的表達式為：式中理論彎沉系數(shù)αL由彈性三層體系理論計算求得。將三層連續(xù)體系的電算結(jié)果繪成諾模圖。計算時取泊松比μ1=μ2=0.25，μ0=0.35。車輪荷載在路面面層和基層底面產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力，用彈性層狀體系理論方法計算。當(dāng)雙層體系理論表面作用圓形垂直均布荷載時(下圖)，由彈性雙層狀體系理論求得上層底面的拉應(yīng)力，其輻向應(yīng)力與切向應(yīng)力分別為：

式中σr與σt分別為輻向與切向彎拉應(yīng)力系數(shù)，它們是E0/El、

h/δ的函數(shù)，其表達式為含有貝塞爾函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的廣義積分。在上層底面r>0處，σt

>σr，在r=0處，σr=σt，數(shù)值最大。在雙圓均布垂直荷載作用下，當(dāng)雙層體系面層厚度不太大(H/δ<2)時，最大彎拉應(yīng)力通常發(fā)生在面層底面一個圓形荷載中心軸上（r=0,z=0）,(如圖a)所示，其表達式為：對于三層體系，在常用路面材料和厚度范圍內(nèi)，上層底面的最大彎拉應(yīng)力一般也產(chǎn)生在z軸上(r=0)或靠近z軸，而中層底面的最大彎拉應(yīng)力一般產(chǎn)生在r=1.5δ處，(如圖b)所示。三層體系上層或中層的彎拉應(yīng)力表達式也如公式1，此時σr與σt是E0/E1、E2/E1、h/δ及H/δ的函數(shù)。

1.彎沉等效換算法將多層體系按照彎沉相等的原則換算為雙層體系的方法稱作等彎沉換算法。

當(dāng)采用三層體系為計算體系時，需將多層體系按照彎沉等效的原則換算為三層體系。換算時將多層體系的第一層作為上層，其厚度和模量保持不變，將第2至n-1層作為中層并把它們換算為第2層模量的等效厚度，再加上模量不變的下層半空間體，則得到一個彎沉等效的三層體系(見下圖)。六、多層路面的等效換算中層厚度的換算公式為：2.彎拉應(yīng)力等效換算法當(dāng)采用三層體系計算多層路面的結(jié)構(gòu)層底部彎拉應(yīng)力時，需將多層路面按照拉應(yīng)力相等的原則換算為含有上層、中層和下層半空間體的彈性三層體系。換算后使用三層體系相應(yīng)層的彎拉應(yīng)力計算諾模圖求算拉應(yīng)力。根據(jù)對電算結(jié)果的分析歸納得出計算上層和中層彎拉應(yīng)力的多層路面換算方法：1)計算上層底面彎拉應(yīng)力的換算方法上層是指換算為三層體系之后的上層。當(dāng)計算第i層底面的彎拉壓力時，需將i層以上各層換算為模量Ei、厚度h的一層即所謂上層，換算公式為：

將i+1層至n-1層換算為模量Ei+1、厚度為H的一層即中層，換算公式為：h1E1hi

Eihi+1Ei+1hn-1En-1En∶∶∶∶h

EiH

Ei+1En多層體系彎拉應(yīng)力換算圖示

2)計算中層底面彎拉應(yīng)力此時即為計算路基之上的n-1層的彎拉應(yīng)力，就是中層為H=hn-1，而上層則為n-2層以上各層換算為模量En-2的換算厚度，換算公式為：七、軸載換算與累計當(dāng)量軸次

標(biāo)準(zhǔn)軸載計算參數(shù)

當(dāng)以設(shè)計彎沉為指標(biāo)以及驗算瀝青層層底拉應(yīng)力時，凡軸載大于25KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸）Pi的作用次數(shù)ni

，均應(yīng)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載為P的當(dāng)量作用次數(shù)N。標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載P/kN100單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d/（cm）21.3輪胎接地壓力p/MPa0.70兩輪中心距（cm）1.5d式中：—標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/日）；

—被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)（次/日）；

—標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；

—被換算車輛的各級軸載（kN）；

—軸數(shù)系數(shù)，當(dāng)軸間距大于3m時，按單獨的一個軸載計算，但間距小于3m時，按雙軸或多軸計算，軸數(shù)系數(shù)=1+1.2（m-1)，m為軸數(shù)。

—輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38；

—被換算車輛的類型數(shù)。當(dāng)進行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時，凡軸載大于50kN的各級軸載（包括車輛的前后軸）的作用次數(shù)，均應(yīng)按下式換算

換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)。式中：—軸數(shù)系數(shù)，當(dāng)軸間距小于3m的雙軸或多軸，，m為軸數(shù)；

—輪組系數(shù)，單輪為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。設(shè)計車道上標(biāo)準(zhǔn)軸載在使用年限（t年）內(nèi)的累計作用次數(shù)：

式中：—為車道系數(shù)，可參照下表確定。車道特征車道系數(shù)車道特征車道系數(shù)單車道1.0四車道0.4~0.5雙車道有分隔帶0.5六車道0.3~0.4無分隔帶0.6~0.7八、路基土回彈模量值的確定

（1）現(xiàn)場實測法（2）查表法（3）室內(nèi)試驗法（4）換算法九、新建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟新建瀝青路面通常按以下步驟進行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計：

1.根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，確定路面等級和面層類型，計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當(dāng)量軸次和設(shè)計彎沉值。

2.按路基土類與干濕類型，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(guī)模機械化施工，不宜小于lkm)，確定各路段土基回彈模量值。3.根據(jù)已有經(jīng)驗和規(guī)范推薦的路面結(jié)構(gòu)，擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進行配合比試驗及測定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度，確定各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計參數(shù)。4.根據(jù)設(shè)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基層材料的基層、底基層，應(yīng)驗算拉應(yīng)力是否滿足容許拉應(yīng)力的要求。如不滿足要求，或調(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，提高材料極限抗拉強度，再重新計算。對于季節(jié)性冰凍地區(qū)的高級和次高級路面，尚應(yīng)驗算防凍厚度是否滿足要求。例14-1

已知輪載p=0.7MPa，雙圓荷載的直徑d=21.3cm，雙層連續(xù)體系,E0=50MPa，E1=200MPa，h=24cm。試分別按查圖法和簡化公式方法以及彈性層狀體系理論計算雙圓荷載輪隙中心處及相當(dāng)單圓荷載中心處的彎沉值。解：查圖法按雙圓荷載計算：查P359圖14-13得則彎沉值為：

例14-2

已知輪載p=0.5MPa，雙圓荷載半徑δ=9.75cm，三層連續(xù)體系的計算模量分別為E1=800MPa，E2=300MPa，E3=40MPa，上層H1=6cm，中層H2=16cm。試計算雙圓荷載輪隙中心處的彎沉值。解：查圖法查P360圖14-14得α=12.10又查圖得k1=0.52

查圖得k2=1.1彎沉值為：例14-3

甲乙兩地之間計劃修建一條四車道的一級公路，在使用期內(nèi)交通量的年平均增長率為10%。該路段處于IV7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供給。預(yù)測該路竣工后第一年的交通組成如表14-15所示，試進行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。解：1)軸載分析路面設(shè)計以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載。(1)以設(shè)計彎沉值為指標(biāo)及驗算瀝青層層底拉應(yīng)力中的累計當(dāng)量軸次①軸載換算軸載換算采用如下的計算公式：計算結(jié)果如下表所示。②累計當(dāng)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，四車道的車道系數(shù)是0.4～0.5，取0.45。

累計當(dāng)量軸次：軸載換算結(jié)果表（彎沉）車型Pi（KN）C1C2ni（次/日）三菱T653B前軸29.316.43009.2后軸48.01130012.3黃河JN163前軸58.616.4400250.4后軸114.011400707.3江淮HF150前軸45.116.440080.2后軸101.511400426.8解放SP9200前軸31.316.430012.3后軸78.031300305.4湘江HQP40后軸73.221400205.9東風(fēng)EQ155前軸26.516.44007.9后軸56.72.2140074.62092.3（2）驗算半剛性基層層底拉應(yīng)力中的累計當(dāng)量軸次①軸載換算驗算半剛性基層層底拉應(yīng)力的軸載換算公式為：計算結(jié)果如下表所示。軸載換算結(jié)果表（半剛性基層層底拉應(yīng)力）車型PiC1′C2′ni黃河JN163前軸58.6118.5400102.9后軸114.0114001141.0江淮HF150后軸101.511400450.6解放SP9200后軸78.031300123.3湘江HQP40后軸73.22140065.9東風(fēng)EQ155后軸56.73140012.81896.5②累計當(dāng)量軸次參數(shù)取值同上，設(shè)計年限是15年，車道系數(shù)取0.45。累計當(dāng)量軸次：2)結(jié)構(gòu)組合與材料選取由上面的計算得到設(shè)計年限內(nèi)一個行車道上的累計當(dāng)量軸次約為1092萬次左右。根據(jù)規(guī)范推薦結(jié)構(gòu)，并考慮到公路沿途有大量碎石且有石灰供應(yīng)，路面結(jié)構(gòu)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“瀝青混合料類型的選擇(方孔篩)”，采用三層式瀝青面層，表面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)。3)各層材料的抗壓模量與劈裂強度查P355表14-13、14-14，得到各層材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，得到20℃的抗壓模量：細粒式密級配瀝青混凝土為1400MPa，中粒式的為1200MPa，粗粒式的為1000MPa，水泥碎石為1500MPa，石灰土550MPa。

各層材料的劈裂強度：細粒式密級配瀝青混凝土為1.4MPa，中粒式的為1.0MPa，粗粒式的為0.8MPa，水泥碎石為0.5MPa，石灰土0.225MPa。4)土基回彈模量的確定該路段處于IV7區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度為1.00，查P352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。5)設(shè)計指標(biāo)的確定對于一級公路，規(guī)范要求以設(shè)計彎沉值作為設(shè)計指標(biāo)，并進行結(jié)構(gòu)層底拉應(yīng)力驗算。(1)設(shè)計彎沉值路面設(shè)計彎沉值根據(jù)公式(14-25)計算。該公路為一級公路，公路等級系數(shù)取1.0，面層是瀝青混凝土，面層類型系數(shù)取1.0，半剛性基層，底基層總厚度大于20cm，基層類型系數(shù)取1.0。設(shè)計彎沉值為：(2)各層材料的容許層底拉應(yīng)力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：6）設(shè)計資料總結(jié)設(shè)計彎沉值為23.47（0.01mm），相關(guān)設(shè)計資料匯總?cè)缦卤怼?）確定石灰土層厚度設(shè)計資料匯總表材料名稱h（cm）20℃模量（MPa）15℃模量（MPa）容許拉應(yīng)力（MPa）劈裂強度（15℃）細粒式瀝青混凝土4140020000.44031.4中粒式瀝青混凝土5120018000.31451.0粗粒式瀝青混凝土6100014000.22860.8水泥碎石2515000.24270.5石灰土？5500.08490.225土基—40—按設(shè)計彎沉值Ld計算石灰土層厚度：（1）計算綜合修正系數(shù)F：（2）計算理論彎沉系數(shù)αc（3）求計算層厚度細粒式瀝青砼h1=4cmE1=1400中粒式瀝青砼h2=5cm