路面施工技術(shù)9-瀝青路面設(shè)計課件

公路路面施工技術(shù)——瀝青路面施工學(xué)習(xí)情境2瀝青路面設(shè)計路面損壞分析與設(shè)計考慮路面損壞分析泛油坑槽松散沉陷車轍低溫裂縫反射裂縫疲勞裂縫裂縫類變形類表面損壞類

疲勞裂縫

沉陷車轍

波浪、擁包

坑槽

瀝青路面設(shè)計的任務(wù)瀝青路面設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)公路使用要求以及水文、地質(zhì)、氣候等自然條件，交通條件，當(dāng)?shù)刂凡牧霞笆┕l件，設(shè)計確定技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的路面結(jié)構(gòu)，以保證路面在預(yù)定的使用期限內(nèi)，既能適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，又能滿足行車的使用要求。

瀝青路面設(shè)計的內(nèi)容路面設(shè)計內(nèi)容包括：選擇適當(dāng)?shù)穆访娌牧?，進(jìn)行材料配合比設(shè)計并確定設(shè)計參數(shù)；路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計，路面厚度計算以及不同路面結(jié)構(gòu)方案的比選。對高速公路、一級公路的路面設(shè)計，除行車道部分路面外，還應(yīng)包括路緣帶、硬路肩、加減速車道、緊急停車帶、匝道、收費站和服務(wù)區(qū)的路面設(shè)計。

瀝青路面設(shè)計的方法目前世界各國瀝青路面設(shè)計方法基本上可分兩類：一類是以經(jīng)驗或試驗為依據(jù)的經(jīng)驗法，其著名代表是美國加州承載比法(CBR法)和美國各州公路工作者協(xié)會(AmericanAssoeiationofStatesHighwayOfficials)法，簡稱AASHO法；另一類是以力學(xué)分析為基礎(chǔ)，同時考慮環(huán)境因素、交通條件和路面材料特性的理論法，如英荷殼牌(Sell)法、美國地瀝青協(xié)會(AI)法。理論法大多采用彈性層狀體系理論分析瀝青路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形和位移，并可以運用電子計算機(jī)技術(shù)。因此，理論法具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景。我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計方法，正是基于彈性層狀體系理論進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算的方法。

瀝青路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(1)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采用雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論進(jìn)行計算。

(2)高速、一級、二級公路的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)以路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力(拉應(yīng)變)及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)。三、四級公路以路表面設(shè)計彎沉值為設(shè)計指標(biāo)。有條件時，對重載交通路面宜檢驗瀝青混合料的抗剪切強(qiáng)度。

(3)路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)整體承載力與抵抗疲勞開裂的要求。

瀝青路面設(shè)計程序路面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)按相應(yīng)的流程進(jìn)行，主要設(shè)計內(nèi)容包括：

(1)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，按彎沉或彎拉指標(biāo)分別計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次，確定設(shè)計交通量與交通等級、面層、基層類型，并計算設(shè)計彎沉值或容許拉應(yīng)力。

(2)按路基土類與干濕類型及路基橫斷面形式，將路基劃分為若干路段，確定各個路段土基回彈模量設(shè)計值。

(3)參考本地區(qū)的經(jīng)驗擬訂幾種可行的路面結(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，測定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、彎拉模量與抗拉強(qiáng)度等，確定各結(jié)構(gòu)層的設(shè)計參數(shù)。

(4)根據(jù)設(shè)計指標(biāo)采用多層彈性體系理論設(shè)計程序計算路面厚度。

(5)對于季節(jié)性冰凍地區(qū)應(yīng)驗算防凍厚度是否符合要求。

(6)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定路面結(jié)構(gòu)方案。確定土基回彈模量路面結(jié)構(gòu)設(shè)計確定材料模量計算新建瀝青路面厚度學(xué)習(xí)任務(wù)計算設(shè)計彎沉值計算底層拉應(yīng)力計算累計當(dāng)量軸次編寫瀝青面層工程量清單

標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算標(biāo)準(zhǔn)軸載

我國現(xiàn)行路面設(shè)計以雙輪組單軸軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ--100表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)按下表確定。當(dāng)量軸次(equivalentsingleaxleloads)

按彎沉等效或拉應(yīng)力等效的原則，將不同車型、不同軸載作用次數(shù)換算為與標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN相當(dāng)?shù)妮S載作用次數(shù)。換算原則

(1)按等效原則建立兩種軸載作用次數(shù)之間的換算關(guān)系，即某種軸載在同一路面結(jié)構(gòu)上作用N2次所達(dá)到的臨界狀態(tài)，可以用標(biāo)準(zhǔn)軸載作用N1次代替。

(2)對某一種交通組成，不論以哪種軸載為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軸載換算，由換算所得作用次數(shù)計算的路面厚度是相同的。

軸載換算方法

(1)當(dāng)以設(shè)計彎沉值為設(shè)計指標(biāo)及進(jìn)行瀝青層層底拉應(yīng)力驗算時，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P的當(dāng)量作用次數(shù)N。式中：N——標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次，次/日；

ni——被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)，彬日；

P——標(biāo)準(zhǔn)軸載，kN；

Pi——被換算車輛的各級軸載，kN；

k——被換算車輛的類型數(shù)；

C1——軸數(shù)系數(shù)，C1=1+1.2(m一1)，m是軸數(shù)。當(dāng)軸間距大于3m時，按單獨的一個軸載計算，當(dāng)軸間距小于3m時，應(yīng)考慮軸數(shù)系數(shù)；

C2——輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。

軸載換算方法

(2)當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗算時，各級軸載(包括車輛的前、后軸)Pi的作用次數(shù)ni均按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N’。式中：C’1——軸數(shù)系數(shù)，當(dāng)軸間距小于3m時，雙軸或多軸的軸數(shù)系數(shù)C’1=1+2(m一1)；C’2——輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。

(3)上述軸載換算公式，適用于單軸軸載小于或等于130kN的各種車型的軸載換算。累計當(dāng)量軸次計算瀝青路面在設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次Ne計算公式為：累計當(dāng)量軸次計算計算設(shè)計彎沉值

設(shè)計彎沉值的計算設(shè)計彎沉值應(yīng)根據(jù)公路等級、設(shè)計年限內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次、面層和基層類型，按下式計算確定。式中：ld——設(shè)計彎沉值，O.01mm；

Ne——設(shè)計年限內(nèi)一個車道累計當(dāng)量軸次；

Ac——公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.O，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.O，熱拌和冷拌瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面、瀝青表面處治為1.1，中、低級路面為1.2；

Ab——基層類型系數(shù)，對半剛性基層Ab=1.0，柔性基層Ab=1.6，對于混合式基層采用線性內(nèi)插確定基層類型系數(shù)：

HF——為半剛性基層或底基層上柔性結(jié)構(gòu)層總厚度，cm。確定土基回彈模量

確定土基回彈模量室內(nèi)試驗法測定土的回彈模量應(yīng)按以下要求進(jìn)行。①應(yīng)選擇土料場，取土樣，按照《公路土工試驗規(guī)程》(JTGE40—2007)中T0135小承載板法試驗要求進(jìn)行，宜采用100mm直徑承載板。回彈模量測試結(jié)果應(yīng)采用下式修正：式中：Eos——修正后的回彈模量，MPa；

λ——試筒尺寸約束修正系數(shù)，50mm直徑承載板取0.78，100mm直徑承載板取O.59。E——室內(nèi)試驗法回彈模量實測值，MPa。②試件制備應(yīng)根據(jù)重型擊實標(biāo)準(zhǔn)確定的最佳含水率，采用三組試樣，每組三個試件，每個試件分別按重錘三層98次、50次、30次擊實制件，測得不同壓實度與其相對應(yīng)的回彈模量值，繪成壓實度與回彈模量間的關(guān)系線，查圖求得標(biāo)準(zhǔn)壓實度條件下土的回彈模量值。

確定土基回彈模量③路基回彈模量設(shè)計值應(yīng)考慮公路等級、不利季節(jié)和路基干濕類型的影響，采用下式計算：

式中：EOD——路基回彈模量設(shè)計值，MPa；

Eos——室內(nèi)承載板法考慮試筒尺寸約束修正后的回彈模量測試結(jié)果，MPa；

Z——考慮保證率的折減系數(shù)，根據(jù)公路等級參考下表選取；

K——考慮不利季節(jié)和路基干濕類型的綜合影響系數(shù)，參考下表選取，或者根據(jù)室內(nèi)承載板法回彈模量與稠度的關(guān)系分析確定，或根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗確定。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，應(yīng)遵循以下一些技術(shù)經(jīng)濟(jì)原則：

(1)因地制宜，合理選材。

(2)方便施工，利于養(yǎng)護(hù)。

(3)分期修建，逐步提高。(4)整體考慮，綜合設(shè)計。

(5)考慮氣候因素和水溫狀況的影響。路面結(jié)構(gòu)層選擇瀝青面層分為熱拌瀝青混合料、冷拌瀝青混合料、瀝青貫人式、瀝青表面處治與稀漿封層四種類型。熱拌瀝青混合料包含瀝青混凝土、瀝青碎石混合料。瀝青混凝土適用于各級公路的面層。熱拌瀝青碎石混合料、瀝青貫人式(含上拌下貫瀝青碎石)可用于二級、三級公路的面層，以及用于柔性基層、調(diào)平層。瀝青表面處治與稀漿封層可用于三、四級公路的面層和各級公路的上、下封層。冷拌瀝青混合料可用于三、四級公路面層，或舊路修補(bǔ)工程。瀝青層的厚度各瀝青層的厚度應(yīng)與混合料的公稱最大粒徑相匹配，一般瀝青層的最小壓實厚度不宜小于混合料公稱最大粒徑的2.5～3倍，對斷級配或以粗集料為主的嵌擠型級配的瀝青混合料，其一層壓實最小厚度不宜小于公稱最大粒徑的2.5倍，以利于碾壓密實，提高其耐久性、水穩(wěn)性。瀝青層最小厚度和適宜厚度宜符合下表要求。基層、底基層設(shè)計基層、底基層設(shè)計應(yīng)貫徹就地取材、就近取材的原則，認(rèn)真做好當(dāng)?shù)夭牧系恼{(diào)查，根據(jù)交通量及其組成、氣候條件、筑路材料以及路基水文狀況等因素，選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)?；鶎涌蛇x用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類或瀝青混合料、粒料、貧混凝土等材料，底基層應(yīng)充分利用沿線地方材料，可采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土類或粒料類等?；鶎?、底基層厚度基層、底基層厚度應(yīng)根據(jù)交通量大小、材料力學(xué)性能和擴(kuò)散應(yīng)力的效果，充分發(fā)揮壓實機(jī)具的功能，以及有利于施工等因素選擇各結(jié)構(gòu)層的厚度。各結(jié)構(gòu)層的材料變化不宜過于頻繁，以利于施工組織、管理。各結(jié)構(gòu)層施工最小厚度與適宜厚度應(yīng)符合下表的要求。半剛性材料基層、底基層的一層壓實厚度宜為180～200mm，并不得分層鋪筑小于15cm的薄層，對半剛性材料的上基層厚度不宜小于180mm。結(jié)構(gòu)組合設(shè)計

(1)應(yīng)根據(jù)公路所在區(qū)域的水文地質(zhì)、氣候特點，公路等級與使用要求，交通量及其交通組成等因素，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嵺`經(jīng)驗，選擇適宜的路面結(jié)構(gòu)組合，擬定瀝青層厚度。

(2)對半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計，基層與瀝青面層的模量比宜在1.5～3之間；基層與底基層的模量比不宜大于3.O；底基層與土基模量比宜在2.5—12.5之間。

(3)剛性基層瀝青路面應(yīng)采取措施加強(qiáng)瀝青層與剛性基層間的結(jié)合，并提高瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度。

(4)為防止雨水、雪水滲入基層，應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)內(nèi)部的排水系統(tǒng)，將水排出路基。

(5)為排除路面、路基中滯留的自由水，確保路面結(jié)構(gòu)處于干燥或中濕狀態(tài)，下列情況下的路基應(yīng)設(shè)置墊層。①地下水位高，排水不良，路基經(jīng)常處于潮濕、過濕狀態(tài)的路段。②排水不良的土質(zhì)路塹，有裂隙水、泉眼等水文不良的巖石挖方路段。③季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段，可能產(chǎn)生凍脹需設(shè)防凍墊層的路段。④基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段。

結(jié)構(gòu)組合設(shè)計

(6)對于半剛性基層瀝青路面宜采取以下措施，減少收縮開裂和反射裂縫。①選用骨架密實型半剛性基層，嚴(yán)格控制細(xì)料含量、結(jié)合料劑量、含水率，及時養(yǎng)生。②適當(dāng)增加瀝青層的厚度，在半剛性材料層上設(shè)置瀝青碎石或級配碎石等柔性基層。③在半剛性基層上設(shè)置改性瀝青應(yīng)力吸收膜、應(yīng)力吸收層或鋪設(shè)經(jīng)實踐證明有效的土工合成材料等。

(7)設(shè)計時應(yīng)采取技術(shù)措施，加強(qiáng)路面各結(jié)構(gòu)層之間的結(jié)合，提高路面結(jié)構(gòu)的整體性，避免產(chǎn)生層間滑移。①瀝青層之間應(yīng)設(shè)置黏層。黏層瀝青可用乳化瀝青、改性乳化瀝青或熱瀝青，灑布數(shù)量宜為O.3～O.6kg／m2。②各種基層上宜設(shè)置透層瀝青。透層瀝青應(yīng)具有良好的滲透性能，可用液體瀝青(稀釋瀝青)、乳化瀝青等。③在半剛性基層上應(yīng)設(shè)下封層。④新、舊瀝青層之間，瀝青層與舊水泥混凝土板之間應(yīng)灑布黏層瀝青，宜用熱瀝青或改性乳化瀝青、改性瀝青。⑤拓寬路面時，新、舊路面接茬處，宜噴涂黏結(jié)瀝青。⑥雙層式半剛性材料基層宜采取連續(xù)攤鋪、碾壓工藝，增強(qiáng)層間結(jié)合，以形成整層。

(8)下封層可用瀝青單層表面處治或砂粒式、細(xì)粒式密級配瀝青混合料，稀漿封層等。其材料規(guī)格與要求宜符合本規(guī)范有關(guān)規(guī)定。確定材料模量確定材料模量

路面設(shè)計中各結(jié)構(gòu)層的材料設(shè)計參數(shù)應(yīng)根據(jù)公路等級和設(shè)計階段的要求確定。

(1)高速公路、一級公路施工圖設(shè)計階段，應(yīng)根據(jù)擬采用的路面材料實測設(shè)計參數(shù)；各級公路采用新材料時，也必須進(jìn)行材料試驗實測設(shè)計參數(shù)。

(2)高速公路、一級公路初步設(shè)計階段或二級及其以下公路施工圖設(shè)計階段，可借鑒本地區(qū)已有的相近材料試驗資料，根據(jù)使用經(jīng)驗確定。

(3)初步設(shè)計階段可根據(jù)下表確定設(shè)計參數(shù)。計算新建瀝青路面厚度計算新建瀝青路面厚度

瀝青路面厚度計算，根據(jù)多層彈性理論、層間接觸條件為完全連續(xù)體系時，在雙圓均布荷載作用下，輪隙中心處實測路表彎沉值ls等于設(shè)計彎沉ld的原則進(jìn)行計算，計算公式：ls=ld式中：p、δ—標(biāo)準(zhǔn)軸載輪胎接地壓強(qiáng)和當(dāng)量圓半徑，p=0.7Mpa,δ=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；

αc——理論彎沉系數(shù)，由彈性層狀體系理論計算得出。計算步驟

(1)確定單車道累計當(dāng)量軸次Ne。

(2)對選定的結(jié)構(gòu)組合，擬訂某一層位作為設(shè)計層。先擬訂某一層作為設(shè)計層，再擬訂面層和其他各層的厚度。當(dāng)采用半剛性基層、底基層結(jié)構(gòu)時，可選任一層作為設(shè)計層；當(dāng)采用半剛性基層、粒料類材料底基層時，應(yīng)擬訂面層、底基層厚度，半剛性基層為設(shè)計層；對于采用柔性基層、底基層的瀝青路面，宜擬訂面層、底基層的厚度，求算基層厚度，此時若求得基層厚度過厚時，可考慮選用瀝青碎石或乳化瀝青碎石作上基層，以減薄路面總厚度，增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

(3)確定設(shè)計彎沉值ld。

(4)確定路面材料設(shè)計參數(shù)。在初步設(shè)計階段應(yīng)選用沿線材料和外購材料進(jìn)行配合比設(shè)計。在選定配合比的基礎(chǔ)上，按有關(guān)規(guī)程實測材料設(shè)計參數(shù)，并論證地確定各層材料(瀝青混合料在15℃、20。C時)的抗壓回彈模量Ei和劈裂強(qiáng)度σsp、抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks、容許拉應(yīng)力στ。

(5)確定土基的回彈模量E0。

(6)根據(jù)某車道累計軸次Ne、設(shè)計彎沉ld、各結(jié)構(gòu)層的回彈模量Ei、劈裂強(qiáng)度σsp、土基回彈模量E0、已知結(jié)構(gòu)層厚度hi等，利用專用設(shè)計程序即可求得某一結(jié)構(gòu)層的厚度。計算層底拉應(yīng)力層底彎拉應(yīng)力計算公式整體性材料層底的拉應(yīng)力值σm。采用最大拉應(yīng)力的理論公式：式中：——理論最大拉應(yīng)力系數(shù)。驗算瀝青混凝土面層及半剛性材料的基層、底基層的層底拉應(yīng)力時，以單圓的中心點B、單圓半徑的二分之一點D、單圓的內(nèi)側(cè)邊緣點E及雙圓間隙中心點C為計算點，并取最大值作為層底最大拉應(yīng)力。計算步驟在既定的結(jié)構(gòu)組合及已知各結(jié)構(gòu)層厚度的前提下可按下列步驟進(jìn)行整體性結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力的驗算。

(1)確定路面材料設(shè)計參數(shù)。確定各結(jié)構(gòu)層的劈裂強(qiáng)度σsp、路面設(shè)計彎沉ld、容許拉應(yīng)力σr。①瀝青混凝土面層、半剛性材料基層、底基層以彎拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)時，材料的容許拉應(yīng)力σr應(yīng)按下列公式計算：式中：σsp——瀝青砼或半剛性結(jié)構(gòu)層材料的劈裂強(qiáng)度

Ks——抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)，同荷載的反復(fù)作用次數(shù)有關(guān)。②對瀝青混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，系指15℃時的極限抗拉強(qiáng)度；對水泥穩(wěn)定類材料，指齡期為90d的極限抗拉強(qiáng)度(MPa)；對二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類的材料，指齡期為180d的極限抗拉強(qiáng)度(MPa)。③的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)計算：