彈性層狀體系理論分析

彈性層狀體系理論分析第1頁(yè)/共59頁(yè)1、疲勞開(kāi)裂疲勞開(kāi)裂是指路面在正常使用情況下，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10～20mm。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)。

第2頁(yè)/共59頁(yè)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小（＜3％）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?。6、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。第3頁(yè)/共59頁(yè)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。第4頁(yè)/共59頁(yè)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)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)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。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)。第5頁(yè)/共59頁(yè)

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)的整體效能?！?0－4柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)第6頁(yè)/共59頁(yè)第7頁(yè)/共59頁(yè)一、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。第8頁(yè)/共59頁(yè)設(shè)計(jì)原則

（1）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。第9頁(yè)/共59頁(yè)設(shè)計(jì)原則（2）按路面受力特征選擇各結(jié)構(gòu)層次荷載應(yīng)力隨深度增加而遞減，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，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。第10頁(yè)/共59頁(yè)設(shè)計(jì)原則第11頁(yè)/共59頁(yè)設(shè)計(jì)原則（3）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。第12頁(yè)/共59頁(yè)設(shè)計(jì)原則（4）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。第13頁(yè)/共59頁(yè)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。第14頁(yè)/共59頁(yè)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)化的路面結(jié)構(gòu)。

第15頁(yè)/共59頁(yè)第16頁(yè)/共59頁(yè)路面結(jié)構(gòu)形式第17頁(yè)/共59頁(yè)§10－5新建柔性路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算進(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。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ls≤lR.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。第18頁(yè)/共59頁(yè)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)：路表設(shè)計(jì)彎沉驗(yàn)算指標(biāo)：整體性結(jié)構(gòu)層層底彎拉應(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)步驟第19頁(yè)/共59頁(yè)一、路表回彈彎沉值ls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)：①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(xiàn)彈性材料組成，各層的力學(xué)特性用彈性模量E、泊松比μ、厚度h表示；②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，但豎向具有一定厚度；③路面材料的應(yīng)力和應(yīng)變呈直線(xiàn)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；④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）；⑤不計(jì)各層材料自重。⑥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。第20頁(yè)/共59頁(yè)2、三層體系計(jì)算圖式第21頁(yè)/共59頁(yè)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；

δ－雙圓均布荷載的當(dāng)量圓半徑，cm；

αL－理論彎沉系數(shù)，可由諾模圖查得。第22頁(yè)/共59頁(yè)彈性三層體系表面彎沉系數(shù)αL諾模圖第23頁(yè)/共59頁(yè)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(xiàn)性等因素，使理論彎沉值和實(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。實(shí)際彎沉值式中：F－彎沉綜合修正系數(shù)；

AF－參數(shù)，BZZ-100時(shí)，AF＝1.47；BZZ-60時(shí)，AF＝1.50。第24頁(yè)/共59頁(yè)4、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)力等效換算（3）中層底面彎拉應(yīng)力等效換算第25頁(yè)/共59頁(yè)二、容許回彈彎沉值lR的計(jì)算1、概念：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lR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。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。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。其值與路面等級(jí)、類(lèi)型、軸載、累計(jì)交通量等有關(guān)?？筛鶕?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第26頁(yè)/共59頁(yè)

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)。第27頁(yè)/共59頁(yè)

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BZZ－100標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)軸次的范圍為27×104～1470×104。統(tǒng)計(jì)回歸得lR計(jì)算公式：公路路面設(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→竣工后第一年不利季節(jié)。

容許彎沉值→使用期末不利季節(jié)（臨界破壞狀態(tài)）。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)。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。第28頁(yè)/共59頁(yè)2、容許回彈彎沉值lR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。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。第29頁(yè)/共59頁(yè)3、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：①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；②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)算的路面厚度結(jié)果應(yīng)當(dāng)是相同的。

2）換算公式式中：Nci——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；第30頁(yè)/共59頁(yè)

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)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：第31頁(yè)/共59頁(yè)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？第32頁(yè)/共59頁(yè)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σ≤σR（一）容許彎拉應(yīng)力1、概念：指路面結(jié)構(gòu)在行車(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。第33頁(yè)/共59頁(yè)（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σr1=pm1m2

σ中層底面彎拉應(yīng)力σr2=pn1n2

σ其中，m1，m2，

n1，n2，σ等計(jì)算系數(shù)可由諾謨圖查得。第34頁(yè)/共59頁(yè)第35頁(yè)/共59頁(yè)第36頁(yè)/共59頁(yè)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：第37頁(yè)/共59頁(yè)2）計(jì)算第層底面彎拉應(yīng)力時(shí)換算圖式:

換算公式:（彎拉回彈摸量）第38頁(yè)/共59頁(yè)

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τa≤τR

（一）容許剪應(yīng)力計(jì)算公式：τR＝fv/Kv

其中fv指瀝青混合料面層材料的抗剪強(qiáng)度，

fv＝c+σatgφ

,c、φ由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，σa由摩爾－庫(kù)侖強(qiáng)度理論求得，σa＝σ1＋τmax(1+sinφ),σ1與τmax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)）第39頁(yè)/共59頁(yè)（二）面層剪應(yīng)力計(jì)算

1、計(jì)算圖式

2、計(jì)算公式

τa＝τmax(cosφ)

＝p.τmf.(cosφ)

其中：τmf＝τm,0.3＋1.3(f-0.3)

τm,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。

第40頁(yè)/共59頁(yè)第41頁(yè)/共59頁(yè)第42頁(yè)/共59頁(yè)路基土回彈模量值的確定（1）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0~0.5mm（路基軟弱時(shí)測(cè)至1mm）的變形～壓力曲線(xiàn)，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。

（2）查表法對(duì)于新建公路，在無(wú)實(shí)測(cè)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)λ。（4）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。第43頁(yè)/共59頁(yè)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：①?gòu)?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；②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；③參數(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：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。第44頁(yè)/共59頁(yè)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)力補(bǔ)充：公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)第45頁(yè)/共59頁(yè)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Ls等于設(shè)計(jì)彎沉Ld的原則進(jìn)行計(jì)算。

1）按彎沉進(jìn)行路面厚度計(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(xiàn)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):第46頁(yè)/共59頁(yè)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3）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（擁包）等破壞現(xiàn)象，要求驗(yàn)算瀝青面層抗剪強(qiáng)度。第47頁(yè)/共59頁(yè)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。

——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)。

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。第48頁(yè)/共59頁(yè)容許彎拉應(yīng)力瀝青混凝土面層無(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)?！从碁r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)。

第49頁(yè)/共59頁(yè)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：

抗剪強(qiáng)度τ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)馗邷卦路萋繁韺?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）：

在緊急制動(dòng)時(shí)（f=0.5）：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)。第50頁(yè)/共59頁(yè)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。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。第51頁(yè)/共59頁(yè)新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟第52頁(yè)/共59頁(yè)§10－6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。第53頁(yè)/共59頁(yè)（二）舊路面計(jì)算彎沉值的確定1、將全線(xiàn)劃分若干段測(cè)定回彈彎沉（注意測(cè)定方法）2、計(jì)算回彈彎沉值的代表值3、確定某路段的計(jì)算彎沉值（引入季節(jié)影響