第一章 沥青路面概论.doc

第一章 概论第1.1节 沥青路面特点及分类沥青路面指用沥青材料作结合料铺筑面层的路面的总称。它适用于各种交通量的道 路，由于用沥青作为结合料修筑的路面呈黑色，故以称黑色路面。 1.1.1 沥青路面特点 1由于使用粘结力较强的沥青材料作为结合料，使矿料之间的粘结力得到加强，从而提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性都得到提高。同时，可以根据路面使用需求，可调整路面结构组成和沥青混合料的配合比，从而调整沥青路面的强度，以适应不同交通量的要求。 2沥青面层的透水性小，特别是密实沥青混凝面层的透水性很小，能大大防止地表水进入路面基层和路基，从而使路面的强度稳定，但同时使得土基和基层内的水分难以排如，在潮湿路段如果路面结构处理不当易发生基和基层变软，导致路面破坏。 3沥青路面表面平整、坚实、无接缝、行车平稳、舒适、噪音小，能适应高速行车对舒适度的需求。沥青路面晴天无尘土，雨天不泥泞，在烈日照射下不反光，便于行车。4沥青面层适宜于用机械化施工，沥青混合料的生产可以工厂化，质量较易得到保证，施工进度快。 5沥青路面有利于分期修建和方便修补、开放交通快。 6由于沥青路面面层抗弯拉强度低，对基层的强度和稳定性要求高， 故沥青路面注重于路面组合设计。 7沥青面层的温度稳定性较差，高温时表现为材料变软，强度下降， 易出现车辙、推移、波浪等破坏；低温时表现为材料变脆，易出现路面开裂。 8沥青路面施工受季节和气候的影响较大，在低温季节和雨季，除乳化沥青外，不能施工。 9. 沥青路面属于柔性路面体系，面层刚度较水泥路面低得多，履带式车辆不能在沥青路面上行驶。1.1.2 常用沥青路面结构类型 根据沥青路面的材料组成和施工工艺的不同，沥青路面主要有4种类型， 即沥青表面处治、沥青贯入式、沥青碎石和沥青混凝土。随着科学技术的 发展，近年来，各种新型沥青防滑磨耗层，如排水性磨耗层、SMA等也 在我国道路和机场工程中得到了大量应用。 1沥青表面处治（bituminous surface treatment) 沥青表面处治路面是用沥青和细集料铺筑的一种薄层面层，厚度不大于3cm。除了传统的层铺法表面处治工艺外，还有稀浆封层、微表处、雾状封层、薄沥青罩面等表面处治形式。 沥青表面处治，特别是单层式表面处治厚度较薄，对路面结构整体强度和刚度提高不多，在结构分析时往往不计入路面体系内。其主要作用是抵抗行车磨耗，增强防水性，提高平整度，改善路面行车条件；特点是表面摩擦系数大，表面构造深度大，有利于高速车辆行驶安全。它还具有良好的抗温度裂缝性能。沥青表面处治可用于轻交通道路沥青面层或磨耗层，也可用于对旧沥青面层的养护维修或加铺罩面等。2沥青贯入式（bituminous penetration pavement） 沥青贯入式是在初步压实的碎石(或破碎砾石)上分层浇洒沥青、撒布嵌缝料,经压实并借助行车压实而形成的一种较厚的面层。贯人式沥青路面采用粘稠沥青铺筑时，其厚度通常为48cm，采用乳化沥青时，其厚度不宜超过5cm。当贯入式层上部加铺拌和沥青混合料面层时，路面总厚度宜为6-10cm。沥青贯入式面层依靠集料颗粒的锁结作用及沥青的粘结作用获得强度的，有着较大的荷载分布能力。在沥青路面的整体结构中，它起着较为重要前作用。 由于沥青贯入式碎石面层的沥青用量较高，且下部的集料粒径较大，对于延缓半刚性基层引起的反射裂缝较为有用，通常可作为半刚性基本沥青路面的联结层。沥青贯入式面层是一种多空隙的结构，尤其是下部粗碎石空隙更大，当其作为路面的最上层时，应撒布封层料或加铺拌和层，以改善路表的渗水情况， 提高贯入式面层本身的耐用性。如果是在半刚性基层上铺筑乳化沥青贯入式面层，由于其成型慢、孔隙较大、渗水严重，应铺筑下封层。3 沥青碎石（bituminous macadam pavement） 沥青碎石路面是由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)组成，压实后剩余空隙率较大。沥青碎石路面的强度主要依靠粗集料颗粒的嵌锁作用，受沥青感温性影响较小，因此热稳性较好。沥青碎石混合料的沥青用量较沥青贯入式碎石少，工程造价较低。沥青碎石混合料可以采用集中厂拌生产，质量容易保证，均匀性和稳定性优于沥青贯入式碎石。沥青碎石的主要缺点是空隙率较大，空气和路表水易透入，路面的耐久性较差。由于沥青碎石混合料中细集料和矿粉含量较低、空隙率大，其抗疲劳性较沥青混凝土差目前在我国高等级道路沥青面层中已较少采用沥青碎石结构层，仅将其作为柔性基层的上基层或整平层使用。4沥青混凝土（bituminous concrete pavement) 沥青混凝土路面是采用粘稠沥青与连续级配的矿质集料拌和而成的混合料，经压实成型的路面结构。沥青混凝土具有强度高、整体性好、抵抗行车和自然因素破坏作用能力强等优点。它的强度和密实度是各种沥青面层结构中最高的，适用于各种等级道路的沥青路面面层。 高速公路、一级公路和城市快速路、主干路的沥青面层的上、中、下面层都应采用沥青混凝土铺筑，其它等级道路的沥青路面的上面层也宜采用沥青混凝土铺筑。 5抗滑表层或磨耗层 抗滑表层或磨耗层的功能主要是提高路表平整度，改善路面的行车条件，特点是表面摩擦系数大，表面构造深度大，有利于高速车辆行驶安全。除了所述表面处治结构外，目前国内外用作抗滑表层或磨耗层的沥青混凝土有以下几种类型： (1) 抗滑表层混合料AK。其矿料级配及压实后混合料剩余空隙率与型沥青混凝土接近，对矿料的磨光值、磨耗值及压碎值有较高的要求。 (2) 多孔隙沥青混凝土OGFC。它采用单一粒径或开级配集料与沥青拌制，细集料及沥青用量较少，铺筑厚度3.54.0cm。压实后空隙率较高，通常在20以上，雨水可以在其内部空隙流通、排走，减少路表溅水和喷射现象，并具有吸音效果。由于空隙率较大，水分和空气的自由进出对沥青混合料的性能影响较大，为了提高沥青混合料的强度和耐久性，应采用高性能沥青。这种混合料也可用于排水基层。 (3) 沥青玛蹄脂碎石SMA。它是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的嵌挤密实结构的混合料，SMA混合料的特点主要包括两个方面：一是大尺寸集料颗粒互相嵌挤组成高稳定性（高抗变形能力）的石-石骨架结构；二是细集料沥青结合料和稳定添加剂组成的沥青玛蹄脂填充“骨架”间隙，并将“骨架”胶结在一起，沥青玛蹄脂略有富余，使混合料获得较好的柔性和耐久性。SMA混合料主要应用于高等级道路沥青路表层。（4）机场道面与桥面铺装 考虑到沥青道面的优异使用性能和便于养护改建的特点，我国机场道面不仅大量采用沥青混凝土加铺层来改建已有水泥混凝土道面，而且修建了新的沥青混凝土道面。由于桥面沥青混凝土铺装层与桥梁上部结构在刚度、强度、变形性能等方面的差异，桥面铺装沥青混凝土与路段 沥青混凝土路面相比，在对材料的技术要求、施工工艺和构造等方面有较大差别。特别是大跨度钢桥桥面铺装仍是目前存在的技术难题之一。1.1.3 沥青路面的分类 1按路面使用质量，承载力大小以及使用修理期的长短，可分为高级路面和次高级路面。 高级路面包括热拌热铺的沥青混凝土和沥青碎石，这类路面的使用修理闻隔时间长，一般可使用1520年左右，承载能力较大，可承受5000辆d以上的交通量，或者在设计使用年限内可承受标准轴载的累汁作用次数达200104轴次以上。 次高级沥青路面包括贯入式、上拌下贯式、路拌(冷拌)沥青碎(砾)石以及沥青表面处治等结构类型。此类路面的使用年限为812年，承载能力较小，可承受3005000辆d的交通量，或在设计使用年限内可承受标准轴载的累计作用次数为10104200104轴次不等，其造价比高级路路面低。2按强度形成原理沥青路面可划分为两大类：嵌挤类和密实类。 按嵌挤原则修筑的沥青路面要求矿料尺寸均一。路面的强度和稳定性主要取决于骨料的相互嵌挤所产生的内摩阻力，而粘结力则起着次要作用。按嵌挤原则修筑的沥青路面，其热稳定性较好，但因空隙率较大、易渗水，因而耐久性较差。为保证嵌挤作用长期有效，要求 矿料有高的强度，否则施工碾压与使用过程中，会逐步碾碎面而向密实类转化。典型的嵌挤类沥青路面有表面处治、贯入式等。 按密实原则修建的沥青路面要求矿料符合要求的级配组成，路面的强度和稳定性取决于集料和沥青粘结料之间的粘结力，集料之间可能构成骨架作用。按密实原则修筑的沥青路面，热稳定性较差，空隙率较小，平整度较好。典型的密实类沥青路面有沥青混凝土。3按施工工艺沥青路面可分为三类：层铺法、路拌法和厂拌法。 （1）层铺法指用分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑，按这种方法重复几次做成一定厚度的层次。其主要优点是施工工艺和设备简便、 工效高、进度快、造价低。其缺点是路面成型期长，需要一个炎热季节行车碾压反油期，路面才能成型。用此方法修筑的沥青路面有沥青表面处治和沥青贯入式两种。（2）路拌法指施工现场以不同的方式（人工或机械的，牵引式或半固定式的机械等）将冷料热油，或冷料冷油拌和，摊铺和碾压。通过拌和，沥青分布比层铺法均匀，可以缩短路面成型期，但因矿料是冷的，要求沥青稠度比较低，故混合料强度较低。路拌法有利于就地取材，路拌沥青碎石（砾石）混合料和拌和式沥青表面处治即按此法施工。（3）厂拌法指集中设置拌和基地，采用专用设备，将具有一定级配的矿料和沥青加热拌和，然后将混合料运至工地热铺热压或冷铺冷压，碾压终了即可开放交通。此法可使用粘稠沥青和精选矿料，因此，混合料质量高，路面使用寿命长，但一次性投资的建筑费用较高，采用厂拌法施工的沥青路面有沥青混凝土和厂拌沥青碎石。1.2.1 路面的结构层次划分与作用行车荷载和自然因素对路面的影响是随深度而逐渐减弱的，因此，对路面材料的强度，刚度和稳定性等要求也可随深度而逐渐降低。所以通常路面结构根据使用要求、受力状况，可在土基上采用不同规格和要求的材料分成多层来铺筑，以发挥各种路面材料的功能，节约工程造价。路面结构层一般分为面层、基层和垫层。第1.2节 沥青路面对路基及基层的要求1面层(surface course)面层是路面结构层最上面的一个层次，直接承受车辆荷载及自然因素的影响，并将车辆荷载传递到基层。因此，它要求比基层有更好的强度和刚度，能安全的把荷载传递到下层，还要求表面平整、有良好的抗滑性能，使车辆能顺利的通过。它必须能抵抗车轮的磨耗，对气候作用有充分抵抗的能力，稳定性好，不透水，以防止雨水渗透进入下层。面层的主要材料沥青混凝土，沥青碎石等。根据使用条件不同，面层有时分为两层或三层修筑，称上面层，中面层和下面层。如沥青混凝土作为上面层，沥青碎石作为下面层。为加强面层与基层共同作用或减少基层裂缝对面层的影响，在基层上加铺联结层（一般采用沥青碎石或沥青贯入），它也是面层的组成部分，应参加路面厚度计算。用作封闭表面空隙，防止水份面层的封层厚度不超过2cm的磨耗层和抗滑层不能作为一个独立的层次，不参加路面厚度计算，但仍应看作面层的一部分。2基层(base course)基层是面层以下的结构层。它主要承受由面层传递的车辆荷载垂直力，并将它分摊到土基或垫层上。因此，它应有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的性能。因此，基层也应有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力性能。基层同时也要有平整的表面，以保证面层厚度均匀。它还可能受到地表水或地下水的侵入，故应有足够的水稳稳定性，以防湿软变形过大而影响路面结构的强度。沥青路面的基层材料主要有各种结合料（水泥、沥青）稳定碎（砾）石或工业废渣组成的混合料，贫水泥混凝土等。以沥青为稳定碎砾石的柔性基层已在工程实践中获得大量应用。当基层较厚，基层采用二种以上混合料时，基层也可分为两层或三层修筑。称为上基层、中基层和底基层，随着基层层位越靠土基，所受应用也越小，对材料强度的要求也较低，一般底基层采用当地地材修筑。3垫层 (bed course)为了隔水、排水，防冻或改善基层和土基的工作条件，可以在基层与基之间修筑垫层，如在地下水位较高的路基上，可能发生冻胀翻浆的路基上，以及土质不良的路基或冻深较大的路基上都应设置垫层。垫层材料强度要求不高，但水稳定性或隔热性能要求好，常用的垫层 材料有砂砾、工业废渣、片（圆）石组成的透水性垫层和石灰土等组成的稳定性材料。实际路面结构层次不一定如上述那样完备，如水温状况良好的路段不设垫层；有时一种层次可起二个层次的作用，如碎石路面铺在土基上，则这层碎石路面既是面层也是基层；有时层次的功能发生改变，如旧的碎石 路面上铺沥青路面，碎石路面由面层变为新路面的基层。 为了保护路面面层的边缘，一般公路的基层宽度也应比基层每边至少宽出25cm，垫层的宽度应比基层每边至少宽出25cm，或与路基同宽，以利于排水和施工方便。 位于路面外缘至路基边缘的部分称为路肩。为了保持行车道的功能，路肩可以偶然承受车辆的作用和作为临时停车使用，路肩可全部或部分修筑成硬路肩。硬路肩的加固方法可根据公路等级、路面类型及混合交通等情况结合当地经验进行。路肩横坡度一般应略大予路面的横坡度，土路肩横坡度应较路面横坡度大121、对路拱横坡取值问题的解释2、尽量不采用横坡的解释3、平均坡对抛物线路拱，圆曲线路拱对直线坡段插入圆曲线的结构。 对路拱横坡的要求路面面层表面应具有一定横向坡度，以利排大气降水。除超高路段外，路面横断面通常做成中间拱起的形状，称为路拱。1.2.2 沥青路面对路基及基层的要求沥青路面属柔性路面，其力学强度和稳定性很大程度上取决于土基与基层的特性。因此对路基和基层有下述要求。1沥青路面对路基的要求（1) 路基要有尽可能高的强度。（2) 路基要有尽可能高的稳定性。为了保证路基的强度和稳定性，首先要尽可能减少或防止自由水进入路基。其次是分层填筑路堤，按重型压实标准加强路基压实，特别是增加路基上部的压实度，是提高路基强度和稳定性的既经济又有效的措施。2沥青路面对基层的要求（1) 具有足够的强度和适宜的刚度基层在预期行率荷载的反复作用下，不会产生超过允许的残余变形，更不允许产生剪切破坏(粒料基层)和弯拉破坏(半刚性基层)。在沥青面层下，应优先选用强度大、承载能力高的半刚性基层，以适应较薄的沥青面层，或适当减薄沥青面层。近年来更是提倡使用柔性基层，以防止半刚性基层的反射裂缝。在重交通道路、一级公路和高速公路上，基层材料还应该有高的抗疲劳破坏的能力。（2)具有良好的稳定性沥青面层，特别是嵌挤原则修筑的路面，在使用初期透水性一般较大。雨季表面水有可能透过沥青面层而进入基层或底基层。路表面水也有可能从两侧路肩或路面与路肩的结合处渗入路面结构层中。如沥青面层上产生了裂缝，表面水将经裂缝渗入路面结构内部。已进入路面结构内部的水分要从路面结构层和土基中蒸发出来却比渗透进去困难得多。进入路面结构层的水份能使细料含量较多，且塑性指数较大的基层材料强度大大降低。因此，必须采用水稳定性良好的材料作为沥青路面基层。在潮湿多雨地区以及在士基可能受地下水影响的地段，尤须重视。在寒冷地区及季冻地区基层还应具有一定抗冻性和较好的抗低温开裂的性能。（3) 表面必须平整、密实，拱度与面层一致薄沥青面层的平整度，路拱度取决予基层的平整度和拱 度，用沥青面层来调整基层的平整度和拱度是不经济、 不合理的。因此，保持基层平整度、拱度是保持薄沥青 面层的厚度均匀一致以及面层表面的平整度和拱度的先 决条件。（4) 与面层结合良好基层与面层结合良好，可减少面层底都的拉应力和拉应 变，以防止薄沥青面层发生滑动、推移等破坏。为此， 基层表面应该稳定并且具有一定的粗糙度，表面还应该 结构均匀，无忪散颗粒。在铺筑沥青面层前，表面还应 该干燥无尘。为使面层与基层结合良好，可采取设置联 结层或浇洒粘层沥青等措施。沥青路面类型的选择，应根据道路等级，交通量、使用年限、气候与土壤地质条件、基层状况、当地材料供应情况、施工机具、施工季节、施工技术条件、施工期限、沥青材料供应条件和工程投资费用等因素来确定。这些条件中的每一项都对路面类型的选择有一定影响。可参考表1-1选定。第1.3节 沥青路面类型的选择 交通密度愈大、道路上行驶的车辆轴载愈大，路面就应当愈坚固，使用品质也应愈高，相应地应选择较高级的路面。路面类型与道路等级和交通强度相适应是选择沥青路面类类型的重要原则。但在某些特殊情况下，虽然交通量小，但为了与周围环境相适应，或是出于其它方面的考虑，为减少维修和养护工作量，也需选用较高级的路面类型，较厚的路面厚度。如如国防或名胜游览区道路等。 自然气候条件在选择沥青路面类型、材料组成时，也要加以考虑。水是沥青路面之大敌”。故在潮湿多雨地区宜采用结构较密实、渗水较小的沥青类路面。 施工季节对选择沥青路面类型影响极大，一般来讲，沥青类路面都要求在温暖干燥的气候条件下施工。此时，所用沥青材料在施工时具有较大的流动性，便于路面摊铺和压实成型，因而，施工时的气温以不低于15为宜。热拌热铺类的沥青碎石或沥青混凝土面层，气候对其影响较小，春季施工开始时，气温应不低于5，秋季施工结束时，气温不应低于10，若施工气温较低，则应选用热拌冷铺或冷拌冷铺施工工艺为宜。 施工工期对沥青路面类型选择的影响，若施工工期较紧，采用厂拌施工最好。 路线纵坡对沥青路面类型选择的影响，在纵坡大于3%的路段，考虑抗滑要求，宜采用粗粒式的沥青碎石或粗粒式的沥青表面处治，在纵坡大于6%路段，一般一宜使用沥青类路面。第二章 沥青路面使用性能、工作条件和损坏特征主 要 内 容 1 第2.1节 路面使用性能的设计考虑 2 第2.2节 沥青路面的工作条件 3 第2.3节 自然因素对沥青路面的影响 4 第2.4节 沥青路面损坏第2.1节 路面使用性能的设计考虑 2.1.1路面使用性能与结构行为 路面性能是一个复盖面很宽的技术术语，泛指路面的各种技术行为。包含了路面行驶质量、损坏状况、结构的力学反映、行驶安全性及路面材料的疲劳、变形、开裂、老化特性等各方面的含义，成为一个泛指路面和材料各种技术行为的术语。从道路使用者角度说，希望路面拥有的性能如下： 可接受的行车舒适性； 行车安全性 最小的环境影响 高质量的车辆运营条件，以最大限度降低车辆损坏的风险；路面使用性能变化的原因则在于路面的结构行为。同济大学的孙立军等将路面结构行为定义为“路面结构(和材料)的物理特征和力学特性在外界因素(荷载、环境)作用下的相互关系”，包括如下几个方面： (1）路面损坏(裂缝、松散、坑槽、构造深度变化等)； (2) 路面变形(车辙、平整度等)； (3) 材料特性(材料模量和劲度、材料强度等)； (4) 力学特性(弯沉、应力、应变等)。 上述的和属于路面的物理特征，将影响到路面的使用性能；和则属于力学特性，决定了路面物理特征的演变过程。 2.1.2 路面结构行为在沥青路面设计中的应用 从路面结构行为定义可知：为保证路面使用性能，应当限制损坏与 变形。 在过去的表述中，一般是对路面的最基本要求是耐久、平整和抗滑。 耐久性是指路面具有足够长的使用寿命；这要求整个路面结构具 有足够的强度和抗变形能力。事实上，迄今为止所有的设计方法 都是围绕着耐久性这个核心而提出的。路面的过早损坏意味着路 面的耐久性不足。 路面的损坏具有各种类型和各种形态。一般而言，高等级公路 道路的路面损坏包括变形(车辙)、开裂(疲劳开裂、低温开裂和反 射裂缝)以及目前出现的一些新的损坏类型，过多的路面损坏意味 着路面寿命的终结； 平整性要求是为了保证路面的行驶舒适性；对高等级公路道路，由于行车速度快，平整度尤为必要。要做到路面长期平整，就必须有正确的厚度设计、正确的材料设计和正确的施工方法。 抗滑是对路面表面特性的要求，表征了路面的行驶安全性，传统上不属于路面结构设计的内容，主要通过表层材料的选择和材料的设计予以保证。不满足于基本要求的沥青路面意味路面使用性能不良， 路面设计的主要任务就是要保证使用期内路面使用性能，限制、延迟影响路面使用性能的过早损坏的发生和发展。根据以上讨论，可以认为结构、材料、荷载、环境、经济五个因素应当是影响路面使用性能的关健，也是本课程将讨论的主要内容。 路面设计的主要任务就是确保其寿命期间不发生不可接受的损坏，这是任一种路面设计方法的共同目标。要达到这一目标，就要考虑路面的“结构、材料、荷载、环境和经济”这五个方面的因素，而最终的判据则是路面的使用性能。根据使用性能设计路面是一种合理的选择，这不仅是发展的趋势，也是发展的必然。 所以，正确判定路面工作条件，分析路面损杯类型与损坏机理，是路面设计的基础 2.2.1车辆类型与轴型 客车小客车：6座以下 中客车：620座 大客车：20座以上 货车-整车：货厢与发动机一体 牵引式挂车：货厢与牵引车分离 牵引式半挂车：货厢与牵引车分离，但通过铰接相互连接，牵引后轴承担部分货车重量2.2.2行车荷载 1、垂直力作用 0.41.1Mp，路面设计标准轴载按.7 Mp取值.轮胎接地面形状椭圆形，近似处理为圆形接触面积。 2、轮胎接地压强与以下因素有关 1）轮胎的新旧程度 2）轮胎的花纹 3）路面的刚度 4）轮胎的充气程度 1.单圆当量圆半径 2.双圆当量圆半径 公路路面设计标准ZZ-100单轴双轮组，轴载重100KN，轮胎内充气压强0.7Mpa. 以=25KN,轮胎充气压强700Kp代入计算可知 单圆图式半径0.151cm,直径0.302cm 双圆图式半径0.106cm,直径0.213cm j汽车行驶水平力对路面的要求 保证路面具有足够的附着系数，以保证行车安全。 保证面层层间结合良好。 保证面层材料抗剪强度，以防止波浪形成。车速车速越高,摩阻系数越小，路面面层类型面层等级越高，摩阻系数越大，路面干湿状况路面越干燥，摩阻系数越大 3、动力作用 动载定义汽车在不平整路面上行驶,车轮以一定频率和振幅在路面上跳动,从而使轮载对路面的压力呈现动态波动状态 动载的表示方法冲击系数，振动轮载的最大峰值与静载之比一般在.5左右.冲击系数将用在水泥路面设计中。对沥青路面而言，本身属于柔性体系，吸收行车的冲击和震动性能较好，并注意到上述两种影响相互抵消，而不再考虑车轮荷载的动力作用 。车轮高速行驶对路面的瞬时性影响 1) 高速行驶时，路面承受荷载的时间极短。荷载应力尚未能传到路面下层和土基，从而使路面变形减小，这意味着路面结构刚度和强度的相对提高。 2 车速越大，路面变形越小，车速越小，路面变形越大，静载时，路面变形最大。 高速行车中车头挤压前方空气，车尾形成真空吸力，在真空吸力作用下，碎石路面将产生扬尘现象，沥青路面上产生路面松散。现行沥青路面设计规范中不考虑，但对沥青面层的材料整体性和粘结性有要求。 冲击荷载和静载波动图 车速与路面变形关系图 第2.2节 沥青路面的工作条件 2.2.3交通分析 2.2.3.1交通及交通组成 1.交通组成道路上行驶的车辆种类轴型多,对路面的作用不同, 路面设计中,要对交通组成进行分析. 2.交通量观测方法轴载调查情况-见图轴载谱 3.交通量单位时间通过道路上某一断面的往返车辆数. 第2.2节 沥青路面的工作条件2.2.4 轴迹横向分布 1.柔性路面车道分布系数按车道进行设计车道系数，按照表316选用。公路无分隔时，车道窄宜选高值，车道宽宜选低值。当上下行交通荷载有明显差异时，可按上下行交通特点分别进行结构与厚度设计，设计时按公式(317)计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次N。3.轮迹横向分布概念在设计中的应用 刚性路面设计当量轴载作用次数应按轮迹分布系数计算按每20厘米轮迹进行设计. 轮迹分布系数车道分布系数第2.3节 自然因素对沥青路面的影响 各种自然因素对沥青路面的物理、力学性质都有着直接 的影响，使沥青及沥青混合料老化。尤其是温度和水这 两个因素对沥青路面具有重要影响。 2.3.1 温度对沥青路面的影响 1.沥青路面温度的预估与研究 沥青路面结构内部的温度状况，可以通过在外部和内部 影响因素之间建立联系的方法预估，这种方法有两类， 即统计法和理论法。 统计方法需要在路面结构层中不同深处埋设测温元件， 连续观测年内不同时刻的温度变化，同时收集当地的气 象资料，包括对应的气温和辐射热等。但由于影响沥青 路面内部温度的因素很多，统计法不可能全面考虑，所 以计算的精确度有地区局限性。 理论法是应用热传导理论方程式推演出各项气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程式，通常，由天参数确定难度大，理论假设理想化，使得理论预估公式结果与实测结果有一定差距。应当明确的是沥青路面的路表温度和气温并不相同，沥青路面内部不同深度处的温度也不一致。它是随着观测季节、观测时间和路面厚度等因素变化的一个复杂变量。 日本的秋山政敬在沥青路面温度变化的调查研究后得出如下几点结论。 （1）沥青路面的表面温度与气温之间，在雨天时大致呈直线关系，而在晴天及阴天时则呈曲线关系.（3）沥青路面内部温度与其表面温度之间的关素是，越接近沥青路面表面，表面温度对层内温度的影响越大，反之则越小。每天11-12时表面温度最高，13时以后表面温度开始下降，此时层内温度反而较高 （4）当气温在10左右 ，能及在雨天时，沥青路面的表面及层内温度最为稳定。一般3月和11月，由于昼夜温差较小，沥青路面的温度变化幅度较小。 （5）从整层着眼，认为采用沥青层的层内平均温度作为计算温度较为合理。通常把这个温度称为“平衡温度点”。2. 温度对沥青路面的影响 沥青的劲度（或粘度）受温度的影响极大，即随着温度的升高，其劲度下降，由低温时的硬脆固体到常温下的粘弹性体直至高温时软化呈流动状态。 沥青混合料的强度受温度的影响也很大。当温度高于脆化点温度时，沥青混合料的强度随着温度的下降而急剧增大；当温度低于脆化点温度以后，沥青混合料的强度则随着温度的降低有所减小。应当注意的是，虽然低温时沥青混合料有很高的强度，但其抵抗变形的能力 则显著降低。因而，冬季低温期间，沥青路面常由于面层本身收缩量超过其极限拉应变而导致开裂。2.3.2 水对沥青路面的影响 水对沥青路面的影响主要表现在如下两个方面。 1、沥青路面在水的作用下会使沥青与矿料剥离，还会将沥青中某些可溶性物质溶解并冲走，尤其是当水中含有易溶盐进会发生乳化作用，从而加剧了溶蚀作用。 2、沥青路面长时间浸水后会因含水量增加而发生体积膨胀，强度降低。沥青路面受水影响的程度取决于矿料品种与性质、表面粗糙度，当地气候、水文情况，路表的排水能力，路面的渗水性，以及沥青路面本身的水稳定性。2.3.3 沥青路面的老化 沥青路面老化内涵沥青路面在使用过程中，在阳光、温度、空气等大气因素的作用下，沥青路的轻质组分逐渐挥发，并不断发生 氧化聚合反应，使沥青中的油分，树脂逐渐减少，沥青质相对增 多，因为沥青质部分地转化为沥青碳，致使沥青混合产粘塑性降 低，路面干涩、裂缝、松散相继出现，即发生沥青路面的“老化”。 随着老化现象的发展，沥青路面的抗变形能力降低，在行车荷载 和冰冻作用下，极易产生裂缝，最终形成龟裂而导致路面的破坏。 沥青路面老化影响因素当地的气候、沥青路面的层位能、沥青和沥青混合料的性能。 在气温、日照时间长的地区，受大气因素作用较强烈的表层，老化 速度较快；沥青中的不饱和烃及芳香烃较多时，也易发生老化； 沥青混合料的空隙率大时会加速老化；矿料中含有铝、铁等盐类 时，会直催化作用，它们与沥青中的沥青酸作用生成有机酸铝盐 或铁盐，从而加速沥青的老化。沥青路面常见的损坏可分为裂缝、变形和表面损坏三类。 2.4.1 裂缝类沥青路面损坏的特征 裂缝是沥青路面早期损坏的一种常见病害。按照裂缝的方向和成因，可分为纵向、横向和网状裂缝 2.4.2 变形类沥青路面损坏的特征 沥青路面的变形是一种早期损坏现象，主要有沉陷、车辙和推挤，路面的变形将极大降低路面的平整度和道路服务水平，甚至影响行车安全。 1、沉陷指的是路面的局部凹陷，这种病害主要由路基未充分固结引起的继续沉陷或或路基压实不足引起的不均匀沉降所造成。这种沉陷的发生都伴有贯穿于整个路面的结构性破坏，所以修补后还会继续发展，形成补丁破坏。（图2-4 沉陷2、车辙指的是在高温和渠化交通作用下，沥青路面轮迹带上出现的永久变 形。车辙随着渠化交通程度的提高和车辆作用次数的增加而增大。车辙可分为磨耗型，压密形和失稳型三种类别。车辙发生过程为沥青路面在行车荷载作用下轮迹带上由于沥青层的再压密或剪切变形而轮迹带逐渐下沉，两侧拱起，形成波峰波谷状，波峰波谷之差即为车辙深度。车辙变形的外因是渠化交通和荷载作用次数的增加，内因是沥青混凝土高温稳定性的抗塑性变形能力差，在车辆荷载的碾压作下产生横向剪切变形流动，因此辙槽的两侧由于这种剪切流动而局部隆起 3、推挤指的是路面上产生的波 浪状变形，一般在交叉路口、匝道进出口、上下坡路段或停车场附近，由于车速变化频繁，经常刹车和启动，致使路面承受很大的水平剪力，当沥青混合料高温稳定性较差时，就会在高温和水平剪力的作用下产生波浪状的推挤变形。 2.4.3 表面损坏类沥青路面损坏的特征 表面损坏是沥青路面早期损坏的病害之一，主要有泛油、磨光、散等现象 1、泛油定义指沥青路面中的自由沥青受热 膨胀，直至沥青混凝土空隙无法容纳，溢出到路表的现象。泛油危害造成路表构造深度逐渐减小，抗滑性能降低，泛油通常在整条路段出现，路表如镜面光滑，雨天车辆易打滑从而影响行车安全。 泛油原因 没计过程中，沥青用量过多和设计空隙率过小都使沥青混合料的饱和度过 高，也就是混凝土内没有足够的空间容纳自由沥青热胀时的体积变化，引 起泛油。 施工过程中，混合料拌和、摊铺中，离析使细料过于集中; 施工中混合料生产的沥青用量控制不严格 外部因素，高温季节路面内部温度升高而使沥青软化。 泛油的进一步解读 单纯的增加混合料的空隙率或者降低饱和度虽然可以控制泛油，但不利于 混合料的耐久性和密水性。因此，空隙率和饱和度一直是设计中的十分矛 盾的问题。 泛油是不可逆的过程，并不能随温度下降而得到恢复。当混合料内的沥青 受热膨胀充满所有的空隙后，集料基本上被连续的沥青相所包围，集料颗 粒就像悬浮于沥青中一样，集料骨架的嵌挤作用因此而相对减弱，容易发 生搓动，在行车荷载的反复作用下，混合料不断地被压密，也就是矿料之 间隙率逐渐减小，以至于无法容纳原来的沥青量。所以，即使是温度下降 沥青受冷也无法恢复到泛油之前的状态。2、 磨光指路表外露的集料颗粒在行车轮胎的摩擦作用下 表面逐渐变光滑的理象。磨光将极大影响行车的安全性。 研究表明：车辆低速行驶时的摩阻力主要由路表构造纹 理提供，高速行车的摩阻力主要由集料表面的细纹理提 供。一旦路表集料颗粒被磨光，细纹理和构造纹理都大 大降低，路面的抗滑性能也将随之下降，成为交通安全 的一大隐患。降低磨的的主要措施是使用硬度和耐磨性 能较好集料，在养护上应及时铺筑磨耗层。 3、松散指沥青路面表面形成麻面甚至于露骨现象。形成松 散的原因主要有混合料中沥青老化，集料之间丧失相互 之间粘结、或是集料与沥青的粘附性差导致混合料水稳 定性不足，松散后的沥青路面因为集料颗粒逐渐流失而 形成大小不一的坑洞。2.4.4其它类沥青路面损坏的特征 在工程实践中，除了以上三类早期损坏外，还发现一些路面病害现象，如基层裂缝、路表面泛浆等。基层裂缝：在过去强基薄面稳定土的设计理念下，为提高路面整体强度，减薄沥青层厚度以降低工程造价，常采用水泥稳定碎（砾）石的半刚性基层，由于水泥稳定类材料硬化过程中将产生干缩作用，在使用期间受温度影响将产生热胀冷缩作用，从而使基层产生收缩裂缝，有调查资料表明，基层裂缝宽度可达十几厘米，此裂缝将反射到沥青面层，造成路面的横向裂缝。 泛浆：泛浆指路表大气自然 降水或积水在高速行车作用下形成的高压水通过面层空隙侵入路面结构内部，并长期滞留基层顶面，浸泡和冲刷基层材料中的结合料而形成灰浆，这些基层顶面的灰 浆又在行车作用下，透过沥青面层的空隙被挤压到路表，形成大面积灰白色块。泛浆发生时外界水进出沥青 面层的通道是面层结构空 隙，泛浆的范围可能是所有 面沥青面层的透水处，揭示了沥青路面材料配合比设计的缺陷 唧浆是外界水透过沥青路面已存在裂缝进入结构层并积存于基层顶面，在行车反复挤压形成有压水，浸泡冲刷基层结合料形成灰浆，并通过裂缝被挤出路面。外界水只通过裂缝进出沥青路面结构层，行车碾压下所形成的灰浆也只是限于出现在裂缝周围。唧浆揭示了沥青路面存在的细微裂缝，为早期养护提供决策依据。2.4.5 对沥青路面工程的要求 理想的沥青路面工程设计就是确保其寿命期间不发生不可接受的损坏，要在沥青路面的结构 设计理论、原材料选择、施工工艺全过程考虑路面的“结构、材料、荷载、环境和经济这五个方面的因素，而最终的判据则是路面的使用性能。根据使用性能设计路面是一种合理的选择，这不仅是发展的趋势，也是发展的必然。所以，正确判定路面损杯类型，分析其损坏机理，是路面设计的基础。本章小结沥青路面设计应当从路面所处工作条件着手，沥青路面工作条件可分为： 所受荷载条件：从单个集中力单园均布荷载双园均布荷载碗型均布荷载反映 了路面力学计算的发展和趋势。对路面面层力学计算时应当采用双园荷载图式，对 路基力学计算可以采用单圆荷载图式。 自然因素条件：路面工作于自然环境下，对沥青路面影响较大的自然因素主要为温 度变化和水对沥青路面的影响。高温条件时沥青路面产生软化，低温条件时沥青路 面的产生脆化，为此应从沥青路面组成材料设计上考虑。水对沥青路面的影响主要 反应在对沥青混合料的剥落和老化作用，为此，应当对沥青路面从设计、施工和材 料组成的总体分析采取综合措施。 行车作用下的路面破坏：沥青路面的破坏分为裂缝、变形和表面损坏三类，各类破 坏的产生条件和控制因素也各不相同，掌握破坏的特征，分析引起破坏的原因和控 制破坏发生的机制，是下一步路面设计的依据。 沥青路面工程设计就是确保其寿命期间不发生不可接受的损坏，要在沥青路面的结 构设计理论、原材料选择、施工工艺全过程考虑路面的“结构、材料、荷载、环境 和经济”这五个方面的因素，而最终的判据则是路面的使用性能。第三章 沥青路面设计第3.1节 设计理论及设计标准o 总体思路1、求出沥青路面在累计标准轴载作用下内部任意点的应力、应变值2、根据荷载作用下的应力、应变要求寻找合适的沥青混合料材料配合比组成3、根据沥青混合料强度要求，寻找合适的施工工艺4、根据自然条件和沥青路面耐久性、稳定性、使用品质要求，寻找合适的养护维修决策3.1.1沥青路面设计理论1、计算模型应用弹性层状体系的弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变形和位移等分量 计算模型基本假定：各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，以及位移和形变是微小的；最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，其上各层厚度为有限、水平方向为无限大；各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移为零；层间接触情况:连续体系-位移完全连续滑动体系-层间仅有竖向力和竖向位移没有摩阻力不计自重;3.1.2 沥青路面的破坏状态及设计标准一、沉陷1、现象-指路面在车轮作用下表面产生较大的凹陷，有时凹陷两侧拌有隆起现象。当沉陷严重时，超过了结构的变形能力，在结构的受拉区产生开裂而形成纵裂。并可能发展为网裂。 2、控制标准为控制路基土的压缩引起路面沉陷，选取路基土垂直压应力垂直压应变作为设计标准。二、车辙 1、现象在渠化交通的作用下，路面的结构层及土基在行车重复作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积变形，这种变形出现在行车轮带处，形成路面纵向带状凹陷。2、车辙的设计标准 以路面残余总变形为控制指标，即路面各结构层包括土基的残余变形总和为控制指标。 三、疲劳开裂1、现象路面在正常使用情况下，由行车荷载多次反复作用引起，其特点是，路面无显著的永久变形，开裂开始大都是形成细而短的横向裂缝，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。2、设计标准以疲劳开裂为设计标准时，其指标为结构层底面的拉应力或拉应变不超过相应的容许值。四、 推移1、现象当路面受到较大的车轮水平荷载作用时，路表面可能出现推移和拥起。造成这种破坏的原因是，车轮荷载引起的垂直力和水平力的共同作用下，结构层中的剪应力超过材料的抗剪强度。此现象可能发生在上，下坡，停车线，停车场等经常有起，制动的地点。2、设计控制指标采用路面面层抗剪强度标准为设计控制标准五、 低温缩裂1、路面结构整体性材料层在负温时，材料收缩受限制而产生的拉应力超过材料的抗拉强度而产生的裂缝，因路面的纵向远比横向尺度为大，故收缩裂缝一般为较为规则的横向裂缝。使用无机结合料稳定的基层和沥青面层，才可能在冬季出现这种裂缝。2、控制设计指标低温时结构层材料收缩受约束而产生的温度应力不大于该温度时材料的容许抗拉应力。六、目前沥青路面的设计标准 1、路面弯沉设计指标 指的是路基路面在车辆荷载的作用下产生的垂直变形，其值反映了路基和路面各结构层的总体强度和刚度。 路面弯沉的实测方法 目前路面弯沉使用杠杆式弯沉仪（贝克曼梁法）或落锤式弯沉仪法测定. 各级公路沥青路面设计中，都必须使用弯沉作为设计指标2、各整体性材料结构层层底弯拉应力 高速一级二级公路，除使用弯沉指标进行设计之外，还应对整体性材料层（如半刚性基层验算其层底弯拉应力3、剪切应力指标 对城市道路沥青路面设计，除和公路路面设计用路面弯沉指标设计，用层底弯拉应力验算之外，对停车场，交叉口路段，还应当进行层底剪切应力和材料抗剪强度验算。第3.2节 沥青路面结构组合设计1路面等级、面层类型应与公路等级、交通量相适应路面等级、面层类型的选择应根据公路等级、设计年限内标准轴载的累计当量轴次、筑路材料、地区特点和施工机械设备等因素按下表确定。 基层材料强度与稳定性要求也应随公路等级的提高和交通量的增加而提高。高等级公路应采用优质材料，而对于较低等级的公路，应尽量利用当地材料，以降低造价。2、适应行车荷载作用的要求 强度安排 从应力分布和工程经济角度考虑，各结构层强度和刚度。随面层位置自上而下，强度由大至小递减安排。厚度应从上到下由薄到厚。 各层次厚度问题 基层、底基层设计应贯彻就地取材的原则，基层可选用无机结合料稳定集料类或沥青混合料、粒料、贫混凝土等材料，底基层应充分利用沿线地方材料，可采用无机结合料稳定细粒土类或粒料类等。基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料性能，充分发挥压实机具的功能，以及考虑有利于施工等因素选择各结构层的厚度。各结构层压实最小厚度与适宜应符合表7-1-5的要求。并不得设计小于150mm厚的半刚性材料薄层 确定最小厚度与最大厚度理由 最小厚度问题:路面各结构层最小厚度应满足构成强度所需的最小厚度要求 最大厚度问题:路面各结构层最大厚度应满足施工机械所能达到的最大压实深度要求。 沥青路面层间模量比问题: 沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响，是合理确定结构层层数，选定适宜结构层材料的重要考虑因素。对半刚性基层沥青路面的结构层组合设计，基层与沥青面层的模量比宜在1.53之间；基层与底基层的模量比不宜大于3.0，底基层与土基模量模量比宜在2.512.5之间。 比较教材提法:强度组合:根据分析和经验，基层和面层模量比应不小于0.3，土基与基层或底基层的模量比为0.080.44、在各种自然因素作用下稳定性好的要求 沥青路面在长期使用过程中，不可避免地经受自然环境因素一水、温度的考验。路面结构设计时应保证沥青路面在各种自然因素作用下，保持良好的稳定性。 水的影响途径 应采取的结构措施 面层应选用密实防水材料，底基层封闭，基层选用水稳性好的材料。面层选用大空隙透水沥青混合料，下面层选用密实材料，基层选用水稳性好的材料作为排水层，在横断面上增设排水设施，如纵向排水管。 冰冻作用下的稳定性要求 季节性冰冻气候影响途径应采取的结构措施，尽量避免使用易冻胀土填筑路基； 减少水分侵入路基；增设吸收冻胀空间的多孔隙垫层；保证防冻层厚度，避免路基内出现聚冰带。 高温条件下的稳定性要求 高温对沥青路面的影响 高温条件采取的措施-应选用温度稳定性较好的按嵌挤型原则构成强度的沥青混合料类型 低温条件下的稳定性要求 低温对沥青路面的影响 低温条件采取的措施-应选用密级配型沥青混合料，特别是提高沥青混合料的抗拉强度 增设粒料类型的拉应力吸收层；增设抗拉强度高的优质沥青混合料层；适应加厚沥青路面面层厚度。5、注意各结构层结构构成特点 路面各结构层通常是用密实级配、嵌挤锁结以及形成板体等方式构成的，各结构层具有各自特点，为使组合而成的路面总体结构能共同协同受力工作，在结构组合中还应注意以下因素。 1）从吸收拉应力出发沥青面层不得直接铺筑在整体性材料，有收缩裂缝的结构层上。而应铺设能吸取裂缝的过渡结构，如碎石层材料或抗弯能力强的土工布材料。 2）从面层平整度要求出发 面层不应铺在可能会松动