项目9路面建造

1、项目九 路面建造任务一 路面功能与特性任务二 路面结构层任务三 沥青路面建造任务四 水泥混凝土路面建造任务五 路面现场测试任务六 路面放样任务一 路面功能与特性路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。路基是路面结构的基础，坚强而稳定的路基为路面结构长期承受车辆荷载提供了重要的保证，而路面结构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。发展概况：发展概况：古代的路面主要以条石、块石或石板等铺筑，其强度、刚度低，平整度差，只能供马车和人力车通行。20世纪初，第一辆汽车在德国诞生，才开始铺筑真正意义上的供汽车行驶的现代路面。于是，相继就产生了目

2、前最为常见的沥青路面和水泥混凝土路面，尤其是高速公路的产生，更促进了路面的发展。20世纪20年代初，汽车输入我国，我国开始铺筑砂石路面，并在少数大城市开始铺筑沥青、水泥混凝土和块料等高级和次高级路面。直到1949年解放前夕，我国仅有高级和次高级路面315km。解放后，尤其是在改革开放近30年来，我国高等级公路建设蓬勃发展，截至到2007年，我国等级公路总里程达253.54万km，其中高速公路达5.39万公里，铺筑有沥青混凝土、水泥混凝土等高级路面里程达125.04万km，占全国等级公路总里程的49.32%，我国的高等级公路的铺装率高且施工装备和技术已经接近或赶上发达国家。路面工程发展趋势的主要

3、特点为：1、设计自动化2、施工机械化3、检测自动化4、设计规范化5、材料和结构多样化6、路面管理系统化（简称PMS）一、对路面的要求1、路面强度和刚度2、路面的稳定性3、路面的平整度4、路面的耐久性5、路面的抗滑性6、路面与周围环境的协调性二、路面的使用性能路面的使用性能包括功能性能和结构性能两方面。前者主要表现为行驶舒适、行车安全、运行经济以及对环境的不良影响等；而后者则为路面的损坏状况和结构的承载能力。 1、功能性能（1）行驶舒适性（2）行车安全性（3）运行经济性（4）对环境的不良影响2、结构性能（1）损坏状况 路面结构的损坏状况，反映路面结构在行车荷载和自然因素作用下保持其结构完整性或完

4、好的程度。（2）结构承载能力路面结构的承载能力，通常指路面在达到预定的损坏状况(水平)之前还能承受的行车荷载作用次数，或者还能使用的年数。结构承载能力同损坏状况存在着内在的关联，随着承载能力的下降，路面的损坏逐步出现和发展。承载能力低的路面结构，其损坏迅速发展，而在承载能力接近临界或极限状态时，路面的损坏达到严重危及其使用性能的程度，必须采取改建或重建措施以满足行车要求。路面在使用过程中出现的各种损坏可归纳为以下四大类：裂缝或断裂类路面结构的整体性受到破坏。永久变形类路面结构虽仍保持完整，但其形状产生较大变化而影响使用性能。表层损坏类路面表层部分面积出现的局部缺陷。接缝损坏类水泥混凝土路面接缝

5、及其邻近范围出现的损坏。3、沥青路面的病害沥青路面由于环境因素的不断影响和行车荷载的反复作用，经过一段时间的使用，便会产生破坏而失去原有的使用功能。路面结构的损坏现象，有时单独出现，有时几种形式同时出现，从表面上看，其形式有各种裂缝，如横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝等，也有各种类型的变形，如凹陷和隆起、车辙、搓板、推移和拥起等，有时还会出现露骨、松散、剥落、坑槽、泛油等现象。虽然沥青路面的破坏现象形态各异，但都是行车和自然因素对路面作用的结果，并随着路面性能和外因影响程度的不同而有所不同。根据这些破坏现象产生的原因、危害和对路面使用功能的影响，把沥青路面常见的破坏现象划分为以下几种主要形式，并对

6、其产生的原因进行分析。（1）沉陷沉陷是路面在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象，当沉陷严重时，超过了结构的变形能力，在结构层受拉区产生开裂而形成纵裂，并有可能逐渐发展成网裂。造成路面沉陷的主要原因是路基土压缩。路基由于不良的水文条件或翻浆而过于湿软，通过路面传递给路基的轮载应力超过了土的承载能力，在车轮作用下表面产生较大的垂直变形即沉陷，同时在凹陷两侧常伴有隆起现象。（2）车辙车辙是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下，沿行车轮迹产生的纵向带状凹陷变形，同时也常伴有以纵向为主的裂缝，其产生同荷载应力大小、交通量与交通组成以及结构和土基的性质有关。车辙是高等级沥青路面的

7、主要破坏形式之一。因为这类路面的使用寿命较长，即使每一次行车荷载作用产生的残余变形量很小，而多次重复作用累积起来的残余变形总和也将会相当可观，当车辙达到一定深度时，辙槽积水，极易导致交通事故。车辙一般是在温度较高季节，车辆反复碾压下产生塑性流动而逐渐形成的。因此，主要应从提高沥青面层材料的高温稳定性着手防治。（3）疲劳开裂裂缝是沥青路面常见的一种破坏类型。开裂的种类及产生的原因有很多种，这里所讲的开裂是路面在正常使用情况下，由行车荷载的多次反复作用引起的。疲劳开裂的特点是，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开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。产生疲劳开裂的原因

8、，是沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用，使结构层底面产生的拉应变（或拉应力）值超过材料的疲劳强度（它较一次荷载作用的极限值小很多），底面便发生开裂，并逐渐向扩展延伸到表面。稳定类整体性基层也会产生出疲劳开裂，并进而导致面层破坏。疲劳开裂的产生主要取决于所受到的重复应变（或应力）大小，同时也与路面的环境因素有关。（4）推移拥包推移和拥包是指沥青路面材料沿行车方向受到行车水平力作用发生剪切或拉裂破坏而出现推挤和壅起现象。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综合作用，使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。同时也与行驶车轮的冲击、振动有关。发生此类病害的路面大多采用的沥青稠度偏低，

9、用量偏多，或者采用的沥青混合料中矿料级配不好，细料偏多。此外，面层较薄，以及面层与基层的粘结较差，也易产生推挤、拥包。（5）低温缩裂路面结构中采用某些整体性结构层在低温（通常为负温度）时由于面层材料收缩受阻而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生开裂。由于路面的纵向尺度远大于横向，低温收缩时侧向约束不大，故这种开裂一般为横向间隔性的裂缝。在冰冻地区，沥青面层和用无机结合料稳定的整体性基层，冬季可能出现这种开裂。4、水泥混凝土路面的病害水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的不断作用下逐渐变坏，以至出现各种类型的损坏现象，大体分为接缝破坏和混凝土面板损坏两个方面，损坏性质也

10、可分为功能性损坏与结构性损坏两个范畴。1、接缝的破坏（1)挤碎出现于横向接缝(主要是胀缝)两侧数十厘米宽度内。这是由于胀缝内的滑动传力杆位置不正确，或滑动端的滑动功能失效，或施工时胀缝内局部有混凝土搭连，或胀缝内落入坚硬的杂屑等原因，阻碍了板的伸长，使混凝土在膨胀时受到较高的挤压应力，当其超过混凝土的抗剪强度时，板即发生剪切挤碎。（2)拱起混凝土面板在受热膨胀而受阻时，某一接缝两侧的板突然向上拱起。这是由于板收缩时缝隙张开，填缝料失效，坚硬碎屑等不可压缩的材料塞满缝隙，使板在膨胀时产生较大的热压应力，从而出现纵向压曲失稳。（3)错台横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移。当胀缝下部嵌缝板与上部缝

11、隙未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀挤压过程中，会上下错开而形成错台。地面水通过接缝渗入基础使其软化，或者接缝传荷能力不足，或传力效果降低时，都会导致错台的产生。当交通量或基础承载力在横向各幅板上分布不均匀，各幅板沉陷不一致时，纵缝也会产生错台现象。（4)唧泥汽车行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。在轮载的频繁作用下，基层由于塑性变形累积而同面层板脱空；地面水沿接缝下渗而积聚在脱空的空隙内；在轮载作用下积水变成有压水而同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，并沿接缝缝隙喷溅出来。唧泥的出现，使面板边缘部分失去支承，因而往往在离接缝1.51.8m以内导致横向裂缝。此外，纵缝两侧的横缝

12、前后搓开、纵缝缝隙拉宽、填缝料丧失和脱落等也都属于接缝的破坏。2、混凝土板本身的破坏混凝土板的破坏主要是断裂和裂缝。 三、 路面结构及组成 行车荷载和自然因素对路面的影响，随深度的增加而逐渐减弱。因此，对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐降低。为了适应这一特点，路面结构通常采用分层铺筑。1、面层可由若干层组成 。因此，面层应具备较高的力学强度和稳定性，同时，还应具备耐磨性和不透水性。根据组成的材料，可分为下述几种类型。1)水泥混凝土 2)沥青混合料 3)粒料面层 4)块料面层 5）复合式路面 2、基层基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传递到底基层和

13、垫层和土基中。因此，对基层材料的要求是应具有足够的抗压强度、密度、耐久性和扩散应力（即应有较好的板体性）。由于基层不直接与车轮接触，故一般对基层材料的耐磨性不予严格要求。基层受自然因素的影响虽不如面层强烈，但仍应有足够的水稳定性，以防基层湿软后变形大，从而导致面层损坏。用作基层的材料主要有：（1）无机结合料稳定类（半刚性类）：包括水泥稳定类、石灰稳定类和工业废渣稳定类。（2）柔性基层：沥青稳定粒料基层和粒料基层、沥青稳定粒料等。（3）刚性类：如贫水泥混凝土和碾压混凝土等。3、垫层它是底基层和土基之间的层次，它的主要作用是加强土基、改善基层的工作条件。垫层往往是为蓄水、排水、隔热、防冻等目的而设

14、置的，所以通常设在路基处于潮湿和过湿以及有冰冻翻浆的路段。在地下水位较高地区铺设的能起隔水作用的垫层称隔离层；在冰冻较深地区铺设的能起防冻作用的垫层称防冻层。垫层材料的强度要求不一定高，但其水稳定性要好。常用的垫层材料，一类是由松散的颗粒材料如砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层，另一类是水泥或石灰稳定土等稳定类垫层。四、 路面分类和分级1、按面层的使用品质分类2、按路面结构的力学特性分类1）柔性路面 柔性路面是指总体结构刚度较小，在车辆荷载作用下产生较大的垂直变形，路面结构本身的抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车辆荷载传递给基层直至土基，使基层承受较大的单位压力。柔性路面主要靠抗压、抗剪强度来承

15、受车辆荷载的作用。柔性路面包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石或块石面层组成的路面结构。2）刚性路面 刚性路面主要指水泥混凝土作面层或基层的路面结构，水泥混凝土路面强度高。与其它路面结构相比，它的抗弯拉强度高，并且有较高的弹性模量，故呈现出较大的刚性。3）半刚性路面 半刚性路面是指用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎（砾）石或含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层，在前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长但仍小于水泥混凝土。由于这种材料的刚性处于柔性路面与刚性路面之间，因此把该基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面。这种基层称为半刚性基层。在设计中,

16、半刚性基层仍按柔性路面进行设计。半刚性基层的显著特点是：整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好，而且较为经济。高等级道路越来越多地采用半刚性基层。五、行车荷载车辆荷载是造成路基路面结构损伤的主要成因。因此，为保证所设计的路面结构达到预期功能，具有良好的结构性能，首先应对行驶的车辆作综合分析，包括车辆轮重与轴重的大小与特性；不同车型的轮轴布置；在设计期限内，车辆的轴载分布以及车轴通行量逐年增长的规律；汽车静态荷载与动态荷载特性比较等。1、车辆的种类与轴型国际道路联合会1989年公布的统计数据，在141个成员国和地区，轴限最大的为140KN，近40%执行100KN轴限，我国公路与城市道路路面设计规范

17、中均以100KN作为设计标准轴载：BZZ-100（双轮组单轴载100KN），一个轴上四个轮，每侧双轮。 2、汽车荷载的作用力（1）垂直力荷载通过充气轮胎传给路面，车轮与路面的接触面积称为轮印面积，其形状为带有轮胎花纹的近似椭圆，在柔性路面设计中，用等面积圆来代替，称为轮印的当量圆。当量圆面积与轮荷载、轮胎尺寸及轮胎压强有关。汽车后轴一侧多为双轮(即双轮组)，将双轮轮印化为一个当量圆，称为单圆荷载图式；若化为两个当量圆，称为双圆荷载图式 （2）水平力由汽车的行驶条件可知，水平力的最大值Qmax不能超过垂直力P与路面车轮间的附着系数f的乘积，即f的最大值一般不超过0.70.8。PfQmax（3）其

18、他力汽车对路面的冲击力和震动力。目前只是在刚性路面设计中才考虑，即将车轮荷载乘上一个大于1的动荷系数后作为设计荷载来表示，或者将按静载计算的荷载应力乘以动荷系数后作为设计计算荷载应力。动荷系数的数值，一般取为1.151.20，它随轮重的增大而减小。至于真空吸力，日前尚未在设计计算中考虑。d21六、路面结构可靠度路面结构可靠度可定义为：“在设计使用年限内，在将遇到的环境条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的概率。”路面的功能是为行车提供一个平整、坚实、抗滑的道路表面结构，但目前的路面结构设计并不意味着能够满足路面所有的功能要求，而只是通过对几项设计指标的控制，来避免路面在使用期内出现某种或某

19、几种损坏。在此可靠度概念中，应明确两方面的含义。1）设计基准期设计基准期指路面设计取用的使用时间。 2）功能对于路面，即为使用性能，包括功能性和结构性两个方面。预定使用性能是用规定温湿状态下特定的临界状态表示的。七、自然因素对对路面的影响自然因素的影响主要表现在温度和湿度两个方面。1、温度大气的温度在每年和每日都发生周期性的变化，与大气直接接触的路面温度发生周期性变化。 除日变化外，一年四季面层不同深度处的温度还随气温的变化而变化，平均气温最高和最低的7月和1月份，面层的平均气温也相应为最高值和最低值。决定路面结构内温度状况的因素，有外部和内部两类。外部因素主要是气候条件，诸如太阳辐射(日照和

20、云量)、气温、风速、降水量和蒸发量等。内部因素则为路面各结构层的热传导率、热容量(比热)和对辐射热的吸收能力等。 2、湿度路基受到各种外界因素的作用而使其湿度不断发生变化。这些因素主要有：（1）大气降水和蒸发 （2）地面水 （3）地下水 （4）温度 任务二 路面结构层一、碎、砾石类结构层1、基本特性碎石、砾石类结构层是用粗、细碎（砾）石、粘土（或不含粘土）按照嵌锁原理或级配原理铺筑而成的结构层。嵌锁型的碎石结构层包括泥结碎石、泥灰结碎石、水结碎石和填隙碎石等；级配型的碎（砾）石结构层包括级配碎石、级配砾石、符合级配要求的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配碎砾石等。2、泥结碎石 泥结碎石结构

21、层是以碎石作为集料，粘土作为填充料，经压实修筑成的一种结构。泥结碎石结构层的厚度一般为820cm；当总厚度等于或超过15cm时，一般分两层铺筑，上层厚度610cm，下层914cm。泥结碎石结构层的力学强度和稳定性不仅取决于碎石的相互嵌锁作用，同时也有赖于土的粘结作用。泥结碎石结构虽用同一尺寸石料修筑，但在使用过程中由于行车荷载的反复作用，石料会被压碎而向密实级配转化。一、碎、砾石类结构层认知3、泥灰结碎石 泥灰结碎石路面是以碎石为骨料，用一定数量的石灰和土作粘结填缝料的碎石路面。因为掺入石灰，泥灰结碎石路面的水稳定性比泥结碎石为好。泥灰结碎石路面的粘土质量规格要求与泥结碎石相同；石灰质量不低于

22、3级。石灰与土的用量不应大于混合料总重的20%，其中石灰剂量为土重的812%。泥灰结碎石结构因掺入石灰，其水稳定性要比泥结碎石好，故可用于潮湿与中湿路段作为次干路沥青路面的基层，亦可作为支路路面的基层。4、水结碎石 水结碎石结构层是用大小不同的轧制碎石从大到小分层铺筑，经洒水碾压后形成的一种结构层。此种结构层属于典型的嵌锁结构，它的强度是由碎石之间的嵌锁作用以及碾压时所产生的石粉与水形成的石粉浆的粘结作用而成的。考虑粘结力较强，所以经常用石灰岩碎石来铺筑。水结碎石结构的厚度一般为1016cm。一、碎、砾石类结构层认知5、填隙碎石用单一尺寸的粗碎石做主集料，形成嵌锁作用，用石屑填满碎石间的空隙，

23、增加密实度和稳定性，这种结构称为填隙碎石，但是由于其抗磨能力较差，宜在其上设置砂土磨耗层和保护层。6、级配碎（砾）石 级配砾(碎)石路面，是由各种集料（砾石、碎石）和土，按最佳级配原理修筑而成的路面层或基层。由于级配砾(碎)石是用大小不同的材料按一定比例配合、逐渐填充空隙，并用粘土粘结，故经过压实后，能形成密实的结构。级配砾(碎)石路面的强度是由摩阻力和粘结力构成，具有一定的水稳性和力学强度。二、无机结合料稳定土结构层1、基本特性在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料(包括水泥、石灰或工业废渣等)和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料

24、，以此修筑的路面称为无机结合料稳定路面。无机结合料稳定路面具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点，但其耐磨性差，因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。稳定土中的土按照土中单个颗粒（指碎石、砾石和砂颗粒）的粒径大小和组成，可将其分为下列3种：（1）细粒土：颗粒的最大粒径小于9.5mm，且其中小于2.36mm的颗粒含量不少于90%；（2）中粒土：颗粒的最大粒径小于26.5mm，且其中小于19mm的颗粒含量不少于90%；（3）粗粒土：颗粒的最大粒径小于37.5mm，且其中小于31.5mm的颗粒含量不少于90%。二、无机结合料稳定土结构层1、基本特性在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机

25、结合料（包括水泥、石灰或工业废渣等）和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料，以此修筑的路面称为无机结合料稳定路面。2、石灰稳定土在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中、掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定类基层。用石灰稳定细粒土得到的混合料简称石灰土，所做成的基层称石灰土基层（底基层）。石灰稳定土常用的种类有：石灰土（石灰稳定细粒土的简称）、石灰砂砾土、石灰碎石土、石灰砂砾、石灰碎石等。二、无机结合料稳定土结构层1）石灰稳定土强度形成原理在土中

26、掺入适量的石灰，并在最佳含水量下拌匀压实，使石灰与土发生一系列的物理、化学作用，从而使土的性质发生根本的变化。一般分四个方面即离子交换作用、结晶硬化作用、火山灰作用和碳酸化作用。2）影响强度的因素（1）土质（2）灰质（3）石灰剂量（4）含水量（5）密实度（6）石灰土的龄期（7）养生条件3）石灰土基层的应用石灰稳定土不但具有较高的抗压强度，而且也具有一定的抗弯强度，且强度随龄期逐渐增加。因此，石灰稳定土一般可以用于各类路面的基层或底基层。但石灰稳定土因其水稳定性较差不应做城市快速路的基层，必要时可以用作底基层。在冰冻地区的潮湿路段以及其他地区的过分潮湿路段，也不宜采用石灰土做基层。二、无机结合料

27、稳定土结构层3、水泥稳定土在粉碎的或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适当水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。当用水泥稳定细粒土(砂性土、粉性土或粘性土)时，简称水泥土。水泥稳定土常用的种类有：水泥土、水泥砂、水泥碎石、水泥砂砾等。水泥稳定土能适应各种不同的气候条件与水文地质条件，特别是在潮湿寒冷地区的适应性较其他稳定土更强。水泥稳定类基层具有良好的整体性、足够的力学强度、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长而增长，所以应用范围很广。二、无机结合料稳定土结构层1）水泥稳定土强度形成原理

28、在利用水泥来稳定土的过程中，水泥、土和水之间发生了多种非常复杂的作用，从而使土的性能发生了明显的变化。这些作用可以分为：水泥的水化作用、离子交换作用 、化学激发作用 、碳酸化作用 2）影响水泥稳定土强度的因素（1）土质（2）水泥的成分和剂量（3）含水量（4）施工工艺过程3）水泥稳定土的用途水泥稳定土的水温稳定性和抗冻性都较石灰稳定土好，暴露的水泥稳定土因干缩和冷缩也易产生裂缝。水泥土与水泥稳定砂砾、水泥稳定碎石相比有下述3个不利的特征：一是水泥土容易产生严重的收缩裂缝，并影响面层；二是水泥土的强度没有充分形成时其表层遇水会发生软化；三是水泥土的抗冲刷能力小，表面水由面层裂缝渗入后易产生唧泥现象

29、。二、无机结合料稳定土结构层4、石灰工业废渣稳定土一定数量的石灰和粉煤灰（或石灰和煤渣）与其他集料相结合，加入适量的水，通过拌和得到的混合料，经摊铺、压实及养后后，当其抗压强度符合规定要求时，称为石灰工业废渣稳定土。其特点主要为水硬性、缓凝性、强度高、稳定性好，成板体、且强度随龄期不断增加，抗水、抗冻、抗裂而且收缩性小，适应各种气候环境和水文地质条件等特点。近年来，我国利用工业废渣铺筑路面基层，取得显著成效，不但提高了路面使用品质，而且降低了工程造价，“变废为宝”，具有很大的经济意义。城市道路上常用的工业废渣有：火力发电厂的粉煤灰和煤渣，钢铁厂的高炉渣和钢渣，化肥厂的电石渣，以及煤矿的煤矸石等

30、。工业废渣材料主要用石灰与之综合稳定，即石灰工业废渣材料，主要有石灰粉煤灰类及石灰其它废渣类。常选用石灰稳定工业废渣做高级或次高级路面的基层或底基层。结构层的施工最小厚度为15cm，结构层适宜的厚度为1620cm。任务三 沥青路面建造一、沥青路面设计原理与方法 1、沥青路面的设计理论与控制指标当前世界各国众多的沥青路面设计方法，可概括分为：一类是经验法，以过去的修建和使用经验以及路基路面材料的室内或室外试验为主要依据。经验法最具有代表性的是美国加州承载比（California Bearing Ratio）法，简称CBR法；二是美州公路工作者协会（American Association Sta

31、tes Highway Officials）法，简称AASHO法；三是在英国、法国和德国颇为流行的“典型结构、经验厚度”法。经验法的优点是使用简单方便，缺点是局限性太大。交通荷载、自然环境和材料特性一旦发生变化，原有经验曲线、公式或图表将无法使用，如要靠修筑试验路来实现对新条件的适应，则既费钱又费时。1）设计理论理论法以力学分析为基础，并综合考虑影响路面工作的自然环境、交通条件以及材料特性。理论分析法实质上是把路面看成是一个工程结构物，根据行车荷载在路面结构层中所产生的应力、应变和位移量不超过路面结构层材料的容许应力、应变和位移，来选择和确定路面结构层的组成和厚度。它包含了结构组合设计、材料组

32、成设计和各结构层厚度计算三方面的内容。因而它比经验法半经验法有更为广阔的发展前景。弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间体 应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变形和位移等分量时，引入如下一些假设：（1）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；（2）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；（3）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；（4）层间接触情况，或者位移完全连续（称连续体系），或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（称滑动体系）； 2）设计指标（

33、1）基本规定现行城镇道路路面设计规范（CJJ169-2012）采用弹性层状体系理论为基础，双圆垂直均布荷载作用下，沥青路面结构设计应满足结构整体刚度、沥青层或半刚性基层抗疲劳开裂和沥青层抗变形的要求进行路面结构厚度设计，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换和轴载多次重复作用效应。应根据道路等级与类型选择路表弯沉值、柔性基层沥青层层底拉应变、半刚性材料基层层底拉应力和沥青层剪应力作为沥青路面结构设计指标，并应符合下列规定：快速路、主干路和次干路应采用路表弯沉值、半刚性材料基层层底拉应力、沥青层剪应力或柔性基层沥青层层底拉应变作为设计指标。支路可仅采用路表弯沉值为设计指标。可靠度系数可根据当地相关

34、研究成果选择；当无资料时可查表。 （2）各项设计指标规定轮隙中心处路表计算的弯沉值应小于或等于路表的设计弯沉值，应满足下式要求：柔性基层沥青层层底计算的最大拉应变应小于或等于材料的容许拉应变，应满足下式要求：半刚性材料基层层底计算的最大拉应力应小于或等于材料的容许抗拉强度，应满足下式要求：dsall RtaRma沥青面层计算的最大剪应力应小于或等于材料的容许抗剪强度，应满足下式要求：（3）路表设计弯沉值与各容许值计算沥青路面路表设计弯沉值路表设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，它是根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、道路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值，是路面厚度计算

35、的主要依据。弯沉值的大小反映了路基路面的强度，在相同的车轮荷载下，路面的弯沉值越大，则路面抵抗垂直变形的能力越弱，反之则强。RmabscedAAANl2 . 0600沥青路面材料的容许拉应变 半刚性材料的容许抗拉强度 沥青面层材料的容许抗剪强度 4143110150/e/M/mRNE.690844.vvv.MabbssRKrsRK2.沥青路面的设计依据1）标准轴载及其形式路面设计与交通量和交通组成有很大关系，不同车型和不同的作用次数对路面的影响也不同。路上行驶的车辆类型很多，所以必须选定一种统一轴载，把不同类型轴载的作用次数换算为这种统一轴载的作用次数。这种作为换算的统一轴载即称为标准轴载。我

36、国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示，设计交通量的计算应将不同轴重的各种车辆换算成BZZ-100标准轴重的当量轴次。道路行驶的车辆型号很多，而路面设计采用统一的标准轴载表示，所以各种车型应按规定的法则作换算，得到当量的标准轴载次数。由于不同力学参数的疲劳等效效应不同，我国规范规定，当量轴载换算分以下两种情况进行。（1）当沥青路面以设计弯沉值、沥青层剪应力和沥青层层底拉应变为设计指标时，各种轴载换算均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数 （2）当沥青路面以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，各种轴载换算均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数 354211.iiKi

37、PPnCCN8211PPnCCNiiKi2）沥青路面设计基准期3）设计车道上的累计当量轴次以上所讲的是将某一车型换算为标准轴载的计算公式。在沥青路面设计中，不仅要考虑使用初期日当量轴次，而且要考虑远景交通量（即设计基准期末期的交通量）的推算与换算问题。只有知道了设计基准期末期的日当量轴次，才能计算出路面设计基准期内，共要累计承担多少标准轴载的反复作用。路面设计基准期内标准轴载的累计作用次数同交通量的增长率有关。交通量的产生和增长与道路沿线的经济状况、生产布局、发展规划、运输系统结构、道路网密度等诸多因素密切相关。在沥青路面设计基准期内，正确预估交通量增长率比较困难。 1365 1)1(NNte

38、4）交通等级（1）交通等级划分的原因路面设计计算中采用累计当量轴次Ne作为设计荷载的依据。但其并不能反映交通量的组成情况，也不能反映行车荷载对路面的损坏形式作为设计临界状态所选用的控制指标，因此难以用累计当量轴次建立对应关系。对材料、结构设计等方面，一般与道路等级有关，道路等级越高，技术标准要求越高。但是，从实际调查资料来看，同一道路等级的交通量及组成却大不相同。有可能会出现如交通量小的高等级道路的技术要求过高，而对交通量很大的一般道路的技术要求却偏低，因此，有必要根据实际交通情况，在考虑道路等级的同时，也考虑交通量等级的影响。（2）交通等级划分路面结构在设计年限内承担交通荷载的繁重程度以交通

39、等级来划分。我国沥青路面根据交通荷载的轻重划分为四个等级，即轻交通、中等交通、重交通、特重交通。路面结构类型、结构组合设计、结构层位的确定、路面材料的选定都应充分考虑沥青路面的交通等级。设计时可根据累计当量轴次Ne（万次/车道）或每车道、每日平均大型客车及中型以上的各种货车交通量（辆/d车道），选择一个较高的交通等级作为设计交通等级 3、沥青路面结构层组合设计1）沥青路面设计的内容 路面设计的主要内容应包括原材料选择、混合料配合比设计和设计参数的测试与确定，路面结构层组合与厚度计算，以及路面结构的方案比选等内容。（1）调查与收集有关交通量及其组成资料，积极开展轴载分布的调查、测试工作；（2）收

40、集当地气候、水文资料，了解沿线地质、路基填挖及干湿状况，通过试验或论证确定路基回弹模量；（3）设计人员应认真做好路用各种材料的调查，并取样试验，根据试验结果选定路面各结构层所需的材料；（4）施工图设计阶段应进行混合料的目标配合比设计，并测试、确定材料设计参数；（5）拟定路面结构组合，采用专用程序计算厚度；（6）对路面结构方案进行概算、技术经济比较，进行初期投资或长期成本寿命分析，提出推荐的设计方案。但是目前我国尚未建立初期投资、营运中的维修、养护费用等全过程的技术经济预估模型，希望有条件的设计、科研单位开展这方面的工作，积累资料；（7）认真做好路面排水、路面结构内部排水和中间带排水系统设计，使

41、路面排水通畅，路面结构内部无积水滞留。 2）沥青路面设计遵循的原则（1）开展现场资料调查和收集工作，做好交通荷载分析与预测，按照全寿命周期成本的理念进行路面设计；（2）路面设计应认真掌握沿线路基特点，查明土质、路基干湿类型，在对不良地质路段处理的基础上，进行路基路面综合设计；（3）在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循“因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原则，选择技术先进、经济合理、安全可靠的路面结构方案；（4）应结合当地条件，积极、慎重地推广新材料、新工艺、新技术，并认真铺筑试验段，总结经验，不断完善，逐步推广；（5）为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设

42、计方案；（6）设计方案应符合国家环境保护的有关规定，注意施工中废弃料的处理，积极推动旧面层和基层的再生利用，应保护施工人员的健康和安全。3）沥青路面各结构层的选择路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层等多层结构组成。4、新建沥青路面结构设计1）沥青路面设计步骤（1）根据道路等级、使用要求、交通条件、投资水平、材料供应、施工技术等确定路面等级、面层类型、初拟路面结构整体结构类型；（2）根据土质、水文状况、工程地质条件、施工条件等，将路基分段，确定土基回弹模量；（3）收集调查交通量，计算设计基准期内一个方向上设计车道上的累计当量轴次；（4）进行路面结构组合设计，确定各层材料设计参数；（5）根据道路

43、等级和类型确定设计指标（设计弯沉、容许抗拉强度、容许抗剪强度、容许拉应变），根据面层类型、道路等级和变异水平等级确定可靠度系数；（6）进行路面结构厚度设计，路面结构设计应满足各设计指标要求；（7）对于季节性冰冻地区验算防冻厚度；（8）按全寿命周期费用分析的理念进行技术经济对比，确定路面结构方案。2）结构层计算路表弯沉值计算点位置应为双轮轮隙中心点A，见图所示。柔性基层沥青层层底拉应变的计算点位置为沥青层底面单圆中心点B或双圆轮隙中心点A，并取较大值作为层底拉应变。半刚性基层层底拉应力的计算点应为半刚性基层层底单圆荷载中心处B或双圆轮隙中心A，并取较大值作为层底拉应力。沥青面层剪应力最大值计算点

44、位置应取荷载外侧边缘路表距单圆荷载中心点0.9点D 或离路表0.1h1距单圆荷载中心点的点E，并取较大值作为面层剪应力。上述指标均可使用专用电算程序计算，其计算公式略去，详见城镇道路路面设计规范（CJJ169-2012）。3）沥青路面结构层的厚度设计方法路面各结构层的厚度可按计算法或验算法确定。（1）计算法根据路用性能要求或工程经验确定路面结构组合类型，设计时，应先拟定某一层作为设计层，然后根据混合料类型与施工工艺要求确定其他各层的厚度。一般设计层厚度应不小于最小施工厚度。当采用半刚性基层、底基层结构时，可选用任一层为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，宜拟定面层、底基层厚度，一般

45、半刚性基层为设计层可得到合理的结构；当采用柔性路面结构时，宜拟定面层、底基层的厚度，计算基层的厚度，当求得基层厚度太厚时，可考虑选用半刚性底基层，其上选用沥青稳定碎石作基层，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。然后按前述规定的流程计算设计层厚度。（2）验算法根据本地区典型结构确定路面结构组合类型，然后根据混合料类型与施工工艺拟定各结构层的厚度，按前述规定的流程进行结构验算，验算通过后即可作为备选结构。以下以计算法为例，简述新建沥青路面厚度计算的步骤：确定路面材料设计参数在初步设计阶段应选用沿线材料和外购材料进行配合设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并经过论证后确

46、定各层材料回弹模量和抗拉强度的设计值。拟定路面结构在拟定的路面结构中，先拟定某一层作为设计层，然后根据混合料类型与施工工艺要求确定其他各层的厚度。计算相应参数根据设计任务书要求，分别计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次、设计弯沉值和容许弯拉应力。 计算路面结构设计层厚度 4）新建沥青路面交工时整体强度检测交工验收时需在路表面检测路表弯沉值，因半刚性基层的强度、刚度与龄期有关，设计厚度计算时采用了标准龄期的材料模量值。若在施工过程中需检测各结构层的弯沉值时，应根据检测时半刚性基层、底基层的实际龄期所对应的材料模量值、施工厚度来计算各结构层的表面弯沉，以此作为检测各结构层的标准弯沉值。5）城市道路

47、沥青路面结构图案例（1）路面结构的确定本工程按新建沥青路面结构考虑。根据道路等级、交通性质，结合当地实际情况和地质等各方面的情况，工程路面结构组合如下：车行道路面结构为：4cm细粒式沥青混凝土（AC-13）+7cm粗粒式沥青砼（AC-25）+0.6cm沥青下封层+18cm石灰水泥粉煤灰稳定砂砾（5 4 11 80）+15cm石灰粉煤灰稳定砂砾（7 13 80）+15cm石灰粉煤灰稳定砂砾（10 45 45），总厚度59.6cm。远期车行道路面结构需根据现状路面结构实测弯沉值等实际情况进行路面加罩设计。人行道路面结构为：6cm彩色透水方砖+3cm粗砂垫层+15cm级配砂砾，总厚度24cm。（2）

48、路面结构验算路面结构材料参数表见下表：材料名称抗压模量 (Mpa)劈裂强度(Mpa)2015细粒式沥青混凝土（AC-13）140020001.4粗粒式沥青混凝土（AC-25）100012000.8石灰水泥粉煤灰稳定砂砾（5 4 11 80）130013000.8石灰粉煤灰稳定砂砾（7 13 80）120012000.7石灰粉煤灰稳定砂砾（10 45 45）110011000.6采用上表参数值使用路面程序系统进行辅助设计计算，计算结果见下表。结构层类型顶面弯沉值（0.01mm）4cm细粒式沥青混凝土（AC-13）26.67cm粗粒式沥青混凝土（AC-25）29.718cm石灰水泥粉煤灰稳定砂砾（

49、5 4 11 80）34.815cm石灰粉煤灰稳定砂砾（7 13 80）6815cm石灰粉煤灰稳定砂砾（10 45 45）170.9路床310.5二、沥青路面施工1、沥青路面的分类（1）按强度构成原理可将沥青路面分为密实类和嵌挤类两大类密实类沥青路面要求矿料的级配按最大密实原则设计，其强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力。嵌挤类沥青路面要求采用颗粒尺寸较为均一的矿料，路面的强度和稳定性主要依靠骨料颗粒之间相互嵌挤所产生的内摩阻力，而粘聚力则起着次要的作用。 （2）按施工工艺的不同，沥青路面可分为层铺法、路拌法和厂拌法三类 层铺法是用分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的方法修筑。路拌法是

50、在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和摊铺和碾压密实而成的沥青面层。厂拌法是有一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专用设备加热拌和，然后送到工地摊铺碾压而成的沥青路面。 （3）根据沥青路面的技术特性，沥青面层可分为沥青混凝土热拌沥青碎石乳化沥青碎石混合料、沥青贯入式、沥青表面处治五种类型。此外，沥青玛蹄脂碎石近年在许多国家也得到广泛应用。2、沥青类路面对常用材料的要求1）沥青材料沥青路面所用的沥青材料有道路石油沥青、乳化沥青、液体石油沥青、煤沥青、改性沥青和改性乳化沥青等。沥青材料的选择应根据交通量、气候条件、施工方法、沥青面层类型、材料来源等情况确定。当采用改性沥青时应进行试验并应进行技术论证。2

51、）粗集料沥青面层用粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、钢渣、矿渣等，但高速、一级公路和快速路、主干路不得使用筛选砾石和矿渣。粗集料应该洁净、干燥、表面粗糙，质量应符合规范的规定。3）细集料沥青路面的细集料包括天然砂、机制砂、石屑。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并有适当的颗粒级配，其质量应符合规范的规定。4）填料沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应除净。矿粉应干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出，其质量应符合规范的技术要求。 3、沥青路面各种施工方法、程序和要点1）沥青表面处治沥青表面处治适用于三级及三级以下公路、城市道路的支路

52、、县镇道路的沥青面层。各种封层适用于加铺薄层罩面、磨耗层、水泥混凝土路面上的应力缓冲层、各种防水和密水层、预防性养护罩面层。沥青表面处治与封层宜选择在干燥和较热的季节施工，并在最高温度低于l5到来以前半个月急于季前结束。使表面处治层通过开放交通压实，成型稳定。2）沥青贯入式路面沥青贯入式路面具有较高的强度和稳定性，其强度的构成，主要依靠矿料的嵌挤作用和沥青材料的粘结力。沥青贯入式路面适用于三级及三级以下公路、城市道路的次干路及支路，也可作为沥青路面的联结层或基层。由于沥青贯入式路面是一种多孔隙结构，为了防止水的浸入和增强路面的水稳定性，最上层应撒布封层料或加铺拌和层。沥青贯入层作为联结层使用时

53、，可不撒表面封层料。沥青贯入式路面宜在干燥和较热的季节施工，并宜在雨季及日最高温度低于15C到来以前半个月结束，使贯入式结构层通过开放交通碾压成型。沥青贯入式路面在初步碾压的矿料层上洒布沥青，再分层铺撒嵌缝料、洒布沥青和碾压，并借行车压实而成的。其厚度一般为48cm。 3）路拌沥青碎石路面的施工路拌沥青碎石路面是在路上用机械将热的或冷的沥青材料与冷的矿料拌和，并摊铺、压实而成。4）热拌沥青混合料路面的施工热拌沥青混合料(HMA)适用于各种等级道路的沥青路面。其种类按集料公称最大粒径、矿料级配、空隙率划分。应满足耐久性、抗车辙、抗裂、抗水损害能力、抗滑性能等多方面要求，同时还需考虑施工机械、工程

54、造价等实际情况。各层沥青混合料应满足所在层位的功能性要求，便于施工，不容易离析。各层应连续施工并联结成为一个整体。当发现混合料结构组合及级配类型的设计不合理时应进行修改、调整，以确保沥青路面的使用性能。沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并应与压实层厚度相匹配。 任务四 水泥混凝土路面建造水泥混凝土路面，包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混凝土等面层板和基(垫)层所组成的路面。目前采用最广泛的是就地浇筑的普通混凝土路面，简称混凝土路面。所谓普通混凝土路面，是指除接缝区和局部范围(边缘和角隅)外不配置钢筋的混凝土路面。与其它类型路面相比，混凝土路

55、面具有以下优点：（1）强度高，混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力。（2）稳定性好，混凝土路面的水稳性、热稳性均较好，特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高，不存在沥青路面的那种“老化”现象。（3）耐久性好，由于混凝土路面的强度和稳定性好，所以它经久耐用，一般能使用2040年，而且它能通行包括履带式车辆等在内的各种运输工具。（4）有利于夜间行车，混凝土路面色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利。任务四 水泥混凝土路面建造但是，混凝土路面也存在一些缺点，主要有以下几方面：（1）对水泥和水的需要量大，修筑0.2m厚、7m宽的混凝土路面，每1000m要耗费水泥约400500t和

56、水约250t，尚不包括养生用的水在内，这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。（2）有接缝，一般混凝土路面要建造许多接缝，这些接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响行车的舒适性，接缝又是路面的薄弱点，如处理不当，将导致路面板边和板角处破坏。（3）开放交通较迟，一般混凝土路面完工后，要经过28天的湿治养生，才能开放交通，如需提早开放交通，则需采取特殊措施。（4）修复困难，混凝土路面损坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且影响交通。一、水泥混凝土路面设计原理与方法1、设计理论水泥混凝土路面从工程结构分类来看，应属于岩土工程的地基结构物。因此混凝土路面结构设计理论和方法是随着结构工

57、程设计理论与岩土结构设计理论的发展而不断发展并完善的。 自20世纪50年代至今，我国水泥混凝土路面设计理论和方法也不断改进，我国现行规范设计方法弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100kN单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部所产生的最大荷载应力控制设计。水泥混凝土路面板具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形小，同时按照现行的设计理论在计算汽车荷载作用下，混凝土板工作在弹性阶段。同时基层和土基所承受的荷载单位应力及产生的变形也很微小，也处于弹性工作状态。因此水泥混凝土路面在力学上可视为弹性地基上的弹性板，应用弹性地基板理论进行计算。水泥混凝土路面也是一种弹性层状结构，当混凝土面层下为

58、具有基层、底基层或垫层的层状地基时，可用弹性层状体系理论求解基层顶面的当量回弹模量。由于对弹性地基采用的模型不同，得出了不同的弹性地基板理论解，目前采用的主要有两种弹性地基模型，即地基反应模量表征的文克勒地基模型和以弹性模量与泊松比表征的弹性半无限地基模型。考虑我国的实际情况，采用了弹性半无限地基模型。由于板的厚度和刚度在很大程度上影响板的弯曲性质，因此对不同厚度的板，需采用不同的分析和计算方法。对于行驶一般汽车的水泥混凝土路面与厂矿地坪均属于小挠度弹性薄板理论的范畴。1）小挠度弹性薄板理论我国现行规范采用弹性半无限地基上的弹性薄板理论和有限元法计算荷载应力和温度应力。 2）弹性多层体系理论弹

59、性多层体系理论主要应用于沥青路面的应力分析，应用于水泥混凝土路面时，具有难于考虑接缝边界条件的不足。水泥混凝土路面面层下为具有基层、底基层或垫层的层状地基时，可用弹性层状体系理论求解基层顶面的当量回弹模量。2、水泥混凝土路面结构层组合设计1）路基2）垫层3）基层4）面层3、接缝的设计与布置混凝土面层是由一定厚度的混凝土板所组成，它具有热胀冷缩的性质。由于一年四季气温的变化，混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。而在一昼夜中，白天气温升高，混凝土板顶面温度较底面为高，这种温度坡差会形成板的中部隆起的趋势。夜间气温降低，板顶面温度较底面为低，会使板的周边和角隅发生翘起的趋势(a)。这些变形会受到板与

60、基础之间的摩阻力和粘结力，以及板的自重车轮荷载等的约束，致使板内产生过大的应力，造成板的断裂(b)或拱胀等破坏。由于翘曲而引起的裂缝，则在裂缝发生后被分割的两块板体尚不致完全分离，倘若板体温度均匀下降引起收缩，则将使两块板体被拉开(c)，从而失去荷载传递作用。为避免这些缺陷，混凝土路面不得不在纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多板块 。横向接缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。缩缝保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。另外，