沥青路面设计

1、第九章沥青路面设计第九章沥青路面设计第九章 沥青路面设计第 9-1 节沥青路面设计的任务、程序与原则一、设计任务沥青路面设计的任务是：确定合理的路面等级，选择适合的路面类型，进行结构组合设计、 路面材料配合比设计及路面结构计算等。为确保 路面设计质量，在路面设计之前，应进行专门的 外业调查，搜集相关资料，以作为路面设计工作 的依据。在外业调查时需收集的资料有：工程地 质和水文地质条件，天然土湿度和水文资料，气 象资料，路面材料产地和供应情况，当地路面使 用经验和其他情况，交通量及交通组成情况，投 资情况，施工单位的技术力量，机具设备、劳动 力组成情况，原有路基路面状况等。在掌握了公路沿线的野外

2、调查资料的基础 上可按下列程序进行路面的设计工作：1根据设计任务书的要求，并综合考虑国 家政治、经济、国防、旅游、公路等级、交通量 和交通组成、建设投资和其他方面的要求，确定 合理的路面等级和面层类型。计算在设计年限内 换算为标准轴载的单车道的累计当量轴次和路 表设计弯沉值，容许拉应力值。2 确定路基回弹模量值。按路基土组与干湿 类型将路基划分为若干路段（每段长度一般 情况下不宜小于 500m,若为大规模机械化施工， 不宜小于1km），确定各路段土基回弹模量值。3 确定路面材料的回弹模量值。 为了保证 路面结构的强度与稳定性并充分发挥各结构层 的功能，应考虑当地气候、土质、材料，施工等 具体情

3、况，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据实测或查表确定各结构层路面材料的 回弹模量及设计参数。4 根据设计弯沉值计算路面厚度。对于高速 公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和 整体性材料基层、底基层应验算其拉应力是否满 足容许拉应力的要求。如不满足要求，应通过调 整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调 整材料配合比以提高极阻抗弯拉强度后再重新 计算：对季节性冰冻地区的高级和次高级路面， 还应验算防冻厚度是否符合要求。1 进行技术经济比较，确定采用的路面结构 方案。三、设计原则为使沥青路面设计先进，经济合理，路面安 全适用并与周围环境协调， 在设计工作中应遵循 下列原则：1应根据路

4、面使用要求与当地的自然条件（包括气候、 水文、 土质等） ,结合当地实践经验，按面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求进行综 合设计。2应贯彻合理选材，方便施工，利于养护，节约投资的原则，结合当地经验进行路面结构方 案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、 强度高稳定性好、便于机械化和工厂化施工的路 面结构方案。3 应从技术经济上论证是否有必要分期修 建。对分期修建的路面工程，应合理设计结构层 次与厚度，使前期工程能在后期被充分利用。高 速公路和一级公路的路面不宜分期修建。4 应积极采用并推广新技术、 新材料、 新 工艺、新设备、推行机械化施工。对高速公路和 一级公路，应采用大型、 高效成套的机

5、械设备施 工以确保工程质量。对软土地区或高填方路基及可能产生较大 沉降的路段，宜按分期修建或一次设计分期实 施的原则进行设计。设计时应按远景交通量设计 路面结构与厚度，修筑时可酌情减薄沥青面 层厚度，待路基变形趋于稳定后，再根据路面实 际情况加铺沥青面层至设计厚度。待路基变形趋 于稳定后，再根据路面实际情况加铺沥青面层至 设计厚度。第 9-2 节标准轴载与轴次换算一、标准轴载及其形 式公路上行驶的车辆种类繁杂，不同车型和不 同作用次数对路面影响不同，为方便路面设 计，需将不同车型组合而成的混合交通量换算成 某种统一轴载的当量抽次。这种统一的轴载，称为标准轴载。公路沥青路面设计规范（JTJ014

6、-97）中规 定：沥青路面设计是以双轮组单后轴载100kN 为标准轴载，以 BZZ 100 表示。标准轴 载的计算参数按表 2-7-1 确定，凡轴载大干 25kN 小于 130kN 的各级轴载 Pi（包括车辆的前 轴和后轴）的作用次数均应换算成标准轴载 P 的 当量作用次数（简称当量轴次）。标推轴缎计算會牡表“I毎准轴載B2Z100标輕抽载BZZ- 1110100呻轮传巫面当埜圆总禅21.30轮胎搖临乐强两堆中心此1.5J二、 轴次换 算方法1 换算原则当把混合交通量中的各级轴载换算成标准 轴载时，为了保证换算前与换算后的轴载对路 面的作用效果相同， 应该遵循弯沉等效或拉应力 等效原则。等效原

7、则是以某一种路面结构在不同轴载 作用下达到相同的损坏程度为根据的。这是一 个很复杂的关系，通常是通过实验路段观测来确 定。它包括两方面的含义：第一，对于同一一种 路面结构，若一种车轮荷载作用了 ni次，使路 面达到极限破损状态，而另一种车轮荷载作用了 n2次，使路面达到了同样的破损状态，则这两种车轮荷载的作用次数 ni和 n2,被称做是等效的 第二，对于同一交通组合（混合交通量），通过等 效换算后，则不论按哪种车轮荷载进行路面厚度 计算，得到的结果均是相同的。2换算方法（”釆用路我设计弯阮僮作为指杯及沥萍圧曲宏底拉应力验算时.凡轴戟大T 25的各 级轴栽 P.的作用空数切的应滞卜式挽算成每准轴

8、载卩的芳燉抽次n底总和 Z（2-7-0式屮：N设計呷限内荼笫一年整 A 道路断面的标戲轴载的口平朗当嬴岫次戊/日；叫被换算车釀的各缁紬载作用次数.次/日；P标睢躺戟，汕hP.就换算车空的务级轴我，恥；C,轴数索数俱轴列距大j加別血按电独一F轴载怦里此円轴数系数为叭当 轴间犯小于餉I时按取轴或多轴计算 g-I + 1.2 （m-Dt就中：m- 仙數口G轮胡乘数.单轮组为百牡収轮組为1;四轮齟为0.3S.（2当进行半刚性塔层层底拉应力脸算时凡轴重大于缈闱的各绷载 包括车辆的前、 后 轴） 按式（72）进行换算，卅=士 GSi（紂I*厂戍屮：C - 轴數来熱当轴间距小于珈时*1*25 L小Q晁组系数

9、眾轮組为为Id阳轮纽为609上述轴载换算公式适用于单轴重25130kN的范围内。在具体进行轴次换算时，各种主 要汽车路面设计使用的计算参数可参考表 2-1-9。轴次计算在沥青路面设计中既要考虑使用初期日交 通量和远景交通量（即使用年限末期交通量）还要 计算出路面设计使用年限内，设计车道累计承担 多少次（街2）标准轴载的反复作用。路面使用年限末期的远景交通量是由有关 部门根据国民经济发展规划给定，或根据交通部门的调查统计资料进行推算而得。 我国有关调查统计资料表明，交通量的增长基本上符合 几何级数的递增规律，即：M -和】+y)r-1(2-7-3)式中：叫设计年限末年的双向H平均当懺轴次.次/日

10、；路面竣工唇第一年的双向日平沟当战轴t阳许限，年；7-设计年限内交通呈的平均年增抡率怖应根据调査预测分析确淀“设廿年限内一个车道上的累计当量轴次可用下式计算：或N* =( + y)1- I 365皿押(1 + y)i式中：N.设计年限内一个车道匕的累计当鈕轴次.次；9车遵乘数,可按表27-2确定其余符号意义同前。车道爲数表M2车道特征1 1单车 ifi1.0四卡逋有好隔0.50,3-1 4无井溺例 2-7-1 某一级公路，竣工后第一年双向平均 日交通星见表 2-7-3,交通量年平均增长率 r 为 7. 5%,路面设计年限 t = 15 年，求累计当量 轴次 Ne。解：1.求各类车型的轴载换算系

11、数4.35轴载换算索数珂为査表2-1-9给出各车型的汽车设计参数埴人表2-7-3内&2.半至轴次交通昼兀轴载棧算系数3.日当呈轴次总和为 州=11014”求累计当量轴次忆网为级公路是四车道故取7=0,4则；慎=+门；1达郵心号=口*器嚟x 365 x 1101 x 0,4 - 4.2 x 106次汽牟撐数及交通量换尊表表47 占车型交涌业 加日）后轴童 （kN）后轴换昇 系数舸轴换换算数，40.0051a ous10交通印LI40100055.2O.OT7510 0170 0292丈脱拉1301W16016.991520.3547.3i817.35朮京BJJ3020127.20.003

12、t一uooa0.6日野K2H3W100i.m10.2521 25225U第 9-3 节沥青路面设计指标一、路面结构的破坏模式与设计指标（一）路面结构的破坏模式沥青路面状况和使用品质由于环境的干、 湿、冷、热的交替循环和行车荷载的反复作用而 逐渐变坏，或完全丧失工作能力。为了保证路面 结构性能在规定的使用年限内不恶化到某一程 度。需要分析路面破坏的模式和产生的原因，并依此制定出相应的设计指标来控制路面设计。沥青路面破坏形态各异，破坏的原因是错综 复杂的，根据损坏现象的成因及对路面使用性能 的影响，路面的破坏可分为以下几种主要模式。1 沉陷沉陷是路面在车轮荷载作用下，其表面产生 的较大凹陷变形，有

13、时凹陷两侧伴有隆起现 象如图2-7-1 所示。当沉陷严重超过了结构的 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。引起沉陷的主要 原因是路基水文条件差而过于湿软，承载力显著 降低，在车轮荷载作用下出现沉陷并导致路面的 开裂、变形和破坏。I车辙车辙是路面結构层及土基在行车荷载 重复柞用下，以及结构层中材料的侧向位 移产生的累计永久变形这种变形出现在. 行车带处，特别在渠化交通的情况下）就. 形成路面的纵向带状凹陷。车嶽是高级沥 青路面的主要破坏形式。 因为这种路面的 使用寿命较长， 即使每一次行车荷载作用 下产生的残余变形量很小，而多次重复作団站处陷杀意禺用累积起来的

14、残余变形总和也将会很大， 足以影响车辆的正常行驶。路面的车辙与荷载应力大小，重复作用次数 以及结构层和土基的性质有关。3 疲劳开裂开裂是沥青路面常见的破坏类型。开裂的种 类和原因有几种，这里所说的开裂是路表无 显著永久变形而出现的裂缝现象。 疲劳开裂的特 点是首先出现较短的纵向开裂，继而逐渐发 展为网状开裂，开裂面积不断扩大。发生疲劳开裂的主要原因是：结构整体强度 不足或在车轮荷载反复作用下，沥青结构层底面梯巴j. Li- r_7或半刚性基层底面产生的拉应力 （或拉应变） 超过 材料的疲劳强度，底面便发生开裂，并逐渐扩展 延伸到表面。4 推移推移是沥青路面材料沿行车方向发生剪切或拉裂破坏面出现

15、推挤或拥起现象。如图2-7-2所示造成椎移的主要原因是：当沥青路面受到较 大的水平荷载作用时（在车辆经常启动、制动的 路段及弯道、坡度变化处等），车辆荷载引起的 竖向力和水平力的综合作用使结 构层内的切应力或拉应力超过材料的抗剪或抗 拉强度&低温编裂路面中的-些整悴性繪构层在低温时（负温 度由于材料收编賢限制而产生较大的拉应力当 它超过材料柑应条件下的抗拉隈度时便产生横向 间隔性的（闻距为5 -喜30裂缝，严重时发展为纵向裂缝（因为路面的纵向约束远大于横向约束） 在冰凉地区，沥青面层及用水硬性材料稳定 的整体性基层。冬季可能出现这种裂缝。低温裂 缝的产生与荷载无关。路面材料的干缩裂缝

16、或半刚性基层上沥青面层的反射裂缝， 均为横向 裂缝，另外路基不均匀沉陷、冻胀也会产生横裂 和纵裂。模型和纵裂进一步发展会扩展成网裂。（二）设计指标根据路面在行车荷载和自然因素作用下所产 生的应力、应变和位移量不超过路面任一结 构层中材料的允许应力、应变和位移量来选定路 面结构层的2-V7准移勻拥起组合和厚度，以达到防止或减少各种 路面破坏现象的发生，控制或限制路面结构的特 性和使用品质在设计年限内不恶化到某一规定 程度的目的。目前沥青路面的设计方法世界各个 国家采用的标准不尽相同，有的方法采用一个指 标，有的方法采用几个指标，但不少国家沥青路 面的设计方法是采用路表设计弯沉值作为一项 控制指标

17、。这项指标能得到广泛采用，是因为路 表弯沉不仅反映路面整个结构层及土基的整体 强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的 内在联系，同时弯沉值的测定也很方便。我国沥 青路面设计是根据路面结构类型不同分别采用 以下指标：1. 为了控制路基路面的总变形，防止网裂、沉陷、车辙，使路面具有足够的整体刚度和强度。 采用路表设计弯沉值 Ld作为路面整体刚度和强 度的控制指标。即路面设计弯沉值 Ld应大于或 等于路表实际可能产生的回弹弯沉值 Ls,即LswLd(2-7-4)2. 为了防止沥青混合料面层和整体性材料 基层的疲劳开裂，采用了沥青混凝土面层和整体 性材料基层(即半刚性基层)底面的容许拉应力a R作

18、为验算指标，此值应大于或等于路面中相应 结构层底面实际可能产生的最大拉应力am即a m W aR(2-7-5)1.为了防止高温季节道路交叉口、停车场等汽 车经常起动、制动的地方沥青面层产生推挤和 拥包等破坏现象，采用了沥青面层材料的容许 切应力作为验算指标，此值应大于或等于面层 破裂面上实际可能产生的切应力T a,即T a W T R(2-7-6)上述三项设计指标的使用范围为：(1)我国公路沥青路面设计规范以设计弯 沉值作为路面结构设计的控制指标。对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和整 体性材料基层、底基层还应进行层底拉应力验 算。(2)我国城市道路设计规范规定：1)除交通量小的支

19、路上铺筑沥青混凝土面 层时可仅用设计弯沉值指标设计外，在其他道 路上铺筑沥青混凝土面层应采用上述三项指标 设计。2)对沥青碎石面层采用设计弯沉值和切应 力两项指标设计，对沥青贯人式、沥青表面处治 和粒料路面，只用设计弯沉值指标设计。3) 采用半刚性基层时，应对基层按拉应力指标 设计。二、 路面设计弯 沉值计算所谓弯沉，是指在车轮荷载作用下路面产生 的垂直位移(也称垂直变形)。路面材料是非线性弹塑性体，所以路面的弯沉有弹性弯沉、 残 余弯沉和总弯沉。针对一个固定的测点而言， 当它受到车轮荷载的作用时，就产生竖向位移变 形，在加荷过程中观测的变形位就是总弯沉； 当车轮荷载卸除后，路面就向上回弹，在

20、卸荷过 程中观测到的变形值就是弹性（回弹）弯沉；总弯 沉与弹性弯沉之差，就是残余弯沉，如图2-7-3所示。据观测，对于强度较高或使用多年而处于 稳定状态的老路面，其残余弯沉仅为总弯沉的 10%左右，可认为是处于或接近弹性工作状态。 因此，可采用路面回弹弯沉 Lo来表征路面的强 度。路面回弹弯沉值可用杠杆式弯沉仪由标准汽车按前进卸荷法进行测定。弯沉值的大小，反 映了路面的强度，在相同车轮荷载下，路面弯沉 值愈大，则路面抵抗垂直变形的能力愈弱， 反之 则强。实践表明，在路面达到相同破坏程度时.回 弹弯沉值的大小同该路面的使用寿命即车轮荷载累计甫复柞用次数有密切关系如果能够找到路面达到某种菠坏状态时

21、的車 整荷载作用次数与此衬弯沉值之间的关 系， 那么就町以根据对该粘而所要求的使 用寿命来确定它所容许达到的最大弯沉 值s井依此值作为控制指标,这个弯沉酒披 称作设计弯沉用 g 表示路面设计弯沉 值的确切定义是：根据设计年限内一个车 道上预测通过的累计当屋轴次、公路等级、 面层和基层而确定的路面弯沉设计值。设计弯沉值的确定是通过在使用了若干年， 并HJ荷时“-卸苛02-7 3路面的总驾沉冇鸭咤巧兀在外观上有不同程度破坏的路面表面上， 用标 准轴载测定处于各种不同外观状态的回弹弯沉， 建立回弹弯沉与路面外观状态的关系， 并考虑到 对公路的修建费用、使用、养护的要求加以确定 的。调查测定发现，路面

22、回弹弯沉值的大小与路 面外观状态之间有着很明显的联系， 即随着路面 回弹弯沉值的增大，路面的外观状态明显变差。 我国把公路沥青路面按外观特征分为五个类别， 如表 2-7-4 所示。并把第四类外观状态定为路面 的临界状态，以此状态下测定的回弹弯沉值的低 限作为路面设计弯沉踣面外观状态的冀型在2-7-4Ml路面狀况跻匣外規特征类一:类平整，无变瑶，少誼飆谴三墓中强平筮，无变理.少呂炯向或不規丽裂纹四类无明證变解.有械峯蚁横阎戒同部网飆坏严巫燒（网裂或伴有车橄血陷值界限的依据。由于在车辆荷载的重复作用下， 路面上实际产生的弯沉值不可避免地要有所积累和增加，故在确定路面的设计弯沉值时， 必须 注意到设

23、计弯沉的大小和路上通过的交通量及 其轴载组合的密切关系。因此，当规定了路面的 临界状态以后，要求承受的交通量大时，路面设 计弯沉值就该定得小一些；要求承受的交通量小 时，路面的设计弯沉值则可定得大一些。 根据上 述原则，并通过大量的调查测定发现，累计交通 量与设计弯沉值之间存在良好的双对数相关关 系，在此基础上又考虑了不同公路等级、 面层和 基层类型对设计弯沉值确定的影响， 规范采用下 列公式计算：G =澤九（277式中：Ld路面设计弯沉值，0.01mm,对沥 青路面系指路面温度为 20 C 的值；N累计当量轴次，次；Ac公路等级系数，高速公路、一级公 路为1.0，二级公路为 1.1，三、四级

24、公 路为 1.2;As面层类型系数， 沥青混凝土面层为 1.0,热拌沥青碎石、沥青上拌下贯式，沥青贯 人式，乳化沥青碎石为 1. 1;沥青表面处治为 1. 2;粒料类面层 仲低级路面)为 1.3;Ab基层类型系数，对半刚性基层、底 基层总厚度大于或等于 20cm 时，Ab= 1.0,其他 情况见规范规定。例 2-7-2 同例 2-7-1 所给条件，路面面层拟 采用沥青混凝土，基层为水泥土厚 20cm,求其 设计弯沉值。解： 根据例 2-7-1 计算可知； 累计当量轴次 Ne=4.2X106次.公路等级系数Ac= 1.0,面层系 数As=1.0,基层系数 Ab=1.0,则设计回弹弯沉值 Ld为：

25、人=黑丸仏加=(4 2/fe2x L0 址 tO = 28.412(0.01mm)三、结构层材料的容许拉应力容许拉应力(T R是路面承受行车荷载反复作 用达到临界破坏状态时的最大疲劳拉应力。 容许拉应力的确定与材料的极限抗拉强度有关（极限抗拉强度的大小通过实验确定），同时也 与重复荷载次数有关，容许拉应力要比一次荷载 作用的极限抗拉强度小，其减少的程度同重复荷 载次数和路面结构层材料的性质有关，其公式如 下：刊二务（2-7-8）式中：CTsP沥青混凝土或半刚性结构层材料 的劈裂强度，MPa，由试验确定；Ks抗拉强度结构系数，同荷载的反复作用次数有关。结构层材料劈裂强度，对沥青混凝土系指15 C

26、 时的劈裂强度；对石灰土、二灰、二灰土 等强度低的材料，系指 6 个月龄期的劈裂强度； 其他稳定类基层材料，均指 90 日龄期的劈裂强 度。表征结构层材料抗拉强度因疲劳面降低的抗拉强度结构系数 A、根据疲劳方程可表示对沥青混蘇七面层屛=0.09Aa/V/H/Ac（2-7-9）式中；A.沥青馄凝土级配的类型系数，细，中粒式沥育混瑟土为I.几粗粒式沥青視凝土为 1.U对于无机结合料稳定集斡类：（2-7-10 J对于无机结合料隐定细粒土类：既二0.必vf:4.（ 2-7-11）第 9-4 节 土基与路面材料强度指标一、路基受力 与工作区1 路基受力状况通常路基承受两种荷载， 一种是路面和路基 自重引

27、起的荷载，另一种是车辆轮重引起的外荷 载，在两种荷载的共同作用下，使路基土处于受 力状态。正确的设计应使路基受力时尽可能只产 生弹性变形，而当车辆驶过后，路基变形可以恢 复原状，以确保路基的相对稳定，而不致引起路 面破坏。路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应 力1,是随深度增大而减小的。当车轮荷载作 为圆形均布荷载时，圆形荷载中心下土基的垂直 压应力a 1,可用以下近似公式计算：式中：P车轮荷载的均布单位压力， kPa,D圆形均布荷载作用面积的直径，m,Z圆形均布荷载中心下应力作用点的 深度，m。路基土本身自重在路基内深度为 Z 处所引 起的垂直压应力a 2,可用下式计算：a 2=rZ(2-7

28、-13)式中：r- 土的容量，kN/m3。自重引起土基中的压应力，考虑到在一定深 度处，同路基自重相比，路面重力的影响不大， 所以在研究荷载作用最大深度时，为简化计算， 近似地将路面材料相当于路基土材料。 路基内任 一点处所受的垂直应力，应是由车辆荷载引起的 垂直应力即和由土基自重引起的垂直应力a 2两者的叠加。土基应力分布如图2.路基的工作区在路基的某一探度处”车辆荷载引起的应力与路堆自 更应力相比只占一小器分（*一占）在此深度成下，车辆 荷载对土基的作用影陶很小可以略去不计在此深度以 上的区域可看融是支承路面、受车辆荷载杵用席响较大的范这一深度范围称为路基的王作区.或称应力件用 区口路基工

29、作区的深度耳可以用以下近撷公式计算：瓷二2-7-14）式中：監路基工作区深匪,血；P车轮荷载，KN ;K系数，取 0. 5; r土的容重，KN/m3;n 系数，取 510。显然， 路基工作区的深度 Za随车辆荷载增大而 加深，随路面的刚度利厚度的增加而减小。跑基工作区內，土基的强度和稳室性对保证路面的强度和稳定性扱为靈要，对工柞区深度内的土应选择、含水暈、路尿的压实度均应满绘设卄要求。当工作区的探 度乙大于路基填上高度时2-7-5），行 车荷载的作用不仅作用于路堤而且柞用 于天然地基上部土层 因此.天然地基上部 土层和路堤均应同时满足路基工作区的要 求，充分出实。二、土基回弹模量的作用下产生的

30、应力与其相应的回弹应变的比 值。车辆荷载通过路面传至土基的垂直压力， 使 土基产生一定程度的竖向位移变形， 假定土基为 均质的弹性体，在圆形垂直均布荷载作用下，在 应力与应变成直线关系时，可用弹性理论来建立荷载与变形之间的关系式:2-7-4 所示。确定方法回弹模量是指路路面及筑路材料在荷载團2 7-1土堤应力孙布厨ffl 2-7-5工作凰探度叮路堤高虑大于不和路涯爲度小子Z(2-7-15)式中：Lr路表距离荷载中心袖为 r 某点处的垂直位移，亦称弯沉值,cmP圆形垂直均布荷载，MPa ；E。一一土基回弹模量， MPa ;S-圆形均布荷载面积半径， m;u 土的泊松系数，取 o. 35;a- 竖

31、向位移系数，是 r/8的函数,r/3=0 时，a= 1; r/8=1. 5 时，a = o 356。由上式看出；在一定的车轮荷载作用下，土 基的回弹模量 Eo值越大，所产生的回弹弯沉值 Lr就越小。这标志着土基的承载能力大，抵抗变 形的能力强。土基的强度可用若干指标来表达(如抗剪强 度、CBR 值、回弹模量等)。我国是以路表设计 弯沉值作为路面整体强度的设计控制指标。 由式 (2-7-15)或三层体系理论分析可知，影响路表弯 沉的主要因素是路基的强度，70% 95%的弯沉 取决于路基。因此采用土基回弹模量 Eo 来表示 土基的强度。土基回弹模量确定可以通过现场实测、室内 实验法、换算法或通过经

32、验公式计算确定的查表 法。1 现场实测： 在不利季节， 在已竣工的路 基上，用承载板通过逐级加荷卸载的方法测出每级荷载的回弹变形值，并采用间弹变形Lo =0.51mm 的测定值，参考各地经验的综合式(2-7-16)计算土基回弹模量。或用弯沉仪测定土 基回弹模量值。详细操作及计算可按公路路基 路面现场测试规程(JTJ05995)中 T0944 95 规定、公路沥青路面设计视范(JTJ014-97) 中表 8 执行。Eo = 2430Lo7(2-7-16)1.内实验法： 按最佳含水量下制备三组土样 试件，测得不同压实度与其相对应的回弹模 量值，绘成压实度与回弹模量曲线；查图求 得标准压实度条件下土

33、的回弹模量值。3 换算法：各地区有条件进行现场或室内土的回弹模量 Eo、土性配套指标(Wc、WL、Wp、粒径组成等)、压实度(Kh、Kl), CBR 值等实验，建立室内与现场的土基各种力学指标间的相关 关系式，见公路沥青路面设计规范中表10、表 11,再根据相关关系式推算 E0值。承载板测定法，对于新建公路或改建公路的 新路基来说，在设计阶段路基尚未形成，当然无 法测定其土基 E0值，常用查表法确定。4 查表法：指在不具备实测条件时，可参 考表列的建议值，按下列步骤求得路基的回弹模 量值。(1)按路基高度， 参考表 2-1-5或表 2-1-4或 公路沥青路面设计规范中附录 E 表 E1,确 定

34、路基咼度与临界咼度的关系；按该路段的路基高度与路基临界高度的 关系，查表 2-2-4 或公路沥青路面设计规范中表 6.1. 2 2,确定路基的干湿类型；(3)按路段的干湿类型和土的性质，查表 2-2-2,或公路沥青路面设计规范中表 6. 1. 2 1,确定路基土的平均稠度；(4 )根据该路段路基土的平均稠度 Wc、二级自 然区划和土的性质，查表 2-7-5 或公路沥青路 面设计规范中附录 E 表 E2对于碎、砾石土和 砂土的回弹模量详见 公路沥青路面设计规范附录 D 表 D3，确定土基回弹模量 E。公路沥青路面设计规范规定：高速公路 和一级公路的土基回弹模量值应大于 30MPa , 其他公路的

35、土基回弹模量值应大于 25MPa。路基建成后.应在不利季节实测各路段土基 回弹模量代表值，以检验是否符合设计值的要 求。若代表值小于设计值，应采取翻晒补压、掺 灰处理，调整路面结构、厚度等加强路基的措施， 以保证路基路面的强度和稳定性。注我中杏石到的垃划内再请去鞍注(朋冑SS面仮汁尿范沖附录E衷E2,三、路面材料设计参数的确定方法1 高速公路、一级公路在初步设计阶段应 选用沿线筑路材料和外购材料进行混合料配合 比设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的 规定实测材区划顺叭土sCl.!0.9E01.051.10L.I5.201!.*)L702.00nr粘质土19.022.025 026 528.

36、-029.S31.011118.522.527.0加血11 .5卑rL粘质土19.522.526.02Ss029.331.533.5w钟24.529.0 31 534-036,519.22.i2fi.D27.529.331.0土质砂2 025.526.027.529-030.031.534.537.045.5粘质上2H.527.5J2.034.5S6.539a041.5粉质土22.527.032.0M,537.040.011*2S.530.035. S盟42.045.550.557.06S.0粉质土24.531.53943.047.051 556 066 ft土质砂39,0g36.037.5J

37、9.041.043 54ti.O49.55j 0&9.0朽质土26.532.03S.541.545.0S2,0粉质土黔34.342,546 551 056 0粉质土3J.537.542.544LJI4G.J49.01|粉加土27 0364S.054.0&LQ68,5 |76.535.C28,041.544.546.Q47.SSQ.S53-562.070.0粘质土27.03i.S36.539.04L544.046,552,Q57 527 0W.J3S.543-045.4R.551.5%37-040,0*3.044.546XJ47.549052-051.562.3TO,036玖04

38、2.544.045 347.Q4.551 354.563.071.0站质土36,039.034.5.53ft.541.04ftJO47 553,0粉歴土36.532.037.0.O4J.046-049.055.0粉质十.25-034245 051.55.S M.O74.0帖质上2r.s 125.5130 .,032.5115,037.540.5.遵2-7-J二级自熾IZ划各土组土基回弹檯It眷考值(MPa)料设计参数，并确定各层材料回弹模 量和抗拉强度的设计值。2 以设计弯沉值计算路面厚度并对结构层进 行层底拉应力验算时，各层材料的模量均采 用抗压回弹模量，沥青混凝土和半刚性材料的抗 拉强度采

39、用劈裂试验侧得劈裂强度。半刚性材料的抗压回弹模量，按公路工 程无机结合科稳定材料试验规程(JTJ05794) 中T0801-94 叫规定的顶面法测定。 沥青混合料 的抗压回弹模量测试方法应按 公路工程沥青及 沥青混合试验规程(JTJ 052 2000)中 T0713-2000 规定的方法进行。(2)沥青混合料的劈裂强度按 公路工程沥青 及沥青混合料试验规程(JTJ052)中 T0716-93 规定进行，试验温度为 15 C。半刚性材料的劈 裂强度按公路工程无机结合料稳定材料试验规 程(JTJ057)中 T 0806 一 94 有加载压条的方法 进行。3各单位可建立半刚性材料的抗压回弹模 量、抗

40、压强度与龄期的相关关系、 劈裂强度与龄 期相关关系以及快速养生方法等预估规定龄期 的材料模量或强度，经充分论证后作为设计值使 用。4 在工程可行性研究或二级、三级公路的初步设计阶段，可查表 2-7-6、表 2-7-7 或参考公路沥青路面设计规范中附录 D 表 D1、表 D2, 论证地选用各种材料回弹模量及抗拉强度。游青爲合料股计聲地It 2-7-7+1*4 帛蛭汹青针人坡杭压議魁町 LMTWI5T（M1）Xa編 3 憐锻配 15 盲就;】网=IWIWOUd沁11 2 - 1.4中常式谑晌紀炉存駅暑匕备注_应欝砾7BR01300 - 17000历“0用二灰碎石H 17：75IX#-o5 -6%I

41、30U- 17OT0.4-0.*水泥稈石5% -佩130017000.4-0.6石廉龙屈粉煤职破碼6=16；?S1200 -1600O.4-0.6石灰水泥碎石5：3-921000- IW队3石躱土碎石純啊占旳蚤限上700. IW00,3-0.4絆石尿土农料占40擁-50%lU6009000.25-0 35一 _ 朮帕石茯酿砾上4：3：3S-M800- 12000.1-0.4二灰上IOrW：06009000.2-0石蕨土N% - 12%400-7000.1-0 25石灰七4筑-7%200.350址理路基弔时300350做上基层用缠配曄石符合址配盟加玫_300曲基层用200-250做底崔层用增瞧衅

42、石壤戟勞石200 - 20一去筛廿絆右具有一；缠配符合180 J2D城抵基用用天然哪现范寒求J 50-200中，啊砂80- 100議塑辰用碁层tt料设计參數表2-7-6一般原则沥青路面的设计工作包括结构设计与厚度计算两大部分(图 2-7-6)。厚度计算必须建立在 合理的路面结构设计的基础上，路面结构设计的 质量直接关系到路面设计工作的成败。 路面结构设计包括各分层结构设计和结构层组 合设计。在沥青路面结构设计工作中，应该遵循下述 的技术经济原则：(1)因地制宜，合理选材路面各结构层所用的材料， 尤其是用量大的 基、垫层材料，应充分利用当地的天然材料、加 工材料或工业副产品，以减少运输费用和降低

43、工 程造价。同时还要注意吸取和应用当地路面设计 在选择材料方面的成功经验。(2)方便施工，利于养护选择各结构层时还应考虑机具设备和施工 条件，在可能的条件下，应尽量采用机械化施 工、考虑建成通车后的养护冋题。 特别是对于咼 等级公路来说，要求平时养护工作量越少越 好，以免影响大交通量的通行。(3)分期修建，逐步提高交通量是确定路面等级和路面类型的最主 要的因素之一，而交通量是随时间而逐步增长 的。当资金不足时，一般应按近期使用要求进行 路面设计(高速公路和一级公路除外)，先以满足 近期需要为主。以后随着交通量的增长，车型的 加重和投资的增多，逐步提高路面等级，增加路 面厚度。但在建造时必须注意

44、使前期工程能为后 期工程奠定基础，即能为后期工程所充分利用。(4)整体考虑，综合设计在路面结构设计时， 对土基、 垫层、 底基层、基层和面层都应看做是一个有机的整体。 按照土 基稳定、基层坚实、面层耐久的要求，充分发挥 各结构层的作用，合理选用路面材料，确定适当 的结构层厚度，使路面设计既能在整体上满足强 度和稳定性的要求，又能做到经济、合理和耐久。瞒定封料棋星确足容许独应力竹|I计算 JS 虑捡应力二隻愛賂 n 曲拘ffl 2-7-6路面结构璇计程序框圈(5)考虑气候因素和水温状况的影响路面结构设计要保证在自然因素和车轮荷 载反复作用下，路面整体结构具有足够的水稳 性、干稳定性、冰冻稳定性和

45、高温稳定性，应预 测并要重视当地气候和水温状况可能对路面造 成的不利影响。二、沥青路面各结构层的选择1 路面等级和面层类型的选择路面等级和面层类型应与公路等级和交通 量相适应。确定路面等级和面层类型应以政 治、经济、国防、旅游以及经济发展的需要和设 计交通量为主要依据。此外，还应考虑使用需要、 材料供应、施工机械设备、地区特点、施工养护 工作条件等多方面的因素。 具体确定时还可参考 表 2-4-7。 各类沥青路面的路用特征见 公路沥 青路面设计规范 表 3. o.2。路面面层因直接承受行车和自然因素的反 复作用，要求强度高（抗拉和抗剪切）、耐磨耗、抗滑、热稳性好和不透水，因而通常选用粘结力 较

46、强的结合料和强度高的集科作为面层材料。 交通量越大，公路等级越高，则路面等级也应该 越高，厚度也越大，相应的面层层次一般也越多。在选择面层类型时，特别应考虑当地的气候 特征如在气候干旱地区，不宜采用砂砾路面， 以免产生严重的搓板现象。在多雨地区，要特别 重视路面结构层的水稳性和面层透水性问题； 对沥青路面，还要考虑寒冷地区的低温抗裂性和 高温地区的热稳性问题，同时还要考虑抗滑性能 等冋题。2 基层类型的选择基层是主要的承重层，应具有足够的强度、 刚度和水稳定性。目前常用的基层类型有沥 青、水泥及工业废渣稳定类、碎（砾）石嵌锁类和 土、石级配类二种。每一类型都有各自的特点， 沥青、水泥和二灰稳定

47、类适用于交通量繁重的公 路，其他类型可适用于一般交通道路。 在选择基 层类型时，首先要考虑充分利用当地材料这一原 则。即使当地某些材料不能直接使用， 也要从施 工工艺、材料组成等方面采用适当措施加以改 进，使之得到合理应用。如果所需基层厚度较大 时，为了降低造价，可增设底基层，用成本较低、 来源较广，性能稍差的当地材料（如砂、砾等）铺 筑底基层。应重视沥青类路面的基层水稳性问题，以土 作为结合料的基层，水稳定性较差.故在潮湿和 中湿路段上，应选用碎石片石、块石、工业废渣、 不含土的天然砂砾、石灰土、二灰土及水泥稳定 砂砾等水稳性好的基层。对于泥结碎（砾）石和级 配碎（砾）石属于水稳定性差的基层

48、，仅限用于干 燥路段，不得用于中、潮湿路段，否则将会引起 基层含水量增大而导致沥青路面的严重破坏。三、沥青路面结构组合设计在路面等级、 面层类型、 基层类型都选定之 后，就应考虑各结构层如何安排的问题。 要使整 个路面结构既能承受行车荷载和自然因素的作 用，又能最大限度地发挥各结构层的效能，这是 路面结构组合要解决的问题。路面结构层的组合设计，就是按行车和环境 因素对不同层位的要求，结合各类结构层本身的 性能，进行合理的安排。不同的结构组合会产生 不同的结果，层次多、厚度大的路面结构，其使 用效果不一定好。路基路面是一个整体结构，各结构层有各自 的特性和作用，并相互制约和影响，结构组合不 合理

49、，所用材料再好，厚度再大也无济于事。根 据实践经验和理论分析，结构组合应遵循下列原 则：1 根据各结构层功能组合遵循路面耐久、 基层坚实、 土基稳定的原则、结合各结构层功能正确合理的选择面层、 基层和 垫层是组合设计的前提条件。就面层来讲，不仅 要考虑高强、耐磨、热稳性好和不透水等性能， 还应考虑设几层较为合适。如果交通量繁重的道 路，应加设联结层作为面层下层，以抵抗水平力 在面层底产生的切应力。采用空隙大的沥青混合 料或沥青贯入式碎石做面层时，应在面上加设沥 青砂或沥青表面处治做圭寸层。基层要有足够的抗压强度，一定的刚度和水稳 定性。交通繁重时，单层应选择沥青或水泥（或 二灰）稳定类材料并采

50、用双层式基层，即加设 底基层；如果土基水温状况不良时，应设石灰土 及天然砂砾等垫层。要使路面有足够的整体强度.还应保证路基 的强度和稳定性。否则，单靠加强或增厚面层或 基层，并不能收到良好的效果，同时也不经济合 理。稳定路基的一般措施，最经济最易办到的方 法是，加强路基排水和使路基达到要求的压实 度。2 强度组合轮载作用于路面表面，其竖向应力和应变随 深度而递减，因而对各层材料的强度（模量）的要 求，也可随深度而相应减小，见图 2-7-7。因此， 路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组 合。这样既能充分发挥各结构层材料的效能， 又 能充分利用当地材料充当底基层和基层， 以降低 造价。采用强度

51、（模量）按深度递减的规律组合路 面时，还应注意各相邻结构层之间的模量不能相 差过大。上下两层模量相差过大时，上层底面将 会因下层变形过大而产生较大的拉应变， 导致上 层被拉裂。因此，规范要求基层同面层之间的模 量比不应小于 0.35 土基与基层的模量比应在 0.080.40 的范围内。不满足上述要求的应更换 材料或增加结构层次。当然，在实际使用中，也有模量上小下大的倒装结构，如在模量较高的半 刚性基层与沥青混凝土面层之间设置碎石过渡 层等。这种结构可根据具体情况使用。M 合理的层间组合需结构层材料具有不同的待ft在组合时， 应注意相邻层次的互相影响， 釆取措施限制或消 除所产生的不利影响二例如

52、,在水泥或石灰稳定 类基层上修建沥青面层时由于甚层材料的干缩 或低温收縮而开裂.僉导致面层也相应地出现反 射裂缝.这时宜适当抑厚面层，或若在其间加设 一层由稳定粒料组成的麻结层或过渡层。又鶴 在潮湿的土路基匕不宜直接铺筑颗粒较大的綽（砾 石材料，防止污泥挤人基层与其掺杂，导致 过大变舷而使面尿损坏，此时应在软弱士基上翎 天然砂砾或石灰土垫层“层间结合应尽量紧密，避免产生层间滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。例 如，为了保证沥青面层与基层的紧密结合，除了根据施工规范的有关规定，采取施工技术措施 外，在设计高速公路和一级公路的沥青路面时， 在沥青面层与半刚性基层之间应设置由沥青材 料组成

53、的联结层。4 考虑自然水温条件的不利影响在潮湿或某些中湿路段上修筑沥青路面时，由于在中湿和潮湿路基中的水分以液态或气态形式上升至基层，被不透水的沥青面层所隔离，不能蒸发而积聚在邻近面层的基层内。除此之外地面水的渗透和地下水的毛细水上升同样 在基层内产生水分积聚。如果基层材料仅以土为 结合料（如泥结碎石、级配砾石），水稳性差，就 会因湿图2-了即应力与軽度蓝繰歴的变化1-西載症力分币曲強林料强度丘布总曲绽度过大时变软、强度和刚度急剧下降而导 致路面开裂破坏，因此，沥青路面的基层应选用水稳定性好的材料，特别是在中湿和潮湿路段更 应如此。潮湿路段，为了改善路基的温度和湿度状 况，防止冻胀和翻浆的出现

54、，保证路面良好的使 用品质，还必须设置垫层。垫层一般采用天然砂 砾、粗砂、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰， 煤渣稳定粗粒土，石灰粉煤灰稳定粗粒土等。垫 层厚度一般为1525cm 左右。在季节性冰冻区 有冻胀可能的中湿、潮湿路段，为丁防止产生导 致路面开裂的不均匀冻胀，路面总厚度不应小于 公路沥青路面设计规范 中表 5. 2. 5 的规定， 道路冻深应按条款 5.2.4的计算公式执行，如按 强度计算的路面总厚度小于表列厚度规定时，应 加厚垫层补足。5.适当的层数和厚度沥青路面通常为多层结构，为了便于施工， 路面结构层的层数不宜过多。根据材料的最大粒 径并考虑有利于结构层应力分布，有利于压实成 稳

55、定的结构层次等因素以及结合施工经验；公路沥青路面设计规范提出了各类结构层最小厚 度如友 2-7-8 所示。为了保证路面的使用质量， 该规范还根据理论分析与使用经验， 提出了沥青 层最小总厚度如表 2-7-9 所示。每一结构层适宜厚度的确定除了考虑上述 两项规定外，一般还要综合考虑下面二方面的 因素:(1)结构层的造价。出于路面各层造价不同， 面层比较贵，而基层、垫层相对比较便宜，因此 面层厚度一般相对比较薄。在设计时可根据上述 两表加以选择和控制，而下面各层相对比较厚： (2)各结构层扩散应力的效果。根据理论分析，基 层厚度为 1525cm时，增大基层厚度对减小路 表面弯沉和减小面层底面拉应力

56、有明显作用：当 基层厚度大于 40cm 时在增加基层厚度，作用 已不明显。结合使用经验，基层厚度一般以 1525cm 为宜；(3)压实机具的能力、一般来说， 沥青面层一层的压实厚度最大为68cm;基层一 层的压实厚度为 1520cm 左右，在有重型机具 压实的条件下，可根据试验将压实厚度增加到 2025cm 左右。在安排各结构层厚度时，应尽量 使其与压实机具所能达到的厚度相适应。客类箱枸层的城小耳度表2-7-S结构层类型出构启适宜柠隅Ian)粗轉式5.05-8沥青龊耗丄、熄样漲青碎石中独式4.046细粒式12 52.0541.513-2.51.01 - L.3删寺费人式4.0的珂丄拌尸克式6.

57、Q6-10.o层诩1 z 3.押和2 7水能轻定类15.01620廿征穗定晏15,016-20右就丁业瓏港亮15,0|16-30蚪配碎，砾石-施结辞辟右10 - 15填密碎石1010-12半刚牌墓尿沥青层推荐厚度鱼駅等级刑荐孚度醫端耳级推离速盘路12 - !2-4沁路J0- 1512.55 101第 9-6 节 新建路面的结构层厚度计算一基本原则和有 关规定为了使多层次的沥青路面结构设计与计算 更符合实际情况，目前我国的沥青路面设计规 范采用多指标控制路面结构设计，同时把路面的 结构组合、厚度计算和材料组成设计统筹考 虑，并采用多层弹性体系理论计算路面结构层厚 度，对高速公路、一级公路、二级公

58、路的沥青混 凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力验 算。严格地说，沥青路面在力学性质上为非线性 的弹一粘一塑性体。考虑到行车荷载的瞬时性， 在路面结构中产生弹一粘一塑性的变形数量很 小，对于厚度较大，强度较高的路面，将其视为 弹性体，应用弹性层状体系理论进行分析计算是 适合的。弹性层状体系是由若干个弹性层组成， 上面各层具有一定的厚度，最下一层为弹性半空 间体。用多层弹性体系理论进行路面结构计算时 应考虑各层间的接触条件。层间的接触条件可能 是连续的，也可能是滑动的，甚至介于两者之间。 我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条1、路面厚度计算步骤我国现行公路沥青路面设计规范(JTJ014-

59、97)对沥青路面厚度计算， 仍根据多层弹 性理论、层间接触条件为完全连续体系时， 在双圆 均布荷载作用下，轮隙中心处实测路表弯沉值 Ls等于设计弯沉值 Ld的原则进行计算，力学图式如图 2-7-8，计算公式:h 酗_上_ _ 勺J_山加I EB rd af=代加/趴方*趴m-i，沢*说/民*”jL、。-380-36UM(顽訂)式中；L,-路面实测弯沉值,0.01mm;标准车型的轮胎菠地压力(MPa)和当鼠圆半45 (cm);F弯沉综合修正系数；ac理论弯沉系数；Eo、En土基回弹模量值，Mpa ；El、E2、En-1各层材料回弹模量值，MPa ；hi、h2、hn-1各结构层厚度.cm计算步骤如

60、下:1确定单车道累计当量袖次 Ne(2-7-17)(2-7-18)(2-7J9)2对选定的结构组合， 拟定某一层位作为 设计层层位。在拟定的路面结构中，先拟定某一层作为设 计层，拟定面层和其他各层的厚度。 一般当采用 半刚性基层、底基层结构时，可选任一层作为设 计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层 时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为 设计层；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。此 时若求得基层厚度过厚时，可考虑选用沥青碎石 或乳化沥青碎石做上基层，以减薄路面总厚度， 增加结构强度和稳定性。3 确定设计弯沉值 Ld。4 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