沥青路面设计ppt课件

1、第十四章 沥青路面设计14.1 概述一、沥青路面设计内容： 结构组合设计 材料组成设计 厚度设计 路肩设计 排水设计二、沥青路面设计原则1.路基路面整体综合设计2.方案比选经济、技术）3.运用新材料、新工艺、新技术4.设计是考虑环境、生态、施工、养护5.选择机械化、工厂化6.一次设计、分期修建三、沥青路面设计理论与方法：经验法和力学-经验法我国公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算，城市道路尚须进行沥青面层的剪应力验算。14.2 弹性层状体系理论弹性层状体系计算图式

2、求解方法：将车轮荷载简化为圆形均布荷载14.3 14.3 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计 基本原则：面层耐久、基层坚实、土基稳定基本原则：面层耐久、基层坚实、土基稳定 具体要求：具体要求： 1. 1. 适应行车荷载作用的要求：适应行车荷载作用的要求： 从上至下，从薄到厚，从强到弱，表层抗滑、从上至下，从薄到厚，从强到弱，表层抗滑、抗磨耗抗磨耗-适宜厚度适宜厚度 2. 2. 在各种自然因素作用下稳定性好在各种自然因素作用下稳定性好 水稳定性和温度稳定性水稳定性和温度稳定性-最小防冻厚度最小防冻厚度 3. 3. 考虑结构层的特点：考虑结构层的特点： 上下层匹配，总体上强度足够上下层匹配，

3、总体上强度足够- -路面结构组路面结构组合合 面层：高速一级分三层，二三级分双层面层：高速一级分三层，二三级分双层 三四级单层三四级单层 基层：柔性基层、半刚性基层、刚性基层基层：柔性基层、半刚性基层、刚性基层 垫层：防水、排水、防污、防冻垫层垫层：防水、排水、防污、防冻垫层 土基：土基： 层间结合：透层沥青层间结合：透层沥青 、粘层沥青、单层表、粘层沥青、单层表处下封层、稀浆封层处下封层、稀浆封层 沥青路面材料代码与材料名称对照表 （“路面材料代码由两部分组成，第一部分为“材料大类编码”，第二部分为“材料名称编码”，以“中粒式沥青混凝土材料为例，其材料代码为0102）。 一、材料大类编码:

4、沥青混凝土与沥青碎石类 石灰煤渣类 其它沥青混合料类 石灰粉煤灰类 石灰稳定类 水泥粉煤灰类 水泥稳定类 石灰水泥粉煤灰类 水泥石灰稳定类 粒料类 二、材料名称编码: 、第一大类） 粗粒式沥青混凝土 粗粒式乳化沥青碎石 中粒式沥青混凝土 中粒式乳化沥青碎石 细粒式沥青混凝土 细粒式乳化沥青碎石 粗粒式沥青碎石 粗粒式沥青玛蹄脂碎石 中粒式沥青碎石 中粒式沥青玛蹄脂碎石 细粒式沥青碎石 细粒式沥青玛蹄脂碎石 、第二大类） 沥青贯入式 沥青上拌下贯 沥青表面处治 沥青砂 沥青土 沥青石屑、第三大类） 石灰土 石灰土稳定砂砾 碎石灰土 石灰土稳定碎石 砾石灰土 石灰土稳定矿渣 煤渣灰土 石灰土稳定钢

5、渣 石灰碎石土 石灰土稳定砾石 石灰砂砾土 石灰土稳定碎砾石 、第四大类） 水泥土 水泥稳定砂砾 水泥稳定钢渣 水泥碎石土 水泥稳定碎石 水泥稳定砾石 水泥稳定石屑 水泥稳定矿渣 水泥稳定碎砾石 水泥砂砾土 水泥稳定石渣 、第五大类） 水泥石灰稳定土 水泥石灰稳定砂砾 水泥石灰稳定钢渣 水泥石灰碎石土 水泥石灰稳定矿渣 水泥石灰稳定砾石 水泥石灰砂砾土 水泥石灰稳定碎石 水泥石灰稳定碎砾石、第六大类） 石灰煤渣土 石灰煤渣砂砾 石灰煤渣碎砾石 石灰煤渣碎石土 石灰煤渣碎石 石灰煤渣 石灰煤渣钢渣 石灰煤渣砂砾土 石灰煤渣矿渣 石灰煤渣砂 石灰煤渣砾石 、第七大类） 石灰粉煤灰土 石灰粉煤灰砂砾

6、 石灰粉煤灰碎砾石 石灰粉煤灰碎石土 石灰粉煤灰碎石 石灰粉煤灰 石灰粉煤灰砾石 石灰粉煤灰砂砾土 石灰粉煤灰矿渣 石灰粉煤灰砂 石灰粉煤灰钢渣 、第八大类） 水泥粉煤灰土 水泥粉煤灰砂砾 水泥粉煤灰碎砾石 水泥粉煤灰碎石土 水泥粉煤灰碎石 水泥粉煤灰 水泥粉煤灰砾石 水泥粉煤灰砂砾土 水泥粉煤灰矿渣 水泥粉煤灰砂 水泥粉煤灰钢渣 、第九大类） 石灰水泥粉煤灰土 石灰水泥粉煤灰砂砾 石灰水泥粉煤灰碎砾石 石灰水泥粉煤灰碎石土 石灰水泥粉煤灰碎石 石灰水泥粉煤灰 石灰水泥粉煤灰砾石 石灰水泥粉煤灰砂砾土 石灰水泥粉煤灰矿渣 石灰水泥粉煤灰砂 石灰水泥粉煤灰钢渣 、第十大类） 泥结碎石 填隙碎石

7、级配碎石 未筛分碎石 泥结砾石 粒料改善土 级配砾石 碎石土 泥结碎砾石 砾石土 级配碎砾石 风化砂 级配砂砾 风化砂土 天然砂砾 粗砂 泥灰结碎石 中砂 泥灰结砾石 煤渣 泥灰结碎砾石 矿渣 级配碎石掺灰 钢渣 级配砾石掺灰 石渣 级配碎砾石掺灰 山皮土14.4 14.4 我国沥青路面设计方法我国沥青路面设计方法 设计理论：采用双圆垂直均布荷载作用设计理论：采用双圆垂直均布荷载作用 下的多层弹性层状体系理论。下的多层弹性层状体系理论。 设计指标：设计指标： 以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。 以层底拉应力对沥青混凝土面层和半刚性材以层底拉应力对沥青混

8、凝土面层和半刚性材料的基层、底基层进行验算。料的基层、底基层进行验算。 一、计算图式一、计算图式zpE1、1E0、0rE2、2hHABCDE二、路面的容许弯沉值和设计弯沉值二、路面的容许弯沉值和设计弯沉值1 1、路面的容许弯沉值、路面的容许弯沉值 路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值。用下容许出现的最大回弹弯沉值。2 2、路面的设计弯沉值、路面的设计弯沉值 路面竣工后第一年不利季节、路面在标准轴载路面竣工后第一年不利季节、路面在标准轴载100kN100kN作用下，测得的最大回弹弯沉值。作用下，测得的最大回弹弯沉值。设计

9、弯沉 实测弯沉（计算弯沉）0三、沥青路面交通等级和轴载换算三、沥青路面交通等级和轴载换算1.路面设计年限 注：公路沥青路面设计规范注：公路沥青路面设计规范JTG D50-20192.2.轴载换算轴载换算标准轴载标准轴载 我国路面设计以双轮组单轴载我国路面设计以双轮组单轴载100kN100kN为为标准轴载。即标准轴载。即BZZBZZ100100。等效换算原则：等效换算原则：1 1换算以达到相同的临界状态为标准换算以达到相同的临界状态为标准 2 2对某一种交通组成，不论以哪种轴载的标准进行对某一种交通组成，不论以哪种轴载的标准进行轴轴载换算，由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是载换算，由换算所得

10、轴载作用次数计算的路面厚度是相等的相等的当量轴载换算当量轴载换算 1. 1.当以弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标当以弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标时，时，凡轴载大于凡轴载大于25kN25kN的各级轴载的各级轴载P1P1的作用次数的作用次数n1n1，换算成换算成标准轴载标准轴载P P的当量作用次数的当量作用次数NN： 2. 2.当进行半刚性基层的层底拉应力验算时，当进行半刚性基层的层底拉应力验算时，凡大于凡大于50kN50kN的各级轴载的各级轴载P1P1的作用次数的作用次数n1n1，换，换算成标准轴载算成标准轴载P P的当量作用次数的当量作用次数NN： 例题：已知某载货车为双后轴轮距小于例

11、题：已知某载货车为双后轴轮距小于3m3m双轮组，每一后轴重双轮组，每一后轴重80kN80kN，前轴重，前轴重30kN30kN。试。试求该货车通过一次相当于标准轴求该货车通过一次相当于标准轴BZZ-100BZZ-100作用作用几次。几次。3.3.设计年限累计当量标准轴载：设计年限累计当量标准轴载：车道系数注：公路沥青路面设计规范注：公路沥青路面设计规范JTG D50-2019JTG D50-20194.交通等级四、路面材料设计参数四、路面材料设计参数 以路面设计弯沉值计算路面结构厚度时采用以路面设计弯沉值计算路面结构厚度时采用2020。C C抗压模量。抗压模量。 验算层底拉应力采用验算层底拉应力

12、采用1515。C C的抗压模量。的抗压模量。结构层材料的容许应力结构层材料的容许应力Ks -Ks -抗拉强度系数。见书抗拉强度系数。见书P -306P -3060五、结构层材料的容许拉应力五、结构层材料的容许拉应力Rm 结构层底面的最大拉应力不大于结构层材料的容许结构层底面的最大拉应力不大于结构层材料的容许应力应力sspRK 沥青混凝土的劈裂强度以沥青混凝土的劈裂强度以1515。C C的测试温度值的测试温度值计算。计算。 水泥稳定类材料的龄期规定为水泥稳定类材料的龄期规定为9090天的极限劈天的极限劈裂强度，裂强度， 二灰稳定类、石灰稳定类的龄期为二灰稳定类、石灰稳定类的龄期为180180天的

13、极天的极限劈裂强度，限劈裂强度， 对水泥粉煤灰稳定材料的龄期为对水泥粉煤灰稳定材料的龄期为120120天的极限天的极限劈裂强度。劈裂强度。 层底拉应力以单圆荷载中心处层底拉应力以单圆荷载中心处B B点及双圆轮隙点及双圆轮隙中心中心C C点为计算点，取较大值计算层底拉应力。点为计算点，取较大值计算层底拉应力。mmp 102312121,nnmEEEEEEhhhf 理论最大拉应力系数理论最大拉应力系数七、多层路面的等效换算七、多层路面的等效换算 对于多层体系可用电子计算机求解，当条件不具备时，对于多层体系可用电子计算机求解，当条件不具备时，可换算为三层或双层体系计算。进行等效换算。可换算为三层或双

14、层体系计算。进行等效换算。 1 1、等效弯沉的换算、等效弯沉的换算4 . 22i1n2iiEEhH或或 例题：为求算表中所示五层体系表面弯沉，例题：为求算表中所示五层体系表面弯沉，请将该体系换算为三层体系。请将该体系换算为三层体系。2 2、等效上层底面弯拉应力的换算、等效上层底面弯拉应力的换算ji4j1iiEEhh 1ji9 . 01n1iiEEhH j换算后上层换算后上层换算后中层换算后中层3 3、等效中层底面弯拉应力的换算、等效中层底面弯拉应力的换算2-ni42n1iiEEhh 八、新建路面厚度设计八、新建路面厚度设计 新建路面路面结构设计： 交通量已知， 各层材料模量、泊松比、抗拉应力知

15、， 除待设计层外各层厚度已知， 按弯沉标准去计算设计层厚度 ；dsll 路面结构层厚度确定要满足：路面结构层厚度确定要满足： 2. 2. 双圆轮隙中心双圆轮隙中心C C点或单圆荷载中心处点或单圆荷载中心处B B点点的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，即：的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，即： 1. 1. 轮隙中心处轮隙中心处A A点的路表计算弯沉值应小于等点的路表计算弯沉值应小于等于设计弯沉值。即：于设计弯沉值。即：Rm A 新建路面厚度设计 设计过程：设计过程： 1 1计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次，确定计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次，确定交交 通量等级、面层类型、计算设计弯沉

16、值和容许弯拉应通量等级、面层类型、计算设计弯沉值和容许弯拉应力。力。 2 2确定土基回弹模量确定土基回弹模量E0E0 3 3拟定路面结构组合与厚度方案，确定各层的抗压拟定路面结构组合与厚度方案，确定各层的抗压回回 弹模量，弯拉模量与抗拉强度。弹模量，弯拉模量与抗拉强度。 4 4计算路面结构设计层的厚度，并验算层底拉应力计算路面结构设计层的厚度，并验算层底拉应力高速、一级、二级公路）。高速、一级、二级公路）。 5 5对于季节性冰冻地区高级、次高级路面，验算防对于季节性冰冻地区高级、次高级路面，验算防冻厚度冻厚度 6 6进行技术经济方案比较，选择最佳方案。进行技术经济方案比较，选择最佳方案。新建路

17、面结构设计步骤新建路面结构设计步骤 见见:P317:P317设计实例| 甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为使用期内交通量的年平均增长率为 10% 10%。该路段处于。该路段处于IV7IV7区，为粉质土，稠度为区，为粉质土，稠度为1.00,1.00,沿途有大量碎石集料，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。，预测该路竣工后第一年的交通组成并有石灰供给。，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，试进行路面结构设计。如下表所示，试进行路面结构设计。| 1 1、轴载分析之轴载换算弯沉及沥青层弯拉应力分析时）、轴载分析之轴

18、载换算弯沉及沥青层弯拉应力分析时）6.4 6.46.46.46.49.2250.480.212.37.92092.3注：轴载小于注：轴载小于25KN25KN的轴载作用不计。的轴载作用不计。| 2 2、轴载分析之轴载换算半刚性层弯拉应、轴载分析之轴载换算半刚性层弯拉应|力分析时）力分析时）注：轴载小于注：轴载小于50kN50kN的轴载作用不计。的轴载作用不计。1.8510.31804| 3 3、轴载分析之累计标准轴载作用次数、轴载分析之累计标准轴载作用次数|（累计当量轴次）（累计当量轴次） 作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时 作半刚性基层层底弯拉应力验算时作半刚

19、性基层层底弯拉应力验算时2092.30.451091841818040.459414409 设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为10001000万次万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构采用：碎石且有石灰供应，路面结构采用：4、初拟结构组合和材料选取细粒式密级配沥青混凝土细粒式密级配沥青混凝土 ( (厚度厚度4cm)4cm)中粒式密级配沥青混凝土中粒式密级配沥青混凝土 ( (厚度厚度 5cm) 5cm) 粗粒式密级配沥青混凝土粗粒式密级配沥青混凝土 ( (厚度厚度 6cm

20、)6cm)水泥稳定碎石取水泥稳定碎石取 25cm 25cm）底基层采用石灰土厚度待定）底基层采用石灰土厚度待定）5. 各层材料的抗压模量与劈裂强度 查表查表14-714-7，14-814-8得到各层材料的抗压回弹模量和得到各层材料的抗压回弹模量和 劈裂强度。抗压回弹模量取劈裂强度。抗压回弹模量取2020的模量，得到的模量，得到2020 的抗压回弹模量：的抗压回弹模量： 细粒式密级配沥青混凝土为细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa1400MPa， 中粒式密级配沥青混凝土为中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa1200MPa， 粗粒式密级配沥青混凝土为粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa100

21、0MPa， 水泥碎石为水泥碎石为1500MPa1500MPa， 石灰土石灰土550MPa550MPa。 各层材料的劈裂强度：各层材料的劈裂强度： 细粒式密级配沥青混凝土为细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa1.4MPa， 中粒式密级配沥青混凝土为中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa1.0MPa， 粗粒式密级配沥青混凝土为粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa0.8MPa， 水泥稳定碎石为水泥稳定碎石为0.5MPa0.5MPa， 石灰土石灰土0.225MPa0.225MPa6. 6. 土基回弹模量的确定土基回弹模量的确定 该路段处于该路段处于 IV 7 IV 7区，为粉质土，稠度为区，为粉质土，稠

22、度为 1.00 1.00 ， 查表查表2-12 “2-12 “二级自然区划各土组土基回弹模量二级自然区划各土组土基回弹模量 参考值（参考值（ MPa MPa ）”查得土基回弹模量为查得土基回弹模量为 40MPa 40MPa 。7. 7. 设计指标的确定设计指标的确定- -设计弯沉值设计弯沉值 本公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0设计弯沉值为：1091841823.4 8. 8. 设计指标的确定设计指标的确定 - -各层材料的容许拉应力各层材料的容许拉应力 细粒式密级配沥青混凝土； 中粒式密级配

23、沥青混凝土； 粗粒式密级配沥青混凝土； 水泥碎石： 石灰土：941440994144099414409941440994144099. 总结设计资料 设计弯沉值为设计弯沉值为23.4 23.4 （0.01mm 0.01mm ）25 通过程序设计计算得到，通过程序设计计算得到， 石灰土的厚度为石灰土的厚度为24.5cm24.5cm， 实际路面结构的路表实测弯沉值实际路面结构的路表实测弯沉值24.19(0.01mm)24.19(0.01mm)， 沥青面层的层底均受压应力沥青面层的层底均受压应力 水泥碎石层底的最大拉应力水泥碎石层底的最大拉应力0.1223MPa0.1223MPa， 石灰土层底最大拉

24、应力为石灰土层底最大拉应力为0.075MPa0.075MPa。 结构层最大的拉应力小于等于结构层材料的容许拉结构层最大的拉应力小于等于结构层材料的容许拉应力。应力。 mR mR 上述设计结果满足设计要求。上述设计结果满足设计要求。10. 10. 确定石灰土层厚度确定石灰土层厚度 通过程序设计计算得到，石灰土的厚度；通过程序设计计算得到，石灰土的厚度； 通过利用弹性三层连续体系的诺谟图求解。通过利用弹性三层连续体系的诺谟图求解。 沥青面层的层底均受压应力沥青面层的层底均受压应力 水泥碎石层底的最大拉应力水泥碎石层底的最大拉应力0.1223MPa0.1223MPa， 石灰土层底最大拉应力为石灰土层

25、底最大拉应力为0.075MPa0.075MPa。 结构层最大的拉应力小于等于结构层材料的结构层最大的拉应力小于等于结构层材料的容许拉应力。容许拉应力。 mR mR 上述设计结果满足设计要求。上述设计结果满足设计要求。11.11.路面结构层的应力验算路面结构层的应力验算 12、防冻厚度验算：、防冻厚度验算： 在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段要验算，与当在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段要验算，与当地冬季负温度的累积值、路面结构层材料的热物性、地冬季负温度的累积值、路面结构层材料的热物性、路基潮湿类型、路基土类以及道路冻深有关。路基潮湿类型、路基土类以及道路冻深有关。 f-最近最近10年冻结指数平均

26、值，由气象资料定。（查规范）年冻结指数平均值，由气象资料定。（查规范）若结构层总厚度小于最小防冻厚度，应增加防冻垫层。若结构层总厚度小于最小防冻厚度，应增加防冻垫层。fabchd 道道路路冻冻深深：路面竣工验收指标路面竣工验收指标 弯沉容易检测，所以一般用弯沉作为竣工验收指弯沉容易检测，所以一般用弯沉作为竣工验收指标，要求：标，要求： 注：实测弯沉值不在注：实测弯沉值不在2020标准温度时，进行修正。标准温度时，进行修正。 实测弯沉值要考虑一定的保证率。实测弯沉值要考虑一定的保证率。 14.5 14.5 沥青路面改建设计沥青路面改建设计 沥青路面随时间，其性能和承载能力不断降低，超沥青路面随时

27、间，其性能和承载能力不断降低，超过设计使用年限或超过累计当量轴次后将不能过设计使用年限或超过累计当量轴次后将不能满足正常行车要求，需进行补强或改建。满足正常行车要求，需进行补强或改建。 补强设计的工作内容：补强设计的工作内容： 路面结构状况调查、弯沉评定、补强厚度设计。路面结构状况调查、弯沉评定、补强厚度设计。改建的种类：加宽路面、提高路基，改善线形标准改建的种类：加宽路面、提高路基，改善线形标准局部改线等局部改线等应按新建路面设计。应按新建路面设计。老路面作为加铺基础，称为补强老路面作为加铺基础，称为补强应按改建路面应按改建路面设计。设计。一、路面结构状况调查一、路面结构状况调查 1 1、交

28、通调查确定现有交通量，预测交通量增率）；、交通调查确定现有交通量，预测交通量增率）； 2 2、路基状况调查调查土质、干湿状况及排水情况，、路基状况调查调查土质、干湿状况及排水情况，地下水位，确定路基土组和干湿类型）；地下水位，确定路基土组和干湿类型）； 3 3、路面状况调查调查路面结构类型、组合和各层厚、路面状况调查调查路面结构类型、组合和各层厚度）；度）； 4 4、路面修建与养护历史调查调查路面建成过程中，、路面修建与养护历史调查调查路面建成过程中，及建成后的一些重要事项，如：该路面可能已加铺了及建成后的一些重要事项，如：该路面可能已加铺了抗滑表层等）抗滑表层等）二、路面结构承载力评定二、路面结构承载力评定 评价指标：路表回弹弯沉最不利季节）评价指