第16章沥青路面设计

1、第第16章章 沥青路面设计沥青路面设计知识要点：知识要点：1、沥青路面设计理论概述、沥青路面设计理论概述2、交通分析及轴载换算、交通分析及轴载换算3、沥青路面的破坏状态与设计标准、沥青路面的破坏状态与设计标准4、沥青路面的结构组合设计、沥青路面的结构组合设计5、新建沥青路面的机构厚度计算、新建沥青路面的机构厚度计算6、新建沥青路面的设计步骤、新建沥青路面的设计步骤第四章第四章 沥青路面的设计沥青路面的设计1、设计内容：、设计内容：（1）原材料的选择。）原材料的选择。（2）混合料配合比设计）混合料配合比设计（3）路面材料的设计参数的）路面材料的设计参数的测试与确定测试与确定（4）路面结构层组合与

2、厚）路面结构层组合与厚度计算度计算（5）路面结构的方案比选。）路面结构的方案比选。（6）对高速公路、一级公路，还应包括路缘带、硬路肩、加减速车）对高速公路、一级公路，还应包括路缘带、硬路肩、加减速车道、紧急停车带、收费站和服务区的场面设计以及路面排水系统设计，道、紧急停车带、收费站和服务区的场面设计以及路面排水系统设计，对其它各级公路应包括路肩加固、路缘石和路面排水设计。对其它各级公路应包括路肩加固、路缘石和路面排水设计。16.1 概述概述沥青路面的设计任务是指根据使用要求及气候、水文、土质等自然沥青路面的设计任务是指根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地的实践经验，设计确定经

3、济合理的路面结构，条件，密切结合当地的实践经验，设计确定经济合理的路面结构，是指能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的适用期限满足各是指能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的适用期限满足各级公路相应的承载能力。级公路相应的承载能力。2、沥青路面设计方法、沥青路面设计方法（1）经验法、半经验法）经验法、半经验法CBR法法AASHO法法典型结构、经验厚度典型结构、经验厚度（2）理论分析法）理论分析法 将路面作为层状的理想弹性体系。将路面作为层状的理想弹性体系。 16.2 行车荷载与交通分析行车荷载与交通分析16.2.1 车辆的种类和轮轴型式与参数车辆的种类和轮轴型式与参数1、车辆种类、车辆种类

4、公路设计中，通常将不同的车辆轮数和轴数的不同作用。在交通公路设计中，通常将不同的车辆轮数和轴数的不同作用。在交通调查中，一般将汽车分为调查中，一般将汽车分为10类。类。2、轮轴形式、轮轴形式1、垂直作用力、垂直作用力为了简化计算，可将汽车荷载对路面的垂直作用简化为圆形荷载，包括单圆为了简化计算，可将汽车荷载对路面的垂直作用简化为圆形荷载，包括单圆作用图式和双圆作用图式。双圆图式比单圆图式更接近实际情况，因此，在作用图式和双圆作用图式。双圆图式比单圆图式更接近实际情况，因此，在路面设计中通常采用双圆图式。只有在用圆形承载板测定土基回弹模量时，路面设计中通常采用双圆图式。只有在用圆形承载板测定土基

5、回弹模量时，由于只采用一个承载板加载，故采用单圆荷载图式。由于只采用一个承载板加载，故采用单圆荷载图式。设汽车后轴一侧一个车轮的重量为设汽车后轴一侧一个车轮的重量为P，轮胎气压为，轮胎气压为p，单圆荷载图式当量，单圆荷载图式当量圆直径为圆直径为D，双圆荷载图式当量圆直径为，双圆荷载图式当量圆直径为d，则，则pPd4dpPD2816.2.2 汽车对道路的作用汽车对道路的作用3、轮胎压力、接触压力和接触面积、轮胎压力、接触压力和接触面积轮胎压力的大小对路面厚度影响很大。计算表明，在结构相同的刚轮胎压力的大小对路面厚度影响很大。计算表明，在结构相同的刚性路面中，轮胎压力增大性路面中，轮胎压力增大70

6、kpa，需增加板厚，需增加板厚0.5cm，主轮轴形式对，主轮轴形式对路面厚度影响较大。路面厚度影响较大。在相同的荷载条件下，路面厚度随轮胎压力增大而增大，随主轮在相同的荷载条件下，路面厚度随轮胎压力增大而增大，随主轮轴数增多而减小。轴数增多而减小。2、水平力、水平力水平力的大小与车轮荷载的垂直压力水平力的大小与车轮荷载的垂直压力P，车轮与路面的附着系数，车轮与路面的附着系数 以以及汽车的行驶状况有关，其最大值及汽车的行驶状况有关，其最大值Qmax不会超过不会超过P与与的乘积，即：的乘积，即：pQmax根据测定，汽车在正常行驶时根据测定，汽车在正常行驶时Q（0.20.3）P，而紧急制动时，而紧急

7、制动时Q（0.70.8）P垂直力相对比较大，影响范围深，沿路面路基向下传递的深度随车轮荷载大垂直力相对比较大，影响范围深，沿路面路基向下传递的深度随车轮荷载大小和路面结构情况而异，一般可达到路基小和路面结构情况而异，一般可达到路基5080cm。而水平力数值相对比较。而水平力数值相对比较小，只有在紧急制动时才有较大数值。此外，水平力沿深度衰减很快，一般小，只有在紧急制动时才有较大数值。此外，水平力沿深度衰减很快，一般只传至路表下只传至路表下710cm，对面层影响比较大，而对面层以下各层几乎没有影，对面层影响比较大，而对面层以下各层几乎没有影响。为了防止由于水平力作用在面层产生推挤、拥包、波浪等破

8、坏现象，面响。为了防止由于水平力作用在面层产生推挤、拥包、波浪等破坏现象，面层材料必须有足够的抗剪强度。因此，在路面的设计中，一般都是将垂直力层材料必须有足够的抗剪强度。因此，在路面的设计中，一般都是将垂直力作为路面厚度设计计算的基本依据。仅仅在城市道路级和高等级公路的停车作为路面厚度设计计算的基本依据。仅仅在城市道路级和高等级公路的停车站、交叉口、等验算面层的剪应力。站、交叉口、等验算面层的剪应力。汽车对路面的动力作用包含两方面因素：一是动力性，汽车在路面上汽车对路面的动力作用包含两方面因素：一是动力性，汽车在路面上行驶时，由于汽车自身的振动和路面的不平整，造成车轮对路面产生行驶时，由于汽车

9、自身的振动和路面的不平整，造成车轮对路面产生冲击和振动；二是瞬时性，由于汽车行驶速度很快，路面上任一点所冲击和振动；二是瞬时性，由于汽车行驶速度很快，路面上任一点所受到的轮载作用时间短。由于其荷载应力作用时间短，变形来不及象受到的轮载作用时间短。由于其荷载应力作用时间短，变形来不及象静载时那样充分，路面结构的变形比相同静载作用下的变形要小。因静载时那样充分，路面结构的变形比相同静载作用下的变形要小。因此，不考虑其动力作用。此，不考虑其动力作用。3、动力作用、动力作用16.2.3 标准轴载和轴载换算标准轴载和轴载换算上面讨论的交通量是假定路面上只有一种车辆行驶而言，但路面行驶的车辆上面讨论的交通

10、量是假定路面上只有一种车辆行驶而言，但路面行驶的车辆很多，所以必需选定一种标准轴载，把不同类型轴载的作用次数换算为这种很多，所以必需选定一种标准轴载，把不同类型轴载的作用次数换算为这种标准轴载的作用次数。即路面设计时采用标准轴载的概念。考虑到我国公路标准轴载的作用次数。即路面设计时采用标准轴载的概念。考虑到我国公路汽车运输车辆的现状及发展趋势，我国路面设计以双轮组单轴载汽车运输车辆的现状及发展趋势，我国路面设计以双轮组单轴载100KN为标为标准轴载，以准轴载，以BZZ100表示。标准轴载的计算参数按下表确定：表示。标准轴载的计算参数按下表确定：1、标准轴载、标准轴载标准轴载标准轴载100KN轮

11、胎接地压强p（MPa）BZZ1001000.7标准轴载单轮传压面当量圆直径d（cm）两轮中心距（cm）BZZ10021.301.5d标准轴载计算参数表16.2.22、轴载换算方法、轴载换算方法 当把各种轴载换算为标准轴载时，为使换算前后轴载对路面的作当把各种轴载换算为标准轴载时，为使换算前后轴载对路面的作用达到相同的效果，应该遵循两项原则。第一，换算以达到相同的临用达到相同的效果，应该遵循两项原则。第一，换算以达到相同的临界状态为标准，即对同一种路面结构，甲轴载作用界状态为标准，即对同一种路面结构，甲轴载作用N1次后路面达到预次后路面达到预定的临界状态，路面弯沉为定的临界状态，路面弯沉为L1，

12、乙轴载作用使路面达到相同临界状态，乙轴载作用使路面达到相同临界状态的作用次数为的作用次数为N2，弯沉为，弯沉为L2，此时甲、乙两种轴载作用是等效的。第，此时甲、乙两种轴载作用是等效的。第二，对某一种交通组成，不论以那种轴载标准进行计算，有换算所得二，对某一种交通组成，不论以那种轴载标准进行计算，有换算所得的轴载作用次数计算路面所得的路面厚度相同。的轴载作用次数计算路面所得的路面厚度相同。 沥青路面设计中，轴载换算有两种方法：以弯沉为指标和以拉应沥青路面设计中，轴载换算有两种方法：以弯沉为指标和以拉应力为设计指标。力为设计指标。5、现行沥青路面设计规范的轴载换算公式、现行沥青路面设计规范的轴载换

13、算公式（1）当以设计弯沉值为设计指标及沥青层底拉应力验算时，凡轴）当以设计弯沉值为设计指标及沥青层底拉应力验算时，凡轴载大于载大于25KN底各级轴载（包括汽车底前后轴）底各级轴载（包括汽车底前后轴）Pi的作用次数的作用次数ni，均，均按下式进行换算成标准轴载按下式进行换算成标准轴载P的当量作用次数的当量作用次数N。kiiiPPnCCN135. 421式中符号含义如下：式中符号含义如下：N标准轴载的当量轴次，次标准轴载的当量轴次，次/日；日； ni 被换算车俩的各级轴载作用次数，次被换算车俩的各级轴载作用次数，次/日日P标准轴载，标准轴载，KN；Pi被换算车辆的各级轴载，被换算车辆的各级轴载，K

14、N； k被换算车辆的类型数；被换算车辆的类型数；C1轴数系数。当轴间距大于轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独一个轴计算，轴数系数为时，按单独一个轴计算，轴数系数为m，当轴间距小于，当轴间距小于3m时，轴数系数为：时，轴数系数为：C111.2（m 1）C2轮组系数，单轮组为轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为，双轮组为1，四轮组为，四轮组为0.38；(2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴的各级轴载（包括车辆的前后轴）载（包括车辆的前后轴）Pi的作用次数的作用次数ni，均按下式进行换算成标准，均按下式进行换算成标准轴载轴载P的

15、当量作用次数的当量作用次数N。kiiiPPnCCN1821C1轴数系数，轴数系数， C1 11.2（m1）；）；C2轮组系数，单轮组为轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为，双轮组为1，四轮组为四轮组为0.09；上述轴载计算公式，仅适用于单轴轴载小于上述轴载计算公式，仅适用于单轴轴载小于130KN的各种车型的轴的各种车型的轴载换算。载换算。16.2.4 交通调查与分析交通调查与分析1、交通量、交通量 在规定的时间内通过整个路面横断面的车辆数称为交通量。在规定的时间内通过整个路面横断面的车辆数称为交通量。交通量如以小时计称为小时交通量，如按一昼夜计称为日交通量，如按交通量如以小时计称为小时交通量，

16、如按一昼夜计称为日交通量，如按年计称为年交通量。公路技术等级标准采用的交通量是年平均日交通量，年计称为年交通量。公路技术等级标准采用的交通量是年平均日交通量，交通量调查时，只要先熟悉每种汽车属于何种类型，便可得出某断面的交通量调查时，只要先熟悉每种汽车属于何种类型，便可得出某断面的昼夜混合汽车。路面结构设计与验算使用的交通量是标准轴载累计作用昼夜混合汽车。路面结构设计与验算使用的交通量是标准轴载累计作用次数。实际计算时只将轴载大于规定轴载的汽车轴载计入，小汽车、小次数。实际计算时只将轴载大于规定轴载的汽车轴载计入，小汽车、小型客车对标注轴载的影响极小，一般不予计入。型客车对标注轴载的影响极小，

17、一般不予计入。2、交通量增长率、交通量增长率11)1 (ttNN一般说，交通量是逐年增长的，增长规律大致符合几何级数，则在路一般说，交通量是逐年增长的，增长规律大致符合几何级数，则在路面设计年限末的交通量为：面设计年限末的交通量为：采用采用t年内的平均增长率时：年内的平均增长率时：tiNN)1 (13、累计作用轴次与道路的通行能力、累计作用轴次与道路的通行能力道路设计年限内的累计作用轴次与交通量的增长率和设计使用年限有关，道路设计年限内的累计作用轴次与交通量的增长率和设计使用年限有关，在确定累计作用轴次时，要验算道路的实际通行能力，使设计期限内的在确定累计作用轴次时，要验算道路的实际通行能力，

18、使设计期限内的混合交通量符合交通实际，为此提出采用饱和交通验算法。通过统计标混合交通量符合交通实际，为此提出采用饱和交通验算法。通过统计标准轴载与混合交通之比的分布状态标准轴载与混合交通之比值约为准轴载与混合交通之比的分布状态标准轴载与混合交通之比值约为0.220.26，标准差为，标准差为0.023，变异系数为，变异系数为10左右，两者之比呈正态分左右，两者之比呈正态分布。如果取保证率为布。如果取保证率为95，两者之比为，两者之比为0.180.22。分析结果表明，只。分析结果表明，只有采用饱和交通验算法，才能保证设计使用期末的标准轴载作用次数复有采用饱和交通验算法，才能保证设计使用期末的标准轴

19、载作用次数复合实际情况。合实际情况。4、车辆横向分布、车辆横向分布（1）在路面设计中通过调查和分析得到的交通量资料往往是整个路）在路面设计中通过调查和分析得到的交通量资料往往是整个路面宽度范围内所有行车道上的总交通量。实际上路面横断面上各个车面宽度范围内所有行车道上的总交通量。实际上路面横断面上各个车道上交通量并没有这么多，而且是各不相同。即使在同一车道上，车道上交通量并没有这么多，而且是各不相同。即使在同一车道上，车道横断面上各点实际受到的轴载（或轮载）作用次数也是不同的。道横断面上各点实际受到的轴载（或轮载）作用次数也是不同的。（2）影响轮迹横向分布的因素有车道宽度、车道数、交通组织类型）

20、影响轮迹横向分布的因素有车道宽度、车道数、交通组织类型交通密度与组成等。交通密度与组成等。在沥青路面设计中，为了考虑车流在横断向上不同的分布状态所带来在沥青路面设计中，为了考虑车流在横断向上不同的分布状态所带来的影响，引进了车道系数的影响，引进了车道系数 。将某一道路的总交通量乘以车道系数。将某一道路的总交通量乘以车道系数 即可得到该道路路面行车最集中的一个车道上的交通量并以此来作为即可得到该道路路面行车最集中的一个车道上的交通量并以此来作为路面的设计交通量。车道系数应根据调查分析得到，无资料时，参考路面的设计交通量。车道系数应根据调查分析得到，无资料时，参考下表下表16.2.3确定：确定：5

21、、车辆荷载的累计作用次数、车辆荷载的累计作用次数13651)1 (NNte16.3 沥青路面的破坏状态与破坏标准沥青路面的破坏状态与破坏标准1、沉陷、沉陷 沉陷是指路面在车轮荷沉陷是指路面在车轮荷载的作用下产生较大的凹陷变形，载的作用下产生较大的凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象出现，有时凹陷两侧伴有隆起现象出现，如图所示，当沉陷严重时，超过结如图所示，当沉陷严重时，超过结构的变形能力，在结构层受拉区产构的变形能力，在结构层受拉区产生开裂而形成纵裂，并有可能逐渐生开裂而形成纵裂，并有可能逐渐发展为网裂。造成沉陷的主要原因发展为网裂。造成沉陷的主要原因是路基土的压缩。是路基土的压缩。拉裂拉裂拉裂

22、2、车辙、车辙 车辙是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压车辙是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。这种变化出现在实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。这种变化出现在车轮带处，即形成路面的纵向凹陷。车辙是高级沥青路面的主要破坏型车轮带处，即形成路面的纵向凹陷。车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。因为这类路面的使用寿命较长，即使每一次形成荷载作用产生的残式。因为这类路面的使用寿命较长，即使每一次形成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较大，余变形量很小，而多次重复作用累积起来的残余变形

23、总和也将会较大，足以影响车辆的正常行驶。足以影响车辆的正常行驶。3、疲劳开裂、疲劳开裂 开裂是沥青路面常见的一种破坏类型。开裂的种类有开裂是沥青路面常见的一种破坏类型。开裂的种类有几种。疲劳开裂是指路面在正常的使用情况下，由行车荷载的多次反几种。疲劳开裂是指路面在正常的使用情况下，由行车荷载的多次反复作用，使结构层底面产生的拉应力（拉应变）超过材料的疲劳强度。复作用，使结构层底面产生的拉应力（拉应变）超过材料的疲劳强度。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开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的范围不断扩大。产生疲劳

24、开裂向开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的范围不断扩大。产生疲劳开裂的原因，主要是沥青结构承受车轮荷载的反复弯曲作用，使结构层底的原因，主要是沥青结构承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）值超过了材料的疲劳强度。以疲劳开裂面产生的拉应变（或拉应力）值超过了材料的疲劳强度。以疲劳开裂为设计标准时，用结构层底面的拉应变或拉应力不超过相应的容许值为设计标准时，用结构层底面的拉应变或拉应力不超过相应的容许值控制设计。控制设计。4、推移、推移 当沥青路面受到较大的车轮水平荷载作用时，路面表面当沥青路面受到较大的车轮水平荷载作用时，路面表面可能出现推移和拥起。其破坏原因是，车轮荷载引

25、起的垂直应力和可能出现推移和拥起。其破坏原因是，车轮荷载引起的垂直应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。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。为了防止沥青面层产生推移和拥起，可用面层抗剪强度标准控制设为了防止沥青面层产生推移和拥起，可用面层抗剪强度标准控制设计计。5、低温缩裂、低温缩裂 路面结构层中某些整体性材料在低温时由于材料收缩路面结构层中某些整体性材料在低温时由于材料收缩受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强队受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强队时便产生开裂。这种裂缝主要表现为横向间隔性裂缝。时便产

26、生开裂。这种裂缝主要表现为横向间隔性裂缝。16.3.6 路面弯沉设计标准路面弯沉设计标准弯沉：指在标准轴载的作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直弯沉：指在标准轴载的作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的总垂直变形（总弯沉）或垂直回弹变形（回弹弯沉）。变形（总弯沉）或垂直回弹变形（回弹弯沉）。设计弯沉：设计弯沉是表征路面整体刚度大小的指标，它是根据设计设计弯沉：设计弯沉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、公路等级、面层和基层年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值，是路面厚度计算的主要依据。其值可类型

27、而确定的路面弯沉设计值，是路面厚度计算的主要依据。其值可作为路面竣工后第一年最不利季节、路面温度为作为路面竣工后第一年最不利季节、路面温度为20 时在标准轴载时在标准轴载100KN作用下，竣工验收的最大弯沉。作用下，竣工验收的最大弯沉。我国沥青路面设计方法采用双圆均布荷载作用下的多层弹性连续体系，我国沥青路面设计方法采用双圆均布荷载作用下的多层弹性连续体系，以设计弯沉表征路面整体刚度，计算路面结构的厚度。对高速公路、以设计弯沉表征路面整体刚度，计算路面结构的厚度。对高速公路、一级公路和二级公路，对沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层进行一级公路和二级公路，对沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层进行

28、层底拉力的验算。城市道路路面设计尚须进行沥青混合料面层的剪应层底拉力的验算。城市道路路面设计尚须进行沥青混合料面层的剪应力验算应。力验算应。16.4 弹性层状体系理论弹性层状体系理论弹性层状体系是由若干个弹性层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，组成，上面各层具有一定的厚度，最下一层为弹性半空间体。如图最下一层为弹性半空间体。如图16.4.1所示：所示：rZp h1E11h2E22Enn基本假设：基本假设：（1）各层是连续的、完全弹性的、均匀的、）各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，位移和形变是微小的。各向同性的，位移和形变是微小的。（2）最下一层在水平方向和垂

29、直向下方向为无穷大，其上各层厚度为）最下一层在水平方向和垂直向下方向为无穷大，其上各层厚度为有限、水平方向为无穷大。有限、水平方向为无穷大。（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）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。变和位移为零。（4）层间接触情况，或者位移完全连续，或者层间仅竖向应力和位移）层间接触情况，或者位移完全连续，或者层间仅竖向应力和位移而无摩阻力，前者称为连续体系，后者称为滑动体系。而无摩阻力，前者称为连续体系，后者称为滑动体系。弹性层状体系的应力和弯沉：弹性层状体系的应力和弯沉：rZp h1E11h2E22Enn),;,(

30、212123121nlhhhEEEEEpl单单在圆形均布荷载的作用下，弹性层在圆形均布荷载的作用下，弹性层状体系内各点的应力和位移求解结状体系内各点的应力和位移求解结构，都是非常复杂的无穷积分表达构，都是非常复杂的无穷积分表达式，可表示为如下函数关系：式，可表示为如下函数关系：),;,(12112312nnnhhhEEEEEEp单单路表弯沉：路表弯沉：路面中正应力：路面中正应力：16.5 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计16.5.1 路面结构组合的基本原则路面结构组合的基本原则：1、根据路面内荷载应力随深度递减的规律安排结构层次，适应行车、根据路面内荷载应力随深度递减的规律安排结构层次

31、，适应行车荷载作用要求。即各结构层强度和刚度自下而上递减，且相邻层间荷载作用要求。即各结构层强度和刚度自下而上递减，且相邻层间刚度相差不宜过大。刚度相差不宜过大。2、注意各相邻结构层的相互影响。、注意各相邻结构层的相互影响。4、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。3、适当的层数和厚度。、适当的层数和厚度。16.5.2 路面结构组合设计步骤路面结构组合设计步骤1、路面等级和类型的确定、路面等级和类型的确定路面等级和类型应与公路的等级和交通量相适应，应根据公路等级、路面等级和类型应与公路的等级和交通量相适应，应根据公路等级、使用要求、设计年限内标准的累积当量轴载以及筑路材

32、料、施工机具使用要求、设计年限内标准的累积当量轴载以及筑路材料、施工机具和自然条件等因素，按表和自然条件等因素，按表16.5.4确定。确定。2、基层类型的确定、基层类型的确定基层是主要的承重层，应具有足够的强度刚度和水稳性。我国常用的基层是主要的承重层，应具有足够的强度刚度和水稳性。我国常用的基层有无机结合料（水泥、石灰和工业废渣等）稳定类基层和碎（砾）基层有无机结合料（水泥、石灰和工业废渣等）稳定类基层和碎（砾）石混合料基层。对于高等级公路沥青路面，多选用强度、刚度及稳定石混合料基层。对于高等级公路沥青路面，多选用强度、刚度及稳定性较好的前一类基层。另外，选择基层还应本着基地取材的原则。交性

33、较好的前一类基层。另外，选择基层还应本着基地取材的原则。交通量繁重时，基层较厚时或基层与路基的模量比过大时，都可以考虑通量繁重时，基层较厚时或基层与路基的模量比过大时，都可以考虑增设底基层。作为一个结构层，底基层既可以充分利用当地材料，降增设底基层。作为一个结构层，底基层既可以充分利用当地材料，降低造价调整模量比，对刚度大的基层工作有利。另外，天然砂砾、石低造价调整模量比，对刚度大的基层工作有利。另外，天然砂砾、石灰工业废渣稳定土、石灰稳定土等还兼有垫层的功能。灰工业废渣稳定土、石灰稳定土等还兼有垫层的功能。3、确定路面结构层次和初拟结构层厚度、确定路面结构层次和初拟结构层厚度我国现行的路面设

34、计中，路面厚度计算一般是把某一层作为设计我国现行的路面设计中，路面厚度计算一般是把某一层作为设计计算层，其余的结构层按设计者的经验并参照规范有关规定后，计算层，其余的结构层按设计者的经验并参照规范有关规定后，在厚度计算过程中一般不再变动。由于面层材料比较昂贵，其厚在厚度计算过程中一般不再变动。由于面层材料比较昂贵，其厚度规定也比较严格，因此常选用基层和底基层作为计算层。度规定也比较严格，因此常选用基层和底基层作为计算层。16.6 新建沥青路面的结新建沥青路面的结构层厚度计算构层厚度计算16.6.1 计算图式，计算图式，弯沉、拉应力和面弯沉、拉应力和面层切应力的计算位层切应力的计算位置分别如图所

35、示。置分别如图所示。p22 E2E1ph2h1图16.6.1 路表弯沉值计算图式E0=Ehn-1En-1Ar22p0.9E0 图16.6.3 三层体系切应力计算图式h1h2pE1E2rEn-1hn-1E0=E图16.6.2 沥青混凝土和半刚性材料层的层底拉应力计算图式h1h2pE1E222p16.6.2 路面容许弯沉和设计弯沉路面容许弯沉和设计弯沉路面的容许弯沉：路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用路面的容许弯沉：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。下容许出现的最大回弹弯沉值。容许弯沉值与路面的使用寿命的关系可通过调查确定。现有路面的回容许弯沉值与路

36、面的使用寿命的关系可通过调查确定。现有路面的回弹弯沉值是用杠杆式弯沉仪和规定的具有标准轴载的汽车按前进卸载弹弯沉值是用杠杆式弯沉仪和规定的具有标准轴载的汽车按前进卸载法测定。法测定。国外大量调查资料表明，路面达到某种临界状态时，累计交通量同国外大量调查资料表明，路面达到某种临界状态时，累计交通量同容许弯沉值之间存在良好的双对数关系：容许弯沉值之间存在良好的双对数关系：eRNBl 我国通过大量的调查资料，建立了容许弯沉与累计当量轴次之间的我国通过大量的调查资料，建立了容许弯沉与累计当量轴次之间的关系：关系：204. 0650eRNl设计弯沉：设计弯沉是根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当设计

37、弯沉：设计弯沉是根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的，相当于路面竣工后第量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的，相当于路面竣工后第一年最不利季节、路面在标准轴载一年最不利季节、路面在标准轴载100KN作用下，竣工验收的最大弯作用下，竣工验收的最大弯沉。计算公式如下：沉。计算公式如下：bscedAAANL2 . 0600N e设计年限内一个车道上累计当量轴次。设计年限内一个车道上累计当量轴次。Ac公路等级系数，高速公路、一级公路为公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路，二级公路1.1，三、，三、四级公路四级公路1.2。As面层类型系数，沥

38、青混凝土面层为面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌沥青碎石、乳化；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面为沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面为1.1；沥青表面处治为；沥青表面处治为1.2；中、；中、低级路面为低级路面为1.3。Ab基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20cm时，时，取取1.0，若面层与半刚性基层之间设置等于或小于，若面层与半刚性基层之间设置等于或小于15cm级配碎石、沥青级配碎石、沥青贯入式碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时，仍为贯入式碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时，仍为1.0；柔性基层、底；柔性基层、

39、底基层，取基层，取1.6，当柔性基层厚度大于，当柔性基层厚度大于15cm、底基层为半刚性基层时，取、底基层为半刚性基层时，取1.6。路面的厚度是根据弹性体系理轮、层间接触为完全连续，在以双圆均路面的厚度是根据弹性体系理轮、层间接触为完全连续，在以双圆均布荷载作用下，轮隙中心实测路表弯沉值布荷载作用下，轮隙中心实测路表弯沉值ls等于设计弯沉值等于设计弯沉值ld的原则的原则进行。理论弯沉的表达式及修正系数如下所示：进行。理论弯沉的表达式及修正系数如下所示：36. 0038. 01)()2000(63. 121000pElFFEplscsc理论弯沉修正系数：),;,(12312121nnncEEEE

40、EEhhhf16.6.3 土基回弹模量的确定土基回弹模量的确定1、现场实测法、现场实测法2、查表法、查表法3、室内试验法、室内试验法4、换算法、换算法16.6.4 路面材料设计参数的确定路面材料设计参数的确定现行规范规定，以设计弯沉值计算路面厚度，对高速公路、一级、现行规范规定，以设计弯沉值计算路面厚度，对高速公路、一级、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层应验算拉二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求应力是否满足容许拉应力的要求,各层材料的计算模量均采用抗压各层材料的计算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用劈裂

41、试验测回弹模量，沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验测得的劈裂强度。以试验为基础，并可参照表得的劈裂强度。以试验为基础，并可参照表16.6.4和和16.6.5确定。确定。弯沉值以弯沉值以20为标准，因此，以路面设计弯沉值计算路面结构厚为标准，因此，以路面设计弯沉值计算路面结构厚度时，采用度时，采用20的抗压模量。验算层底拉应力是以的抗压模量。验算层底拉应力是以15 为标准温为标准温度，故用度，故用15 的抗压模量。的抗压模量。大量的试验研究表明，半刚性材料的抗压模量、抗压强度、劈大量的试验研究表明，半刚性材料的抗压模量、抗压强度、劈裂强度与龄期均有较好的相关关系，通过建立这些相关关系可

42、裂强度与龄期均有较好的相关关系，通过建立这些相关关系可以预估规定龄期的材料模量或强度，并经充分论证后作为设计以预估规定龄期的材料模量或强度，并经充分论证后作为设计值使用。值使用。16.6.5 结构层材料的结构层材料的 容许拉应力容许拉应力在验算沥青混凝土和整体性材料基层的拉应力。要求结构层底的拉应力在验算沥青混凝土和整体性材料基层的拉应力。要求结构层底的拉应力不大于结构层材料的容许拉应力，在路面设计中通常表示为：不大于结构层材料的容许拉应力，在路面设计中通常表示为：m R R 容许拉应力的确定：容许拉应力的确定：sspRK sp sp结构层的极限抗拉强度。（结构层的极限抗拉强度。（MPaMPa

43、）Ks抗拉强度结构系数。抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层：对沥青混凝土面层：casANeAK/09. 022. 0对无机结合料稳定集料类：对无机结合料稳定集料类：cesANK/35. 011. 0对无机结合料稳定土类：对无机结合料稳定土类：cesANK/45. 011. 0上式中：上式中：Aa沥青混合料级配系数；细、中粒式沥青混凝土为沥青混合料级配系数；细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式，粗粒式沥青混凝土为沥青混凝土为1.1；Ac公路等级系数。公路等级系数。16.6.6 查图法计算弯沉和结构的层底拉应力查图法计算弯沉和结构的层底拉应力（1）双层体系）双层体系 在路面结构中出现双层体系有两种

44、情况，一是单在路面结构中出现双层体系有两种情况，一是单层低级路面上加上路基；二是沥青表面处治加上基层和路基。层低级路面上加上路基；二是沥青表面处治加上基层和路基。在双层体系中习惯上将路面厚度用在双层体系中习惯上将路面厚度用h表示，路面回弹模量用表示，路面回弹模量用E1表示，表示，路基回弹模量用路基回弹模量用E0表示，由此可得到在双圆荷载作用下双层体系表表示，由此可得到在双圆荷载作用下双层体系表面弯沉的计算公式为：面弯沉的计算公式为：),(2100hEEEplL 可根据可根据E0/E1和和h/查图查图16.6.5求得。求得。L（2）三层体系）三层体系 计算时习惯上将路面第一层厚度和回弹模量用计算

45、时习惯上将路面第一层厚度和回弹模量用h和和E1表示，第二层厚度和回弹模量用表示，第二层厚度和回弹模量用H和和E2表示，路基回弹模量用表示，路基回弹模量用E0表示。则在双圆均布荷载作用下三层体系表面弯沉计算公式为：表示。则在双圆均布荷载作用下三层体系表面弯沉计算公式为：),(122012HhEEEEEplL；1、弯沉计算、弯沉计算计算计算L时，查诺谟图时，查诺谟图16.6.6，在此基础上可进而计算出弯沉，在此基础上可进而计算出弯沉l，查图，查图和计算的步骤为：和计算的步骤为：由由 查主图查主图12/,/EEh 由由 查扇形图查扇形图20/,/EEhK1由由 查梅花图查梅花图20/,/,/EEHh

46、K221KKLLEpl12（3）多层体系）多层体系由前所述，可知在双圆荷载作用下多层体系表面弯沉的计算公式为：由前所述，可知在双圆荷载作用下多层体系表面弯沉的计算公式为：)(121212312nnnLhhhEEEEEEEpl，；，保持原多层体系的第一层不变作为三层体系的上层；保持最下层半空保持原多层体系的第一层不变作为三层体系的上层；保持最下层半空间体不变作为三层体系的下层；将第二层至间体不变作为三层体系的下层；将第二层至n-1层换算为第二层而厚度层换算为第二层而厚度为当量厚度为当量厚度H的当量层作为三层体系的中层。换算过程如图所示，其的当量层作为三层体系的中层。换算过程如图所示，其换算公式为

47、：换算公式为：4 . 22132EEhhHknkkE2h2En2h1E1p2pE0=En2pE1E2Hp2h=h1在以路面设计弯沉计算路面厚度时，各层模量都取抗压回弹模量，一在以路面设计弯沉计算路面厚度时，各层模量都取抗压回弹模量，一般通过试验取得，对沥青混合料，取般通过试验取得，对沥青混合料，取20 时的抗压回弹模量。时的抗压回弹模量。（4）路面厚度计算方法）路面厚度计算方法令令ld=ls，计算出，计算出F和和L。将计算层化为三层体系。将计算层化为三层体系。计算厚度如下：计算厚度如下：由由 查主图查主图12/,/EEh 由由 查扇形图查扇形图20/,/EEhK120/,/EEh21KKL12

48、/ KKL/Hh路面的厚度是根据弹性体系理轮、层间接触为完全连续，在以双圆均路面的厚度是根据弹性体系理轮、层间接触为完全连续，在以双圆均布荷载作用下，轮隙中心实测路表弯沉值布荷载作用下，轮隙中心实测路表弯沉值ls等于设计弯沉值等于设计弯沉值ld的原则的原则进行。理论弯沉的表达式及修正系数如下所示：进行。理论弯沉的表达式及修正系数如下所示：36. 0038. 00)()2000(63. 121000pElFFEplscsc理论弯沉修正系数：理论弯沉修正系数：),;,(12312121nnncEEEEEEhhhf2、弯拉应力计算、弯拉应力计算 规范规定，对二级及二级以上的公路，须对沥青混规范规定，

49、对二级及二级以上的公路，须对沥青混凝土和半刚性基层、底基层作弯拉应力验算。凝土和半刚性基层、底基层作弯拉应力验算。（1）三层体系）三层体系由分析可知，三层体系上层底面拉应力由分析可知，三层体系上层底面拉应力发生在一个圆形荷载的中心轴线上的发生在一个圆形荷载的中心轴线上的B点（点（r=0,z=h），而中层底面的最大拉），而中层底面的最大拉应力应发生在双圆荷载间隙中心轴线上应力应发生在双圆荷载间隙中心轴线上的的C点处点处,如图如图2418所示：所示：hH2pE0E1E2p21.5图2431在双圆荷载作用下三层体系上层底面在双圆荷载作用下三层体系上层底面B点和中层底面点和中层底面C点处的最大应力点处

50、的最大应力可表示为：可表示为：)/(2012HhEEEEpmm，；，式中式中 为最大拉应力系数可查图为最大拉应力系数可查图1418，查图步骤如下：，查图步骤如下：m由由 查主图查主图12/,/EEh由由 查扇形图查扇形图2012/,/,/EEEEh由由 查梅花图查梅花图1220/,/,/EEEEH21mmp1m2m三层连续体系中层底面拉应力系数，由图三层连续体系中层底面拉应力系数，由图14-19，查图顺序为：，查图顺序为：由由 查主图查主图20/,/EEH由由 查扇形图查扇形图12/,/EEH由由 查梅花图查梅花图12/,/,/EEHh21nnp1n2n在弯拉应力计算中，规范规定如下：在弯拉应

51、力计算中，规范规定如下： 层间接触条件为完全连续体系。层间接触条件为完全连续体系。在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，在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（沥青混凝土取试验温度为各层材料的模量均采用抗压回弹模量（沥青混凝土取试验温度为15 15 ）。沥青混凝土和半刚性基层材料的抗压强度采用劈裂试验测得）。沥青混凝土和半刚性基层材料的抗压强度采用劈裂试验测得的劈裂试验强度。的劈裂试验强度。（2）多层体系）多层体系 将原体系转化为三层体系，换算原则是在相同的双圆荷将原体系转化为三层体系，换算原则是在相同的双圆荷载作用下多层

52、体系与换算三层体系在相同计算点产生的弯拉应力相等。载作用下多层体系与换算三层体系在相同计算点产生的弯拉应力相等。当当i n-1i n-1时，将第时，将第1 1i i层换算为模量为层换算为模量为E Ei i厚度为厚度为h h一层，作为当量一层，作为当量三层体系的上层，换算公式为：三层体系的上层，换算公式为：41ikikkEEhh将第将第i+1n-1层换算为模量层换算为模量为为Ei+1，厚度为，厚度为H的一层作的一层作为当量三层体系的中层，换为当量三层体系的中层，换算公式为：算公式为：9 . 0111iknikkEEhhh1E1=EiHE2=Ei+1E0=Enh1E1hiEihi+1Ei+1hn-

53、1En-1Enin-1（2）当）当i=n-1时，将时，将1n-2层换算为模量为层换算为模量为En-2，厚度为，厚度为h的一层作为的一层作为当量三层体系的上层，原第当量三层体系的上层，原第n-1层不变，作为当量三层体系的下层，层不变，作为当量三层体系的下层，换算公式为：换算公式为：4221nknkkEEhhhn-1h2EnEn-1E2i=n-1h1E1hn-2En-2Hh1E0=EnE2=En-1E1=En-216.6.8 新建沥青路面结构设计步骤新建沥青路面结构设计步骤1、根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年、根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个

54、车道的累积当量轴次和设计弯沉值。限内一个车道的累积当量轴次和设计弯沉值。2、按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（一般情况下路段、按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（一般情况下路段长度不宜小于长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定），确定各路段土基回弹模量值。各路段土基回弹模量值。3、根据以有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构、根据以有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各路面结构层材料

55、的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层的材料设计参数。层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层的材料设计参数。4、根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路、根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结否满足要求。如不满足要求，或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，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。对于

56、季节性冻土地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻层厚度是否对于季节性冻土地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻层厚度是否满足要求，如图：满足要求，如图：不满足不满足收集或调查交收集或调查交通量并计算累通量并计算累计标准轴载计标准轴载根据公路等级、根据公路等级、面层，基层类型及面层，基层类型及Ne计算设计弯沉值计算设计弯沉值气象资料、气象资料、材料调查及材料调查及混合料试验混合料试验土基类型划土基类型划分，确定土分，确定土基回弹模量基回弹模量拟拟 定定 路路 面面 结结 构构 方方 案案确定材料模量确定材料模量是否验算是否验算拉应力拉应力是否验算是否验算防冻厚度防冻厚度是否有下一是否有下一个结构方案

57、个结构方案进行技术经济比较，确进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案定采用的路面结构方案进行劈裂试验，确定抗拉强度进行劈裂试验，确定抗拉强度sp确定容许拉应力确定容许拉应力R R计算层底拉应力计算层底拉应力m mm m23。根据莫尔强度理论，。根据莫尔强度理论，其强度条件决定于其强度条件决定于1、3，由莫尔圆可得：，由莫尔圆可得：莫尔应力圆分析图（1）三层体系）三层体系 在垂直荷载和水平荷载的作用下，三层体系水平荷在垂直荷载和水平荷载的作用下，三层体系水平荷载为：载为：fpq 缓慢制动时，缓慢制动时，f0.2，紧急制动时，紧急制动时，f0.5。根据前面的讨论，在双圆垂直及水平荷载共同作用下，

58、最大剪应力根据前面的讨论，在双圆垂直及水平荷载共同作用下，最大剪应力m m和主应力和主应力1 1可表示为下式：可表示为下式：)/(2012fHhEEEEpfmmf；，；，)/(201211fHhEEEEpff；，；，fmf1,为最大剪应力系数和最大主应力系数，当为最大剪应力系数和最大主应力系数，当f0.3时，可查图时，可查图1428，1428得到。当得到。当f为其它值时，由下式计算：为其它值时，由下式计算：pfpflfmmf) 3 . 0(46. 0) 3 . 0( 3 . 13 . 013 . 0（2）多层体系）多层体系 多层体系的换算方法与弯沉计算时换算公式相同多层体系的换算方法与弯沉计算

59、时换算公式相同（3）允许剪应力的确定）允许剪应力的确定 容许剪应力容许剪应力R R ：TRKKT沥青混合料的抗剪结构强度系数：沥青混合料的抗剪结构强度系数：缓慢制动（缓慢制动（f0.2）时）时15. 035. 0tcTNAK紧急制动（紧急制动（f0.5）时）时cTAK2 . 116.7.2 路面结构层材料的抗剪强度参数路面结构层材料的抗剪强度参数路面结构层抗剪强度参数为粘聚力路面结构层抗剪强度参数为粘聚力c和内摩擦角和内摩擦角 。沥青混合料的。沥青混合料的c 和和 值通常用三轴剪力仪试验测定。由于沥青面层抗剪强度的计算条件值通常用三轴剪力仪试验测定。由于沥青面层抗剪强度的计算条件是夏季高温，所

60、以剪切应力计算及试验的标准温度为当地高温月份是夏季高温，所以剪切应力计算及试验的标准温度为当地高温月份路表实际温度的平均值。计算面层切应力时，各组成结构层计算模路表实际温度的平均值。计算面层切应力时，各组成结构层计算模量均采用抗压回弹模量。量均采用抗压回弹模量。16.8 改建沥青路面设计改建沥青路面设计16.8.1路面结构状况与调查评定路面结构状况与调查评定1、现有路面状况调查工作包括如下内容：、现有路面状况调查工作包括如下内容：（1）交通调查）交通调查 对于当前的交通量和车型组成进行实地观测。通过对于当前的交通量和车型组成进行实地观测。通过调查分析预估交通量增长趋势，确定年平均增长率。计算一