第二篇第3章柔性路面

1、山东交通学院山东交通学院徐家钰徐家钰 程家驹程家驹同济大学出版社同济大学出版社山东交通学院山东交通学院 通过该次课的学习，通过该次课的学习，应掌握应掌握柔性路面常见柔性路面常见的损坏形式。的损坏形式。熟悉熟悉柔性路面的设计指标。了柔性路面的设计指标。了解解柔性路面主要损坏的成因。柔性路面主要损坏的成因。 本次授课的重点：柔性路面常见的损坏本次授课的重点：柔性路面常见的损坏形形式式，柔性路面的设计指标。，柔性路面的设计指标。 难点：柔性路面的设计指标。难点：柔性路面的设计指标。目的要求目的要求重点与难点重点与难点山东交通学院山东交通学院 路面路面：是用各种筑路材料，按一定厚度与宽度、分层铺筑在：

2、是用各种筑路材料，按一定厚度与宽度、分层铺筑在路基顶面上，直接承受车辆荷载和外界自然因素作用的路基顶面上，直接承受车辆荷载和外界自然因素作用的层状层状构造物构造物。 柔性路面柔性路面：是用各种基层（水泥混凝土除外）和各类沥青面：是用各种基层（水泥混凝土除外）和各类沥青面层、碎（砾）石面层、块料面层等组成的路面结构。层、碎（砾）石面层、块料面层等组成的路面结构。 路面设计路面设计：就是根据道路的使用任务、性质、交通量和交通：就是根据道路的使用任务、性质、交通量和交通组成，结合当地的材料、自然条件和地质条件，并考虑路基组成，结合当地的材料、自然条件和地质条件，并考虑路基状况而进行的一项状况而进行的

3、一项综合性综合性结构设计。结构设计。 柔性路面设计的内容柔性路面设计的内容包括：路面结构层次的选择与组合、各包括：路面结构层次的选择与组合、各结构层厚度的确定和结构层材料的组成设计等。结构层厚度的确定和结构层材料的组成设计等。基本概念基本概念山东交通学院山东交通学院3-1 3-1 柔性路面常见的损坏现象柔性路面常见的损坏现象 柔性路面的柔性路面的力学特点力学特点：各结构层具有一定的塑性、弯沉变：各结构层具有一定的塑性、弯沉变形较大；抗弯拉强度较小，主要依靠抗压、抗剪强度来抵抗形较大；抗弯拉强度较小，主要依靠抗压、抗剪强度来抵抗车辆荷载的作用。车辆荷载的作用。 柔性路面的破坏主要柔性路面的破坏主

4、要取决于取决于荷载作用下的荷载作用下的垂直位移垂直位移和和水平水平拉应变（力）。拉应变（力）。同时，同时，土基的刚度和稳定性土基的刚度和稳定性对路面结构的整对路面结构的整体强度和刚度也有较大的影响。体强度和刚度也有较大的影响。 柔性路面常见的损坏形式有：柔性路面常见的损坏形式有： 1、裂缝、裂缝 2、沉陷和车辙、沉陷和车辙 3、推移、推移 4、坑槽、坑槽 5、泛油、泛油山东交通学院山东交通学院一、裂缝一、裂缝1裂缝的形式：裂缝的形式： 裂缝是路面上较普遍的损坏现象。常表现为裂缝是路面上较普遍的损坏现象。常表现为纵向裂缝纵向裂缝、横横向裂缝向裂缝，以及纵横交错的，以及纵横交错的龟裂龟裂等形态，有

5、时还伴随着其它损等形态，有时还伴随着其它损坏现象。坏现象。山东交通学院山东交通学院2裂缝产生的原因：裂缝产生的原因：（1）基层软弱，使面层由于）基层软弱，使面层由于变形过大变形过大而出现网裂；而出现网裂；（2）在行车荷载的重复作用下，面层产生）在行车荷载的重复作用下，面层产生疲劳开裂疲劳开裂；（3）面层材料过脆，或面层和基层的刚度相差悬殊，以及面）面层材料过脆，或面层和基层的刚度相差悬殊，以及面层底部由行车荷载作用产生的拉应力过大，使面层层底部由行车荷载作用产生的拉应力过大，使面层拉裂拉裂；（4）因半刚性基层的收缩而引起的）因半刚性基层的收缩而引起的反射裂缝反射裂缝；（5）因沥青面层）因沥青面

6、层低温收缩低温收缩而产生的横向裂缝；而产生的横向裂缝；（6）由于）由于沥青材料老化沥青材料老化等原因而产生的裂缝。等原因而产生的裂缝。山东交通学院山东交通学院二、沉陷和车辙二、沉陷和车辙1沉陷：是指路面出现局部下凹的现象。沉陷：是指路面出现局部下凹的现象。沉陷产生的原因：土基局部湿软、路面强度不足或路面厚度沉陷产生的原因：土基局部湿软、路面强度不足或路面厚度过薄，以及由路面传到土基的压力超过了土基的承载力时，过薄，以及由路面传到土基的压力超过了土基的承载力时，由于土基产生过大的垂直变形，而导致路面沉陷。由于土基产生过大的垂直变形，而导致路面沉陷。山东交通学院山东交通学院2车辙车辙 若整个路段土

7、基或基层强度不足，路面就会若整个路段土基或基层强度不足，路面就会沿道路纵向沿道路纵向、在行车轮迹集中处产生在行车轮迹集中处产生带状凹陷带状凹陷车辙。另外，在高温季车辙。另外，在高温季节，沥青面层在车辆荷载的重复作用下，由节，沥青面层在车辆荷载的重复作用下，由永久变形积累永久变形积累也也能形成车辙。能形成车辙。山东交通学院山东交通学院三、推移三、推移 面层材料沿行车方向产生推挤、隆起，甚至形成波浪的现象称面层材料沿行车方向产生推挤、隆起，甚至形成波浪的现象称为推移。为推移。 形成原因：在行车荷载的水平力、垂直力和撞击力的共同作用形成原因：在行车荷载的水平力、垂直力和撞击力的共同作用下，使面层材料

8、产生下，使面层材料产生剪切破坏剪切破坏。在交叉口、公共汽车停靠站、。在交叉口、公共汽车停靠站、收费站的前后经常发生此类破坏。收费站的前后经常发生此类破坏。 若沿路面的纵向形成连续的、波长和波峰大致相同的若沿路面的纵向形成连续的、波长和波峰大致相同的“波浪现波浪现象象”称为称为搓板搓板，搓板是推移的一种特例。，搓板是推移的一种特例。山东交通学院山东交通学院四、坑槽四、坑槽 由于面层材料粘结力不足或在较大的行车荷载作用下，面由于面层材料粘结力不足或在较大的行车荷载作用下，面层材料被磨损、碾碎，而产生细集料流失、粗骨料外露，进层材料被磨损、碾碎，而产生细集料流失、粗骨料外露，进而失去联结作用而出现的

9、成片散开的现象称为而失去联结作用而出现的成片散开的现象称为松散松散；松散的；松散的材料流失后就形成了材料流失后就形成了坑槽坑槽。山东交通学院山东交通学院五、泛油五、泛油 油石比过高油石比过高的路段上，的路段上，在高温季节在高温季节，因为沥青路面软化，而，因为沥青路面软化，而在其表面出现一层黑亮沥青的现象称为在其表面出现一层黑亮沥青的现象称为泛油泛油。泛油发生后，。泛油发生后，面层材料的粘结力下降，沥青容易被车轮粘着带走而形成面层材料的粘结力下降，沥青容易被车轮粘着带走而形成坑坑槽槽，而在沥青材料落下处则形成了，而在沥青材料落下处则形成了油包油包。 形成原因：沥青的热稳定性不好，混合料组成中沥青

10、用量偏形成原因：沥青的热稳定性不好，混合料组成中沥青用量偏高。高。 山东交通学院山东交通学院 综合上述，可以看出柔性路面产生损坏的原因是综合上述，可以看出柔性路面产生损坏的原因是多种多样多种多样的。的。所以，在路面设计中，不仅要考虑路面各层次的所以，在路面设计中，不仅要考虑路面各层次的必要厚度必要厚度，还，还要重视要重视路面结构的组合路面结构的组合，同时注意，同时注意施工质量和路面养护施工质量和路面养护。以保。以保证路面的使用品质。证路面的使用品质。山东交通学院山东交通学院3-2 3-2 柔性路面的设计指标柔性路面的设计指标一、柔性路面的设计指标的类型一、柔性路面的设计指标的类型（一）弯沉指标

11、（一）弯沉指标 弯沉弯沉：是在一定的荷载作用下，路表面的：是在一定的荷载作用下，路表面的竖向变形竖向变形。 弯沉是反映路面整体承载能力高低和使用状况好坏的最直观、弯沉是反映路面整体承载能力高低和使用状况好坏的最直观、最简单的指标。最简单的指标。 路表弯沉值是路面各结构层变形的路表弯沉值是路面各结构层变形的总和总和，对于沥青路面，我，对于沥青路面，我国现行国现行“沥规沥规”规定：以双轮组车轮荷载作用下，规定：以双轮组车轮荷载作用下，在路表面轮在路表面轮隙中心处的弯沉隙中心处的弯沉作为路面整体抗变形能力的指标。作为路面整体抗变形能力的指标。 根据要求，路面设计的控制方程应满足下式：根据要求，路面设

12、计的控制方程应满足下式： Sdll山东交通学院山东交通学院 式中：式中： ls 沥青路面沥青路面计算计算的最大弯沉值（的最大弯沉值（1/100mm），一般），一般指位于双轮轮隙中心处的弯沉值。指位于双轮轮隙中心处的弯沉值。 ld沥青路面沥青路面设计设计弯沉值（弯沉值（1/100mm)。Sdll山东交通学院山东交通学院（二）抗拉指标（二）抗拉指标 经验证明：经验证明：只用路面竖向变形作为路面的控制条件往往是不只用路面竖向变形作为路面的控制条件往往是不够的，难以解决当竖向变形尚在容许范围的够的，难以解决当竖向变形尚在容许范围的路面开裂、推移路面开裂、推移等等问题。问题。 因为沥青路面在行车荷载的因

13、为沥青路面在行车荷载的多次重复作用下多次重复作用下，由于，由于疲劳现象疲劳现象而使其抗拉强度降低，从而出现了而使其抗拉强度降低，从而出现了拉裂拉裂破坏。为此，必须验算破坏。为此，必须验算其抗拉能力。验算时，按其抗拉能力。验算时，按“弹性层状体系弹性层状体系”理论计算路面结构理论计算路面结构层内的最大的拉应力或拉应变，并使其满足：层内的最大的拉应力或拉应变，并使其满足：mRmR山东交通学院山东交通学院mRmR式中：式中： 、 分别为路面分别为路面结构层底面结构层底面的最大拉应力和最的最大拉应力和最大拉应变，位于双轮轮隙中心处，（图大拉应变，位于双轮轮隙中心处，（图2-3-2 b） ）中的）中的C

14、点；点； 、 路面结构层材料的容许拉应力和容许拉应变。路面结构层材料的容许拉应力和容许拉应变。mmRRmR山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院（三）抗剪指标（三）抗剪指标 沥青混合料的抗剪强度主要来源于颗粒间的沥青混合料的抗剪强度主要来源于颗粒间的摩阻力摩阻力和结合和结合料的料的粘聚力粘聚力，在车轮荷载的作用下，当路面结构内某点的剪，在车轮荷载的作用下，当路面结构内某点的剪应力超过材料的抗剪强度时，路面便会产生剪切破坏。必要应力超过材料的抗剪强度时，路面便会产生剪切破坏。必要时，应验算其抗剪强度。时，应验算其抗剪强度。aR式中：式中： 路面结构层内剪切截面上的剪应力；路面结构层内剪

15、切截面上的剪应力； 路面结构层材料的容许剪应力。路面结构层材料的容许剪应力。aR山东交通学院山东交通学院3-2 3-2 柔性路面的设计指标柔性路面的设计指标一、柔性路面的设计指标的类型一、柔性路面的设计指标的类型（一）弯沉指标（一）弯沉指标 Sdll（二）抗拉指标（二）抗拉指标mRmRmR（三）抗剪指标（三）抗剪指标aR山东交通学院山东交通学院二、设计弯沉值二、设计弯沉值 dl 在车辆荷载的作用下，路面表面的在车辆荷载的作用下，路面表面的垂直变形垂直变形称为路表总弯称为路表总弯沉沉l z。 路表总弯沉值路表总弯沉值l z包括可恢复的垂直变形包括可恢复的垂直变形（回弹弯沉）（回弹弯沉） l 和和

16、不可恢复的垂直变形不可恢复的垂直变形（残余弯沉）（残余弯沉） l p两部分。即：两部分。即：zPlll 对于处于或接近对于处于或接近弹性状况弹性状况的路面来说，其残余弯沉很小。的路面来说，其残余弯沉很小。所以，我国现行所以，我国现行“沥规沥规”采用路面的采用路面的回弹弯沉回弹弯沉来表示路面的来表示路面的抗变形能力。抗变形能力。 路面设计弯沉值：路面设计弯沉值：是根据设计年限内一个车道上预测通过是根据设计年限内一个车道上预测通过的累积当量轴次、道路等级、面层和路面结构类型而确定的的累积当量轴次、道路等级、面层和路面结构类型而确定的弯沉设计值。弯沉设计值。山东交通学院山东交通学院 路面设计弯沉值的

17、大小随公路等级、交通量、轴型、面层和路面设计弯沉值的大小随公路等级、交通量、轴型、面层和基层类型等因素而异。基层类型等因素而异。一般认为：在一定轴型的荷载作用下，一般认为：在一定轴型的荷载作用下，路面的变形越大，达到某一破坏状态时的容许通过轴次就越少；路面的变形越大，达到某一破坏状态时的容许通过轴次就越少；反之则越多。反之则越多。 根据根据“沥规沥规”的规定，路面设计弯沉值的规定，路面设计弯沉值l d (1/100mm)可按下可按下式确定式确定:0.2600decsblNAAA式中式中: 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；二级公路为；二级公路为1

18、.1；三、四级公路为三、四级公路为1.2； AS面层类型系数。沥青混凝土面层为面层类型系数。沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、；热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面、沥青表面处治为沥青贯入式路面、沥青表面处治为1.1； Ab 路面结构类型系数。半刚性基层沥青路面，路面结构类型系数。半刚性基层沥青路面， Ab =1.0；柔性基；柔性基层沥青路面，层沥青路面， Ab =1.6。 山东交通学院山东交通学院 设计年限内设计年限内一个车道上一个车道上的累计当量轴次。的累计当量轴次。 eN1365(1)1TeNN其中：其中： N1 路面竣工通车后第一年路面竣工通车后第一年双向双向日平均当量轴次（次

19、日平均当量轴次（次/日）日） 设计年限内交通量的年平均增长率（设计年限内交通量的年平均增长率（%） 车道系数，见表车道系数，见表2-3-1 T 设计年限，按表设计年限，按表2-3-2确定。确定。山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院 在计算在计算Ne时，必须将不同轴载的作用次数换算为时，必须将不同轴载的作用次数换算为同一标同一标准轴的当量作用次数准轴的当量作用次数。路面设计中采用。路面设计中采用双轮组单轴载双轮组单轴载100KN作为标准轴载，以作为标准轴载，以BZZ-100表示。表示。 其计算参数见表其计算参数见表2-3-3。山东交通学院山东交通学院 1当以设

20、计弯沉值为指标和进行沥青层层底拉应力验算时当以设计弯沉值为指标和进行沥青层层底拉应力验算时 将各级轴载按下式换算成标准轴载将各级轴载按下式换算成标准轴载P的当量轴次的当量轴次N。4.35121()kiiiPNC C nP式中：式中： N标准轴载的当量轴次（次标准轴载的当量轴次（次/d） n i 被换算车型的各级轴载作用次数（次被换算车型的各级轴载作用次数（次/d） P 标准轴载（标准轴载（KN）。）。 Pi被换算车型的各级轴载（被换算车型的各级轴载（KN） C 1轴数系数：轴数系数：当轴间距大于当轴间距大于3m时时，应按单独的一个轴载计算，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数此时轴数系数C1=

21、m（轴数）；（轴数）；当轴间距小于当轴间距小于3m时时，应按双轴或多轴，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式计算，轴数系数按式C1=1+1.2（m -1）计算。）计算。 C 2轮组系数：双轮组为轮组系数：双轮组为1，单轮组为，单轮组为6.4，四轮组为，四轮组为0.38。山东交通学院山东交通学院2当进行半刚性基层层底拉应力验算时当进行半刚性基层层底拉应力验算时 各级轴载均应按下式换算成标准轴载各级轴载均应按下式换算成标准轴载P的当量轴次。的当量轴次。8121()kiiiPNC C nP式中：式中： C1 轴数系数。轴数系数。 当轴间距大于当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数时，应

22、按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1 =m（轴数）；当轴间距小于（轴数）；当轴间距小于3m时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式式C1 =1+2（m-1）计算。）计算。 C2 轮组系数：双轮组为轮组系数：双轮组为1，单轮组为，单轮组为18.5，四轮组为，四轮组为0.09。山东交通学院山东交通学院 例例2-3-1：已知某载货车为双后轴（轴距已知某载货车为双后轴（轴距3m）双轮组，每）双轮组，每一后轴重均为一后轴重均为80KN，前轴重，前轴重30KN。试求该货车通过。试求该货车通过1次相当次相当于标准轴于标准轴BZZ100作用几次？作用几次？ 解：解： 1当以设计

23、弯沉值为指标和进行沥青层层底拉应力验算时当以设计弯沉值为指标和进行沥青层层底拉应力验算时 由于双后轴轴距由于双后轴轴距3m111.2(1)11.2(21)2.2Cm将各级轴载换算成标准轴载将各级轴载换算成标准轴载4.35121()kiiiPNCC nP2.2 1 11 6.4 10.87 4.354.358030（）（）（次）100100山东交通学院山东交通学院2当进行半刚性基层层底拉应力验算时当进行半刚性基层层底拉应力验算时 由于双后轴轴距由于双后轴轴距3m112(1)12(2 1)3Cm 将各级轴载换算成标准轴载将各级轴载换算成标准轴载812i=1()kiiPNC C nP3 1 11 1

24、8.5 10.50450.50 888030（）（）（次）100100山东交通学院山东交通学院 例例2-3-2：某双车道二级公路竣工通车第一年的交通量及相某双车道二级公路竣工通车第一年的交通量及相关资料（双向）如下表所示，其面层材料为沥青混凝土，基层关资料（双向）如下表所示，其面层材料为沥青混凝土，基层为半刚性材料，路面的设计使用年限为为半刚性材料，路面的设计使用年限为12年，交通量年增长率年，交通量年增长率为为11%，并已知：，并已知：Ac=1.1，As =1.0， Ab=1.0， =0.5。 试计算该路面的设计弯沉值。试计算该路面的设计弯沉值。通车第一年的交通量及相关资料表（双向）通车第一

25、年的交通量及相关资料表（双向）山东交通学院山东交通学院解：（解：（1）计算路面竣工通车第一年的双向日平均当量轴次：）计算路面竣工通车第一年的双向日平均当量轴次： 尼桑尼桑CWA52：由于后轴轴距：由于后轴轴距3m，所以，所以 11 1.2(1)1 1.2(2 1)2.2Cm 4.35121()1 6.42102.2 1 210362.71 132.18494.89()kiiiPNC C nP 4.354.357475（）（）100100次东风东风EQ140：由于后轴轴距：由于后轴轴距3m，所以，所以 4.35121()1 6.4 802 1 800.8674.9475.80()kiiiPNC

26、C nP 4.354.352384（）（）100100次山东交通学院山东交通学院所以，所以，N1=494.89+75.80=570.69（次（次/日）日） （2）计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次）计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次 112(1)1365(111%)1365570.690.511%2365599.46()2365600TeeNNN次取次（3）计算沥青路面的设计弯沉值：）计算沥青路面的设计弯沉值： 0.20.2600600 23656001.1 1.0 1.035.06decsblNA A A（0.01mm）山东交通学院山东交通学院三、容许拉应力三、容许拉应力 路面结构层

27、的容许拉应力：是指路面结构在行车荷载的路面结构层的容许拉应力：是指路面结构在行车荷载的反反复作用下复作用下，达到临界破坏状态时所容许的，达到临界破坏状态时所容许的最大拉应力最大拉应力。 该应力值较之该应力值较之一次荷载作用下一次荷载作用下的抗拉强度要小，减小的程的抗拉强度要小，减小的程度与重复荷载作用的次数及路面结构层材料的性质有关。容度与重复荷载作用的次数及路面结构层材料的性质有关。容许拉应力的计算公式为：许拉应力的计算公式为：spRSK式中：式中： 容许拉应力（容许拉应力（MPa）。）。 沥青混凝土沥青混凝土或或半刚性材料在半刚性材料在规定温度规定温度或或龄期龄期的极限劈裂强的极限劈裂强度

28、（度（MPa）。）。 沥青混凝土沥青混凝土面层取面层取15时的极限劈裂强度；时的极限劈裂强度； 水泥稳定类材料水泥稳定类材料取龄期取龄期90d的极限劈裂强度的极限劈裂强度;二灰稳定类、石灰稳二灰稳定类、石灰稳定类材料定类材料取龄期取龄期180d的极限劈裂强度的极限劈裂强度;水泥粉煤灰稳定类材料水泥粉煤灰稳定类材料取龄期取龄期120d的极限劈裂强度的极限劈裂强度。Rsp山东交通学院山东交通学院 Ks抗拉强度结构系数，它是反映材料抗拉强度结构系数，它是反映材料疲劳强度性能疲劳强度性能的系数。的系数。 抗拉强度结构系数抗拉强度结构系数Ks的计算公式如下：的计算公式如下： （1）对于沥青混凝土面层：）

29、对于沥青混凝土面层：0.220.09escNKA其中其中: 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；二级公路为路为1.1；三、四级公路为；三、四级公路为1.2。 Ne设计年限内一个车道上的累计当量轴次。设计年限内一个车道上的累计当量轴次。 （2）对于无机结合料稳定集料类：）对于无机结合料稳定集料类：0.110.35escNKA（3）对于无机结合料稳定细粒土类：）对于无机结合料稳定细粒土类：0.110.45escNKA山东交通学院山东交通学院四、容许剪应力四、容许剪应力 城市道路设计中还要求验算沥青面层的抗剪能力，为此需要城市道路设计中还要求验算沥

30、青面层的抗剪能力，为此需要计算容许剪应力，具体见城市道路设计规范。计算容许剪应力，具体见城市道路设计规范。五、沥青路面抗滑标准五、沥青路面抗滑标准 除了上述力学指标外，尚应控制路面的抗滑能力。除了上述力学指标外，尚应控制路面的抗滑能力。 我国沥青路面的抗滑标准见表我国沥青路面的抗滑标准见表2-3-4。山东交通学院山东交通学院 例例2-3-3：已知国道已知国道220平阴境内计划修建一条四车道的一级平阴境内计划修建一条四车道的一级公路，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，在使公路，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，在使用期内交通量的年平均增长率为用期内交通量的年平均增长率为10%。

31、交通组成表交通组成表山东交通学院山东交通学院 例例2-3-3：已知国道已知国道220平阴境内计划修建一条四车道的一级平阴境内计划修建一条四车道的一级公路，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，在设公路，预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，在设计使用期内交通量的年平均增长率为计使用期内交通量的年平均增长率为10%。 该路段该路段路基路基处于处于5 5区，为粉质土。区，为粉质土。面层面层采用三层式沥青面采用三层式沥青面层，上面层采用细粒式抗滑表层层，上面层采用细粒式抗滑表层(厚度厚度4cm)，中面层采用中粒，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土式密级配沥青混凝土(厚度厚度5cm)，下面层采用

32、粗粒式密级配沥，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土青混凝土(厚度厚度6cm)。基层基层采用水泥稳定碎石采用水泥稳定碎石(厚度厚度18cm)，底底基层基层采用石灰土采用石灰土(含灰量为含灰量为12%，厚度，厚度20cm)。 试进行轴载换算与累计当量轴次计算、设计弯沉值计算和路试进行轴载换算与累计当量轴次计算、设计弯沉值计算和路面结构层各层底容许拉应力计算。面结构层各层底容许拉应力计算。山东交通学院山东交通学院 解：解： （1)1)轴载换算与累计当量轴次计算轴载换算与累计当量轴次计算 路面设计以双轮组单轴载路面设计以双轮组单轴载100100KNKN为标准轴载。为标准轴载。 1)1)以设计弯沉值为指标

33、及验算沥青层层底拉应力时以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力时 轴载换算轴载换算 采用的计算公式采用的计算公式: : 4.35121()kiiiPNC C nP山东交通学院山东交通学院4.35121()kiiiPNC C nP式中：式中： N标准轴载的当量轴次（次标准轴载的当量轴次（次/d） n i 被换算车型的各级轴载作用次数（次被换算车型的各级轴载作用次数（次/d） P 标准轴载（标准轴载（KN）。）。 Pi被换算车型的各级轴载（被换算车型的各级轴载（KN） C 1轴数系数：轴数系数：当轴间距大于当轴间距大于3m时时，应按单独的一个轴载计算，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数此时轴数

34、系数C1=m（轴数）；（轴数）；当轴间距小于当轴间距小于3m时时，应按双轴或多轴，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式计算，轴数系数按式C1=1+1.2（m -1）计算。）计算。 C 2轮组系数：双轮组为轮组系数：双轮组为1，单轮组为，单轮组为6.4，四轮组为，四轮组为0.38。山东交通学院山东交通学院轴载换算结果（弯沉）轴载换算结果（弯沉）4.3512()iiPC C nP山东交通学院山东交通学院 根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取1515年，年，四车道的车道系数是四车道的车道系数是0.40.40.50.5，在此取，在此取0.50.5。11136

35、5NNte累计当量轴次计算累计当量轴次计算5 .01886.41 .011 .013651573.10938248（次）（次）山东交通学院山东交通学院 轴载换算轴载换算 轴载换算公式为轴载换算公式为: : 2)验算半刚性基层层底拉应力时验算半刚性基层层底拉应力时8121()kiiiPNC C nP式中：式中： C1 轴数系数。轴数系数。 当轴间距大于当轴间距大于3m时时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数C1 =m（轴数）；（轴数）；当轴间距小于当轴间距小于3m时时，应按双轴或多轴计算，轴数系数按，应按双轴或多轴计算，轴数系数按式式C1 =1+2（m-1

36、）计算。）计算。 C2 轮组系数：双轮组为轮组系数：双轮组为1，单轮组为，单轮组为18.5，四轮组为，四轮组为0.09。山东交通学院山东交通学院轴载换算结果表轴载换算结果表(半刚性基层层底拉应力半刚性基层层底拉应力)812()iiPC C nP 山东交通学院山东交通学院 根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取1515年，年，四车道的车道系数是四车道的车道系数是0.40.40.50.5，在此取，在此取0.50.5。111365NNte5 . 01845.171 . 0 11 . 013651548.10699177（次）（次）累计当量轴次计算累计当量

37、轴次计算山东交通学院山东交通学院0.2600decsblNAAA式中式中: 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；二级公路为；二级公路为1.1；三、四级公路为三、四级公路为1.2； AS面层类型系数。沥青混凝土面层为面层类型系数。沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、；热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面、沥青表面处治为沥青贯入式路面、沥青表面处治为1.1； Ab 路面结构类型系数。半刚性基层沥青路面，路面结构类型系数。半刚性基层沥青路面， Ab =1.0；柔性基；柔性基层沥青路面，层沥青路面， Ab =1.6。 （2）设计弯沉值计算）设计弯沉值

38、计算山东交通学院山东交通学院 根据已知条件：根据已知条件： 该公路为一级公路，公路等级系数取该公路为一级公路，公路等级系数取1.0， 面层是沥青混凝土，面层类型系数取面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0， 半刚性基层，基层类型系数取半刚性基层，基层类型系数取1.0。0.2600decsblNAAA.0.2600 10938248.731.0 1.0 1.023.46 0.01mm（）山东交通学院山东交通学院（3）路面结构层各层底）路面结构层各层底容许拉应力容许拉应力计算计算 沥青层层底拉应力沥青层层底拉应力0.220.220.0910938248.73=0.091.0=3.18escNKA查

39、表查表2-3-9a得得=1.4sp上面层细粒式抗滑表层上面层细粒式抗滑表层（MPa）中面层中粒式密级配沥青混凝土中面层中粒式密级配沥青混凝土=1.0sp（MPa）下面层粗粒式密级配沥青混凝土下面层粗粒式密级配沥青混凝土=0.8sp（MPa）山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院上面层层底拉应力上面层层底拉应力下面层层底拉应力下面层层底拉应力（MPa）1.4=0.443.18spRSK中面层层底拉应力中面层层底拉应力（MPa）1.0=0.313.18spRSK（MPa）0.8=0.253.18spRSK山东交通学院山东交通学院0.110.110.3510699177.48=0.351.

40、0=2.08escNKA水泥稳定碎石基层层底拉应力水泥稳定碎石基层层底拉应力查表查表2-3-9b得得水泥稳定碎石水泥稳定碎石=0.5sp（MPa）（MPa）0.5=0.242.08spRSK山东交通学院山东交通学院0.110.110.4510699177.48=0.451.0=2.67escNKA石灰土底基层层底拉应力石灰土底基层层底拉应力查表查表2-3-9b得得=0.25sp石灰土石灰土（MPa）（MPa）0.25=0.092.67spRSK山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院 通过该部分知识的学习，通过该部分知识的学习，应掌握应掌握柔性路面柔性路面结构组合设计应遵循的原则，新建

41、柔性路面结构组合设计应遵循的原则，新建柔性路面的设计步骤；的设计步骤；熟悉熟悉新建柔性路面厚度的确定新建柔性路面厚度的确定方法；方法；了解了解柔性路面常见的组合结构形式，柔性路面常见的组合结构形式，改建路面的设计的步骤。改建路面的设计的步骤。 本次授课的重点：柔性路面的结构组合设本次授课的重点：柔性路面的结构组合设计应遵循的原则，新建柔性路面的设计方计应遵循的原则，新建柔性路面的设计方法。法。 难点：新建柔性路面厚度的计算与确定。难点：新建柔性路面厚度的计算与确定。目的要求目的要求重点与难点重点与难点山东交通学院山东交通学院3-3 3-3 柔性路面的结构组合柔性路面的结构组合 路面结构设计路面

42、结构设计包括：路面包括：路面各分层的结构设计各分层的结构设计和和结构层的组结构层的组合设计合设计。 各分层的结构设计各分层的结构设计：是按照层位的作用，：是按照层位的作用，选择结构层的类选择结构层的类型型和和确定各分层的材料组成确定各分层的材料组成，并，并提出相应的施工要求提出相应的施工要求。 结构层的组合设计结构层的组合设计：是按行车和自然因素对不同层位的具：是按行车和自然因素对不同层位的具体要求，结合各类结构层本身的性能，进行合理的体要求，结合各类结构层本身的性能，进行合理的层位安层位安排排和和层间结合层间结合。山东交通学院山东交通学院一、柔性路面的结构组合设计应遵循的原则一、柔性路面的结

43、构组合设计应遵循的原则（一）路线、路基、路面要作通盘考虑，总体设计（一）路线、路基、路面要作通盘考虑，总体设计 1在进行路线设计时，应充分考虑在进行路线设计时，应充分考虑线位线位对路基的强度和稳定对路基的强度和稳定性的影响，并做好性的影响，并做好排水排水设计，为路面结构提供良好的支承条件；设计，为路面结构提供良好的支承条件； 2将路基、垫层、基层和面层将路基、垫层、基层和面层作为一个整体作为一个整体，进行路基路面，进行路基路面的的综合设计综合设计，达到路基稳定、基层坚实、面层耐用。，达到路基稳定、基层坚实、面层耐用。山东交通学院山东交通学院（二）根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次（二）

44、根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次1面层面层 直接承受自然因素和行车荷载的作用，要求直接承受自然因素和行车荷载的作用，要求高强、耐磨、热高强、耐磨、热稳定性好稳定性好和和不透水不透水，因而通常选用粘结力强的结合料和强度高，因而通常选用粘结力强的结合料和强度高的集料作为面层材料。的集料作为面层材料。山东交通学院山东交通学院（二）根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次（二）根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次1面层面层2基层（底基层）基层（底基层） （1）基层基层 作为主要承重层，要求其作为主要承重层，要求其具有足够的强度、一定具有足够的强度、一定的刚度的刚度和和水稳性。水稳性。

45、常用的基层类型有：常用的基层类型有：沥青稳定类沥青稳定类、半刚性基半刚性基层层和和碎（砾）石混合料碎（砾）石混合料。 （2）底基层底基层 作为次要承重层，应作为次要承重层，应充分利用当地材料充分利用当地材料，可选，可选用强度和刚度较低的混合料。用强度和刚度较低的混合料。二灰碎石基层二灰碎石基层水泥稳定土底基层水泥稳定土底基层山东交通学院山东交通学院（二）根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次（二）根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次1面层面层2基层（底基层）基层（底基层）3路基路基 要使路基要使路基具有足够的稳定性具有足够的稳定性，以保证路面的整体强度，一般，以保证路面的整体强度，一

46、般要求土基回弹模量不小于要求土基回弹模量不小于20MPa。为此，需要。为此，需要加强排水加强排水和和达到达到规定的压实度规定的压实度。当水文条件较差时，应。当水文条件较差时，应加设垫层加设垫层。山东交通学院山东交通学院（三）适应行车荷载的作用，进行强度和刚度的组合（三）适应行车荷载的作用，进行强度和刚度的组合 1车轮荷载在路面内引起的应力和应变是随深度而递减的，车轮荷载在路面内引起的应力和应变是随深度而递减的，图图2-3-1。因此，各结构层的。因此，各结构层的强度强度和和刚度刚度应应按应力、应变的分布按应力、应变的分布规律设置规律设置，而不应出现，而不应出现倒装结构倒装结构。 2相邻结构层之间

47、的相邻结构层之间的刚度刚度不能相差过大不能相差过大。否则，上层底面将。否则，上层底面将出现过大的拉应变（或拉应力）。出现过大的拉应变（或拉应力）。山东交通学院山东交通学院（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合 层间结合是否紧密，对上层底面拉应力的大小有很大的影响，层间结合是否紧密，对上层底面拉应力的大小有很大的影响，所以，要求所以，要求层间组合必须要紧密、稳定层间组合必须要紧密、稳定，避免产生滑移，以保，避免产生滑移，以保证证路面结构的整体性路面结构的整体性和和应力传播的连续性应力传播的连续性。 例如：例如： 面层与基层之间洒布面层与基层之间洒布透

48、层油透层油保证性质不同的两层之间保证性质不同的两层之间的连接；的连接； 山东交通学院山东交通学院（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合 层间结合是否紧密，对上层底面拉应力的大小有很大的影响，层间结合是否紧密，对上层底面拉应力的大小有很大的影响，所以，要求所以，要求层间组合必须要紧密、稳定层间组合必须要紧密、稳定，避免产生滑移，以保，避免产生滑移，以保证证路面结构的整体性路面结构的整体性和和应力传播的连续性应力传播的连续性。 例如：例如： 面层与基层之间洒布面层与基层之间洒布透层油透层油保证性质不同的两层之间保证性质不同的两层之间的连接；的连接； 在

49、块石基层上设置在块石基层上设置碎石调平层碎石调平层保证基层表面的平整；保证基层表面的平整； 山东交通学院山东交通学院（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合 层间结合是否紧密，对上层底面拉应力的大小有很大的影响，层间结合是否紧密，对上层底面拉应力的大小有很大的影响，所以，要求所以，要求层间组合必须要紧密、稳定层间组合必须要紧密、稳定，避免产生滑移，以保，避免产生滑移，以保证证路面结构的整体性路面结构的整体性和和应力传播的连续性应力传播的连续性。 例如：例如： 面层与基层之间洒布面层与基层之间洒布透层油透层油保证性质不同的两层之间保证性质不同的两层之间

50、的连接；的连接； 在块石基层上设置在块石基层上设置碎石调平层碎石调平层保证基层表面的平整；保证基层表面的平整； 在半刚性基层上设置在半刚性基层上设置粒料类过渡层粒料类过渡层减少基层裂缝对面减少基层裂缝对面层的影响。层的影响。山东交通学院山东交通学院一、柔性路面的结构组合设计应遵循的原则一、柔性路面的结构组合设计应遵循的原则（一）路线、路基、路面要作通盘考虑，总体设计（一）路线、路基、路面要作通盘考虑，总体设计（二）根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次（二）根据各结构层的功能和交通特点，选择结构层次（三）适应行车荷载的作用，进行强度和刚度的组合（三）适应行车荷载的作用，进行强度和刚度的组合

51、（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合（四）注意各结构层的自身特点，作好层间结合 3-3 3-3 柔性路面的结构组合柔性路面的结构组合山东交通学院山东交通学院（五）确定适当的层数和厚度（五）确定适当的层数和厚度1路面结构层数路面结构层数 为了体现出路面材料的强度、模量及路面结构的荷载应力、为了体现出路面材料的强度、模量及路面结构的荷载应力、应变沿深度而变化的规律，结构层数越多越好。但是，如果层应变沿深度而变化的规律，结构层数越多越好。但是，如果层数过多，将带来施工工艺以及材料制备上的困难，所以数过多，将带来施工工艺以及材料制备上的困难，所以层数应层数应适当。适当。山东交通学院山东交通学院（

52、五）确定适当的层数和厚度（五）确定适当的层数和厚度1路面结构层数路面结构层数 为了体现出路面材料的强度、模量及路面结构的荷载应力、为了体现出路面材料的强度、模量及路面结构的荷载应力、应变沿深度而变化的规律，结构层数越多越好。但是，如果层应变沿深度而变化的规律，结构层数越多越好。但是，如果层数过多，将带来施工工艺以及材料制备上的困难，所以数过多，将带来施工工艺以及材料制备上的困难，所以层数应层数应适当。适当。2路面结构层厚度路面结构层厚度 各层的厚度除了满足受力上的要求外，还应各层的厚度除了满足受力上的要求外，还应考虑施工工艺上考虑施工工艺上的要求的要求，为了便于摊铺和碾压，为了便于摊铺和碾压，

53、层厚不宜过大和过小层厚不宜过大和过小。 （1）各类结构层按所使用的材料规格和施工工艺要求，要满）各类结构层按所使用的材料规格和施工工艺要求，要满足足最小施工厚度最小施工厚度的要求。见表的要求。见表2-3-5。 （2）结构层厚度的设计，一般是）结构层厚度的设计，一般是先拟定先拟定面层的类型和厚度，面层的类型和厚度，再再计算和调整计算和调整其下各层的厚度。其下各层的厚度。山东交通学院山东交通学院（六）考虑水温状况的影响，保证稳定性（六）考虑水温状况的影响，保证稳定性 在进行结构组合设计时，要使路面结构整体在各种自然因素在进行结构组合设计时，要使路面结构整体在各种自然因素的影响下，能够的影响下，能够

54、保持干湿、冷热的稳定性保持干湿、冷热的稳定性。 例如：例如： 在干旱地区在干旱地区，应加强粒料嵌锁或粘结，以防止松散和搓，应加强粒料嵌锁或粘结，以防止松散和搓板；板； 在潮湿、多雨地区在潮湿、多雨地区，应采用水稳性好的结构、加强排水，应采用水稳性好的结构、加强排水，以防渗、防滑、防软化；以防渗、防滑、防软化； 在冰冻地区在冰冻地区，应注意验算防冻厚度或设置隔温垫层，满足，应注意验算防冻厚度或设置隔温垫层，满足冻稳定性的要求。见表冻稳定性的要求。见表2-3-6。 山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院二、路面结构分层和组合设计的步骤二、路面结构分层和组合设计的步骤1根据道路的等级，根据

55、道路的等级，确定路面等级确定路面等级。2根据近期和远景的交通情况，根据近期和远景的交通情况，决定是否分期修建决定是否分期修建。3根据当地的自然条件和路基的干湿类型，根据当地的自然条件和路基的干湿类型，决定土基是否需要决定土基是否需要处理处理，以及应采取的，以及应采取的处理措施处理措施。4按就地取材、因材设计的原则，根据材料的来源、施工条件、按就地取材、因材设计的原则，根据材料的来源、施工条件、环境和交通因素，环境和交通因素，选择结构层类型和材料组成选择结构层类型和材料组成。5. 按应力分布规律和结构层性能的需要，按应力分布规律和结构层性能的需要，安排结构层的组合安排结构层的组合。 在进行路面结

56、构组合设计时，应结合具体情况，分清矛盾的在进行路面结构组合设计时，应结合具体情况，分清矛盾的主次，合理运用结构组合原则，以获得符合当地交通、环境、主次，合理运用结构组合原则，以获得符合当地交通、环境、材料、施工及养护等条件的路面结构。材料、施工及养护等条件的路面结构。山东交通学院山东交通学院三、沥青路面结构组合示例三、沥青路面结构组合示例山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院山东交通学院3-4 3-4 新建柔性路面的厚度确定新建柔性路面的厚度确定 通过路面结构组合，初步拟定了路面结构方案，接下来需要通过路面结构组合，初步拟定了路面结构方案，接下来需要对该结构在荷载作用下的

57、承载能力进行对该结构在荷载作用下的承载能力进行验算验算，以判断所拟定，以判断所拟定的路面结构是否满足的路面结构是否满足受力方面的要求受力方面的要求。 路面结构的承载力路面结构的承载力与与土基和各结构层材料的土基和各结构层材料的回弹模量回弹模量有关，有关，同时同时与与结构层的结构层的厚度厚度关系密切。在各结构层材料选定（回弹关系密切。在各结构层材料选定（回弹模量为定值）前提下，一般通过模量为定值）前提下，一般通过计算和调整各结构层的厚度计算和调整各结构层的厚度来满足路面的设计要求。来满足路面的设计要求。 路面厚度的确定方法有两种：路面厚度的确定方法有两种：经验法经验法和和理论法理论法。山东交通学

58、院山东交通学院 经验法：经验法：以已有的经验和试验为依据，确定路面各结构层的以已有的经验和试验为依据，确定路面各结构层的厚度；厚度； 美国的加州承载比法（美国的加州承载比法（CBR） 美国各州工作者协会法（美国各州工作者协会法（AASHO） 英、法等流行的英、法等流行的“典型结构、经验厚度法典型结构、经验厚度法” 理论法：理论法：以力学分析为基础，并考虑环境、交通条件及材料以力学分析为基础，并考虑环境、交通条件及材料特性等因素的影响，确定路面各结构层的厚度。特性等因素的影响，确定路面各结构层的厚度。 我国现行的沥青路面设计方法采用：以我国现行的沥青路面设计方法采用：以“双圆均布垂直荷载双圆均布

59、垂直荷载作用下的弹性层状体系理论作用下的弹性层状体系理论”为基础，进行结构分析和厚度计为基础，进行结构分析和厚度计算算 理论法理论法。山东交通学院山东交通学院一、计算图示一、计算图示 将土基看作是均质的将土基看作是均质的弹性半无限体弹性半无限体，其应力与应变呈直线关系，其应力与应变呈直线关系，可以用可以用“弹性半无限体理论弹性半无限体理论”来求解土基内的受力情况。但是，来求解土基内的受力情况。但是，当在土基之上铺筑了一层或几层路面结构后，就变为了当在土基之上铺筑了一层或几层路面结构后，就变为了多层体系多层体系。因此，需要采用因此，需要采用“弹性层状体系理论弹性层状体系理论”来计算土基及路面结构

60、层来计算土基及路面结构层中的应力、应变和位移。中的应力、应变和位移。 弹性层状体系理论假设：弹性层状体系理论假设： 各路面结构层具有一定的厚度，而各路面结构层具有一定的厚度，而在水平方向上是无限在水平方向上是无限的；的； 路面材料的路面材料的应力和应变之间呈直线关系应力和应变之间呈直线关系； 土基和路面各结构层的层面之间是一种土基和路面各结构层的层面之间是一种完全连续接触完全连续接触的；的； 将标准轴载一侧的双轮组荷载将标准轴载一侧的双轮组荷载简化成两个圆形均布荷载简化成两个圆形均布荷载，圆，圆心距离为心距离为3倍的荷载当量圆半径。倍的荷载当量圆半径。山东交通学院山东交通学院图图2-3-2 双