道路工程第六章-路面设计课件

第六章

第六章

1整体概述THEFIRSTPARTOFTHEOVERALLOVERVIEW,PLEASESUMMARIZETHECONTENT第一部分整体概述第一部分2路面设计路面结构层次划分及各层的功能沥青路面的特点及分类；柔性路面设计程序和原则；路面结构的破坏状态与设计指标；轴载换算法以及结构组合设计的原则和方法；多层体系路面厚度计算、路面结构层弯拉应力计算、路面结构设计及路面厚度计算水泥混凝土路面特点；水泥混凝土路面构造（包括路基、基层、垫层、路面板及接缝构造）及其作用；水泥混凝土路面的荷载疲劳应力与温度应力计算、水泥混凝土路面板的厚度计算以及水泥混凝土路面的接缝设计。重点内容路面设计路面结构层次划分及各层的功能重点内容3第一节

概述第二节

沥青路面设计第三节水泥混凝土路面设计第一节概述4第一节概述第一节概述5一、路面工程发展趋势设计自动化施工机械化勘测新技术量测自动化设计和质检规范化材料和结构多样化路面管理系统（简称PMS）一、路面工程发展趋势设计自动化6二、对路面的要求强度和刚度稳定性能平整度耐久性能抗滑性能环境谐调二、对路面的要求强度和刚度7三、路面结构及其层次的划分路面结构层是为了适应行车和自然因素影响而设计的。路面结构层如图6-1所示。

图6-1路面结构层次划分示意图i－路拱横坡1－面层2－基层（包括底基层）3－垫层4－路缘石5－加固路肩6－土路肩三、路面结构及其层次的划分路面结构层是为了适应行车和自然因素8路面各层的功能特点面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次，它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响，因此，同其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性，且应耐磨、不透水，表面还应有良好的抗滑性与平整度。基层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基，因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿，故也应具有足够的水稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻止路基土挤入基层。路面各层的功能特点面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次9各类路面各结构层次可选用的组成材料各类路面各结构层次可选用的组成材料10四、路面分级和分类通常按照路面面层的使用品质、材料组成类型以及结构的强度与稳定性，将路面分为高级、次高级、中级和低级等四个等级，各等级对应的面层类型材料如下表所示。四、路面分级和分类通常按照路面面层的使用品质、材料组成类型以11路面分类

——按力学特性分类

路面结构路面的类型可从不同角度来分类，按面层所用的材料来分有水泥路面、沥青路面、砂石路面等，但在工程设计中，主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发将路面划分为柔性路面、刚性路面、半刚性路面三类。

其中半刚性基层的显著特点是整体性强、承裁力高、刚度大、水稳性好，而且较为经济。高等级公路越来越多地采用半刚性基层。在我国，半刚性材料已广泛用于修建高等级公路的路面基层和底基层。路面分类

——按力学特性分类

路面结构路面的类型可从12五、路面设计任务和内容路面设计的任务是以最低的寿命周期费用提供一种路面结构，它在设计使用期内能按目标可靠度满足预定的使用性能要求。设计内容：

1）行车道路面与路肩铺面的类型选择和结构层组合设计

2）水泥混凝土路面面层的接缝构造和配筋设计

3）路面排水设计

4）各结构层材料组成设计

5）路面表面性能设计

6）经济评价和最终方案选择

五、路面设计任务和内容路面设计的任务是以最低的寿命周期费用13第二节沥青路面设计

第二节沥青路面设计14一、沥青路面的一般知识

（一）沥青路面的特点沥青路面是指在柔性基层、半刚性基层上铺筑的一定厚度的沥青混合料面层的路面结构。沥青路面的优点：沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建等优点。沥青路面的缺点：表面易受硬物损坏，并容易磨光而降低抗滑性；在外界气温影响下，强度和刚度变化很大，即夏季易变软而冬季易变脆；它的施工受季节影响较大，除乳化沥青外，在低温季节和雨季不能施工。一、沥青路面的一般知识

（一）沥青路面的特点沥青路面是指在15（二）沥青路面的分类根据不同的分类方法,沥青路面分为下面几种：按混合料密实度分类按施工工艺的不同分类按沥青路面的技术特性分类

我国在沥青路面中采用最多的类型是以石油沥青为结合料，采用连续级配的密实式热拌热铺型沥青混凝土。

新的《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）针对这一方面对沥青混合料的分类作了重新说明。

（二）沥青路面的分类根据不同的分类方法,沥青路面分为下面几16沥青路面的分类按混合料密实度分类密实式沥青混合料（沥青混凝土AC）：将剩余空隙率在3%～6%范围之内的,称为AC-Ⅰ型沥青混凝土将剩余空隙率在4%～10%范围之内的,称为AC-Ⅱ型沥青混凝土连续半开级配沥青混合料（沥青碎石AM）：压实后剩余空隙率在10%左右开级配沥青混合料：剩余空隙率大于15%如排水式沥青磨耗层混合料（OGFC）沥青路面的分类按混合料密实度分类17沥青路面的分类按施工工艺的不同层铺法是用分层洒布沥青，分层撒铺集料和碾压的方法修筑。路拌法是在路上用机械或人工将集料和沥青材料就地拌和、摊铺和碾压密实而成的沥青路面。厂拌法是由一定级配的集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。沥青路面的分类按施工工艺的不同18沥青路面的分类根据沥青路面的技术特性：沥青表面处治沥青贯入式热拌沥青碎石沥青混凝土液体石油沥青或乳化沥青碎石混合料沥青玛蹄脂碎石此外，还有Superpave路面，SAC路面，透水路面等

沥青路面的分类根据沥青路面的技术特性：19沥青路面的分类沥青表面处治：用沥青和细粒矿料铺筑的一种薄层面层,其厚度不超过3cm。沥青贯入式（碎石）：指在初步碾压的集料层撒布沥青，再分层铺撒嵌压，并借行车压实而形成的路面。常温沥青混合料：可采用液体石油沥青或乳化沥青拌制。沥青玛蹄脂碎石：沥青玛蹄脂碎石路面是指用沥青玛蹄脂碎石混合料作面层或抗滑层的路面。沥青玛蹄脂碎石混合料(简称SMA)是以间断级配为骨架，用改性沥青、矿粉及木质纤维素组成的沥青玛蹄脂为结合料。沥青路面的分类沥青表面处治：用沥青和细粒矿料铺筑的一种薄层面20沥青碎石是由几种大小不同的矿料，掺少量矿粉或不加矿粉，用沥青作结合料，均匀拌合，经压实成型的路面，间隙大，强度以嵌挤为主，粘结为辅。沥青碎石是由几种大小不同的矿料，掺少量矿粉或不加矿粉，用沥青21沥青碎石透水路面沥青混凝土路面沥青碎石透水路面沥青混凝土路面22沥青路面的分类《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）的说明1、连续密级配沥青混凝土混合料：采用连续密级配原理涉及组成的矿料与沥青拌和而成。其中包括：1)密实型沥青混凝土混合料：设计空隙率在3％～6％(重载交通道路4％～6％；行人道路2％～5％)，以DAC表示；2)密级配沥青稳定碎石：设计空隙率仍为3％～6％，以ATB表示。

这两种密实型沥青混合料实际上与传统的AC-I型沥青混凝土大致相一致，只是将原AC-I型中的级配范围作了进一步的扩大，由砂粒式扩大到特粗粒式，公称粒径由4.75～26.5mm扩展到最大为37.5mm。其中特粗型以下的是DAC型(公称最大粒径26.5mm)，特粗型属ATB(公称最大粒径达到37.5mm)。沥青路面的分类《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40232、连续半开级配沥青混合料：又称为沥青稳定碎石，由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥青结合料拌和而成，压实后剩余空隙率在6％～12％，用AM表示。与以往空隙率在10％～15％的半开级配相比，其空隙率偏小一些。3、开级配沥青混合料：矿料主要由粗集料组成，细集料和填料较少，采用高粘度沥青结合料粘结形成，压实后空隙率在18％以上。代表类型有排水式沥青磨耗层混合料,以OGFC表示；另有排水式沥青稳定碎石基层，以ATPB表示。4、间断级配沥青混合料：矿料级配中缺少1个或几个粒级而形成的级配不连续的沥青混合料，空隙率控制在3％～4％，典型代表是沥青玛蹄脂碎石混合料，以SMA表示。2、连续半开级配沥青混合料：又称为沥青稳定碎石，由适当比例的24二、沥青路面的设计方法和程序

（一）沥青路面的设计理论与方法公路沥青路面设计规范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，计算路面结构层厚度。对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性材料基层、底基层应进行弯拉应力验算。用多层弹性体系理论进行路面结构计算时，应考虑各层间接触的条件。我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条件。二、沥青路面的设计方法和程序

（一）沥青路面的设计理论与方法25（二）沥青路面的设计程序

（二）沥青路面的设计程序26三、沥青路面结构组合设计

（一）沥青路面等级的确定路面等级在一般情况下应与道路等级和交通量相适应，道路等级越高，则路面等级越高，见表6-5。三、沥青路面结构组合设计

（一）沥青路面等级的确定路面等级在27（二）设计原则根据各结构层功能组合和强度组合合理的层间组合在各种自然因素作用下稳定性好考虑适当的层数和厚度三层式面层（二）设计原则三层式面层28结构示意图结构示意图29沥青路面结构组合设计1、根据各结构层功能组合和强度组合本着“路基稳定、基层坚实、面层耐用”的要求，把路基（土基）、垫层、基层和面层作为一个整体，进行路基路面综合设计。见表各类路面各结构层次可选用的组成材料沥青路面结构组合设计1、根据各结构层功能组合和强度组合30沥青路面结构组合设计根据各结构层功能组合和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少，因此，路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合沥青路面结构组合设计根据各结构层功能组合和强度组合31沥青路面结构组合设计2、合理的层间组合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：在半刚性基层上修建沥青面层时，由于基层材料的干缩和温度开裂，会导致面层相应地出观反射裂缝。为了防止或尽可能减轻反射裂缝的出现，往往采用一些措施。沥青路面结构组合设计2、合理的层间组合32沥青路面结构组合设计3、在各种自然因素作用下稳定性好沥青路面经受着自然环境因素——水、温度的考验。水温状况对沥青路面的影响很大，对于季节性冰冻地区的中湿和潮湿路段，要考虑冻胀与翻浆的危害。

当按强度计算的路面结构层总厚度小于最小防冻厚度时，应增加防冻垫层，以满足最小防冻厚度要求。防冻垫层可用水稳定性好而强度较低的地方材料如炉渣、砂砾、碎石等。沥青路面结构组合设计3、在各种自然因素作用下稳定性好33沥青路面结构组合设计4、考虑适当的层数和厚度层数不宜过多，在满足各方面要求的条件下，层数应尽可能地少，材料变化也不宜频繁。从强度和造价上考虑，各结构层层厚宜自上而下由薄到厚。

沥青路面结构组合设计4、考虑适当的层数和厚度34沥青路面结构组合设计结构组合设计的基本步骤：路面等级和面层类型的确定路面等级在一般情况下应与道路等级和交通量相适应（见表）基层类型的确定确定路面结构层次和拟定各结构层厚度在我国现行的路面设计方法中，路面厚度计算往往都是以某一层作为设计计算层，其余结构层厚度按设计者的经验并参照规范有关规定确定后，在厚度计算过程中一般不再变动。沥青路面结构组合设计结构组合设计的基本步骤：35沥青路面结构组合设计结构示例组合见图沥青路面结构组合设计结构示例组合见图36（三）高速公路、一级公路推荐的路面结构根据我国各地区各级公路路面结构的实践经验和理论计算，《公路沥青路面设计规范》附录A推荐了各级公路的路面结构形式，其中高速公路、一级公路推荐的路面结构见表6-9。（三）高速公路、一级公路推荐的路面结构根据我国各地区各级公路37四、沥青路面设计指标和设计参数

（一）设计指标（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，采用路面容许弯沉值作为路面整体刚度和强度的控制指标。即路面容许弯沉值应大于或等于路表实际可能产生的回弹弯沉值。（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）底面的容许弯拉应力作为验算指标，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弯拉应力。（3）为了防止高温季节道路交叉口、停车场等汽车经常启动、制动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剪应力作为验算指标，其值应大于或等于面层破裂面上实际可能产生的剪应力。四、沥青路面设计指标和设计参数

（一）设计指标（1）为了控制38（二）路面设计弯沉值：采用路面回弹弯沉来表征路面的刚度Ac—公路等级系数，高速公路、一级公路为1，二级公路为1.1，三级公路、四级公路为1.2；

As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1，热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青上拌下贯或贯入式路面为1.1，沥青表面处治为1.2，中低级路面为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20cm时=1；若面层与半刚性基层间设置等于或小于15cm级配碎石层、沥青贯入碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时可取1；柔性基层、底基层=1.6,当柔性基层厚度大于15cm底基层为半刚性下卧层时可取1.6。（二）路面设计弯沉值：Ac—公路等级系数，高速公路、一39（三）结构层材料的容许拉应力

容许拉应力的确定与材料的极限抗弯拉强度有关（极限抗拉强度的大小通过试验确定），同时也与重复荷载次数有关，它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。

（三）结构层材料的容许拉应力40结构层材料的容许拉应力公式为：式中：—抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层：对无机结合料稳定集料类：对无机结合料稳定细粒土类：

结构层材料的容许拉应力公式为：41（四）土基与路面回弹模量值1、土基回弹模量值土基回弹模量是指土基在荷戴作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。新建公路初步设计时，土基回弹模量值一般有查表法、实测法（承载板法）、换算法三种方法。经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的土基回弹模量设计值。

（四）土基与路面回弹模量值1、土基回弹模量值421、土基回弹模量值在设计新建路面时，常用查表法确定。用查表法确定土基回弹模量的步骤如下：1）确定临界高度2）判断土基的干湿类型3）拟定土的平均稠度4）预测土基回弹模量1、土基回弹模量值432、路面材料设计参数《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2005）中：各层材料的抗压强度均采用抗压回弹模量表示，对于沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验测得劈裂强度。以路面设计弯沉计算路面结构厚度时，采用20℃的抗压模量。验算层底拉应力时用15℃的抗压模量。2、路面材料设计参数44（五）标准轴载与轴次换算1、标准轴载：在《公路沥青路面设计规范》中规定：路面设计以双轮组单轴轴重100KN为标准轴载，以BZZ-100表示。

标准轴载BZZ-100标准轴载P(KN)100轮胎接地压强p(MPa)0.70单轮传压面当量圆直径d(cm)21.30两轮中心距(cm)1.5d（五）标准轴载与轴次换算标准轴载BZZ-100标准轴载451）当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：式中：N──标准轴载的当量轴次（次/日）；

C1──轴数系数；C1=1＋1.2（m－1）

m──轴数。

C2──轮组系数,双轮组为1,单轮组为6.4,四轮组为0.38。2、车辆轴载换算：1）当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：462）以半刚性基层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：式中：N──标准轴载的当量轴次（次/日）；

C1──轴数系数；C1=1＋1.2（m－1）

m──轴数。

C2──轮组系数,双轮组为1,单轮组为6.4,四轮组为0.38。

2）以半刚性基层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：式中：N47

3、累计当量轴次

设计年限内一个方向上一个车道的BZZ-100累计当量轴次Ne表示：

车道特征车道系数单车道1.0双向有分隔0.5双向无分隔0.6~0.7四车道0.4~0.5六车道0.3~0.4表1车道系数

3、累计当量轴次

设计年限内一个方向上一个车道的BZZ-148

五、厚度计算

路面设计采用双圆均布荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算：图1路面荷载图示

五、厚度计算

路面设计采用双圆均布荷载作用下的弹性层状连49（一）路表弯沉值计算

弯沉综合修正系数：式中：——

路面实测弯沉值（0.01mm）；

——

理论弯沉系数；

p,δ——

标准车型的轮胎接地压强（Mpa）和当量圆半径（cm）；

F——

通过试验路分析获得的弯沉综合修正系数；（一）路表弯沉值计算弯沉综合修正系数：式中：——50（二）层底弯拉应力(1)计算沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层的层底拉应力

(2)层底拉应力的力学计算应按图2进行，以单圆的中心点B，双圆间隙中心点C为计算点，并取最大值作为层底最大拉应力。式中：——

理论最大拉应力系数。（二）层底弯拉应力(1)计算沥青混凝土面层、半刚性材料51六、原有路面的补强设计（一）原有路面结构状况调查与评定⒈现有路面概况调查（1）交通调查（2）原路面结构和路基湿度的调查（3）原路修建历史和养护状况的调查⒉原路面结构强度的评定（1）评定指标和方法

（2）原路面分段原则

（3）分段代表弯沉值

（4）计算弯沉值：

六、原有路面的补强设计（一）原有路面结构状况调查与评定52原有路面的补强设计（二）原有路面补强设计的方法我国现行路面设计规范对补强层厚度的计算都采用理论法。⒈原路面当量回弹模量的计算⒉补强层的厚度计算及验算原有路面的补强设计（二）原有路面补强设计的方法53原有路面的补强设计（三）原有路面补强设计程序（1）对原有公路进行技术调查，掌握设计资料。（2）按设计任务的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计弯沉值及容许拉应力。（3）确定路段的计算弯沉值及当量回弹模量。（4）拟定几种可能的结构组合，确定各补强层的参数和结构层的厚度。（5）根据补强公式计算路面的厚度，对季节性冰冻地区还应验算防冻厚度。（6）根据各方案的计算结果，进行技术经济比较，确定路面的补强方案。原有路面的补强设计（三）原有路面补强设计程序54第三节

水泥混凝土路面设计第三节水泥混凝土路面设计55一、水泥混凝土路面的特点

水泥混凝土路面俗称白色路面，是高级路面，它是以水泥与水拌和成的水泥浆为结合料，以碎（砾）石、砂为集料，再加适当的掺和料及外掺剂，拌和成水泥混凝土混合料而筑成的路面，又称为刚性路面。一、水泥混凝土路面的特点水泥混凝土路面俗称白色56水泥混凝土路面的特点优点：强度高稳定性好耐久性好造价适当，养护维修费用小抗滑性能好有利于夜间行车水泥混凝土路面的特点优点：57水泥混凝土路面的特点缺点：水泥和水的用量大路面接缝多铺筑后不能立即开放交通在白天较强阳光照射下路面反光很强，使汽车驾驶员感觉不舒服掘路和埋没管线的修补工作都很麻烦，而且影响交通，且修补后路面质量往往不如原来路面的整体强度高。水泥混凝土路面的特点缺点：58二、水泥混凝土路面的构造（一）面层（面板）1.分类：（1）普通混凝土（亦称无筋混凝土或素混凝土）路面指除接缝区和局部范围外均不配筋的水泥混凝土路面。这是目前应用最为广泛的一种面层类型。道路路面的混凝土面层通常采用等厚断面。（2）钢筋混凝土路面指为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置纵、横向钢筋或钢筋网的水泥混凝土路面。（3）碾压混凝土路面指水泥和水的用量较普通混凝土显著减少的水泥混凝土混合料经摊铺、碾压成型的水泥混凝土路面。二、水泥混凝土路面的构造（一）面层（面板）59（4）钢纤维混凝土路面指在混凝土中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。在混凝土中掺拌钢纤维，可以提高混凝土的韧度和强度，减少其收缩量。由于钢纤维混凝土的弯拉强度高于普通混凝土，因此它所需的面层厚度薄于普通混凝土面层。由于钢纤维混凝土的造价高，因而主要用作设计标高受到限制的旧混凝上路面上的加铺层，或者用作复合式混凝土面层的上面层。（5）连续配筋混凝土路面指沿纵向配置连续的钢筋，除了在与其它路面交接处或邻近构造物处设置胀缝以及视施工需要设置施工缝外，不设横向缩缝的水泥混凝土路面。（6）复合式混凝土路面指由两层或两层以上不同强度或不同类型的混凝土复合而成的水泥混凝土路面。（4）钢纤维混凝土路面指在混凝土中掺入钢纤维的水泥混凝土60水泥混凝土路面的构造2.面板厚度水泥混凝土路面一般为单层式的，其厚度须根据该路在使用期内的交通性质和交通量设计计算决定。在计算确定混凝土面板所需厚度时，各级交通条件下的初估厚度其初估厚度查表。水泥混凝土路面的构造2.面板厚度61水泥混凝土路面的构造3．面板的断面形式国内外常采用等厚式断面图水泥混凝土路面横断面形式（单位：cm）a）等厚式b）厚边式水泥混凝土路面的构造3．面板的断面形式62水泥混凝土路面的构造4．混凝土面板的尺寸（1）纵缝间距纵缝间距通常按车道宽度确定，但带有路缘带的高速公路和一级公路，板宽可按车道和路缘带的宽度确定。路面宽为9m的二级公路，板宽可按路面宽的一半（4.5m）确定。由于板过宽易产生纵向断裂，一般不超过4.5m。（2）横缝间距横缝间距大小直接影响板内温度应力、接缝缝隙宽度和接缝传荷能力。一般取4～6m。（3）板的平面形状混凝土路面板的平面尺寸尽可能接近正方形，以改善其受力状况。一般将板宽和板长之比控制在1～1.3以内。水泥混凝土路面的构造4．混凝土面板的尺寸63水泥混凝土路面的构造（二）基层和垫层

对于混凝土面层下的基层，要求能提供均匀的支承，并且具有一定的刚度和耐冲刷能力。

唧泥、错台和断裂等病害是混凝土路面最常见的损坏形式，其原因是进入路面结构内部的水份不能及时排出，反复冲刷而引起的。水泥混凝土路面的构造（二）基层和垫层64水泥混凝土路面的构造表适宜各交通等级的基层类型

水泥混凝土路面的构造65水泥混凝土路面的构造（三）接缝的构造与布置1.设置原因：由于一年四季的气温变化，温度坡差将促使面板向上或向下翘曲，混凝土面板会产生不同程度的膨胀和收缩，使板破坏。2.分类：按作用的不同，接缝可分为缩缝、胀缝和施工缝三类。按布设位置分为纵缝与横缝两大类。水泥混凝土路面的构造（三）接缝的构造与布置66水泥混凝土路面的构造3．纵缝及其构造纵缝指与路线平行的接缝称为纵缝。分为纵向缩缝和纵向施工缝。右图为纵缝构造(单位：mm)

a)纵向施工缝b)纵向缩缝水泥混凝土路面的构造3．纵缝及其构造67水泥混凝土路面的构造（1）纵向施工缝一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。是按车行道宽度（一般为3～4m）来设置的，这对行车和施工都较方便。根据路面宽度定出需要设置的车道数。一般情况下四个车道则设三条纵缝。采用平缝加拉杆型，拉杆设置在板厚的1/2处，上部应锯切槽口，深度为3～4cm,宽度为3～8mm，槽内灌塞填缝料，其构造如图6-11a)所示。（2）纵向缩缝一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝。纵向缩缝采用假缝形式，并宜在板厚中央设置拉杆。其构造图如图6-11b)。拉杆的作用是保证纵缝两侧路面层板在纵缝位置的紧密联系，以免沿路拱横坡向两侧滑动。拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚的中央。拉杆中部100mm的范围内应进行防锈处理。水泥混凝土路面的构造（1）纵向施工缝一次铺筑宽度小于路面68水泥混凝土路面的构造4.横缝及其构造横缝指与路线垂直的接缝称为横缝，横缝分为横向缩缝、横向胀缝和横向施工缝三种。水泥混凝土路面的构造4.横缝及其构造69水泥混凝土路面的构造（1）横向施工缝

每天施工结束，或当浇筑混凝土过程中因其他原因，如拌和机突然发生故障一时难以修复，或天下大雨等原因，浇筑工作无法进行必须设横向施工缝。其位置应尽可能设在缩缝或胀缝处。设在缩缝处的施工缝，采用设传力杆的平缝形式，其上部应设置深为板厚的l／4~1／5或4~6cm，宽为3~8mm；设在胀缝处的施工缝，其形式与胀缝相同。右图横向施工缝构造（单位：mm)a)设传力杆平缝型；b)设拉杆企口缝型水泥混凝土路面的构造（1）横向施工缝70水泥混凝土路面的构造（2）横向缩缝（或称假缝）

横向缩缝通常垂直于路中心线方向等间距布置。为了控制由翘曲应力产生的裂缝，横向缩缝间距（即板长）应根据当地气候条件、板厚和经验确定。一般在4～6m范围内选用，基层的刚度越大，选用的间距应越短。横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式。特重和重交通公路、收费广场以及邻近胀缝或自由端部的3条缩缝，应采用设传力杆假缝形式，其构造如图a）所示。其他情况可采用不设传力杆假缝形式，其构造如图b)所示。右图横向缩缝构造（单位：mm)a)设传力杆假缝型b)不设传力杆假缝型水泥混凝土路面的构造（2）横向缩缝（或称假缝）71水泥混凝土路面的构造（3）横向胀缝（也称真缝）是砼路面薄弱点。缝的方向是与横断面方向一致的。胀缝宜尽量少设或不设。但在邻近桥梁或其它固定构筑物处或与其他道路相交处应设置横向胀缝。胀缝宽为2cm，缝内设置填缝板。缝隙上部约3~4cm深度浇灌沥青填缝料，下部则设置接缝板。由于胀缝无法依赖集料颗粒传递荷载，因此必须设置可滑动的传力杆。传力杆的一半以上长度的表面涂以沥青膜，外面再套上0.4mm厚的聚乙烯膜。杆的一端加一金属或塑料套，筒底或杆端之间留有空隙3cm，空隙中填以木屑或纱头等弹性材以便利板的自由伸缩，水泥混凝土路面的构造（3）横向胀缝（也称真缝）72水泥混凝土路面的构造⒌填封（缝）料接缝槽口的填封（缝）料应选用具有弹性好，与缝壁混凝土表面积结力强，温度敏感性小和耐久性好的材料。常用的填封料有热灌的橡胶沥青类、常温施工的聚氨脂焦油类或有机硅树脂以及预制压缩性嵌条等类型。胀缝接缝板应选用能适应混凝土板膨胀收缩、施工时不变形、复原率高和耐久性好的材料。高速公路和一级公路宜选用泡沫橡胶板、沥青纤维板；其他等级公路也可选用木材类或纤维类板。水泥混凝土路面的构造⒌填封（缝）料73三、水泥混凝土路面的厚度计算（一）水泥混凝土路面的设计标准以控制行车荷载反复作用在板内所产生的荷载疲劳应力与温度梯度反复作用在板内所产生的温度疲劳应力之和与可靠度系数乘积不大于混凝土的弯拉强度标准值，作为确定混凝土面层板厚度的设计标准。其极限状态设计表达式是：

水泥混凝土的28天龄期的弯拉强度标准值（MPa）温度梯度疲劳应力（MPa）行车荷载疲劳应力（MPa）可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表确定三、水泥混凝土路面的厚度计算（一）水泥混凝土路面的设计标准74水泥混凝土路面的厚度计算（二）混凝土板厚的设计流程水泥混凝土路面的厚度计算（二）混凝土板厚的设计流程75水泥混凝土路面的厚度计算（三）设计参数⒈标准轴载和轴次换算以100KN的单轴-双轮组荷载为标准轴载轴载换算公式为：

单轴－单轮、单轴－双轮组、双轴－双轮组或三轴－双轮组轴型Ⅰ级轴载的总重（kN）；采用纵缝中部作为应力计算时的临界荷位水泥混凝土路面的厚度计算（三）设计参数单轴－单轮、单轴－双轮76水泥混凝土路面的厚度计算

（式1）或（式2）或（式3）

——轴—轮型系数。单轴－双轮组时，按式（1）计算；双轴－双轮组时，按式（2）计算；三轴－双轮组时，按式（3）计算。二轴四轮以下的客、货车略去不计。

水泥混凝土路面的厚度计算77水泥混凝土路面的厚度计算⒉交通分级、设计基准期和累积作用次数按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载的累计作用次数,将交通划分为特重、重、中等和轻四个等级。设计年限内路面临界荷位上所受的标准轴载的累计当量轴次：水泥混凝土路面的厚度计算⒉交通分级、设计基准期和累积作用次数78水泥混凝土路面的厚度计算

车轮轮迹横向分布系数水泥混凝土路面的厚度计算车轮轮迹横向分布系数79水泥混凝土路面的厚度计算⒊基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量混凝土面板下的地基包括路基和根据需要设置的垫层与基层，其整体路面结构为弹性多层体系。分析板内荷载应力时，应将其多层体系换算成为半无限体，以其顶面的当量回弹模量作为半无限地基的模量值。

水泥混凝土路面的厚度计算⒊基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模80水泥混凝土路面的厚度计算（1）新建公路基层顶面的当量回弹模量的计算采用规范建议的土基、垫层、底基层及基层材料回弹模量值来计算基层顶面的当量回弹模量。式中：

水泥混凝土路面的厚度计算（1）新建公路基层顶面的当量回弹模量81水泥混凝土路面的厚度计算（2）原有路面的顶面当量回弹模量值

在原有路面上加铺水泥混凝土路面时，应通过承载板试验或弯沉测定法确定原有路面顶面的当量回弹模量；如用汽车实测路段的回弹弯沉值可按柔性路面旧路补强法中的计算法确定计算回弹弯沉值后，按下式转换为基层顶面的当量回弹模量值：水泥混凝土路面的厚度计算（2）原有路面的顶面当量回弹模量值82水泥混凝土路面的厚度计算（3）计算回弹模量

进行荷载应力分析时，考虑到水泥混凝土路面板下基础应力状况与柔性路面不同，需按下述经验关系式将当量回弹模量转换成计算回弹模量，以获得符合实际工作状况的计算应力：式中：——模量修正系数

按照我国《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40－2002）进行实际设计时，这一模量修正过程是通过改变荷载应力回归公式的系数A，m来实现。如果应用了修正后的回归系数，则无需再考虑从当量回弹模量到计算回弹模量的转变。水泥混凝土路面的厚度计算（3）计算回弹模量83水泥混凝土路面的厚度计算（四）疲劳应力⒈荷载疲劳应力式中：—标准轴载在临界荷位处产生的未考虑接缝传能力的荷载应力，

—路面结构的相对刚度半径

水泥混凝土路面的厚度计算（四）疲劳应力84提问与解答环节Questionsandanswers提问与解答环节85感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边结束语感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程86感谢聆听Theusercandemonstrateonaprojectororcomputer,orprintthepresentationandmakeitintoafilm讲师：XXXX日期：20XX.X月感谢聆听讲师：XXXX日期：20XX.X月87第六章

第六章

88整体概述THEFIRSTPARTOFTHEOVERALLOVERVIEW,PLEASESUMMARIZETHECONTENT第一部分整体概述第一部分89路面设计路面结构层次划分及各层的功能沥青路面的特点及分类；柔性路面设计程序和原则；路面结构的破坏状态与设计指标；轴载换算法以及结构组合设计的原则和方法；多层体系路面厚度计算、路面结构层弯拉应力计算、路面结构设计及路面厚度计算水泥混凝土路面特点；水泥混凝土路面构造（包括路基、基层、垫层、路面板及接缝构造）及其作用；水泥混凝土路面的荷载疲劳应力与温度应力计算、水泥混凝土路面板的厚度计算以及水泥混凝土路面的接缝设计。重点内容路面设计路面结构层次划分及各层的功能重点内容90第一节

概述第二节

沥青路面设计第三节水泥混凝土路面设计第一节概述91第一节概述第一节概述92一、路面工程发展趋势设计自动化施工机械化勘测新技术量测自动化设计和质检规范化材料和结构多样化路面管理系统（简称PMS）一、路面工程发展趋势设计自动化93二、对路面的要求强度和刚度稳定性能平整度耐久性能抗滑性能环境谐调二、对路面的要求强度和刚度94三、路面结构及其层次的划分路面结构层是为了适应行车和自然因素影响而设计的。路面结构层如图6-1所示。

图6-1路面结构层次划分示意图i－路拱横坡1－面层2－基层（包括底基层）3－垫层4－路缘石5－加固路肩6－土路肩三、路面结构及其层次的划分路面结构层是为了适应行车和自然因素95路面各层的功能特点面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次，它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响，因此，同其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性，且应耐磨、不透水，表面还应有良好的抗滑性与平整度。基层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基，因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿，故也应具有足够的水稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻止路基土挤入基层。路面各层的功能特点面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次96各类路面各结构层次可选用的组成材料各类路面各结构层次可选用的组成材料97四、路面分级和分类通常按照路面面层的使用品质、材料组成类型以及结构的强度与稳定性，将路面分为高级、次高级、中级和低级等四个等级，各等级对应的面层类型材料如下表所示。四、路面分级和分类通常按照路面面层的使用品质、材料组成类型以98路面分类

——按力学特性分类

路面结构路面的类型可从不同角度来分类，按面层所用的材料来分有水泥路面、沥青路面、砂石路面等，但在工程设计中，主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发将路面划分为柔性路面、刚性路面、半刚性路面三类。

其中半刚性基层的显著特点是整体性强、承裁力高、刚度大、水稳性好，而且较为经济。高等级公路越来越多地采用半刚性基层。在我国，半刚性材料已广泛用于修建高等级公路的路面基层和底基层。路面分类

——按力学特性分类

路面结构路面的类型可从99五、路面设计任务和内容路面设计的任务是以最低的寿命周期费用提供一种路面结构，它在设计使用期内能按目标可靠度满足预定的使用性能要求。设计内容：

1）行车道路面与路肩铺面的类型选择和结构层组合设计

2）水泥混凝土路面面层的接缝构造和配筋设计

3）路面排水设计

4）各结构层材料组成设计

5）路面表面性能设计

6）经济评价和最终方案选择

五、路面设计任务和内容路面设计的任务是以最低的寿命周期费用100第二节沥青路面设计

第二节沥青路面设计101一、沥青路面的一般知识

（一）沥青路面的特点沥青路面是指在柔性基层、半刚性基层上铺筑的一定厚度的沥青混合料面层的路面结构。沥青路面的优点：沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建等优点。沥青路面的缺点：表面易受硬物损坏，并容易磨光而降低抗滑性；在外界气温影响下，强度和刚度变化很大，即夏季易变软而冬季易变脆；它的施工受季节影响较大，除乳化沥青外，在低温季节和雨季不能施工。一、沥青路面的一般知识

（一）沥青路面的特点沥青路面是指在102（二）沥青路面的分类根据不同的分类方法,沥青路面分为下面几种：按混合料密实度分类按施工工艺的不同分类按沥青路面的技术特性分类

我国在沥青路面中采用最多的类型是以石油沥青为结合料，采用连续级配的密实式热拌热铺型沥青混凝土。

新的《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）针对这一方面对沥青混合料的分类作了重新说明。

（二）沥青路面的分类根据不同的分类方法,沥青路面分为下面几103沥青路面的分类按混合料密实度分类密实式沥青混合料（沥青混凝土AC）：将剩余空隙率在3%～6%范围之内的,称为AC-Ⅰ型沥青混凝土将剩余空隙率在4%～10%范围之内的,称为AC-Ⅱ型沥青混凝土连续半开级配沥青混合料（沥青碎石AM）：压实后剩余空隙率在10%左右开级配沥青混合料：剩余空隙率大于15%如排水式沥青磨耗层混合料（OGFC）沥青路面的分类按混合料密实度分类104沥青路面的分类按施工工艺的不同层铺法是用分层洒布沥青，分层撒铺集料和碾压的方法修筑。路拌法是在路上用机械或人工将集料和沥青材料就地拌和、摊铺和碾压密实而成的沥青路面。厂拌法是由一定级配的集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。沥青路面的分类按施工工艺的不同105沥青路面的分类根据沥青路面的技术特性：沥青表面处治沥青贯入式热拌沥青碎石沥青混凝土液体石油沥青或乳化沥青碎石混合料沥青玛蹄脂碎石此外，还有Superpave路面，SAC路面，透水路面等

沥青路面的分类根据沥青路面的技术特性：106沥青路面的分类沥青表面处治：用沥青和细粒矿料铺筑的一种薄层面层,其厚度不超过3cm。沥青贯入式（碎石）：指在初步碾压的集料层撒布沥青，再分层铺撒嵌压，并借行车压实而形成的路面。常温沥青混合料：可采用液体石油沥青或乳化沥青拌制。沥青玛蹄脂碎石：沥青玛蹄脂碎石路面是指用沥青玛蹄脂碎石混合料作面层或抗滑层的路面。沥青玛蹄脂碎石混合料(简称SMA)是以间断级配为骨架，用改性沥青、矿粉及木质纤维素组成的沥青玛蹄脂为结合料。沥青路面的分类沥青表面处治：用沥青和细粒矿料铺筑的一种薄层面107沥青碎石是由几种大小不同的矿料，掺少量矿粉或不加矿粉，用沥青作结合料，均匀拌合，经压实成型的路面，间隙大，强度以嵌挤为主，粘结为辅。沥青碎石是由几种大小不同的矿料，掺少量矿粉或不加矿粉，用沥青108沥青碎石透水路面沥青混凝土路面沥青碎石透水路面沥青混凝土路面109沥青路面的分类《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40—2004）的说明1、连续密级配沥青混凝土混合料：采用连续密级配原理涉及组成的矿料与沥青拌和而成。其中包括：1)密实型沥青混凝土混合料：设计空隙率在3％～6％(重载交通道路4％～6％；行人道路2％～5％)，以DAC表示；2)密级配沥青稳定碎石：设计空隙率仍为3％～6％，以ATB表示。

这两种密实型沥青混合料实际上与传统的AC-I型沥青混凝土大致相一致，只是将原AC-I型中的级配范围作了进一步的扩大，由砂粒式扩大到特粗粒式，公称粒径由4.75～26.5mm扩展到最大为37.5mm。其中特粗型以下的是DAC型(公称最大粒径26.5mm)，特粗型属ATB(公称最大粒径达到37.5mm)。沥青路面的分类《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF401102、连续半开级配沥青混合料：又称为沥青稳定碎石，由适当比例的粗集料、细集料及少量填料(或不加填料)与沥青结合料拌和而成，压实后剩余空隙率在6％～12％，用AM表示。与以往空隙率在10％～15％的半开级配相比，其空隙率偏小一些。3、开级配沥青混合料：矿料主要由粗集料组成，细集料和填料较少，采用高粘度沥青结合料粘结形成，压实后空隙率在18％以上。代表类型有排水式沥青磨耗层混合料,以OGFC表示；另有排水式沥青稳定碎石基层，以ATPB表示。4、间断级配沥青混合料：矿料级配中缺少1个或几个粒级而形成的级配不连续的沥青混合料，空隙率控制在3％～4％，典型代表是沥青玛蹄脂碎石混合料，以SMA表示。2、连续半开级配沥青混合料：又称为沥青稳定碎石，由适当比例的111二、沥青路面的设计方法和程序

（一）沥青路面的设计理论与方法公路沥青路面设计规范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，计算路面结构层厚度。对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性材料基层、底基层应进行弯拉应力验算。用多层弹性体系理论进行路面结构计算时，应考虑各层间接触的条件。我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条件。二、沥青路面的设计方法和程序

（一）沥青路面的设计理论与方法112（二）沥青路面的设计程序

（二）沥青路面的设计程序113三、沥青路面结构组合设计

（一）沥青路面等级的确定路面等级在一般情况下应与道路等级和交通量相适应，道路等级越高，则路面等级越高，见表6-5。三、沥青路面结构组合设计

（一）沥青路面等级的确定路面等级在114（二）设计原则根据各结构层功能组合和强度组合合理的层间组合在各种自然因素作用下稳定性好考虑适当的层数和厚度三层式面层（二）设计原则三层式面层115结构示意图结构示意图116沥青路面结构组合设计1、根据各结构层功能组合和强度组合本着“路基稳定、基层坚实、面层耐用”的要求，把路基（土基）、垫层、基层和面层作为一个整体，进行路基路面综合设计。见表各类路面各结构层次可选用的组成材料沥青路面结构组合设计1、根据各结构层功能组合和强度组合117沥青路面结构组合设计根据各结构层功能组合和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少，因此，路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合沥青路面结构组合设计根据各结构层功能组合和强度组合118沥青路面结构组合设计2、合理的层间组合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：在半刚性基层上修建沥青面层时，由于基层材料的干缩和温度开裂，会导致面层相应地出观反射裂缝。为了防止或尽可能减轻反射裂缝的出现，往往采用一些措施。沥青路面结构组合设计2、合理的层间组合119沥青路面结构组合设计3、在各种自然因素作用下稳定性好沥青路面经受着自然环境因素——水、温度的考验。水温状况对沥青路面的影响很大，对于季节性冰冻地区的中湿和潮湿路段，要考虑冻胀与翻浆的危害。

当按强度计算的路面结构层总厚度小于最小防冻厚度时，应增加防冻垫层，以满足最小防冻厚度要求。防冻垫层可用水稳定性好而强度较低的地方材料如炉渣、砂砾、碎石等。沥青路面结构组合设计3、在各种自然因素作用下稳定性好120沥青路面结构组合设计4、考虑适当的层数和厚度层数不宜过多，在满足各方面要求的条件下，层数应尽可能地少，材料变化也不宜频繁。从强度和造价上考虑，各结构层层厚宜自上而下由薄到厚。

沥青路面结构组合设计4、考虑适当的层数和厚度121沥青路面结构组合设计结构组合设计的基本步骤：路面等级和面层类型的确定路面等级在一般情况下应与道路等级和交通量相适应（见表）基层类型的确定确定路面结构层次和拟定各结构层厚度在我国现行的路面设计方法中，路面厚度计算往往都是以某一层作为设计计算层，其余结构层厚度按设计者的经验并参照规范有关规定确定后，在厚度计算过程中一般不再变动。沥青路面结构组合设计结构组合设计的基本步骤：122沥青路面结构组合设计结构示例组合见图沥青路面结构组合设计结构示例组合见图123（三）高速公路、一级公路推荐的路面结构根据我国各地区各级公路路面结构的实践经验和理论计算，《公路沥青路面设计规范》附录A推荐了各级公路的路面结构形式，其中高速公路、一级公路推荐的路面结构见表6-9。（三）高速公路、一级公路推荐的路面结构根据我国各地区各级公路124四、沥青路面设计指标和设计参数

（一）设计指标（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，采用路面容许弯沉值作为路面整体刚度和强度的控制指标。即路面容许弯沉值应大于或等于路表实际可能产生的回弹弯沉值。（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）底面的容许弯拉应力作为验算指标，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弯拉应力。（3）为了防止高温季节道路交叉口、停车场等汽车经常启动、制动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剪应力作为验算指标，其值应大于或等于面层破裂面上实际可能产生的剪应力。四、沥青路面设计指标和设计参数

（一）设计指标（1）为了控制125（二）路面设计弯沉值：采用路面回弹弯沉来表征路面的刚度Ac—公路等级系数，高速公路、一级公路为1，二级公路为1.1，三级公路、四级公路为1.2；

As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1，热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青上拌下贯或贯入式路面为1.1，沥青表面处治为1.2，中低级路面为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20cm时=1；若面层与半刚性基层间设置等于或小于15cm级配碎石层、沥青贯入碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时可取1；柔性基层、底基层=1.6,当柔性基层厚度大于15cm底基层为半刚性下卧层时可取1.6。（二）路面设计弯沉值：Ac—公路等级系数，高速公路、一126（三）结构层材料的容许拉应力

容许拉应力的确定与材料的极限抗弯拉强度有关（极限抗拉强度的大小通过试验确定），同时也与重复荷载次数有关，它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。

（三）结构层材料的容许拉应力127结构层材料的容许拉应力公式为：式中：—抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层：对无机结合料稳定集料类：对无机结合料稳定细粒土类：

结构层材料的容许拉应力公式为：128（四）土基与路面回弹模量值1、土基回弹模量值土基回弹模量是指土基在荷戴作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。新建公路初步设计时，土基回弹模量值一般有查表法、实测法（承载板法）、换算法三种方法。经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的土基回弹模量设计值。

（四）土基与路面回弹模量值1、土基回弹模量值1291、土基回弹模量值在设计新建路面时，常用查表法确定。用查表法确定土基回弹模量的步骤如下：1）确定临界高度2）判断土基的干湿类型3）拟定土的平均稠度4）预测土基回弹模量1、土基回弹模量值1302、路面材料设计参数《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2005）中：各层材料的抗压强度均采用抗压回弹模量表示，对于沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验测得劈裂强度。以路面设计弯沉计算路面结构厚度时，采用20℃的抗压模量。验算层底拉应力时用15℃的抗压模量。2、路面材料设计参数131（五）标准轴载与轴次换算1、标准轴载：在《公路沥青路面设计规范》中规定：路面设计以双轮组单轴轴重100KN为标准轴载，以BZZ-100表示。

标准轴载BZZ-100标准轴载P(KN)100轮胎接地压强p(MPa)0.70单轮传压面当量圆直径d(cm)21.30两轮中心距(cm)1.5d（五）标准轴载与轴次换算标准轴载BZZ-100标准轴载1321）当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：式中：N──标准轴载的当量轴次（次/日）；

C1──轴数系数；C1=1＋1.2（m－1）

m──轴数。

C2──轮组系数,双轮组为1,单轮组为6.4,四轮组为0.38。2、车辆轴载换算：1）当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：1332）以半刚性基层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：式中：N──标准轴载的当量轴次（次/日）；

C1──轴数系数；C1=1＋1.2（m－1）

m──轴数。

C2──轮组系数,双轮组为1,单轮组为6.4,四轮组为0.38。

2）以半刚性基层层底拉应力为指标时，轴载换算公式：式中：N134

3、累计当量轴次

设计年限内一个方向上一个车道的BZZ-100累计当量轴次Ne表示：

车道特征车道系数单车道1.0双向有分隔0.5双向无分隔0.6~0.7四车道0.4~0.5六车道0.3~0.4表1车道系数

3、累计当量轴次

设计年限内一个方向上一个车道的BZZ-1135

五、厚度计算

路面设计采用双圆均布荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算：图1路面荷载图示

五、厚度计算

路面设计采用双圆均布荷载作用下的弹性层状连136（一）路表弯沉值计算

弯沉综合修正系数：式中：——

路面实测弯沉值（0.01mm）；

——

理论弯沉系数；

p,δ——

标准车型的轮胎接地压强（Mpa）和当量圆半径（cm）；

F——

通过试验路分析获得的弯沉综合修正系数；（一）路表弯沉值计算弯沉综合修正系数：式中：——137（二）层底弯拉应力(1)计算沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层的层底拉应力

(2)层底拉应力的力学计算应按图2进行，以单圆的中心点B，双圆间隙中心点C为计算点，并取最大值作为层底最大拉应力。式中：——

理论最大拉应力系数。（二）层底弯拉应力(1)计算沥青混凝土面层、半刚性材料138六、原有路面的补强设计（一）原有路面结构状况调查与评定⒈现有路面概况调查（1）交通调查（2）原路面结构和路基湿度的调查（3）原路修建历史和养护状况的调查⒉原路面结构强度的评定（1）评定指标和方法

（2）原路面分段原则

（3）分段代表弯沉值

（4）计算弯沉值：

六、原有路面的补强设计（一）原有路面结构状况调查与评定139原有路面的补强设计（二）原有路面补强设计的方法我国现行路面设计规范对补强层厚度的计算都采用理论法。⒈原路面当量回弹模量的计算⒉补强层的厚度计算及验算原有路面的补强设计（二）原有路面补强设计的方法140原有路面的补强设计（三）原有路面补强设计程序（1）对原有公路进行技术调查，掌握设计资料。（2）按设计任务的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计弯沉值及容许拉应力。（3）确定路段的计算弯沉值及当量回弹模量。（4）拟定几种可能的结构组合，确定各补强层的参数和结构层的厚度。（5）根据补强公式计算路面的厚度，对季节性冰冻地区还应验算防冻厚度。（6）根据各方案的计算结果，进行技术经济比较，确定路面的补强方案。原有路面的补强设计（三）原有路面补强设计程序141第三节

水泥混凝土路面设计第三节水泥混凝土路面设计142一、水泥混凝土路面的特点

水泥混凝土路面俗称白色路面，是高级路面，它是以水泥与水拌和成的水泥浆为结合料，以碎（砾）石、砂为集料，再加适当的掺和料及外掺剂，拌和成水泥混凝土混合料而筑成的路面，又称为刚性路面。一、水泥混凝土路面的特点水泥混凝土路面俗称白色143水泥混凝土路面的特点优点：强度高稳定性好耐久性好造价适当，养护维修费用小抗滑性能好有利于夜间行车水泥混凝土路面的特点优点：144水泥混凝土路面的特点缺点：水泥和水的用量大路面接缝多铺筑后不能立即开放交通在白天较强阳光照射下路面反光很强，使汽车驾驶员感觉不舒服掘路和埋没管线的修补工作都很麻烦，而且影响交通，且修补后路面质量往往不如原来路面的整体强度高。水泥混凝土路面的特点缺点：145二、水泥混凝土路面的构造（一）面层（面板）1.分类：（1）普通混凝土（亦称无筋混凝土或素混凝土）路面指除接缝区和局部范围外均不配筋的水泥混凝土路面。这是目前应用最为广泛的一种面层类型。道路路面的混凝土面层通常采用等厚断面。（2）钢筋混凝土路面指为防止可能产生的裂缝缝隙张开，板内配置纵、横向钢筋或钢筋网的水泥混凝土路面。（3）碾压混凝土路面指水泥和水的用量较普通混凝土显著减少的水泥混凝土混合料经摊铺、碾压成型的水泥混凝土路面。二、水泥混凝土路面的构造（一）面层（面板）146（4）钢纤维混凝土路面指在混凝土中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。在混凝土中掺拌钢纤维，可以提高混凝土的韧度和强度，减少其收缩量。由于钢纤维混凝土的弯拉强度高于普通混凝土，因此它所需的面层厚度薄于普通混凝土面层。由于钢纤维混凝土的造价高，因而主要用作设计标高受到限制的旧混凝上路面上的加铺层，或者用作复合式混凝土面层的上面层。（5）连续配筋混凝土路面指沿纵向配置连续的钢筋，除了在与其它路面交接处或邻近构造物处设置胀缝以及视施工需要设置施工缝外，不设横向缩缝的水泥混凝土路面。（6）复合式混凝土路面指由两层或两层以上不同强度或不同类型的混凝土复合而成的水泥混凝土路面。（4）钢纤维混凝土路面指在混凝土中掺入钢纤维的水泥混凝土147水泥混凝土路面的构造2.面板厚度水泥混凝土路面一般为单层式的，其厚度须根据该路在使用期内的交通性质和交通量设计计算决定。在计算确定混凝土面板所需厚度时，各级交通条件下的初估厚度其初估厚度查表。水泥混凝土路面的构造2.面板厚度148水泥混凝土路面的构造3．面板的断面形式国内外常采用等厚式断面图水泥混凝土路面横断面形式（单位：cm）a）等厚式b）厚边式水泥混凝土路面的构造3．面板的断面形式149水泥混凝土路面的构造4．混凝土面板的尺寸（1）纵缝间距纵缝间距通常按车道宽度确定，但带有路缘带的高速公路和一级公路，板宽可按车道和路缘带的宽度确定。路面宽为9m的二级公路，板宽可按路面宽的一半（4.5m）确定。由于板过宽易产生纵向断裂，一般不超过4.5m。（2）横缝间距横缝间距大小直接影响板内温度应力、接缝缝隙宽度和接缝传荷能力。一般取4～6m。（3）板的平面形状混凝土路面板的平面尺寸尽可能接近正方形，以改善其受力状况。一般将板宽和板长之比控制在1～1.3以内。水泥混凝土路面的构造4．混凝土面板的尺寸150水泥混凝土路面的构造（二）基层和垫层

对于混凝土面层下的基层，要求能提供均匀的支承，并且具有一定的刚度和耐冲刷能力。

唧泥、错台和断裂等病害是混凝土路面最常见的损坏形式，其原因是进入路面结构内部的水份不能及时排出，反复冲刷而引起的。水泥混凝土路面的构造（二）基层和垫层151水泥混凝土路面的构造表适宜各交通等级的基层类型

水泥混凝土路面的构造152水泥混凝土路面的构造（三）接缝的构造与布置1.设置原因：由于一年四季的气温变化，温度坡差将促使面板向上或向下翘曲，混凝土面板会产生不同程度的膨胀和收缩，使板破坏。2.分类：按作用的不同，接缝可分为缩缝、胀缝和施工缝三类。按布设位置分为纵缝与横缝两大类。水泥混凝土路面的构造（三）接缝的构造与布置153水泥混凝土路面的构造3．纵缝及其构造纵缝指与路线平行的接缝称为纵缝。分为纵向缩缝和纵向施工缝。右图为纵缝构造(单位：mm)

a)纵向施工缝b)纵向缩缝水泥混凝土路面的构造3．纵缝及其构造154水泥混凝土路面的构造（1）纵向施工缝一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。是按车行道宽度（一般为3～4m）来设置的，这对行车和施工都较方便。根据路面宽度定出需要设置的车道数。一般情况下四个车道则设三条纵缝。采用平缝加拉杆型，拉杆设置在板厚的1/2处，上部应锯切槽口，深度为3～4cm,宽度为3～8mm，槽内灌塞填缝料，其构造如图6-11a)所示。（2）纵向缩缝一次铺筑宽度大于4.5m时，应设置纵向缩缝。纵向缩缝采用假缝形式，并宜在板厚中央设置拉杆。其构造图如图6-11b)。拉杆的作用是保证纵缝两侧路面层板在纵缝位置的紧密联系，以免沿路拱横坡向两侧滑动。拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚的中央。拉杆中部100mm的范围内应进行防锈处理。水泥混凝土路面的构造（1）纵向施工缝一次铺筑宽度小于路面155水泥混凝土路面的构造4.横缝及其构造横缝指与路线垂直的接缝称为横缝，横缝分为横向缩缝、横向胀缝和横向施工缝三种。水泥混凝土路面的构造4.横缝及其构造156水泥混凝土路面的构造（1）横向施工缝

每天施工结束，或当浇筑混凝土过程中因其他原因，如拌和机突然发生故障一时难以修复，或天下大雨等原因，浇筑工作无法进行必须设横向施工缝。其位置应尽可能设在缩缝或胀缝处。设在缩缝处的施工缝，采用设传力杆的平缝形式，其上部应设置深为板厚的l／4~1／5或4~6cm，宽为3~8mm；设在胀缝处的施工缝，其形式与胀缝相同。右图横向施工缝构造（单位：mm)a)设传力杆平缝型；b)设拉杆企口缝型水泥混凝土路面的构造（1）横向施工缝157水泥混凝土路面的构造（2）横向缩缝（或称假缝）

横向缩缝通常垂直于路中心线方向等间距布置。为了控制由翘曲应力产生的裂缝，横