沥青路面设计讲义总结

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求解方法：将车轮荷载简化为圆形均布荷载14.3

沥青路面结构组合设计基本原则：面层耐久、基层坚实、土基稳定具体要求：1.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、抗磨耗---适宜厚度2.在各种自然因素作用下稳定性好

水稳定性和温度稳定性---最小防冻厚度3.考虑结构层的特点：

上下层匹配，总体上强度足够--路面结构组合面层：高速一级分三层，二三级分双层三四级单层基层：柔性基层、半刚性基层、刚性基层垫层：防水、排水、防污、防冻垫层土基：层间结合：透层沥青、粘层沥青、单层表处下封层、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:０１沥青混凝土与沥青碎石类０６石灰煤渣类０２其它沥青混合料类０７石灰粉煤灰类０３石灰稳定类０８水泥粉煤灰类０４水泥稳定类０９石灰水泥粉煤灰类０５水泥石灰稳定类１０粒料类

二、材料名称编码:１、第一大类（０１）

０１粗粒式沥青混凝土０７粗粒式乳化沥青碎石０２中粒式沥青混凝土０８中粒式乳化沥青碎石０３细粒式沥青混凝土０９细粒式乳化沥青碎石０４粗粒式沥青碎石１０粗粒式沥青玛蹄脂碎石０５中粒式沥青碎石１１中粒式沥青玛蹄脂碎石０６细粒式沥青碎石１２细粒式沥青玛蹄脂碎石

２、第二大类（０２）

０１沥青贯入式０２沥青上拌下贯０３沥青表面处治０４沥青砂０５沥青土

０６沥青石屑３、第三大类（０３）

０１石灰土１１石灰土稳定砂砾０２碎石灰土１２石灰土稳定碎石０３砾石灰土１３石灰土稳定矿渣０４煤渣灰土１４石灰土稳定钢渣０５石灰碎石土１５石灰土稳定砾石０６石灰砂砾土１６石灰土稳定碎砾石

４、第四大类（０４）

０１水泥土１１水泥稳定砂砾

１５水泥稳定钢渣

０２水泥碎石土１２水泥稳定碎石

１６水泥稳定砾石

０３水泥稳定石屑１３水泥稳定矿渣

１７水泥稳定碎砾石

０４水泥砂砾土１４水泥稳定石渣

５、第五大类（０５）

０１水泥石灰稳定土１１水泥石灰稳定砂砾

１４水泥石灰稳定钢渣

０２水泥石灰碎石土１２水泥石灰稳定矿渣

１５水泥石灰稳定砾石

０３水泥石灰砂砾土１３水泥石灰稳定碎石

１６水泥石灰稳定碎砾石６、第六大类（０６）

０１石灰煤渣土１１石灰煤渣砂砾

１６石灰煤渣碎砾石０２石灰煤渣碎石土１２石灰煤渣碎石０３石灰煤渣１３石灰煤渣钢渣０４石灰煤渣砂砾土１４石灰煤渣矿渣０５石灰煤渣砂１５石灰煤渣砾石７、第第七大大类（（０７７）０１石石灰粉粉煤灰灰土１１１１石石灰灰粉煤煤灰砂砂砾１６石石灰粉粉煤灰灰碎砾砾石０２石石灰粉粉煤灰灰碎石石土１１２２石石灰灰粉煤煤灰碎碎石０３石石灰粉粉煤灰灰１１３石石灰粉粉煤灰灰砾石石０４石石灰粉粉煤灰灰砂砾砾土１１４４石石灰灰粉煤煤灰矿矿渣０５石石灰粉粉煤灰灰砂１１５５石石灰灰粉煤煤灰钢钢渣８、第第八大大类（（０８８）０１水水泥粉粉煤灰灰土１１１１水水泥泥粉煤煤灰砂砂砾１６水水泥粉粉煤灰灰碎砾砾石０２水水泥粉粉煤灰灰碎石石土１１２２水水泥泥粉煤煤灰碎碎石０３水水泥粉粉煤灰灰１１３水水泥粉粉煤灰灰砾石石０４水水泥粉粉煤灰灰砂砾砾土１１４４水水泥泥粉煤煤灰矿矿渣０５水水泥粉粉煤灰灰砂１１５５水水泥泥粉煤煤灰钢钢渣９、第第九大大类（（０９９）０１石石灰水水泥粉粉煤灰灰土１１１石石灰水水泥粉粉煤灰灰砂砾砾１６石石灰水水泥粉粉煤灰灰碎砾砾石０２石石灰水水泥粉粉煤灰灰碎石石土１１２２石石灰灰水泥泥粉煤煤灰碎碎石０３石石灰水水泥粉粉煤灰灰１１３３石石灰灰水泥泥粉煤煤灰砾砾石０４石石灰水水泥粉粉煤灰灰砂砾砾土１１４４石石灰灰水泥泥粉煤煤灰矿矿渣０５石石灰水水泥粉粉煤灰灰砂１１５５石石灰灰水泥泥粉煤煤灰钢钢渣１０、、第十十大类类（１１０））０１泥泥结碎碎石１１５５填填隙隙碎石石０２级级配碎碎石１１６６未未筛筛分碎碎石０３泥泥结砾砾石１１７７粒粒料料改善善土０４级级配砾砾石１１８８碎碎石石土０５泥泥结碎碎砾石石１１９砾砾石土土０６级级配碎碎砾石石２２０风风化砂砂０７级级配砂砂砾２２１１风风化化砂土土０８天天然砂砂砾２２２２粗粗砂砂０９泥泥灰结碎石石２２３中中砂１０泥泥灰结砾石石２２４煤煤渣１１泥泥灰结碎砾砾石２２５矿矿渣１２级级配碎石掺掺灰２２６钢钢渣１３级级配砾石掺掺灰２２７石石渣１４级级配碎砾石石掺灰２２８山山皮土14.4我国沥青路路面设计方方法设计理论：采用双圆垂垂直均布荷荷载作用下的多层弹弹性层状体体系理论。设计指标：：以设计弯沉值值为路面整体体刚度的设设计指标。。以层底拉应力力对沥青混凝凝土面层和和半刚性材材料的基层层、底基层层进行验算算。一、计算图图式zpE1、µ1E0、µ0δδrE2、µ2hHABCδDE二、路面的的容许弯沉沉值和设计计弯沉值1、路面的的容许弯沉沉值路面在使用用期末的不不利季节，，在设计标标准轴载作作用下容许出出现的最大大回弹弯沉沉值。2、路面的的设计弯沉沉值路面竣工后后第一年不不利季节、、路面在标标准轴载100kN作用下，，测得的最最大回弹弯弯沉值。设计弯沉实测弯沉（计算弯沉沉）0三、沥青路面交交通等级和和轴载换算算公路等级设计年限(年)高速公路一级公路15二级公路12三级公路四级公路861.路面设计年年限注：《公路路沥青路面面设计规范范》JTGD50-20062.轴载换算标准轴载—我国路路面设计以以双轮组单单轴载100kN为标准轴载。。即BZZ－－100。等效换算原原则：1）换算以达到到相同的临临界状态为为标准2）对某一种交交通组成，，不论以哪哪种轴载的的标准进行行轴载换算，由由换算所得得轴载作用用次数计算算的路面厚厚度是相等的当量轴载换换算1.当以弯沉值及沥青层层底拉应力力为设计指标标时，凡轴载大于25kN的各级轴载载P1的作用次数数n1，换算成标准轴载P的当量作作用次数N：2.当进行半刚性基层层的层底拉拉应力验算时，凡大于50kN的各级轴载载P1的作用次数数n1，换算成标标准轴载P的当量作作用次数N´：例题：已知知某载货车车为双后轴轴（轮距小小于3m））双轮组，，每一后轴轴重80kN，前轴轴重50kN。试求该货货车通过一一次相当于于标准轴BZZ-100作用用几次。3.设计年限累累计当量标标准轴载：：车道特征η车道特征η双向单车道1.0双向六车道0.3-0.4双向两车道0.6-0.7双向八车道0.25-0.35双向四车道0.4-0.5车道系数注：《公路路沥青路面面设计规范范》JTGD50-20064.交通等等级交通等级BZZ-100累计标准轴次Ne（次/车道）大客车及中型以上的各种货车交通量【辆/（d.车道）】轻交通<3×106<600中等交通3×106-1.2×107600-1500重交通1.2×107-2.5×1071500-3000较重交通>2.5×107>3000四、路面材材料设计参参数以路面设计计弯沉值计计算路面结结构厚度时时采用20。C抗压模量量。验算层底拉拉应力采用用15。C的抗压模模量。结构层材料料的容许应力Ks---抗拉拉强度系数数。见书P-3060五、结构层层材料的容容许拉应力力结构层底面面的最大拉拉应力不大大于结构层层材料的容许应力沥青混凝土土的劈裂强强度以15。C的测试温温度值计算算。水泥稳定类类材料的龄龄期规定为为90天的的极限劈裂裂强度，二灰稳定类类、石灰稳稳定类的龄龄期为180天的极极限劈裂强强度，对水泥粉煤煤灰稳定材材料的龄期期为120天的极限限劈裂强度度。层底拉应力力以单圆荷荷载中心处处（B点））及双圆轮轮隙中心（（C点）为为计算点，，取较大值计计算层底拉拉应力。理论最大拉拉应力系数数六、弯沉值值和结构层层底拉应力力的确定七、多层路面面的等效换算对于多层体体系可用电电子计算机机求解，当当条件不具具备时，可可换算为三三层（或双双层）体系系计算。进进行等效换换算。1、等效弯沉沉的换算或例题：为求求算表中所所示五层体体系表面弯弯沉，请将将该体系换换算为三层层体系。层号厚度(cm)模量(MPa)141100287003153004201205352、等效上层层底面弯拉拉应力的换换算换算后上层层换算后中层层八、新建路路面厚度设设计新建路面路路面结构设设计：交通量已知知，各层材料（（模量、泊泊松比、抗抗拉应力））已知，除待设计层层外各层厚厚度已知，，按弯沉标准准去计算设设计层厚度度；3、等效中层层底面弯拉拉应力的换换算路面结构层层厚度确定定要满足：：2.双圆圆轮隙中心心（C点））或单圆荷荷载中心处处（B点））的层底拉拉应力应小小于或等于于容许拉应应力，即：：1.轮隙隙中心处（（A点）的的路表计算算弯沉值应应小于等于于设计弯沉沉值。即：：A

新建路面厚厚度设计设计过程：：1）计算设计年年限内的标标准轴载累累计当量轴轴次，确定定交通量等级、、面层类型型、计算设设计弯沉值值和容许弯弯拉应力。2）确定土基回回弹模量E03）拟定路路面结构组组合与厚度度方案，确确定各层的的抗压回弹模量，弯弯拉模量与与抗拉强度度。4）计算路面结结构设计层层的厚度，，并验算层层底拉应力力（高速、、一级、二二级公路））。5）对于季季节性冰冻冻地区高级级、次高级级路面，验验算防冻厚厚度6）进行技技术经济方方案比较，，选择最佳佳方案。新建路面结结构设计步步骤见:P317设计实例甲乙两地之之间计划修修建一条四四车道的一一级公路，，在使用期期内交通量量的年平均均增长率为为10%。该路段段处于IV7区，为粉质质土，稠度度为1.00,沿途有大量量碎石集料料，并有石石灰供给。。，预测该该路竣工后后第一年的的交通组成成如下表所所示，试进进行路面结结构设计。。1、轴载分分析之轴载载换算（弯弯沉及沥青青层弯拉应应力分析时时）6.46.46.46.46.49.2250.480.212.37.92092.3注：轴载小小于25KN的轴载作用用不计。2、轴载分析析之轴载换换算（半刚刚性层弯拉拉应力分析时））注：轴载小小于50kN的轴载作作用不计。。1.8510.318043、轴载分析析之累计标标准轴载作作用次数（累计当量量轴次）作弯沉计算算及沥青层层底弯拉应应力验算时时作半刚性基基层层底弯弯拉应力验验算时2092.3×0.45109184181804×0.459414409设计年限内内一个行车车道上的累累计标准轴轴次为1000万次左右。根据据规范推荐荐结构，并并考虑到公公路沿途有有大量碎石且有石石灰供应，，路面结构构采用：4、初拟结构构组合和材材料选取细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)

粗粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)水泥稳定碎石（取25cm）底基层采用石灰土（厚度待定）5.各层材材料的抗压压模量与劈劈裂强度查表14-7，，14-8得到各层材材料的抗压压回弹模量量和劈裂强度。。抗压回弹弹模量取20℃的模模量，得到到20℃的抗压回弹弹模量：细粒式密级级配沥青混混凝土为1400MPa，中粒式密级级配沥青混混凝土为1200MPa，粗粒式密级级配沥青混混凝土为1000MPa，水泥碎石为为1500MPa，，石灰土550MPa。各层材料的的劈裂强度度：细粒式密级级配沥青混混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥沥青混凝土为1.0MPa，，粗粒式密级配沥沥青混凝土为0.8MPa，，水泥稳定碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa6.土基回弹模模量的确定该路段处于IV7区，为粉质土，，稠度为1.00，查表2-12“二级自然区划各各土组土基回弹弹模量参考值（MPa）”查得得土基回弹模量量为40MPa。7.设计指标的的确定--设计计弯沉值本公路为一级公公路，公路等级级系数取1.0，面层是沥青青混凝土，面层层类型系数取1.0，半刚性性基层，底基层层总厚度大于20cm，基层层类型系数取1.0设计弯沉值为：：1091841823.48.设计指标的的确定-各层材料的容许拉应力细粒式密级配沥沥青混凝土；中粒式密级配沥沥青混凝土；粗粒式密级配沥沥青混凝土；水泥碎石：石灰土：941440994144099414409941440994144099.总结设计资资料设计弯沉值为23.4（0.01mm）25通过程序设计计计算得到，石灰土的厚度为为24.5cm，实际路面结构的的路表实测弯沉沉值24.19(0.01mm)，沥青面层的层底底均受压应力水泥碎石层底的的最大拉应力0.1223MPa，石灰土层底最大大拉应力为0.075MPa。结构层最大的拉拉应力小于等于于结构层材料的的容许拉应力。σm≤σR上述设计结果满满足设计要求。。10.确定石灰土土层厚度通过程序设计计计算得到，石灰灰土的厚度；通过利用弹性三三层连续体系的的诺谟图求解。。沥青面层的层底底均受压应力水泥碎石层底的的最大拉应力0.1223MPa，石灰土层底最大大拉应力为0.075MPa。结构层最大的拉拉应力小于等于于结构层材料的的容许拉应力。σm≤σR上述设计结果满满足设计要求。。11.路面结构构层的应力验算算12、防冻厚度验算算：在季节性冰冻地地区的中湿、潮潮湿路段要验算算，与当地冬季负温度的的累积值、路面面结构层材料的的热物性、路基潮湿类型、、路基土类以及及道路冻深有关关。f-最近10年冻结指数平均均值，由气象资资料定。（查规范）若结构层总厚度度小于最小防冻冻厚度，应增加加防冻垫层。路面竣工验收指指标弯沉容易检测，，所以一般用弯弯沉作为竣工验验收指标，要求求：注：实测弯沉值值不在20℃标标准温度时，进进行修正。实测弯沉值要考考虑一定的保证证率。14.5沥青路面改建设设计沥青路面随时间间，其性能和承承载能力不断降降低，超过设计计使用年限（或或超过累计当量量轴次后）将不不能满足正常行行车要求，需进进行补强或改建建。补强设计的工作作内容：路面结构状况调调查、弯沉评定定、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（局部改线）等等