工学路面工程

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第七章路面工程总论第一节路面的功能及对路面的要求

一、路面的功能路面——是在路基顶面用各种筑路材料按一定技术要求铺筑而成的层状结构物。路基与路面的关系：路基是路面的基础.铺筑路面后使路基免受行车荷载的直接作用，路基顶面受自然因素的影响也大大减小，路面的功能：可保证汽车快速、舒适、安全行驶。第2页/共213页二、路面的基本要求

1.路面应具有足够的强度和刚度

路面强度路面刚度2.路面应具有良好的稳定性路面的稳定性——路面抵抗外界因素作用，保持其强度和刚度不变的性能.主要包括水稳定性和温度稳定性.

第3页/共213页路面的水稳定性——路面抵抗各中水源的影响，保持其强度和刚度不变的性能.

路面温度稳定性——路面抵抗温度变化的影响，保持其强度和刚度不变的性能.

例：(1）沥青路面在高温下强度和刚度降低，在车轮作用下出现车辙、波浪等变形。（2）沥青路面低温状况下容易出现收缩开裂。第4页/共213页3.路面应具有良好的耐久性

良好耐久性可使路面维持较长的服务年限，保持具有良好的使用品质。4.要求路表优良好的平整度

平整度好坏直接关系到行车的舒适性，也是影响行车安全和运输经济的重要指标。第5页/共213页5.路面应具有良好的抗滑性能

路表面平整而粗糙，使车轮与路面具有良好的摩擦效果是保证行车安全的重要条件，对于设计车速高的公路尤其如此。6.路面应具有良好的封水性能

采用不透水的的面层可使大气降水不滞留于路表或路面结构内，避免在行车荷载作用下产生水损坏。第6页/共213页

第二节路面的结构及组成一、路面横断面路面横断面由行车道、硬路肩或土路肩组成。通常分为路槽式和全铺式两种。

1.槽式横断面在路基顶面作成与行车道加硬路肩宽度相同的浅槽，在槽内铺筑路面。挖方路基采用挖路槽方式、填方路基采用培路肩方式形成。

2.全铺式横断面在路基全宽范围内铺筑路面。第7页/共213页二、路拱横坡

作用：形式：四、路面结构层及其功能1.面层

1）功能

面层是路面最上面的结构层次，直接承受行车荷载和环境因素的作用。与其他结构层相比，其综合质量要求最高。

第8页/共213页2）质量要求

第9页/共213页3）面层材料2.基层

1）功能

2）质量要求

第10页/共213页3）基层材料

（1）半刚性材料

a.水泥稳定类

b.工业废渣稳定类第11页/共213页

c.石灰稳定类

（2）粒料类

级配碎石、级配砂砾、泥结碎石、泥灰结碎石。

3.垫层

1）功能

第12页/共213页

五、路面材料层宽度

为保护面层边缘，基层应宽出面层边缘25cm以上，垫层宽出基层边缘25cm以上。

整个路面在横断面上成梯形。垫层有时与路基同宽以利排水。第13页/共213页

第三节路面的分级与分类

一、路面分级分级指标：高级路面

1）适用条件交通量大、公路等级高或有特殊要求的公路。高速、一级、二级公路。

2）特点

3）主要材料类型沥青混凝土、水泥混凝土、厂拌沥青碎石、整齐块石（广场）。第14页/共213页2.次高级路面

1）适用条件

交通量较大、公路等级较高的公路。二级、三级公路。

2）主要材料类型3.中级路面

1）适用条件

三级、四级公路。

2）主要材料类型

粒料类材料。第15页/共213页4.低级路面

1）适用条件

仅能适应很小的交通量较小、行车速度低。四级公路。

2）特点

强度、稳定性、使用寿命、路表平整均最差。不能保证全天候通行。

3）主要材料类型

粒料加固土、其他就近取用材料。二、路面分类

分类指标：路面结构力学特性

1.柔性路面

柔性路面结构整体刚度小，路基路面主要靠抗压强度、抗剪强度承受行车荷载作用，在行车荷载作用下路表产生的弯沉变形大，路基顶面承受较大的单位压力。

主要为：沥青类面层、粒料类面层或块石面层组成。第16页/共213页2.刚性路面

刚性路面主要为各类水泥混凝土作面层或基层的路面结构。具有较高的强度、刚度和抗弯拉性能，板体具有较好的扩散行车荷载应力的作用，路基顶面承受的单位竖向应力比柔性路面小很多。3.半刚性路面

沥青类面层铺筑在半刚性基层上形成的路面结构。

半刚性基层——用无机结合料（石灰、水泥、工业废渣）稳定土或粒料修筑而成的基层。其强度随时间增加而不断增强，初期强度和刚度较低，具有柔性路面的特性，后期强度和刚度大幅度提高但仍远小于刚性路面。第17页/共213页

第八章行车荷载、环境因素

第一节行车荷载

一、汽车轴型与接地压力1.汽车轴型

2.轮胎接地压力轴重通过轮胎传递到路面，其大小受轮胎充气压力、轮胎类型、轮胎大小等因素影响。设计时通常视轮胎内压为接地压力。

3.接触面积第18页/共213页轮胎与路面的接触面实际为不规则的椭圆形，但为了简化理论计算的边界条件，通常圆形接触面积。其半径为：

δ=（10P／（πp））1/2

（每侧双轮用一个单圆表示）

δ=（5P／（πp））1/2

（每侧双轮用两个双圆表示）

二、运动车辆对路面的作用

1.作用力系

2.动荷特性

作用于路面上的轮载实际为动荷，主要是因为车辆行驶时存在自身的振动和路面不平整带来的冲击作用。动轮载和静轮载的比值称为冲击系数，车速越高、路面平整度越差、路面刚度越大，冲击系数越大。第19页/共213页3.瞬时性三、交通分析主要是研究路面在设计年限内各种轴型和各级轴载对路面的重复作用次数。交通量的统计与预测交通量是在一定时间段内通过道路某一断面的车辆总数，路面设计通常以平均日交通量描述交通量的大小。准确客观的交通量应通过观察站作较长时间的观察、统计。进行路面交通量调查时，需要分清车辆型号、装载情况、轴型等。对于轴重小于20KN的车辆可不予统计在内。对于轴重较大的车辆则应统计准确，因为这些轴型对路面的损害最大。第20页/共213页2.车辆轮迹横向分布车辆通过路面时，轮迹在横断面上不是全宽均匀分布，也不是完全集中于某一位置，而是按一定的规律分布。其分布规律与交通阻止情况、路面宽度、交通密度和速度、交通组成等因素有关。沥青路面设计时以单车道横向分布系数为基准，其他情况下车道的横向分布系数与该值的比值称为车道系数η，用其确定通过路面的最大累计轴载作用次数。混凝土路面设计时则直接以横向分布系数来确定累计轴载作用次数。第21页/共213页3.标准轴载换算

换算原则：

等效破坏的原则换算成标准轴载的作用次数。

标准轴载：我国规定沥青路面和刚性路面设计时的标准轴载为100KN，以BZZ-100表示。当量轴次——将交通量中各级轴载换算成标准轴载后得到的轴载作用次数称为当量轴次（次/日）。由此可计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne，第22页/共213页

第二节环境因素对路面的影响

1.路基湿度对路面的影响路基湿度不同则其强度、稳定性也不同，对路面的厚度、结构形式产生影响。2.温度对路面的影响

1）路面温度变化预测通过长时间大量观察、测试确定路面内温度变化情况，为路面结构设计、材料设计提供依据。

2）温度对路面的影响

路面类型不同。温度的影响也不一样。3.冰冻与冻融对路面的影响

1）冰冻

条件为：（1）粉性土基（2）气温缓慢下降（3）存在地下水第23页/共213页

2）冻融冬季后气温回升时，上层冰冻的路基开始融化，此时更下层的土基因冰冻而不透水，导致与路面接触的部分土基因含水量陡然增加而丧失强度，使路面在荷载作用下受到破坏。严重时形成路面翻浆。第24页/共213页

第九章块、碎石路面基层

第一节路面基层的分类及特点

1.柔性基层

1）沥青稳定类基层（1）定义沥青稳定类基层是以沥青为结合料，将其与土或粒料混合后经碾压成型的基层形式。（2）强度特点属典型的柔性基层，靠沥青粘结力提高强度，具有一定强度，水稳性较好而温度稳定性差。（3）适用条件主要适用于沥青丰富地区。第25页/共213页

2）粒料类基层（1）定义由具有一定级配的离散状颗粒材料经碾压成形的基层形式。（2）强度特点有两种强度形成原理：嵌挤原理和密实原理。嵌挤原理：强度主要靠矿料颗粒之间的嵌锁、摩阻形成，材料粘聚力处于次要地位。密实原理：混合料强度依靠具有良好级配形成理想的填充作用，获得较大的密度，从而使强度提高。（3）使用条件：石料丰富地区。第26页/共213页2.无机结合料稳定基层（1）定义用各种无机结合料与土混合后经过摊铺、碾压后，当其强度符合要求时形成的基层类型。结合料有石灰、水泥、工业废渣等。（2）强度特点主要靠结合料的粘结力形成强度。主要是石灰或水泥中的活性物质与细粒土发生一系列物理、化学反应或此类活性物质激活工业废渣的活性而具有胶结、凝固作用，使原来分散的颗粒材料成为强度较高的整体性材料。半刚性材料基层强度主要受结合料种类和剂量、性质、集料的级配等因素影响。（3）适用条件

由于半刚性材料整体性好、具有较高强度和刚度，其扩散和分布竖向应力的性能较好，使路基顶面承受的行车荷载应力较小第27页/共213页9.3碎（砾）石路面与基层（1）填隙碎石定义——用单一尺寸的粗碎石作主骨料，形成嵌锁作用，并用石屑填满碎石间的孔隙。一般按下列工序进行：①准备下承层；②运输和摊铺粗骨料；③初压；④撒布石屑；⑤振动压实；⑥第二次撒布石屑；⑦振动压实；⑧局部补撒石屑及扫匀；⑨填满孔隙，振动压实；⑩洒水饱和并碾压滚浆（湿法施工）或洒少量水后终压成型第28页/共213页填隙碎石的施工成型阶段主要在于撒铺填隙料和碾压。初压用8t两轮压路机碾压3~4遍，使粗碎石稳定就位；初压结束时，表面应平整，并具有要求的路拱和纵坡。撒铺填隙料及碾压：用石屑撒布机或类似的设备按松铺厚度2.5~3.0cm将干填隙料均匀地撤铺在已压稳的粗碎石上，用人工或机械扫匀，用振动压路机慢速辗压，将全部填料振入粗碎石间的孔隙中。第29页/共213页如没有振动压路机，可用重型振动板代替。反复该过程2～3次，直到全部孔隙被填满为止。同时，应将局部多余的填隙料铲除或扫除，填隙料不应在粗碎石表面局部地自成一层，表面必须能见到粗碎石。若设计厚度超过一层压实厚度，需分层施工时，应将已压成的隙碎石层表面的填隙料扫除一些，使表面粗碎石外露5～l0mm，然后再摊铺第二层粗碎石。第30页/共213页

2）泥结碎石基层定义：同一尺寸石料修筑，在使用过程中，石料会被压碎而向级配化转化。强度和稳定性取决于碎石嵌挤作用，土的粘结作用。泥结碎石基层的矿料粒径不宜小于40mm，并不大于层厚的0.7倍，石料等级不低于Ⅳ级，长条、扁平状颗粒含量不宜超过20%。泥结碎石层所用粘土，应具有较高的粘性，塑性指数以12～15为宜。粘土内不得含腐殖质或其他杂物。粘土用量一般不超过混合料总重的15%～18％。

第31页/共213页泥结碎石层施工方法有灌浆法、拌和法和层铺法3种。灌浆法工序：①准备工作

包括放样、布置料堆、整理路槽、拌制泥浆等。泥浆一般按水与土的体积比为0．8：1至1：1进行拌和配制。如过稠，泥浆将灌不下去而积在碎石层表面；如过稀，则易流淌于碎石层底部，干后体积缩小，粘结力降低，均会影响基层的强度和稳定性。第32页/共213页

②摊铺碎石：

压实系数的1.2~1.3。③初压

碎石铺好后，用轻型压路机碾压。碾速易慢，每分钟25~30m，轮迹重叠25～30cm。一般碾压6~8遍，至石料无松动为止。不要过多、过重碾压，防止堵塞碎石缝隙，妨碍灌浆。

④灌浆

在预压的碎石层上，灌注泥浆，浆要浇得均匀、浇得透，以灌满孔隙、表面与碎石齐平为度，但碎石棱角仍应露出泥浆之上。第33页/共213页

⑤撒嵌缝料

灌浆1～2h后，待泥浆下注，空隙中空气溢出而表面未干前撒铺5～15mm的嵌缝料（1～1.5m3／100m2）。⑥碾压

撒过嵌缝料后，即用中型压路机进行碾压，并随时注意用扫帚将石屑扫匀。最终碾压阶段，需使碎石缝隙内泥浆能翻到路面上与所撒石屑粘成一个坚实的整体。

第34页/共213页（3）泥灰结碎石基层

定义：特点：泥灰结碎石对粘土质量的规格要求与泥结碎石相同，石灰质量不低于3级。石灰与土的用量不应大于混合料总重的20%，其中石灰剂量为土重的8％～12%。泥灰结碎石层的施工工序与泥结碎石相同，若采用拌和法时，应先将石灰与粘土拌和均匀，再与石料拌和，摊铺均匀，边压边洒水，使石灰与土在碾压中成浆并充满空隙。第35页/共213页

第四节级配碎石基层定义：碎石中的扁平、长条颗粒的总含量应不超过20%，碎石中也不应有粘土块、植物等有害物质。每层的压实厚度不超过15～18cm，若用重型振动压路机和轮胎压路机碾压时，压实厚度可达20cm；级配碎石可采用路拌法施工，当用于半刚性路面的中间层时，应采用厂拌法，并宜用摊铺机摊铺混合料。第36页/共213页路拌法施工工序如下：①准备下承层②施工放样③准备集料和运输将碎石和石屑洒水，使混合料的含水量超过最佳含水量约1%，以减少运输过程中的离析现象。④摊铺松铺系数人工为l.40~1.50，平地机为1.25~1.35），将料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面要力求平整，并具有规定的路拱。第37页/共213页

⑥碾压

整型后，用12t以上三轮压路机、振动压路机或轮胎压路机进行碾压。一般需碾压6～8遍，使表面无明显轮迹。压路机不得在已完成或正在碾压的路段上“调头”和急刹车。凡含土的级配碎石层，都应进行滚浆碾压，一直压到碎石层中无多余细土泛到表面为止。滚到表面的浆（或事后变干的薄层土）应予清除干净。⑦接缝处理

应避免纵向接缝，如必须分幅铺筑时，纵缝应搭接拌和。两作业段衔接的横缝处，应搭接拌和。第一段拌和后，留5～8m不碾压，第二段施工时，前段留下未压部分与第二段一起拌和整平后进行碾压。

厂拌法施工宜采用不同粒级的单一尺寸碎石和石屑，按预定配合比在拌和机内拌制级配碎石混合料。碾压、整型同路拌法施工。

第38页/共213页第十章无机结合料稳定基层第一节概述（1）定义用各种无机结合料与土混合后经过摊铺、碾压后，当其强度符合要求时形成的基层类型。结合料有石灰、水泥、工业废渣等。（2）强度特点主要是石灰或水泥中的活性物质与细粒土发生一系列物理、化学反应或此类活性物质激活工业废渣的活性而具有胶结、凝固作用，使原来分散的颗粒材料成为强度较高的整体性材料。材料强度主要受结合料种类和剂量、性质、集料的级配等因素影响。（3）使用情况第39页/共213页

第三节石灰稳定类基层定义在粉碎或原来松散的土中掺入适量的石灰和水，经拌和、摊铺、碾压、养生后得到的混合料层，当其抗压强度达到规定要求时，即得石灰稳定土基层。2.材料种类石灰土基层——用石灰稳定细粒土得到的基层。石灰碎石土基层——用石灰稳定土和碎石混合料得到的基层。其中以土为主时称为石灰土碎石，以碎石为主时称为石灰碎石土。石灰砂砾土基层——用石灰稳定土和砂砾混合料得到的基层。其中以土为主时称为石灰土砂砾，以碎石为主时称为石灰砂砾土。第40页/共213页3.强度形成原理

石灰与土粒发生的作用主要为四个（1）离子交换作用

离子交换作用主要使土的工程性质发生改变，是石灰土基层初期发生变化的主要原因。其作用机理是：离解后的熟石灰中的二价Ca+2离子能当量替换土粒表面的一价金属离子Na+、k+，此作用使土粒表面吸附的水膜减薄，土粒之间更为接近，分子引力增加，许多单个土粒聚集成结构更为紧密的土团，相当于土的颗粒粒径增大，所以工程性质得到改善。第41页/共213页

（2）结晶作用

除进行离子交换的熟石灰外，另一部分饱和状态的熟石灰与水形成水合氢氧化钙晶体，在土中形成结晶网格，此过程把土粒胶结成整体且水合氢氧化钙晶体溶解度较小，改善了土的水稳定性。反应式为：

Ca(OH)2+nH2O→Ca(OH)2.nH2O

3）火山灰作用

此反应在不断吸收水分的过程中进行，生成物具有水硬性，同时该生成物与结晶作用生成物形成包裹土团的稳定保护膜。起填充和隔水作用，同时密度提高。火山灰作用是一个较为缓慢的过程，是石灰土强度形成需要较长的养护期。第42页/共213页反应式为：

xCa(OH)2+SiO2+nH2O→CaO·SiO2

·(n+)H2O

xCa(OH)2+Al2O3+nH2O→CaO·Al2O3

·(n+)H2O

4）碳酸化作用

土中的Ca(OH)2与土中的CO2反应后生成具有较高强度和稳定性的碳酸钙晶体，相应提高了土的强度和稳定性。该反应持续较长时间，所以石灰土后期强度较高。反应式为：

Ca(OH)2+CO2+→H2O+CaCO3

第43页/共213页4.影响石灰土强度的因素

1）土质通常情况下土的粒径越小、各种作用发生越充分、土质得到改性的效果越明显。但工程中很少使用粒径很小、塑寻性指数很大的重粘土，因为难以将其充分粉碎；也很少使用粒径大而无塑性的砂土，因为加入石灰后工程性质提高幅度并不大。塑性指数为15～20的粘性土最适宜用石灰稳定，在工程中最适用。

2）灰质石灰质量好则有效成分多（CaO、MgO),形成强度的各种作用得到充分进行，有利于提高强度和稳定性。石灰质量应达到相关技术要求。第44页/共213页

3）石灰剂量

灰剂量对石灰土基层强度影响明显。通常情况下，石灰剂量较小（<3％～4％）时，土的部分工程性质得到改善；随着石灰剂量的增加，石灰土强度和稳定性不断提高，但超过一定限度时，强度反而降低；因此石灰剂量有最佳值要求，应通过混合料配合比设计和相关试验确定。第45页/共213页4）拌和及压实

土的粉碎程度和拌和均匀性对石灰土基层强度影响很大，土越粉碎则石灰与土的各种反应越充分，稳定效越较好。5）养生条件和凝期

高温和一定湿度对石灰土强度形成有利。石灰土强度随时间而缓慢增长，达到设计强度的凝期较长。第46页/共213页5.石灰稳定土混合料设计

1）设计任务选择合适的土质、确定最佳石灰剂量和混合料最佳含水量、通过试验确认强度达到要求且经济合理的配合比。

2）设计步骤

（1）制备试样

根据一种土样、不同石灰剂量的混合料。为减少试验量，可根据经验确定一个较窄的剂量范围。（2）确定混合料最佳含水量和最大干密度（3）制备与施工压实度相同的强度试验试件（4）进行抗压强度试验，根据试验结果确定强度达到要求、可用于实际工程的混合料配合比。第47页/共213页6.石灰稳定土基层施工

1）路拌法施工（1）准备下承层（2）施工放样（3）摊铺土、石灰（4）拌和与洒水（5）整形和碾压

（6）养生

2）厂拌法施工用专用设备在集中拌和站拌和，要求充分粉碎土块、配料准确、控制含水量、拌和均匀。

第48页/共213页

第四节水泥稳定土类基层定义由于这种基层取材容易、强度高、稳定性好，广泛用于各级各类公路路面基层，尤其是交通量大的高等级公路路面。2.材料种类

水泥稳定土——用水泥稳定细粒土得到的基层。水泥稳定碎石——用水泥稳定粒径较大的级配碎石或天然级配形成的基层。

第49页/共213页水泥稳定砂粒——水泥稳定沙砾土——3.强度形成原理（1）水泥的水化作用与水泥混凝土强度形成一样，水化反应生成具有胶结作用的水化物，水泥土强度的主要来源。水化产物在土的矿质颗粒空隙中相互交织搭接，将土颗粒包裹并连接起来，使土丧失原有塑性，从而改变土的工程特性。由于在土的特定环境中，水泥在土中发生的水化反应弱于水泥混凝土。第50页/共213页2）离子交换作用

机理与石灰稳定土相同。

3）化学激化作用混合料中钙离子的增加，使土混合料变为碱性环境，激发土中SiO2、Al2O3的活性。与钙离子发生反应生成新的矿物，其作用与水泥水化产物作用相同。有利于提高土的强度和稳定性。

4）碳酸化作用

与石灰稳定土同。

第51页/共213页4.影响强度的因素

1）土质

凡是能被经济地粉碎的土均能用水泥来稳定，但用于稳定具有良好级配的碎石、或砂砾石的效果最好，其次为砂性土。对于粒径很细的粘质土或粉质土，由于水泥用量不可能较大，因此稳定效果不明显。

2）水泥类型与剂量

普硅水泥、矿渣水泥、火山灰水泥均可使用。为便于施工，应选用终凝时间较长的低标号水泥。3）施工及养生

第52页/共213页5.混合料组成设计

1）设计任务选择合适的土类、确定水泥剂量、确定最佳含水量、确认技术、经济符合要求的配合比。

2）设计步骤水泥稳定土类混合料组成设计与石灰土设计基本相同，但水泥剂量通常根据经济性要求确定。第53页/共213页

6.水泥稳定土类基层施工

一般要求采用厂拌法施工，工艺过与石灰土基层厂拌法施工相同。三、工业废渣稳定土类基层定义用一定量的的石灰与粉煤灰（石灰与煤渣、石灰与矿渣）与其他矿质集料混合，加入适量的水，经拌和、摊铺、碾压和养生后，当其强度达到一定要求后得到的混合料结构层。工业废渣稳定类基层具有与水泥稳定类基层基本相同的力学特性。第54页/共213页2.材料种类

石灰粉煤灰土——以石灰粉煤灰为结合料稳定细粒土。石灰粉煤灰碎石——以石灰粉煤灰为结合料稳定碎石。石灰粉煤灰碎石土——在碎石中加入少量土后以石灰粉煤灰为结合料稳定。石灰粉煤灰砂砾——以石灰粉煤灰稳定级配砂砾或天然砂砾。石灰煤渣——石灰煤渣混合料作基层。石灰煤渣碎石——以石灰煤渣碎石稳定碎石。石灰煤渣碎石土——在碎石中混入少量土后用石灰煤渣稳定。第55页/共213页3.强度形成原理

熟石灰在水环境下激活工业废渣活性材料，发生一系列物理、化学作用，对土的工程性质起改善作用，同时具有胶结作用。4.材料要求

1）石灰要求达到Ⅲ级以上，存放期短。

2）工业废渣要求达到一定技术标准，粉煤灰主要是活性材料有效含量、烧失量、细度。煤渣最大粒径应小于30mm、颗粒具有一定级配。第56页/共213页3）粒料

高等级公路路面的工业废渣基层粒料应不含或少含塑性土，粒料颗粒压碎值符合相关要求，最好采用具有良好级配的集料。5.工业废渣稳定类基层施工

施工方方法与水泥稳定粒料类基层施工工艺相同，但养生时间长于水泥稳定类。

第57页/共213页第十一章沥青类路面第一节沥青类路面及基本特点一、基本特点定义沥青类路面——以沥青为结合料来粘结矿料，按一定工艺施工成型的路面结构层。柔性基层沥青路面——在柔性基层上铺筑的沥青路面。半刚性基层沥青路面——在半刚性基层上铺筑的沥青路面。第58页/共213页2.特点

1）与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有以下特点：（1）表面无接缝、行车舒适（2）耐磨、振动小、噪音低（3）施工期短（4）工后养护维修方便、费用省（5）沥青层强度相对较低，对基层和土基强度和稳定性要求高（6）抗滑性较差（7）高温稳定性较差第59页/共213页2）与粒料类路面相比有以下特点（1）强度高、稳定性好（2）使用寿命长（3）扬尘少、对环境影响小。沥青路面是世界各国公路及城市道路的主要路面形式，由于采用沥青为结合料，增强了矿料颗粒之间的粘结力，使沥青混合料具有较高的强度和较好的稳定性，路面的使用品质、耐久性等得到提高。第60页/共213页二、沥青路面的分类按强度形成原理分类

1）嵌挤型沥青混合料中矿料采用颗粒尺寸较为单一的集料，路面的强度主要靠矿料颗粒之间产生的嵌挤、锁结和摩阻力形成，沥青粘结力相对较小，处于次要地位。此类沥青路面具有较好的高温稳定性，但由于矿料颗粒间空隙较大，所形成的路面透水性大，易渗水。此类沥青路面主要有沥青碎石、沥青贯入式等。第61页/共213页

2）密实型沥青混合料中矿料颗粒采用形成最大密度的级配类型，由沥青粘聚力和矿料内摩阻力共同形成强度，以粘聚力为主，具有较高的强度和较好的稳定性。但混合料中由于细粒矿料多，沥青用量相对较大，对高温稳定性不利。此类沥青路面主要指各型沥青混凝土。根据混合料矿料级配特点、剩余空隙率等指标不同，密实型沥青路面又可细分为多种类型，它们的路用性能各不相同。如沥青砼。第62页/共213页2.按施工工艺分类

1）层铺法（撒铺法）施工沥青路面（1）定义沥青、矿料分层撒铺，然后碾压成型的路面。主要指沥青表面处治路面和沥青贯入式路面。（2）特点

a.工艺简单、施工设备简便、功效快、造价低；

b.路面成型期长、厚度薄；

c.路面整体强度低、使用年限短。第63页/共213页2）路拌法施工沥青路面（1）定义在下承层上就地将沥青和矿料用人工或机械将沥青和矿料拌和均匀后摊铺、碾压成型的沥青路面，通常在常温下进行。主要之路拌沥青碎石路面、乳化沥青路面等。（2）特点

a.可在常温下施工，节省能源；

b.矿料与沥青混合均匀性好于层铺法施工的路面；

c.由于常温施工，需选用稠度较低的沥青，故矿料与沥青粘结效果较差。第64页/共213页

3）厂拌法施工沥青路面特点：

a.矿质集料经过严格选择，清洁、级配准确；

b.所用沥青稠度高、用量准确；

c.专用的拌和系统计量准确，可准确控制混合料加热温度、搅拌均匀，混合料具有较高质量；

d.专业机械化施工，作业速度快；第65页/共213页

e.运输、摊铺、碾压设备成系列化，路面施工质量高；

f.多用于等级较高的公路，材料成本、施工成本较高。3.按技术特性分

1）沥青混凝土（1）定义混合料经压实后达到规定的强度和剩余空隙率（剩余空隙率小于10%）时，称为沥青混凝土。第66页/共213页

（2）特点

a.具有很高的强度和密实度，是各类沥青混合料中最高的；

b.水稳性好，透水性小；

c.使用寿命长、耐久性好；

d.压实后剩余空隙率（Vv）为3%～6%称为Ⅰ型沥青混凝土，剩余空隙率为6%～10%时称为Ⅱ型沥青混凝土。剩余空隙率大小不同，其高温稳定性也不同。

d.适用于等级高、交通量大的公路。第67页/共213页（3）类型、应用

a.细粒式沥青混凝土（AC-13、AC-10、AC-5）矿料最大公称粒径为5、10或13mm的沥青混凝土。特点：使用场合：多用于降雨量较大、夏季气温不高地区的高等级公路面层。

b.中粒式沥青混凝土（AC-20、AC-16）矿料最大公称粒径为16、20mm的沥青混凝土。沥青用量适中，是高速公路、一级公路常用的面层材料。第68页/共213页

c.粗粒式沥青混凝土（AC-30、AC-25）特点：使用场合：

d.多空隙沥青混凝土（PAWC)、多碎石沥青混凝土（SAC)

采用间断级配类型的矿料和稠度较大的优质沥青形成的空隙率很大的沥青混凝土，主要是提高沥青混凝土的高温稳定性并使路表积水能迅速下渗，使路面具有良好的抗滑性能，确保行车安全。第69页/共213页2）沥青碎石（1）定义沥青碎石同样用具有规定级配的碎石、砂（天然砂或机制砂）、矿粉与一定量沥青在一定温度条件下拌和均匀，得到经压实后达到规定的强度和剩余空隙率（剩余空隙率大于10%）时，称为沥青碎石。（2）特点

第70页/共213页（3）类型、应用

a.普通沥青碎石根据矿料最大公称粒径分为细粒式（AM-13、AM-10）、中粒式（AM-20、AM-16）、粗粒式（AM-30、AM-25）、特粗式（AM-40）。

b.沥青马蹄脂碎石（SMA)

以高质量沥青、矿粉和纤维稳定剂组成的沥青马蹄脂为结合料，填充、粘结具有间断级配的高质量矿料骨架，形成多孔结构。第71页/共213页3）沥青贯入式4）沥青表面处治第二节沥青类路面对材料的基本要求沥青选择条件第72页/共213页2.矿料

1）粗集料粗集料可选用轧制碎（砾）石、筛选砾石、矿渣等，优先选用与沥青粘结良好的碱性石料。3.细集料细集料主要起改善混合料中矿料级配、增加混合料和易性、提高混合料密实度的作用。宜选用有一定级配的天然砂，质量符合要求的机制砂也可使用。第73页/共213页4.填充料通常用憎水性强的碱性石料磨制，在混合料中主要起增大矿料比表面积，增加结合沥青数量，形成的沥青胶浆填充集料空隙中并粘结集料颗粒，使混合料具有较高的强度。

第三节沥青混合料技术性质与组成设计一、沥青混合料技术性质

1.高温稳定性

1）定义

第74页/共213页

在高温时表现为车辙和波浪等永久变形。其中车辙是交通量大、渠化交通严重的高速公路路面的主要破坏形式之一。也是目前各国公路领域重点研究解决的问题。第75页/共213页

2）影响高温稳定性的因素影响沥青混合料高温稳定性的因素分外因和内因。（1）外因

a.环境温度——使用环境温度高；

b.施工质量——混合料碾压不密实；

c.交通因素——渠化交通、车辆轴载大；

第76页/共213页（2）内因

a.矿料级配——细料含量大的混合料易产生高温失稳；

b.矿料形状——表面圆滑、缺少棱角的矿料易导致混合料高温稳定性降低；

c.填充矿料——填充料过多、沥青胶浆多，高温稳定性差；

第77页/共213页d.矿料粒径——最大公称粒径较小时，高温稳定性不佳；

e.沥青用量——沥青用量过大会显著降低高温稳定性；

f.沥青质量——较稀的沥青会使混合料高温稳定性很差。第78页/共213页2.低温抗裂性

1）低温开裂定义沥青混合料在低温条件下强度和刚度增大而抗变形能力降低。在温度急剧降低时，因上部温度低于下部温度，路面结构内形成温度梯度，处于上部的沥青路面层的收缩变形会受到与其接触的下层的约束，上部沥青层内出现拉应力，当该拉应力值超过抗拉强度时，路面层就产生裂缝，即为低温开裂。第79页/共213页2）影响因素（1）外因

a.环境温度——环境温度骤降；

b.路基特性——路基水温稳定性差；

c.交通因素——车辆行车状况；

d.路面结构——路面结构厚度薄、半刚性基层低温开裂、基层与沥青材料层的粘着力强会增加缩裂现象。第80页/共213页

（2）内因

b.矿料颗粒——表面圆滑、缺少棱角的矿料混合料抗裂性能低；

c.填充矿料——填充料过多、沥青胶浆多，低温抗裂性较好；

d.沥青用量——沥青用量大会显著减少低温开裂现象；

e.沥青老化——沥青老化现象严重的路面低温开裂也严重；

f.沥青质量——粘稠的沥青会使混合料高温稳定性很差。

3）防开裂措施

（1）结构设计——在沥青混凝土层与下承层之间设应力吸收薄膜。（2）材料设计——选用较稀沥青、增加沥青用量。第81页/共213页3.水稳性定义：沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与石料的粘附性降低而使混合料的物理力学性能降低的程度。由于水与石料的亲和力大于沥青与石料的附着力，若沥青与石料粘附性低，在水环境下容易出现松散而市区强度等路用性能。沥青混合料水稳定性用浸水马歇尔试验和沥青与矿料的粘附性试验检验。三、沥青混合料组成设计从原材料到获得符合质量要求、用于铺筑路面工程实体的沥青混合料要经历三个阶段：实验室目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。第一阶段在实验室完成，后两个阶段则在施工时进行。第82页/共213页实验室目标配合比设计

1）设计任务目标配合比主要根据公路性质、交通量、筑路材料、当地气候条件、施工技术水平等选择原材料、确定矿料最大粒径、矿料级配类型和最佳沥青用量。

2）设计步骤（1）原材料选择技术、经济合理的原则，通过相关试验选择合适的沥青路面材料。第83页/共213页

（2）确定矿料最大粒径矿料最大粒径对沥青混合料路用性能影响很大。当结构层厚度（h）与矿料最大粒径（D）的比值减小时，沥青混合料的高温稳定性提高，车辙等损害减小，但抗疲劳能力降低；当h/D增大时，矿料细集料含量多，沥青用量大，沥青混合料的抗疲劳特性提高，但高温稳定性下降。通常取h/D≥2，此时沥青混合料施工可压实性较好，容易达到规定的密实度和平整度。确定矿料最大粒径后，根据混合料所在层位、气候环境、材料来源、施工条件等确定沥青混合料类型。第84页/共213页

（3）确定矿料级配在沥青混合料类型确定的情况下，根据级配理论和实际工程需要确定矿料级配范围（根据具体条件确定的矿料级配范围要比规范规定值窄许多）。在实际工程中，常常需要用两种或两种以上具有不同级配的原材料掺配后才能得到既定级配要求的矿质集料。即对矿料进行配合比设计。（4）确定最佳沥青用量沥青混合料最佳沥青用量通过马歇尔试验确定。第85页/共213页

矿料最大粒径与矿料级配确定后，根据规范推荐沥青用量范围或实际工程经验初步确定一个沥青用量，并以该值为中值，以0.5%为步长上下变化沥青用量。取5个不同的沥青用量制备马歇尔试验试件，计算各组混合料的稳定度（N）、流值（F）、密度（ρ)、饱和度（VFA）、剩余空隙率（Vv）、矿料间隙率（VMA）、马歇尔模数（S）。分别绘制沥青用量与上述各项指标的关系曲线，根据这些曲线并按规定计算方法计算确定可能的最佳沥青用量。在上述试验指标中，对沥青用量选择行最强的是剩余空隙率（Vv），该指标对沥青混合料的路用性能影响很大，其他因素如级配、沥青用量、压实情况、温度等对它的影响也很大，是一个综合性很强的指标。第86页/共213页（5）高温稳定性检验高温稳定性试验为车辙试验，试验指标为动稳定度。当这项指标不能满足规范要求时，应调整沥青用量。无法调整时，重新进行设计。第87页/共213页2.生产配合比设计阶段

用间歇式沥青混合料拌和系统生产混合料时，将二次筛分后进入各热料仓的矿料取样筛分并于目标配合比设计级配比较，以确定各热料仓的材料比例，作为搅拌系统控制室控制依据，同时反复调整各冷料仓的供料速度，以达到供料平衡。并取目标配合比设计的最佳沥青用量、+0.3％及-0.3％三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。用连续式沥青混合料拌和系统生产混合料时，目标配合比设计就是生产配合比设计。第88页/共213页3.生产配合比验证阶段

搅拌系统按生产配合比及最佳沥青用量±0.3％进行试拌，并铺筑试验路段，对生产的混合料和从试验路面钻取的芯样进行马歇尔试验，若各项指标符合规范要求，则以此时的沥青混合料配合比作为标准配合比，作为控制混合料拌和质量的依据和施工质量检查的标准。第四节沥青类路面的施工工艺及质量控制一、沥青表面处治路面沥青表面处治路面按清理下承层→浇洒第一层沥青→撒铺第一层集料→碾压→（按以上程序进行下一层施工）的工艺过程进行。第89页/共213页二、沥青贯入式路面沥青贯入式路面按清理下承层→撒铺主层集料→碾压主层集料→浇洒第一层沥青→撒铺第一层嵌缝料→碾压→浇洒第二层沥青→撒铺第二蹭嵌缝料→碾压→撒铺封层料→终压的工艺进行。三、乳化沥青混合料路面

工艺过程为：混合料拌和→摊铺→碾压。施工在常温下进行。压实成型，待水分蒸发完后加铺上封层。施工结束后作好早期养护工作，封闭交通2～6小时，开放交通后控制车速。第90页/共213页四、热拌沥青混合料路面施工准备

1）原材料质量检查

2）施工机械选型与配套

3）拌和厂选址与备料

4）试验路铺筑2.混合料拌和设备分为间歇式和连续式，间歇式拌和质量好，连续式产量大。控制沥青加热温度（温度过低不利于拌和均匀，过高沥青将老化），混合料必须拌和均匀，温度控制在160℃左右。第91页/共213页3.混合料运输注意保温、防雨、防污染，用车厢清洁的大吨位自卸汽车，运输能力略大于搅拌和摊铺能力。4.混合料摊铺

1）摊铺前作好下承层准备、施工测量及设备检查。

2）调整、确定摊铺机参数包括摊铺机机构参数、运行参数等。

3）摊铺作业

控制摊铺温度为110～130℃。控制平整度。

第92页/共213页5.混合料碾压

分初压、复压和终压三个阶段。初压用轻型钢轮压路机进行，主要是平整、稳定混合料，温度控制为110～130℃；复压使混合料密实、稳定、成型，是碾压的关键，主要用轮胎式压路机进行并配合振动压路机，温度控制为110℃以上；终压用轻型钢轮压路机进行，主要是消除碾压轮迹，温度不低于70℃。

沥青路面施工质量控制主要包括原材料质量控制、混合料质量控制、施工现场管理、现场施工质量检查等，相关技术表准见教材有关表格。第93页/共213页第十一章路面材料力学性质

第一节粒料类材料

一、强度特征

表现为抗剪强度。由φ、c组成。

二、应力－应变特点

非线弹性材料，与土基相同。

三、变形累积特性

多次重复荷载作用下产生累积变形。

第94页/共213页第二节半刚性材料

一、强度特征

具有较好的整体行，用抗拉强度、抗劈裂强度和抗压强度表示强度大小。

二、应力－应变特点

承受应力较小时表现为线弹性，用回弹模量表述应力－应变关系。

三、疲劳特性

在多次重复荷载作用下产生疲劳开裂，是行车荷载作用下产生的主要破坏形式。

用疲劳强度、疲劳寿命、疲劳方程（曲线）等描述。

第95页/共213页四、干缩、温缩特性

1.干缩

干缩指半刚性材料层在压实后由于混合料内部的水化作用，水分会不断减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、结晶作用等都会引起半刚性材料体积收缩。描述半刚性材料收缩特性的指标主要有干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率和平均干缩系数。干缩系数的变化规律为：主跋煲蛩匚岷狭现掷唷⒓舷付取⒑康取

石灰稳定类>水泥稳定类>工业废渣稳定类；

细粒土>粒料土>粒料

第96页/共213页2.温缩

半刚性材料在温度降低时体积减小，即为温度收缩。集料颗粒越细，温度收缩量越大。影响因素主要是混合料含水量、土的细度、环境温度、凝期等。温度收缩特性用温度收缩系数描述。

第三节沥青混合料力学特性

一、强度特性

1.抗剪强度

用c、φ值大小描述，主要影响因素为沥青用量、沥青质量、矿料级配、环境温度等。

第97页/共213页2.抗拉强度

由直接拉伸试验和劈裂试验确定，主要受沥青用量、沥青质量、矿料加铺温度等影响。现行沥青路面设计方法中以劈裂强度作为设计指标之一。

二、应力－应变特性

沥青混合料在应力作用下表现为弹－粘－塑性体。其力学特性受温度和荷载作用时间影响很大。用劲度模量描述。劲度模量是时间与温度的函数，其值大小与沥青劲度有关。

三、疲劳特性

同其他整体性材料一样，沥青混合料在多次重复荷载作用下会在低于其极限抗拉强度或抗拉应变的情况下出现破坏，称为疲劳破坏。第98页/共213页

导致材料最终破坏的荷载作用次数称为疲劳寿命。相应施加的荷载称为疲劳应力。疲劳应力与疲劳寿命之间的关系称为疲劳方程，若用图形表示称为疲劳曲线。影响沥青混合料疲劳特性的因素包括：沥青混凝土密实度、沥青劲度、沥青含量、集料特性、温度及加载速率等。研究材料的疲劳匦圆捎闷＠褪匝椤Ｍ炔牧稀⑼仁匝樘件下，施加的应力（或应变）越大，则疲劳寿命越短。

疲劳破坏是现行沥青路面设计方法中必须避免的破坏形式。

第99页/共213页

第十二章沥青路面设计

沥青路面——在柔性基层、半刚性基层上铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。沥青路面设计任务——根据公路性质、使用要求、当地自然环境、交通状况、筑路材料、土基特性等条件，确定技术经济合理的路面结构。沥青路面设计内容：

1）选择适当的路面的路面材料、确定路面类型；

2）进行混合料组成设计并确定路面设计参数；

3）路面结构组合设计；

4）路面厚度计算并作多种方案比选。第100页/共213页

第一节弹性层状体系理论分析一、弹性层状体系力学模型的建立

用性质不同的各种材料层铺筑在土基上形成的路面结构在荷载作用下的应力-应变关系并非线弹性，而是随应力大小和荷载作用时间而变化。考虑到路基及路面材料层工作应力不大以及行车荷载具有的瞬时性并简化力学分析模式，建立路面设计力学模型时仍视路基、路面处于弹性状态。用弹性力学的原理分析路面各层产生的应力、应变和位移。由于路面各层具有不同的力学特性，因此建立的力学模型为弹性多层体系，即弹性半空间地基上有若干具有一定厚度的弹性材料层体系。第101页/共213页实际的路面结构非常复杂，为便于问题的求解，需要建立在一定的假设基础上：通常将路面结构视为弹性半空间地基上由若干个具有一定厚度材料组成的弹性层状体系。并假设：

1）各层由连续、均匀、各向同性的线弹性材料组成，用弹性模量E和泊松比μ表征其弹性参数；

2）最下一层为水平方向和竖直向下方向无限延伸的半无限体（或半空间体），其上各层在水平方向为无限大，竖直方向有一定厚度；

3）各层在水平方向、最下一层在无限深处的应力、应变和位移为零；

4）各层之间的应力和位移完全连续（连续连接）或仅是竖向应力和位移连续（光滑连接）；

5）不计各层材料自重。第102页/共213页二、弹性双层体系解弹性双层体系由一个具有有限层厚的弹性层和弹性半无限地基（路基）组成。弹性参数分别为E1，μ1和E0，μ0，上层弹性层厚度为h，如图所示。

α——弯沉系数，其值是h/D和E0/E1的函数；

其数值解可以通过电子计算机计算获得。在双圆均布荷载作用下，轮隙处的竖向垂

直位移（弯沉）：第103页/共213页三、弹性三层体系解弹性三层体系由两个有限层厚的弹性层及弹性半无限体（路基）组成。若各层材料弹性参数分别为E1，μ1；E2，μ2和E0，μ0，上层和中层厚度分别为h和H，如图所示

第104页/共213页四、多层体系的等效换算

无计算软件时也可将多层体系按等效破坏原则换算成三层体系，利用已有的计算诺模图计算位移、应力。原则:等效破坏原则，即换算前后计算的结果应是一样的，换言之，就是荷载对三层体系和多层体系的破坏效果是一样的。

1.路表弯沉等效换算

原则:弯沉相等.面层和土基保持不变，而将面层和土基之间的其他结构层换算成三层体系的中间层。第105页/共213页

多层体系路表弯沉等效换算图

第106页/共213页2.拉应力等效换算按在结构层底产生的拉应力相等的原则，将需要计算层底拉应力的结构层及其以上所有层次换算为三层体系上层，计算位置以下土基以上所有结构层换算成中间层。第107页/共213页上层底面弯拉应力等效换算图第108页/共213页3.面层剪应力等效换算对于城市道路的沥青路面，需要考虑垂直力和水平力的共同作用，即需要验算沥青面层的抗剪强度。多层体系换算成三层体系时，方法与弯沉等效换算相同。第109页/共213页第二节沥青路面破坏状态与设计标准

沥青路面在行车荷载和环境因素影响下出现多种形式的损害，有些是结构设计时需要考虑避免的，有些是材料设计需要避免的，有些则是施工管理和工后管理。通常将路面破坏分为结构性破坏和功能性破坏两大类。

1.沉陷

沉陷是沥青路面表面车轮集中作用部位出现较大的凹陷变形。主要是由于路基强度较低，导致路面失去较好的支撑而产生较大的竖向变形。沉陷较大时会在凹陷最深处出现纵向裂缝，进而出现网状裂缝。

第110页/共213页2.车辙

车辙是沥青混合料结构层在行车荷载重复作用下，在车轮集中作用的部位出现纵向撤槽，是交通量大、渠化交通严重的高等级公路沥青路面主要破坏形式。车辙主要是由于行车荷载大量重复作用、沥青混合料高温稳定性差而产生累计永久变所致，汽车轮胎的磨失使路面减薄也是原因之一。

3.疲劳开裂

疲劳开裂是沥青路面在行车荷载多次重复作用下逐渐产生、不断增加和扩展的开裂破坏，开裂初期虽然不影响车辆正常行驶，但随着裂缝的增第111页/共213页多和扩宽，增加了水对路面和路基的不利作用，使路面整体强度迅速下降，加速破坏的发生，使用寿命缩短。疲劳开裂的原因主要是行车荷载对沥青材料层的多次反复弯曲作用，当荷载应力超过其抗拉疲劳强度时机产生底部开裂，逐渐发展到表面。半刚性基层产生的疲劳开裂也会向上发展导致沥青面层开裂。

4.低温缩裂与反射裂缝

低温下沥青混合料刚度较大，所产生的收缩受到下面结构层的约束时机产生温度应力（拉应力），当超过沥青混合料抗拉强度时即出现横向开裂。半刚性基层存在温缩和干缩现象并因此出现拉应力而出现开裂。基层产生的这种横向裂缝会在相同的部位在沥青路面上反映出来，称为反射裂缝。第112页/共213页

5.推移（拥包）

推移和拥包是沥青面层沿行车方向产生剪切、拉裂而出现推挤和拥起。这种破坏主要是使平整度降低，影响路面的使用品质。产生的原因主要是路面受到多次较大的水平力作用、沥青混合料高温稳定性差。

6.松散和坑槽

沥青路面材料失去应有的整体性，变为离散体，矿质粒料与结合料分离，松散的材料在行车荷载作用下脱离路表出现坑洞。主要是沥青混合料设计不当、沥青质量差、碾压不密实、沥青与矿料结合性能差所致。

第113页/共213页二、沥青路面设计标准

1.疲劳开裂

用控制沥青路面结中整体性结构层不出现超过其疲劳强度的方法来避免出现疲劳开裂。即结构层底出现的最大拉应力（应变）小于材料疲劳强度。

σr≤[σr]

εr≤[εr]

2.低温开裂

控制沥青结构层内出现的最大温度应力低于同温度条件下沥青混合料的抗拉强度，即：

σrt≤[σrt]第114页/共213页3.车辙

控制沥青路面出现的最大撤槽深度（永久变形量）小于容许深度，即：

Lre≤[Lre]

4.推移

控制沥青路面表面产生的最大剪应力小于沥青混合料容许剪应力，即：

τre≤[τre]

第115页/共213页5.路面回弹弯沉值

回弹弯沉值是路面在行车荷载作用下产生的竖向弹性变形。回弹弯沉值是一个综合性很强的指标，其值大小不仅反映路面的整体强度和刚度，还与路面的使用状态存在一定内在联系。弯沉值越大，路面整体强度和刚度越小、抗疲劳性能越差。同时，弯沉值比较容易现场测试。设计时以路面诒曜贾嵩刈饔孟虏幕氐涑林挡怀访媛闶褂闷分屎蜕杓颇晗抟蟮纳杓弯沉值为控制条件。即：

ls≤ld

我国现行公路沥青路面设计规范采用回弹弯沉值、整体性材料层底拉应力作为设计指标，其他破坏形式主要在材料选择与设计、结构组合设计时定性考虑。城市道路沥青路面设计时考虑路表剪应力验算。第116页/共213页

第三节沥青路面结构组合设计路面结构组合原则与方法结构组合设计的任务是正确合理地选择路面结构层次和材料组成，合理与否关系到路面能否满足各项指标要求。结构组合设计应综合考虑交通荷载、自然环境、材料供应、施工水平等因素，做到技术、经济合理。内容主要为：

1）面层类型和等级选择

第117页/共213页

2）按路面受力特征选择个结构层次根据前述面层、基层、垫层的功能、材料种类、土基状况、自然因素等结合路面受力特点（应力随深度逐渐减小、环境因素影响随深度逐渐减弱)选用合适的结构层次。

3）考虑结构层自身特点组合设计时避免相邻层次之间产生不利影响。

4）考虑水温状况影响结合前述有关水和温度对路面和路基的影响安排材料层。2.参考典型路面结构

第118页/共213页第119页/共213页

第四节新建沥青路面设计一、计算图示与设计标准厚度计算第120页/共213页厚度计算步骤：1.路面结构组合设计2.拟定面层及其它各层厚度半刚性基层，以任何一层作为设计设计层；半刚性基层、柔性底基层，应求半刚性层；柔性基层，求基层。3.求设计层厚度第121页/共213页2.层底拉应力验算

3.面层剪应力验算

我国城市道路沥青路面设计规范规定，为防止高温季节在道路交叉口、车站等汽车经常制动、启动的地段出现推移、拥包等病害，需要验算沥青面层剪应力。第122页/共213页二、路面设计弯沉值

第123页/共213页二、路面设计弯沉值以路面在竣工后第一年的不利季节、在标准轴载作用下所测得的最大回弹弯沉值为路面设计弯沉值。是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据，根据公路等级、在设计使用年限内的累积当量轴次、面层和基层类型按下式计算。

Ld=600Ne-0.2AcAsAb

第124页/共213页三、容许拉应力验算整体性材料层底拉应力时，该层容许拉应力按下式计算。

σR=σsp/Ks

式中：σsp为整体性材料的劈裂强度，通过劈裂试验确定。

Ks

为材料的抗拉结构强度系数，通过材料疲劳试验确定，按规范进行计算。四、轴载换算与累计当量轴次

1.轴载换算第125页/共213页

沥青路面设计的标准轴载为BZZ-100，等效破坏原则：同一种路面结构在不同轴载及其相应作用次数下产生的破坏效果相同，无论以其中哪种轴载为标准进行等效换算后，由此计算得到的路面厚度应当是相同的。

当以设计弯沉为指标和沥青层层底拉应力验算时，凡轴载间于40~130KN的各级轴载均要换算为标准轴载作用次数；

第126页/共213页当验算半刚性基层层底拉应力时，大于50kN的非标准轴载作用次数换算成标准轴载作用次数。

2.累计当量轴次

在设计使用年限内路面受到的标准轴载累计作用次数称为累计当量轴次。

车道系数第127页/共213页五、路基回弹模量与路面材料设计参数土基回弹模量E0通常采用承载板实验或弯沉值测定的方法确定。无试验条件时可采用查表法、室内实验法、换算法确定。

1）现场实测法对已成路基实体进行承载板试验或弯沉值测定。这种方法比较客观、实际。第128页/共213页

2）查表法首先根据临界高度或路基土平均稠度确定路基干湿类型，结合公路所在自然区划、土质等.3）室内实验法取有代表性的土样在实验室根据最佳含水量进行小型承载板试验，求得室内回弹模量值，在考虑不利季节、不利年份的影响乘以折减系数λ。第129页/共213页4）换算法通过现场大型承载板试验测定的回弹模量E0

、现场土基压实度K、土基稠度ωc以及室内CBR值，建立E0与CBR值之间的可靠关系，对于同条件下的工程可通过测定土基CBR值、K及ωc并借助该关系式推算回弹模量E0。2.路面材料设计参数沥青路面设计时需要先确定路面材料的抗压回弹模量和整体性材料的劈裂强度。

1）以弯沉值计算路面厚度时各种材料均采用抗压回弹模量。第130页/共213页

2）验算整体性结构层底拉应力时各种材料模量值取抗压回弹模量，强度为劈裂强度，用劈裂试验测定。六、沥青路面设计步骤：1.根据设计任务书的要求，确定路面等级、面层类型，计算设计弯沉值；2.划分路基干湿类型3.拟定路面结构组合与厚度方案，确定各层材料的回弹模量值；4.计算路面厚度，5.对高等级道路的整体性结构层进行弯拉应力的验算；6.进行方案比较，确定路面方案第131页/共213页

第十三章水泥混凝土路面第一节水泥混凝土路面分类及特点一、分类水泥混凝土路面是高级路面，由混凝土路面板、基层、垫层组成。根据材料、组成及施工工艺不同分为以下几种。素混凝土路面除接缝区和局部范围外，其余部位不配置钢筋的混凝土路面称为素混凝土路面。目前在国内使用最广泛。2.碾压砼路面采用水泥和用水量比普通砼显著减少的混合料经摊铺、碾压成型的砼路面。第132页/共213页3.钢筋砼路面钢筋的作用：为防止砼板内可能出现的裂缝缝隙张开，板内配置纵横向钢筋或钢筋网的砼路面。使用场合：4.连续配筋砼路面沿路面纵向配置大量连续钢筋、一般不设横缝的砼路面。使用场合：多用于高速公路或一级公路路面。5.钢纤维砼路面

在普通砼搅拌时掺入适量钢纤维以提高砼的抗折强度。可达到减薄路面板的目的。减少横向缩缝。第133页/共213页6.复合式砼路面面板由两层或两层以上不同强度或不同类型的的砼复合而成。处于下部的砼层可适当降低强度，节省工程造价。7.砼小块铺砌路面由预制高强度砼小块铺砌而成，形状有矩形、嵌锁型，特点：结构简单、可适应基层出现较大变形、修复容易使用场合：主要用于人行道、广场等。8.装配式砼路面在工厂将砼预制成板块，运到现场装配而成。第134页/共213页二、水泥砼特点优点

1）强度高水泥砼路面板具有较高的的抗压强度、抗弯拉和抗磨耗性能。

2）抗滑性能好砼路表面粗糙度好，可靠保证行车安全。

3）能见度好砼路面为浅色，能见度高，利于夜间行车。

4）耐久性好由于砼路面强度高、稳定性好，具有较长的使用寿命。第135页/共213页

5）稳定性好砼路面具有良好的水稳定性和温度稳定性。

6）养护费用少、经济效益大初期投资但由于使用年限长，年均分摊的养护维修费用少。2.缺点

1）开放交通迟路面施工需要较长的养生时间。

2）水泥和水的需要量大

3）有接缝

4）修复困难第136页/共213页

第二节普通砼路面构造一、土基和基层土基对土基的要求：强度并不一定很高。但对路面板的支撑必须均匀、密实、稳定。2.基层作用：显著改善路面板的受力状况，提高板下基础的综合回弹模量，给路面板提供均匀稳定的支撑；将荷载应力扩散、分布到土基顶面，减小土基受力，保证路面整体强度，延长路面使用寿命；防止唧泥、冻胀等病害；保证路面具有良好平整度，为路面板提供方便。第137页/共213页第138页/共213页二、砼路面板对路面板要求：弯拉强度满足设计要求、表面平整耐磨、抗滑。普通砼路面板厚度：最小厚度为18cm，实际厚度根据计算确定，断面形式：通常采用等厚式断面形式。

第139页/共213页三、接缝构造与布置

设置接缝的原因：为避免路面断裂形成不规则的裂缝、以及路面出现拱胀等破坏。第140页/共213页三、接缝构造与布置横缝的构造和布置分为胀缝、缩缝和施工缝三种。

1）缩缝缩缝的作用主要是使路面板因温度和湿度降低后收缩而产生拉应力时沿缩缝位置断裂，避免路表出现不规则裂缝。缝距4～6m，一般采用假缝、用切割方法形成。第141页/共213页

2）胀缝作用：给沿路面板纵向产生的膨胀变形预留一定的自由空间，避免板体出现隆起和挤碎破坏。其主要特点是设置传力杆、缝宽较大。第142页/共213页3）施工缝设置原因：施工缝是由于施工中断造成的接缝，应尽量设置在胀缝位置，否则设置在缩缝处。2.纵缝的构造和布置

根据产生原因不同，分为缩缝和施工缝两种。

1）纵向缩缝

当路面板宽度较大时，须设置纵向缩缝，避免板体出现不规则纵向开裂。第143页/共213页

2）纵向施工缝

一次施工宽度小于路面宽度时，设置纵向施工缝。

第144页/共213页

接缝的布置：

1纵缝；2-胀缝；3-缩缝；4-进水口第145页/共213页

四、特殊部位砼路面构造

1.板边和角偶补强

边缘钢筋

第146页/共213页

四、特殊部位砼路面构造

1.板边和角偶补强

角隅钢筋

第147页/共213页2.水泥砼路面与沥青路面衔接沥青路面与水泥砼路面衔接处容易出现沉陷、错台等病害，衔接处采用至少3m过渡段第148页/共213页

第149页/共213页第150页/共213页第151页/共213页第152页/共213页

第三节砼面层材料及要求用于砼面层的原材料质要求高于其他构造物要求。对面层砼的要求：较高的抗弯拉强度、耐磨性、良好的抗冻性、尽可能低的线膨胀系数。砼拌和物还应具有良好的施工和易性。水泥

可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥及高铝水泥等。根据交通等级合理选用水泥强度等级，一般为32.5水泥，特重交通时选用42.5水泥。第153页/共213页2.粗集料

粒径大于5mm的碎（砾）石，应质地坚硬、耐久、洁净，级配符