第七章 公路沥青路面设计

4、要求： 1 ）对工作区深度范围内的土质选择、含水量、路基 压实度提出较高要求。 2 ）当工作区深度大于填土高度时，荷载不仅施加于 路堤而且施加于天然地基上，所以天然地基也应充分压实。
二、土基的强度和刚度指标：回弹模量
回弹模量：反映路基或路面材料所具有的弹性性质。 确定方法： 1.现场实测法： 1）大型承载板法：测定土基在0—0.5mm的各级压力和对 应的回弹变形值， 2）弯沉仪法： 用贝克曼梁弯沉仪实测各点弯沉值，并计算代表弯沉值，
换算原则：
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N1次后路面达到预定的临界状态，乙轴载 作用使路面达到相同临界状态的作用次数为N2，此时甲乙两 种轴载作用是等效的； 第二，对某一种交通组成，不论以哪种轴载的标准进行轴载 换算，由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相同的。
2) 当进行半刚性基层层底拉应力验算时
pi N c1 c2 ni ( ) P i 1
' k ' '
8
不计小于50KN的轴载
式中： C1´ ──轴数系数；当间距小于3米时，按双轴或 多轴计算C1´ =1+2(m-1), m是轴数。 C2´──轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5， 四轮组为0.09 。 上述轴载换算公式，适用于单轴轴载小于或等于130kN的各 种车型的轴载换算。
2、路基的工作区： 1）定义：在路基某一深度Za处，当车轮荷载产生的应力
与路基土自重引起的应力相比所占比例很小，仅为 1/5~1/10时，在此深度以下，车轮荷载对土基的作用影响 很小，可略去不计，该深度范围内的路基称为路基工作区。
2）计算：
3、正确的设计：应使路基所受的力在路基弹性限度范围 内，即当车辆驶过后，路基能恢复变形。保证路基相对稳 定，路面不致引起破坏。
3、各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限深处， 应力、形变、位移为零；
4、层间接触情况，或者完全连续（连续体系）或层间仅 竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）； 5、不计自重
二、解题方法

h1

p E1 μ1 Ei μi
hi
En μn
弹性层状体系示意图
三、沥青路面设计的控制指标
结论
高速公路、一级公路、二级公路的路面结构，以 路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力 及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。 三级公路、四级公路的路面结构以路表面设计弯 沉值为设计指标。
32
4）结合当地条件，积极、慎重地推广新技术、新 结构、新材料、新工艺，并认真铺筑试验路段， 总结经验，不断完善，逐步推广； 5）符合环保规定，保护人员的安全和健康，重视 材料的再生利用与废弃料的处理； 6）高速公路、一级公路不宜分期修建； 对可能产生较大沉降的路段，以及初期交通量较 小的公路可以一次设计、分期修建、逐步提高；
3. 设计年限累计当量标准轴载数
设计年限（t）内一个车道通过的累计标准当量轴次Ne， 可通过路面营运第一年双向日平均当量轴次N1和设计年 限内交通量年平均增长率 γ，按下式计算：
Ne
[(1 ) 1] 365
t

N1
4. 交通等级
交通分级
交通等级 BZZ-100累计当量轴次Ne （次/车道） 大型客车及中型以上的各 种货车交通量（辆/d.车道）
三、结构层类型选择：
1.面层类型：
选择面层时还应考虑当地气候条件，如：高温地 区、多雨地区、干旱地区、寒冷地区、以及强度、 抗滑性能等。 沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石可用于各级公路； 沥青碎石、沥青贯入式、沥青表面处治、沥青稀 浆封层、可用于三级、四级公路面层；
冷拌沥青混合料可用于交通量小的三级、四级公 路面层。
弯拉疲劳
剪切疲劳
4、推 移 （一）表现 受到较大的车轮水平 荷载作用时，路面表 面出现推移和拥起 （二）起因 车轮荷载引起的垂直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。同时也与行 驶车轮的冲击、振动有关。
5、低温缩裂
（一）表现
横向间隔性的裂缝，严重时 发展为纵向裂缝
（二）起因
R s / Ks
Ks为抗拉强度结构系数。
对于沥青混凝土面层 : Ks 0.09Ne0.22 / Ac
对于无机结合料稳定集 料类: Ks 0.35Ne0.11 / Ac
对于无机结合料稳定细 粒土类: Ks 0.45Ne0.11 / Ac
30
第五节 沥青 路面结构组合设计
一、沥青路面设计内容 1.交通量实测、分析、预测； 2.路面结构层原材料的选择； 3.混合料配合比设计； 4.设计参数的测试与确定； 5.路面结构组合设计与厚度计算； 6.路面排水系统设计和其他路面工程设计等； 7.路面结构方案的技术经济综合比选，提出推 荐方案。
路面结构中某些整体性结构层在低温（通常为负温度） 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度时便产生开裂
沥青路面低温抗裂性引理论简介
一、基本假设
1、各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性，位移、形变 微小； 2、最下一层（土基）在水平方向和垂直方向无限大，其 上各层厚度有限，水平方向无限大；
Ld 600N
0.2 e
Ac As Ab
式中：Ld 路面设计弯沉值（0.01mm）； Ne ：设计年限内一个车道上累计当量轴次； A c ：公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级 公路为1.1，三、四级公路为1.2； A s ：面层类型系数，沥青混凝土为1.0，沥青碎石、沥 青贯入式、沥青表处为1.1； A b ：基层类型系数，半刚性基层 为1.0；柔性基层取1.6。
31
二、结构设计遵循的原则：
1）路线、路基和路面要开展现场资料调查和收集 工作，做好交通荷载的分析与预测，按照全寿命 周期成本的理念进行路面设计； 2）调查掌握沿线路基特点，按面层耐久、基层坚 实、土基稳定进行综合设计； 3）因地制宜、合理选材，选择技术先进、经济合 理、安全可靠、方便施工的路面结构方案；
第七章 沥青路面设计
第一节 沥青路面设计理论简介 一、沥青路面结构的破损模式 1、沉陷
（一）表现
在车轮作用下表面产生的较大 凹陷变形，有时凹陷两侧伴有 隆起现象
（二）起因 当路基土的承载能力较低，不能承受从路面传至路基表面的车轮压力，便 产生较大的垂直变形即沉陷。 引起路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。
1）结构层的造价：面层厚度较小，基层、垫层较厚； 2）各结构层扩散应力的效果：基层厚度为15~25cm时，增大 基层厚度对减小路面表面弯沉和减小面层底面拉应力有明显效 果； 3）压实机具的能力：沥青面层每层的压实厚度最大为 6~8cm， 基层每层的压实厚度为15~20cm；各层厚度应尽量与压实机具 相适应； 4）沥青面层厚度应与混合料的公称最大粒径匹配。
29
二、结构层材料的容许应力σR 计算： 结构层材料的容许应力σR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。 进行结构层拉应力验算时，各层模量均采用抗压回弹模量。 对于沥青混凝土，应为15º 时的抗压回弹模量和劈裂强度， 水泥稳定类材料，为龄期90天的劈裂强度，对于二灰稳 定类和石灰稳定类材料，为龄期180天的劈裂强度。
2.基层类型选择： 首先考虑充分利用当地材料；并重视基层水 稳性。 基层可选沥青混合料类、半刚性类、粒料类、 贫混凝土； 底基层可选半刚性类、粒料类等。
四、组合设计： 1.按各结构层的强度组合设计： 1）轮载作用于路面表面，其竖向应力和 应变随深度而递减，所以各层材料的强度和 刚度要求也相应降低。路面各结构层一般应 按自上而下，强度、刚度递减的方式组合。 以充分利用材料，降低造价。
2）强度、刚度按深度递减时注意各结构 层之间的E不能相差太大，否则上层底面 将出现较大拉应力，引起开裂。基层同 面层的回弹模量比在1.5~3.0之间；基层 与底基层的模量比不宜大于3.0；底基层 与土基的模量比宜在2.5~12.5之间。
2.结构层的层数和厚度组合设计：
适当的层数和厚度：层数多能充分利用材料，但 可能引起施工及材料制备困难，所以不能过多。
2、车 辙
（一）表现 路面的纵向带状凹陷，是高级沥青路 面的主要破坏型式 （二）起因 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，同荷载 应力大小，重复作用次数以及结构层和 土基的性质有关 。
3、疲劳开裂
（一）表现
路面无显著的永久变形，最初在 荷载作用部位形成细而短的横向 开裂，继而逐渐扩展成网状 （二）起因 较厚的沥青结构层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 过材料的疲劳强度，底面便开裂，并逐渐向表 面发展。稳定类整体性基层也会产生出疲劳开 裂，甚至导致面层破坏。与重复应变（或应力） 大小和路面的环境因素有关 。
类别 一类 二类 三类 四类 五类 路面状况 好 较好 中等 较坏 坏 路面外观特征 坚实平整、无变形、无裂缝 平整、无变形、少量裂缝 平整、无变形、少量纵向或不规则裂纹 无明显变形、 有较多纵横向或局部网裂 严重龟（网）裂或伴有车辙、沉陷
28
3.公式： 根据多年观测调查资料的分析综合，可由标准轴载累计作 用次数与设计弯沉值的关系，进一步推得不同公路等级、 不同面层和基层类型时设计弯沉的计算公式：
轻
中等交通
＜3×10e6
3×10e6 ～ 1.2×10e7
＜ 600
600 ～ 1500
重交通
特重交通
1.2×10e7 ～ 2.5×10e7
＞2.5×10e7
1500 ～ 3000
＞ 3000
第三节 路基与路面材料强度指标
一、路基受立与工作区 1、路基受力状况： 自重、车辆荷载
P—车轮荷载换算的均布荷载 KN/㎡ D—圆形均布荷载作用面积的直径。 Z—应力作用点深度。 γ—土的容重。