沥青路面结构设计

沥青路面的结构设计
1、路面结构组成
1．沥青路而结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。
2．面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至 三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、 下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。
3．基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底 基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的 要求。
4．底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用， 起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。
5．基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层或 底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底 基层。
6．垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污 等作用。
路面的车辙同荷载应力大小，重复作用次数以及结构层和土基的性质有关。 有代表性的控制车辙深度的指标有两种：一种是路面各结构层包括土基的残 余变形总和；另一种是路基表面的垂直变形。
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路基表面的垂直应变标准，可表示为： Nhomakorabea E E
疲劳开裂
开裂是路面在正常使用情况下，由行车荷载的多次反复作用引起的。
沥青面层
1一般规定
1.1沥青面层的技术要求
为了给汽车运输提供安全、快速、舒适的行车条件，沥青路面应具有坚实、平整、 抗滑、耐久的品质，同时，还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨 水渗入基层的功能。
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，它是根据设计年限内一个 车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉 设计值，是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值可以作为路面竣工后第一 年不利季节、路面温度为20℃时在标准轴载100kN作用下，竣工验收的最大回 弹弯沉值，它与交通量、公路等级、面层和基层类型有关。
沥青路面的破坏状态与设计标准
沥青路面由于环境因素的不断影响和行车荷载的反复作用，经过一段时间的使 用，便会产生破坏而失去原有的使用能力。下面着重叙述沥青路面的结构破坏 状态与设计标准。 一、沉陷
是路面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 出现，如图所示
造成路面沉陷的主要原因是路基土的 压缩。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。
沥青路面结构设计
一 弹性层状理论体系 二 沥青路面的破坏状态与设计标准 三 沥青路面的结构设计 四 新建沥青路面结构厚度计算
弹性层状体系理论概述
一 基本假设与解题方法 弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间 体，如图所示。
应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变形和位移等分量时，引入如下一些假设： (1)各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，以及位移和形变是微小的； (2)最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，其上各层厚度为有限、水平方向为无 限大； (3)各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移为零； (4)层间接触情况，或者位移完全连续(称连续体系)，或者层间仅竖向应力和位移连续而 无摩阻力(称滑动体系)： (5)不计自重
结构层达到临界疲劳状态时所承受的荷载重复次数称为疲劳寿命。某一种路面 结构层疲劳寿命的大小，主要取决于所受到的重复应变(或应力)大小，同时也 与路面的环境因素有关。
以疲劳开裂作为设计标准时，用结构层底面的拉应变或拉应力不超过相 应的容许值控制 设计，即：
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推移
当沥青路面受到较大的车轮水平荷载作用时(例如经常启动或制动 路段及弯道、坡度变化处等)，路面表面可能出现推移和拥起。造成 这种破坏的原因是，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。
疲劳开裂的特点是，路面无显著的永久变形，开裂开始大都是形成细而短的 横向开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范围不断扩大。
产生疲劳开裂的原因，是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(它较一次荷载作用的极 限值小很多)，底面便开裂，并逐渐向表面发展。经水硬性结合料稳定而形成 的整体性基层也会产生出疲劳开裂，甚至导致面层破坏。
即：
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路面弯沉设计标准
路面弯沉是路面在垂直荷载作用下，产生的垂直变形。一般认为，路面弯沉 不仅能够反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存 在一定的内在联系，同时弯沉值的测定也比较方便。所以我国现行的沥青路面设 计方法采用设计弯沉作为路面整体刚度的设计指标。
高速公路、一级公路和二级公路的沥青路面除了按弯沉设计路面结构之外， 还须对沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层进行层底拉应力的验算。城市道路 路面设计尚须进行沥青混合料面层的剪应力验算。
为控制路基土的压缩引起路面的沉 陷，可选用路基土的垂直压应力或 垂直压应变作为设计标准
车辙
车辙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。这种变形出现在行车轮带处，即形成路面 的纵向带状凹陷 车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。因为这类路面的使用寿命较长，即使 每一次行车荷载作用产生的残余变形量很小，而多次重复作用累积起来的残 余变形总和也将会较大，足以影响车辆的正常行使。
为防止沥青面层表面产生推移和拥起，可用面层抗剪强度标准控 制设计。
低温缩裂
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。由于路面的纵向尺度远大于横向，低温收缩时侧向约束不大，故这 种开裂一般为横向间隔性的裂缝，严重时才发展为纵向裂缝。在冰冻地区， 沥青面层和用无机结合料稳定的整体性基层，冬季可能出现这种开裂。低 温缩裂是一项同荷载因素无关的设计指标，即低温时结构层材料因收缩受 约束而产生的温度应力 应不大于该温度时材料的容许拉应力。