道路工程 3.5沥青路面设计与施工.

应用弹性层状体系理论时的假设 应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、应变和 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、各向同向 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无限深处， 其应力、应变和位移为零。 ④ 层间接触情况，或者位移完全连续（称连续体 系），或者层间仅有竖向力和位移连续而无摩阻 力（称滑动体系）。 ⑤ 不计自重。



路面的使用性能及对路面的基本要求 路面的使用性能可分为功能性能和结构性能等。 路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和 经济的行驶表面。路面的功能性能指路面满足这一 基本功能的能力，它反映了路面的服务水平或行驶 质量。 路面的结构性能是指路面保持其结构完好而不出现 损坏的能力。路面的损坏可归纳为三大类：断裂和 裂缝类、永久变形类和耗损类。
（9）下封层宜用沥青单层表面处治，改性沥青稀浆封 层，厚度不应小于6mm。单层表面处治的结合料用 量与矿料规格及稀浆封层的材料规格与要求均应符 合笨规范的有关规定。 （10）沥青混合料的空隙率较大、路面渗水严重时宜设 上封层。 3.5.1.3 新建路面的结构厚度计算要点 （1）路面结构设计图式 新建路面设计应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层 状连续体系理论进行计算，路面荷载及计算点如图 3.29所示。 （2）设计标准 高速、一级、二级公路的路面结构设计，应以路表面回 弹弯沉值和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标准。
3.5.2 沥青类路面 3.5.2.1 概述 沥青路面是用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与 各类基层和垫层所组成的路面结构。 由于沥青路面使用沥青结合料，因而增强了矿料间的 粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使 用质量和耐久性都得到提高。 与水泥混凝土路面相比，沥青混合料具有表面平整、 无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期 短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因而得 到越来越广泛的应用。 沥青路面是我国高等级公路的主要路面形式。
3.5.1.2 结构组合设计要点 路面结构层次的合理选择和安排，是其能否在设计使用 年限里承受行车荷载和自然因素的共同作用，同时 又能发挥各结构层的最大效能，使整个路面结构经 济合理的关键，一般在路面结构组合设计中要遵循 下列原则： （1）路面结构应根据公路自然区划的特点、公路等级 使用要求、交通量及其交通组成，综合考虑结构层 的功能与受力特点以及经济发展和投资环境等因素， 进行综合组合设计。 根据基层类型可组合成四种典型路面结构： ①半刚性基层沥青路面 在半刚性基层上设有较薄的沥青面层结构。
② 柔性路面 各结构层由沥青混合料，或沥青贯入碎 石，或冷拌沥青混合料、级配碎石、砂砾等柔性材 料层组成，无半刚性材料层的结构类型。 ③ 刚性基层沥青路面 采用贫混凝土、混凝土基层等 的沥青路面。 ④ 混合式沥青路面 在半刚性或刚性材料层与沥青面 层之间设置柔性基层的路面结构。 （2）沥青层厚度宜根据公路等级、交通量和交通组成、 气候条件以及所选路面结构类型等因素拟定。 ① 当采用半刚性基层沥青路面时，高速公路、一级公 路的沥青层厚度可为120-180mm；二级公路的沥青 层厚度宜为60-120mm；三级公路的沥青层厚度宜 为30-60mm（拌和法）或15-30（层铺法表处）； 四级公路的沥青层厚度宜为10-30mm。
（7）对半刚性基层应采取以下措施来减少低温裂缩、 防止反射裂缝： ① 选用骨架密实型半刚性基层，并严格控制细料含量、 水泥剂量、含水量。 ② 采用混合式沥青路面结构。 ③ 在半刚性基层上设置改性沥青应力吸收膜或应力吸 收层。 （8）设计时应采取技术措施，加强路面结构各层之间 的紧密结合，提高路面结构整体性，避免产生层间 滑移： ① 各种基层上应设置透层沥青。 ② 在半刚性基层上应设置下封层。 ③ 沥青层之间应设粘层。 ④ 新、旧沥青层之间，沥青层与旧水泥混凝土板之间 应洒布粘层沥青。拓宽路面时，新、旧路面接槎处， 宜喷涂粘结沥青。
柔性路面计算理论 由不同材料的结构层及土基组成的路面结构，在荷载作 用下其应力应变关系一般呈非线性特性，且应变随应 力作用时间而变化，同时应力卸除后常有一部分变形 不能恢复。因此，严格地说，沥青路面在力学性质上 属于非线性的弹-粘-塑性体。但是考虑到行驶车轮作 用的瞬时性（百分之几秒），在路面结构中产生的粘塑性变形数量很小，所以对于厚度较大、强度较高的 高等级路面，将其视作线性弹性体，并应用弹性层状 体系理论进行分析计算是合适的。在分析中，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3.28所示。
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8
（4）设计年限与累计轴载作用次数 设计年限的选择宜根据各地国民经济发展的实际情况和 该公路在公路网中的地位，并考虑投资条件综合确 定。新建高速公路、一级公路的路面设计年限应为 15年，有特殊要求的可适当延长设计年限。对改建、 扩建的高速公路、一级公路的路面设计年限宜为1015年，大修加铺工程可视具体情况确定设计年限。 二级公路的路面设计年限应为12年，有特殊使用要 求时可适当延长。三级公路的路面设计年限因为610年。四级公路的沥青表面路面设计年限应为8年， 砂石路面为5年。 车道系数按照表3.22选定。若公路无分隔时，路面窄宜 选高值，路面宽宜选低值。当上下行交通量或重车 比例有明显差异时可区别对待，按上下行交通特点 分别进行厚度设计。
② 当采用柔性路面结构时，面层厚度可选用100120mm双层式，其下铺设沥青混合料、贯入式碎石、 级配碎石等柔性材料层。沥青厚度应根据公路等级、 交通量等具体情况计算而定。 ③ 采用贫混凝土沥青路面时，沥青层厚度可为100180mm；当采取防止反射裂缝措施时，沥青层可适 当减薄。 ④ 当采用混合式沥青路面时，面层可选用两层式，沥 青面层厚度宜为100-120mm，其下设柔性基层。柔 性基层可为单层或双层，厚度宜为80-100mm。 （3）路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力 分布有显著影响，是合理确定结构层层数、选定适 宜结构层材料的重要考虑因素。沥青路面结构组合 设计时，基层与沥青面层之间的模量比不宜大于3； 基层与底基层之间的模量比不宜大于2.5；底基层与 土基之间模量比不宜大于10。
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极限抗拉强度对于沥青混凝土是指15°C时极限抗拉强 度；水泥稳定类材料期龄为90d的极限抗拉强度 （MPa）；二灰稳定类、石灰稳定类的材料期龄为 180d的极限抗拉强度（MPa）。
（3）标准轴载与轴载换算 路面设计时使用累计当量轴次的概念。但路上行驶的车 辆类型很多，所以必须选定一种标准轴载，把不同 类型轴载的作用次数换算为这种标准轴载的作用次 数。考虑到我国公路汽车运输车辆的现状及发展趋 势，我们路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴 载，以BZZ-100表示。
（4）对刚性基层应采取措施加强沥青层与刚性基层间的紧密结 合，并提高界面抗剪强度和沥青混合料的抗剪强度，以增加 沥青层抗剪切、推移变形的能力. （5）如何保证沥青路面的水稳性，是路面结构层选择与组合需 要解决的重要问题。为防止雨雪下渗，浸入基层、土基，沥 青面层应选用密级配沥青混合料。当采用排水基层时，其下 均应设防水层，并设置结构内部的排水系统，将雨水排到路 基外。 （6）为排除路面、路基中滞留的自由水，确保路面结构处于干 燥或中湿状态，下列情况下的路基应设置垫层： ① 地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路 段。 ② 排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖 方路段。 ③ 季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀需设防冻 层的路段。 ④ 基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。
设计交通量是根据不同公路等级的设计年限、第一年双 向日平均当量轴次（N1）、年平均交通量增长率、 车道系数及该公路交通特点计算的设计年限内一个 方向一个车道的累计当量轴次：
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1
根据标准轴载累计作用次数并按表3.23的规定划分为五 个等级。
（5）路基回弹模量值 为确保路基密实、均匀、稳定，必须采取措施确保土基 回弹模量值大于30MPa，对E级特重交通土基回弹模 量值应大于40MPa。在应用弹性层状体系理论进行 路面计算时，土基回弹模量也是路面结构设计的重 要参数，其取值的大小对路面结构厚度有较大影响。 土基回弹模量与土的性质、密实度、含水量、路基 所处的干湿状态以及测试方法有密切的关系。 （6）路面材料参数 材料模量值、材料强度 （7）垫层与抗冻设计 设置排水垫层、处理地基、设置防冻层 （8）设计流程与内容 图3.30
当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时， 凡轴载大于25kN的各级轴载（包括车辆的前、后轴） pi的作用次数ni，换算成标准轴载p的当量作用次数 N为：
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4.35
当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50kN 的各级轴载（包括车辆的前、后轴） pi的作用次数 ni，换算成标准轴载p的当量作用次数N’为：
三级、四级公路以路表面设计设计弯沉值为设计指标。 有条件时，对重载交通路面应检验沥青混合料的抗 剪切强度。路面结构厚度设计应满足结构整体承载 力与抵抗疲劳开裂的要求，即轮隙中心处（A点） 路表计算弯沉值ls、设计弯沉值ld和轮隙中心（C点） 或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力σm、容许 拉应力σR应满足：

按上述假设，通常采用双圆均布荷载图式，分别计算 出相应层位计算点的应力和位移，结合结构层材 料的材料参数，提出如设计弯沉或层底弯拉应力 等相应的控制条件以确定路面结构层厚度。
3.5.1.1 沥青路面结构层设计要点 （1）路面结构层最小厚度 各沥青层的厚度应与混合料的公称最大粒径相匹配，一 般沥青层的最小压实厚度不宜小于混合料公称最大 粒径的2.5-3倍，对断级配或以粗集料为主的嵌挤型 级配的沥青混合料，其一层压实最小厚度不宜小于 公称最大粒径的2.5倍，以利于碾压密实，提高其耐 久性、水稳性。沥青层最小厚度和适宜厚度应符合 表3.19要求。 （2）各种结构层施工最小厚度与适宜厚度应符合表 3.20的要求。半刚性材料基层、底基层的一层压实 厚度宜为180-200mm，并不得分层铺筑小于15cm 的薄层，对半刚性材料的上基层厚度不宜小于 180mm。