路面结构设计原理概述—1
路面结构组成、稳定性分析、结构设计理论与方法
路基干燥稳定，路面强度和稳 定性不受地下水和地表积水影
响。路基高度 H ≥ H1
路基上部土层处于地下水或地 表水影响的过渡带区内，路基
高度 H2 ≤ H < H1
路基上部土层处于地下水或地 表积水毛细影响区内，路基高
度 H3 ≤ H < H2 路基极不稳定，冰冻区春融翻 浆，非冰冻区弹簧，路基经处 理后方可铺筑路面，路基高度
即： H1相对应于wc1，为干燥和 中湿状态的分界标准； H2相对应于wc2，为中湿与 潮湿状态的分界标准； H3相对应于wc3，为潮湿和 过湿状态的分界标准。
临界高度参考值（见教材P19）
路基干湿类型
干燥 中湿 潮湿 过湿
原有公路
新建公路
路基平均稠度wc与分 界相对稠度的关系
一般特性
wc wc1 wc1 >wc wc2 wc2 wc wc3
性。 Ⅵ区——西北干旱区：气候干燥，可采用沥青混凝土层
解决砂石路面搓泥、松散。注意沙漠地区风蚀和沙埋。 Ⅶ区——青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，且
沥青路面在日照下易老化。
§1-4 、路基干湿类型
路基干湿类型划分方法
（1）已建公路：不利季节测定路床80cm内土层的含水 量，确定其平均稠度；按自然区划、土类查表确定 分界稠度；比较平均稠度与分界稠度，确定干湿类 型。
路面结构组成、稳定性分 析、结构设计理论与方法
本课程的内容：
◇ 课程的具体内容
概论 路基工程部分
路基的力学特点及影响因素 一般路基设计 路基边坡稳定性分析 路基防护与加固 挡土墙设计 路基排水设计
◇ 课程的具体内容
路面工程部分
路面结构组成 路面材料的力学性质 块料路面、碎砾石路面 无机结合料稳定路面 沥青路面及其设计方法 水泥混凝土路面及其设计方法
混凝土路面的结构设计原理
混凝土路面的结构设计原理一、引言混凝土路面是一种广泛应用于公路、桥梁、机场等交通建设领域的路面材料，其结构设计的合理性直接影响路面的使用寿命、安全性和舒适性。
因此，混凝土路面的结构设计原理是非常重要的。
二、混凝土路面的组成混凝土路面主要由下面四个部分组成。
1.基础层：用于承载路面的荷载，通常采用坚硬的土壤或石质材料。
2.基层：用于分散荷载，防止基础层的变形，通常采用碎石、沥青混合料或再生料等。
3.面层：用于承受车辆荷载和提供舒适的行车条件，通常采用混凝土、沥青混合料等。
4.防水层：用于防止水分渗透，会对基础层产生损害，通常采用聚合物改性沥青或聚氨酯等。
三、混凝土路面的设计原理混凝土路面的设计原理主要包括以下几个方面。
1.荷载分析荷载分析是混凝土路面设计的第一步，主要是确定需要承受的荷载类型、强度和频率等参数。
荷载分析的结果将直接影响混凝土路面的厚度和材料选择等。
2.结构设计结构设计是混凝土路面设计的关键步骤，主要是确定路面各层的厚度和材料选择等。
设计时应考虑到路面的使用寿命、安全性和舒适性等因素，同时还要满足经济性要求。
3.材料选择材料选择是混凝土路面设计的另一个关键步骤。
不同材料的性能和特点不同，选择合适的材料对路面的使用寿命和性能有着至关重要的影响。
常用的混凝土材料包括水泥、骨料、砂、水和混合剂等。
4.施工工艺混凝土路面的施工工艺对路面的质量和使用寿命也有着重要的影响。
施工时应注意控制混凝土的水灰比、掌握施工时间和压实度等参数，以确保路面质量的稳定性和耐久性。
四、混凝土路面的厚度设计原则混凝土路面的厚度设计是混凝土路面设计的重要组成部分，其设计原则主要包括以下几个方面。
1.荷载类型混凝土路面的厚度应根据其承受的荷载类型进行设计。
不同荷载类型对路面厚度的要求不同，大型重载车辆的路面厚度应比小型车辆的路面厚度更大。
2.路面材料混凝土路面的材料对路面厚度的要求也不同。
一般来说，混凝土路面的厚度应比沥青路面厚度更大，因为混凝土材料的强度和刚性更高。
路基路面工程道路工程概论讲义PPT课件精选全文
路基的干湿类型
路基湿度的来源
大气降水、地面水、地下水、
水蒸气及其凝结水、给排水设施泄露
路基干湿类型的划分
标准：平均稠度Bm=（WL-Wm）/（WL-Wp） 类型：干燥、中湿、潮湿、过湿
路基临界高度
第38页/共94页
6.2路基设计 一． 路基横断面基本形式
路堤
路堑
半挖半填路基
3.1竖曲线设计
定义 分类 作用
第19页/共94页
竖曲线要素计算
变坡角 1 （2 “”为凸曲线、“”为凹曲线） 曲线长L R
切线长T
L 2
外矢距E T 2 2R
切高y x2 2R
竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T 竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T 某桩号在凸（凹）曲线上的设计标高
=该桩号在切线上的设计高-（+）y
拓宽路口式交叉口设计 拓宽车道数
拓宽位置的选择
拓宽车道长度的计算
环形交叉口设计
中心岛的形状和尺寸
环道的宽度
交织角
环岛进出口的转弯半径
第32页/共94页环 道 的 横 截 面
交叉口竖向设计
原则
基本形式
设计方法及步骤
O2
E2 A
E D3
E3
M3
O3 F3 F
第33页/共94页
计算图示
5.2立体交叉设计
路基土方施工
开挖
运输
填堆
压实
第45页/共94页
修整
路基压实
压实土基的意义
影响路基压实效果的因素：
干
内因： 含水量
容 重
土质
外因： 压实功能
压实机具
第46页/共94页
高等路面结构设计原理
高等路面结构设计原理课程名称:《高等路面结构设计原理》课程名称:(英文)Principle for Design of Pavement Structures 课程编号:B08230101课程组长:凌天清教授课程性质:专业课学分:3总学时数:54适用专业:道路与铁道工程课程教材:凌天清《高等路面结构设计原理》重庆交通大学(自编)2008年参考书目:1(AASHTO,AASHTO Guide for design of Pavement structures, AASHTO 20022(Asphalt Institute, Asphalt •Thickness •Design Manual(Ms-1), 9th Edition. Maryland,•Asphalt Institute 19813(Shell International petroleum Company •Limited, Shell Pavement Design Manual, London19784(J.C Nicholls, Asphalt Surfacings (A Guide to Surfacings and Treatments Used for the SurfaceCourse of Road Pavements), Transport Research Laboratory 1998 5,内田一郎(日)《新编道路铺装の设计法》森北出版株式会社19786(邓学钧、黄晓明《路面设计原理与方法》人民交通出版社2001.107(黄卫《高等沥青路面设计理论与方法》科学出版社20058(黄卫《高等水泥混凝土路面设计理论与方法》科学出版社20059(张起森《高等路面结构设计理论与方法》人民交通出版社2005.1110(姚祖康《公路设计手册《路面》(第2版)》人民交通出版社200211(朱照宏、许志鸿《柔性路面设计理论与方法》•同济大学出版社198512(林锈贤《柔性路面结构设计方法》人民交通出版社198813(邓学均、陈荣生《刚性路面设计》人民交通出版社199214(《公路沥青路面设计规范》人民交通出版社199715(《公路水泥混凝土路面设计规范》人民交通出版社2004教学方式:本课程以课堂讲授为主，辅以课堂讨论等方式教学。
路面设计原理手写讲义
绪论一、路面设计方法理论（分析）法经验法（半经验法）典型结构法二、道路损坏标准标准1、路基的永久变形2、拉裂（整体基层和面层）3、路表综合弯沉4、面层表面的剪切5、面层的低温缩裂6、面板疲劳开裂三、影响设计的主要因素1、交通 N①交通组成②交通量③γ④η⑤当量⑥荷载图式⑦动荷、速度2、环境因素①水②温度高温低温设计方法的主要内容：1、经验半经验法①确定路面设计指标（破坏标准）②车辆换算③确定土基和路面材料强度指标④建立土基强度、轴载与路面厚度间关系2、理论法①建立模型②求解模型中关于关键点的应力、应变和位移③确定设计标准（强度标准）④确定土基及各层计算参数⑤轴载换算⑥设计方法第一篇柔性路面设计方法第一章 解析法 §1-1 Shell英荷Shell 矿山公司所设研究所提出。
理论较完善 78年Shell 法 一、 路面模型三层弹性体系 层间连接多层 电算 BISTDR （1968年，垂直）及BISAR （1973年，n 层垂直、水平荷载、层间三种情况）程序 单圆或双圆 二、 设计标准1 路基表面压应变z ε 双圆轴线处2 沥青层内的水平拉应变rl ε 是否在层底，取决于C 系数211()E C h m m E =C ≤133mm 时，m ax rl ε出现在层底 C>133mm 时，1h ≤200mm ，位于1h 下半部（210.61E E ≥ ）2h >200mm ，位于1h 下半部 两项次要标准：1）任何整体基层内容许拉应力（或应变） 2）路表总变形 其他次要标准：1）基层或底基层无结合料材料最小模量 2）沥青层低温缩裂 三、 容许的设计标准值1 20.252.810z N ε--=⨯(50℅保证率)AASHTO 实验结果 PS1=2.5 μ=0.35 如采用85℅ 2.8 改为2.195℅ 1.8上式已考虑η的影响（实际路实验含横向分布） 2 r ε ——沥青层容许水平拉应变 r ε 随N 、沥青模量及混合料类型而变 由室内小梁疲劳实验可得 0.251r C N ε-= 当211522M NE m=，21 1.710C -=⨯3 水泥稳定类 容许拉应力 (10.075log )r s N σσ=-s σ——极限强度4 道路容许永久变形 车辙深度高速路 10mm 一般路 30mm 5 其它 粒料材料min E取决于路基模量和粒料基层厚度h 2 四、 考虑已设计因素 1 荷载① 80KN 单轴重20KN 接地压力P=0.6MPa10.5cm σ= 21d cm =速度50～60㎞/h 加荷时间 0.02s ②轴载换算8442.410()80i i L F L -=⨯=拟换算轴载i L2 环境 ① 温度建立平均温度（年加权平均气温）与沥青层温度的关系 ②湿度取最不利季节参数 3 材料特性 ①路基72310()NE C B R m= 210()M NC B R m=②松散材料 取决厚度2h 和下面路基模量3E223E k E = 0.45220.2K h = 2h 以mm 计2< 2k <4 ③整体材料9102N51010mE =⨯ 动（）④沥青混合料劲度模量 →沥青含量，沥青劲度及混合料空隙n v m b v C 2.5S S 1+()n 1C ⎡⎤=⎢⎥+⎣⎦v C ——混合料剥落空隙率 A v A LV C V V =+AV ——集料体积L V ——沥青体积4b410n=0.83lgS ⨯五、 设计步骤拟定厚度模量，计算所需值，进行比较 六、 车辙 1影响因素① 沥青层厚度② 沥青劲度中的粘滞度部分 ③ 交通量④ 沥青层平均压力 实验室得到 m ,h hS ησ∆=应用到路上 加入m C （动载修正系数） 2 轴载换算W 1.4W A=总等效A ——比例系数，随b S 及m S 而变，查图 3沥青劲度中的粘滞度部分b ,T ,t3S w tηη=⋅∑w ——见上 η——沥青粘滞度t——车轮通过时间，取t=0.02s4 沥青层各分层的平均应力 i σ⋅平均ii 1i i 01ih Z E δσσσ⋅==平均0σ——轮胎压力i δ——第i 层上、下面垂直位移差1i E ——第i 层模量5 车辙的计算1i ii m 1ih C E δδ=⋅平均mC ——动态影响修正系数因RD 发生在高温季节 以m S 代E1m 1mh C h S σ∆=平均1h --面层厚总变形 12o RD h h δ=∆+∆+∆ 七、 荷兰认为Shell 法§1-3 AI 法 1981年第九版Asphalt InstituteAI 1955-1970 年 共8版 全厚式 LH 路面属经验法 1981年9版一、 路面模型 多层 三、四层单轴 80 KN (18KP)LH LH 或乳化沥青LH 面层LH 基层四 层三 层p=0.483MPa 二 、设计标准1 t ε沥青层底面拉应变2 c ε路基表面的垂直压应变 1、t ε1bt N a ε⎡⎤=⎢⎥⎣⎦N ——路面开裂时的荷载作用次数t ε——加荷时拉应变a,b ——系数，根据疲劳实验得出，修正后用于现场 AI 法采用Finn 法33.2910.85418.4() 4.32510()()t N c E ε--*-⎡⎤=⨯⎣⎦N ——18KP 作用时等效的单轴作用次数E *——沥青混合料的劲度模量S10Mc = 4.840.69bv b V M V V ⎡⎤=-⎢⎥+⎣⎦v V ——空隙率 b V ——沥青体积率2、 c ε1bc N a ε⎡⎤=⎢⎥⎣⎦1()mc l Nε= l,m ——系数，与设计方法有关三 、设计考虑因素 1 轴载采用结构系数 SN=5 耐用指数 Pt=2.5 时情况()EAL =⨯∑车辆数卡车系数Equivalent Axle load ESAL Single=⨯∑轴数卡车系数荷载等效系数车辆数计算或查表 4-40 2 环境条件 考虑沥青层内温度月平均路面温度 134M M PT =M M AT 16z 4z 4⎡⎤--⎢⎥+⎣⎦++ z ——路面深度（英寸） z=1/3沥青层厚 3 材料特性 ①LH 动态模量200v 70,F b EF(P ,f ,V ,,T,V )η*=200P ——通过200号筛集料的概率，取5%f ——加载频率v V ——空隙率70,F η——华氏70时沥青粘度T ——温度b V ——沥青用量② 乳化沥青T ,t E 在温度T ，硬化时间t 时的模量③未处治粒料 劲度模量2k r 1M k θ=1k ,2k ——系数 一般取K1=8000～120000，2k =0.5θ——第一应力不变量 1231()3θσσσ=++④土基2r M NM 10C BR ()m四、 结构设计法 1 全厚式 2 乳化沥青基层第二章 经验法 §2-1 CBR 法California Bearing Ratio 20年代诞生于加州 核心 材料参数用CBR 表示 一、 CBR 试验 二、 CBR 设计法① 路面吸水后土基材料侧向移动② 不均匀沉陷 土基压实不够③ 过大弯沉 原因：面层厚度小或基层强度① CBR 曲线Fig 3-1 Fig3-2 ② CBR 公式根据半空间作用圆形均布载h 23.1log C =+C ——重复作用系数 A ——轮胎接地面积 P ——接地压力z C BR ——深度Z 处CBR 值（或2σ）三、 日本柔性路面设计方法 日本道路应用 1 设计程序2 交通量的计算 e N§2-2 英国29号道路指标Road Note NO29 TRRL(British) Transport and Road Research Laboratory提出 1960 1965 年修订 70年第二版一、轮载与交通量80KN二、路基条件三、路面厚度1 底基层厚2 基层厚3 面层四、典型结构五、 82年新法沥青层底拉应变及车辙§2-3 AASHTO 设计法American Association of State Highway and Transportation Officials一、AASHTO 实验路58～61 美伊利诺斯州6个环道实验第一环不行车第二环行轻车三到六实验路段284段不同结构组合的FP 得264种RP22辆轻型货车和104辆牵引车与半挂车在实验路上每天行驶15小时共做了1114000（一百一十一万四千次）获得了大量数据其中最重要的包含以下四个方面（一）路面耐用性——工作状态以路面供汽车行驶的能力用现时耐用指数PSI表示2=-+-（2-3-1）PSI 5.03 1.91log(1SV) 1.38(R D)SV——平均坡度变化R D——车辙深度C ——裂缝面积 P ——修补的面积一般认为 PSI=2.5 路面需大修 PSI=1.5 路面完全不合格 （二） AASHO 基本方程式001C p G log()(log log )C C βωρ-==--G ——在任何时间内的耐用性的损失 β——结构厚度和荷载变量的函数ω——加权的交通因素（累计轴载计算时） ρ——厚度和荷载的函数 P ——任一已知时间的耐用性0C ——初时耐用性（4.2）1C ——最低耐用性（1.5）3.23125.193.2320.081(L L )0.4(SN 1)L β+=++5.939.364.3324.791210(SN 1)L (L L )ρ+=+SN ——结构数1L ——单轴重或双轴组重 2L ——轴数 单1 双轴2(三) SN 与荷载作用次数的关系将式β，ρ中 取单轴18KP （80KN ）为标准荷载 则 1L =18 2L =1 则得5.1910940.4(SN 1)β=++ （2-3-5）'log 9.36log(SN 1)0.2ρ=+- （2-3-6）112233SN a D a D +a D =+ （2-3-7）1D ，2D ，3D —— 路面，路基，底基层厚度（cm ）1a ,2a ,3a ——路面，路基，底基层结构（垂直）系数由试验得到 参P86 表3-9 3-10 由基本公式（2-3-2）Glog log ωρβ-=代入β式2-3-5得5.19Glog 9.36log(SN +1)0.2+10940.4SN 1ω=-++（）(2-3-8)上式反映了任一时刻累计当量轴次W ，与PSI 损失G 及SN 的关系 再利用001C p G =log()C C --取0C =4.2 1C =1.5P ——设计PSI 主要 繁重交通 P=2.5 得 G=—0.2 次要 P=2.0 G=—0.09 结合（2-3-8）式 即得到 SN ～log ω关系 将其结果绘制成诺漠图3-25 (四)、车辆当量换算 前已导出log log tt G ωρβ=+将（2-3-4）式代入122log 5.939.36log(1) 4.79log() 4.33log tt G SN L L L ωβ=++-+-+（2-3-9）对标准载1L =18KP 2L =1 上式为1818log 5.939.36log(1) 4.79log(181)GSN ωβ=++-++（2-3-10）则其他单轴1L =x 2L =1 则（2-3-9）式为18log 5.939.36log(1) 4.79log(1)xGSN x ωβ=++-++（2-3-11）（2-3-10）-（2-3-11） 1818xGGlog4.79log x 1479log 181xωωββ=+-单（）-.(+)+（2-3-12）同法可得 双轴公式1818xGGlog4.79log x 2479log 181433log2xωωββ=+-双（）-.(+)-.+（2-3-13）根据公式（2-3-11） （2-3-12）可将表3-11a,b 等效系数如应用式（2-3-12） 1L =22Kb （100KN ） 并取t P 2.5=，SN 4=，则得G=-0.222 5.1920270.40.878(41)β=+=+18 5.1910940.40.658(41)β=+=+182222111log 4.79log 02(-)=0.47361810.6580.878ωω+=+（）+.2218log 0.3209ωω=-22180.478ωω=即将表3-11中等效系数以轴载比值n 表示 得知当 Pt=2.0时 n=3.88～4.64Pt=2.5 n=3.63～4.64 且随轴载增大，n 值有增大趋势 如将表中结果平均，Pt=2.0时 n=4.3Pt=2.5 n=4.05两者总平均4.18即单轴间换算公式可近似表示为4.2222181L ()L ωω= （2-3-14）二、 AASHTO 设计法 1 概述2 基本设计条件 P90 考虑路面设计状态①路面临界状态指标PSI P=2.5 P=2.0 ②设计交通量 按系数换算为总或每日 ③土基承载力SS 3=土 ≈3或2CBRS 10=碎石 ≈100 85 280④ 地区系数R根据地形，降雨量，气候，地下水位，冰冻深度等因素 3路面厚度的确定 陈列图 P3-27 SN ——各层厚 三、AASHTO 设计指南 1）基本公式（2-3-2）001C p G =log()=(log -log )C C βωρ--得t 18R 5.194.2p log4.2 1.5log 9.36log(1)0.2[2.32log M 8.07]10940.4(SN 1)SN ωλσ--=+-++--++式中： R M ——土基回弹模量 λ——保证率系数σ——估计交通量的标准差 一般为0.4～ 0.5 SN ——路面结构数11222333SN a D +a D m +a D m =2m ，3m —— 基层，底基层材料的排水性系数2.32R R M [2.32log M 8.07]log()3000-=R M 3000= Psi 2.32R M ()13000=则为式（2-3-2） 原式若土基回弹模量以MPa 为单位，并以En 表示 则 2.322.32R n M E log()log()300020=即原AASHTO 试验路S=3相当于R M =3000Psi 或20MPa 则(2-3-15)式可表为2.32n R E logN log N +log()20λσ=-2.3210R n20N =N ()E λσ⋅ （2-3-16）2) 对等值系数i a 进行了较大的修订3）放弃难以估计的地区系数R 将之反映在 A , En 考虑12个月内变化122.32ni 1i20E()E==∑i E ——各月E 值4）引入（λσ）项反映交通量预估的偏差第三章 我国FP 设计方法§3-1 公路FP 设计规范 JTJ014-8678年规范城市道路设计规范 GJJ37-90 厂矿道路设计规范 林区道路设计规范 86FP 规范s R l l ≤s c L FL = R c s0.2e11.0l A A N =0.38R 0F L E F A ()2P δ= 弹层 tt 1(1)1N N 365γηγ+-=⨯⋅m R σσ≤m P σσ= R sS K σ=0.2s ec 0.12K N A = LH 面层0.1s ec0.4K N A = 整基§3-2 公路AF 设计规范 JTJ14-97一、轴载4.35k1121i 1P N C Cn ()P==∑ 〉25KN 换算1C ——轴载系数轴距>3 m 按单独轴<3m 1C =1+1.2(m-1)2C ——轮组系数 双轮组1 单轮 6.4 四0.38弯拉8k1121i 1P N C Cn ()P==∑1C ——同前 2C —— 轮组数 双1 单18.5 四0.09二、 新路设计 1、 沥青层厚 高速 15-18 一级 12-15 二级 7-12 三级 3-5 2、 弯拉m R σσ≤ spR sK σσ=sp σ——劈裂强度 LH →15o C 时水泥稳定类 90天 二灰，石灰 180天弯拉强度均值（S ）与劈裂强度均值（sp σ）spSσ石灰土 1.1 二灰碎石 1.71 碎石灰土 1.82水泥碎石 2.74LH 面层0.220.09/s a e c K A N A =a A ——沥青混合料级配系数 细、中粒LH a A =1粗 a A =0.9无机结合料稳定集料类0.110.35/s e c K N A =无机结合料稳定土类0.10.45/s e c K N A =计算m σ时用抗压强度3、弯沉 多层 层间连续s l ≤d ld l ——设计弯沉值 0.2600d e c s bl N A A A -=2s c p l F E δα=c α——理论弯沉系数0.380.3601.63()()2sl E F p δ=e N ——一个车道累计当量轴次Ac ——公路等级系数高速，一级 1.0 二级1.5 三四级 1.2s A ——面层系数LH=1上拌下贯 乳化LH 1.0表处 1.2b A ——基层系数半刚性基层,底基,或面层>15cms l ——路面实测弯沉三 旧路改建弯沉测定 BZZ-100 非标轴车时换算1、0.86100100()i i l p l p =i l , i p ——弯沉及轴重2、 00123()l l Z S K K K α=+1K ——季节系数2K ——温度系数3K ——湿度系数3、 12021000t p E m m l δ= 1m ——p ,δ相同时，汽车与承载板测得弯沉之比，一般实测，无时，取1m =1.12m ——旧路E 增大系数 ① 计算与旧路接触层弯拉应力时'0.25/2h m eδ= 'h ——各补强层等效为沥青补强层的总等效厚度0.251'11()n i ii E h h E -==∑1E ——LH15℃时抗压模量i E ——其他材料15℃时抗压模量计算其他层弯拉及弯沉时 2m =14、 补强厚度计算补强层按n+1层弹性体系计算以弯拉为控制指标二级及以上验算补强层底拉应力第二篇 水泥混凝土路面设计方法第四章 国外水泥混凝土路面设计方法§4-1 前苏联水泥混凝土路面设计方法一 、基本体系与计算公式弹性地基薄板 根据荷位不同，又可分为1、 舍赫捷尔法 1939年提出无限大板解 弯矩 挠度 荷载0(1)2C P M R μπα+=C ——系数，随α,R 而变P ——荷载R ——荷载圆半径α=距荷载r 点0()M B A p μ=+()r M A B p μ=+挠度 00(1)10p E μωωα-⨯=A,B 随而α变系数2、 巴布科夫法荷载弯矩计算式中心0(0.05920.2137lg )M R p α=-r 处(0.0050.21lg )Q M r p α=-(0.0670.18lg )r M r p α=-3、柏特批可夫法 板中02100.316p h σα⨯=中 板边02100.570.71)p h σα⨯=-边（板角00.152310 1.7791)10p h ασ⨯=-角（0 1.91C α=二、板厚计算h =M ——最大计算弯矩n R ——混凝土极限抗弯拉强度0K ——混凝土工作条件系数，与板厚，气候区有关B K =1.3 混凝土龄期增长系数0K ——混凝土均值系数 0K =0.8y K ——交通重复影响系数 0.0631.08y K N -=§4—2 AASHTO 刚性路面设计方法一、设计标准1、PSI设计期 0t PSI P P ∆=-方法仍是建立P SI ∆ 同路面结构和轴载作用的关系式 同时2、引入可靠度概念3、环境对 P SI ∆ 影响 冻胀4、结构特性影响——如路面排水，接缝传荷能力二、设计方程 P216或12.21三、设计参数1、设计期高限 当地该路面能达到的年限低限 两次改建间的间隔时间2、交通 80KN ESAL 同沥青路面3、地基等效反应模量根据路基湿度变化 由回弹模量转化4、砼抗弯拉强度和弹模以28d 龄期的三分点加载均为为设计抗弯拉强度0.54733()c c E σ=c σ—M Pa c E —M Pa5、路面排水系数 d C按路面排水质量分为五级 优、良、中、差、很差按湿度对路面的影响程度分为五级6、传荷能力系数J四、 设计步骤1、确定地基等效反应模量K与垫层类型及厚度、脱空情况：路基土模量的季节变化（各月模量值）2、板厚设计 P206 图 4-2-11f d K J C PSI D σ→→→→∆→§4—3 PCA一、设计标准1、指标（1）砼板疲劳断裂——纵缝中部（2）地基和路肩材料侵蚀、冲刷——限制板间、接缝、自由边挠度 同时考虑：（1）接缝传荷能力（2）路肩类型（3）砼基层（4）三转轴影响2、计算模型（1）荷载应力：挠度K 地板有限元解（2）侵蚀将挠度分析同路面使用性能相关联0.1031lg 14.525 6.771(9)e N C p =--1C ——调整系数一般基（垫）层 11C ≈高强度基（垫）层 10.9C ≈0.27268.7/P p k h ω=P ——地基反力K ——地基反应模量ω——板的挠度h ——板厚二、设计参数1、设计期限 20年 长至40年2、交通（1）平均日交通量（2）平均日货车交通量（3）γ（4）方向分布（货车）（5）轴载分布3、路基和垫层 垫层顶面模量 d K路基K+垫层厚度 d K ⇒4、砼强度 28d 弯拉强度三、设计步骤1、设计参数的收集与确定（1）接缝和路肩类型（2）砼抗弯拉强度 （3）基（垫）层K 及厚度（4）轴载复合系数 （5）轴载分布（6）设计期累计轴次2、疲劳分析K →→→→→→应力比板厚当量应力容许轴次各种疲劳损耗总疲劳损耗轴重实际轴次3、侵蚀分析（1）由面层厚及地基反应模量K 按接缝和路肩情况 查得侵蚀系数（2）根据轴载及侵蚀系数 得容许轴载作用次数（3）又容许轴次及预计轴次 可得各级轴载的侵蚀损耗比 总和得总损耗（4）确定h 如总损耗＞100％ 则不满足总损耗≤100％ 则太厚§4—2 日本砼路面设计方法一、荷载应力二、温度应力 0.35t C E ωδαθ=三、疲劳设计理论的发展1、柔性路面（1）显示化（2）有限元解（3）弹粘塑体系（4）非线性分析（5）断裂力学（6）可靠度2、刚性路面（1）R（2）RCC+AC（3）层状地基板和半空间地基上层状板（4）中厚板（5）旧砼（6）断裂力学。
沥青路面设计
15
三、沥青路面垫层结构
垫层的作用：
➢改善土基的湿度和温度状况，保证面层和基层的强度、 刚度和稳定性不受土基水温变化而造成不良影响。 ➢将基层传下的车辆荷载加以扩散，以减小土基的应力和 变形。同时阻止路基土挤入基层。
可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或 石灰煤渣稳定类、石灰粉煤灰稳定类等。强度要求不一定 高，但水稳定性和隔温性能要好。 排水垫层应与边缘排水系统相连接，垫层宽度应铺筑到路 基边缘或与边沟下的渗沟相连接。 采用碎石和砂砾垫层时，一般最大粒径应不超过结构层厚 度的1/2，以保证形成骨架结构。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 16
防冻厚度的设计，一般多采用经验厚度和经验公式加以 确定。 防冻厚度与路基潮湿类型、路基土类、道路冻深以及路 面结构层材料的热物理性能有关。 若根据交通量计算的结构层总厚度小于最小防冻层厚度 ，则应增加防冻垫层使其满足最小防冻厚度的要求。 在排水垫层下设土工织物反滤层，以防止路基污染粒料 垫层，降低排水功能。
11
二、解题方法
p
h1
E1 μ1
hi
Ei μi
En μn
弹性层状体系示意图
12
第三节 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 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； 3. 考虑结构层的特点 上下层匹配，总体上强度足够； 4. 考虑防冻、防水要求 5. 层间结合良好
通过试验路的实测数据，建立路面结构（结构层组合、 厚度和材料性质）、车辆荷载（轴载大小和作用次数）和 路面使用性能之间的关系。
混凝土路面的结构设计原理
混凝土路面的结构设计原理一、引言混凝土路面是道路工程中广泛应用的一种路面结构，具有强度高、耐久性好、维修成本低等优点。
混凝土路面的结构设计是保证道路工程质量的重要环节之一。
本文将详细介绍混凝土路面的结构设计原理。
二、混凝土路面的构成混凝土路面是由底层、基层、面层三部分组成的。
1.底层底层是指路基，是路面的基础部分。
底层主要承受车辆荷载，并将荷载传递到路基。
底层的主要作用是分散荷载，保证路面的稳定性。
2.基层基层是指路面结构中位于底层和面层之间的一层。
基层的主要作用是承受路面荷载，并将荷载分散到底层和面层。
3.面层面层是指路面结构中最上面的一层，直接接触车轮。
面层是混凝土路面的重要组成部分，需要具备良好的耐久性、防滑性和舒适性。
三、混凝土路面的厚度设计混凝土路面的厚度设计需要考虑以下因素：1.荷载道路车辆荷载是混凝土路面厚度设计的主要依据。
荷载包括轴荷和轮荷，需要根据不同的车辆类型和车速进行计算。
2.材料性能混凝土路面的材料性能对厚度设计也有很大影响。
材料的强度、抗裂性、耐久性等都需要考虑。
3.地基条件地基条件是混凝土路面厚度设计的另一个重要因素。
地基条件的不同会导致混凝土路面的承载能力有所不同。
四、混凝土路面的设计步骤混凝土路面的设计步骤包括以下几个方面：1.确定荷载荷载是混凝土路面设计的基础，需要根据不同的车辆类型和车速进行计算。
2.选择材料混凝土路面的材料需要具备良好的耐久性、抗裂性、抗滑性等特点，需要根据实际需要进行选择。
3.确定厚度根据荷载和材料性能等因素，确定混凝土路面的厚度。
4.确定结构混凝土路面的结构包括底层、基层和面层。
需要根据实际需要进行选择。
5.施工方案混凝土路面的施工方案需要考虑材料的搅拌、浇筑、养护等方面。
五、混凝土路面的施工注意事项混凝土路面的施工需要注意以下几个方面：1.材料配合比混凝土路面的材料需要按照一定的配合比进行配制，保证混凝土的强度和耐久性。
2.浇筑方式混凝土路面的浇筑需要采用均匀的方式，防止出现裂缝和固结不良等情况。
水泥混凝土路面设计原理
水泥混凝土路面设计原理水泥混凝土路面是公路建设中常用的路面类型之一，具有耐久、坚实、平整、防滑等优点，被广泛应用于高速公路、城市道路、机场跑道等场所。
水泥混凝土路面的设计原理包括路面结构设计、路面厚度设计、材料选用和施工工艺。
一、路面结构设计水泥混凝土路面结构包括基层、底基层、面层和路肩。
基层是路面的承载层，一般采用碎石、碎石混凝土、沥青混凝土等材料，其厚度应根据地基承载能力和路面设计要求确定。
底基层是基层上的补强层，一般采用水泥混凝土，其厚度应根据基层承载能力、路面设计要求和交通荷载等因素确定。
面层是路面的最上层，一般采用水泥混凝土，其厚度应根据交通荷载、路面设计要求和使用寿命等因素确定。
路肩是路面两侧的边缘，一般采用碎石、水泥混凝土、沥青混凝土等材料，其宽度和厚度应根据地形和路面设计要求确定。
二、路面厚度设计水泥混凝土路面的厚度设计是保证路面承载能力、使用寿命和经济性的重要工作。
根据路面设计要求和交通荷载等因素，可采用经验公式、确定性设计方法或概率设计方法进行厚度设计。
其中，经验公式适用于简单路段，确定性设计方法适用于复杂路段，概率设计方法适用于大面积路段。
三、材料选用水泥混凝土路面的材料选用是影响路面性能和使用寿命的重要因素。
一般选用优质水泥、粗细骨料、矿物掺合料、化学掺合料等材料进行配合。
其中，水泥应具有良好的抗压、抗拉、抗弯和耐久性能，粗细骨料应具有坚实、硬度高、耐磨性好和大小分布合理等特点，矿物掺合料和化学掺合料应能提高水泥混凝土的力学性能、耐久性能和施工性能。
四、施工工艺水泥混凝土路面的施工工艺是保证路面质量的重要环节。
一般包括路基处理、基层施工、底基层施工、面层施工、路肩施工、养护等过程。
其中，路基处理应根据地质、地形和设计要求进行，基层施工应采用机械碾压或人工夯实的方式进行，底基层、面层和路肩施工应采用机械摊铺或手工摊铺的方式进行，养护应根据材料性能和气象条件进行。
综上所述，水泥混凝土路面的设计原理包括路面结构设计、路面厚度设计、材料选用和施工工艺。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
为158N/mm（沿宽度） 麦克丹姆路面芯样
。
No stone larger than will enter a man’s mouth should go into a road. 不能将比人的口大的 石料用于筑路。
4、沥青路面的发展
焦油麦克丹姆路面
Ø 1848 年建于诺丁汉姆郊外，1854年法国，186 6年美国。 Ø 焦油含量一般为6%，空隙率为17%。 Ø 碎石集料2mm 的通过率约为20%，磨耗层的厚 度约为50mm。
Ø 不同设计体系当量换算原则，比较其合理性和优缺 点。
拟安排的课程论文题目
Ø 定义材料特性的主要指标有哪些？如何确定？ Ø 如何比较经验设计体系和力学经验设计体系？ Ø 我国刚性路面设计的基本程序。 Ø 旧路评价的主要内容，加铺层设计思路。
一、路面发展历史
Ø 道路是指对公众开放的，供客货车辆、行人和牲 畜行走的路线。 Ø 路面是道路上修筑的一个坚硬光滑的表面，是直 接承受行驶车辆的作用，是道路工程的重要组成部
时期
第三阶段（80年代）
典型结构
主要特点 破坏模式
减缓了反射裂缝、有较好的排水性 沥青层疲劳破坏严重 沥青碎石向沥青混凝土发展 基层进入高强度大模量误区（路面评价采用强度系数）
技术导向
时期
第四阶段（90年代）
典型结构
主要特点 破坏模式 技术导向
解决沥青层疲劳问题 反射裂缝严重、排水问题未解决（水稳定性不足） 追求较高的以平整度、 抗滑指标为代表的使用性能要求
现代经验法：1946年，AASHO（美国各州道路协会，今
为AASHTO）---开展了足尺试验，建立了以使用性能为
基础的经验设计法，提出了PSI（现时服务能力指数）标
准，将车辙、裂缝、平整度使用指标与路面结构数（S N）、材料与荷载间建立了设计模型与诺谟图，使设计更 为合理。
力学--经验法：1943年Burmister发表了弹性层状理论，
Ø 南方多雨地区，城市道路大量修建，修建质量不高 Ø 不注意养护，早期损坏现象严重，缺少有效的维修措 施，急需有效的养护维修措施
二、沥青路面结构设计方法的发展
经典理论法 经典经验法 现代经验法
力学-经验 法
经典理论法：1901年，美国麻省建立了第一个路面设计
公式，主要以理论公式为主。以轮载分布到土基顶面的应 力大小为依据，目的在于防止土基出现剪切破坏，采用的 分析根据是简单的静力平衡原理。
• 1891 年，第一条真正的刚性路面开始施工，采用
现场拌合，并采用1.5 m 的方形模板摊铺。
水泥混凝土路面的发展
水泥混凝土路面性能的改进
Ø 1930年，加气混凝土的发展，提高了PCC路面的抗 冻能力。 Ø 30 年代后期，在PCC 路面与土基间设置一个不会发
生唧泥和脱空的基层，材料为沙砾、碎石或炉渣。
典型的泰尔福特路面结构
泰尔福特路面特点
Ø 路面结构总厚度约为350-450mm。 Ø 底层用100mm 宽、75 -180mm 高的大石块修筑 。 Ø 上面铺筑两层最大尺寸为65mm 的碎石层，两层 总厚度150-250mm。 Ø 最上面铺筑40mm 厚的磨耗层。
Ø 可以承担的荷载强度大约为88N/mm（沿宽度）。
分，可以使道路更加舒适和耐久。
1、古代的道路(石板）
现存的古罗马道路
中国宋代以来的道路（广州）
罗马道路的路面结构
罗马道路的路面结构
Ø 面层：用平滑的多边形砌
块铺筑而成，缝隙用石灰
砂浆灌注。 Ø 基层：石灰稳定沙砾。 Ø 下基层：石灰稳定碎石。 Ø 垫层：石灰砂浆粘接的片 石垫层。
2、泰尔福特（Telford）路面
设计、材料设计。
结构设计
就是选择适宜的材料、合理地设置结构层的空间位 置，保证所设计的路面结构在设计使用年限内能够 有效地承受车轮荷载和自然因素的作用，实现设计
寿命，并提供高质量的服务品质，降低维修和养护
费用。
厚度设计
路面结构层厚度计算是在对交通因素、环境因素和 车轮荷载因素等充分认识的基础上，运用经验的或 理论的方法计算路面各结构层的适宜厚度。
5、水泥混凝土路面的发展
Ø 水泥混凝土作为一项专利技术（Portland Cement Concrete — PCC）出现于1824年。 Ø 直到19 世纪后期才开始用于道路工程。
Portland Cement Concrete？
水泥混凝土路面的发展
水泥混凝土路面的起源
• 1889 年美国人George W. Bartholomew提议在 美国的俄亥俄州Bellefontaine 市修建第一条水泥 混凝土路面。
课程主要内容
Ø 刚性路面设计 Ø 加铺层设计：旧路评价、加铺层设计 Ø 路面结构非确定性分析和可靠度概念 Ø 设计路面的概念和方法 Ø 设计材料的概念和方法
拟安排的课程论文题目
Ø 路面结构通常受哪些因素影响？比较合理的设计程 序是怎样的？
Ø 通过诺模图的形式定量指出路面结构的受力状态， 变化幅度，影响因素（荷载、层厚、模量比、层间 结合、环境变化（水土温）等）。 Ø 刚性路面中的应力构成及影响因素分析。
2、我国沥青路面设计方法 的发展第二阶段
Ø 20世纪80年代中后期，新设备、新技术、新材料 、新工艺不断地应用，新的名词不断涌现（OGFC 、SMA、PE、SBS、PG、Superpave 等）。 Ø 路面结构设计体系、思想、观念、方法并没有发生
大的发展和变化。
Ø 道路建设、养护维修成本高。
我国二级公路与高速公路典型路面结构
沥青路面的发展
Warren沥青混凝土路面
Ø 1901-1903年，Warren以HMA(Hot-Mix Asphalt Mixture)铺装材料和工艺过程为主要内容申报了专利 。 Ø 专利涉及HMA、沥青胶结料、旧路加铺罩面等技术
。
Ø 含有6%的沥青含量，以及通过适宜的集料级配得到
沥青路面的发展
沥青面的发展
Topeka沥青混凝土路面特点 “Topeka mix”含约30% 的级配碎石（12.5 mm 筛孔 通过量为100%），砂的用量为58 -62%（2.00 m
m -0.075 mm），矿粉填料的用量为8 -12%（10
0%通过0.075 mm 筛孔），沥青用量为：7.5 -9.5 %。
时期
第五阶段（2000年以后）
典型结构
主要特点 破坏模式 技术导向
通过材料设计解决路面功能问题； 通过组合设计解决排水与反射裂缝问题 有待检验 柔性基层备受关注
7、我国水泥混凝土路面的现状
Ø 50、60年代修筑数量很少
Ø 70年代大量修建水泥混凝土路面（沥青供应不足）
Ø 80年代以后得到了较快的发展
路面结构设计原理
王端宜教授/博导 tcdywang@
课程要求的基础知识
Ø 土和道路材料方面的相关知识 Ø 路基和路面的相关知识 Ø 结构分析和设计方面的知识 Ø 计算机操作方面的能力
主要参考书
Ø 《路面分析与设计》黄仰贤 著 Ø 《路面设计原理》 华工道路工程研究所 Ø 《高等级公路半刚性基层沥青路面》 沙庆林编著 Ø 《公路沥青路面设计规范》交通部 Ø 《公路水泥混凝土路面施工规范》交通部
3、我国沥青路面设计方法 的发展第三阶段
Ø 20世纪90年代，开展了沥青路面结构优化设计和 可靠度分析的研究。 Ø 结构优化原则：
u 保证路面使用寿命；
u 符合当地高速公路工程特点和实际；
u 适应施工机械化作业、加快工程进度； u 经济合理地利用当地材料资源，降低工程造价。
沥青路面的发展
拌合式路面
Ø 在路床上摊铺集料； Ø 洒布沥青结合料； Ø 用圆盘耙和犁现场拌和沥青和集料； Ø 碾压沥青混合料（压路机下的路面不出现位移）； Ø 在碾压成型的磨耗层上面撒布细集料并做成封层。
沥青路面的发展
薄层沥青路面（sheet asphalt pavements）
Ø 磨耗层：由沥青和砂拌制而成，厚度40 -50 mm ； Ø 联结层：由沥青和碎石拌成，厚度40 mm； Ø 基层：水泥混凝土或经破碎的旧路面，厚度：轻型 交通100 mm、重型交通150 mm。
经典经验法：1929年，美国公路管理局提出了土的道路
工程分类法（PRA分类法），同年加州道路局开创了路基 土与粒料材料加州承载比（CBR）的相对强度试验法。以 解决土基强度为核心的设计方法，采用路基土分类、承载 板试验、室内承载比试验或三轴试验确定土基强度，然后
根据经验确定不同强度土基所需要的路面结构厚度。
材料设计
材料设计过程应该是根据路面结构对材料的强度、 刚度和稳定性的要求，提出适宜的材料种类，规格 和配比。
存在的问题
存在的问题
Ø 路面结构设计时机械套用经验结构（全国一个模式 ）；
Ø 厚度计算时，由于参数输入具有非常大的随意性， 沥青路面理论设计体系的厚度计算在某种意义上成 为了数字“游戏”； Ø 材料设计与路面结构要求相脱节，不管交通荷载水 平、环境因素差异，统统采用相同的材料设计评价 方法和指标。
为沥青路面设计的理论分析方法奠定了基础，1963年壳
牌石油公司提出SHELL设计方法。
力学--经验法新法：温度场与湿度场的耦合的粘弹层状
体系理论与可靠度指标；建立材料、结构与工艺一体化设 计系统。
力学--经验法由力学和经验两部分组成，材料和结构的
理论研究成果帮助我们掌握其发展的内在规律和机理，建
典型结构
主要特点
破坏模式 技术导向
适应当时的工艺水平与经济条件
土基承载力不足 通过最小路基高度控制路基湿度状态； 控制弯沉保证最小刚度
时期
第二阶段（70-80年代）
典型结构
主要特点
破坏模式 技术导向
改善了土基工作状态，明确强基薄面设计理念