道路工程复习

第六章路面设计与施工第一节概述一、路面的作用及要求1、定义：路面就是用各种材料或混合料铺筑在路基上供车辆行驶的层状构造物。

2、作用：为车辆能够以一定的速度、安全、舒适而经济的行驶。

3、路面性能：（1）足够的强度和刚度（2）良好的稳定性（3）耐久性（4）表面平整度（5）表面抗滑性和耐磨性（6）不透水性（完全透水性）（7）任噪声和少尘性4、对路面的要求：1）强度和刚度2）稳定性3）表面平整度4）表面抗滑性5）耐久性及不透水6）其他：避免扬尘、透水、降低噪音等。

二、路面结构层次划分1、路面横断面1）槽式横断面2）全铺式横断面2、路拱横坡度2、路拱的作用及路拱横坡的取值。

作用：排除路面水。

坡度大小根据路面类型和当地自然条件确定。

3、路面结构层次的划分及其作用1）面层：对面层的要求：强度、刚度（承受并传递和荷载）；平整、抗滑（为车辆行驶服务）；耐磨、稳定性好、不透水等。

2）基层：承受由面层传递下来的车辆荷载垂直力，并进一步扩散到土基或垫层。

要求：足够的强度和刚度、平整度、稳定性。

3）垫层：主要起隔水、排水、防冻作用，在满足要求的情况下，尽量选用当地便宜的材料。

三、路面的分级与分类1、路面等级划分:1)、高级路面①公路等级：高速、一、二级公路用；②面层类型：沥青砼、水泥砼；③特点： a.强度、刚度高，稳定性好； b.使用寿命长，能适应较繁重的交通量； c.平整无尘，能保证高速行车；d.养护费用少，运输成本低； e.投资大。

2)、次高级路面①公路等级：二、三级公路；②面层类型：沥青贯入式，沥青碎石、沥青表面处治；③特点：a.强度、刚度较高；b.使用寿命长，适应交通量较多；c.行车速度较高；d.造价较低； e.费用和成本较高。

3)、中级路面①公路等级：四级公路；②面层类型：碎（砾）石、半整齐块石、粒料类。

③特点：a.强度、刚度低，稳定性差； b.平整度差，易扬尘； c.仅适应较小交通量； d.行车速度低，造价低； e.养护费用高、运输成本高。

4)、低级路面①公路等级：四级公路；②面层类型：粒料、当地材料。

③特点： a.强度、刚度最低； b.水稳性、平整度均差，易扬尘； c.仅适应较小交通量； d. 低速行车，适用较小交通量； e.造价低，养护运输成本高。

2、路面分类：1).按面层使用材料分：①沥青类②水泥砼③粒料④块料2.)按强度构成原理分：①嵌锁法②级配法③稳定法④铺砌法3)．按荷载作用下的力学性质分：①柔性路面 : 各种基层（除水泥砼外) 各类沥青面层，碎石面层，块料面层.②刚性路面：水泥砼作面层或基层。

③半刚性路面：以石灰水泥稳定土，石灰水泥处治碎石，含工业废渣基层。

4.)常见路面结构层类型：①碎砾石类②结合料稳定类③沥青类④水泥砼⑤块料类四、汽车荷载作用力1、车轮作用在路面上的垂直力（1）垂直静压力P的影响因素：1）汽车轮胎内压； 2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态； 3）轮载的大小。

（2）标准轴载BZZ－100的设计参数：轮载P＝100／4kN，p=700kPa，双圆均布荷载的当量圆直径为：0.213m。

2、车轮作用于路面的水平力：前进方向上的水平力和转弯时的侧向水平力。

水平力对路面造成的影响：当路面面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等破坏。

3、车轮对于路面的其他作用力1）冲击力和震动力影响因素：车速、路面平整度、车辆的振动特性。

冲击系数（动荷系数）：震动轮载的最大值与静载的比值。

2）轮载作用的瞬时性车轮通过路面上任意一点的时间，约为0.01～0.1s左右，动载作用下，路面变形量的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者路面结构强度的相对增大。

3）车辆荷载作用的重复性五、环境因素对路面体系的影响1、温度的影响作用1）影响机理路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内部的温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩。

由于温度和湿度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的，但这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度应力和湿度应力。

进而对路基路面产生破坏。

2）路面结构内温度的变化路面结构层内温度的日变化与年变化曲线。

3）影响温度变化的因素：内部：路面各结构层材料的热物理参数，如热传导率、热容量、对辐射热的吸收能力等；外部：主要是气象条件：如太阳辐射、气温、风速、降水、蒸发量等。

2、湿度的影响作用1）对路基的影响：冻胀翻浆（与温度作用共同进行），过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性2）做好路基路面排水的重要性第二节沥青路面设计一、概述二、沥青路面设计1、设计任务：根据使用要求及气候如文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，设计确定经济合理的路面结构，使之能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公路相应的承载能力，耐久性、舒适性、安全性的要求。

2、设计内容：原材料的选择、混合料配合比设计和设计参数的测试与确定，路面结构层组合与厚度计算，以及路面结构的方案比选等内容。

路面设计除行车道部分的路面外，对高速公路、一级公路还应包括路缘带、硬路肩、加减速车道、紧急停车带、收费站和服务区的场面设计以及路面排水系统的设计，对其它各级公路应包括路肩加固、路缘石和路面排水设计。

3、设计方法：一类是以经验或试验为依据的经验法；（以美国AASHTO为代表）一类是以力学分析为基础，考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的理论法。

（前苏联、我国）4、设计理论：双圆均布荷载作用下的弹性层状体系理论。

此外还有非线弹性理论、弹、粘、塑性理论等未用于规范。

准备引入可靠度理论。

5、沥青路面厚度计算：○1我国现行沥青路面设计方法，采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以路面设计弯沉值作为路面整体刚度的设计控制指标。

○2对于高速公路，一，二级公路，沥青混凝土面层和半刚性基层，底基层，应对共层底拉力进行计算；对于经常承受较大水平荷载作用的停车站，交叉口等路段的沥青混凝土面层，还应验算在高温季节共破坏面上可能产生的剪应力○3设计指标：路面设计弯沉值；容许拉应力；○4累积量轴次：我国路面设计以双轮组单轴轴载100kn的标准轴载，并以b22—100表示。

当以设计弯沉值为指标计算路面厚度和层底拉应力验算时，柔性至刚性，次方升高三、沥青路面结构组合设计根据理论分析和多年的使用经验，在路面结构组合设计中要遵循下列原则。

1、按交通特点和各结构层的功能选择结构层次考虑公路等级、交通量等对各结构层的要求安排结构层次。

如根据公路等级选择路面等级，根据上面层选择中、下面层（考虑排水、抗车辙）等。

2、适应行车荷载作用的要求1）作用在路面上的行车荷载，通常包括垂直力和水平力。

路面在垂直力作用下，内部产生的应力和应变随深度向下而递减。

水平力作用产生的应力、应变，随深度递减的速率更快。

因此要求结构层安排应上强下弱。

3、满足稳定性的要求1）温度稳定性保证最小防冻厚度2）高低温稳定性路面面层的选择南方以中粒式、粗粒式为宜，要综合考虑路面透水问题。

3）水稳定性设置排水垫层，中湿以上路段要用水稳定性好的材料作基层、垫层。

4、考虑各结构层本身的结构特点，扬长避短，避免对相邻层次的影响。

注意沥青路面的层间结合问题。

以保证结构整体性，避免层间滑移。

面层与基层结合是否紧密，对面层层底拉应力有很大影响。

5、路面设计要求：面层耐久、基层坚实、土基稳定。

6、路面设计原则：因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护。

四、路面设计标准及参数1、标准轴载及当量轴次我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ－100表示。

○1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，均按公式换算成标准轴载P的当量作用次数:○2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，均按换算成标准轴载P的当量作用次数N’。

○3路面容许弯沉值：路面在使用期末的不利季节，在标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值。

3、容许弯拉应力：对于整体性路面材料，为防止其在使用寿命内出现疲劳开裂的破坏，还应进行弯拉应力验算。

要求结构层底面的最大拉应力不大于结构层材料的容许拉应力σR。

容许弯拉应力：是指路面材料在车辆荷载反复作用下，达到临界破坏时的最大疲劳弯拉应力。

4、路基土和路面材料抗压回弹模量一般取路面的泊松比μ＝0.25，路基的泊松比μ0＝0.35。

（1）路基土回弹模量值的确定①实测法（承载板法）在已经成型的路基上用大型承载板实测荷载－回弹变形关系曲线，利用弹性半空间理论公式计算。

②换算法：根据当地实测资料建立承载板与室内小型承载板或承载比（CBR）关系式，用后者反算E0。

③查表法：先根据自然区划和路基土质，确定路基临界高度，判别路基干湿类型，论证（计算）求得路基平均稠度Bm值，查表确定土基回弹模量值。

五、新建路面设计1、新建路面的设计程序新建沥青路面通常按以下步骤进行路面结构设计：①根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型；计算设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne和设计弯沉值ld。

②根据路基土组与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1Km），确定各路段土基回弹模量值。

③根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。

④根据设计弯沉值计算路面厚度。

对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和整体性基层材料的基层、底基层，应计算拉应力是否满足容许拉应力的要求。

如不满足要求，调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。

上述计算应采用弹性多层体系理论编制的程序进行。

六、旧路补强设计路面达到使用寿命（达到使用年限或交通量增加很快达到Ne），需对原有路面进行维修补强。

主要工作包括：1、交通调查对交通量和交通组成进行调查，预估交通量的增长趋势，确定交通量的年增长率，计算Ne、lR;2、路况调查①确定路基土组及干湿类型；②调查路面的结构层次及各层厚度，分析产生破坏原因。

③原路面设计、施工和养护资料调查3、弯沉测定与计算在确定各段路面的计算弯沉值时，应根据下列因素进行路段划分：①在一个路段内土组、干湿类型应相同；②在一个路段内各测点弯沉值应较为接近，且测点数不少于20点／车道③路段的最小长度不宜过小。

4、补强厚度计算同新建路面厚度计算。

第三节水泥路面设计一、概述1、水泥混凝土路面：包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混凝土等面层和基（垫）层所组成的路面。