公路沥青路面设计

现行的《城市道路设计规范》规定：
• （1）除交通量小的支路上铺筑沥青混凝土面层时 可仅用设计弯沉值指标设计外，在其他道路上铺 筑沥青混凝土面层应采用设计弯沉值、层底拉应 力、面层剪切应力三项指标设计。
• （2）对沥青碎石面层采用设计弯沉值和剪切应力 两项指标设计，对沥青贯入式、沥青表面处治和 粒料路面，只用设计弯沉值指标设计。
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
)t
1]
365
N1
4. 交通等级
交通等级 轻 中等交通 重交通
交通分级
BZZ-100累计当量轴次Ne （次/车道） ＜3×10e6
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。
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。
沥青路面低温抗裂性引起的破坏
美国沥青路面修补
二 公路沥青路面设计理论简介
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； 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
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。
2、车 辙
（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 。
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
• （3）采用半刚性基层时，应对基层按拉应力指标 设计。
第二节 沥青路面设计的基本依据
1. 路面设计年限
2. 标准轴载及轴载当量换算
我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。
1) 当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验i
(
Pi P
)
4.35
不计25KN以下轴载
式中：
（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
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
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。
N——标准轴载的当量轴次，次/日； ni——被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日； P——标准轴载100KN； Pi——被换算车辆的各级轴载，KN； k——被换算车辆的类型数； C1——轴载系数， C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距大于3米时，按单独 的一个轴载计算，当间距小于3米时，按双轴或多轴计算。 C2——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
二、解题方法
h1 hi
p E1 μ1
Ei μi
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。
有条件时，对重载交通路面宜检验沥青混合料的 抗剪切强度。
（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
3×10e6 ～ 1.2×10e7
1.2×10e7 ～ 2.5×10e7
大型客车及中型以上的各 种货车交通量（辆/d.车道） ＜ 600
600 ～ 1500
1500 ～ 3000
特重交通 ＞2.5×10e7
＞ 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
2) 当进行半刚性基层层底拉应力验算时
N '
k i1
c1'
c2
'
ni
(
pi P
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。
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。
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。