我国沥青路面设计方法及典型实例

我国沥青路面设计方法及典型实例1、设计理论-层状体系理论2、设计指标和要求;（1）轮隙中间路表面（A点）计算弯沉值小于或等于设计弯沉值（2）轮隙中心下（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力应小于或等于容许拉应力3、弯沉概念（1）回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能恢复的那一部分变形。（2）残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那一部分变形。（3）总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形（回弹弯沉+残余弯沉）。（4）容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮隙中间容许出现的最大回弹弯沉值。（5）设计弯沉：是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准轴载双轮轮隙中间的最大弯沉值。4、弯沉测定;（1）贝克曼法：传统检测方法，速度慢，静态测试，试验方法成熟，目前为规范规定的标准方法。（2）自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。（3）落锤弯沉仪法：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹量，快速连续测定，使用时应用贝克曼进行标定换算。5、设计弯沉的调查与分析（1）我国把第四外观等级作为路面临界破坏状态，以第四外观等级路面的弯沉值的低限作为临界状态的划界标准，从表中所列的外观特征可知，这样的临界状态相当于路面已疲劳开裂并伴有少量永久变形的情况。（2）对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现，外观等级数愈高，弯沉值愈大，并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。因此可以在弯沉值与不同时期的累计交通量间建立关系。6、设计弯沉值;设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测得的最大(代表)回弹弯沉值。可根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定的路面弯沉设计值。7、容许弯拉应力对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指15℃时的极限劈裂强度；对水泥稳定类材料龄期为90d的极限劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度(MPa)，水泥粉煤灰稳定类120d的极限劈裂强度(MPa)。沥青混凝土层的抗拉强度结构系数：无机结合料稳定集料类：无机结合料稳定细粒土类：8、路面结构的弯沉计算弹性层状理论是在一定假设条件下（半无限空间体、材料各向同性、均质体且不计自重）经过复杂的力学、数学推演的理论体系，假设条件与路面实际不完全相符合，这是导致理论与实际不一致的原因。因此引入弯沉修正系数F，将理论弯沉值进行修正，使计算弯沉与实测弯沉值趋于接近。弯沉修正系数：9、路面结构的弯拉应力计算理论最大拉应力系数：；实际设计时，该值通过程序计算得到。10、路面结构的设计参数;需要得到的设计参数：其中：——是标准轴载累计作用次数；——是土基的回弹模量和泊松比；其它参数为土基以上结构层材料的模量和泊松比，其泊松比一般可取为0.25～0.35（强度高时取小值），弹性模量可取规范推荐值，或试验确定。规范要求：（1）高速公路、一级公路施工图设计时应选取工程用路面材料实测设计参数；各级公路采用新材料时，也必须实测设计参数。（2)高速公路、一级公路初步设计或二级及二级以下公路设计时可借鉴本地区已有的试验资料或工程经验确定。11、土基回弹模量设计值的规定（1）新建公路初步设计时，可根据查表法（或现有公路调查法）、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的路基回弹模量设计值。（2）通过现场测定路基回弹模量值与压实度、路基稠度或室内试验测定路基土回弹模量值与室内路基土CBR值等资料，建立可靠的换算关系，利用换算关系计算现场路基回弹模量。（3）当路基建成后，在不利季节实测各路段路基回弹模量代表值，以检验是否符合设计值的要求。现场实测方法宜采用承载板法，也可采用贝克曼梁弯沉仪。若在非不利季节测试，则应进行修正。（4）若现场实测路基回弹模量代表值小于设计值或弯沉值大于要求的检测值，应采取翻晒补压，掺灰处理或调整路面结构厚度等措施，以保证路基路面的强度和稳定性。12、土基回弹模量室内试验的要求（1）应选择土料场，取土样，宜采用100mm直径承载板，按照现行的《公路土木试验规程》中的小承载板法试验要求进行试验。回弹模量测试结果应采用下式修正：（2）试件制备应根据重型击实标准的最佳含水量，采用三组试样，每组三个试件，每个试件分别按重锤三层98次、50次、30次击实试件，测得不同压实度与其对应的回弹模量值，绘成压实度与回弹模量间的关系线，查图求得标准压实条件下的回弹模量值。（3）路基回弹模量设计值，应考虑公路等级、不利季节和路基干湿类型的影响，采用下式计算：13、土基回弹模量取值方法（1）现场测试法：①承载板测试法：采用直径30cm的刚性承载板，在现场土基表面，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，采用1mm线性归纳法按下式计算测点处路基回弹模量值：②回弹弯沉测试：③落锤式弯沉仪：（2）查表法：①确定临界高度（根据自然区划、土质）；②拟定土的平均稠度（根据路基设计高度与临界高度的关系，确定路基顶面以下80cm范围内不同深度的含水量，计算平均稠度；③预测土基回弹模量（根据平均稠度、土质、自然区划查表）（3）室内试验法：根据室内小承载板测得回弹模量，乘以折减系数。（4）换算法：通过回归分析，确定特定地区、土质的CBR等现场试验数据与回弹模量的关系；14、结构层的回弹模量的要求;以路表弯沉值为设计指标时，设计参数采用抗压回弹模量。对于沥青混凝土试验温度为20℃；以弯拉应力（应变）为设计指标时，拟验算的结构层采用弯拉回弹模量（对于沥青混凝土试验温度为15℃），其它结构层采用抗压回弹模量。考虑到模量取值的不利组合，回弹模量的设计值取值：（1）计算路表弯沉值时，抗压回弹模量应按下式计算其设计值：（2）计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采用上式计算其设计值；计算层及以上各层模量应采用下式计算其设计值：16、沥青结构层的回弹模量参数17、新建路面的厚度设计交通量已知，各层材料模量、泊松比、抗拉应力已知，除待设计层外各层厚度已知，需计算设计层厚度：设计过程：（1）根据拟定的结构层材料，确定设计弯沉计算公式中各参数，计算设计弯沉值；（2）目标：交工验收时轮隙中心实测路表弯沉小于等于设计弯沉；（3）通过诺模图或电算程序，查图或电算求出待设计层的厚度；（4）通过弯拉应力验算；（5）抗冻层厚度验算（6）技术经济比较18、新建路面的厚度设计程序实例：1、新建路面的厚度设计实例;甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.0，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如表所示，试进行路面设计。2、交通分析;（1）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）（2）轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时）（3）累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）①作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时：②作半刚性基层层底弯拉应力验算时：3、初拟结构组合和材料选取;（1）设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为九百万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土(18cm)，基层采用水泥稳定碎石（厚度取20cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。（2）采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度8cm)。4、各层材料的抗压模量与劈裂强度;查表得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取20℃的模量，得到20℃的抗压回弹模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，水泥碎石为1500MPa，石灰土550MPa。弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取15℃的值，分别为2000MPa、1800MPa、1200MPa、3550MPa、1480MPa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。5、土基回弹模量的确定;该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.0，查表“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”得土基回弹模量为40MPa。6、设计指标的确定-设计弯沉值;本公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：7、设计指标的确定-容许拉应力（1）细粒式密级配沥青混凝土：（2）中粒式密级配沥青混凝土：（3）粗粒式密级配沥青混凝土：（4）水泥碎石：（5）石灰土：8、设计资料汇总;设计弯沉值为23.5（0.01mm）9、确定石灰土层厚度通过程序设计计算得到，石灰土的厚度为40.29cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为23.5(0.01mm)，沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.2429MPa，石灰土层底最大拉应力为0.085MPa。上述设计结果满足指标要求，底基层厚度40cm。