道路与桥梁概论-柔性路面设计

第八章柔性路面设计第一节行车荷载的分析一、标准轴载和水平荷载双圆荷载图式的单轮当量圆直径pPd4式中：P——车轮垂直荷载（kN）；p——轮胎气压（MPa）。标准轴载BZZ-100BZZ-60标准轴载P（kN）10060轮胎接地压强p（MPa）0.70.5单轮当量圆直径d（cm）21.319.5两轮中心距（cm）1.5d1.5d标准轴载计算参数fpq单位面积上的水平力q式中：p——垂直均布压力（MPa）；f——路面摩擦系数。二、轴载换算35.411121kiPPnCCN)1(2.111mC式中：N——标准轴载的当量轴次（次/日）；n1——被换算车辆的各级轴载作用次数（次/日）；P——标准轴载（kN）；P1——被换算车型的各级轴载，（kN）；C1——轴数系数；轴间距大于3m，轴数系数取轴的个数m；小于3m时，C2——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。轴载大于25kN的各级轴载作用次数（1）以设计弯沉值和沥青面层底部拉应力为指标验算811211PPnCCNki式中：C1’——轴数系数；轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数C2’——轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。)1(211mC（2）半刚性基层层底拉应力验算轴载大于50kN的各级轴载作用次数三、累计当量轴次ηNγγNte1365×]1)+1[(=-式中：N1——路面竣工后第一年双向日平均当量轴次；γ——交通量年增长率；t——路面设计年限；η——车道系数。设计年末一个车道的累计当量轴次公路等级设计年限（年）公路等级设计年限（年）高速、一级15三级公路8二级公路12四级公路6第二节柔性路面结构组合1.结构层强度要符合车轮荷载的作用路面应力随深度增加而减小，因此布置各层结构强度随深度增加而减小。2.结构层间要有良好的组合各层需紧密结合，避免层间滑移增大路面应力；各层的模量比要适当，层间强度相差太大会降低整体强度，增大路面应力。基层与面层模量不小于0.3，土基与基层模量比为0.4~0.08，基层与副基层模量比不大于5。沥青混合料、基层材料设计参数如下表：3.要合理考虑结构层特点某些结构层需满足最大厚度要求，半刚性材料层一般不宜超过36cm。片石基层与沥青层需设置过渡层，厚度不小于6cm；粒料基层上铺沥青层应设4cm连接层；石灰和水泥土基层表面宜设钉子石或扎根层。4.考虑自然因素的作用湿热地区，需设垫层排水，面层需设防滑层；干旱区，需少用水硬性材料；冰冻区，应设置隔温层或隔热层，防止水分积聚形成土基聚冰现象。路面总厚度必须大于当地的冰冻深度。第三节柔性路面设计一、柔性路面设计标准1、路表回弹弯沉2、疲劳开裂3、面层剪切dsll≤]Rcrσσ[≤][≤Rrdσσ][≤Rαττ][≤Rrtσσ二、柔性路面厚度计算路面弯沉、拉应力采用垂直荷载；剪应力采用垂直荷载和水平荷载；各层均采用抗压弹性模量bscedAAANl2.0600=-式中：ld——路面设计弯沉值（0.01mm）；Ac——公路等级系数；As——面层类型系数；Ab——基层类型系数。根据弹性层状体系理论Fαlcs0Epd1000=),,,,,,,(=102312121--nncEEEEEEδhδhδhα36.0038.0)()2000(63.1=pEδlFs式中：ls——路表实测弯沉值（0.01mm）；p,δ——标准轴载轮胎接地压强（MPa）和当量圆半径（cm）；F——弯沉综合修正系数；αc——理论弯沉系数；En或（E0）——土基回弹模量（MPa）；E1,E2,En-1——各层材料回弹模量（MPa）；h1,h2,hn-1——各层厚度（cm）。三、层底拉应力验算利用双圆垂直荷载图示和弹性层状体系理论计算沥青面层层底拉应力和半刚性基层层底拉应力。计算点为B、C、D、E，取各点拉应力的最大值，与容许拉应力比较。sspRmKσσσ=≤式中：σR——路面结构层的容许拉应力（MPa）；σsp——沥青混凝土或半刚性基层材料的劈裂抗拉强（MPa）；Ks——抗拉强度结构系数，对沥青混凝土面层沥青混凝土面层无机结合料稳定集料无机结合料稳定细粒土类cessANAK/09.0=22.0cesANK/35.0=11.0cesANK/45.0=11.0式中，As——沥青混凝土级配类型系数四、面层剪应力验算VRKττ=高温季节，车辆经常制动启动地点，沥青面层易发生剪切推移和拥包破坏，最大剪应力出现在路面表面距荷载圆心0.9δO处式中：τR——沥青混合料面层材料的容许剪应力；τ——沥青混合料面层材料的剪切强度式中：c、ψ——分别为材料的粘结力（MPa）和内摩阻角（°）；cd——材料动粘结力（MPa），约为c的2倍；σα——破裂面上的正应力（MPa）；KV——沥青混合料面层剪切结构强度系数。汽车缓慢制动，取路面摩擦系数f=0.2；汽车紧急制动时，取路面摩擦系数f=0.5；沥青混合料剪切结构强度系数CCVANK/33.0=15.0)2.0(式中：NC——道路交叉口或停车站在设计年限内同一位置停车的标准轴载累计次数；AC——道路分类系数。CVAK/2.1=)5.0(第四节改建路面设计一、改建设计原则中低级路面改建为沥青路面，若水稳性不良，将原路面挖松，掺入石灰或增加粒料来改善，做好排水工作再铺沥青面层；若路拱不符合要求或严重松散、坑槽路段，应翻松老路面并作调平层调整；原有沥青面层补强时，对局部松散、坑槽进行修补，裂缝严重路段铺设土工布、土工格栅或橡胶沥青应力吸收层来防止裂缝；改建前做好路况调查工作，包括交通量、老路路况、病害和排水资料等。二、旧路强度的确定1、原路面分段根据路基土质和干湿类型取基本相同路段200~500m，复杂段视实际情况而定。2、弯沉值换算非标准轴载的弯沉值换算3、路段的计算弯沉值87.0100100)(=iiPPll32100)+(=KKKSZllα式中：l0——路段的计算弯沉值（0.01mm）；——路段实测的平均弯沉值（0.01mm）；Zα——保证率系数；K1,K2——季节影响系数和湿度影响系数；K3——温度影响系数。0l32100)+(=KKKSZllα三、原路面当量回弹模量计算2101000=mmlpdEt式中：Et——原路面当量回弹模量（MPa）；p、d——标准轴载轮胎压强（MPa）和当量圆直径（cm）；l0——原路面的计算弯沉（0.01mm）；m1——标准车与承载板在相同压强条件下测得的回弹变形的比值，无对比资料取1.10；m2——原路面当量回弹模量扩大系数，其它层拉应力和弯沉值计算时取m=1.0;25.01'037.02)(=pEδhemn-25.0111=')/(=-∑niniiEEhh式中：En-1——与老路接触层的抗压模量（MPa）；h′——各补强层hi与En-1层相当的等效总厚度计算补强层时，四、补强厚度的计算采用弹性层状体系理论计算单层补强时，按双层弹性体系计算；补强n-1层时，按n层弹性体系计算；以路表弯沉值为强度控制指标；对二级及以上公路，要验算补强层层底拉应力和剪应力指标；设计层厚度、应力验算与新建道路设计的计算机专用设计程序相同。习题某四车道一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%，路面设计年限标准取15年，车道系数取0.45，竣工后第一年的交通组成如表1，路面采用三层式沥青面层，依次为细粒式、中粒式及粗粒式密级配沥青混凝土，基层采用水泥碎石及石灰土半刚性材料，求路面设计弯沉值、各层材料的容许层底拉应力。附：各层材料的劈裂强度取值如下：细粒式为1.4MPa，中粒式为1.0MPa，粗粒式为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土为0.225MPa，表1预测交通组成表车型前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数后轴距交通量（次/日）三菱T653B29.348.01双轮组—300黄河JN16358.6114.01双轮组—400江淮HF15045.1101.51双轮组—400解放SP920031.378.03双轮组3m300湘江HQP4023.173.22双轮组3m400东风EQ15526.556.72双轮组3m400