沥青路面设计基础知识精讲.ppt

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1、主要内容主要内容第一节概述第一节概述第二节弹性层状体系理论第二节弹性层状体系理论第三节沥青路面结构组合设计第三节沥青路面结构组合设计第四节沥青路面的设计指标与标准第四节沥青路面的设计指标与标准第五节我国沥青路面设计方法第五节我国沥青路面设计方法第六节我国沥青路面设计实例第六节我国沥青路面设计实例第十七章第十七章 沥青路面设计沥青路面设计第一节概述第一节概述 结构组合设计结构组合设计 材料组成设计材料组成设计 厚度设计验算厚度设计验算 结构方案比选结构方案比选 路肩构造设计路肩构造设计 排水系统设计排水系统设计1、沥青路面设计的内容、沥青路面设计的内容2、沥青路面结构设计的原则、沥青路面结构设计

2、的原则（一）路基路面整体综合设计原则（一）路基路面整体综合设计原则（二）密切结合自然条件及实践基础原则（二）密切结合自然条件及实践基础原则（三）满足交通与使用要求原则（三）满足交通与使用要求原则（四）因地制宜、合理选材原则（四）因地制宜、合理选材原则（五）保护自然生态与沿线环境原则（五）保护自然生态与沿线环境原则（六）工厂及机械化施工、方便施工原则（六）工厂及机械化施工、方便施工原则（七）技术与经济性并重原则（七）技术与经济性并重原则（八）分期修建、方便养护原则（八）分期修建、方便养护原则3、沥青路面结构设计方法种类、沥青路面结构设计方法种类 经验法：经验法：AASHTO法；法；CBR法。法。

3、依据工程经验或大型试验总结得到的设计方法，符合依据工程经验或大型试验总结得到的设计方法，符合试验地的实际，难于结合不同地方的实际。试验地的实际，难于结合不同地方的实际。力学经验法（力学经验法（M-E）：）：AI法；法；SHELL法；我国设计法；我国设计方法。方法。依据力学模型与设计参数计算结构响应，是目前设计依据力学模型与设计参数计算结构响应，是目前设计方法发展的总趋势。方法发展的总趋势。典型结构法：法国方法。典型结构法：法国方法。通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，特点是减少了设计的随

4、意性，具有结构使用性能明确，结构图统一的优点。结构图统一的优点。优化设计法优化设计法尚不成熟。尚不成熟。4、沥青路面厚度设计的基本过、沥青路面厚度设计的基本过程程 确定交通量：如车型、轴重、轮胎压力、各车型确定交通量：如车型、轴重、轮胎压力、各车型通过数及横向分布；通过数及横向分布；路面结构组合：确定各层材料品种；路面结构组合：确定各层材料品种；路面设计标准及设计参数（参数可修正）确定；路面设计标准及设计参数（参数可修正）确定；运用基本关系式进行设计计算或验算。运用基本关系式进行设计计算或验算。5、沥青路面的轴载换算、沥青路面的轴载换算 1）标准轴载及当量换算）标准轴载及当量换算 实际行驶的车

5、轮轴载各不相同，对路面结构的损耗实际行驶的车轮轴载各不相同，对路面结构的损耗作用也不同。为方便分析它们对路面作用总效应（弯作用也不同。为方便分析它们对路面作用总效应（弯沉），则定义一种标准轴载，将其它轴载的作用等效沉），则定义一种标准轴载，将其它轴载的作用等效为标准轴载作用。为标准轴载作用。标准轴载：标准轴载：对路面的响应较大、同时又能反映本对路面的响应较大、同时又能反映本国的公路运输运营车辆的总体轴载水平，涉及运输经国的公路运输运营车辆的总体轴载水平，涉及运输经济和路面结构经济性两个方面。济和路面结构经济性两个方面。各国规定的标准轴载各国规定的标准轴载我国：我国：单轴双轮组，单轴双轮组，10

6、0kN，以，以BZZ-100 表示；表示；美国：美国：为为18kip（单轴（单轴80.1KN，1KN224.809lbf）、）、32kip（双轴（双轴142.34KN）；）；德国：德国：为为110KN；联合国联合国141个成员国：个成员国：小于小于100KN占占67.36；大于；大于121KN占占15.64；101KN110KN占占11.56；111KN120KN占占5.44。2）轴载当量换算的原轴载当量换算的原则则等破坏原则：对同一种路面结构，甲轴载等破坏原则：对同一种路面结构，甲轴载作用作用N1次后路面达到预定的临界状态，乙轴载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

7、作用次数为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在使用末期的破坏状态此时甲乙两种轴载作用在使用末期的破坏状态相同；相同；等厚度原则：对某一种交通组成，不同标等厚度原则：对某一种交通组成，不同标准轴载换算所得作用次数设计计算确定的路面准轴载换算所得作用次数设计计算确定的路面厚度相同。厚度相同。3）当量轴次）当量轴次按弯沉或弯拉应力为指标将不同车型、不按弯沉或弯拉应力为指标将不同车型、不同轴载的作用次数换算为与标准轴载同轴载的作用次数换算为与标准轴载100KN相相当的轴载作用次数。当的轴载作用次数。4）我国公路沥青路面设计中的轴载换算公式）我国公路沥青路面设计中的轴载换算

8、公式 弯沉及沥青层底拉应力为设计指标的换算公式：弯沉及沥青层底拉应力为设计指标的换算公式：半刚性材料层底拉应力为设计指标的换算公式：半刚性材料层底拉应力为设计指标的换算公式：贫混凝土基层层底拉应力为设计指标的换算公式：贫混凝土基层层底拉应力为设计指标的换算公式：5、设计年限与累计当量轴、设计年限与累计当量轴次次1）沥青路面的设计年限：至少）沥青路面的设计年限：至少城市道路设计年限城市道路设计年限:一般规定：快速路、主干路为一般规定：快速路、主干路为20 年；次干路年；次干路为为15 年；支路为年；支路为10 年年 15年。年。2）设计年限内的累计当量轴次：）设计年限内的累计当量轴次：设计年限内

9、考虑车道系数后一个车道上的当设计年限内考虑车道系数后一个车道上的当量轴次总和。量轴次总和。6、轴载谱、轴载谱:各种车辆不同轴载的概率分各种车辆不同轴载的概率分布布7、车道系数、车道系数:各种轴载在不同车道上的各种轴载在不同车道上的概率分布概率分布8、沥青路面的交通等级、沥青路面的交通等级我国沥青路面按其承担的交通荷载轻重划我国沥青路面按其承担的交通荷载轻重划分为四个交通等级，即：轻、中等、重、分为四个交通等级，即：轻、中等、重、特重，具体以两种划分方法进行计算后取特重，具体以两种划分方法进行计算后取较高等级进行定级。较高等级进行定级。第二节第二节 弹性层状体系理论弹性层状体系理论沥青路面设计基

10、本理论弹性层状体系理论沥青路面设计基本理论弹性层状体系理论1、弹性层状体系理论的图式、弹性层状体系理论的图式2、弹性层状体系理论的假定、弹性层状体系理论的假定1）各层连续、均匀、各向同性，弹性弯曲，位）各层连续、均匀、各向同性，弹性弯曲，位移、形变微小；移、形变微小；2）最下一层（路基）在水平方向和垂直方向无）最下一层（路基）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；限大，其上各层厚度有限，水平方向无限；3）各层在水平向无限远处，及最下层向下无限）各层在水平向无限远处，及最下层向下无限深处，应力、形变、位移为零；深处，应力、形变、位移为零；4）层间或完全连续（连续体系）或仅有

11、竖向接）层间或完全连续（连续体系）或仅有竖向接触应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）；触应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）；5）不计自重。）不计自重。3、弹性层状体系理论的求解过程、弹性层状体系理论的求解过程轴对称课题，将车轮荷载简化为圆形均布荷载。轴对称课题，将车轮荷载简化为圆形均布荷载。4、多个轴对称荷载下的主应力计算、多个轴对称荷载下的主应力计算双圆荷载外双圆荷载外a 点点计算图式计算图式第三节沥青路面结构组合设计第三节沥青路面结构组合设计1、沥青路面结构组合设计的基本原则、沥青路面结构组合设计的基本原则总原则：总原则：面层耐久、基层坚实、土基稳定面层耐久、基层坚实、土基稳定具体要求：

12、具体要求：1）适应行车荷载作用的要求）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、从上至下，从薄到厚，从强到弱，表层抗滑、抗磨耗。抗磨耗。2）在各种自然因素作用下稳定性好（有很好）在各种自然因素作用下稳定性好（有很好的水稳定性和温度稳定性）。的水稳定性和温度稳定性）。3）考虑结构层的特点）考虑结构层的特点上下层匹配，总体上强度足够而不过多浪费上下层匹配，总体上强度足够而不过多浪费4）考虑防冻、防水要求）考虑防冻、防水要求详细组合原则：详细组合原则：1）各结构层强度和刚度自上而下逐层递减；）各结构层强度和刚度自上而下逐层递减；2）考虑材料特点和施工工艺与造价；）考虑材料特点和施

13、工工艺与造价；3）结构层层数不宜过多而厚度过小；）结构层层数不宜过多而厚度过小；4）相邻结构层之间的模量比应合理（基层）相邻结构层之间的模量比应合理（基层:面层面层宜在宜在1.53，基层，基层:底基层宜不大于底基层宜不大于3，底基层底基层:土土基宜在基宜在2.512.5）；）；5）低温地区，应考虑收缩裂缝，合理防止反射裂）低温地区，应考虑收缩裂缝，合理防止反射裂缝组合，保证有适宜的沥青面层厚度；缝组合，保证有适宜的沥青面层厚度；6）对于潮湿地区及多雨地区，应考虑水稳定性）对于潮湿地区及多雨地区，应考虑水稳定性（水稳定性好的基层及尽量不透水的面层）；（水稳定性好的基层及尽量不透水的面层）；7）应

14、满足防冻厚度的要求；）应满足防冻厚度的要求；8）应考虑结构层间的结合性。）应考虑结构层间的结合性。按照道路等级和交通要求选择面层等按照道路等级和交通要求选择面层等级和类型，包括：级和类型，包括：各结构层的功能选择结构层次各结构层的功能选择结构层次 各结构层的应力分布特性各结构层的应力分布特性 各结构层次本身的特性各结构层次本身的特性 环境状况的不利影响环境状况的不利影响 适当的层数和厚度适当的层数和厚度轻交通轻交通中等交通结构组合设计原则中等交通结构组合设计原则 正确认识各结构层的作用，考虑各结构层正确认识各结构层的作用，考虑各结构层对路面长期使用性能的影响对路面长期使用性能的影响 沥青层应保

15、证足够的厚度，交通量越大，沥青层应保证足够的厚度，交通量越大，沥青层的厚度应越大沥青层的厚度应越大 沥青层材料设计要合理沥青层材料设计要合理 基层应具有适当的模量基层应具有适当的模量 当采用半刚性材料作为基层或垫层时，应当采用半刚性材料作为基层或垫层时，应作适当的处理作适当的处理 十分重视路面排水系统的设计十分重视路面排水系统的设计重交通时结构组合设计原则重交通时结构组合设计原则2、沥青路面结构组合、沥青路面结构组合面层：单层、双层或三层沥青面层面层：单层、双层或三层沥青面层基层：柔性、半刚性、刚性或组合基层：柔性、半刚性、刚性或组合式式垫层：排水、防冻、防水、防污等垫层：排水、防冻、防水、防

16、污等粒料或稳定土粒料或稳定土土基：密实、坚固、不透水土基：密实、坚固、不透水层间结合：牢固层间结合：牢固3、沥青路面面层要求、沥青路面面层要求1）面层路用性能要求）面层路用性能要求2）面层抗滑性能要）面层抗滑性能要求求4、沥青层最小厚度要求、沥青层最小厚度要求5、基层最小厚度和适宜厚度要求、基层最小厚度和适宜厚度要求第四节沥青路面的设计指标与标准第四节沥青路面的设计指标与标准1、沥青路面的破坏、沥青路面的破坏疲劳疲劳开裂开裂车辙车辙推挤推挤控制疲劳的指标控制疲劳的指标应变、应力、弯沉应变、应力、弯沉(我国我国)控制开裂的指标控制开裂的指标应变、应力应变、应力控制车辙的指标控制车辙的指标 RD、土基顶面压应、土基顶面压应变变控制推挤的指标控制推挤的指标剪切应力、剪切应变剪切应力、剪切应变 3、主要的设计指标与要求、主要的设计指标与要求路基表面的垂直压应变或垂直压应力路基表面的垂直压应变或垂直压应力 反映路基在重复荷载作用下的永久变形。反映路基在重复荷载作用下的永久变形。2、路面破坏与设计指标、路面破坏与设计指标要求：要求：z0 z0 或或z 0 z0结构残余变形的累积（车辙）：结构残余变