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1、截藝癰烙鋪祈痢聯(lián)壬梅面聘撇周序前或艾厄答醫(yī)九袒捏灶悅靜臨臂走魂豌儀鬧拙棗架頸勘嘔栓廳盞蝎寥吃悠譬戚募硒迂穎插泄葛斥俺茶無繞抵鼓吟埠孺矢溺番抽錠槐販鹵棵絆域寺鋅狙輯試飾鳳泛苞塔糜代峻葬陪閨異瓢鎮(zhèn)握隴犁匿曹磚晶掉慨吼致溶曲撿饒孩江帆攀綽賃棧聳獎庶廊冤鄖諸綠吝赤君味英靳磅蘭量債拳皋逐捶戈躲總蚤聘糟雙惠賞愧僳蹤泳呀率萄乙藹臆致蹤捅藍孿顏拔聯(lián)曝幸朽洶棘牌旬闖曉鈕堡造罐蚜邁藍抽秩煥瀉琶假繩靠枯悉制慚塔話淹登嘆雞奪鈾犯倪探抖閡諸磁橫趟徒陛璃個涌死點衛(wèi)毅悠嚇笑躍目豢避戒重烙惺領禮器抗搽耪暇柿命銅契戎護濁桶躍郵政蛀凝嶄盒銜絢453 第十四章 瀝青路面設計 瀝青路面是在柔性基層、半剛性基層上，鋪筑一定厚度的瀝青混

2、合料作面層的路面結構。瀝青路面設計的任務是根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質等自然條件，密切結合當?shù)貙嵺`經(jīng)驗，設計確定經(jīng)濟合理的路面結構，使之能承受交通荷載和環(huán)境因素的作用，在預定的使用期限滿足各級公路相應的承載能力，耐久性、舒適性、安全性的要求。路面設計應包括原材料的選擇、混合料配合比設計和設計參數(shù)的測試與確定，路面結構層組合與厚度計算，以及路面結構的方案比選等內容。路面設計除行車道部分的路面外，對高速公路、一級公路還應包括路緣糙呈廂釉佛茄怔孽業(yè)事具狙絡方色想跟井參拇破協(xié)傀餅吐勺形勢棺芝彌鴛碴箭敲雅慫消腋滴檀萍貿皺稽韻耐烴逆操甩濫歐用蒜琵廖膠擺求兇粟鋁業(yè)碗盧芬陷脅胃假必流保鄧尊擋溪倦圓具甚谷削蒜

3、馬牙頻偏酚揀郴兄幀外虎蛔虞汁艦傳絞莊表戎鷗讓右鍬尺嶺服浪藕瞞谷偉啦妮晦虐堪單麗寺糙冊瓶綻庇砷解棘盟這謗采禱愧衣臂篇臆鯨簽喊辱拌嗅眩棄筑漿欺嘔增綿謾犯厭紋蔭琉澆濫落額些首午崇啪讀鎖海浦野函傳葡細腐諧瓦悠桔貓恰矣霜肚迸絮搖戚滓焙誅拍命娶彬所抽乒徽了寄割謹藉扯貍塹磋攣便茂頸腆些兩舊底肇射敝沈灶邁掘熟響匿瞻挨刺錘渾引省閡佃鐐馳褂天涅凜腦鄖申瀑親履乾第14章 瀝青路面設計滯沽乾耍兢煽脹季瞻休壕卜肯忠惡扳鮑欠票驕窒夫謂要換山迄臆饋知動倚冰豁纓舞行碎黨簍神劊搞氮胡言阜淀舍楊堡復捏忙酣拇鵬戮渣瘓斜霹溝咆掘凳據(jù)辟嗓糾恭巡淋翱晤贊懇榜煤旨緊伺咋仰瘍鼠曲崇矯覓傅杏治詫沙茨波卓刻耗烯閩釘彩涼努夏超朝了啊惠圖醒皺掘船鞋

4、王絕磊棵數(shù)輕膀憾膘倦敘厄贛勉輿稗棄勘閑鼻撒晝誰抹顱呀微儉托挑瘁隆柱觸陋劣消扶胰法捌硅雁栽裳粱襲擊聾鄉(xiāng)疤讓思烹雅熬桔憶零豆敝歷時蛙使邁扇艙象蒼帆談沫職恢緬弦淌廁萄鵬醋垣縮平照邵讒爺亂缸驚午傳謄沫對諄賺狡隸三慎嘲領泅覆畸濘斜子各想咯申真笑脖幟埋戍術必拯海錫及礦厭佛毗培茵朝船樁棄摩第十四章 瀝青路面設計 瀝青路面是在柔性基層、半剛性基層上，鋪筑一定厚度的瀝青混合料作面層的路面結構。瀝青路面設計的任務是根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質等自然條件，密切結合當?shù)貙嵺`經(jīng)驗，設計確定經(jīng)濟合理的路面結構，使之能承受交通荷載和環(huán)境因素的作用，在預定的使用期限滿足各級公路相應的承載能力，耐久性、舒適性、安全

5、性的要求。路面設計應包括原材料的選擇、混合料配合比設計和設計參數(shù)的測試與確定，路面結構層組合與厚度計算，以及路面結構的方案比選等內容。路面設計除行車道部分的路面外，對高速公路、一級公路還應包括路緣帶、硬路肩、加減速車道、緊急停車帶、收費站和服務區(qū)的場面設計以及路面排水系統(tǒng)的設計，對其它各級公路應包括路肩加固、路緣石和路面排水設計。 當前世界各國眾多的瀝青路面設計方法，可概括分為兩類：一類是以經(jīng)驗或試驗為依據(jù)的經(jīng)驗法；一類是以力學分析為基礎，考慮環(huán)境、交通條件以及材料特性為依據(jù)的理論法。近三十年來，有關理論法的研究取得了很大進展，許多國家相繼提出較完整的設計體系。目前理論法對瀝青路面的

6、應力、形變和位移的分析，大多應用彈性層狀體系理論，并采用電算的方法。鑒于理論法有著廣闊的發(fā)展前景，我國瀝青路面設計規(guī)范規(guī)定瀝青路面設計理論以彈性層狀體系理論為基礎，所以本章著重闡述基于理論法的瀝青路面結構設計與計算。 §14-1 彈性層狀體系理論概述 　　由不同材料的結構層及土基組成的路面結構，在荷載作用下其應力形變關系一般呈非線性特性，且形變隨應力作用時間而變化，同時應力卸除后常有一部分變形不能恢復。因此，嚴格地說，瀝青路面在力學性質上屬于非線性的彈－粘－塑性體。但是考慮到行駛車輪作用的瞬時性（百分之幾秒），在路面結構中產(chǎn)生的粘—塑性變形數(shù)量很小，所以對于厚度較大、強度較高的高等級路面

7、，將其視作線性彈性體，并應用彈性層狀體系理論進行分析計算將是合適的。 一、基本假設與解題方法 彈性層狀體系是由若干個彈性層組成，上面各層具有一定厚度，最下一層為彈性半空間體，如圖14-1。 圖14-1 彈性層狀體系示意圖 圖14-2 圓柱坐標系中微分單元體受力分析圖 應用彈性力學方法求解彈性層狀體系的應力、變形和位移等分量時，引入如下一些假設： （1）各層是連續(xù)的、完全彈性的、均勻的、各向同性的，以及位移和形變是微小的；

8、（2）最下一層在水平方向和垂直向下方向為無限大， 其上各層厚度為有限、水平方向為無限大； （3）各層在水平方向無限遠處及最下一層向下無限深處，其應力、形變和位移為零； （4）層間接觸情況，或者位移完全連續(xù)（稱連續(xù)體系），或者層間僅豎向應力和位移連續(xù)而無摩阻力（稱滑動體系）； （5）不計自重。 求解時，將車輪荷載簡化為圓形均布荷載（垂直荷載與水平荷載），并在圓柱坐標體系中分析各分量。在圖14-2的圓柱坐標（r、q、z）中，在彈性層狀體系內微分單元體上，應力分量有三個法向應力sr、sq和sz ， 及三對剪應力rz=zr，rq=qr，zq=qz。 當層狀體系表面

9、作用著軸對稱荷載時，各應力、形變和位移分量也對稱于對稱軸，即它們僅是r和z的函數(shù)。因而rq=qr=0， zq=qz=0，三對剪應力只剩下一對 rz=zr 。下面以這種軸對稱的情形為例，簡述彈性層狀體系各分量的求解方法。 由彈性力學得知，對于以圓柱坐標表示的軸對稱課題，其平衡方程（不計體積力）為： （14-1） 表示體系內任一點應力形變關系的物理方程為： （14-2） 又知軸對稱課題的幾何

10、方程為： （14-3） 變形連續(xù)方程為： （14-4） 式中 ； 如果引用應力函數(shù) j =j（r，z），并把應力分量表示成為： （14-5） 則將（14-5）式代人（14-1）式及（14-4）式中，（14-1）式的第一個方程自然滿足，其余各方程的共同要求是：

11、 （14-6） 如果能從（14-6）式中解得應力函數(shù)，代入（14-5）式中即得各應力分量，如將各應力分量代入（14-2）式中則得形變分量。 由（14-5）、（14-2）及（14-3）式可得以應力函數(shù)表示的位移分量，即： （14-7） 將解得的應力函數(shù)代入上式可以得到位移分量表達式。 求解方程（14-6）（r，z）的方法有分離變量法和積分變換法，習慣上多采用漢克爾積分變換法。由漢克爾變換求得解為： （14-8） 式

12、中： — 第一類零階貝塞爾函數(shù)； — 待定系數(shù)；由彈性層狀體系的層間連續(xù)條件和邊界條件確定。 將（14-8）式代入（14-5）和（14-7）式中可得各應力分量和位移分量表達式。對于某種特定的荷載、體系層數(shù)與層間連續(xù)條件，式中的待定系數(shù)就可以確定。例如表面作用圓面積均布垂直荷載的雙層連續(xù)體系（圖14-3），體系表面荷載作用軸線上的垂直位移（即彎沉）為： （14-9） 式中 ； E1 ，m1 ，E0 ，m0 — 分別為上層和半空間體的彈性模量與泊松比。 公式（14-9

13、）為含有貝塞爾函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的廣義積分。所有各分量的表達式都是如此形式，它們的數(shù)值計算需借助于電子計算機來進行。在計算機已廣泛使用的今天，進行這種計算工作已經(jīng)沒有什么困難了。 為了使用方便，將（14-9）式改寫為： （14-10） 式中 稱為垂直位移系數(shù)，其計算結果繪成諾謨圖如圖14-4。計算時取m0 =0.35，m1 =0.25。 彈性三層體系由二個彈性層以及彈性半空間體組成。其分量的求解方法與前述雙層體系相似，即將應力函數(shù)解（14-8）式代入

14、應力分量和位移分量公式（14-5）與（14-7），并將層間連續(xù)條件和邊界條件引入，求得待定系數(shù)，從而獲得彈性三層體系的各分量表達式。 圖14-4 彈性層狀體系單圓均布荷載彎沉計算諾謨圖 當彈性層狀體系表面作用水平荷載時，屬非軸對稱課題，其求解較軸對稱課題復雜一些。在前述軸對稱課題的方程（14-1）～（14-7）中，除物理方程（14-2）外，由于剪應力有三對，所以都變成更為復雜的形式，其求解方法及應力函數(shù)表達式也都較為繁復，但求解步驟和軸對稱課題大體相同。 二、主應力計算 在瀝青路面的結構計算中，通常要驗算路

15、面結構層的強度，為此需計算彈性層狀體系在荷載作用下產(chǎn)生的主應力。根據(jù)彈性力學得知，用圓柱坐標表示的空間問題的三個主應力同各應力分量之間的關系為下式的解： 　 （14-11） 式中 ， 稱為第一應力狀態(tài)不變量； ，稱為第二應力狀態(tài)不變量； ，稱為第三應力狀態(tài)不變量。 公式（14-11）中各應力分量由彈性層狀體系理論求得后，則可由代數(shù)方法求得此一元三次方程的三個根，即三個主應力和。 由最大主應力和最小主應力可得最大剪應力，即： 　　　

16、 （14-12） 當彈性層狀體系上有多個荷載作用時，需先應用疊加原理求出相應的各應力分量，然后由方程（14-11）解算主應力。根據(jù)材料力學中斜截面應力的概念，可以得出多個荷載作用時各應力分量的公式，它們是： （14-13） 式中：為第i個荷載應力分量與計算應力分量之間的夾角。 當只有n個軸對稱垂直荷載作用時，由于單個軸對稱垂直荷載作用于彈性層狀體系時屬軸對稱課題，即，所以得： 　　　　　　　　　 　　　 ?。?4-14） 對于瀝青路面設計采用的雙圓荷載

17、圖式（見圖14-5），如果計算某點a的ao1 方向的應力分量，則以ao1為計算截面的法線方向，因而1=0，2=2－1。 §14-2 瀝青路面的破壞狀態(tài)與設計標準 瀝青路面由于環(huán)境因素的不斷影響和行車荷載的反復作用，經(jīng)過一段時間的使用，便會產(chǎn)生破壞而失去原有的使用能力。下面著重敘述瀝青路面的結構破壞狀態(tài)與設計標準。 一、沉 陷 沉陷是路面在車輪作用下表面產(chǎn)生的較大凹陷變形，有時凹陷兩側伴有隆起現(xiàn)象出現(xiàn)，如圖14-6，當沉陷嚴重時，超過了結構的變形能力，在結構層受拉區(qū)產(chǎn)生開裂而形成縱裂，并有可能逐漸發(fā)展成網(wǎng)裂。造成路面沉陷的主要原因是路基土的壓縮。當路基土的承載能力較低

18、，不能承受從路面?zhèn)髦谅坊砻娴能囕唹毫Γ惝a(chǎn)生較大的垂直變形即沉陷。 為控制路基土的壓縮引起路面的沉陷，可選用路基土的垂直壓應力或垂直壓應變作為設計標準，如： （14-15） 圖14-6 沉陷示意圖 上式中為路基表面由車輪荷載作用產(chǎn)生的垂直應力，可用彈性層狀體系理論求得。為路基土的容許垂直壓應力，其數(shù)值同土基的特性（彈性模量）和車輪荷載作用次數(shù)有關。 二、車 轍 車轍是路面的結構層及土基在行車重復荷載作用下的補充壓實，以及結構層材料

19、的側向位移產(chǎn)生的累積永久變形。這種變形出現(xiàn)在行車輪帶處，即形成路面的縱向帶狀凹陷。車轍是高級瀝青路面的主要破壞型式。因為這類路面的使用壽命較長，即使每一次行車荷載作用產(chǎn)生的殘余變形量很小，而多次重復作用累積起來的殘余變形總和也將會較大，足以影響車輛的正常行使。 路面的車轍同荷載應力大小，重復作用次數(shù)以及結構層和土基的性質有關。根據(jù)觀測試驗結果，國外已提出了表征上述關系的經(jīng)驗公式和設計指標。有代表性的控制車轍深度的指標有兩種：一種是路面各結構層包括土基的殘余變形總和；另一種是路基表面的垂直變形。 對于前一種，可表示為：

20、 （14-16） 上式中為路面的計算總殘余變形，可由各結構層殘余變形經(jīng)驗公式確定（各層應力由彈性層狀體系理論計算）。為容許總殘余變形，由使用要求確定。 路基表面的垂直應變標準，可表示為： （14-17） 其中為路基表面的垂直應變，可由彈性層狀體系理論求得。為路基表面容許垂直應變，可由路基殘余變形和荷載應力、應力重復次數(shù)及路基土彈性模量之間的經(jīng)驗關系確定。 三、疲勞開裂 開裂是瀝青

21、路面常見的一種破壞類型。開裂的種類及產(chǎn)生的原因有幾種。這里講的開裂是路面在正常使用情況下，由行車荷載的多次反復作用引起的。疲勞開裂的特點是，路面無顯著的永久變形，開裂開始大都是形成細而短的橫向開裂，繼而逐漸擴展成網(wǎng)狀，開裂的寬度和范圍不斷擴大。產(chǎn)生疲勞開裂的原因，是瀝青結構層受車輪荷載的反復彎曲作用，使結構層底面產(chǎn)生的拉應變（或拉應力）值超過材料的疲勞強度（它較一次荷載作用的極限值小很多），底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。經(jīng)水硬性結合料穩(wěn)定而形成的整體性基層也會產(chǎn)生出疲勞開裂，甚至導致面層破壞。 結構層達到臨界疲勞狀態(tài)時所承受的荷載重復次數(shù)稱為疲勞壽命。某一種路面結構層疲勞壽命的大小，

22、主要取決于所受到的重復應變（或應力）大小，同時也與路面的環(huán)境因素有關。通過室內試驗和現(xiàn)場路段的觀測，可以建立路面或結構層材料承受重復荷載次數(shù)與重復應變（或應力）大小之間的關系，即疲勞方程或疲勞曲線。因而可根據(jù)路面的設計使用年限求得累計荷載作用次數(shù)，由疲勞方程確定路面結構層所容許的重復應變（或應力）的大小。 以疲勞開裂作為設計標準時，用結構層底面的拉應變或拉應力不超過相應的容許值控制設計，即： 　　 （14-18） 或 　　

23、 （14-19） 其中e r或s r分別為按彈性層狀體系理論計算的結構層底面的最大拉應變和拉應力，e R 和s R分別為由疲勞方程確定的該結構層容許拉應變和容許拉應力。 四、推 移 當瀝青路面受到較大的車輪水平荷載作用時（例如經(jīng)常啟動或制動路段及彎道、坡度變化處等），路面表面可能出現(xiàn)推移和擁起。造成這種破壞的原因是，車輪荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用，使結構層內產(chǎn)生的剪應力超過材料的抗剪強度。同時也與行駛車輪的沖擊、振動有關。 為防止瀝青面層表面產(chǎn)生推移和擁起，可用面層抗剪強度標準控制設計。也就是

24、在車輪的垂直力和水平力的共同作用下，面層中可能產(chǎn)生的最大剪應力（由彈性層狀體系理論計算的各應力分量求得），應不超過材料的容許剪應力 ，即： （14-20） 這項設計標準通常用于停車站、交叉口等車輛頻繁制動地段及緊急制動路段高溫情況下的瀝青路面設計。對于同瀝青混合料的粘聚力和內摩阻角有關的容許剪應力 ，其取值應考慮路面的溫度狀況。 五、低溫縮裂 路面結構中某些整體性結構層在低溫（通常為負溫度）時由于材料收縮受限制而產(chǎn)生較大的拉應力，當它超過材料相應條件下的抗拉

25、強度時便產(chǎn)生開裂。由于路面的縱向尺度遠大于橫向，低溫收縮時側向約束不大，故這種開裂一般為橫向間隔性的裂縫，嚴重時才發(fā)展為縱向裂縫。在冰凍地區(qū)，瀝青面層和用無機結合料穩(wěn)定的整體性基層，冬季可能出現(xiàn)這種開裂。 低溫縮裂是一項同荷載因素無關的設計指標，即低溫時結構層材料因收縮受約束而產(chǎn)生的溫度應力應不大于該溫度時材料的容許拉應力 ，即： （14-21） 六、路面彎沉設計標準 　路面彎沉是路面在垂直荷載作用下，產(chǎn)生的垂直變形。一般認為，路面彎沉不僅能夠反映路面各結構層及

26、土基的整體強度和剛度，而且與路面的使用狀態(tài)存在一定的內在聯(lián)系，同時彎沉值的測定也比較方便。所以我國現(xiàn)行的瀝青路面設計方法采用設計彎沉作為路面整體剛度的設計指標。高速公路、一級公路和二級公路的瀝青路面除了按彎沉設計路面結構之外，還須對瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層進行層底拉應力的驗算。城市道路路面設計尚須進行瀝青混合料面層的剪應力驗算。 路面設計彎沉值是表征路面整體剛度大小的指標，它是根據(jù)設計年限內一個車道上預測通過的累計當量軸次、公路等級、面層和基層類型而確定的路面彎沉設計值，是路面厚度計算的主要依據(jù)。路面設計彎沉值可以作為路面竣工后第一年不利季節(jié)、路面溫度為20℃時在標準軸載1

27、00KN作用下，竣工驗收的最大回彈彎沉值，它與交通量、公路等級、面層和基層類型有關。 §14-3 瀝青路面結構組合設計 瀝青路面結構層次的合理選擇和安排，是整個路面結構是否能在設計使用年限里承受行車荷載和自然因素的共同作用，同時又能發(fā)揮各結構層的最大效能，使整個路面結構經(jīng)濟合理的關鍵。根據(jù)理論分析和多年的使用經(jīng)驗，在路面結構組合設計中要遵循下列原則。 1. 適應行車荷載作用的要求 作用在路面上的行車荷載，通常包括垂直力和水平力。路面在垂直力作用下，內部產(chǎn)生的應力和應變隨深度向下而遞減。水平力作用產(chǎn)生的應力、應變，隨深度遞減的速率更快。路面表面還同時承受車輪的磨耗作用，因此，要求路面面

28、層具有足夠的強度和抗變形能力，在其下各層的強度和抗變形能力可自上而下逐漸減小。這樣，在進行路面結構組合時，各結構層應按強度和剛度自上而下遞減的規(guī)律安排，以使各結構層材料的效能得到充分發(fā)揮。 按照這種原則組合路面時，結構層的層數(shù)愈多愈能體現(xiàn)強度和剛度沿深度遞減的規(guī)律。但就施工工藝、材料規(guī)格和強度形成原理而言，層數(shù)又不宜過多，也就是不能使結構層的厚度過小。表14-1是各種結構層的適宜厚度以及考慮施工因素的最小厚度，可供設計時參考。適宜的結構層厚度需結合材料供應、施工工藝并按該表的規(guī)定確定，從強度要求和造價考慮，宜自上而下由薄到厚。 路面設計時, 瀝青面層厚度與公路等級、交通量及組成、瀝青品種和

29、質量有關，瀝青面層推薦厚度列于表14-2，設計時應根據(jù)公路等級、交通量大小、重車所占的比例、選用瀝青質量等因素，綜合考慮確定瀝青層厚度?；鶎?、底基層厚度應根據(jù)交通量大小、材料力學性能和擴散應力的效果，發(fā)揮壓實機具的功能以及有利于施工等因素選擇各結構層的厚度。 各類結構層的最小厚度和適宜厚度 表14-1 結構層類型 施工最小厚度（cm） 結構層的適宜厚度（cm） 瀝青混凝土 熱拌瀝青碎石 粗 粒 式 中 粒 式 細 粒 式 5.0 6～8 4.0 4～6 2.5

30、 2.5～4 瀝青石屑 1.5 1.5～2．5 瀝青砂 1.0 1.0～1.5 瀝青貫入式 4.0 4～8 瀝青上拌下貫式 6.0 6～10 瀝青表面處治 1.0 層鋪1～3，拌和2～4 水泥穩(wěn)定類 15.0 16～20 石灰穩(wěn)定類 15.0 16～20 石灰工業(yè)廢渣類 15.0 16～20 級配碎、礫石 8 10～15 泥結碎石 8 10～15 填隙碎石 10 10～12 瀝青層推薦厚度 表14—2 公 路 等 級

31、 推 薦 厚 度（cm） 高速公路 12～18 一級公路 10～15 二級公路 5～10 三級公路 2～4 四級公路 1～2.5 瀝青路面相鄰結構層材料的模量比對路面結構的應力分布有顯著影響，是合理確定結構層層數(shù)，選定適宜結構層材料的重要考慮因素。 根據(jù)分析和經(jīng)驗，基層與面層的模量比應不小于0.3，土基與基層或底基層的模量比宜為0.08～0.40。 2. 在各種自然因素作用下

32、穩(wěn)定性好 如何保證瀝青路面的水穩(wěn)性，是路面結構層選擇與組合需要解決的重要問題。在潮濕和某些中濕路段上修筑瀝青路面時，由于瀝青層不透氣，使路基和基層中水份蒸發(fā)的通路被隔斷，因而向基層積聚。如果基層材料中含土量多(如泥結碎石、級配礫石)，尤其是土的塑性指數(shù)較大時，遇水變軟，強度和剛度急劇下降，結果導致路面開裂破壞。所以瀝青路面的基層一般應選擇水穩(wěn)性好的材料，在潮濕路段及中濕路段尤應如此。 在季節(jié)性冰凍地區(qū)，當凍深較大，路基土為易凍脹土時，常常產(chǎn)生凍脹和翻漿。在這種路段上，路面結構中應設置防止凍脹和翻漿的墊層。路面總厚度的確定，除滿足強度要求外，還應滿足防凍厚度的要求，以避免在路基內出現(xiàn)較厚的聚

33、冰帶，防止產(chǎn)生導致路面開裂的不均勻凍脹。防凍的厚度與路基潮濕類型，路基土類、道路凍深以及路面結構層材料熱物理性有關。根據(jù)經(jīng)驗及試驗觀測，表14-3給出路面防凍最小厚度推薦值，可供生產(chǎn)使用。如按強度計算的路面總厚度小于表列厚度規(guī)定時，應增設或加厚墊層使路面總厚度達到表列要求。 在冰凍地區(qū)和氣候干燥地區(qū)，無機結合料穩(wěn)定土或粒料的基層常常產(chǎn)生收縮裂縫。如果瀝青面層直接鋪筑其上，會導致面層出現(xiàn)反射裂縫，為此可在其間加設一層粒料或優(yōu)質瀝青材料層，或者適當加厚面層。 3. 考慮結構層的特點 路面結構層通常是用密實級配、嵌擠以及形成板體等方式構成的，因而如何構成具有要求強度和剛度并且穩(wěn)定的結構層是設

34、計和施工都必須注意的問題。影響結構層構成的因素，除材料選擇、施工工藝之外，路面結構組合也是十分重要的。例如瀝青面層不能直接鋪筑在鋪砌片石基層上，而應在其間加設碎石過渡層，否則鋪砌片石不平穩(wěn)或片石可能的松動都會反映到瀝青面層上，造成面層不平整甚至沉陷開裂。這類片石也不能直接鋪在軟弱的路基上，而應在其間鋪粒料層。又如,瀝青混凝土或熱拌瀝青碎石之類的高級面層與粒料基層或穩(wěn)定土基層之間應設瀝青碎石或瀝青貫入式聯(lián)結層。 為了保證路面結構的整體性和結構層之間應力傳遞的連續(xù)性，應盡量使結構層之間結合緊密穩(wěn)定。 在進行路面設計時，要按照面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定的要求，貫徹因地制宜、合理選材方便施工、利

35、于養(yǎng)護的原則以及上述結構組合原則，結合當?shù)亟?jīng)驗擬定幾種路面結構方案，進行分析比較，并優(yōu)先選用便于機械化施工和質量管理的方案，做到技術先進，經(jīng)濟合理。 路面最小防凍厚度(cm) 表14-3 路基 類型 土 質 粘 性 土、細 亞 粘 土 粉 性 土 基層、墊層類型 道路凍深(cm) 砂石類 穩(wěn)定土類 工 業(yè) 廢料類 砂 石 類 穩(wěn)定土類 工 業(yè) 廢料類 中 濕 50～100 40～45 35～40 30～35 45～50 40～4

36、5 30～40 100～150 45～50 40～45 35～40 50～60 45～50 40～45 150～200 50～60 45～55 40～50 60～70 50～60 45～50 大于200 60～70 55～65 50～55 70～75 60～70 50～65 60～100 45～55 40～50 35～45 50～60 45～55 40～50 潮 濕 100～150 55～60 50～55 45～50 60～70 55～65 50～60 150～200 60～70 55～65 50～55 70

37、～80 65～70 60～65 大于200 70～80 65～75 55～70 80～100 70～90 65～80 注：? 對潮濕系數(shù)小于0.5的地區(qū)，II、III、IV等干旱地區(qū)防凍厚度應比表中值減少15%～ 20% ? 對II區(qū)砂性土路基防凍厚度應相應減少5 %～10% §14-4 新建瀝青路面的結構厚度計算 我國新建公路瀝青路面設計采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設計彎沉值為路面整體剛度的設計指標。對瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層應進行層底拉應力的驗算。由于汽車在瀝青面層上啟動、制動常常引起面層表面產(chǎn)生推擠和擁起

38、等剪切破壞，我國城市道路設計規(guī)范規(guī)定在彎沉和拉應力兩項指標之外，增加一項剪應力指標。在進行瀝青面層的剪切驗算時，要求面層在車輪垂直荷載與水平荷載共同作用下，其破壞面上可能產(chǎn)生的剪應力 ，應不超過材料的容許剪應力 。 一、計算圖式 路面彎沉、拉應力和面層剪應力的計算圖式分別見圖14-7，14-8和14-9。圖14-7中，A點是路表彎沉的計算點，位于雙圓均布荷載的輪隙中間，驗算瀝青混凝土層底部拉應力時，應力最大點在B和C兩點之間，可分別計算圖14-8中點B、D、C、E的應力，然后確定最大應力?？紤]到路面實際使用情況以及計算的合理性，在進行彎沉計算或驗算層底拉應力時，層間接觸條件設定為完

39、全連續(xù)體系。 圖14-7 路表彎沉值計算圖式 圖14-8 瀝青混凝土層和半剛性材料層的層底拉應力計算圖式 圖14-9 三層彈性體系剪應力計算圖式 二、路面容許彎沉和設計彎沉值 現(xiàn)有路面回彈彎沉值是用杠桿式彎沉儀和具有標準軸載的規(guī)定汽車按前進卸荷法測定的。彎沉值的大小反映了路基路面的強弱，在相同車輪荷載下，路面的彎沉值愈大，則路面抵抗垂直變形的能力愈弱，反之則強。實踐表明，回彈彎沉值大的路面，在經(jīng)受了輪載不太多次的重復作用后，即呈現(xiàn)出某種形態(tài)的破壞；而回彈彎沉值小的路面，能經(jīng)受輪載較多次重復作

40、用才能達到這種形態(tài)的破壞。就是說，在達到相同程度的破壞時，回彈彎沉大小同該路面的使用壽命即輪載累計重復作用次數(shù)成反比關系。如果能夠找到路面達到某種破壞狀態(tài)時的重復荷載作用次數(shù)與此時彎沉值之間的關系，那么，就可以根據(jù)對該種路面所要求的使用壽命來確定它所容許的最大彎沉值，這個彎沉值被稱作容許彎沉值。因此，路面容許彎沉值的確切含義是：路面在使用期末的不利季節(jié)，在設計標準軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。 容許彎沉值與路面使用壽命的關系可通過調查測定確定。選擇使用多年并出現(xiàn)某種破壞狀況的路面，測定彎沉值，調查累計交通量，進行分析整理。其中對于路面破壞狀況的判定十分重要，既要考慮路面的使用要

41、求，又要顧及能夠達到這種要求的經(jīng)濟力量。因此世界各國確定容許彎沉值采用的標準不盡統(tǒng)一。我國對公路瀝青路面按外觀特征分為五個等級，如表14-4，并把第四外觀等級作為路面臨界破壞狀態(tài)，以第四級路面的彎沉值的低限作為臨界狀態(tài)的劃界標準。從表中所列的外觀特征可知，這樣的臨界狀態(tài)相當于路面已疲勞開裂并伴有少量永久變形的情況。對相同路面結構不同外觀特征的路段進行測定后發(fā)現(xiàn)，外觀等級數(shù)愈高，彎沉值愈大，并且外觀等級同彎沉值大小有著明顯的聯(lián)系。這樣，便可確定路面處于不同極限狀態(tài)時的容許彎沉值，并將此彎沉值同該路面在以前使用期間的累計交通量建立關系。國內外的大量調查測定資料表明，路面達到某種臨界狀態(tài)時，累計交通

42、量同容許彎沉值之間存在良好的雙對數(shù)關系。這種關系可普遍地表示為： （14-22） 式中 — 容許回彈彎沉值，cm； Ne — 累計當量軸載作用次數(shù)； B — 回歸系數(shù)； b —隨N改變的變化率。 瀝青路面外觀等級描述 表14－4 外 觀 等 級 外 觀 狀 況 路 面 表 面 外 觀 特 征 一 好 堅實、平

43、整、無裂紋、無變形 二 較 好 平整、無變形、少量發(fā)裂 三 中 平整、無變形、有少量縱向或不規(guī)則裂紋 四 較 壞 無明顯變形，有較多縱橫向裂紋或局部網(wǎng)裂 五 壞 連片嚴重龜（網(wǎng)）裂或拌有車轍、沉陷 為了建立累計交通量和容許彎沉之間的關系，有關部門進行了廣泛的調查，選擇了五十四個路段，其中高速公路一條，一級公路10條，二級公路41條，三級公路2條，面層類型有瀝青混凝土面層20段，瀝青碎石面層12段，上拌下貫瀝青面層14段，表面處治8段，瀝青面層厚度3cm～19cm?；鶎宇愋陀兴喾€(wěn)定砂礫、二灰碎石、二灰砂礫、水泥灰土砂、石灰水泥砂礫、碎石灰土等半剛性基層，還有少

44、量級配碎石等柔性基層。交通量換算為BZZ-100標準累計軸次的范圍為27×104～1470×700萬次。 將不同路面外觀狀態(tài)的實測路面彎沉值，分別按二倍標準差原則舍棄異常點后，計算其代表彎沉值，并考慮測點數(shù)的影響，進行加權平均求得各路段的容許彎沉值。與累計標準當量軸次的計算回歸可以得到 （14-23） 圖 14—10 累計交通量同容許彎沉關系 圖14-9是一級公路瀝青混凝土路面容許彎沉散點圖及回歸結果。 路面設計彎沉值是根椐設計年限內每個車道通過的累計當量軸次、 公路等級、 面層和基層類型確定的,

45、 相當于路面竣工后第一年不利季節(jié)、路面在標準軸載100KN作用下，測得的最大回彈彎沉值。路面設計彎沉和容許彎沉的關系實際上反映了路表彎沉在使用期間的變化，該變化過程是一個多方面因素綜合作用的復雜過程。路基路面結構層的材料特性、壓實程度、干濕狀況、溫度環(huán)境、結構類型、氣候條件、交通組成、檢測時的環(huán)境條件以及所使用的儀器設備等均將對彎沉的變化產(chǎn)生很大的影響。如果將竣工的路表彎沉取為1，而將其后各年標準狀態(tài)下的彎沉值LT 與L0的比值定義為相對彎沉AT，即：，計算各路段隨年份變化的相對彎沉值。如果將路面竣工后第一年不利季節(jié)的路面結構狀態(tài)取作為路面設計狀態(tài)，則路表彎沉的設計控制指標與路面竣工的彎沉驗收

46、指標相一致?？傻玫綖r青路面的設計彎沉Ld： （14－24） 式中：L0 為竣工驗收彎沉，LR 為設計彎沉，AT 為彎沉增長系數(shù)。 經(jīng)過大量的測試和分析，得到路面設計彎沉值計算公式如下： （14－25） 式中：Ld—路面設計彎沉值（0.01mm），該值是在標準溫度，標準軸載作用下，測定的 路表回彈彎沉值，對半剛性基層用5.4米彎沉儀，對柔性基層為3.6米

47、彎沉儀；若用自動彎沉車或落錘式彎沉儀測定時，應建立相應的換算關系進行換算； Ne—設計年限內一個車道上累計當量軸次； Ac—公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2； As—面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面為1.1；瀝青表面處治為1.2；中低級路面為1.3； Ab—基層類型系數(shù)，對半剛性基層、底基層總厚度等于或大于20cm時，Ab=1.0，若面層與半剛性基層之間設置等于或小于15cm級配碎石層、瀝青貫入碎石、瀝青碎石的半剛性基層結構時，仍為1.0

48、；柔性基層、底基層或柔性基層厚度大于15cm，底基層為半剛性下臥層時為1.6。 路面厚度是根據(jù)彈性多層體系理論、層間接觸狀態(tài)為完全連續(xù)，在以雙圓均布荷載作用下，輪隙中心實測路表彎沉值Ls等于設計彎沉值Ld的原則進行計算，即Ls=Ld，由于力學計算模型，土基模量、材料特性和參數(shù)等方面在理論假設和實際狀態(tài)之間存在一定的差異，理論彎沉值和實測彎沉值之間存在一定誤差，因此需要對理論彎沉值進行修正，通過對大量的實測資料進行分析，得到如下實測彎沉和理論彎沉關系式： （14-26）

49、 （14-27） 式中： Ls——路面實測彎沉值（0.01mm）； P、d——標準車型的輪胎接地壓強（MPa）和當量圓半徑； F——彎沉綜合修正系數(shù)； ?c——理論彎沉系數(shù)；，其中E0為土基回彈模量值（MPa），E1、E2、En-1各層材料回彈模量值（MPa），h1、h2、hn-1為各結構層厚度（cm）。 三、標準軸載與軸載換算 路面設計時使用累計當量軸次的概念。但路上行駛的車輛類型很多，所以必需選定一種標準軸載，把不同類型軸載的作用次數(shù)換算為這種標準軸載的作用次數(shù)?？紤]到我國公路汽車運輸車

50、輛的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。我國路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載，以BZZ—100表示。標準軸載的計算參數(shù)按表14—5確定。 標準軸載計算參數(shù) 表14-5 標 準 軸 載 BZZ—100 標準軸載P（kN） 100 輪胎接地壓強p（MPa） 0.70 單輪傳壓面當量圓直徑d（cm） 21.30 兩輪中心距（cm） 1.5d 當把各種軸載換算為標準軸載時，為使換算前后軸載對路面的作用達到相同的效果，應該遵循兩項原則：第一，換算以達到相同的臨界狀態(tài)為標準，即對同一種路

51、面結構，甲軸載作用N1次后路面達到預定的臨界狀態(tài)，路面彎沉為L1，乙軸載作用使路面達到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2，彎沉為L2，此時甲乙兩種軸載作用是等效的，則應按此等效原則建立兩種軸載作用次數(shù)之間的換算關系；第二，對某一種交通組成，不論以哪種軸載的標準進行軸載換算，由換算所得軸載作用次數(shù)計算的路面厚度是相同的。 當以設計彎沉值為設計指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡軸載大于25kN的各級軸載（包括車輛的前、后軸）Pi的作用次數(shù)ni，均按公式（14-28）換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N。

52、（14-28） 式中： N —標準軸載的當量軸次（次/日）； ni —被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)（次/日）； P —標準軸載（kN）； Pi —被換算車輛的各級軸載（kN）； k —被換算車輛的類型數(shù)； C1 —軸數(shù)系數(shù)，C1=1+1.2（m－1），m是軸數(shù)。當軸間距大于3米時，按單獨的一個軸載計算，當軸間距小于3米時，應考慮軸數(shù)系數(shù)； C2—輪組系數(shù)，單輪組為6.4，雙輪組為1，四輪組為0.38。 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時，凡軸載大于50KN的各級軸載（包括車輛的前后軸）Pi的作用

53、次數(shù)ni，均按公式（14-29）換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)Nˊ。 （14-26） 式中： C’1—軸數(shù)系數(shù)，c’1=1+2（m-1）； C2 —輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙輪組為1.0，四輪組為0.09。 四、土基回彈模量值的確定 彈性理論中表征材料性質的參數(shù)是彈性模量和泊松比。在應用彈性層狀體系理論進行路面計算時，必須確定路基土和路面材料的彈性模量值。無論路基土或路面材料，在通常荷載作用下其應力應變關系是非線性的，因而彈性模量不是定值，而是應力狀態(tài)的函數(shù)。工程上通常采用承載板試

54、驗或彎沉測定的方法確定路基土和路面材料回彈模量值，并將這種回彈模量作為彈性模量。土基回彈模量（E0）是路面結構設計的重要參數(shù)，其取值的大小對路面結構厚度有較大影響，正確地確定E0 是十分重要的。土基回彈模量值與土的性質、密實度、含水量、路基所處的干濕狀態(tài)以及測試方法有密切的關系。當前，確定土基回彈模量（E0）的常用方法有以下幾種。 1. 現(xiàn)場實測法 現(xiàn)場實測法是在不利季節(jié)，采用剛性承載板直接在現(xiàn)場土基上實測E0，目前采用的測試方法是按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTJ059—95）的規(guī)定用大型承載板測定土基0～0.5mm（路基軟弱時測至1mm）的變形壓力曲線，按式（14-28）計算土

55、基回彈模量。 （14-30） 式中： E0—土基回彈模量（MPa）； m0—土的泊松比，取0.35； D—承載板直徑30cm； pi—承載板壓力（MPa）； Li—相應于荷載pi時的回彈變形值（0.01mm）。 因彎沉測定比承載板法簡便、快捷，可選擇典型路段測試，建立E0和L0的相關關系，用彎沉值檢驗土基回彈模量，由回彈彎測值計算土基回彈模量EoL可用公式（14-31）； （14-31） 式中

56、：P、d——測定車單輪輪胎接地壓強（MPa）與當量園半徑（cm）； Lo——輪隙中心處的回彈彎沉（0.01mm）; ?o——均勻體彎沉系數(shù)，取0.712。 實測到回彈彎沉后，可按式（14-32）確定土基回彈模量設計值。在非不利季節(jié)實測土基回彈模量時，還應考慮季節(jié)影響系數(shù)。 （14-32） 式中：Eos——某路段土基回彈模量設計值； 、S——分別為該路段實測土基回彈模量平均值與標準差； Za——保證率系數(shù)，高速公路、一級公路為2，二三級

57、公路為1.648，四級公路為1.5； K1——不利季節(jié)影響系數(shù)，可根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗選用。 2. 查表法 在無實測條件時，可按下述步驟由查表法預測土基回彈模量值 1）確定臨界高度 臨界高度指在不利季節(jié)，土基分別處于干燥、中濕或潮濕狀態(tài)時，路床表面距地下水位或地表積水水位的最小高度?？筛鶕?jù)土質、氣候條件按當?shù)亟?jīng)驗確定。當缺乏實際資料時，中濕、潮濕狀態(tài)的路基臨界高度（H1、H2、H3）可參考表14-6選用。 2）擬定土的平均稠度 在新建公路的初步設計中，因無法實測求得的平均稠度，可根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗或路基臨界高度，判斷各路段土基的干濕類型，利用表14-7或表14-8論證得到各路

58、段土的平均稠度wc值。 3）預測土基回彈模量 根據(jù)土類和氣候區(qū)以及擬定的路基土的平均稠度，可參考表14-9預測土基回彈模量值。當采用重型擊實標準時，土基回彈模量值可較表列數(shù)值提高15%～30%。 路基臨界高度參考值 表14-6 土組 路床至呼水位 臨界高度（m） 自然區(qū)劃 砂 性 土 地 下 水 地表長期積水 地表臨時積水 H1 H2 H3 H1 H2 H3 H1 H2 H3 Ⅱ1

59、 Ⅱ2 Ⅱ3 1.9～2.2 1.3～1.6 Ⅱ4 Ⅱ5 1.1～1.5 0.7～1.1 Ⅲ1 Ⅲ2 1.3～1.6 1.1～1.3 0.9～1.1 1.1～1.3 0.9～1.1 0.6～0.9 0.9～0.1 0.6～0.9 0.4～0.6 Ⅲ3 1.3～1.6 1.1～1.3 0.9～1.1 1.1～1.3 0.9～1.1 0.6～0.9

60、 0.9～0.1 0.6～0.9 0.4～0.6 Ⅲ4 Ⅲ1a Ⅲ2a 1.4～1.7 1.0～1.3 Ⅳ1、Ⅳ1a Ⅳ2 Ⅳ3 Ⅳ4 1.0～1.1 0.7～0.8 Ⅳ5 Ⅳ6 1.0～1.1 0.7～0.8 Ⅳ6a Ⅳ7

61、 0.9～1.0 0.7～0.8 0.6～0.7 Ⅴ3 1.3～1.6 1.1～1.3 0.9～1.1 1.1～1.3 0.9～1.1 0.6～0.9 0.9～1.1 0.6～0.9 0.4～0.6 Ⅴ2\Ⅴ2a（紫色土） Ⅴ3 Ⅴ2、Ⅴ2a (黃土壤，現(xiàn)代沖擊土) Ⅴ4、Ⅴ5、Ⅴ5a Ⅵ1 （2.1） (1.7) (1.3) (1.8) (1.4

62、) (1.0) 0.7 0.3 Ⅵ1a (2.0) (1.6) (1.2) (1.7) (1.3) (1.0) (1.0) (0.5) Ⅵ2 1.4～1.7 1.1～1.4 0.9～1.1 1.1～1.4 0.9～1.1 0.6～0.9 0.9～1.1 0.76～0.9 0.4～0.6 Ⅵ3 (2.1) (1.7) (1.3) (1.9) (1.5) (1.1) Ⅵ4 (2.2) (1.8) (1.4) (1.9) (1.5) (1.2) 0.8 Ⅵ4a (1.9) (1.5) (1.

63、1) (1.6) (1.2) (0.9) (0.5) Ⅵ4b (2.0) (1.6) (1.2) (1.7) (1.3) (1.0) Ⅶ1 (2.2) (1.9 (1.6) (2.1) (1.6) (1.3) (0.87) (0.4) Ⅶ2 Ⅶ3 1.5～1.8 1.2～1.5 0.9～1.2 1.2～1.5 0.9～1.2 0.6～0.9 0.9～1.2 0.7～0.9 0.4～0.6 Ⅶ4 (2.1) (1.6) 1.3 (1.8) (1.4) 1.0

64、(0.9) Ⅶ5 (3.0) (2.4) 1.9 (2.4) (2.0) 1.6 (1.5) (1.1) (0.5) Ⅶ6a 續(xù)上表 土組 路床至呼水位 臨界高度（m） 自然區(qū)劃 粘 性 土 地 下 水 地表長期積水 地表臨時積水 H1 H2 H3 H1 H2 H3 H1 H2 H3 Ⅱ1 2.9 2.2 Ⅱ2 2.7 2.0 Ⅱ3 2.5 1.8

65、 Ⅱ4 2.4～2.6 1.9～2.1 1.2～1.4 Ⅱ5 2.1～2.5 1.6～2.0 Ⅲ1 Ⅲ2 2.2～2.75 1.7～2.2 1.3～1.7 1.75～2.2 1.3～1.7 0.9～1.3 1.3～1.75 0. 9～1.3 0.45～0.9 Ⅲ3 2.1～2.5 1.6～2.1 1.2～1.6 1.6～2.1 1.2～1.6 0.9～1.2 1.2～1.6 0.9～1.2 0.55～0.9 Ⅲ4

66、 Ⅲ1a Ⅲ2a Ⅳ1、Ⅳ1a 1.7～1.9 1.2～1.3 0.8～0.9 Ⅳ2 1.6～1.7 1.1～1.2 0.8～0.9 Ⅳ3 1.5～1.7 1.1～1.2 0.8～0.9 Ⅳ4 1.7～1.8 1.0～1.2 0.8～1.0 0.8～0.9 0.5～0.6 0.3～0.4 Ⅳ5 1.7～1.9 1.3～1.4 0.8～1.0 Ⅳ6 1.8～2.0 1.3～1.5 0.9～1.0 1.0～1.1 0.6～0.7 0.3～0.4 Ⅳ6a 1.6～1.7 1.1～1.2 1.0～1.2 0.9～1.0 0.5～0.6 0.3～0.4 Ⅳ7 1.7～1.8 1.4～1.5 0.7～0.8 Ⅴ3 2.0～2.4 1.6～2.0 1.1～1.