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1、1第十四十四章 瀝青路面設計第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 彈性層狀體系理論簡介彈性層狀體系理論簡介第三節(jié)第三節(jié) 瀝青路面結(jié)構組合設計瀝青路面結(jié)構組合設計第四節(jié)第四節(jié) 我國瀝青路面設計方法我國瀝青路面設計方法第五節(jié)第五節(jié) 外國瀝青路面設計方法簡介外國瀝青路面設計方法簡介第一節(jié) 概述一、瀝青路面設計的內(nèi)容一、瀝青路面設計的內(nèi)容 瀝青路面設計包括交通量實測、分析與預測,材料選擇,瀝青路面設計包括交通量實測、分析與預測,材料選擇,混合料配合比設計,設計參數(shù)的測試與確定,路面結(jié)構組混合料配合比設計,設計參數(shù)的測試與確定,路面結(jié)構組合設計與厚度計算,路面排水系統(tǒng)設計和其他路面工程設合設計與厚度計算,

2、路面排水系統(tǒng)設計和其他路面工程設計。并進行路面結(jié)構方案的技術經(jīng)濟綜合比較,提出推薦計。并進行路面結(jié)構方案的技術經(jīng)濟綜合比較,提出推薦方案。方案。二、瀝青路面結(jié)構設計理論與方法二、瀝青路面結(jié)構設計理論與方法1. 經(jīng)驗法經(jīng)驗法 通過試驗路的實測數(shù)據(jù),建立路面結(jié)構(結(jié)構層組合、通過試驗路的實測數(shù)據(jù),建立路面結(jié)構(結(jié)構層組合、厚度和材料性質(zhì))、車輛荷載(軸載大小和作用次數(shù))和厚度和材料性質(zhì))、車輛荷載(軸載大小和作用次數(shù))和路面使用性能之間的關系。路面使用性能之間的關系。2. 力學力學經(jīng)驗法經(jīng)驗法 應用力學原理分析路面結(jié)構在荷載與環(huán)境作用下的力學應用力學原理分析路面結(jié)構在荷載與環(huán)境作用下的力學響應量(

3、應力、應變、位移),建立力學響應量與路面使響應量(應力、應變、位移),建立力學響應量與路面使用性能之間的關系模型。用性能之間的關系模型。3. 我國瀝青路面設計規(guī)范我國瀝青路面設計規(guī)范 采用彈性層狀體系作力學分析基礎理論,以雙圓垂直采用彈性層狀體系作力學分析基礎理論,以雙圓垂直均布荷載作用下的路面整體沉降(彎沉)和結(jié)構層的層底均布荷載作用下的路面整體沉降(彎沉)和結(jié)構層的層底拉應力作為設計指標,以疲勞效應為基礎,處理軸載標準拉應力作為設計指標,以疲勞效應為基礎,處理軸載標準化轉(zhuǎn)換與軸載多次重復作用效應?;D(zhuǎn)換與軸載多次重復作用效應。四、瀝青路面交通等級四、瀝青路面交通等級1. 路面設計年限路面設

4、計年限2. 標準軸載及軸載當量換算標準軸載及軸載當量換算我國路面設計以雙輪組單軸載我國路面設計以雙輪組單軸載100kN為標準軸載。為標準軸載。1) 當以彎沉進行厚度設計及瀝青層層底拉應力驗算時當以彎沉進行厚度設計及瀝青層層底拉應力驗算時式中:式中:N標準軸載的當量軸次,次標準軸載的當量軸次,次/日;日;ni被換算車輛的各級軸載作用次數(shù),次被換算車輛的各級軸載作用次數(shù),次/日;日;P標準軸載標準軸載100KN; Pi被換算車輛的各級軸載,被換算車輛的各級軸載,KN;k被換算車輛的類型數(shù);被換算車輛的類型數(shù);C1軸載系數(shù),軸載系數(shù), C1=1+1.2(m-1),m是軸數(shù)。當軸間距大于是軸數(shù)。當軸間

5、距大于3米時,按單獨米時,按單獨的一個軸載計算,當間距小于的一個軸載計算,當間距小于3米時,按雙軸或多軸計算。米時,按雙軸或多軸計算。C2輪組系數(shù),單輪組為輪組系數(shù),單輪組為6.4,雙輪組為,雙輪組為1,四輪組為,四輪組為0.38。不計不計25KN以下軸載以下軸載35. 4211)(PPnCCNiiKi2) 當進行半剛性基層層底拉應力驗算時當進行半剛性基層層底拉應力驗算時不計小于不計小于50KN的軸載的軸載8121)(kiiiPpnccN式中:式中: C1 軸數(shù)系數(shù);當間距小于軸數(shù)系數(shù);當間距小于3米時,按雙軸或米時,按雙軸或多軸計算多軸計算C1 =1+2(m-1), m是軸數(shù)。是軸數(shù)。 C2

6、 輪組系數(shù),雙輪組為輪組系數(shù),雙輪組為1.0,單輪組為,單輪組為18.5,四輪組為四輪組為0.09 。上述軸載換算公式,適用于單軸軸載小于或等于上述軸載換算公式,適用于單軸軸載小于或等于130kN的各的各種車型的軸載換算。種車型的軸載換算。換算原則:換算原則:第一,換算以達到相同的臨界狀態(tài)為標準,即對同一種路面第一,換算以達到相同的臨界狀態(tài)為標準,即對同一種路面結(jié)構,甲軸載作用結(jié)構,甲軸載作用N1次后路面達到預定的臨界狀態(tài),乙軸載次后路面達到預定的臨界狀態(tài),乙軸載作用使路面達到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為作用使路面達到相同臨界狀態(tài)的作用次數(shù)為N2,此時甲乙兩,此時甲乙兩種軸載作用是等效的;種軸載作

7、用是等效的;第二,對某一種交通組成,不論以哪種軸載的標準進行軸載第二,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。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。 瀝青路面的設計交通量,應在實測各類相關車型軸載譜瀝青路面的設計交通量,應在實測各類相關車型軸載譜的基礎上,參照項目可行性研究報告等有關交通量預測資的基礎上,參照項目可行性研究報告等有關交通量預測資料,考慮未來各種車型的組成論證確定各種車型的代表軸料,考慮未來各種車型的組成論證確定各種車型的代表軸載,進行不同車型的軸載換算,計算交工后第一年雙向日載,進行不同車型的軸載換算,計算

8、交工后第一年雙向日平均當量軸次平均當量軸次N1。3. 設計年限累計當量標準軸載數(shù)設計年限累計當量標準軸載數(shù)NeNt()113651 設計年限(設計年限(t)內(nèi)一個車道通過的累計標準當量軸次)內(nèi)一個車道通過的累計標準當量軸次Ne,可通過路面營運第一年雙向日平均當量軸次可通過路面營運第一年雙向日平均當量軸次N1和設計年和設計年限內(nèi)交通量年平均增長率限內(nèi)交通量年平均增長率 ,按下式計算:,按下式計算:4. 交通等級交通等級第二節(jié) 彈性層狀體系理論簡介1 1、各層連續(xù)、彎曲彈性、均勻、各向同性,位移、形變、各層連續(xù)、彎曲彈性、均勻、各向同性,位移、形變微?。晃⑿?;2 2、最下一層(土基)在水平方向和垂

9、直方向無限大,其、最下一層(土基)在水平方向和垂直方向無限大,其上各層厚度有限,水平方向無限大;上各層厚度有限,水平方向無限大;3 3、各層在水平方向無限遠處,及最下層向下無限深處,、各層在水平方向無限遠處,及最下層向下無限深處,應力、形變、位移為零;應力、形變、位移為零;4 4、層間接觸情況,或者完全連續(xù)(連續(xù)體系)或?qū)娱g僅、層間接觸情況,或者完全連續(xù)(連續(xù)體系)或?qū)娱g僅豎向應力和位移連續(xù)而無摩阻力(滑動體系);豎向應力和位移連續(xù)而無摩阻力(滑動體系);5 5、不計自重、不計自重一、基本假設一、基本假設二、解題方法二、解題方法ph1hiEi iE1 1En n彈性層狀體系示意圖 第三節(jié) 瀝青

10、路面結(jié)構組合設計基本原則:基本原則:面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定面層耐久、基層堅實、土基穩(wěn)定 具體要求:具體要求: 1. 適應行車荷載作用的要求適應行車荷載作用的要求從上至下,從薄到厚,從強到弱,表層抗滑、抗磨耗從上至下,從薄到厚,從強到弱,表層抗滑、抗磨耗2. 在各種自然因素作用下穩(wěn)定性好在各種自然因素作用下穩(wěn)定性好水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性;水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性;3. 考慮結(jié)構層的特點考慮結(jié)構層的特點上下層匹配,總體上強度足夠;上下層匹配,總體上強度足夠; 4. 考慮防凍、防水要求考慮防凍、防水要求 5. 層間結(jié)合良好層間結(jié)合良好一、瀝青面層結(jié)構一、瀝青面層結(jié)構表面層:平整度、抗滑耐磨、高溫抗車

11、轍、低溫抗開裂、表面層:平整度、抗滑耐磨、高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗老化抗老化中面層:穩(wěn)定性、抗剪性能中面層:穩(wěn)定性、抗剪性能下面層:抗疲勞裂縫性能下面層:抗疲勞裂縫性能表面層宜選用密實型中粒式或細粒式瀝青混合料表面層宜選用密實型中粒式或細粒式瀝青混合料(AC13、AC16),空隙率控制在,空隙率控制在3%5%。對于重交通和特重交通等級,可采用改性瀝青混合料或?qū)τ谥亟煌ê吞刂亟煌ǖ燃?,可采用改性瀝青混合料或者者SMA13。中、下面層宜選用密實型中粒式或粗粒式瀝青混合料中、下面層宜選用密實型中粒式或粗粒式瀝青混合料(AC20、AC25)。對于重交通和特重交通等級,可采用改性瀝青混合料或?qū)τ谥亟煌?/p>

12、和特重交通等級,可采用改性瀝青混合料或者者SMA20。瀝青層的最小壓實厚度與混合料的公稱最大粒徑值有關,瀝青層的最小壓實厚度與混合料的公稱最大粒徑值有關,若小于最小厚度,則壓實效果不好。若小于最小厚度,則壓實效果不好。二、瀝青路面基層結(jié)構二、瀝青路面基層結(jié)構1. 柔性基層柔性基層瀝青處治的級配碎石和無結(jié)合料的級配碎石。瀝青處治的級配碎石和無結(jié)合料的級配碎石。2. 半剛性基層半剛性基層3. 剛性基層剛性基層基層結(jié)構的厚度應滿足強度與剛度的設計要求?;鶎咏Y(jié)構的厚度應滿足強度與剛度的設計要求。基層的厚度應大于混合料最大粒徑的基層的厚度應大于混合料最大粒徑的4 4倍,同時考慮壓實倍,同時考慮壓實機具的

13、功能,通常取能一次壓密的最佳厚度的倍數(shù)。機具的功能,通常取能一次壓密的最佳厚度的倍數(shù)。三、瀝青路面墊層結(jié)構三、瀝青路面墊層結(jié)構可選用粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等粒料以及水泥或可選用粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等粒料以及水泥或石灰煤渣穩(wěn)定類、石灰粉煤灰穩(wěn)定類等。強度要求不一定石灰煤渣穩(wěn)定類、石灰粉煤灰穩(wěn)定類等。強度要求不一定高,但水穩(wěn)定性和隔溫性能要好。高,但水穩(wěn)定性和隔溫性能要好。排水墊層應與邊緣排水系統(tǒng)相連接,墊層寬度應鋪筑到路排水墊層應與邊緣排水系統(tǒng)相連接,墊層寬度應鋪筑到路基邊緣或與邊溝下的滲溝相連接?;吘壔蚺c邊溝下的滲溝相連接。采用碎石和砂礫墊層時,一般最大粒徑應不超過結(jié)構層厚采用

14、碎石和砂礫墊層時,一般最大粒徑應不超過結(jié)構層厚度的度的1/2,以保證形成骨架結(jié)構。,以保證形成骨架結(jié)構。墊層的作用:墊層的作用:改善土基的濕度和溫度狀況,保證面層和基層的強度、改善土基的濕度和溫度狀況,保證面層和基層的強度、剛度和穩(wěn)定性不受土基水溫變化而造成不良影響。剛度和穩(wěn)定性不受土基水溫變化而造成不良影響。將基層傳下的車輛荷載加以擴散,以減小土基的應力和將基層傳下的車輛荷載加以擴散,以減小土基的應力和變形。同時阻止路基土擠入基層。變形。同時阻止路基土擠入基層。防凍厚度的設計,一般多采用經(jīng)驗厚度和經(jīng)驗公式加以防凍厚度的設計,一般多采用經(jīng)驗厚度和經(jīng)驗公式加以確定。確定。防凍厚度與路基潮濕類型、

15、路基土類、道路凍深以及路防凍厚度與路基潮濕類型、路基土類、道路凍深以及路面結(jié)構層材料的熱物理性能有關。面結(jié)構層材料的熱物理性能有關。若根據(jù)交通量計算的結(jié)構層總厚度小于最小防凍層厚度,若根據(jù)交通量計算的結(jié)構層總厚度小于最小防凍層厚度,則應增加防凍墊層使其滿足最小防凍厚度的要求。則應增加防凍墊層使其滿足最小防凍厚度的要求。在排水墊層下設土工織物反濾層,以防止路基污染粒料在排水墊層下設土工織物反濾層,以防止路基污染粒料墊層,降低排水功能。墊層,降低排水功能。四、瀝青路面層間結(jié)合四、瀝青路面層間結(jié)合 瀝青路面各結(jié)構層之間應緊密結(jié)合,不因?qū)娱g滑動或瀝青路面各結(jié)構層之間應緊密結(jié)合,不因?qū)娱g滑動或松散而喪失

16、結(jié)構的整體效應。松散而喪失結(jié)構的整體效應。瀝青面層與基層之間應設置透層瀝青或黏層瀝青。當采瀝青面層與基層之間應設置透層瀝青或黏層瀝青。當采用半剛性基層時,為防止粒料松散和雨水下滲,宜采用用半剛性基層時,為防止粒料松散和雨水下滲,宜采用單層層鋪法表處或稀漿封層表處進行封閉。當采用水泥單層層鋪法表處或稀漿封層表處進行封閉。當采用水泥混凝土剛性基層時,也應設黏層瀝青。混凝土剛性基層時,也應設黏層瀝青。瀝青面層由兩層或三層組成又不能連續(xù)攤鋪時,則在鋪瀝青面層由兩層或三層組成又不能連續(xù)攤鋪時,則在鋪上層之前徹底清掃下層表面的灰塵、泥土、油污等有可上層之前徹底清掃下層表面的灰塵、泥土、油污等有可能破壞層間

17、結(jié)合的有害物質(zhì),然后設黏層瀝青。能破壞層間結(jié)合的有害物質(zhì),然后設黏層瀝青。對半剛性基層瀝青路面的結(jié)構層組合設計,基層與瀝青對半剛性基層瀝青路面的結(jié)構層組合設計,基層與瀝青面層的模量比宜在面層的模量比宜在1.53之間;基層與底基層的模量比不之間;基層與底基層的模量比不宜大于宜大于3;底基層與土基模量比宜在;底基層與土基模量比宜在2.512.5之間。之間。五、結(jié)構組合設計五、結(jié)構組合設計半剛性基層達到一定厚度后,繼續(xù)增加其厚度,將不會半剛性基層達到一定厚度后,繼續(xù)增加其厚度,將不會明顯增加路面的承載能力,從技術和經(jīng)濟兩方面考慮,明顯增加路面的承載能力,從技術和經(jīng)濟兩方面考慮,半剛性基層存在一個合適

18、的厚度。半剛性基層存在一個合適的厚度。路面力學計算也表明,當半剛性材料層達到路面力學計算也表明,當半剛性材料層達到4555cm厚厚度后,繼續(xù)增加其厚度對路面的承載能力以沒有明顯的度后,繼續(xù)增加其厚度對路面的承載能力以沒有明顯的影響,因此在正常路段強度大的半剛性基層一般控制在影響,因此在正常路段強度大的半剛性基層一般控制在4555cm ,強度小的半剛性基層一般控制在,強度小的半剛性基層一般控制在5560cm。也就是說以增大結(jié)構層厚度的方式解決重載交通道路的也就是說以增大結(jié)構層厚度的方式解決重載交通道路的承載力問題是很不可取的。承載力問題是很不可取的。第四節(jié) 我國瀝青路面設計方法 我國瀝青路面設計

19、方法采用雙圓垂直均布荷載作用下的我國瀝青路面設計方法采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性體系理論,以路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層多層彈性體系理論,以路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層彎拉應力、半剛性及剛性材料基層彎拉應力為設計指標進彎拉應力、半剛性及剛性材料基層彎拉應力為設計指標進行路面結(jié)構厚度設計。行路面結(jié)構厚度設計。一、設計指標與極限標準一、設計指標與極限標準 路面結(jié)構的路表彎沉表征路面結(jié)構在設計標準軸載作路面結(jié)構的路表彎沉表征路面結(jié)構在設計標準軸載作用下,垂直方向的位移。彎沉是表征路面結(jié)構總體剛度的用下,垂直方向的位移。彎沉是表征路面結(jié)構總體剛度的指標。指標。 彎沉的小大也能表征土基支撐的

20、強弱,間接反映瀝青面彎沉的小大也能表征土基支撐的強弱,間接反映瀝青面層高溫穩(wěn)定性。層高溫穩(wěn)定性。 彎沉值作為設計控制指標的另一個優(yōu)點就是便于直接量彎沉值作為設計控制指標的另一個優(yōu)點就是便于直接量測。測。實踐表明,在達到相同程度的破壞時,回彈彎沉值的大實踐表明,在達到相同程度的破壞時,回彈彎沉值的大小同該路面的設計使用壽命,即輪載累計重復作用次數(shù)小同該路面的設計使用壽命,即輪載累計重復作用次數(shù)成反比關系。成反比關系。通常可以通過長期觀測,建立起累計軸載數(shù)通常可以通過長期觀測,建立起累計軸載數(shù)N與路面損與路面損壞階段的統(tǒng)計數(shù)學模型。壞階段的統(tǒng)計數(shù)學模型。高等級路面,當路面表面特性(如平整度、抗滑性

21、能、高等級路面,當路面表面特性(如平整度、抗滑性能、車轍深度等)超出規(guī)定的界限,影響安全或行車質(zhì)量,車轍深度等)超出規(guī)定的界限,影響安全或行車質(zhì)量,即使路面表面破壞尚未達到嚴重程度,即認為路面已達即使路面表面破壞尚未達到嚴重程度,即認為路面已達到極限狀態(tài),因此路面設計使用期內(nèi)能夠承受的與極限到極限狀態(tài),因此路面設計使用期內(nèi)能夠承受的與極限狀態(tài)所對應的路表彎沉值與通過的累計軸載次數(shù)在該極狀態(tài)所對應的路表彎沉值與通過的累計軸載次數(shù)在該極限破壞階段達到了平衡。限破壞階段達到了平衡。等級略低的公路,通常以某一種路面結(jié)構性破壞作為極等級略低的公路,通常以某一種路面結(jié)構性破壞作為極限狀態(tài),所對應的路表彎沉

22、可以大些。限狀態(tài),所對應的路表彎沉可以大些。 ld=600Ne-0.2A c As AB式中:式中:ld 設計彎沉值設計彎沉值( (0.01mm) ); Ne設計年限內(nèi)一個車道上累計當量標準軸載通行次數(shù);設計年限內(nèi)一個車道上累計當量標準軸載通行次數(shù); Ac公路等級系數(shù),高速公路、一級公路為公路等級系數(shù),高速公路、一級公路為1.0,二級公路為,二級公路為1.1,三、四級公路為,三、四級公路為1.2; As面層類型系數(shù),瀝青混凝土面層為面層類型系數(shù),瀝青混凝土面層為1.0; ; 熱拌瀝青碎石、上熱拌瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面為拌下貫或貫入式路面為1.1;瀝青表面處治為;瀝青表面處治為1.2;中

23、、低級路面;中、低級路面為為1.3。 AB基層類型系數(shù),對半剛性基層取基層類型系數(shù),對半剛性基層取1.0;柔性基層、底基層時;柔性基層、底基層時取取1.6。設計彎沉值相當于路面竣工后第一年不利季節(jié),路面在標設計彎沉值相當于路面竣工后第一年不利季節(jié),路面在標準軸載準軸載100kN作用下,所測得的最大回彈彎沉值。作用下,所測得的最大回彈彎沉值。彎沉指標不能表征路面結(jié)構內(nèi)個別結(jié)構層的某一個指標彎沉指標不能表征路面結(jié)構內(nèi)個別結(jié)構層的某一個指標是否出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。是否出現(xiàn)破壞極限狀態(tài)。對于設置半剛性下基層的路面結(jié)構,通常極限狀態(tài)首先對于設置半剛性下基層的路面結(jié)構,通常極限狀態(tài)首先發(fā)生在下基層底部,產(chǎn)生

24、初始裂縫,然后向上使得基層發(fā)生在下基層底部,產(chǎn)生初始裂縫,然后向上使得基層拉應力增大而引起基層裂縫,最后擴展到瀝青面層。拉應力增大而引起基層裂縫,最后擴展到瀝青面層。由于柔性基層材料以粒狀結(jié)構為主,不承擔彎拉應力,由于柔性基層材料以粒狀結(jié)構為主,不承擔彎拉應力,所以瀝青面層承受較大的輪載彎矩,整個路面結(jié)構的極所以瀝青面層承受較大的輪載彎矩,整個路面結(jié)構的極限狀態(tài)可能首先出現(xiàn)在瀝青面層底部,形成初始裂縫,限狀態(tài)可能首先出現(xiàn)在瀝青面層底部,形成初始裂縫,然后車輪反復作用下逐步擴展,瀝青面層形成斷裂裂縫。然后車輪反復作用下逐步擴展,瀝青面層形成斷裂裂縫。 瀝青路面結(jié)構層材料的容許拉應力是路面承受行車

25、荷瀝青路面結(jié)構層材料的容許拉應力是路面承受行車荷載反復作用達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞應力。載反復作用達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞應力。 sspRK瀝青混凝土的極限抗拉強度,指瀝青混凝土的極限抗拉強度,指15時的極限抗拉強度;時的極限抗拉強度;水泥穩(wěn)定類材料齡期為水泥穩(wěn)定類材料齡期為90d的極限抗拉強度的極限抗拉強度(MPa);二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類的材料齡期為二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類的材料齡期為180d的極限抗拉強度的極限抗拉強度(MPa)。路面結(jié)構層材料的容許拉應力(路面結(jié)構層材料的容許拉應力(MPa););結(jié)構層材料的極限抗拉強度(結(jié)構層材料的極限抗拉強度(MPa),我國瀝青路面設),我國

26、瀝青路面設計規(guī)范采用劈裂強度;計規(guī)范采用劈裂強度;抗拉強度結(jié)構系數(shù)??估瓘姸冉Y(jié)構系數(shù)。RspsKceSANK/09. 02 . 0ceSANK/35. 02 . 0ceSANK/45. 02 . 0spfnkNlglgsspRK瀝青混凝土面層無機結(jié)合料穩(wěn)定集料無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土 表征結(jié)構層材料的抗拉強度因疲勞而降低的抗拉強表征結(jié)構層材料的抗拉強度因疲勞而降低的抗拉強度結(jié)構系數(shù)度結(jié)構系數(shù)Ks,與材料的疲勞特性有關。,與材料的疲勞特性有關。反映瀝青混合料性質(zhì)的混合料級配系數(shù),細、中粒式瀝青混凝土為1.0;粗粒式瀝青混凝土為1.1; 公路等級系數(shù)。 aAcA路面結(jié)構設計按兩項指標設計結(jié)構層厚度,取

27、其中較厚路面結(jié)構設計按兩項指標設計結(jié)構層厚度,取其中較厚的層厚作為最終設計結(jié)果,即可以同時滿足彎沉與彎拉的層厚作為最終設計結(jié)果,即可以同時滿足彎沉與彎拉應力兩項設計指標的要求。應力兩項設計指標的要求。二、路面結(jié)構厚度設計方程式與設計參數(shù)二、路面結(jié)構厚度設計方程式與設計參數(shù)1. 計算路表彎沉值計算路表彎沉值2. 計算結(jié)構層底彎拉應力計算結(jié)構層底彎拉應力高速公路、一級公路、二級公路的路面結(jié)構,以路表面高速公路、一級公路、二級公路的路面結(jié)構,以路表面回彈彎沉值、瀝青混凝土層的層底拉應力及半剛性材料回彈彎沉值、瀝青混凝土層的層底拉應力及半剛性材料層的層底拉應力為設計指標。層的層底拉應力為設計指標。三級

28、公路、四級公路的路面結(jié)構以路表面設計彎沉值為三級公路、四級公路的路面結(jié)構以路表面設計彎沉值為設計指標。設計指標。有條件時,對重載交通路面宜檢驗瀝青混合料的抗剪切有條件時,對重載交通路面宜檢驗瀝青混合料的抗剪切強度。強度。 路面結(jié)構厚度設計應滿足結(jié)構整體承載力與抵抗疲勞開路面結(jié)構厚度設計應滿足結(jié)構整體承載力與抵抗疲勞開裂的要求:裂的要求: 1) 輪隙中心處(輪隙中心處(A點)路表計算彎沉值小于或等于設計點)路表計算彎沉值小于或等于設計彎沉值,即:彎沉值,即:lSlR 2) 輪隙中心(輪隙中心(C點)或單圓荷載中心處(點)或單圓荷載中心處(B點)的層底點)的層底拉應力應小于或等于容許拉應力,即:拉

29、應力應小于或等于容許拉應力,即:mRB(c )ccpEn= E0rAAE1E2En -1hn -1h2h1B3. 路基回彈模量路基回彈模量E0和泊松比和泊松比0泊松比一般可取為泊松比一般可取為0.25-0.35(強度高取小值)。(強度高取小值)。確定路基回彈模量的常用方法:確定路基回彈模量的常用方法: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)場土基上實測測E0。也可采用落錘式彎沉儀測定路基回彈模量值。也可采用落錘式彎沉儀測定路基回彈模量值。(2) 查表法查表法 對于新建道路,路基尚未建成,無實測條件時,按對于新建道路,路基尚未建

30、成,無實測條件時,按下述步驟查表預估路基回彈模量。下述步驟查表預估路基回彈模量。 確定臨界高度確定臨界高度 臨界高度是指土基在不利季節(jié),分別處于干燥、中臨界高度是指土基在不利季節(jié),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積水水位的濕或潮濕狀態(tài)時,路床表面距地下水位或積水水位的最小高度。最小高度。 擬定土的平均稠度擬定土的平均稠度 預估路基回彈模量預估路基回彈模量(3) 室內(nèi)實驗法室內(nèi)實驗法 取代表性土樣在最佳含水率條件下,用小承載板測得取代表性土樣在最佳含水率條件下,用小承載板測得的回彈模量的回彈模量E0值,考慮不利季節(jié)的影響,乘以折減系數(shù)。值,考慮不利季節(jié)的影響,乘以折減系數(shù)。(

31、4) 換算法換算法確定確定CBR和和E0的關系的關系。4. 結(jié)構層回彈模量結(jié)構層回彈模量E1 無論采用哪項控制指標設計厚度,各結(jié)構層的回彈模無論采用哪項控制指標設計厚度,各結(jié)構層的回彈模量均采用抗壓回彈模量。量均采用抗壓回彈模量。 當以路表彎沉值作為設計驗算指標時,取標準試驗溫當以路表彎沉值作為設計驗算指標時,取標準試驗溫度為度為20,當以層底拉應力為設計驗算指標時,取標準,當以層底拉應力為設計驗算指標時,取標準試驗溫度為試驗溫度為15,以適應不同設計控制指標所對應的最,以適應不同設計控制指標所對應的最不利環(huán)境溫度。不利環(huán)境溫度。 半剛性材料的抗壓回彈模量在規(guī)定的齡期測定。半剛性材料的抗壓回彈

32、模量在規(guī)定的齡期測定。必須采取防止地面水和地下水浸入路面、路基的措施,必須采取防止地面水和地下水浸入路面、路基的措施,以保證路基的強度和穩(wěn)定性。設計宜使路基處于干燥或以保證路基的強度和穩(wěn)定性。設計宜使路基處于干燥或中濕狀態(tài),土基回彈模量值應大于中濕狀態(tài),土基回彈模量值應大于30MPa,重交通、特,重交通、特重交通公路土基回彈模量值應大于重交通公路土基回彈模量值應大于40MPa。潮濕、過濕狀態(tài)的路基,應采取換填砂、砂礫、碎石滲潮濕、過濕狀態(tài)的路基,應采取換填砂、砂礫、碎石滲水性材料處理地基,或采取摻入消石灰,固化材料處理,水性材料處理地基,或采取摻入消石灰,固化材料處理,設置土工合成材料,加強路

33、基排水等,進行綜合處治。設置土工合成材料,加強路基排水等,進行綜合處治。根據(jù)各種路基處理措施,確定土基回彈模量的設計值。根據(jù)各種路基處理措施,確定土基回彈模量的設計值。設計時按路基土類與干濕類型及路基橫斷面形式,將設計時按路基土類與干濕類型及路基橫斷面形式,將路基劃分為若干路段,確定各個路段土基回彈模量設路基劃分為若干路段,確定各個路段土基回彈模量設計值。計值。5. 結(jié)構層材料的彎拉極限強度結(jié)構層材料的彎拉極限強度采用間接拉伸試驗,即劈裂試驗確定。采用間接拉伸試驗,即劈裂試驗確定。考慮路面結(jié)構層回彈模量的最不利組合,回彈模量考慮路面結(jié)構層回彈模量的最不利組合,回彈模量Ei的設的設計值按下式計算

34、:計值按下式計算:(1) 計算路表彎沉時,各層材料按式計算路表彎沉時,各層材料按式1計算計算(2) 計算層底彎拉應力時,計算層以下各層的模量采用計算層底彎拉應力時,計算層以下各層的模量采用式式1計算,計算層及其以上各層模量采用式計算,計算層及其以上各層模量采用式2計算計算式中:式中: i層試件模量的平均值;層試件模量的平均值;S各試件模量的標準差各試件模量的標準差Za保證率為保證率為95%的系數(shù),取的系數(shù),取2.0) 1 ( SZEEaii)2( SZEEaiiiE搜集調(diào)查交通量并搜集調(diào)查交通量并計算累計標準軸次計算累計標準軸次根據(jù)交通、道路設計等級根據(jù)交通、道路設計等級等資料計算設計彎沉等資

35、料計算設計彎沉氣象資料、材料調(diào)氣象資料、材料調(diào)查及混合料試驗查及混合料試驗確定土基干濕類型、確定土基干濕類型、回彈模量回彈模量擬擬 定定 路路 面面 結(jié)結(jié) 構構 方方 案案確定材料抗壓回彈模量確定材料抗壓回彈模量按設計彎沉計算路面厚度按設計彎沉計算路面厚度是否驗算拉力是否驗算拉力確定路面材料抗拉強度確定路面材料抗拉強度確定容許疲勞拉應力確定容許疲勞拉應力R R計算層底拉應力計算層底拉應力mmR R?是否增加厚度是否增加厚度是否調(diào)整材料是否調(diào)整材料是否驗算防凍厚度是否驗算防凍厚度是否有其他方案是否有其他方案技術經(jīng)濟比選,確技術經(jīng)濟比選,確定采用的路面結(jié)構定采用的路面結(jié)構總厚度總厚度防防凍厚度?凍

36、厚度?否否否否否否驗算驗算合格合格不不合合格格有有不滿足不滿足滿足滿足否否是是是是路面設計中各結(jié)構層的材料設計參數(shù)應根據(jù)公路等級和路面設計中各結(jié)構層的材料設計參數(shù)應根據(jù)公路等級和設計階段的要求確定。設計階段的要求確定。1) 1) 可行性研究階段可參考規(guī)范確定設計參數(shù);可行性研究階段可參考規(guī)范確定設計參數(shù);2) 2) 高速公路、一級公路初步設計或二級或二級以下公高速公路、一級公路初步設計或二級或二級以下公路設計時可借鑒本地區(qū)已有的試驗資料或工程經(jīng)驗確定。路設計時可借鑒本地區(qū)已有的試驗資料或工程經(jīng)驗確定。3) 3) 高速公路、一級公路施工圖設計時應選取工程用路高速公路、一級公路施工圖設計時應選取工

37、程用路面材料實測設計參數(shù);各級公路采用新材料時,也必須面材料實測設計參數(shù);各級公路采用新材料時,也必須實測設計參數(shù)。實測設計參數(shù)。路面結(jié)構層的厚度可按計算法或驗算法確定路面結(jié)構層的厚度可按計算法或驗算法確定1. 計算法:根據(jù)路用性能要求或工程經(jīng)驗確定路面結(jié)構計算法:根據(jù)路用性能要求或工程經(jīng)驗確定路面結(jié)構組合類型,先擬定某一層作為設計層,然后根據(jù)混合料組合類型,先擬定某一層作為設計層,然后根據(jù)混合料類型與施工工藝要求確定其他各層的厚度,按計算流程類型與施工工藝要求確定其他各層的厚度,按計算流程計算設計層厚度。設計層厚度應不小于最小施工厚度。計算設計層厚度。設計層厚度應不小于最小施工厚度。2. 驗

38、算法:根據(jù)本地區(qū)典型結(jié)構確定路面結(jié)構組合類型,驗算法:根據(jù)本地區(qū)典型結(jié)構確定路面結(jié)構組合類型,然后根據(jù)混合料類型與施工工藝擬定各結(jié)構層的厚度,然后根據(jù)混合料類型與施工工藝擬定各結(jié)構層的厚度,按計算流程進行結(jié)構驗算,驗算通過后即可作為備選結(jié)按計算流程進行結(jié)構驗算,驗算通過后即可作為備選結(jié)構。構。37路面結(jié)構或混合料的設計應考慮其最不利狀態(tài)。在計算路面結(jié)構或混合料的設計應考慮其最不利狀態(tài)。在計算厚度時應考慮路面材料、路基的回彈模量在一年的季節(jié)厚度時應考慮路面材料、路基的回彈模量在一年的季節(jié)變化中處于強度最低的狀態(tài)為最不利。變化中處于強度最低的狀態(tài)為最不利。對路基而言,冰凍地區(qū)系指春季凍融,非冰凍地

39、區(qū)系指對路基而言,冰凍地區(qū)系指春季凍融,非冰凍地區(qū)系指雨季。因各地的雨季不同,不利季節(jié)也不同,有的地區(qū)雨季。因各地的雨季不同,不利季節(jié)也不同,有的地區(qū)是梅雨季節(jié)最不利,有的地區(qū)是雨量大或雨季長的季節(jié)是梅雨季節(jié)最不利,有的地區(qū)是雨量大或雨季長的季節(jié)是最不利季節(jié)。是最不利季節(jié)。對瀝青混合料設計而言,對無冰凍地區(qū)以夏季高溫狀態(tài)對瀝青混合料設計而言,對無冰凍地區(qū)以夏季高溫狀態(tài)為最不利季節(jié);對冰凍地區(qū)以冬季低溫狀態(tài)為最不利季為最不利季節(jié);對冰凍地區(qū)以冬季低溫狀態(tài)為最不利季節(jié)。節(jié)。在測試或確定有關材料參數(shù)值時,應考慮工程所在地區(qū)在測試或確定有關材料參數(shù)值時,應考慮工程所在地區(qū)不同年份、不同季節(jié)變化或一年中

40、最不利季節(jié)的溫度、不同年份、不同季節(jié)變化或一年中最不利季節(jié)的溫度、濕度狀態(tài)的影響。濕度狀態(tài)的影響。新建路面設計實例新建路面設計實例甲乙兩地之間計劃修建一條四車道的一級公路,在使用期甲乙兩地之間計劃修建一條四車道的一級公路,在使用期內(nèi)交通量的年平均增長率為內(nèi)交通量的年平均增長率為10%。該路段處于。該路段處于IV7區(qū),為粉區(qū),為粉質(zhì)土,稠度為質(zhì)土,稠度為1.0,沿途有大量碎石集料,并有石灰供給。,沿途有大量碎石集料,并有石灰供給。預測該路竣工后第一年的交通組成如表所示,試進行路面預測該路竣工后第一年的交通組成如表所示,試進行路面設計。設計。1. 軸載換算(彎沉及瀝青層彎拉應力分析時)軸載換算(彎

41、沉及瀝青層彎拉應力分析時)2. 軸載換算(半剛性層彎拉應力分析時)軸載換算(半剛性層彎拉應力分析時)3. 累計標準軸載作用次數(shù)(累計當量軸次)累計標準軸載作用次數(shù)(累計當量軸次)作彎沉計算及瀝青層底彎拉應力驗算時作彎沉計算及瀝青層底彎拉應力驗算時:151111365(10.1)1 3652091.3 0.4510913721 0.1teNN次作半剛性基層層底彎拉應力驗算時作半剛性基層層底彎拉應力驗算時:152111365(10.1)1 3651897.2 0.459900785 0.1teNN次4. 初擬結(jié)構組合和材料選取初擬結(jié)構組合和材料選取考慮設計道路為一級公路,公路沿途有大量碎石且有石灰

42、考慮設計道路為一級公路,公路沿途有大量碎石且有石灰供應;路面結(jié)構面層采用瀝青混凝土供應;路面結(jié)構面層采用瀝青混凝土(18cm),基層采用水,基層采用水泥穩(wěn)定碎石(厚度取泥穩(wěn)定碎石(厚度取20cm),底基層采用石灰土(厚度待),底基層采用石灰土(厚度待定)。定)。采用三層式瀝青面層,表面層采用細粒式密級配瀝青混采用三層式瀝青面層,表面層采用細粒式密級配瀝青混凝土凝土(厚度厚度4cm),中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土,中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土(厚度厚度6cm),下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土,下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土(厚度厚度8cm)。5. 土基回彈模量的確定土基回彈模量的確定

43、該路段處于該路段處于IV7區(qū),為粉質(zhì)土,稠度為區(qū),為粉質(zhì)土,稠度為1.0,查表,查表“二級二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值(MPa)”得土基回得土基回彈模量為彈模量為40MPa。6. 各層材料的抗壓模量與劈裂強度各層材料的抗壓模量與劈裂強度7. 設計指標的確定設計指標的確定-設計彎沉值設計彎沉值本公路為一級公路,公路等級系數(shù)取本公路為一級公路,公路等級系數(shù)取1.0;面層是瀝青混凝;面層是瀝青混凝土,面層類型系數(shù)取土,面層類型系數(shù)取1.0;半剛性基層,基層類型系數(shù)??;半剛性基層,基層類型系數(shù)取1.0。設計彎沉值為:設計彎沉值為:0.20.21600600 10

44、9137211 1 123.5(0.01)decsBlNA A Amm 8. 設計指標的確定設計指標的確定-容許拉應力容許拉應力1) 細粒式密級配瀝青混凝土細粒式密級配瀝青混凝土0.220.2210.09/0.09 10913721/1.03.18/1.4/3.180.4403secRspsKNAKMPa2) 中粒式密級配瀝青混凝土中粒式密級配瀝青混凝土0.220.2210.09/0.09 10913721/1.03.18/1.0/3.180.3145secRspsKNAKMPa3) 粗粒式密級配瀝青混凝土粗粒式密級配瀝青混凝土0.220.2210.09/0.09 10913721/1.03.

45、18/0.8/3.180.2516secRspsKNAKMPa4) 水泥碎石水泥碎石0.110.1120.35/0.35 9900785/1.02.06/0.5/ 2.060.2427secRspsKNAKMPa5) 石灰土石灰土0.110.1120.45/0.45 9900785/1.02.65/0.225/ 2.650.0849secRspsKNAKMPa9. 設計資料匯總設計資料匯總設計彎沉值為設計彎沉值為23.5(0.01mm)10. 計算石灰土層厚度計算石灰土層厚度通過設計軟件計算,使得設計路面結(jié)構計算彎沉值,瀝通過設計軟件計算,使得設計路面結(jié)構計算彎沉值,瀝青面層層底最大彎拉應力,半剛性基層層底最大彎拉應青面層層底最大彎拉應力,半剛性基層層底最大彎拉應力滿足各項指標要求,同時考慮設計層厚滿足施工要求。力滿足各項指標要求,同時考慮設計層厚滿足施工要求。五、路面交工驗收指標五、路面交工驗收指標 路面交工驗收時,驗收彎沉值路面交工驗收時,驗收彎沉值la是工程驗收的重要指標,是工程驗收的重要指標,它是以不利季節(jié),它是以不利季節(jié)

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