道路工程畢業(yè)設計某柔性路面設計及施工工藝分析畢業(yè)道路設計路面工程以及路面工程柔性路面設計畢業(yè)設計道路工程路面施工

1、摘 要本設計是在詳細闡述我國路面工程的發(fā)展狀況、發(fā)展趨勢及國內外路面設計方法；路面基本理論；行車荷載、環(huán)境因素對路面體系的影響；柔性路面設計原理等內容后，以彈性層狀體系理論為基礎，對某一具體道路進行了柔性路面設計，其中包括路面結構組合方案、路面厚度計算、彎拉應力和剪應力驗算以及路面組合方案比選，最后選定一種比較合理的路面方案。同時又對該道路路面各結構層次施工工藝作了簡要介紹?！娟P鍵詞】柔性路面、結構組合、厚度計算、施工工藝1.前言隨著我國改革開放的不斷深入，道路的現(xiàn)有狀況已不能適應經濟的快速發(fā)展，因此國家將投入大量資金用于道路建設，特別是高等級道路的建設，從而改善道路的現(xiàn)狀，進而形成全國高速公

2、路干線網，以加快地區(qū)之間的交流與合作，更好地促進經濟發(fā)展。本次設計的目的是對某一具體道路進行路面設計和施工工藝分析。路面工程是道路工程的重要組成部分，它主要研究公路與城市道路路面的設計原理和方法、路面結構組合、對路面材料性能以及路面結構層施工、養(yǎng)護、維修和管理技術等。我國道路路面工程的發(fā)展概況：1.古代用條石、塊石或石板等鋪筑道路路面；2.20世紀初一些公路與城市道路開始用砂石鋪筑路面；3.20年代末少數(shù)大城市用瀝青、水泥混凝土和塊料等鋪筑的高級、次高級路面；4.30、40年代公路上也開始出現(xiàn)上述高級、次高級路面；5.解放初期各地根據就地取材原則，廣泛修筑了級配碎（礫）石路面，并進行試驗研究；

3、6.50年代中期我國首創(chuàng)一種路面結構形式泥結碎石路面，此外在中、低路面上還廣泛修筑了磨耗層保護層；7.60年代初期隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，北方開始使用國產瀝青修筑表面處治和貫入式次高級路面；8.70年代后期開始使用水泥混凝土和水泥穩(wěn)定砂礫修筑路面基層；9.近年來我國已能使用國產瀝青修筑瀝青混凝土和瀝青碎石等高級路面，目前全國鋪有各類瀝青路面的公路與城市道路占較大的比重。隨著道路交通科學技術的進步，大車型、重噸位和高速度的客貨運車輛的大量涌現(xiàn)，修建高等級高質量的道路工程在交通建設事業(yè)中已占有越來越重要的地位。作為道路工程組成部分的路面工程也正飛躍發(fā)展。路面工程發(fā)展趨勢的主要特點1：1.設計自動化

4、 路面材料和配合比設計，路面應力、應變計算，路面結構選型、各層厚度計算，工程概預算以及路面優(yōu)化設計，均能使用計算機自動進行計算；2.施工機械化 在路面施工中，從土基整修、路面材料的備料及拌制、運料到攤鋪、壓實、成形，已全部采用機械化流水作業(yè)。路面工程建設普遍使用高效率的工程機械施工。如振動壓路機、瀝青灑布機、瀝青混凝土自動攤鋪機、水泥混凝土自動聯(lián)合攤鋪機等，機械化提高了效率，縮短了工期，并保障工程的高質量；3.勘測新技術 隨著電子、激光、紅外線、微波技術以及航空航天科技的發(fā)展，利用這些新技術進行道路勘測和設計，已達到一個嶄新的、全自動化的新水平。利用航空攝影測量、地面立體測量、電磁波測量儀器以

5、及遙感技術，使勘測技術正進一步向自動化、數(shù)字化、多功能化和高精度方向發(fā)展。如紅外線測距儀、激光經緯儀等；4.量測自動化 路面量測是對路面工程結構物進行檢查、質量鑒定、技術品質檢測、工作狀態(tài)測定的工作。自動化測試儀器如核子密度儀、自動彎沉儀、激光平整儀、自動噪聲測量車等，為路面設計與建設提供了快速而正確的采集數(shù)據的有效工具；5.設計和質檢規(guī)范化 對于各類路面材料和結構，強度檢驗和穩(wěn)定性監(jiān)測等都先后制定了有關設計和工程質量檢驗標準。如公路水泥混凝土路面設計規(guī)范、公路瀝青路面施工技術規(guī)范等，使我國路面設計和施工逐漸做到標準化；6.材料和結構多樣化 在高等級瀝青路面中，廣泛采用高性能、高粘度的重交通瀝

6、青和改性瀝青。水泥混凝土路面中廣泛使用了減水劑、早強劑、緩凝劑和加氣劑，可以顯著改善水泥混凝土路面的強度和有關的工程性質。路面結構呈多樣化的趨勢，如瀝青路面采用土工布、土工格柵、瀝青碎石瑪蹄脂SMA；水泥混凝土路面有碾壓混凝土、預應力混凝土、連續(xù)配筋混凝土路面等。除了柔性路面、剛性路面和半剛性路面，還出現(xiàn)了復合式路面，其中最為典型的是由水泥混凝土作下面層，瀝青混合料作上面層組成。這類路面綜合了水泥混凝土強度高、剛度大、使用壽命長和瀝青混凝土舒適性好、便于修補的長處，是一種經久耐用的優(yōu)質面層；7.路面管理系統(tǒng)（簡稱PMS） 路面管理系統(tǒng)是路面工程技術、系統(tǒng)工程理論和計算機技術相結合的產物，是一種

7、現(xiàn)代化的路面養(yǎng)護管理新技術。該管理系統(tǒng)運用現(xiàn)代管理科學的理論、系統(tǒng)分析的方法和計算機運輸手段，為管理部門提供科學餓分析工具和方法，使有限的資源實現(xiàn)最佳配置，提供足夠的服務水平的路面。路面工程的持續(xù)發(fā)展必將為快速、安全和舒適的交通運輸服務創(chuàng)造美好的前景。在路面設計方面，解放以前完全憑借經驗來進行路面設計，解放初期我國一直采用前蘇聯(lián)方法，這不僅不符合我國的實際情況，而且其理論本身也存在一定的問題。進入60年代，我國開始采用國產瀝青修筑路面，在此推動下柔性路面設計理論和方法得到初步建立與完善。70年代以來，除了對柔性和剛性路面設計理論進行系統(tǒng)而深入研究外，還對這兩種路面的設計參數(shù)和工作狀態(tài)進行大量試

8、驗，并運用于實踐進行理論驗證?，F(xiàn)在我國對柔性路面是采用以彈性層狀體系為理論基礎，并以路表回彈彎沉和層底抗彎拉應力等為控制指標的設計方法；對剛性路面是采用以彈性半無限地基上彈性薄板理論為基礎，以混凝土疲勞強度為控制指標，并根據位移法有限元分析結果來進行設計。這些都將為我國路面設計理論和方法打下良好的基礎。國外柔性路面設計使用的方法：1.AASHO法 美國各州公路工作者協(xié)會（AASHO）于1962年完成了一項綜合性的大型足尺道路試驗，其中包括柔性路面、剛性路面以及橋梁試驗。根據試驗結果提出了AASHO柔性路面設計法。該法提出了路面耐用性的概念，路面耐用性的評定，不是以路面強度或穩(wěn)定性為標準，而是以

9、使用者主觀感覺及某些物理量測定為依據。計算時需要對AASHO道路試驗所得大量數(shù)據進行數(shù)理統(tǒng)計，將路面耐用性的變化同荷載大小、荷載重復作用次數(shù)和路面厚度聯(lián)系起來，從而得到一定的關系。此外在AASHO設計方法中規(guī)定汽車設計標準軸載為18千磅，同時還需要將路上通行的多種汽車軸載換算為標準軸載。2.Shell法 殼牌（Shell）石油公司于1963年提出自己的柔性路面設計方法。1978年又進行了補充和完整，形成了具有很大實用價值的方法。Shell法通過分析路面破壞狀態(tài)提出設計標準，建立路面模型并進行力學計算，通過實驗獲取路面材料參數(shù)，從而得出一種體系完整的設計方法。該法以路基壓應變、瀝青面層拉應變、整

10、體性基層的拉應力、路面表層的餓永久變形為設計標準，將路面結構看作一種多層線性彈性材料體系，各層材料的彈性特性用彈性模量和泊松比表征，計算理論為彈性層狀體系理論。路基結構層和土基的性質用動彈性模量表征。計用標準軸載80kN，每個后輪為20kN，輪胎接觸壓力0.6MPa，輪跡面積半徑10.5cm。3.蘇聯(lián)法 蘇聯(lián)運輸工程部于1973年頒布的柔性路面設計須知，提出了較為系統(tǒng)的柔性路面設計方法。該法以彎沉、彎拉、剪切為設計標準。路面的力學模型為彈性層狀體系，其表面作用單個圓形均布荷載，路面結構內的應力與位移用彈性層狀體系理論計算：彎沉計算、整體性材料層的彎拉計算土基與低粘性材料層剪切計算。國外剛性路面

11、設計使用的方法：1.理論法PCA法 PCA法應用文克勒地基上彈性薄板理論，考慮了水泥混凝土路面的使用年限、疲勞強度等多種因素，是一種比較完善的方法。PCA取混凝土路面設計年限為40年，按照目前道路上交通量統(tǒng)計資料，確定目前的年平均日交通量。PCA采用的荷載安全系數(shù)以考慮汽車的超載、輪載分配的不均勻性和沖擊作用等因素所引起的荷載增大，根據交通分析得出的各級軸載需要乘上荷載安全系數(shù)從而得到設計軸載?；A的強度特征以地基反力模量表征。PCA采用橫縫邊緣作為計算臨界應力的荷載位置，此外PCA規(guī)定了混凝土板的應力比與允許重復次數(shù)的對應關系。2.試驗路法美國各州公路工作者（AASHO）協(xié)會法 AASHO以

12、足尺試驗路為基礎，經過長期的觀測，建立軸載作用次數(shù)、路面厚度和使用性能之間的經驗關系式，據此提出了暫行設計方法。AASHO試驗路采用“服務功能指數(shù)”的概念來表征路面對行車荷載的耐用程度。AASHO法規(guī)定混凝土路面的設計年限為20年，路上通行的各類車輛均換算成標準車數(shù)量，道路的設計交通量按后軸重和后軸數(shù)分類。然后根據設計年限內標準軸載的總通行次數(shù)、基礎反力模量和混凝土的允許彎拉應力，計算混凝土板厚度。鑒于以上國內外路面設計所用的設計方法，理論法具有廣闊的發(fā)展前景，因此我們國家柔性路面設計規(guī)范規(guī)定柔性路面設計理論以三層彈性體系理論為基礎，相信在未來路面設計中會得到更加廣泛的應用。我的畢業(yè)設計題目是

13、某柔性路面設計及施工工藝分析，因此我查閱了路面設計和施工工藝方面的資料，從資料中學到很多對本次畢業(yè)設計有幫助的知識。首先知道我國道路路面方面的知識，比如路面的分類與分級、路面的結構組成、路面要滿足的基本要求以及環(huán)境因素對路面體系的影響等；其次是對柔性路面的設計原理和方法熟練掌握，我國柔性路面設計以彈性層狀體系理論為基礎，以彎沉指標為設計標準，并進行彎拉應力的驗算。具備這些知識后我就以具體實例進行詳細設計，通過設計計算和方案比選確定合理的路面結構組合方案；最后就是路面的施工了，路面的每一層次所用的施工方法都不大相同，通過閱讀相關方面的資料對每一層次的施工方法有了一定的認識。2.路面基本理論道路路

14、面是在路基表面上用各種不同材料或混合料分層鋪筑而成的一種層狀結構物，其功能不僅是提供汽車在道路上能全天候地行駛，而且要保證汽車以一定的速度，安全、舒適而經濟地運行。本章主要從以下幾個方面闡述路面基本理論：路面分級與分類、路面結構層次劃分、路面必須滿足的基本要求。2.1 路面的分級與分類 路面的分級通常按照路面面層的使用性質、材料組成和結構強度的不同把路面分成以下四個等級2：1.高級路面 結構強度高，穩(wěn)定性好，使用壽命長，能適應較大的交通量，平整無塵，能保證高速、安全、舒適的行車要求。它的養(yǎng)護費用少，運輸成本低，但建設投資大，需要質量較高的材料來修筑。2.次高級路面 與高級路面相比，它的強度和剛

15、度較差，使用壽命較短，所適應的交通量較小，行車速度也較低。它的造價雖較高級路面低些，但要定期修理，養(yǎng)護費用和運輸成本也較高。3.中級路面 它的強度和剛度低，穩(wěn)定性差，使用壽命短，平整度差，易揚塵，只能適應較小的交通量，行車速度低，它需要經常維修和補充材料才能延長使用年限。行車噪聲大，不能保證行車舒適，造價雖低，但養(yǎng)護工作量大，運輸成本也高。4.低級路面 結構強度很低，水穩(wěn)性、平整度和不透水性都差，晴天揚塵，雨天泥濘，只能適應低交通量下的低速行車，同時雨季不能保證正常行車。造價低，但養(yǎng)護工作量大，運輸成本最高。各級路面相適應的面層類型見表1-1。路面等級同時應與道路的技術等級相適應，通常等級較高

16、的道路一般都應采用較高級的路面。各等級路面所具有的面層類型及其所適用的公路等級 表1-1路面等級面 層 類 型適用的公路等級高級路面水泥混凝土、瀝青混凝土、廠拌瀝青碎石、整齊石塊或條石高速公路、一級和二級公路次高級路面瀝青貫入式、路拌瀝青碎（礫）石瀝青表面處治、半整齊石塊二級和三級公路中級路面碎（礫）石（泥結或級配）、不整齊石塊、其他粒料三級和四級公路低級路面各種粒料或當?shù)夭牧细纳仆?，如爐渣土礫石土和砂礫土等四級公路 路面的分類根據路面的力學特性，可把路面分為柔性路面和剛性路面兩類2。1.柔性路面 主要包括用各種基層（水泥混凝土除外）和各種瀝青面層、碎（礫）石面層或塊石面層所組成的面層結構。力

17、學特點：剛度小，在荷載作用下所產生的彎沉變形較大，路面結構本身抗彎拉強度較低。2.剛性路面 主要指用水泥混凝土作面層或基層的路面結構。力學特點：水泥混凝土的強度很高，在車輪荷載作用下的彎沉變形小，荷載通過混凝土板體的擴散分布作用傳遞到基礎上的單位壓力較小。此外，對于用石灰或水泥穩(wěn)定土或處治碎（礫）石，特別是用含水硬性結合料的工業(yè)廢渣做的基層，前期具有柔性路面的力學特性，后期強度和剛度較大，但最終剛度和強度較剛性基層低，這類路面基層結構稱為半剛性基層，用半剛性基層修筑的瀝青路面稱為半剛性基層瀝青路面。2.2 路面結構層次劃分路面結構層由面層、基層、墊層三部分組成3。一.面層路面面層是直接同行車和

18、大氣相接觸的表面層次，直接承受行車荷載的豎向力作用。面層應具有較高的結構強度，抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性，耐磨性和不透水性，良好的抗滑性和平整度。修筑面層所用的材料主要有：水泥混凝土、瀝青混凝土及其他瀝青混合料等。二.基層基層位于面層之下，它是路面結構中的主要承重層，主要承受由面層傳遞下來的車輪荷載的豎向力，并將其擴散到下面的層次中?；鶎討哂凶銐虻目箟簭姸?、剛度和水穩(wěn)性，此外水泥混凝土面層下的基層應具有足夠的耐沖刷性。修筑基層所用的材料主要有：各種結合料穩(wěn)定土或碎（礫）石混合料、貧水泥混凝土、天然砂礫、各種碎石或礫石、片石、塊石或圓石，各種工業(yè)廢渣混合料。三.墊層墊層是介于基層和

19、土基之間的層次。其主要作用是調節(jié)和改善土基的濕度和溫度狀況，以保證路面結構的穩(wěn)定性和抗凍能力。墊層材料強度不一定要高，但水穩(wěn)定性和隔熱性要好。常用的材料有兩類：一類是松散粒料，如砂、礫石、爐渣、片石或圓石等材料；另一類是有整體性材料，如石灰土、爐渣石灰土等3.3 對路面的基本要求汽車直接行駛于路面表面，因此路面的作用是能夠擔負汽車的荷載而不破壞；保證道路全天候安全通車；能夠保證車輛以一定的行駛速度在道路上行駛。對路面提出以下幾項基本要求4：一.具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性路面應具有足夠的強度和剛度，以承受行車荷載的作用，而不產生導致路面破壞的形變和磨損。同時這種強度和剛度又應有足夠的穩(wěn)定性，在

20、不利的自然因素（水、溫度等）作用下，其變化幅度減少到最低限度。二.具有足夠的平整度路面的平整度是反映路面使用質量的一項重要指標。路面平整度差會加速汽車的磨損，還會影響行車安全。為保證高速行車，提高安全性和舒適性，路面應保持足夠的平整度。三.具有足夠的抗滑性路面要平整，但不宜光滑，一方面光滑的路面不能保證高速行車；另一方面容易引起交通事故。行車速度越高，對抗滑性的要求越高，越是高級路面，越應重視抗滑性問題四.具有足夠的不透水性對于水穩(wěn)定性差的基層和土基，應特別重視路面的不透水性。路面透水會導致土基和路面強度降低而產生破壞。五.具有足夠的耐久性路面結構在行車荷載和氣候因素的重復作用下會產生疲勞破壞

21、和塑性形變累積。另外，路面材料還可能由于老化衰變而導致破壞。因此，路面結構必須具備足夠的抗疲勞強度以及抗老化和抗形變累積的能力。六.具有低噪聲及低揚塵性噪聲與揚塵會對環(huán)境造成污染，影響正常的行車秩序。因此對于行車噪聲和揚塵，應當從道路工程的設計、施工、養(yǎng)護和管理等方面統(tǒng)籌考慮，才能保證路面具有盡可能低的揚塵性和盡可能小的噪聲。3.行車荷載、環(huán)境因素對路面的影響路面直接暴露在大氣中，經受著大自然中各種不同因素的影響，這些因素勢必對路面穩(wěn)定性等相關方面造成一定的影響。本章主要從行車荷載和環(huán)境因素兩個方面分析其對路面體系的影響。3.1行車荷載由第2章的相關內容我們已知，道路路面主要是提供汽車以一定的

22、速度，在道路上安全而舒適地行駛，因此在路面設計與施工中，首先要研究汽車的特性及其對路面的作用。車輛的種類通常在道路上行駛的車輛有以下幾種5：1.小客車 行駛速度高，自身重量與滿載重量都比較小。 2.大客車 供城間客運和城市公共交通用，滿載總重一般為100KN。3.貨車 按照用途的不同又分為載重汽車、傾卸汽車與牽引汽車三種。載重汽車總重量為50-150KN；傾卸汽車主要用于礦山內部運輸與工地施工材料運輸，總重150-500KN以上；牽引汽車用于牽引掛車、平板車、集裝箱車等。牽引汽車本身自重50KN左右，被牽引的掛車重量最重的可達1000KN以上。汽車荷載作用力汽車荷載對路面施加的作用力的大小和性

23、質，隨汽車的運動狀態(tài)而變化。當汽車停在路面上時，只有車輪對路面的垂直力作用；行駛時，除垂直力外還有車輪轉動對路面產生的縱向水平切向力；轉向時又增加了橫向水平力。由此可見，汽車在任何一種運動狀態(tài)下垂直力都是最基本的作用力，其次是水平力。柔性路面主要考慮了汽車荷載對路面作用的垂直力和水平力。1.車輪作用在路面上的垂直力3軸荷載通過充氣輪胎傳給路面，車輪與路面的接觸面積稱為輪印面積，其形狀為帶有輪胎花紋的近似橢圓，在柔性路面設計中，用等面積圓來代替，稱為輪印的當量圓。汽車后軸一側輪胎多為雙輪（即雙輪組），將雙輪輪印化為一個當量圓，稱為單圓荷載圖式；若化為兩個當量圓，稱為雙圓荷載圖式?，F(xiàn)行的柔性路面設

24、計方法，采用雙圓荷載圖式。若已知一側單輪荷載為 (MN)，車輪對路面的單位垂直壓強為(MPa，約為輪胎充氣壓強)，則當量圓直徑(m)為： （2-1）式中 ：雙圓荷載圖式的當量圓半徑（m）； （2-2）2.車輪作用于路面的水平力由汽車的行駛條件可知，水平力的最大值不能超過垂直力與路面車輪間的附著系數(shù)的乘積，即： (2-3)單位面積上的水平力，相應的有： (2-4)的最大值一般不超過0.7-0.8。試驗證明：汽車正常行駛時=（0.25-0.30）；一般加速或減速時， =（0.5-0.6）；緊急制動或驟然加速事， =（0.75-0.80）。3.2環(huán)境因素對路面體系的影響環(huán)境因素1.大氣水分與路基的濕

25、度狀況路基濕度狀況的變化是影響路面結構強度、剛度與穩(wěn)定性的重要因素之一。影響路基濕度的有以下幾個主要因素:大氣降水和蒸發(fā)、地面水的滲透、地下水的影響、溫差引起的濕度變化。2.氣溫變化對路面的影響大氣溫度在一年四季出現(xiàn)周期性的變化，每一天的晝夜氣溫也出現(xiàn)一定幅度的周期性變化。路面直接暴露在大氣之中，經受著這些變化的影響，特別是面層材料所受的影響最大。路面表面的溫度變化與天氣溫度的變化大致是同步的。面層結構內不同深度處的溫度也同樣隨著大氣溫度產生周期性的變化，但是變化的幅度隨著深度的增加而逐漸減少。3.冰凍與融凍對路面的影響凍脹是冰凍的危害之一，它不僅影響車輛的正常行駛，有時還會使路面結構遭到破壞

26、。產生凍脹的原因有兩個：一是由于水分凍結時，體積將增加9%；二是由于路基土中的弱結合水向凍結區(qū)移動的結果。引起路基凍脹有三個因素：路基土對冰凍的敏感性；氣溫下降緩慢；地下水不斷向冰凍區(qū)供給水源。春季來臨，冰凍的路基開始融化，會使土失去承載力，導致路面損壞，這種現(xiàn)象稱為春融翻漿，翻漿的主要原因是由于融化的過程是自上而下進行的，當路基頂面土開始融化時，水分無法排除，使得已經融化的土達到飽和狀態(tài)。如果此時有大量重型車輛通過，路面結構便會遭到嚴重破壞。公路自然規(guī)劃我國地域遼闊，自然因素變化極為復雜。不同地區(qū)自然條件的差異同公路的建設密切關系，因此為了區(qū)分各地自然區(qū)域的筑路特性，特此制定了公路自然區(qū)劃標

27、準JTJ003-86。根據此標準，“公路自然區(qū)劃”分三級進行區(qū)劃6：1. 一級區(qū)劃一級區(qū)劃將全國分為下列七個大區(qū)：區(qū)北部多年凍土區(qū) 區(qū)東部濕潤季凍區(qū) 區(qū)黃土高原干濕過渡區(qū) 區(qū)東南濕熱區(qū) 區(qū)西南潮暖區(qū) 區(qū)西北干旱區(qū) 區(qū)青藏高寒區(qū) 2. 二級區(qū)劃二級區(qū)劃是在每個一級區(qū)內，再以潮濕系數(shù)為依據，分為六個等級，潮濕系數(shù)為年降雨量與年蒸發(fā)量之比，即： K>2.0 1級 過濕2.0>K>1.5 2級 中濕1.5>K>1.0 3級 潤濕1.0>K>0.5 4級 潤干0.5>K>0.25 5級 中干K>0.5 6級 過干3. 三級區(qū)劃三級區(qū)劃是二級區(qū)劃

28、的具體化。劃分的方法有兩種：一種是以水熱、地理和地貌為依據；另一種是以地表的地貌、水文和地質為依據，由各省、自治區(qū)、直轄市自行劃定。4.柔性路面設計原理柔性路面是由具有粘性、彈塑性的結合料和顆粒礦料組成的路面，包括除用水泥混凝土作面層和基層以外的各種路面結構。柔性路面設計內容包括路面結構層組合設計、路面結構計算以及路面材料配合比設計。本章主要從以下幾個方面進行闡述：彈性層狀體系理論、路面結構層組合設計原則、路面設計標準及相關參數(shù)、路面厚度計算及彎拉應力驗算。4.1彈性層狀體系理論在現(xiàn)實中路面材料和土基并不是在任何情況下都具有線彈性性能。采用非線性彈-粘-塑性理論，在一定條件下能更準確地描述路面

29、的受力狀況，但是考慮到車輪行駛作用的瞬時性，在路面結構中產生的應力數(shù)量很小，因此可以將路面各結構層看成是理想線彈性體，從而應用多層線彈性理論來進行設計計算。多層線彈性理論必須采用如下基本假定3：1.各層材料均為連續(xù)、均勻、各向同性并服從虎克定律，而且位移和形變是微小的；2.最下一層（土基）在水平方向和垂直向下方向為無限大，上面各彈性層則均具有一定厚度，但水平方向為無限大；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、形變和位移等于零；4.各層間的接觸條件是完全連續(xù)的；5.不計自重。4.2柔性路面結構組合設計柔性路面結構組合設計的任務是在一般路面設計原則的指導下，根據道路等級、使用要

30、求和設計年限內標準軸載的累計當量軸次，綜合考慮筑路材料的供應情況、自然因素的影響程度以及具體的施工條件，確定合理的路面結構層次并選擇適用、經濟的組成材料，組合成既能經受行車荷載和自然因素的作用，又能充分發(fā)揮結構層材料最大效能的路基路面結構體系。柔性路面結構組合設計應遵循以下基本原則4：一、路線、路基、路面要做通盤考慮總體設計；二、根據各結構層功能和交通特點選擇結構層次；三、適應行車荷載作用進行強度和剛度的組合；四、注意各結構層的自身特點，作好層間結合；五、適當?shù)膶訑?shù)與厚度；六、考慮水溫狀況的影響保證穩(wěn)定性。4.3路面設計標準及參數(shù)在進行柔性路面設計時，我們需要用到如下參數(shù)：標準軸載及當量軸次、

31、路面容許彎沉值、容許彎拉應力等。下面將依次介紹上述參數(shù)及其計算公式3。標準軸載及當量軸次柔性路面設計以雙輪組單軸軸載100kN和60kN為標準軸載，分別以BZZ-100及BZZ-60表示，標準軸載的計算參數(shù)見表3-1。我國柔性路面設計規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級和二級公路及城市道路采用BZZ-100重型標準，三、四級公路可采用BZZ-60輕型標準。對于軸載大于20kN的各級軸載（包括車輛的前、后軸）的作用次數(shù)均應按式（3-1）和式（3-2）換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)（簡稱當量軸次）。 （3-1）或 （3-2）式中 ：標準軸載P的當量軸次（次/日）； ： 被換算的各級軸載作用次數(shù)（次/日）； P

32、 ： 標準軸載（kN）； ： 被換算的各級軸載（kN）； : 標準軸載的輪胎接地壓強（MPa）； ： 被換算的各級軸載的輪胎接地壓強（MPa）； ： 標準軸載的單輪傳壓面當量圓直徑（cm）； ： 被換算的各級軸載單輪傳壓面當量圓直徑（cm）； ： 被換算的各級軸載的輪組系數(shù)，雙輪組為1，單輪組為0.25，四輪組為4。設計年限T年內一個車道上累計當量軸次按式（3-3）或（3-4）確定。 （3-3）或 （3-4）式中 、：分別為竣工后第一年和設計年限末年的日平均當量軸次（次/日）；：設計年限（年）；：設計年限內交通量的平均年增長率（%）；：車道系數(shù)，應根據調查分析結果論證地確定；當無資料或交通流分

33、布均勻時，可參照表3-2確定。標準軸載計算參數(shù) 表3-1標準軸載級別BZZ-100BZZ-60標準軸載P（kN）10060輪胎接地壓強p（MPa）0.700.50單輪傳壓面當量圓直徑d（cm）21.3019.50兩輪中心距（cm）1.5d1.5d車道系數(shù)值 表3-2車 道 數(shù) 單 車 道 1.0 雙車道 分道行駛 0.5混合行駛 0.7 四 車 道 六 車 道路面容許彎沉值我們采用容許彎沉值作為路面整體剛度和強度的控制指標。柔性路面容許彎沉值是指路面在使用年限末期的不利季節(jié)，在設計標準軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。可以利用下列容許彎沉值的計算公式： （cm） （3-5）或 (mm) （3

34、-6）式中 ：道路等級系數(shù)，高速公路和城市快速路為0.85，一級公路和大城市主干路為1.0，二級公路和大城市次干路及中小城市主干路為1.1，三級、四級公路和大城市支路及中小城市次干路、支路為1.2； ：面層類型系數(shù)，瀝青混凝土和熱拌瀝青碎石1.0，冷拌瀝青碎石、瀝青貫入式1.1，瀝青表面處治1.2，粒料類面層1.3； ：設計年限內一個車道上累計當量軸次（次），按式（3-3）或（3-4）確定。容許彎拉應力整體性路面材料修筑的結構層，在設計年限內的破壞形式主要是疲勞開裂，所以在路面厚度設計時，要進行彎拉應力驗算，使路面結構層的計算拉應力小于結構層材料的容許彎拉應力，以防止過早出現(xiàn)彎拉疲勞破壞。路面

35、結構層材料的容許彎拉應力是路面結構在行車荷載重復作用條件下，達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞彎拉應力。可以利用下式（3-7）進行計算： （3-7）式中 ：整體性路面結構層材料的容許彎拉應力（MPa）； ： 材料的極限抗彎拉強度； ：抗彎拉強度系數(shù)，與材料性質以及荷載重復作用次數(shù)有關。對瀝青混凝土面層為： （3-8）對整體性基層（半剛性基層）為： （3-9）4.4以彎沉為設計指標的路面厚度計算彎沉是在一定荷載作用下路表面的豎向變形，是反映路面整體承載能力高低和使用狀況好壞的最直觀、最簡單的指標。路面整體承載能力高，使用狀況良好時，則路面豎向變形較小，反之則較大。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定以雙輪組車輪荷載作用下

36、，在路表面輪隙中心處的彎沉作為路面整體抗變形能力的指標。下面就介紹如何利用彎沉進行路面厚度計算3：1.各結構層材料的抗壓回彈模量和層間接觸條件按彎沉指標計算路面厚度或計算路面結構表面彎沉時，各結構層材料應采用抗壓回彈模量，并運用三層連續(xù)體系進行分析，可知層間接觸條件為連續(xù)接觸。2.多層路面換算我們利用諾謨圖進行查表計算時，應先用當量厚度法，按公式（3-10）把多層體系換算為三層體系（圖3-1）。 （3-10）3.用彈性層狀體系理論計算路面厚度在設計柔性路面時，要求在設計荷載作用下，雙輪胎輪隙間中心處的路面表面最大的回彈彎沉值不應大于容許彎沉值。值用彈性層狀體系理論計算。路表的理論彎沉值按式（3

37、-11）計算： （3-11）式中 ：路表理論彎沉值（cm）； ：標準軸載的輪胎接地壓強（MPa）； ：標準軸載單輪傳壓面當量圓的半徑（cm）； ：理論彎沉系數(shù)； ：上層材料的抗壓回彈模量值（MPa）。已知各路面結構層厚度和模量時，可利用三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖計算理論彎沉值。路面實際彎沉值與理論彎沉值之間存在一定的差別。通過分析實測彎沉值與計算理論彎沉值之間的關系，求得彎沉綜合修正系數(shù)。所以路表彎沉值可按式（3-12）計算： （3-12）其中，為彎沉綜合修正系數(shù)，可按式（3-13）計算： （3-13）為與標準軸載有關的系數(shù)，對于BZZ-100，=1.47；對于BZZ-60，=1.50。在進行

38、路面厚度計算時，通常取，從而得到理論彎沉系數(shù)為： （3-14）路面設計時，確定上層厚度后，根據、及值，即可從諾謨圖中求得值，于是可求得值。4.5彎拉應力和剪應力驗算柔性路面設計規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級和二級公路、城市道路需要驗算其彎拉應力，如果彎拉應力不滿足要求，則須調整路面厚度或變更路面結構組合或調整材料配合比以提高材料的抗彎拉強度和模量，再重新計算，直到滿足要求為止。那么如何對道路進行彎拉應力驗算呢？31.確定結構層計算模量與層間接觸條件計算整體性路面材料結構層的最大彎拉應力時，計算層及計算層以上的結構層采用彎拉回彈模量值，若其中某層為非整體性材料，則取抗壓回彈模量值。凡計算層以下的結構層

39、，均取抗壓回彈模量值。如何判斷各層間接觸條件，可以根據下述條件，并結合實際情況考慮：1）瀝青混凝土面層與其下面的瀝青層若連續(xù)施工，可作為連續(xù)接觸，反之則為滑動接觸。2）瀝青混凝土面層與非瀝青類結構層之間均為滑動接觸。3）穩(wěn)定類材料結構層與粒料類材料結構層或土基之間均為連續(xù)接觸。2.把多層路面結構換算為三層體系，再利用三層體系圖解法求解，在這里我們需要分為兩種情況進行換算。1）計算層層時當計算層層，利用式（3-15a）可將層及其以上各層換算成模量為計算層模量的一層（即三層體系的上層）；將層以下各層利用式（3-15b）換算成+1層模量的當量層厚度。其換算公式為： （3-15a） （3-15b）2）

40、計算層層時當計算層層時，層以上各層換算為一層（即上層），層即為中層。其換算公式（式3-16）為： （3-16a） （3-16b）3.進行最大彎拉應力的計算。整體性路面結構層層底部的最大彎拉應力可通過彈性層狀體系理論計算，最大彎拉應力的理論計算公式為： （3-17）式中 ：最大彎拉應力（MPa） ：理論最大彎拉應力系數(shù)通過理論計算分析表明，對于三層體系在常用路面厚度的情況下，面層底面最大彎拉應力產生在Z軸上。中層底面彎拉應力通常產生在處。已知各層厚度、材料抗彎拉強度及彎拉回彈模量以及抗壓回彈模量時，就可以利用諾謨圖求解其結構層底部的最大彎拉應力。如果最大彎拉應力小于容許彎拉應力，則該路面厚度就滿

41、足要求；否則需要調整路面厚度或采用其他措施，重新計算，直到滿足要求為止。5.柔性路面設計實例本章主要介紹柔性路面設計的具體步驟和柔性路面設計的具體實例，并對擬定的路面結構組合方案進行比選，從而選定比較合理的路面結構組合方案。其中重點為柔性路面設計具體實例。5.1柔性路面設計的基本步驟41.根據設計任務書的要求和交通量調查資料計算的設計年限內一個車道上標準軸載的累計當量軸次，從而確定路面的等級和面層類型（附錄），并利用公式（3-4）計算路表容許彎沉值；高速公路、一級、二級公路和城市道路干道，還需要根據具體情況，計算整體性結構層材料的容許彎拉應力值和容許剪應力。2.按不同的路基土組和干濕類型將設計

42、路段劃分為若干路段進行設計，通過現(xiàn)場試驗或查表并結合當?shù)亟涷灤_定各段的土基回彈模量值3.根據路面強度要求、當?shù)夭牧霞安牧瞎闆r和施工條件等因素，擬定幾種可能的路面結構組合與厚度的初步方案（一般基層厚度在最后計算決定），然后通過試驗測試或查表并結合當?shù)亟涷灤_定路面材料抗壓回彈模量以及整體性路面材料的抗彎拉強度S和抗彎拉回彈模量值。4.根據容許彎沉值計算路面厚度。需要驗算彎拉應力和剪應力的路面結構，還應驗算其彎拉應力和剪應力能否滿足容許值的要求，如不能滿足要求就應調整路面厚度或變更路面結構組合或調整材料配合比以提高材料的抗彎拉強度和回彈模量，再重新計算，直到滿足要求為止。在季節(jié)性冰凍地區(qū)的瀝青路

43、面還應驗算防凍層厚度是否符合規(guī)定要求。5.對擬定的幾種路面結構組合方案進行方案比選，選定采用的路面結構方案。5.2柔性路面設計實例在遼河平原上擬建一條一級公路，雙向六車道，并設有中央分隔帶，經調查路線經過的地區(qū)土質為粉質中液限粘土，地面水位離地面1.7m，多年觀測最大凍深為1.2m，填土高度為1.1m。交通量組成見下表（4-1），交通量年平均增長率為10%，擬選用瀝青混凝土面層，使用年限為15年。試設計該一級公路的路面結構和厚度。交 通 量 組 成 表4-1車型躍進NJ130交通SH141太脫拉138黃河JN150日野KB211格斯51小汽車輛/d25001200900720300240200

44、1.進行交通分析現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定：高速公路、一級、二級公路及城市道路應采用BZZ-100重型標準，因此該一級公路選用BZZ-100重型標準。由于大客車、貨車的重量遠較小客車大，因此在路面設計中主要考慮大客車與貨車的作用。將各種軸載作用次數(shù)換算為標準軸載作用次數(shù)，計算結果如下表所示:車 型交通量（輛/日）輪壓（MPa）單輪輪跡直徑（cm）輪組系數(shù)后軸軸數(shù)前軸軸載（KN）躍進NJ13025000.4017.501115.30交通SH14112000.4519.761125.55太脫拉1389000.6020.601251.40黃河JN1507200.7021.491149.00日野KB2113000.

45、6023.031147.55格斯512400.3518.501116.00車型后軸換算系數(shù)前軸換算系數(shù)車輛（總）軸載換算系數(shù)當量軸次（次/日）躍進NJ1300.0140.0020.01640交通SH1410.0630.0170.08096太脫拉1380.3600.2790.999899黃河JN1501.0690.2311.300936日野KB2110.8310.2041.035311格斯510.0110.0030.0143后軸換算系數(shù)：前軸換算系數(shù)： 車輛（總）軸載換算系數(shù)=后軸軸數(shù)后軸換算系數(shù)+前軸換算系數(shù)當量軸次=交通量車輛（總）軸載換算系數(shù)由上表得： =2285次/日設計年限內一個車道上

46、的累計當量軸次為：查表（各種路面適應的累計當量軸次）可知該一級公路路面等級為高級路面。2.確定土基的回彈模量值由公路自然區(qū)劃標準查得遼河平原屬區(qū)。路槽底距地下水位的高度為=1.7+1.1=2.8m，查表（路基臨界高度參考值）可知介于（3.4）和（2.6）之間，接著查表（路基干濕類型）可知該路基屬中濕路基。然后查表（分界相對含水量建議值）可得出路基平均含水量介于（0.60）和（0.65）之間，取0.60，由表（二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量建議值）可知：=25Mpa。3.計算路表容許彎沉值一級公路=1，瀝青混凝土面層=1cm4.擬定路面結構組合方案，確定路面材料的相關參數(shù)第一種方案：層次結構層名

47、稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）彎拉回彈模量（MPa）極限抗彎拉強度（MPa）1瀝青混凝土5120016002.32瀝青碎石108003石灰碎石土？40012000.44天然砂礫201405土基255.按容許彎沉值計算路面厚度1）計算綜合修正系數(shù)2）計算理論彎沉系數(shù)3）計算石灰碎石土層的厚度瀝青混凝土面層作為當量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當量三層體系的中層，土基作為當量三層體系的下層。由，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中主圖）得：由，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中扇形圖）得：查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中梅花圖）得：，則中層當量厚度：，取31。6.驗算彎拉應力1）驗算瀝青混凝

48、土面層底面的彎拉應力瀝青混凝土面層作為當量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當量三層體系的中層，土基作為當量三層體系的下層。當量三層體系中層當量厚度：則該路在瀝青碎石鋪筑后，要開放交通一段時間再鋪筑瀝青混凝土面層，故層間為滑動接觸。由，查（三層體系上層底面彎拉應力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間滑動）得：，最大彎拉應力：計算瀝青混凝土抗彎拉結構強度系數(shù)：計算瀝青混凝土容許彎拉應力：可知：>，滿足要求2）驗算石灰碎石土層底面的彎拉應力由于石灰碎石土層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當量三層體系的中層，第一、二、三層換算成當量三層體系的上層，土基作為當量三層體系的下層。上層當量厚度為；cm中層當量

49、厚度為：cm,按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連續(xù)）得：，最大彎拉應力：計算石灰碎石土基層抗彎拉結構強度系數(shù)：計算石灰碎石土容許彎拉應力：可知：>,滿足要求。7.驗算高溫月份緊急制動時瀝青混凝土面層的剪應力考慮驗算面層剪切時，應為夏季高溫月份，土基處于非不利季節(jié)，土基的回彈模量可比春融期提高40%，。上層采用高溫季節(jié)值。第二層。確定剪應力和抗剪強度：由，查圖（三層體系表面最大剪應力系數(shù)諾謨圖）得，查圖（三層體系表面主壓應力系數(shù)諾謨圖）得，。因而得時緊急制動時已知瀝青混凝土面層，：粘聚力；：內摩擦角；：摩擦系數(shù)，可知>，滿足要求8.驗算防凍厚

50、度路面總厚度為5+10+31+20=66cm，該路段多年最大凍深為1.2m，屬中濕路基，土質為粉質中液限粘土，查路面防凍最小厚度表可知符合要求。第二種方案：層次結構層名稱厚度（cm）抗壓回彈模量（MPa）彎拉回彈模量（MPa）極限抗彎拉強度（MPa）1瀝青混凝土6120016002.32瀝青貫入式87003水泥穩(wěn)定砂礫？40028000.54級配砂礫252005土基255、按容許彎沉值計算路面厚度1）計算綜合修正系數(shù)2）計算理論彎沉系數(shù)3）計算水泥穩(wěn)定砂礫層的厚度瀝青混凝土面層作為當量三層體系的上層，回彈模量為；第二、三、四層換算成回彈模量為的當量三層體系的中層；土基作為當量三層體系的下層。由

51、，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中主圖）得： 由，查（三層體系表面彎沉系數(shù)諾謨圖中扇形圖）得： 由，查（三層體系諾謨圖中梅花圖）得：，cm代入中層當量厚度：cm，取為33cm。6.驗算彎拉應力1）驗算瀝青混凝土面層底面的彎拉應力瀝青混凝土面層作為當量三層體系的上層，第二、三、四層換算成當量三層體系的中層，土基作為當量三層體系的下層。當量三層體系中層當量厚度：則該路在瀝青貫入鋪筑后，要開放交通一段時間再鋪筑瀝青混凝土面層，故層間為滑動接觸。由，查（三層體系上層底面彎拉應力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間滑動）得：， 最大彎拉應力：計算瀝青混凝土抗彎拉結構強度系數(shù)：計算瀝青混凝土容許彎拉應力：可知：>，滿足要求。2）驗算水泥穩(wěn)定砂礫層底面的彎拉應力由于水泥穩(wěn)定砂礫層下有天然砂礫層，故天然砂礫層作為當量三層體系的中層，第一、二、三層換算成當量三層體系的上層，土基作為當量三層體系的下層。上層當量厚度為；cm中層當量厚度為：cm， 按規(guī)范規(guī)定屬連續(xù)體系，查（三層體系上層底面彎拉應力系數(shù)諾謨圖（上層、中層間連續(xù)）得：， 最大彎拉應力：計算水泥穩(wěn)定砂礫基層抗彎拉結構強度系數(shù)：計算水泥穩(wěn)定砂礫容許彎拉應力：可知：<,不滿足要求。調整：調整水泥穩(wěn)定砂礫層的厚度為35cm。重新驗算瀝青混凝土面層底面的彎拉應力瀝青混凝土面層作為當