柔性路面設(shè)計(jì)及彎沉計(jì)算doc

1、8.6 路面補(bǔ)強(qiáng)層設(shè)計(jì)隨著使用時(shí)間的延續(xù)，柔性路面的使用性能和承載能力不斷降低，當(dāng)通過(guò)的軸次超過(guò)設(shè)計(jì)當(dāng)量軸次，或路表破損嚴(yán)重時(shí)，便不能滿足正常行車交通的要求，而需補(bǔ)強(qiáng)或改建。路面補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)工作包括現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查、承載能力評(píng)定以及補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)選擇、厚度計(jì)算和拉應(yīng)力驗(yàn)算等。對(duì)使用中的路面結(jié)構(gòu)狀況的調(diào)查和評(píng)定，其目的主要是了解路面現(xiàn)有結(jié)構(gòu)狀況和承載能力，據(jù)以預(yù)估剩余使用壽命、判斷是否需要加強(qiáng)、分析路面損壞的原因及提出處理措施，并為補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)?，F(xiàn)有路面概況調(diào)查工作包括如下內(nèi)容：（1）交通調(diào)查對(duì)于當(dāng)前的交通量和車型組成進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)。通過(guò)調(diào)查分析預(yù)估交通量增長(zhǎng)趨勢(shì)，確定年平均增長(zhǎng)率。（2）

2、路基狀況調(diào)查調(diào)查沿線土質(zhì)、填挖高度、地面排水情況、地下水位，以確定路基土組及干濕類型。（3）路面狀況調(diào)查調(diào)查路面結(jié)構(gòu)類型、組合和各層厚度，為此需開(kāi)挖試坑進(jìn)行量測(cè)和取樣試驗(yàn)。量測(cè)路基和路面寬度。詳細(xì)記載路表狀況及路拱大小。對(duì)路面的病害和破壞應(yīng)詳加記述并分析產(chǎn)生原因。（4）路面修建和養(yǎng)護(hù)歷史調(diào)查將上述調(diào)查結(jié)果填入圖 8-36 的相應(yīng)欄目中。（l）評(píng)定指標(biāo)及測(cè)定方法路表彎沉量反映了路基和路面體系的抗變形能力，它同路基的模量 和路面層樓量 之間大致存在下述關(guān)系：所以，路基模量 對(duì)彎沉的敏感性甚于路面模量 ，而路面層的抗變形能力主要同輪載作用下彎沉盆的曲率半徑 關(guān)系密切。因而，采用彎沉 和曲率半徑 兩項(xiàng)

3、指標(biāo)可以更全面地反映路基路面結(jié)構(gòu)的承載能力。路表回彈彎沉值采用貝克曼（）設(shè)計(jì)的彎沉儀測(cè)定。彎沉儀的簡(jiǎn)圖如圖 8-37 所示。彎沉儀的測(cè)頭穿過(guò)測(cè)定車后軸雙輪輪隙，放在車輪前方的路表面上。梁在后三分點(diǎn)處通過(guò)支點(diǎn)支承于底座上。梁的另一端處架設(shè)一百分表，以測(cè)定測(cè)頭的升降量。車輛以爬行速度向前行駛，車輛經(jīng)過(guò)測(cè)頭時(shí)，讀取百分表的最大讀值 ；車輛駛離后，再讀取百分表 ；兩者相減后乘以 2 便是路表的回彈彎沉值。也即， 。測(cè)定車的后軸計(jì)算參數(shù)，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)輪載 的規(guī)定（見(jiàn)表 2-6）。通常，測(cè)點(diǎn)治外側(cè)車輪輪帶布置，因?yàn)榇溯啂@現(xiàn)出較高的彎沉值。然而，如果沿內(nèi)側(cè)輪帶路面損壞較嚴(yán)重，則應(yīng)取內(nèi)側(cè)輪帶測(cè)定彎沉。測(cè)點(diǎn)

4、間距可為 ，視路段長(zhǎng)短和所要求的測(cè)定精度而定。（2）代表性彎沉值由于彎沉值大小同路面面層類型、結(jié)構(gòu)組合和厚度、路基土類型和狀態(tài)，交通量和組成、路面使用期限以及路面溫度有關(guān)，因此實(shí)測(cè)彎沉值之間存在著差異，即使將測(cè)點(diǎn)間距縮小，仍會(huì)出現(xiàn)這種差異。為了利用測(cè)得的眾多彎沉值評(píng)定一段路面的承載能力，需對(duì)所測(cè)彎沉值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)加工，尋求有代表性的彎沉值。對(duì)測(cè)定彎沉值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)加工時(shí)，假定測(cè)定是在相同條件下的等精度測(cè)量，測(cè)定結(jié)果的分布符合正態(tài)分布規(guī)律。因此可由正態(tài)分布定理求得已知測(cè)點(diǎn) 和相應(yīng)彎沉值 的平均彎沉值 、標(biāo)準(zhǔn)差 及變差系數(shù) ，即 （8 49）由此得一段路的代表性彎沉值為 (8 50)式中， 為保證率系數(shù)，

5、與道路等級(jí)有關(guān)，二級(jí)公路及二級(jí)以上公路 取 1.5 ；三級(jí)和四級(jí)公路取 1.3。城市快速路、主干路取 2.0 ；城市次干路取 1.5 ；城市支路取 1.3。不同的保證率系數(shù)相應(yīng)有不同的保證率，如Za為 l.5 和 2.0 的保證率分別為 93. % 和 97.7%。（3）測(cè)定季節(jié)對(duì)彎沉的影響由于路面在一年內(nèi)的不同時(shí)期具有不同的承載能力，而經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的路面必須保證在最不利季節(jié)具有良好的使用狀況，因而彎沉測(cè)定應(yīng)在一年的最不利季節(jié)進(jìn)行。但是由于種種原因常不能在不利季節(jié)測(cè)定，使得實(shí)測(cè)彎沉值偏小，所以要乘以根據(jù)多年累積測(cè)定資料統(tǒng)計(jì)分析得到的季節(jié)影響系數(shù) 。 值因地區(qū)、土質(zhì)、路基干濕類型以及路面結(jié)構(gòu)類型而

6、異，應(yīng)根據(jù)多年連續(xù)彎沉測(cè)定對(duì)比分析的結(jié)果和本地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)確定。（4）加鋪瀝青層對(duì)原砂石路面彎沉的影響在原有砂石路面上加鋪瀝青層以后，路基和基層中的水分蒸發(fā)較前困難，致使路基和基層中濕度增加，承載能力降低，彎沉增大。尤其是季節(jié)性冰凍區(qū)路基為潮濕或過(guò)濕的路段，更易產(chǎn)生瀝青面層下的濕度累積，降低承載力。因此，在原砂石路面測(cè)得的彎沉值上應(yīng)乘以反映這種濕度變化導(dǎo)致彎沉增大的濕度影響系數(shù)k2，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)對(duì)比測(cè)定或本地區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn)確定。（5）溫度對(duì)彎沉的影響當(dāng)原路面為瀝青面層時(shí)，彎沉測(cè)定值還隨路面溫度的變化而變化。為了使不同溫度時(shí)測(cè)定的彎沉結(jié)果可資比較，以及便于進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，需把不同溫度時(shí)測(cè)定的結(jié)果換算為標(biāo)

7、準(zhǔn)溫度 20 時(shí)的彎沉值 L20 ，其換算系數(shù)或彎沉溫度修正系數(shù)為 (8 51)式中， ，為測(cè)定時(shí)瀝青面層平均溫度 時(shí)的彎沉值。 值宜按各地經(jīng)驗(yàn)確定，它與路基的回彈模量 、瀝青面層的厚度等因素有關(guān)。當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，我國(guó)路面設(shè)計(jì)規(guī)范建議參用下述經(jīng)驗(yàn)方法： (8 52)式中 = ; ； 瀝青面層的厚度（）； 一一測(cè)定時(shí)路表溫度與前 5 小時(shí)平均氣溫之和（）。經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)溫度 與測(cè)定溫度 時(shí)兩種彎沉測(cè)定值之比的統(tǒng)計(jì)分析得到如下彎沉溫度修正系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式：當(dāng) 時(shí)， (8 53)當(dāng) 時(shí)， (8 54) 若瀝青面層厚度小于或等于 ，路面彎沉值不需溫度修正，又路面溫度在 時(shí)，也不進(jìn)行溫度修理正。（6）測(cè)定用軸載對(duì)

8、彎沉的影響路表某一點(diǎn)處的彎沉值大小，與測(cè)定用軸載（輪重、輪壓、輪跡圓直徑）有關(guān)。軸載大則測(cè)得的彎沉值也大。通過(guò)大量輕、重車彎沉對(duì)比測(cè)定，建立了彎沉和軸載間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系如下： (8 55)式中 不同軸載的彎沉軸載換算系數(shù)； ， 標(biāo)準(zhǔn)軸載及相對(duì)應(yīng)的彎沉值； ， 非標(biāo)準(zhǔn)軸載及相對(duì)應(yīng)的彎沉值。當(dāng)受條件限制，測(cè)彎沉所用汽車的后軸軸載與補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)輪載不一致時(shí)，可利用式（8 55）將實(shí)測(cè)彎沉 ；換算為設(shè)計(jì)輪載的彎沉 值。（7）計(jì)算彎沉值考慮季節(jié)影響、濕度影響、溫度影響以及測(cè)定用軸型的影響后，一個(gè)路段的計(jì)算彎沉值可由下式確定： (8 56)計(jì)算彎沉值反映了該路段路基路面結(jié)構(gòu)的承載能力。在確定各路段的計(jì)算

9、彎沉值時(shí)，應(yīng)將全線劃分為若干段落，各段路基干濕類型和土質(zhì)應(yīng)相同，彎沉值比較接近。每段內(nèi)彎沉測(cè)點(diǎn)應(yīng)不少于 20 點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距一般為 ，特殊路段或因需要可適當(dāng)加密。路段的最小長(zhǎng)度還應(yīng)與施工方法相適應(yīng)，一般不小于 ，在水文、土質(zhì)復(fù)雜或需要專門處理的軟弱路段可視實(shí)際情況決定。補(bǔ)強(qiáng)層的計(jì)算方法很多，可分為經(jīng)驗(yàn)法和理論法兩大類。經(jīng)驗(yàn)法是以補(bǔ)強(qiáng)試驗(yàn)路資料為基礎(chǔ)進(jìn)行歸納總結(jié)的方法，其實(shí)用簡(jiǎn)便，但使用有一定的局限性。理論法則以力學(xué)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合交通、環(huán)境和材料等特性，對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正的方法。我國(guó)現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)補(bǔ)強(qiáng)層厚度的計(jì)算都采用理論法。下面介紹公路部門采用的方法，而城市道路部門的方法有一定差異，詳

10、細(xì)可參閱城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范。采用理論法計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)層厚度的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確定原有路基路面體系的計(jì)算回彈模量。若大量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)承載板試驗(yàn)，顯然不太現(xiàn)實(shí)。若能利用便于大量測(cè)定的路表彎沉值進(jìn)行求解，則比較可行。將原路基路面結(jié)構(gòu)體系視作表面計(jì)算彎沉相等的彈性均質(zhì)體，利用彈性半空間體表面在圓形剛性承載板下的荷載一彎沉關(guān)系式，并考慮計(jì)入承載板測(cè)定的彎沉與汽車測(cè)定的彎沉間的差異及補(bǔ)強(qiáng)層材料的影響，各路段的當(dāng)量回彈模量值 可據(jù)各路段的計(jì)算彎沉值按式（857）計(jì)算： (8 57)式中 原路面的當(dāng)量回模量（）； 標(biāo)準(zhǔn)軸載車型輪胎接地壓強(qiáng)（）； 標(biāo)準(zhǔn)軸載單輪傳壓面當(dāng)量圓半徑（）； 原路面的計(jì)算彎沉（）； 用標(biāo)準(zhǔn)軸載的汽車在

11、原路面上測(cè)得的彎沉值與用承載板在相同壓強(qiáng)條件下所測(cè)得的回彈變形值之比，即輪板對(duì)比值。若當(dāng)?shù)責(zé)o對(duì)比試驗(yàn)資料，可取M1=1.1 進(jìn)行計(jì)算； 原路面當(dāng)量回彈模量擴(kuò)大系數(shù)。當(dāng)計(jì)算與原路面接觸的補(bǔ)強(qiáng)層層底拉應(yīng)力時(shí)， 按式（8 58）計(jì)算；計(jì)算彎沉值及其他補(bǔ)強(qiáng)層層底拉應(yīng)力時(shí)， 。 (8 58)式中 與原路面接觸材料的抗壓回彈模量（）； 各補(bǔ)強(qiáng)層等效為與原路面接觸層 相當(dāng)?shù)牡刃Э偤穸龋ǎ?h 可按式（8 59）計(jì)算。 (8 59)式中 第 層補(bǔ)強(qiáng)層材料的抗壓回彈模量（）； 第 層補(bǔ)強(qiáng)的厚度（）； 補(bǔ)強(qiáng)層層數(shù)。擬定補(bǔ)強(qiáng)層結(jié)構(gòu)組合后，尚需進(jìn)一步確定補(bǔ)強(qiáng)層的厚度。在計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)層厚度時(shí)，仍以設(shè)計(jì)彎沉值作為路面整體剛

12、度的控制指標(biāo)，對(duì)于二級(jí)和二級(jí)以上公路還應(yīng)驗(yàn)算補(bǔ)強(qiáng)層層底拉應(yīng)力，在季節(jié)性冰凍地區(qū)潮濕、中濕路段還應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度。設(shè)計(jì)彎沉值、各補(bǔ)強(qiáng)層材料的容許拉應(yīng)力及層底拉應(yīng)力的計(jì)算方法、彎沉綜合修正系數(shù)及補(bǔ)強(qiáng)層材料參數(shù)的確定，均與新建路面時(shí)的方法相同。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)層為單層時(shí)，以雙層彈性體系為計(jì)算力學(xué)模型；當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)層為 層時(shí)，以 層彈性體系為力學(xué)模型?？捎脤Ｓ糜?jì)算機(jī)程序求解，也可用諾模圖求解。例 8.7 在 區(qū)，某條公路原路面基層為泥灰結(jié)碎石，面層為厚 的瀝青上拌下貫，在不利季節(jié)用后軸軸載相當(dāng)于 的汽車測(cè)定的彎沉值如圖 8 36 所示，其中， 766 000767 800 一段路基為中濕類型，測(cè)定時(shí)路表溫度 ，前 5h

13、 的平均氣溫為 ； 767 800769 300 一段為干燥類型，測(cè)定時(shí)路表溫度為 ，前 5 小時(shí)平均氣溫為 。預(yù)計(jì)使用期間內(nèi)通過(guò) 標(biāo)準(zhǔn)軸的累計(jì)軸數(shù)（已考慮橫向分布） 次，沿線有碎石供應(yīng)，河灘有砂礫，瀝青可外購(gòu)。試按二級(jí)公路設(shè)計(jì)路面補(bǔ)強(qiáng)厚度。解 1. 確定原路面計(jì)算彎沉值和當(dāng)量回彈模量（l） 766 000767 800 段據(jù)測(cè)定彎沉的季節(jié)及當(dāng)?shù)刈匀粭l件取 ， ，彎沉測(cè)定車后軸軸載與設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)車軸相同 ，現(xiàn)求 。則原路當(dāng)量回彈模量 ，當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉控制求算補(bǔ)強(qiáng)層厚度時(shí)，取 ,（2） 767 800769 300 段2.計(jì)算設(shè)計(jì)彎沉值道路等級(jí)系數(shù) （二級(jí)公路），擬采用瀝青混凝土和瀝青碎石雙層補(bǔ)強(qiáng)，面層類型系數(shù) ，基層類型系數(shù) 。據(jù)當(dāng)?shù)厥褂媒?jīng)驗(yàn)，補(bǔ)強(qiáng)層材料參數(shù)為：瀝青混凝土在 時(shí)的 ，在 時(shí) 的 ， ；瀝青碎石 20 時(shí)的 ，采用圖解法（利用諾漠圖）求解補(bǔ)強(qiáng)層厚度，先設(shè)定瀝青混凝土面層厚度人 ，計(jì)算瀝青碎石層所需厚度 。(1) 766 000767 800段彎沉綜合修正系數(shù)為由 ， ， ，查圖 8-11 得 ，。而 查圖 811 得 , 則 ,。驗(yàn)算瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力，因該層底不與原路面接觸，所以原路面當(dāng)量回彈模量仍為 。由 ， ， ，及 查圖 8-13 ，發(fā)現(xiàn)系數(shù) ，說(shuō)明瀝青混凝土層底受壓力，即不出現(xiàn)拉應(yīng)力，所以，