彈性層狀體系理論分析

彈性層狀體系理論分析第1頁/共59頁1、疲勞開裂疲勞開裂是指路面在正常使用情況下，由行車荷載的多次重復(fù)作用引起的沿行車輪跡帶的縱向平行裂縫。開始細而短，逐漸發(fā)展成網(wǎng)裂。原因：瀝青面層受到荷載反復(fù)彎曲作用下，當(dāng)在面層底面產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力超過材料的疲勞強度時，底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。2、反射裂縫和低溫開裂低溫開裂是指寒冷地區(qū)，面層材料本身在低溫時的收縮受到阻礙時會產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的彎拉強度時，面層便會出現(xiàn)橫向斷裂（與荷載無關(guān)）。反射裂縫是指穩(wěn)定類基層因溫度變化產(chǎn)生橫向裂縫并反映到面層，使面層每隔一定距離也出現(xiàn)橫向裂縫。反射裂縫和低溫開裂初期較細小，不影響行車，但在水份侵蝕下，縫隙會逐漸加大發(fā)展成網(wǎng)裂等其他破壞。3、車轍車轍是指在行車輪跡帶處出現(xiàn)的縱向帶狀凹陷，屬于累積永久變形，一般較兩側(cè)路面凹陷10～20mm。原因：路面長期使用下荷載多次重復(fù)作用的結(jié)果。累積變形量與荷載大小、重復(fù)作用次數(shù)、結(jié)構(gòu)層類型及土基的性質(zhì)有關(guān)。

第2頁/共59頁4、沉陷沉陷是指路面在荷載作用下，其表面產(chǎn)生較大的凹陷變形，有時凹陷兩側(cè)伴有隆起現(xiàn)象出現(xiàn)。嚴重時，超過路面結(jié)構(gòu)的變形能力會產(chǎn)生縱向裂縫，并逐漸發(fā)展成網(wǎng)裂。原因：路基土水文條件差，承載能力較低。5、泛油、推移（擁包）面層混合料中瀝青含量偏多或空隙率太?。ǎ?％）時，瀝青會在夏季高溫天氣下受行車荷載的作用而溢出路表面，形成一層有光澤的瀝青膜，稱為泛油。這種瀝青混合料的抗剪強度往往較低，在受到較大的車輪水平荷載作用時，面層材料會沿行車方向發(fā)生剪切或拉裂破壞而出現(xiàn)隆起甚至波浪現(xiàn)象，即為推移或擁包。多發(fā)生在車輛啟動、制動頻繁路段，如交叉口、?？空炯皬澋捞帯?、松散、坑槽由于面層材料組合不當(dāng)或施工質(zhì)量原因，結(jié)合料含量太少或粘結(jié)力不足，使面層混合料的集料間失去粘結(jié)而成片散開，稱為松散。松散的材料被車輪后的真空吸力及風(fēng)、雨等原因帶離路面，便形成大小不等的坑槽；路面網(wǎng)裂后期，碎塊被行車荷載繼續(xù)碾碎并被帶離路面，也會形成坑槽。第3頁/共59頁二、設(shè)計指標(biāo)及適用范圍由于瀝青路面破壞模式和原因較為復(fù)雜，因此應(yīng)選擇既能反映瀝青路面主要破壞特點，同時又能在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中起到控制作用的臨界破壞狀態(tài)和設(shè)計標(biāo)準。上述損壞模式中，有些是由于面層材料組合不當(dāng)或施工、養(yǎng)護質(zhì)量欠佳而引起的（如松散、泛油），不屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮范圍；有些損壞（如沉陷）可通過改善路基水溫狀況和加設(shè)墊層等措施來解決；還有些損壞（如反射裂縫）可通過合理的材料組合設(shè)計和結(jié)構(gòu)措施，減輕或避免其危害程度。目前，國內(nèi)外的設(shè)計方法均以開裂和變形為瀝青路面的兩大主要破壞模式。第4頁/共59頁我國柔性路面設(shè)計規(guī)定選取以下三項指標(biāo)作為瀝青路面設(shè)計標(biāo)準：1、容許回彈彎沉指標(biāo)2、容許彎拉應(yīng)力指標(biāo)3、容許剪應(yīng)力指標(biāo)上述指標(biāo)中實際值和容許值的偏差應(yīng)控制在5％以內(nèi)。容許值采用經(jīng)驗公式計算；實際值通過彈性層狀體系理論計算。適用范圍：我國城市道路柔性路面設(shè)計采用上述三項指標(biāo)進行控制，公路設(shè)計中暫未考慮容許剪應(yīng)力指標(biāo)的驗算。1、對瀝青混凝土面層采用三項指標(biāo)設(shè)計，但交通量小的支路可僅用容許回彈彎沉設(shè)計。2、對瀝青碎石面層采用容許彎沉和容許剪應(yīng)力兩項指標(biāo)設(shè)計。3、對瀝青貫入式、瀝青表處、粒料路面，只用容許回彈彎沉指標(biāo)設(shè)計。4、采用半剛性基層時，應(yīng)對基層按容許彎拉應(yīng)力指標(biāo)設(shè)計。第5頁/共59頁

瀝青路面是一種多層結(jié)構(gòu)。如何正確合理地選擇路面結(jié)構(gòu)層層次及材料組成，是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計首先面臨的問題，也是決定路面是否能在設(shè)計使用期完成其正常使用功能的關(guān)健。路面結(jié)構(gòu)組合應(yīng)該結(jié)合交通荷載、環(huán)境因素和當(dāng)?shù)刂凡牧系葪l件，從技術(shù)經(jīng)濟角度出發(fā)，選擇經(jīng)濟合理的路面結(jié)構(gòu)體系，以充分發(fā)揮路面各層及結(jié)構(gòu)的整體效能?！?0－4柔性路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計第6頁/共59頁第7頁/共59頁一、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計的原則1、路面結(jié)構(gòu)與厚度應(yīng)與交通量相適應(yīng)；2、層間結(jié)合要緊密，根據(jù)情況澆灑透層或粘層瀝青，使整體穩(wěn)定；3、各層材料的回彈模量有規(guī)律向下遞減；4、總層數(shù)不宜過多，利于施工；5、考慮結(jié)構(gòu)層的特點，避免和消除相鄰層次間的不利影響；6、考慮水溫狀況對路面結(jié)構(gòu)的不利影響。第8頁/共59頁設(shè)計原則

（1）面層類型與道路等級、交通量由于面層直接承受行車荷載和環(huán)境因素作用，因此宜選擇強度高、耐磨、穩(wěn)定性好的材料作面層。第9頁/共59頁設(shè)計原則（2）按路面受力特征選擇各結(jié)構(gòu)層次荷載應(yīng)力隨深度增加而遞減，對路面各結(jié)構(gòu)層材料強度和剛度的要求也隨著深度的增加而降低。因此，在進行路面結(jié)構(gòu)組合時，各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強度和剛度自上而下遞減的規(guī)律組合，以充分發(fā)揮各層次材料的效能。同時考慮到面層強度、剛度高，造價也高，而基層底基層強度、剛度較面層低，造價也低這一情況，在厚度組合時，宜從上到下由薄到厚，以達到經(jīng)濟的目的。路面結(jié)構(gòu)中相鄰結(jié)構(gòu)層材料的模量比，對路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布有顯著影響。相鄰兩層材料模量比過大，上層底面將產(chǎn)生過大的彎拉應(yīng)力（或彎拉應(yīng)變）容易使上層開裂。第10頁/共59頁設(shè)計原則第11頁/共59頁設(shè)計原則（3）考慮結(jié)構(gòu)層自身結(jié)構(gòu)特征注意相鄰層次的相互影響，盡量避免和消除相鄰層次間的不利影響。例如，瀝青面層不能直接鋪筑于碎（礫）石基層上，而宜在其間設(shè)瀝青碎石作過渡層，以防止由于基層的松動而造成面層不平整或變形開裂。又如，在無機結(jié)合料穩(wěn)定類半剛性基層上鋪筑瀝青混凝土，為防止和減緩基層干縮和溫縮開裂而引起面層反射裂縫，通常宜適當(dāng)加厚面層，或者設(shè)置瀝青碎石、級配碎石等聯(lián)結(jié)層。此外，在軟弱潮濕的路基上，不宜直接鋪筑碎（礫）石基層，以防止污染基層或產(chǎn)生過大的變形。第12頁/共59頁設(shè)計原則（4）考慮不利水溫狀況的影響一般應(yīng)選擇水穩(wěn)定性好的材料作瀝青路面的基層，特別是中濕和潮濕路段。在凍深較大的季節(jié)性冰凍地區(qū)，當(dāng)路基土為易凍脹土?xí)r，尚應(yīng)考慮凍脹和翻漿的危害。路面總厚度的確定，除了要滿足力學(xué)強度的要求外，還應(yīng)滿足防凍層厚度的要求。第13頁/共59頁二、設(shè)計步驟1、根據(jù)道路等級選擇路面等級與類型；2、考慮遠近期的結(jié)合；3、考慮當(dāng)?shù)刈匀粭l件與路基的干濕類型；4、考慮材料來源及施工條件；5、按照以上設(shè)計原則初步擬定幾個結(jié)構(gòu)組合方案；6、初擬各層厚度（其中一層待求）；7、進行方案比較，確定方案。第14頁/共59頁三、柔性路面結(jié)構(gòu)組合示例

路面結(jié)構(gòu)組合應(yīng)該根據(jù)公路等級和交通量，結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)和氣候情況、土基狀況、筑路材料以及已有的路面結(jié)構(gòu)狀況和使用經(jīng)驗，參照路面組合原則，擬定幾個滿足各方面要求的路面組合方案，以供進一步的結(jié)構(gòu)厚度計算之用，從而通過最終技術(shù)經(jīng)濟比較獲得最優(yōu)化的路面結(jié)構(gòu)。

第15頁/共59頁第16頁/共59頁路面結(jié)構(gòu)形式第17頁/共59頁§10－5新建柔性路面結(jié)構(gòu)層計算進行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計后，尚需進行結(jié)構(gòu)層厚度計算，以判斷結(jié)構(gòu)層整體強度是否滿足設(shè)計標(biāo)準要求。我國在多年研究和實踐的基礎(chǔ)上，采用以雙圓均布荷載作用下的彈性層狀彈性理論為基礎(chǔ)的路面結(jié)構(gòu)厚度計算方法。要求所設(shè)計的新路面結(jié)構(gòu)在標(biāo)準軸載作用下，雙輪輪隙中心處路表最大回彈彎沉值不應(yīng)大于容許回彈彎沉值，即ls≤lR.其中，路表最大回彈彎沉值ls通過彈性層狀體系理論計算；容許回彈彎沉值lR.采用調(diào)查試驗提出的經(jīng)驗公式計算。第18頁/共59頁設(shè)計模型：雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系設(shè)計指標(biāo)：路表設(shè)計彎沉驗算指標(biāo)：整體性結(jié)構(gòu)層層底彎拉應(yīng)力（城市道路、高速公路、一級公路和二級公路）剪應(yīng)力（城市道路、高溫季節(jié)）

□路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算圖式及設(shè)計標(biāo)準

□路面設(shè)計彎沉值

□容許彎拉應(yīng)力

□容許剪應(yīng)力

□軸載換算與累計當(dāng)量軸次

□路基土回彈模量值的確定

□路面材料設(shè)計參數(shù)值

□新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟第19頁/共59頁一、路表回彈彎沉值ls計算1、理論假設(shè)將路面結(jié)構(gòu)視為彈性半空間地基上由若干個具有一定厚度材料組成的彈性層狀體系，假設(shè)：①各路面結(jié)構(gòu)層由均質(zhì)、連續(xù)的、均勻的、各向同性的線彈性材料組成，各層的力學(xué)特性用彈性模量E、泊松比μ、厚度h表示；②最下一層為水平方向和豎直向下方向無限延伸的半無限體。其上各層在水平方向為無限大，但豎向具有一定厚度；③路面材料的應(yīng)力和應(yīng)變呈直線關(guān)系；各層在水平方向無限遠處及最下層無限深處的應(yīng)力、變形和位移為零；④各路面結(jié)構(gòu)層分界面上的應(yīng)力和位移完全連續(xù)（稱連續(xù)體系），或者僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)，而層間無摩擦力（稱滑動體系）；⑤不計各層材料自重。⑥將標(biāo)準軸載一側(cè)的雙輪組荷載簡化成兩個圓形均布荷載。第20頁/共59頁2、三層體系計算圖式第21頁/共59頁3、計算公式

式中：l－按三層彈性層狀體系理論計算的，雙圓均布荷載作用下雙輪輪隙中心處路表理論回彈彎沉值（cm）；

E1、E2、E0－三層體系中上層、中層材料及路基的抗壓回彈模量，Mpa；

h、H－三層體系中上層、中層材料的厚度，cm；

δ－雙圓均布荷載的當(dāng)量圓半徑，cm；

αL－理論彎沉系數(shù)，可由諾模圖查得。第22頁/共59頁彈性三層體系表面彎沉系數(shù)αL諾模圖第23頁/共59頁由于力學(xué)計算模型（彈性層狀體系理論）與實際路面存在差異，各種假設(shè)、邊界條件、接觸條件等與實際情況不完全相符，以及土基、路面材料的非線性等因素，使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，故引入一個修正系數(shù)F。實際彎沉值式中：F－彎沉綜合修正系數(shù)；

AF－參數(shù)，BZZ-100時，AF＝1.47；BZZ-60時，AF＝1.50。第24頁/共59頁4、多層體系厚度等效換算（1）路表彎沉等效換算（2）上層底面彎拉應(yīng)力等效換算（3）中層底面彎拉應(yīng)力等效換算第25頁/共59頁二、容許回彈彎沉值lR的計算1、概念：回彈彎沉：路基或路面在行車荷載作用下產(chǎn)生垂直變形，卸載后能恢復(fù)的那一部分變形。容許回彈彎沉值lR指不同等級、不同類型的路面，在設(shè)計年限末期的不利季節(jié)，在設(shè)計標(biāo)準軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值。彎沉值的大小反映了路基路面的整體強度。在達到相同的路面破壞狀態(tài)時，回彈彎沉值大小同作用于路面的行車荷載累計作用次數(shù)或使用壽命成反比關(guān)系。輪載累計重復(fù)作用次數(shù)Ne與此時路表面回彈彎沉的關(guān)系，可通過對已使用多年的各類路面進行彎沉測定（回彈彎沉測定儀），并調(diào)查路面已承受的累計交通量，經(jīng)整理分析后得出。其值與路面等級、類型、軸載、累計交通量等有關(guān)?？筛鶕?jù)不同的破壞狀態(tài)由經(jīng)驗公式計算。

使用年限t—累計交通量Ne—破壞狀態(tài)—容許回彈彎沉值lR第26頁/共59頁

將公路瀝青路面按外觀特征分為五級。并把第四外觀等級作為路面臨界破壞狀態(tài)，以該級路面的彎沉值的低限作為臨界狀態(tài)的劃界標(biāo)準。第27頁/共59頁

我國有關(guān)部門進行了廣泛的調(diào)查，所調(diào)查路面的公路等級包括高速公路、一級公路、二級公路和三級公路。面層類型有瀝青混凝土、瀝青碎石、上拌下貫瀝青面層和瀝青表面處治；基層類型有水泥穩(wěn)定砂礫、二灰碎石（砂礫）、石灰水泥砂礫、碎石灰土、灰土碎石等半剛性基層及少量級配碎石等柔性基層，交通量換算為BZZ－100標(biāo)準累計軸次的范圍為27×104～1470×104。統(tǒng)計回歸得lR計算公式：公路路面設(shè)計彎沉值是根據(jù)設(shè)計年限內(nèi)，每個車道通過的累計當(dāng)量軸次、公路等級、面層和基層類型確定的，設(shè)計彎沉相當(dāng)于路面竣工后第一年不利季節(jié)，路面在標(biāo)準軸載100kN作用下，所測得的最大回彈彎沉值。將路面竣工后第一年不利季節(jié)的路面結(jié)構(gòu)狀態(tài)取作路面設(shè)計狀態(tài)。設(shè)計彎沉值→竣工后第一年不利季節(jié)。

容許彎沉值→使用期末不利季節(jié)（臨界破壞狀態(tài)）。從設(shè)計彎沉值（路面竣工彎沉）到容許彎沉值之間的彎沉增加(或強度剛度衰減)這一變化，是行車荷載、環(huán)境因素不斷作用以及路面各結(jié)構(gòu)材料層力學(xué)性能不斷衰變等多方面因素綜合作用的復(fù)雜過程，通常定義AT為表征相對彎沉變化系數(shù)。通過對全國共31段試驗路和生產(chǎn)路段的長期跟蹤觀測，經(jīng)過對大量測試數(shù)據(jù)的分析，AT近似取1.2。第28頁/共59頁2、容許回彈彎沉值lR計算公式在使用期末不利季節(jié)，路面處于臨界破壞狀態(tài)時的實測回彈彎沉，為路面的容許彎沉值。將容許彎沉值同該路面在使用期間標(biāo)準軸載累計作用次數(shù)相關(guān)聯(lián)，得城市道路lR（單位：mm）經(jīng)驗公式：式中：Ne－設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道上標(biāo)準軸載累積作用次數(shù)。

Ac－道路等級系數(shù)。高速公路、城市快速路為0.85、一級公路、大城市主干路為1.0，二級公路、大城市次干路及小城市主干路為1.1，三、四級公路及中小城市次干路、支路為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、瀝青貫入式路面為1.1；瀝青表面處治為1.2；中低級路面為1.3。第29頁/共59頁3、軸載換算1）各種軸載換算為標(biāo)準軸載BZZ-100時，應(yīng)遵循以下原則：①以達到相同的臨界狀態(tài)為標(biāo)準，即同一種路面結(jié)構(gòu)，甲軸作用了n1次后達到預(yù)定的臨界狀態(tài)，乙軸作用了n2次后，路面也達到同樣的臨界狀態(tài)，此時甲乙兩種軸載作用是等效的，按此等效原則建立兩種軸載作用次數(shù)間的換算關(guān)系；②對于同一種交通組成，不論以其中哪一種軸載為標(biāo)準進行等效換算后，由此所計算的路面厚度結(jié)果應(yīng)當(dāng)是相同的。

2）換算公式式中：Nci——機動車道上各種軸載換算為標(biāo)準軸載的當(dāng)量軸次（次／日）；

Ni——被換算車輛的各級軸載作用次數(shù)（次／日）；

P,d——標(biāo)準軸載輪胎觸地壓強（MPa）及傳壓面當(dāng)量圓直徑（cm）；

Pi，di——被換算各級軸載的輪胎觸地壓強（MPa）及傳壓面當(dāng)量圓直徑（cm）；

Ci——被換算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；第30頁/共59頁

軸載換算與累計當(dāng)量軸次

當(dāng)以彎沉為指標(biāo)以及驗算瀝青層層底拉應(yīng)力時，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均應(yīng)按上式換算成標(biāo)準軸載為P的當(dāng)量作用次數(shù)N。設(shè)計車道上標(biāo)準軸載在使用年限（t年）內(nèi)的累計作用次數(shù)Ne，可在通過調(diào)查得到整個行車道的在設(shè)計初期日交通量換算為標(biāo)準軸載當(dāng)量作用次數(shù)Nci和交通量年平均增長率r后，按下式計算：第31頁/共59頁4、例題某二級公路在不利季節(jié)采用相當(dāng)BZZ-100軸載的汽車測定舊路面彎沉值，測定時路表溫度為90℃，前5h的平均氣溫為4℃；共進行了27個彎沉點的測試，測試的具體結(jié)果見下表所示，試計算其路段的計算彎沉值？第32頁/共59頁三、結(jié)構(gòu)層彎拉應(yīng)力驗算驗算瀝青混凝土面層和整體性材料基層在車輪荷載重復(fù)作用下產(chǎn)生的彎拉應(yīng)力是否超過容許彎拉應(yīng)力，即σ≤σR（一）容許彎拉應(yīng)力1、概念：指路面結(jié)構(gòu)在行車荷載反復(fù)作用下達到疲勞臨界狀態(tài)時的最大疲勞彎拉應(yīng)力。2、計算公式標(biāo)準軸載時，對瀝青混凝土路面a=0.12,b=0.2;

對整體性材料基層，a=0.4,b=0.1。第33頁/共59頁（二）結(jié)構(gòu)層彎拉應(yīng)力1、計算圖式2、計算公式上層底面彎拉應(yīng)力σr1=pm1m2

σ中層底面彎拉應(yīng)力σr2=pn1n2

σ其中，m1，m2，

n1，n2，σ等計算系數(shù)可由諾謨圖查得。第34頁/共59頁第35頁/共59頁第36頁/共59頁3、計算彎拉應(yīng)力時的多層體系換算方法

1）計算第n-1層以外的任一結(jié)構(gòu)層時（第x層）換算圖式:

換算公式:（彎拉回彈摸量）上層、中層當(dāng)量厚度按下式計算：第37頁/共59頁2）計算第層底面彎拉應(yīng)力時換算圖式:

換算公式:（彎拉回彈摸量）第38頁/共59頁

四、面層剪應(yīng)力驗算為保證瀝青路面具有充分的高溫穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)隆起、推移、波浪剪裂等破壞現(xiàn)象，要求瀝青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(yīng)力應(yīng)不超過材料的容許剪應(yīng)力，即τa≤τR

（一）容許剪應(yīng)力計算公式：τR＝fv/Kv

其中fv指瀝青混合料面層材料的抗剪強度，

fv＝c+σatgφ

,c、φ由實驗測定，σa由摩爾－庫侖強度理論求得，σa＝σ1＋τmax(1+sinφ),σ1與τmax查諾謨圖計算。

Kv（0.2)=(0.33/Ac)Nc0.15(交叉口、停車站）

Kv（0.5)＝1.2/Ac(緊急制動時）第39頁/共59頁（二）面層剪應(yīng)力計算

1、計算圖式

2、計算公式

τa＝τmax(cosφ)

＝p.τmf.(cosφ)

其中：τmf＝τm,0.3＋1.3(f-0.3)

τm,0.3由諾謨圖查得。

3、多層體系換算同計算彎沉?xí)r相同。

第40頁/共59頁第41頁/共59頁第42頁/共59頁路基土回彈模量值的確定（1）現(xiàn)場實測法在已成路基上，在不利季節(jié)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，計算回彈模量。也可采用彎沉儀測定土基彎沉值，計算土基回彈模量值E0，繼而確定該路段土基回彈模量設(shè)計值。

（2）查表法對于新建公路，在無實測條件時，可按查表法預(yù)測土基回彈模量值。（3）室內(nèi)試驗法取代表性土樣在室內(nèi)根據(jù)最佳含水量條件下求得小承載板的回彈模量E0值試驗結(jié)果，并考慮不利季節(jié)，不利年份的影響，乘以折減系數(shù)λ。（4）換算法通過現(xiàn)場大型承載板試驗測定土基回彈模量E0，并同時測定土基的壓實度K、土基稠度wc以及室內(nèi)CBR值，建立E0與CBR之間可靠的換算關(guān)系，從而可以利用K、wc和CBR值等推算現(xiàn)場土基回彈模量。第43頁/共59頁路面材料設(shè)計參數(shù)值路面材料的彈性模量是表征材料剛度的指標(biāo)，采用不同測試方法測得的彈性模量，其數(shù)值不同，目前我國測定路面材料強度和模量的方法有壓縮試驗、劈裂試驗和彎拉試驗。采用哪種試驗及其強度和模量值作為設(shè)計參數(shù)主要取決于以下因素：①強度和模量值應(yīng)較好地反映行車荷載作用下各種路面材料的力學(xué)特性；②強度和模量值用于厚度計算時，所計算路面厚度應(yīng)較好與實際情況相吻合；③參數(shù)測試方法簡便，測試結(jié)果比較穩(wěn)定。我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定：以設(shè)計彎沉值計算路面厚度并對結(jié)構(gòu)層進行層底拉應(yīng)力驗算時，各層材料的模量均采用抗壓回彈模量，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強度采用劈裂試驗測得的劈裂強度。以路面設(shè)計彎沉計算路面厚度時，采用20℃的抗壓模量，驗算層底拉應(yīng)力以15℃的抗壓模量為計算值。路面材料抗彎拉強度和彎拉回彈模量參考值參見教材。第44頁/共59頁彈性三層體系（1）表面彎沉（2）上、中層底面最大彎拉應(yīng)力（3）上層表面最大剪應(yīng)力補充：公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準第45頁/共59頁公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算圖式及設(shè)計標(biāo)準

多層彈性層狀連續(xù)體系在雙圓垂直均布荷載作用下，輪隙中心處路表實測彎沉Ls等于設(shè)計彎沉Ld的原則進行計算。

1）按彎沉進行路面厚度計算

由于力學(xué)計算模型與實際路面的差異，以及土基、路面材料的非線性及參數(shù)理論值與實際狀態(tài)的差異等因素，使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。

彎沉綜合修正系數(shù):第46頁/共59頁公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算圖式及設(shè)計標(biāo)準

對于高速公路、一級公路和二級公路的瀝青路面，當(dāng)以彎沉為設(shè)計指標(biāo)計算出路面厚度后，還應(yīng)驗算其瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層的彎拉應(yīng)力。

2）層底拉應(yīng)力驗算3）面層剪應(yīng)力驗算

我國城市道路設(shè)計規(guī)范規(guī)定，為了防止高溫季節(jié)道路交叉口、停車場等汽車經(jīng)常啟動、制動地方，瀝青面層產(chǎn)生推擠（擁包）等破壞現(xiàn)象，要求驗算瀝青面層抗剪強度。第47頁/共59頁容許彎拉應(yīng)力

瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力是路面承受行車荷載反復(fù)作用達到臨界破壞狀態(tài)時的最大疲勞應(yīng)力。

——路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力（MPa）；——結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強度（MPa），我國瀝青路面設(shè)計規(guī)范采用劈裂強度；——抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。

我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定，采用劈裂試驗測定路面結(jié)構(gòu)層材料的極限抗拉強度（劈裂強度）。瀝青混凝土的劈裂強度與溫度有關(guān)，規(guī)范規(guī)定試驗溫度為15℃，水泥穩(wěn)定類材料的齡期為90d，二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類的齡期規(guī)定為180d。第48頁/共59頁容許彎拉應(yīng)力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(gòu)層材料的抗拉強度因疲勞而降低的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks，與材料的疲勞特性有關(guān)?！从碁r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)。

第49頁/共59頁容許剪應(yīng)力

當(dāng)驗算瀝青路面面層抗剪強度時，需要確定易于發(fā)生面層推移（或擁包）等現(xiàn)象的夏季高溫時，瀝青混合料的容許剪應(yīng)力：

抗剪強度τ按庫侖理論計算。瀝青混合料的抗剪強度參數(shù)，粘聚力和內(nèi)摩擦角通常由三軸剪切試驗測定，并以當(dāng)?shù)馗邷卦路萋繁韺嶋H溫度的平均值為試驗標(biāo)準溫度。計算面層剪應(yīng)力時，各結(jié)構(gòu)層計算模量采用抗壓回彈模量。

瀝青混合料的抗剪切結(jié)構(gòu)強度系數(shù)同行車荷載作用情況有關(guān)。經(jīng)調(diào)查整理，停車站、交叉口等緩慢制動處（f=0.2）：

在緊急制動時（f=0.5）：Nt——停車站或交叉口在設(shè)計使用年限內(nèi)同一位置停車的標(biāo)準軸載累計數(shù)；Ac——道路等級系數(shù)。第50頁/共59頁五、新建柔性路面設(shè)計步驟1、根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，確定路面等級和面層類型，計算設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當(dāng)量軸次Ne和設(shè)計彎沉值lR

。2、按路基土類與干濕類型，將路基劃分為若干路段（在一般情況下路段長度不宜小于500m，若為大規(guī)模機械化施工，不宜小于1km），確定各路段土基的回彈模量值。3、擬定幾種可能的路面結(jié)構(gòu)組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進行配合比試驗及測定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度，確定各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計參數(shù)。4、根據(jù)彈性層狀體系理論以彎沉值為控制指標(biāo)計算路面厚度。先計算三層體系中層的厚度，推出多層體系待求層的厚度。5、對城市道路、高速公路、一級及二級公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層，應(yīng)驗算拉應(yīng)力是否滿足容許拉應(yīng)力的要求。如不滿足要求，應(yīng)調(diào)整路面結(jié)構(gòu)層厚度，或變更路面結(jié)構(gòu)組合，或調(diào)整材料配合比、提高極限抗拉強度，再重新計算。6、對城市道路瀝青面層，還要驗算面層剪應(yīng)力是否滿足容許剪應(yīng)力的要求。如不滿足，可適當(dāng)增加面層厚度或調(diào)整材料組成，以提高抗剪強度。7、對于季節(jié)性冰凍地區(qū)的高級和次高級路面，尚應(yīng)驗算防凍厚度是否符合要求。8、進行經(jīng)濟技術(shù)比較，確定方案。第51頁/共59頁新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟第52頁/共59頁§10－6舊路面補強厚度計算一、理論法（一）舊路調(diào)查包括路況調(diào)查、彎沉測定、交通調(diào)查、材料試驗。（1）調(diào)查交通量、交通組成與交通增長率；（2）調(diào)查道路設(shè)計、修建與養(yǎng)護的相關(guān)資料；（3）調(diào)查道路現(xiàn)狀，包括路基寬度、縱坡度、彎道半徑、路拱橫坡度、路面平整度、裂縫、坑槽、搓板、翻漿及排水情況；（4）挖驗路面結(jié)構(gòu)、判明各結(jié)構(gòu)層厚度、材料組成及污染情況；（5）在最不利季節(jié)測定路表回彈彎沉，并選擇有代表性路段做標(biāo)準承載板測定，以求得回彈彎沉值與回彈模量的關(guān)系。第53頁/共59頁（二）舊路面計算彎沉值的確定1、將全線劃分若干段測定回彈彎沉（注意測定方法）2、計算回彈彎沉值的代表值3、確定某路段的計算彎沉值（引入季節(jié)影響