沥青路面结构设计.docx
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沥青路面结构设计
沥青路面结构设计
新建沥青路面结构设计步骤
新建沥青路面通常按以下步骤进行路面结构设计:
1）根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。
2）按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定各路段土基回弹模量值。
3）根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。
4）根据设计弯沉值计算路面厚度。
对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。
如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。
上述计算应采用弹性多层体系理论编制的程序进行。
对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否满足要求。
简述贝克曼梁法测定土基回弹弯沉的步骤:
试验前首先要做好准备工作:
1、检查并保持测定用车的车况及刹车性能良好，
2、汽车装载使后轴符合标准轴载的要求;
3、测定轮胎接地面积，求出当量圆直径;
4、检查测试用百分表灵敏情况。
测试步骤:
1、选点，按照测试性质，频率在测试路段上选点;
2、将测试车后轮轮隙对准测点后约3-5CM处的位置上;
3、将弯沉仪插入汽车后轮轮缝隙处，与汽车行驶方向一致，弯沉仪测头放置在轮隙中心偏前3-5CM处，将百分表安装在弯沉仪测杆上;
4、汽车缓缓前进，百分表顺着变形的增加顺时针转动，当转动到最大时迅速读取读数L1，汽车仍在前进，表针反时针回转，待汽车驶出弯沉影响半径后，汽车停止，读取终读数L2;
5、计算回弹弯沉值。
回弹值修正:
1、如在非不利季节测试应进行季节修正;2、沥青面层厚度大于5cm且路面温度超过20?
2度范围时，应进行温度修正;当采用3.6M的弯沉仪对半刚性基层沥青路面进行测定时,应进行支点修正.
一、公路回弹弯沉值的作用
（一）概述
路基路面回弹弯沉的设计计算与检测，是公路建设过程中必不可少的一部份，是勘察设计、施工监理和检测单位都要进行的一个
工作事项。
首先由设计单位设计出弯沉值，再由施工单位去执行施工自检，然后由监理、检测部门抽检鉴定，实现设计意图。
在当前的规范规定中，《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97规定了路面顶层的设计弯沉计算公式和方法，但没有提出路基、路面基层的弯沉计
算方;在《公路工程质量检验评定标准》JTJ071-98中只提出要求检测路面顶层和土质路基回弹弯沉，没有提出检测路面基层弯沉的检测项;在《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000中则补充规定了路基、路面基层的相应回弹弯沉的计算检测标准。
因此，对于很多工程技术人员来说，如果不同时熟悉上述三种规范，就容易混淆回弹弯沉的原意，造成错误认识，甚至做出错误的数据和结果。
在阅读
1、《公路工程技术标准》（2003）
2、《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97
3、《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000
4、《公路工程质量检验评定标准》JTJ071-98
（二）弯沉的作用
公路工程回弹弯沉分为容许弯沉、设计弯沉和计算弯沉。
容许弯沉
容许弯沉是合格路面在正常使用期末不利季节，路面处于临界破坏壮态时出现的最大回弹弯沉，是从设计弯沉经过路面强度不断
衰减的一个变化值。
理论上是一个最低值。
计算公式是LR,720N*AC*AS。
《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97119页
设计弯沉
设计弯沉值即路面设计控制弯沉值。
是路面竣工后第一年不利季节，路面在标准轴载作用下，所测得的最大回弹弯沉值，理论上是路面使用周期中的最小弯沉值。
是路面验收检测控制的指标之
一。
计算公式是
Ld,600N*AC*AS*Ab。
《公路沥青路面设计规范》JTJ014-9742页
计算弯沉值
计算弯沉值分检测计算弯沉值和理论计算弯沉值。
检测计算弯沉值:
通过对路基、路面和原有老路进行弯沉检测，并通过计算整理所得到的代表值。
其作用主要是评定路基路面状况和作补强设计之用。
计算弯沉值
路基，路面基层、底基层等各层在设计时均要求计算出其弯沉设计值，在完工检测时也要检测其值，以检验其强度是否满足要求。
此作为
二、路面设计弯沉值的计算
（一）路面顶面设计弯沉值
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。
路面设计弯沉值应根据公路等级、在设计年限表1.1
车型前轴重/KN后轴重/KN后轴数后轴轮组数后轴距/cm交通量/（次*日-1）
东风EQ14023.7069.201双-100
黄河JN15049.00101.601双-80
黄河LN16259.50115.001双-60
交通
14125.5555.101双-50
长征CZ36147.6090.702双132.040延安SX16154.64
91.252双135.050
解:
标准轴载及轴载换算:
路面设计采用双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ100表示，根据规范（97）规定，
以设计弯沉值为指标，大于25KN的各级轴载均应进行换算。
计算公式为:
N=C1C2n1（Pi/P）4.35（次*日-1）
C1――后（前）轴数
C2――前后轮轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
n1――被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）
东风EQ140:
前轴23.70KN,25KN，不计。
后轴:
C1,1，C2,1，n1=100，Pi=69.20KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×1×100×（69.20/100）4.35,20.2（次*日-1）
黄河JN150:
前轴:
C1,1，C2,6.4，n1=80，Pi=49.00KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×6.4×80×（49.00/100）4.35,23.0（次*日-1）
后轴:
C1,1，C2,1，n1=100，Pi=101.60KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×1×100×（101.60/100）4.35,107.2（次*日-1）
黄河JN162:
前轴:
C1,1，C2,6.4，n1=60，Pi=59.50KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×6.4×60×（59.50/100）4.35,40.1（次*日-1）
后轴:
C1,1，C2,1，n1=60，Pi=115.00KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×1×60×（115.00/100）4.35,110.2（次*日-1）
交通141:
前轴:
C1,1，C2,6.4，n1=50，Pi=25.55KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×6.4×50×（25.55/100）4.35,0.9（次*日-1）
后轴:
C1,1，C2,1，n1=50，Pi=55.10KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×1×50×（55.10/100）4.35,3.8（次*日-1）长征CZ361:
前轴:
C1,1，C2,6.4，n1=40，Pi=47.60KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×6.4×40×（47.60/100）4.35,10.1（次*日-1）
后轴:
C1,1+1.2×（m-1）=1+1.2×（2-1）=2.2，C2,1，n1=40，Pi=90.70KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,2.2×1×40×（90.70/100）4.35,57.6（次*日-1）
延安SX161:
前轴:
C1,1，C2,6.4，n1=50，Pi=54.64KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×6.4×50×（54.64/100）4.35,23.1（次*日-1）
后轴:
C1,2.2，C2,1，n1=50，Pi=91.25KN，P,100KN
N=C1C2n1（Pi/P）4.35,1×1×50×（91.25/100）4.35,33.6（次*日-1）
合计:
N=429.8（次）
三级公路设计使用年限8年，车道系数η,0.65，则累计当量轴次
Ne=[（1+γ）t-1]×365Nη/[γ（1+γ）t-1]
=[（1+0.05）8-1]×365×429.8×0.65/[0.05×（1+0.08）8-1]
358801次
路面设计弯沉值的计算:
AC,1.2
AS,1.2
Ab,1.6基层为级配碎石（柔性基层）
Ld,600N*AC*AS*Ab,600×358801-0.2×1.2×1.2×1.6,107（0.01mm）
注意:
若上述项目段为旧路改建，则交通量的来源是通过实地调查而得，然后再进行轴载换算。
三、路基、路面基层设计弯沉值的计算
（一）路基顶面设计弯沉值
根据《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000规定，土基回弹弯沉的计算，首先应确定土基回弹模量E0
查《公路沥青路面设计规范》附录E或通过实测可得相应区域不利季的E0，然后按下式计算路基顶面设计弯沉值l0。
L0=9308×E0-0.938（0.01mm）
E0――不利季节土基回弹模量单位为Mpa;
计算示例2:
在非不利季节测定某公路土基回弹模量值得E0,50Mpa，季节影响系数K1,1.2，则土基回弹模量调整值为E0/,1.2×50,60Mpa，则
l0=9308×60-0.938
200（0.01mm）
K1――季节影响系数，不同地区取值范围为1.2-1.4。
可查《公路沥青路面设计规范》表14。
在进行土基弯沉测量后，路段的代表值0+2S应小于此标准值（一级公路和高速公路），或0+1.645S和0+1.58S小于此标准值（二级和二级以下公路）。
注意:
若查表得E0值，则其值已是不利季节之值。
（二）路面底基层顶面设计弯沉值
根据《公路路面基层施工技术规范》JTJ034-2000之规定，底基层顶面回弹弯沉按如下步骤计算:
1）利用土基和底基层材料的回弹模量计算值E0和E1以及底基层的厚度h1（cm），计算模量比K1E0/K2E1及比值h1/δ（δ为单个轮迹当量圆半径（cm）,对于黄河卡车，δ,10.75;K2为底基层材料季节影响系数，可取1.1-1.2，或查《公路沥青路面设计规范》附录E）
2）查附图A.0.3，得底基层表面弯沉系数aL。
3）计算弯沉综合修正系数F
F,3.643aL1.8519
4）计算底基层顶面回弹弯沉
l1=2pδaLF/E0K1
P――后轴重100KN卡车轮胎的单位压力，对于黄河卡车，可取0.7MPa;
K1――季节影响系数，可取1.2-1.4。
计算示例3:
某公路路面结构层，土基回弹模量值查表得E0,45MPa，底基
层为填隙碎石层，厚20cm，查《公路沥青路面设计规范》附录D得E1,250MPa，基层为级配碎石，层厚为15cm，查表得E2,280MPa，试计算底基层顶面回弹弯沉值。
解:
K1E0/K2E1,45/250,0.18
h1/δ,20/10.75,1.86
查附图A.0.3得:
aL,0.44
F,3.643aL1.8519,3.643×0.441.8519
0.7965
l1=2pδaLF/E0K1
=2×0.7×10.75×0.44×0.7965/45
=0.117（cm）
=117（0.01mm）
（三）路面基层顶面设计弯沉值
路面基层回弹弯沉设计值的计算与底基层类似，不同之处在于将底基层换算为与基层材料相当的当量厚度。
计算步骤如下:
1）首先在计算底基层弯沉时已得底基层顶面的弯沉系数aL，接下来是对底基层进行当量换算。
即将具有回弹模量E1和厚度h1的底基层换算为与基层材料相当的厚度h2/，换算公式如下:
h2/,h1。
2）由h2/δ与h2//δ之和及K1E0/K3E2的值，从附图A.0.3查得基层相应的aL;
3）按下式计算弯沉综合修正系数
F2,3.643aL1.8519
4）按下式计算基层顶面回弹弯沉
l2=2pδaLF/E0K1
计算示例4:
同示例2，求基层顶面回弹弯沉。
解:
当量厚度换算:
h2/,h1,20×
19.26cm
h2/δ=15/10.75=1.395
h2//δ=19.26/10.75=1.792
h2/δ+h2//δ=3.187
K1E0/K3E2=45/280=0.161
查图A.0.3得:
aL,0.34
F2,3.643aL1.8519,3.643×0.341.8519
0.494
l1=2pδaLF2/E0K1
=2×0.7×10.75×0.494×0.34/45
=0.056（cm）
=56（0.01mm）
如路面基层上还有多层上基层，其计算方法与基层相同。
（四）路基、路面弯沉代表值的计算
本段主要结合CASIO4500计算器的统计功能，举例介绍如何对外业测得的弯沉值进行代表值的计算。
如测得如下弯沉:
110120885614010610268204200146
1、按MODE3进入SD模式
2、按2NDFSCIEXE清除存储器输入数据，每输入一项数据时均要按DT键一次
4、如输入:
11012088，操作如下:
110DAT120DAT88DAT
按计算器上功能求出标准偏差值xón-1和平均值x，然后根据公路等级按式0+2S、0+1.645S或0+1.58S计算代表值L，最后作路基路面弯沉评定或路面结构设计。
结构层材料的容许拉应力
我国沥青路面设计除了以路面设计弯沉为设指标之外，还要验算沥青混凝土面层和整体
性材料基层的拉应力。
要求结构层的最大拉应力不大于结构层材料的容许拉应力，在路面设计中通常表示为:
σm?
σR结构层材料的容许拉应力是路面承受行车荷载反复作用达到临界破坏状态时的最大疲劳应力。
这一应力较一次荷载作用的极限强度小，减小的程度同重复荷载次数及路面结构层材料的性质有关。
这种关系可用下式表示:
σR=σsp/Ks
式中:
σR——路面结构层材料的容许拉应力，MPa;σsp——结构层材料的极限抗拉强度，Mpa，由实验确定。
我国公路沥青路面设计规范采用极限劈裂强度;
Ks——抗拉强度结构系数。
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