6路面工程

第七章路面工程总论7.1路面的功能及对路面的要求7.1.1强度和刚度7.1.2稳定性7.1.3耐久性7.1.4表面平整度7.1.5表面抗滑行7.1.6不透水性（抗透性）7.2路面的结构及组成7.2.1路面横段面（1）槽式横断面（2）全铺式横断面7.2.2路拱横坡度表7-1各类路面的路拱平均横坡度路面类型路拱平均横坡度/%沥青混凝土、水泥混凝土1~2厂拌沥青碎石、路拌沥青碎（砾）石、沥青贯入碎（砾）石、沥青表面处理、整齐石块1.5~2.5半整齐石块、不整齐石块2~3碎砾石等粒料路面2.5~3.5低级路面3~47.2.3路面排水（1）路面（路肩）排水（2）中央分隔带排水（3）路面结构排水中央分隔带排水中央分隔带排水路面结构排水7.2.4路面结构层位及功能（1）面层（2）基层（3）垫层7.3路面的等级与分类7.3.1路面的分级路面等级面层类型所适用的公路等级高级水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青混凝土、整齐石块或条石高速、一级二级公路次高级沥青贯入碎（砾）石、路拌沥青碎（砾）石、沥青表面处治、半整齐石块二级公路三级公路中级泥结或级配碎（砾)石、不整齐石块、其他粒料三级公路四级公路低级粒料加固土、其他当地材料改善土四级公路设计年限累计标准轴次(万)›40015年›20012年100~20010年10~1008年10~1008年≤105年≤105年（1）高级路面（2）次高级路面（3）中级路面（4）低级路面7.3.2路面分类从路面结构在行车载荷作用下的力学特性出发，将路面划分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。（1）柔性路面柔性路面主要为：各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结构。（2）刚性路面刚性路面主要指水泥混凝土做面层或基层的路面结构。（3）半刚性路面用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或碎（砾）石而修筑的基层，称为半刚性基层。半刚性基层初期强度和刚度较小，具有柔性路面力学性质，后期强度和刚度增长幅度较大，具有刚性路面力学性质，但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。由半刚性基层和铺筑在它上面的沥青面层所组成的路面结构称为半刚性路面。7.4路面工程的发展(五纵七横)全国二级以上公路达到32.5万公里，比1990年增长了7倍；高级、次高级路面里程已接近100万公里，比1990年增长了近3倍.“八五”、“九五”、“十五”完成的交通系统固定资产投资分别达到3千亿元、1万亿元和2.2万亿元。7.4.2路面设计理论和方法柔性路面设计采用多层弹性层状体系理论为基础、以路表回弹弯沉值为设计控制指标，并对层底弯拉应力和上层破裂面剪应力进行验算的的设计方法。刚性路面设计采用弹性半无限地基上小挠度薄板理论为基础，以混凝土疲劳强度为控制指标，采用有限元位移分析结果进行设计。7.4.3路面施工技术7.4.4路面测试与评价技术路面设计发展----柔性路面结构分析(补充内容)古典结构分析如Hubbard和Goldbeck是基于承载板试验得出路面厚度与承载力之间的关系曲线；Down和Gray分别根据弹性理论得出了集中荷载和圆形均布荷载下的路面厚度计算式等。早先的这些研究由于对土的性质和路基强度还不太了解，也没有考虑交通量的因素，凭简单的假设而导出的公式远不能与实际情况相符。近代的研究20世纪40年代以来，路面结构的理论分析取得了很大进展。其中D.M.Burmister的方法为：把路基视为半无限大弹性体，路面为弹性系数较大的板层，层间接触为粗糟的，荷载为圆形垂直均布荷载，根据此模型，应用弹性力学的方法算出了荷载中心下的下沉量，并认为柔性路面的允许下沉量为0.51cm。近30年以来，理论法对柔性路面结构的应力、变形和位移的分析，多采用弹性层状体系理论，并采用电算的方法。我国柔性路面设计规范规定路面设计理论以3层弹性体系理论为基础。当路面为多层体系时，这时计算路面弯沉有两种方法：一是将多层路面结构按照弯沉相等的原则换算成绘有弯沉计算诺谟图的双层或三层体系；二是用电子计算机根据编写的程序进行计算。目前我国在柔性路面分析和设计时，多采用APDS程序，如长沙绕城路、沈山高速公路的设计。柔性路面设计方法采用的设计指标有路表回弹弯沉和路面结构层的强度。车辙是柔性路面的主要病害之一，有的学者指出不能仅以弯沉值的大小来评价路面承载力的高低和抗车辙性能的强弱。并指出可以通过控制路基的永久变形而使车辙得到限制。有关这方面的内容仍需进一步研究。近些年来人们逐渐认识到了弹性层状体系的不足，因为事实上路面材料具有应力应变的非线性特性.Duncon,Wallson,张起森等人先后进行了非线性有限元在路面结构分析中的研究工作，但目前这方面的文献还不多。随着对柔性路面研究的不断深入，粘弹性理论、断裂力学理论、界面断裂力学理论、热粘弹性断裂理论也用于分析路面的疲劳破坏及温度、时间对变形的影响。然而这些研究仍有其不足之处：一方面是把车载按静力来进行计算；二是没有把车辆和路面作为一个相互作用的体系来进行研究。目前多层体系在运动负荷和动力负荷情况下的动力响应问题在国外有一定的研究，但不深入，而在国内至今还是一个空白。刚性路面结构分析早期结构分析1920年Older发表了混凝土面板的角隅公式，该公式以角板悬空为前提，与实际相差太远。1925年Westergarrd基于Winkler模型推导出了混凝土板荷载应力公式，后经过多次修正和完善，得到了广泛应用。1938年A.H.A.Hogg根据弹性半空间体地基假设，对轴对称竖向荷载下半无限地基上无限大圆板的位移和应力做了理论分析，1939年Ο.Я.Щesdep将该理论分析应用于刚性路面计算。近期结构分析早期的Winkler模型过于简单，而弹性半空间模型也与实际不符，因解析解法计算有限尺寸任意处的荷载应力非常困难，然而有限元法的提出，为这问题的解决展示了良好的前景。有限元法水泥混凝土路面应力分析起始于1965年，随后不少学者做了相关的研究。我国于70年代末也广泛开展了有限元法用于水泥混凝土路面结构分析的研究。随着研究的深入，对弹性层状系统这种假设也提出了质疑。有的学者提出了多层地基的弹塑性力学分析方法。和柔性路面结构分析一样，车辆-路面相互作用系统的研究仍是以后研究的重要领域。