第十二讲 沥青路面设计

第十二章沥青路面设计asphaltpavementdesign设计目的:designdestination1)满足各种外界条件的要求;satisfiestherequirementofoutsideconditions2)确定合理经济的路面结构;determiningrationaleconomicalpavementstructures3)满足路面使用性能的要求.satisfiestherequirementofpavementperformances设计内容:designvolume1)原材料的选择;selectionofrawmaterials2)混合料的配合比设计;designgradationofmixture3)设计参数的测试和确定;testinganddeterminingdesignparameter4)路面结构组合与厚度的确定determiningdepthandcombinationofpavementstructures5)路面方案的比选.comparisonpavementalternative设计方法:designmethod1)经验法;experimentmethod2)力学——经验法.theory-experimentmethod§1：弹性层状体系理论概述Introductionofelasticlayersystemtheory一、基本假设与解题方法basicassumptionandsolution基本假设：basicassumption1）各层是连续的，完全弹性的，各向同性的，以及变形和位移是微小的；2）最下一层在水平方向和垂直方向为无限大，其上各层厚度为有限，水平方向为无限大；3）各层在水平方向无限远处及最下一层无限深处，其应力，变形和位移为零；4）层间接触情况：连续体系或滑动体系。二、主应力计算calculationofmainstress§2：沥青路面的破坏状态与设计标准一.沥青路面的主要破坏状态裂缝类、变形类、表面功能损坏1、沉陷sinkage定义definition2、车辙rutting定义definition3、疲劳开裂fatiguecracking定义definition4、推移定义definition5、低温缩裂和反射裂缝定义definition6、松散和坑槽二、沥青路面设计标准1.沉陷设计标准：2.车辙设计标准：3.疲劳开裂设计标准：4.推移设计标准：][00zz][rereLLRrRrRmax5.路表回弹弯沉dsll§3：沥青路面结构组合设计structuralcompositiondesignofasphaltpavement1.保证路面表面使用品质长期稳定2.路面各结构层的强度、抗变形能力与各层次的力学响应相匹配。3.直接经受温度、湿度等自然因素变化而造成强度、稳定性下降的结构层应提高其抵御能力。4.充分利用当地材料、节约外运材料，做好优化选择，降低建设与养护费用。一、路面结构组合原则与方法1.面层类型和等级的选择2.按路面受力特征选择各结构层次3、考虑各结构层自身结构特征柔性基层flexiblebase:沥青处治的级配碎石和无结合料的级配碎石沥青处治的级配碎石适用于C级及C级以上交通等级的柔性基层;无结合料的级配碎石适用于交通等级低C级以下的柔性基层;半刚性基层semi-rigidbase:无机结合料稳定集料的基层结构.刚性基层rigidbase:低强度等级混凝土.4、考虑不利水温状况的影响•地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路段•排水不良的土质路墅，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段•季节性冰冻地区的中潮、潮湿路段，可能产生冻胀需设防冻垫层的路段•基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。防水垫层waterproofbedcourse排水垫层drainagebedcourse防污垫层anti-foulingbedcourse防冻垫层antifreezingbedcourse二、路面典型结构组合§4：新建沥青路面设计方法structuralthicknesscalculationofnewly-builtasphaltpavement一、设计指标与极限标准designindexandstandard设计弯沉值designdeflectionValue层底拉应力tensilestressunderlayersspRbscedKAAANl2.0600二、路面结构厚度设计方程式与设计参数designformulaofcalculatingpavementdepthanddesigncoefficientRmdsll1计算路表弯沉值calculatingdeflection2计算结构层底拉应力calculatingtensilestressunderlayers3路基回弹模量elasticmodulusofsubbase1）现场实测法2）查表法3）室内实验法4）换算法measuringonsitecheckinggraphtestinginlabconvertingmethod三、新建路面厚度设计depthdesignofnewly-builtpavement路面结构设计程序框图theprogramminggraphofpavementstructure4结构层回弹模量elasticmodulusoflayers5结构层材料的弯拉极限强度flexural-tensilestrengthoflayersKiiPPnccN135.4121)(KiiPPnccN181'2'1)(KiiPPnccN112121)(1365]1)1[(NNt以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标以半刚性材料层层底拉应力为设计指标以贫混凝土基层层层底拉应力为设计指标设计年限累计当量标准轴载数bscedAAANl2.0600sspRKcesANK/09.02.0cesANK/35.02.0cesANK/45.02.0cesANK/51.007.0路面设计弯沉值结构层容许拉应力沥青面层抗拉强度结构系数无机结合料稳定集料抗拉强度结构系数无机结合料稳定细粒土抗拉强度结构系数贫混凝土基层抗拉强度结构系数11301221210.380.36021000(,.....;,......)1.63()()2000scncnsplFEhEEhhEfEEElEFp130122121(,.....;,.......)mmnmnphEEhhEEEERmdsll路面结构表面弯沉值结构层层底拉应力设计指标五、路面竣工验收指标SZllllarsr§5沥青路面改建设计reconstructeddesignofasphaltpavement改建设计目的：destinationofreconstructeddesign通过改建，延长路面的使用寿命，满足正常交通行车的要求。改建设计内容：contentofreconstructeddesign1）路面结构状况调查；investigationofpavementstructuralconditions2）原路面当量回弹模量的计算；evaluationoftensilemodulusofoldsurface3）加铺层设计designstrengtheninglayer一、路面结构状况调查与评定investigationandevaluationofpavementstructure主要目的：了解现有路面状况和强度，据以判断是否需要加强或预估剩余使用寿命，分析路面损坏的原因及提出处理措施。1、交通分析trafficanalysis2、路基状况调查surveyofsubgrade3、路面状况调查surveyofpavement4、路面修建和养护调查buildingandmaintenancemaintenancesurvey321)(KKKSZllar87.0100100)(iiPPLL二、原路面当量回弹模量的计算calculationofequivalentresiliencemodulusoftheoriginalpavement21021000mmlpEZ25.01'037.02)(pEhemn1125.01')(niniiEEhh三加铺层设计designstrengtheninglayer计算原有路面的当量回弹模量。拟定结构组合方案及设计层位，确定各加铺层的材料参数。根据加铺层的类型确定设计指标。利用弹性层状体系理论进行补强层厚度计算.§6SHELL设计方法概述经验法：CBR法AASHO法理论设计法：SHELL法AI法一.路面模型与设计理论设计理论：1.假设路面在荷载作用下表现为弹性性质，并以弹性层状体系理论计算各层应力、应变；2.路面各层材料的弹性特性用弹性模量和泊松比表征；3.路面表面作用的荷载为一个或几个圆面积均布垂直和水平荷载；4.计算理论为弹性层状体系。路面模型二.设计荷载标准荷载：80kN,每个后轮20kN.轮胎接触压力0.6MPa.轴载换算公式：三.环境条件温度对沥青面层湿度对土基模量41221)(PPnnn四.路面破坏状态与设计标准1.主要设计标准及临界点位置1）路基表面荷载轴线处的垂直压应变控制路基永久变形，防止车辙。2）沥青面层层内拉应变，控制沥青类面层的疲劳开裂。2.次要标准1）其他有机或无机结合料稳定类基层的允许水平拉应变或允许拉应力2）路面表面总永久变形小于RD(路面车辙容许值)。][zz][][rr][rr五.容许值的确定1.路基表面容许压应变；2.沥青面层容许拉应变；3.整体性基层的拉应力；3.路面表层的永久变形；六.材料参数的确定1.路基弹性模量2.松散材料基层弹性模量3.整体性材料基层4.沥青混合料的劲度模量小结:1.沥青路面的路面结构组合设计原则及内容.2.新建沥青路面的设计方法.3.改建沥青路面的设计方法.作业1.我国现行沥青路面设计方法是什么?2.某二级公路在不利季节采用相当BZZ-100轴载的汽车测定旧路面弯沉值，测定时路表温度为90℃，前5h的平均气温为4℃；共进行了27个弯沉点的测试，测试的具体结果见下表所示,试计算其路段的计算弯沉值.3.沥青路面结构组合设计原则是什么?序号123456789弯沉（0.01mm）837986889298937981序号101112131415161718弯沉（0.01mm）877779809297908074序号192021222324252627弯沉（0.01mm）818076888393989779