刚性基层沥青路面典型结构设计

探讨刚性基层沥青路面结构0 前言超薄沥青混凝土是21世纪90年代发源于法国的一种新型路面材料。

超薄沥青路面结构是指在强基薄面理论指导下，采用较厚的"高强度的半刚性基层和超薄沥青混凝土面层组成的沥青路面结构。

厚度一般为5～10cm。

具有如下特点：延长路面的使用寿命，改善行驶质量，修正道路表面缺陷，改善安全性能，增加路面的抗滑能力，改善表面排水性能，降低路面轮胎噪声，大大降低工程造价。

1 UTAC的组成结构及强度形成机理1.1 组成结构沥青混合料的结构特性与材料组成、材料力学性能及各部分组成之间的相对位置密切相关。

压实成型的沥青混合料是由集料、沥青胶浆和残余空隙所组成具有空间网络结构的多相分散体系，其力学强度主要取决于集料颗粒间的内摩擦力和嵌挤力、沥青胶结材料的粘结性以及沥青与集料之间的粘附性等方面，沥青混合料主要有悬浮-密实结构、骨架-空隙结构和骨架-密实结构三种典型结构类型。

1.2 强度形成机理沥青混合料的强度由矿质集料骨架的强度和沥青的胶结强度两部分构成。

其一表现为颗粒材料的摩擦阻力；另一部分则表现了沥青材料的粘结、凝聚和抗拉能力。

作为影响沥青混合料粘弹性性质的根本因素.要求沥青胶浆具有合适的组成，即合适的粉胶比。

我国的沥青路面中总存在因粉胶比控制不当而产生的病害，为此应将粉胶比作为考虑因素。

2 UTAC混和料配合比设计正交试验分析超薄沥青混凝土面层的厚度薄，沥青混合料中集料的粒径比较小。

同时要求具有较好的构造深度、抗滑性能和密实性能。

因此有必要对超薄沥青混凝土的级配组成、集料、沥青、填料及它们之间的合理组合进行专门研究。

2.1 原材料性能为改善混合料中石料与沥青的粘附性，提高混合料的水稳定性.采用水泥和消石灰来代替矿粉。

超薄沥青混凝土配合比对路用性能及力学性能有多种影响因素，由沥青混合料的结构特点和强度形成的分析可以看出，沥青类型、集料类型、填料类型、粗集料含量、粉胶比等作为重要影响因素，对其强度和使用性能有较为复杂的影响.排列组合起来，试验量就非常之大，而且数据处理起来也非常麻烦。

我国沥青路面设计方法及典型实例1、设计理论-层状体系理论2、设计指标和要求; （1）轮隙中间路表面（A点）计算弯沉值小于或等于设计弯沉值（2）轮隙中心下（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力应小于或等于容许拉应力3、弯沉概念（1）回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能恢复的那一部分变形。

（2）残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那一部分变形。

（3）总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形（回弹弯沉+残余弯沉）。

（4）容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮隙中间容许出现的最大回弹弯沉值。

（5）设计弯沉：是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准轴载双轮轮隙中间的最大弯沉值。

4、弯沉测定;（1）贝克曼法：传统检测方法，速度慢，静态测试，试验方法成熟，目前为规范规定的标准方法。

（2）自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。

（3）落锤弯沉仪法：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹量，快速连续测定，使用时应用贝克曼进行标定换算。

5、设计弯沉的调查与分析（1）我国把第四外观等级作为路面临界破坏状态，以第四外观等级路面的弯沉值的低限作为临界状态的划界标准，从表中所列的外观特征可知，这样的临界状态相当于路面已疲劳开裂并伴有少量永久变形的情况。

（2）对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现，外观等级数愈高，弯沉值愈大，并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。

因此可以在弯沉值与不同时期的累计交通量间建立关系。

6、设计弯沉值; 设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测得的最大(代表)回弹弯沉值。

可根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定的路面弯沉设计值。

7、容许弯拉应力对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指15℃时的极限劈裂强度；对水泥稳定类材料龄期为90d 的极限劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度(MPa)，水泥粉煤灰稳定类120d的极限劈裂强度(MPa) 。

沥青路面设计计算案例一、新建路面结构设计流程（1）根据设计要求，按弯沉或弯拉指标分别计算设计年限内一个车道的累计标准当量轴次，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层类型，并计算设计弯沉值或容许拉应力。

（2）按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将路基划分为若干路段，确定各个路段土基回弹模量设计值。

（3）参考本地区的经验和规范拟定几种可行的路面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料进行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强度等，确定各结构层的设计参数。

（4）根据设计指标采用多层弹性体系理论设计程序计算或验算路面厚度。

如不满足要求，应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。

（5）对于季节性冰冻地区应验算防冻厚度是否符合要求。

（6）进行技术经济比较，确定路面结构方案。

需要注意的是，完成结构组合设计后进行厚度计算，厚度计算应采用专业设计程序。

有关公路新建及改建路面设计方法、程序及相关要求详见《沥青路面设计规范》。

二、计算示例（一）基本资料1.自然地理条件新建双向四车道高速公路地处Ⅱ2区，拟采用沥青路面结构进行施工图设计，填方路基高1.8m，路基土为中液限黏性土，地下水位距路床表面2.4m，一般路基处于中湿状态。

2.土基回弹模量的确定该设计路段路基处于中湿状态，路基土为中液限黏性土，根据室内试验法确定土基回弹模量设计值为40MPa。

3.预测交通量预测竣工年初交通组成与交通量，见表9-11.预测交通量的年平均增长率为5.0％.（二）根据交通量计算累计标准轴次Ne ，根据公路等级、面层、基层类型及Ne 计算设计弯沉值。

解:1.计算累计标准当量轴次 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BZZ-100表示，根据《沥青路面设计规范》规定，新建公路根据交通调查资料，主要以中客车、大客车、轻型货车、中型货车、大型货车、铰链挂车等的数量与轴重进行预测设计交通量，即除桑塔纳2000外均应进行换算。

钢桥面环氧沥青铺装设计方案说明目录一、钢桥面铺装的特性及性能要求 (3)1.1钢桥面铺装的特性及性能要求 (3)1.2钢桥面铺装的基本性能要求 (3)1.3 合理的钢桥面铺装结构 (3)1.4钢桥面铺装各层的作用和要求 (4)二、推荐的钢桥面铺装方案 (4)2.1双层环氧沥青混凝土铺装结构 (4)2.1.1铺装结构 (4)2.1.2方案说明 (5)2.1.3 方案特点 (5)2.1.4方案适用领域 (6)2.2 环氧沥青+SMA复合铺装结构 (6)2.2.1铺装结构 (6)2.2.2方案说明 (6)2.2.3 方案特点 (6)2.2.4方案适用领域 (7)2.3 方案典型工程 (7)钢桥面铺装设计方案一、钢桥面铺装的特性及性能要求1.1 钢桥面铺装的特性1）钢桥面铺装的特点（1）钢桥面沥青混合料铺装没有公路沥青混凝土路表面具有的路基与基层结构，它直接铺筑在钢桥面板上。

因此，桥面铺装处于变形大而复杂的钢板上，钢桥面板本身的变形、位移、振动等都直接影响铺装层的工作状态。

（2）除正常铺装层自身温度变化之外，钢桥结构的每日和季节性温度变化严重影响铺装层的变形，钢桥面板的导热系数要远大于其他土工材料。

（3）桥面铺装层的受力模式与一般沥青混凝土路面的受力模式不同。

（4）在设置纵隔板的正交异性钢桥面铺装体系中，纵隔板上方铺装层表面易形成更明显的应力集中，出现的最大拉应力或拉应变往往超过加劲肋和横隔板上方铺装层表面出现的最大拉应力或拉应变，从而该处在荷载、外界环境等的作用下产生纵向裂缝等破坏。

2）钢桥面板对防腐要求极高；3）钢桥面铺装的使用条件往往更加恶劣。

1.2钢桥面铺装层材料的基本要求1）较高的铺装层强度；2）优良的高温稳定性、低温抗裂性；3）较好的耐久性，即较好的抗老化性、水稳定性和耐疲劳特性；4）优良的适应钢桥面板复杂的变形，即优良的变形能力；5）良好的防水防渗透性能；6）铺装层必须有与钢板由良好的黏结性能。

42总409期2016年第31期（11月 上）道路工程收稿日期：2016-08-20作者简介：白涛（1981—），男，工程师，从事道路勘察设计方面的工作。

基层类型对沥青路面承载力的影响分析白涛（承德交通勘察设计院有限公司，河北 承德 067000）摘要：为了测定基层类型对沥青路面承载力的影响，选取柔性基层、半刚性基层、刚性基层等3种沥青路面结构，采用贝克曼梁和拖车式 FWD 测定6条路段在不同季节的动、静态路表弯沉，评价了基层对沥青路面承载能力的影响。

结果表明：基层类型相同时，静、动态弯沉随基层厚度的增加而减小，但并非厚度越大越好，与不同类型的属性也有着一定关系。

关键词：道路工程；沥青路面；弯沉；贝克曼梁；FWD 基层中图分类号：U416.2文献标识码：B0 引言自1987年河北省第一条高速公路建成以来，至今已初步形成了河北省高速公路网。

与此同时，占比95%的沥青路面高速公路的使用性能也直接影响着河北省实现跨越式发展的脚步。

从河北省目前已通车运营的高速公路来看，许多路面出现了不同程度的早期损坏，如开裂、沉陷、车辙、抗滑能力不足等，极大地影响了道路的服务能力。

这些问题的一再出现， 原因是多方面的，但总体上反映出了道路修筑实践仍缺乏系统的理论支持。

在长期的交通荷载和环境等因素综合作用下，路面性能变化规律缺乏足够深刻地认识。

本文针对河北省3种典型沥青路面结构（柔性基层、半刚性基层、刚性基层），采用贝克曼梁、FWD 等方法，测定了路面结构的动、静态弯沉，评价了基层对沥青路面承载能力的影响。

1 弯沉检测方案为考查基层类型、厚度对沥青路面承载能力的影响，选取3种基层类型的试验路段，分别采用贝克曼梁、FWD ，测定路面结构的动、静态弯沉。

每种基层类型的路面选择2段，6条路段的长度均为200m 左右。

约除基层类型和厚度不同外，面层结构和厚度、地基情况均相同，具体路面结构组合如表1所示，基层类别为级配碎石柔性基层、水泥稳定碎石半刚性基层和贫混凝土刚性基层。

公路沥青路面设计规范（JTG D50-200612 术语、符号2.1 术语2.1.1 沥青路面asphalt pavement 铺筑沥青面层的路面结构2.1.2 半刚性基层semi-rigid base 采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层。

2.1.3 刚性基层rigid base 采用普通混凝土、碾压式棍凝土、贫混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土等材料做的墓层。

2.1.4 柔性墓层flexible base 采用热拌或冷拌沥青混合料、沥青贯人式碎石，以及不加任何结合料的粒料类等材料铺筑的基层。

粒料类材料，包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配碎砾石，以及泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等基层材料。

2.1.5 414 载借axte load spectrum 各种车辆不同轴重的概率分布。

2.1.6 当量轴次equivalent single axle loads 按弯沉等效或拉应力等效的原则，将不同车型、不同轴载作用次数换算为与标准轴载l00kN 相当的轴载作用次数。

2.1.7 累计当量轴次cumulative equivalent axle loads 在设计年限内，考虑车道系数后，一个车道上的当量轴次总和。

2.1.8 设计年限design period 在计算累计当量轴次时所取用的基准时间。

3.1.8 交通量宜根据表3.1.8 的规定划分为四个等级。

设计时可根据累计当量轴次Ne（次/车道）或每车道、每日平均大型客车及中型以上的各种货车交通量〔辆〃（d"车道）〕，选择一个较高的交通等级作为设计交通等级。

表 3.1.8 交通等级I I I II交通等级I B2Z100累t.卜标准丨大客车及中型以上的各种货车交通量丨丨丨轴次N.1次/车道）I〔辆厂（d •车邀）1 II I ------------------------ 1------------------------------------------ 1I轻交通I <3x1沪|< 600 II I ------------------------ 1------------------------------------------ 1I 中等交通I3 x !00 一121（）7 I 600- 1500 II ---------- 1 ----------------------- 1------------------------------------------ 1I 重交通〔1.2x1 夕-2.5 x 1 口I1 500-3 000 II ---------- 1 ----------------------- 1------------------------------------------ 1} } > 3 000I _______ I________________ I____________________________ I公路沥青路面设计规范UM U50-2006 改性沥青的技术指标应符合现行国家标准、规范，行业标准、规范的相关要求。

浅谈沥青路面结构的三维模型建立1.引言目前我国现行的公路沥青路面设计规范是以层状弹性体系为基础。

层状弹性体系假定沥青路面各结构层之间的接触面完全连续[1]。

但是，实际道路中层间接触状态非常复杂，如果忽视层间结合的结构要求，或者没有有效的材料与工艺来实现层间粘结处理，层间结合面就会成为路面整体结构的薄弱环节，导致路面开裂、层间推移、车辙等破坏。

沥青路面作为我国的典型路面形式，对于层间接触状况的研究具有很高的工程价值和现实意义。

国内外众多学者对沥青路面的层间接触问题进行了相关研究，安兴华等人用基于快速拉格朗日有限差分法的FLAC软件，考虑层间部分接触状况，建立路面结构三维弹性层状体系模型，指出层间接触不良会导致路表产生推移和拥包，沥青层底面的切应力会因层间接触条件的不同而改变[2]；宋学艺等人用BISAR3.0软件对半刚性基层沥青路面进行研究，得出层间接触状况改善，荷载对沥青路面力学响应的影响越小[3]；本文选用沥青路面力学3D专业有限元软件EverStressFE进行建模研究，这可克服传统的大型通用有限元软件，如ABAQUS、ANSYS等，模型建立复杂，计算耗时过长，针对性不强等问题，同时能在一定程度上减少了科研的成本。

2.沥青路面结构的三维模型建立2.1 路面结构形式和荷载说明根据工程实际，拟定半刚性沥青路面结构形式，具体参数如表1所列。

本次分析中，选用单轴双轮组荷载（100kN），接地压力为700kPa，单轮额定荷载为25kN，采用双圆垂直均布荷载的接地压力形式，单轮接地面半径为10.7cm。

2.2有限元模型根据轮载作用形式的对称性，本文所用三维有限元软件EverStressFE将模型进行简化，即选取双轮接地面的1/4作为模型的荷载作用部分，将模型有限域的尺寸定为1m × 1m × 1.83m，整个有限元网格被划分为5320个单元，24143个节点。

为了提高计算精度，轮载作用的局部区域设置的网格较为密集（=400mm，=551mm），沿方向和方向均为9个节点；轮载区域外的网格设置得较为稀疏，沿方向和方向均为6个节点。

课程名称：学生姓名：学生学号：专业班级：指导教师：年月日路面结构设计计算1 试验数据处理1.1 路基干湿状态和回弹模量1.1.1 路基干湿状态路基土为粘性土，地下水位距路床顶面高度0.98m~1.85m。

查路基临界高度参考值表可知IV5区H1=1.7~1.9m，H2=1.3~1.4m，H3=0.9~1.0m，本路段路基处于过湿~中湿状态。

1.1.2 土基回弹模量1) 承载板试验表1.1 承载板试验数据承载板压力（MPa）回弹变形（0.01mm)拟合后的回弹变形(0.01mm)0.02 20 100.04 35 250.06 50 410.08 65 570.10 80 720.15 119 剔除0.20 169 剔除0.25 220 剔除计算路基回弹模量时，只采用回弹变形小于1mm的数据，明显偏离拟合直线的点可剔除。

拟合过程如图所示：路基回弹模量：2101011000(1)4nii nii pDE lπμ===-=∑∑2）贝克曼梁弯沉试验表1.2 弯沉试验数据测点 回弹弯沉（0.01mm ）1 1552 1823 1704 1745 1576 2007 1478 1739 172 10 207 11 209 12 210 13 172 14170根据试验数据：l =15.85(0.01mm)S =l20.56(0.01mm)式中：l ——回弹弯沉的平均值（0.01mm ）；S ——回弹弯沉测定值的标准差（0.01mm ）； l i ——各测点的回弹弯沉值（0.01mm ）； n ——测点总数。

根据规范要求，剔除超出(2~3)l S ±的测试数据，重新计算弯沉有效数据的平均值和标准差。

计算代表弯沉值：1174.79 1.64515.85200.86(0.01mm)a l l Z S -=+=+⨯= lZ a 为保证率系数，高速公路、一级公路取2.0，二、三级公路取1.645，四级公路取1.5。