第十四章 沥青路面设计

l d = 960 N e−0.2 Ac As
式中：ld—设计弯沉值（0.01mm）； Ne—设计年限内一个车道上累计当量轴次； Ac—公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、 四级公路为1.2； As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青 碎石、上拌下贯或贯入式路面为1.1；中低级路面为1.2； 我国《公路沥青路面设计规范》（JTG D50）规定：沥青面层、半刚 性基层、下基层、刚性基层层底拉应力作为沥青路面设计的第二项控制指 标。
Pi N = ∑ C1 C 2 ni P i =1
k
12
3、设计年限累计当量标准轴载数 、 设计年限内一个车道沿一个方向的累计标准轴次数Ne：
365 N 1 [(1 + r ) t − 1] η Ne = r
式中：t——设计年限（年）； N1——路面运营第一年双向日平均当量轴次（日/次）。 r——设计年限内交通量平均增长率r（%）。 η——与车道数有关的横向分布系数（车道系数），P379，表14-3。 4、交通等级 、 交通等级 轻交通 中等交通 重交通 特重交通 P380 表14-4 BZZ-100累计标准轴次 Ne(百万次/车道)
1、计算路表弯沉值ls 、计算路表弯沉值
l s = 1000
2 pδ αcF E1
式中：ls——计算路表弯沉值(0.01mm)。 P,δ——标准车型的轮胎接地压强（0.7MPa）和当量圆半径(10.65cm)。 F——弯沉综合修正系数。
l F = 1.63 s αc——理论弯沉系数。 2000δ
第十四章 沥青路面设计
§14.1 概述 一、沥青路面概念 沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混 合料作面层的路面结构。 二、沥青路面设计要求 沥青路面设计的任务是根据使用要求及气候、水文、土质等自然 条件，密切结合当地实践经验，设计确定经济合理的路面结构，使之 能承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限满足各级公路 相应的承载能力，耐久性、舒适性、安全性的要求。 三、沥青路面结构设计理论与方法 目前世界上沥青路面设计方法基本上可分为两类： （1）经验法 （2）力学—经验法
（2）当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，按下式换算成标准 轴载。
Pi N = ∑ C C ni P i =1
k ' 1 ' 2
8
式中：C1’ —轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。 C2’—轴数系数，当轴间距大于3m时，按单独的一个轴载计算， 此时C2’=1。 当轴间距小于3m时，C2’=1+2（m-1）。 （3）当贫混凝土基层层底拉应力为设计指标时，按下式换算成标准 轴载。
σ m = φ(
−
h E h1 h2 E E , ,.... n −1 , 2 , 3 ....... 0 ) δ δ δ E1 E 2 E n −1
应用通用软件计算得到。
3、路基回弹模量E0的确定 、路基回弹模量 （1） 现场实测法 ） 现场实测法是在不利季节，采用刚性承载板直接在现场土基上实 测E0，目前采用的测试方法是按照《公路路基路面现场测试规程》 （JTJ059—95）的规定用大型承载板测定土基0～0.5mm（路基软弱 时测至1mm）的变形压力曲线，按式（14-30）计算土基回弹模量。
二、沥青路面基层结构 1、柔性基层 沥青处治的级配碎石和无结合料的级配碎石。 2、半刚性基层 二灰碎石、水泥稳定碎石等。 3、刚性基层 低强度等级的混凝土。 沥青路面基层结构厚度推荐表 P388 表14-7。 三、沥青路面垫层结构 防水、防污、防冻、排水。 路面最小防冻厚度 P389 表14-8。
凡轴载小于40kN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）可忽略不计。
（1）当以弯沉值及沥青层层底拉应力为设计指标时候时，按式(14-1) 完成轴载的当量换算。
Pi N = ∑ C1C 2 ni P i =1
k
4.35
式中： N —标准轴载的当量轴次（次/日）； ni —被换算车辆的各级轴载作用次数（次/日）； P —标准轴载（kN）； Pi —被换算车辆的各级轴载（kN）； k —被换算车辆的类型数； C1—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。 C2 —轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一个轴载计算，此 时C2=1。当轴间距小于3m时，应考虑轴数系数，C2=1+1.2(m－1)， m是轴数。
对贫混凝土： K s = 0.51N e−0.07 / Ac 式中：AC——公路等级系数。高速、一级为1.0，二级为1.1，三、四级 为1.2。 二、路面结构厚度设计方程式与设计参数 路面结构是否满足以下两个方程式：
lS ≤ ld
σm ≤σR
式中：lS——拟定结构的计算路表弯沉值（0.01mm）； σm——拟定结构验算结构层层底拉应力（MPa）。
<300 300~1200 1200~2500 >2500
大客车及中型以上 各种货车交通量Nn(辆/d/车道)
<600 600~1500 1500~3000 >3000
§14.2 弹性层状系统理论简介
一、基本假设 (1) 各层材料假定为均匀、连续、各向同性的弹性材料，并服从虎克定律。 (2) 各层平面无限大，垂直方向具有一定的厚度，最下层是半无限体，或 不变形刚体（如岩石路基）。 (3)各层在水平方向无限远处及最下层无限深处，其应力、应变和位移为 零。 (4)层间结合状态可以是完全连续的，或者是完全光滑的，也可以是介于 两者之间的半接触状态，但层间不出现脱空现象。 (5) 各层重力忽略不计。
σR =
σ SP
Ks
式中：σR——路面结构层材料的容许弯拉应力（MPa）； σSP——结构层材料的极限抗弯拉强度（MPa），由室内试验确定，采 用劈裂强度； KS——抗弯拉结构强度系数，与材料性质以及荷载重复作用次数有关。
对沥青面层：
K s = 0.09 N e−0.2 / Ac
−0.2 对无机结合稳定集料类： K s = 0.35 N e / Ac −0.2 对无机结合稳定土类： K s = 0.45 N e / Ac
0.38
Eo P
0.36
αC = f (
h E h1 h2 E E , ,.... n −1 , 2 , 3 ....... 0 ) δ δ δ E1 E 2 E n −1
应用通用软件计算得到。
2、计算结构层底拉应力 、
_
σ m = pσ m
_
式中： m ——理论最大拉应力系数，按下式计算。 σ
1 经验法 以过去的修建和使用经验以及路基、路面材料的室内或室外试验 为主要依据。如美国加州承载比法CBR法和美国各州公路和运输工作 者协会（AASHTO）法。 2 力学—经验法 以力学分析为基础，并综合考虑影响路面工作的交通，自然环境 和材料性质第一系列因素。如我国的沥青路面设计方法，美国沥青协 会AI法和壳牌shell法。 四、沥青路面交通等级 1、沥青路面设计年限（设计基准期）
公路沥青路面设计年限参考值 公路等级 高速公路、 高速公路、一级公路 二级公路 三级公路 四级公路 表14-1 设计年限（ 设计年限（年） 15 12 8 6
结构设计基准期T与结构使用寿命（使用年限）
对路面结构而言，设计基准期 设计基准期可视为预测计算路面结构设计规定的设 设计基准期 计累计标准轴载作用次数的时间参数。 桥梁结构：设计基准期 设计基准期=100年， 设计基准期 水泥混凝土路面结构：设计基准期 设计基准期不大于30年（高速一级30年，二三 设计基准期 四级20年) 沥青混凝土路面结构：设计基准期 设计基准期不大于15年 设计基准期 设计基准期只是结构可靠度计算的一个参考时间坐标，可结合结构使 用寿命的要求适当选定。当结构的使用年限超越过设计基准期时，表 明它的可靠指标可能低于目标可靠指标，而不是结构全部报废。 确定结构的使用年限是困难的，因为不同构造物的实际使用寿命（或 使用年限是不同的），如路基的使用年限预计可达50~100年，路面 为15~30年，桥梁为25~100年。以上预计年限是以正常养护和构造物 不废弃为前提的，桥梁的使用寿命随着重型荷载的累计频率而变化， 路面的使用寿命则取决于路面结构和累计轴载。 （2003年标准）设计交通量预测年限：高速、干线功能一级路按20 年预测， 集散功能一级路、二三级路按15年预测 （1997年标准）远景设计年限：
2、标准轴载及轴载当量换算 路面设计时使用累计当量轴次的概念。我国路面设计以双轮组单 轴载100KN为标准轴载，以BZZ—100表示。标准轴载的计算参数按 表14—2确定。
标准轴载计算参数 标 准 轴 载 标准轴载P（ ） 标准轴载 （kN） 轮胎接地压强p（MPa） 轮胎接地压强 （ ） 单轮传压面当量圆直径d（ ） 单轮传压面当量圆直径 （cm） 两轮中心距（ ） 两轮中心距（cm） 表14-2 BZZ—100 100 0.70 21.30 1.5d
E 0b = 1000 ⋅ P 2 ⋅ 1 − µ0 Dl ob
(
)
式中：E0b—用承载板测得的路基回弹模量（MPa）； µ0—土的泊松比，取0.35； D—承载板直径30cm； P—荷（kN）； lob—计算回弹变形（0.01mm）。 某路段的路基回弹模量设计值：
−
EOD =
−
E ob K a K1
3. 考虑结构层的特点 沥青混凝土或热拌沥青碎石之类的高级面层与粒料基层或稳定土 基层之间应设沥青碎石或沥青贯入式联结层。 一、沥青面层结构 高速公路、一级公路 高速公路、一级公路：三层面层：表面层、中面层、下面层。 二、三级公路：双面层：上面层、下面层。 三级公路 三、四级公路：双层沥青表处。 四级公路 各类沥青路面类型选择 P386 表14-5 沥青混合料结构层的最小厚度与适宜厚度 P386表14-6。 各沥青混合料结构层的最小厚度Hmin应与混合料的公称最大粒径d相 匹配: 一般为:Hmin=(2.5~3)d OGFC、SMA： Hmin=(2~2.5)d