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柔性路面结构计算讲义

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柔性路面结构计算讲义分三部分进行讲述：1.柔性路面结构计算原理2.怎样使用《公路路面设计程序系统》（HPDS2006）软件》进行结构计算。

3.关于城市道路规范与公路规范一.柔性路面结构计算原理（一）道路的分类1.从属性上分为：城市道路和公路城市道路归住建部管，公路归交通部管。

设计时应分别套用相应的规范、规程和标准。

但两种道路的分水岭在哪（地理位置、排水设施种类、有无步道）还未查到。

2.从级别上分：（1）城市道路：快速路、主干路、次干路、支路。

（2）公路：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路。

3.从行政区域分：国道（G）、省道（S）、县道（X）。

4.从道路面层种类上分为：（1）柔性路面：沥青混凝土路（2）刚性路面：水泥混凝土路（3）半刚性路面：由水泥砂浆和乳化沥青（渣油）两种结合料加其他骨料组成（4）铺装路面：块石、水泥混凝土预制块等（二）柔性路面道路结构的组成及作用1.面层：上面层，如细粒式沥青混凝土AC-13或改性沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13等。

中面层，如中粒式沥青混凝土AC-20等底面层，如粗粒式沥青混凝土AC-25或密级配沥青碎石A TB-30等表面层应具有平整密实、抗滑耐磨、抗裂耐久的性能中、下面层应具有高温抗车辙、抗剪切、密实、基本不透水的性能；下面层还应具有耐疲劳开裂的性能2.基层：石灰粉煤灰碎石等，主要的承重层。

应具有稳定、耐久、较高的承载能力，有相对较高的物理学指标3.底基层：白灰土及级配砂石等，与面层、基层一起承受车轮荷载的反复作用的次承重层4.垫层：天然砂石等，具有排水、隔水、防冻等作用。

各路应根据本身具体情况设置必要的结构层。

（三）柔性路面受力变形状态及基本假设1.受力变形状态由不同材料的结构层及土基组成的路面结构，在荷载作用下其应力形变关系一般呈非线性特征（虎克定律为线性），且形变随应力作用时间而变化，同时应力卸除后常有一部分变形不能恢复。

因此严格的说，沥青混凝土路面在力学性质上属于非线性的弹-粘-塑性体。

但考虑到行驶车轮作用的瞬时性（百分之几秒）。

路面结构中产生的粘-塑性变形的数量很少，所以对厚度较大、强度较高的高级路面，将其视作线性弹性体，并应用弹性层状体系理论进行分析计算将是合适的2.基本假设（1）各层是连续的，完全弹性的、均匀的、各向同性的以及位移和形变都是微小的；（2）最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，其上各层厚度为有限，水平方向为无限；(3)各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移为零； （4）层间接触情况，或者位移完全连续（称连续体系），或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（称滑动体系）；（5）不计自重（四）标准轴载及轴载换算 1.标准轴载路面设计采用双轮组单轴载100kN 作为标准轴载，以BZZ-100表示。

标准轴载的计算对于运煤或运建筑材料等大型载重车为主的公路，应根据实际情况，经论证单独选用设计计算参数。

2.轴载换算各种车型的不同轴载应换算成BZZ-100标准轴载的当量轴次。

（1）《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006） ①当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，各级轴载均应按下列公式换算成标准轴载P 的当量轴次N 。

N=∑=ki 1c 1c 2n i (PPi )4.35式中：N ——以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次（次/d ）； n i ——被换算车型的各级轴载作用次数（次/d ）； P ——标准轴载（kN ）；P i ——被换算车型的各级轴载（kN ）； C 1——被换算车型的轴数系数；C 2——被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38； K ——被换算车型的轴载级别。

当轴间距大于3m 时，应按单独的一个轴载计算；当轴间距小于3m 时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算C 1=1+1.2（m-1） 式中：m ——轴数②当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时，各级轴载均应按下式换算成标准轴载P 的当量轴次N ′。

N ′=∑=ki 121c c ′′n i (PPi )8式中：N ′——以半刚性材料层的拉应力为设计指标时的标准轴载的当量轴次（次/d ）1c ′——被换算车型的轴数系数； 2c ′——被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09. 其余符号含义参照上式。

以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算。

1c ′=1+2（m-1） 式中：m ——轴数③上述轴载换算公式，适用于单轴轴载，小于或等于130kN 的各种车型的轴载换算。

（2）《城市道路设计规范》（CJJ37—90）路面设计以轴载100kN 的双轮组单轴为标准轴载，各轮轮载为25kN ，轮胎压强为0.7MPa ，单轮轮迹当量圆半径r 为10.65㎝，双轮中心间距为3r. 不同轴载的轴数按下式换算为标准轴载的轴数。

N ci =∑=ni 1r a (5.15.1rP r P t i i )5N i式中N ci ——设计初期，机动车车行道上日交通量换算为日标准轴载的轴数（n/d ）； N i ——被换算各级轴载的轴数（n/d ）； P t ——标准轴载的轮胎压强（MPa ）；P i ——被换算各级轴载的轮胎压强（MPa ）； r ——标准轴载的单轮轮迹当量圆半径（cm ）；r i ——被换算各级轴载的单轮轮迹当量圆半径（cm ）； r a ——轮组数系数，双轮组为1，单轮组为0.25.轴载大于或等于20kN 的轴数均应换算为标准轴载的轴数，轴载小于20kN 者不计。

（3）轴载换算系数②《城市道路、沥青路面》（05MR201）P37~P39页。

附录一：轴载换算表（货车） 附录二：轴载换算表（客车） 有多种车型的换算系数 （五）设计交通量 1.设计年限（1）各级公路的沥青路面设计年限不宜低于下表（2）城市道路：沥青混凝土路面、沥青碎石路面与沥青贯入式碎（砾）石路面为15年，支路修筑沥青混凝土等高级路面时，可采用10年。

（3）公路和城市道路大修的设计年限一般为5~8年 2.设计交通量应在实测各类相关车型轴载谱的基础上，参照项目可行性研究报告等有关交通量预测资料，考虑未来各种车型的组成论证确定各种车型的代表轴载，进行不同车型的轴载换算，计算交工后第一年双向日平均当量轴次N 1根据《城市道路设计手册》中的介绍，日交通量等于高峰小时交通量乘以一个系数，这个系数的取值范围为10.2~14.7，一般采用12。

非高峰小时折算为高峰小时时，也乘以一个系数，这个系数取值范围为1.15~1.25.3.设计年限内交通量的平均增长率r ，在项目可行性研究报告等资料基础上，经研究分析确定（一般取值范围为1％~8％）。

4.车道系数η，按照下表选用。

公路无分隔时，车道窄宜选高值，车道宽宜选低值。

车道系数当上下行交通荷载有明显差异时，可按上下行交通特点分别进行结构与厚度设计。

5.按下式计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次N eN e =ηγγ1365]1)1[(N t×−+式中：N e ——设计年限内一个车道的累计当量轴次（次/车道）； t ——设计年限（年）；N 1——营运第一年双向日平均当量轴次（次/d ）； γ——设计年限内交通量的平均年增长率（%）； η——车道系数6.交通量的分级 （1）《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）交通量宜根据下表规定划分为四个等级。

设计时可根据累计当量轴次N e (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。

交通等级（2）《城镇道路养护技术规范》（CJJ36—2006）AADT=∑N i K i式中AADT ——年平均日交通量； N i ——实测交通量；K i ——换算系数，按下表规定选用（六）新建路面结构厚度计算1.路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算，路面荷载及计算点如下图2.路面结构层厚度的确定应满足结构整体刚度（即承载力）与沥青层或半刚性基层、底基层抗疲劳开裂的要求。

（1）轮隙中心处（A点）路表计算弯沉值l s应小于或等于设计弯沉值l d，即l s≤l d（2）轮隙中心（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力σm应小于或等于容许拉应力σr，即σm≤σr3.高速公路、一级公路、二级公路的路面结构，以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标。

三级公路、四级公路的路面结构以路表面设计弯沉值为设计指标。

有条件时，对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪切强度。

4.主要程序如下：（1）收集调查交通量，并根据设计年限及设计年限内交通量的平均增长率和车道系数的计算累计标准轴次；（2）根据道路等级，面层和基层类型及N e计算设计弯沉值：l d=600N e-0.2A c A s A b式中: l d——设计弯沉值（0.01㎜）；N e——设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道）；A c——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；城市道路，快速路、主干路为1.0；次干路为1.1；支路为1.2；A s——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面（含上拌下贯式路面），沥青表面治处为1.1；A b——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。

半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度小于180㎜时为半刚性基层结构，大于300㎜为柔性结构层，位于180㎜～300㎜之间时，路面结构系数A b可线性内插（《城市道路.沥青路面》(05MR201)P9页，有内插好的数值）。

（3）气象资料（（沥青混凝土是使用C型还是F型。

细级配（F型）适用于降雨量小于500㎜以下气候寒冷地区。

粗级配（C型）适用于高温、多雨地区，交通量较大的道路）），材料调查（因地制宜，尽量使用当地材料）混合料实验。

（4）土基类型划分，确定土基回弹模量。

按公路自然区划标准（JTJ003—86）北京属Ⅱ4海滦中冻区，查《公路沥青路面设计规范》（JTGD50---2006）附录F，表F.0.3二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（P68页）。

根据要求达到的压实程度，路基潮湿状态、土类等资料，查表取相应土基回弹模量值。

待路床成活后，对土基进行实测，如测得E0值与表查值相差较大时，应重新调整路面厚度。

（5）进行结构组合设计，拟定路面结构方案。

（6）确定材料抗压回弹模量、劈裂强度，确定各结构层的设计参数。

查《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）附录E 材料设计参数参考资料（P61页）基层、底基层材料20°C 和15°C 的抗压回弹模量为一个值（受温度影响不大）。

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第二篇第三章 柔性路面

第二篇第三章 柔性路面

第3章 柔性路面第1节 柔性路面常见的损坏现象一 裂缝：1 裂缝：是路面上较普遍的损坏现象，常表现为纵向裂缝、横向裂缝、纵横交错的龟裂等形态，有时还伴随其他损坏现象同时出现。

2裂缝产生的原因：1） 基层软弱。

2） 面层疲劳开裂3） 面层材料过脆4） 面层和基层的刚度相差悬殊5） 半刚性基层的收缩裂缝反射到面层。

6） 低温收缩裂缝、沥青老化等。

二 沉陷：是指路面出现局部下凹的现象。

产生的原因：土基局部湿软，或路面强度不足或厚度过薄，传到土基的压力超过土基的承载力，产生过大的 垂直变形，导致路面沉陷。

三 车辙：车辙：整个路段土基强度不足，路面沿纵向产生带状凹陷，形成车辙；在高温季节，沥青面层在车辆的重复作用下，积累的永久变形量较大，也易形成车辙。

四 推移1 面层材料沿行车方向产生推挤和隆起，甚至形成波浪的现象称推移。

原因：在行车荷载的作用下，路面出来产生剪切破坏。

在交叉口、车站附近绘发生此类破坏。

2 搓板：中级路面在纵向形成连续的，有规律的、波长和波峰大致相同的波浪现象称搓板。

五坑槽：1 松散：面层粘结力不足，在行车荷载作用下，细料流失，粗料外露，进而失去联结二出现成片散开的现象称松散。

2 坑槽：松散的材料散失形成坑槽。

不即使养护将导致整个路面的破坏。

六 泛油：1 泛油：高温季节沥青路面软化以至出现一层沥青的现象称泛油。

2 危害：材料被粘在车轮上带走，形成坑槽，材料落下处形成油包。

3 原因：沥青热稳定行不好，面层材料组配不当，如沥青用量偏高。

第二节 柔性路面的设计指标一 柔性路面的设计指标一）弯沉指标：弯沉：指在规定的标准车作用下，路基或路面轮隙位置产生的总垂直变形(总弯沉)或垂直回弹变形值(回弹弯沉)，以0.0lmm为单位。

控制方法 根据"沥规"要求，路面设计的控制方程应满足下式：式中:l—— 双圆均布垂直荷载作用下表面轮隙中心(A点)处的实际弯沉（1/100mm）；l r——路面设计弯沉值1/100mm)；二）抗拉指标：σ、ε——分别为路面结构层底面的最大拉应力和最大拉应变。

第十三章 柔性路面设计A

第十三章 柔性路面设计A


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二、沥青路面的分类
3、按沥青路面特性分：
沥青混凝土； 热拌沥青碎石； 乳化沥青碎石；
沥青碎石混合料；
沥青贯入式；
沥青表面处治。
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二、沥青路面的分类
1）沥青表面处治路面
• 指用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不
超过3cm的沥青路面。
• 沥青表面处治的厚度一般为 1.5~3.0cm，层铺法一般可 以分为单层(1.0~1.5cm)、双层(1.5~2.5cm)、三层 (2.5~3.0cm)。 • 沥青表面处治适用于三级、四级公路的面层；旧沥青 面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。
• 另一种是面层很厚，或者面层与基层之间的粘结力很大
时，则整个面层内部发生推挤移动。
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沥青路面形成推挤与波浪现象示意图 a)路面沿基层滑动 b)路面内部上下各层相互滑动推挤
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五、沥青路面的高温稳定性
3、影响沥青混合料高温稳定性的因素主要是：
沥青和矿料的性质及其相互作用的特性； 矿料的级配组成等。
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二、沥青路面的分类
2）沥青贯入式路面
• 用沥青贯入碎（砾）石作面层的路面。 • 沥青贯入式路面的厚度一般为4～8cm。 • 当沥青贯入式的上部加铺拌和的沥青混合料时，也称 为上拌下贯，此时拌和层的厚度宜为3~4cm，其总厚
度为7~10cm。
• 沥青贯人式碎石路面适用于二级及二级以下公路的沥 青面层。
沥青混合料的填料宜采用石灰岩和岩浆岩中的强基性岩石
等憎水性岩石经磨细得到的矿粉，原石料中的泥土杂质应
除尽。
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§13-4 沥青路面的施工与质量控制
一、（层）洒铺法沥青路面面层的施工
用洒铺法施工的沥青路面面层，包括沥青表 面处治和沥青贯入式两种。
柔性路面10a

柔性路面10a


7、石灰稳定土混合料组成设计
石灰土的强度标准－混合料设计指标
石灰土的强度标准根据相应的道路等级和在路面结构中的 层位而定。在规定温度保湿养生6d、浸水ld后无侧限抗压强度 标准见表。
石灰土混合料组成设计步骤：
1)制备同一种土样、不同石灰剂量的石灰土混合料。 做基层用： 砂砾土和碎石土：5%、6%、7%、8%、9%。 塑性指数小于12的粘性土：10%、12%、13%、14%、16%。 塑性指数大于12的粘性土：5%、7%、9%、11%、13%。 做底基层用： 塑性指数小于12的粘性土：8%、10%、11%、12%、14%。 塑性指数大于12的粘性土：5%、7%、8%、9%、11%。 2)确定混合料的最佳含水量和最大干密度(用标准重型击实试验)。 至少做三个不同石灰剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂 量和最大剂量，其余两个混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法 确定。
离子交换作用 →
Ca2+→Na+、H+、K+ 4CaO· 5SiO2· 5H2O、4CaO· Al2O3· 19H2O、 3CaO· Al2O3· 16H2O、CaO· A12O3· 10H2O
化学激发作用 →
碳酸化作用 →
5、影响水泥稳定土强度的因素
（1）土质
（2）水泥品种及剂量
碎(砾)石和砂砾＞砂性土＞粉性土和粘性土。
p
118.5
118.5 355.5
118.5
2
单位：mm
p
1
弯曲应力
无机结合料稳定材料的力学性质——疲劳特征
疲劳破坏：是在小于材料极限强度的应力 反复作用下所产生的累积破坏。 耐疲劳性能：是指某种材料对不同水平应 力的反复作用的反应，它以不同应力水平 达到破坏时的荷载反复作用次数（疲劳寿 命）来表示。 疲劳试验方法： 弯拉疲劳试验、劈裂疲劳试验。 疲劳试验结果：
第八章柔性路面结构设计8461515847

第八章柔性路面结构设计8461515847

8.4以弯沉为设计指标的路面结构厚度计算方法对结构组合设计初步拟定的路面结构方案，尚须验算其在荷载作下的各应力和位移分量的，并与相应的容许值比较，以判断所拟结构是满足要求。

由于各应力、位移分量的大小，与土基、各路面结构层材料的弹性模量和厚度有关，当材料一经选定，亦即弹性模量值确定后，可通过调整各结构层厚度来满足设计要求。

我国现行柔性路面设计方法，以双圆竖直均布荷载作用下的弹性层状体系理论为基础，以路表弯沉值作为路面整体刚度的控制指标。

对高等级道路的沥青混凝土面层和半刚性材料基层和底基层，还应验算其层底技应力。

现行城市道路设计规范还规定，对于经常承受较大水平荷载的停车站、交叉口等路段的沥青混凝土面层或沥青混合料面层，应验算在高温季节剪应力是否超出材料的抗剪强度。

关于拉应力与剪应力的验算，将在8.5节中叙述。

轮载作用下双轮轮隙中心处的路表回弹弯沉值大小，反映了路基路面结构的整体承载能力。

回弹弯沉值小的结构整体承载能力大，能经受轮载的很多次重复作用才出现损坏；而回弹弯沉值大的结构，在经受轮载不多次的重复作用后，路面即呈现某种形态的损坏。

因而，在达到相同损坏程度时，回弹弯沉值的大小同该路面结构的累计荷载重复作用次数（即使用寿命）成反比。

若能求得回弹弯沉值与使用寿命间的关系，则可依据该路面结构所要求的使用寿命，来确定路面结构设计应控制的路表回弹弯沉值。

为此，就需要了解路面结构在使用期内的弯沉变化规律及其与路面结构损坏状态的关系。

根据对已成道路的多年实测资料分析，路表回弹弯沉值随着时间的推移而变化。

图8-29所示为半刚性基层上沥青路面弯沉逐年变化曲线。

图中纵坐标是以竣工后第一年不利季节弯沉为基数的相对弯沉。

由图可看出，路表面的弯沉变化过程可分为三个阶段。

（图8-29）第一阶段——路面竣工后第一、二年。

由于交通荷载的压密作用以及半刚性基层材料的强度增长，路表弯沉逐渐减小，大致在竣工后第二年达最小值。

第二阶段——路面竣工后两至四年。