邓学钧《路面路基工程》(第3版)(复习笔记 沥青路面设计)

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14.1 复习笔记

【知识框架】
沥青路面设计的内容
概述 路面结构设计的原则
沥青路面结构设计理论与方法
沥青路面交通等级
弹性层状体系理论简介 基本假设
主应力计算
沥青面层结构
沥青路面结构组合设计 沥青路面基层结构
沥青路面垫层结构
沥青路面层间结合
设计指标与极限标准
路面结构厚度设计方程式与设计参数
新建路面厚度设计
我国沥青路面设计方法 新建沥青路面厚度计算示例
路面交工验收指标
沥青路面改建设计






【重点难点归纳】
一、概述
1.沥青路面设计的内容
沥青路面设计包括原材料的调查与选择、沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计、
各项设计参数的测试与选定、路面结构组合设计、路面结构层厚度验算以及路面结构方案
的比选等。
2.路面结构设计的原则
(1)路面结构设计应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,将路基路面作为一个整体考虑,进行综合设计。
(2)在满足交通量和使用要求的前提下,应遵循“因地制宜、合理选材、方便施工、
利于养护、节约投资”的原则进行路面设计方案的技术经济比较,选择技术先进,经济合
理,安全可靠的方案。

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(3)应结合当地实践基础,积极推广成熟的科研成果,积极、慎重地运用行之有效

的新材料、新工艺、新技术。
(4)路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护、自然生态的平衡,有利于施工、养
护工作人员的健康与安全。
(5)为确保工程质量,应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。
(6)对于地处不良地基的路段,为了适应路基沉降、稳定周期较长的特点,路面结
构可以遵循“一次设计,分期修建”的方案。
3.沥青路面结构设计理论与方法
世界各国的沥青路面设计方法,可分为经验法和力学—经验法两大类。
经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测,建立路面结构(结构层组合、厚度
和材料性质)、车辆荷载(轴载大小和作用次数)和路面使用性能三者之间的关系。
力学—经验法应用力学原理分析路面结构在荷载与环境作用下的力学响应量(应力、
应变、位移),建立力学响应量与路面使用性能之间的关系模型,路面设计按使用要求,运
用关系模型完成结构设计。
我国现行的《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2006)采用弹性层状体系作力学
分析基础理论,以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降(弯沉)和结构层的层底拉应
力作为设计指标,以疲劳效应为基础,处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。
4.沥青路面交通等级
路面结构设计的目标是要求路面结构在设计年限内满足预测交通量累计标准轴载通行
时,具有快速、安全、稳定的服务功能,路面结构具有相应的承载能力,结构层的应力应
变满足材料容许的标准。
(1)路面设计年限

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路面设计年限的选择应根据公路等级、公路在路网中的功能定位、当地国民经济发展

的需求以及投资条件等因素,经综合论证后确定。通常可参照表14-1-1选定。
表14-1-1 各级公路沥青路面设计年限
公路等级及其功能设计年限(年)
高速公路、一级公路
15

二级公路
12

三级公路
8

四级公路
6

(2)标准轴载及轴载当量换算
我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。以BZZ—100表示,BZZ—100
的各项参数见表14-1-2所示。
表14-1-2 标准轴载BZZ—100各项参数
标准轴载名称BZZ—100标准轴载名称
BZZ—100

标准轴载P(kN)100轮胎接地压力P(MPa)
0.70

两轮中心距(cm)1.5d单轮当量圆直径d(cm)
21.30

由于不同力学参数的疲劳等效效应不同,我国规范规定,当量轴载换算分以下三种情
况进行。
①当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时,按式(14-1-1)完成轴载当量换
算:

(14-1-1)
4.35

121()Kii
i

P
NCCn

P



g

式中,N为标准轴载的当量轴次(次/日);ni为各种被换算车辆的作用次数(次/日)

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p为标准轴载(kN);Pi为各种被换算车型的轴载(kN);C1为轴数系数;C2为轮组系数,
双轮组为l,单轮组为6.4,四轮组为0.38。
当轴间距大于3m时,按单独的一个轴计算,此时轴数系数为1;当轴间距小于3m
时,双轴或多轴的轴数系数按式(14-1-2)计算:
(14-1-2)
1
11.2(1)Cm

式中,m为轴数。
②当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时,按式(14-1-3)完成轴载当量
换算:

(14-1-3)
8

121()Kii
i

P
NCCn

P




g

式中,C'1为轴数系数;C'2为轮组系数,双轮组为1.0,单轮组为18.5,四轮组为
0.09。
轴间距的划分同式(14-1-1),对于轴间距小于3m的双轴及多轴的轴数系数按式
(14-1-4)计算:
(14-1-4)
1
12(1)Cm

式中,m为轴数。
③对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时,按式(14-1-5)完成轴载当量换算:

(14-1-5)
12

121()Kii
i

P
NCCn

P



g

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。
(3)设计年限累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数
Ne按式(14-1-6)计算:

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(14-1-6)
1(1)1365te

r

NN
r





gg

式中,Ne为设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次(次);t为设计年限(年);
N1为路面营运第一年双向日平均当量轴次(次/日);r为设计年限内交通量平均增长率
(%);η为与车道数有关的车辆横向分布系数,简称车道系数,见表14-1-3。
表14-1-3 车道系数
车道特征车道系数(η)车道特征车道系数(η)
双向单车道1.00双向六车道0.30~0.40
双向两车道0.60~0.70双向八车道0.25~0.35
双向四车道0.40~0.50

(4)交通等级
路面结构在设计年限内承担交通荷载的繁重程度以交通等级来划分。我国沥青路面按
承担交通荷载的轻重划分为轻交通、中等交通、重交通和特重交通四级。
我国沥青路面交通等级的划分标准见表14-1-4。
表14-1-4 我国沥青路面交通等级划分标准

交通等级BZZ—100累计标准轴次Ne(次/车道)大客车及中型以上各种货车交通量Nn(辆/d/车道)
轻交通
<3×106<600

中等交通3×106~1.2×107600~1500
重交通1.2×107~2.5×1071500~3000

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特重交通
>2.5×107>3000

二、弹性层状体系理论简介
1.基本假设
弹性层状体系是由若干个弹性层组成,上面各层具有一定厚度,最下一层为弹性半空
间体,如图14-1-1所示。

图14-1-1 弹性层状体系示意图
应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、形变和位移等分量时,引入如下一些假
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
向为无限大;
(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