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1、第12章 沥青路面设计12.1 弹性层状体系理论分析12.1.1 多层体系一般解平衡方程表征各点应力、应变的物理方程各点应变和位移的几何方程图12-1 弹性层状路面结构图12-2 圆柱坐标中微元应力分量3个主应力：最大剪应力12.1.2 弹性双层体系解竖向垂直位移图12-3 弹性双层体系图12-4 双层体系表面垂直位移系数诺谟图12.1.3 弹性三层体系解(1)表面弯沉(2)上、中层底面最大弯拉应力图12-5 双圆均布荷载下弹性三层体系图12-6 弹性三层体系表面弯沉系数诺谟图图12-7 三层连续体系上层底面拉应力系数诺谟图图12-8 三层连续体系中层底面拉应力系数诺谟图(3)上层表面最大剪应
2、力根据摩尔-库伦原理，由图12-9莫尔应力圆可得图12-9 摩尔圆应力分析图图12-10 三层体系剪应力分析图最大剪应力绘制诺谟图时,取f=0.3,当计算其他f值的m与1时,根据数值解结果整理得如下近似计算公式12.1.4 多层体系的等效换算(1)路表弯沉等效换算法(2)弯拉应力等效换算法1）上层底面弯拉应力等效换算图12-13 多层体系路表弯沉等效换算图 换算后上层的等效层厚度：图12-14 上层底面弯拉应力等效换算图换算后三层体系中层的等效层厚度：2）中层底面弯拉应力等效换算上面各层按邻近中层结构层的模量进行等效厚度计算：图12-15 中层底面弯拉应力等效换算图（3）面层剪应力等效换算法对
3、于用作城市道路的沥青路面，需要验算沥青面层的抗剪强度，因此当按三层体系诺谟图计算面层剪应力时，需将多层体系按剪应力等效的原则换算为三层体系。图12-1612.2 沥青路面破坏状态与设计标准12.2.1 沥青路面的主要破坏形态(1)沉陷(2)车辙(3)疲劳开裂(4)低温缩裂和反射裂缝(5)推移(6)松散和坑槽图12-17 沉陷示意图 图12-18 沥青路面的车辙图12-19 沥青路面疲劳裂缝 图12-20 沥青路面低温收缩裂缝12.2.2 沥青路面设计标准(1)疲劳开裂(2)低温缩裂(3)车辙(4)推移(5)路面回弹弯沉12.3 沥青路面结构组合设计12.3.1 路面结构组合的原则与方法(1)面
4、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)考虑结构层自身结构特征路面结构是由具有各自结构特性的不同层次组成。在组合时要注意相邻层次的相互影响，尽量避免和消除相邻层次间的不利影响。(4)考虑不利水温状况的影响12.3.2 路面典型结构组合示例图12-21 几种路面典型结构示例12.4 新建沥青路面的结构设计12.4.1 路面结构设计计算图式及设计标准(1)路面厚度计算实测弯沉和理论弯沉关系：图12-22 路表弯沉计算图式图12-23 沥青混凝土面层和半刚性材料层层底拉应力计算图式(2)层底拉应力验算(3)面层剪应力验算12.4.2 路面设计弯沉值设计弯沉Ld图12-24 沥青路面
5、累计交通量同容许弯沉的关系12.4.3 容许弯拉应力对沥青混凝土面层：对无机结合料稳定集料类：对无机结合料稳定细粒土类：12.4.4 容许剪应力沥青混合料的抗剪切结构强度系数同行车荷载作用情况有关。停车站、交叉口等缓慢制动处(f=0.2)：在紧急制动时(f=0.5)：12.4.5 轴载换算与累计当量轴次轴载大于25kN的各级轴载当量作用次数N轴载大于50kN的各级轴载当量作用次数N累计作用次数Ne12.4.6 路基土回弹模量值的确定(1)现场实测法回弹模量：土基回弹模量值E0土基回弹模量设计值E0s：(2)查表法确定临界高度确定土基平均稠度预测土基回弹模量(3)室内试验法根据设计路段的路基临界
6、高度及相应的路基干湿类型以及土基含水量，确定代表不利季节土基的稠度值，当调查资料不足时，按路基土的干湿类型，可由上册表1-4或表1-5确定土基稠度值，根据土基稠度值参考表12-9选定值。表12-8续表1表12-8续表2(4)换算法12.4.7 路面材料设计参数值12.4.8 新建沥青路面结构设计步骤根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定各路段土基的回弹模量值。拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进
7、行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。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、提高极限抗拉强度，再重新计算。上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。上述设计程序的框图如图12-25所示。图12-25 路面结构设计程序框图12.5 沥青路面改建设计12.5.1
8、路面结构状况调查与评定(1)路面结构状况调查交通调查路基状况调查路面状况调查路面修建与养护资料调查(2)路面结构承载力调查同一路段路基的干湿类型与土质基本相同。在同一路段内，各测点的弯沉值比较接近。若局部路段弯沉值很大，应先进行修补处理，再进行补强。各路段的最小长度应与施工方法相适应，除改建路面外，一般不应小于500m，机械化施工时不应小于1km。在水文、土质条件复杂或需要特殊处理的路段，其分段长度可视实际情况确定。标准轴载下的弯沉值各路段的计算弯沉值L0温度修正系数K3：测定时的沥青面层平均温度T当T20时当T20时12.5.2 原路面当量回弹模量的计算各路段的当量回弹模量12.5.3 补强厚度的计算在确定出原有路面的当量回弹模量以后，可采用弹性层状理论进行补强层厚度的计算。若补强层为单层时，以双层弹性体系为设计计算的力学模型，补强n-1层时，以n层弹性体系为力学模型。补强设计时，仍以设计弯沉值作为路面整体刚度的控制指标，对于二级和二级以上的公路，还应验算补强层层底拉应力。设计弯沉值、各补强层层底拉应力和容许拉应力的计算方法、综合弯沉修正系数及补强层材料参数的确定与新建路面时的各项规定相同，设计层的厚度采用弹性层状理论编制的设计程序进行计算。