沥青路面设计.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流沥青路面设计.精品文档.第九章 沥青路面设计第9-1节 沥青路面设计的任务、程序与原则一、设计任务 沥青路面设计的任务是：确定合理的路面等级，选择适合的路面类型，进行结构组合设计、路面材料配合比设计及路面结构计算等。为确保路面设计质量，在路面设计之前，应进行专门的外业调查，搜集相关资料，以作为路面设计工作的依据。在外业调查时需收集的资料有：工程地质和水文地质条件，天然土湿度和水文资料，气象资料，路面材料产地和供应情况，当地路面使用经验和其他情况，交通量及交通组成情况，投资情况，施工单位的技术力量，机具设备、劳动力组成情况，原有路基路面状况等。 在掌握了公路沿线的野外调查资料的基础上可按下列程序进行路面的设计工作： 1根据设计任务书的要求，并综合考虑国家政治、经济、国防、旅游、公路等级、交通量和交通组成、建设投资和其他方面的要求，确定合理的路面等级和面层类型。计算在设计年限内换算为标准轴载的单车道的累计当量轴次和路表设计弯沉值，容许拉应力值。 2确定路基回弹模量值。按路基土组与干湿类型将路基划分为若干路段(每段长度一般情况下不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km)，确定各路段土基回弹模量值。 3确定路面材料的回弹模量值。为了保证路面结构的强度与稳定性并充分发挥各结构层的功能，应考虑当地气候、土质、材料，施工等具体情况，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据实测或查表确定各结构层路面材料的回弹模量及设计参数。 4根据设计弯沉值计算路面厚度。对于高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和整体性材料基层、底基层应验算其拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，应通过调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比以提高极阻抗弯拉强度后再重新计算：对季节性冰冻地区的高级和次高级路面，还应验算防冻厚度是否符合要求。1 进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。 三、设计原则 为使沥青路面设计先进，经济合理，路面安全适用并与周围环境协调，在设计工作中应遵循下列原则： 1应根据路面使用要求与当地的自然条件(包括气候、水文、土质等)，结合当地实践经验，按面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求进行综合设计。 2应贯彻合理选材，方便施工，利于养护，节约投资的原则，结合当地经验进行路面结构方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、强度高稳定性好、便于机械化和工厂化施工的路面结构方案。 3应从技术经济上论证是否有必要分期修建。对分期修建的路面工程，应合理设计结构层次与厚度，使前期工程能在后期被充分利用。高速公路和一级公路的路面不宜分期修建。 4应积极采用并推广新技术、新材料、新工艺、新设备、推行机械化施工。对高速公路和一级公路，应采用大型、高效成套的机械设备施工以确保工程质量。 对软土地区或高填方路基及可能产生较大沉降的路段，宜按分期修建或一次设计分期实施的原则进行设计。设计时应按远景交通量设计路面结构与厚度，修筑时可酌情减薄沥青面层厚度，待路基变形趋于稳定后，再根据路面实际情况加铺沥青面层至设计厚度。待路基变形趋于稳定后，再根据路面实际情况加铺沥青面层至设计厚度。第9-2节标准轴载与轴次换算 一、标准轴载及其形式 公路上行驶的车辆种类繁杂，不同车型和不同作用次数对路面影响不同，为方便路面设计，需将不同车型组合而成的混合交通量换算成某种统一轴载的当量抽次。这种统一的轴载，称为标准轴载。 公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)中规定：沥青路面设计是以双轮组单后轴载100kN为标准轴载，以BZZ100表示。标准轴载的计算参数按表2-7-1确定，凡轴载大干25kN小于130kN的各级轴载P1(包括车辆的前轴和后轴)的作用次数均应换算成标准轴载P的当量作用次数(简称当量轴次)。 二、轴次换算方法1换算原则 当把混合交通量中的各级轴载换算成标准轴载时，为了保证换算前与换算后的轴载对路面的作用效果相同，应该遵循弯沉等效或拉应力等效原则。 等效原则是以某一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损坏程度为根据的。这是一个很复杂的关系，通常是通过实验路段观测来确定。它包括两方面的含义：第一，对于同种路面结构，若一种车轮荷载作用了n1次，使路面达到极限破损状态，而另一种车轮荷载作用了n2次，使路面达到了同样的破损状态，则这两种车轮荷载的作用次数n1和 n2，被称做是等效的。第二，对于同一交通组合(混合交通量)，通过等效换算后，则不论按哪种车轮荷载进行路面厚度计算，得到的结果均是相同的。 上述轴载换算公式适用于单轴重25130kN的范围内。在具体进行轴次换算时，各种主要汽车路面设计使用的计算参数可参考表2-1-9。 三、累计当量轴次计算 在沥青路面设计中既要考虑使用初期日交通量和远景交通量(即使用年限末期交通量)还要计算出路面设计使用年限内，设计车道累计承担多少次标准轴载的反复作用。 路面使用年限末期的远景交通量是由有关部门根据国民经济发展规划给定，或根据交通部门的调查统计资料进行推算而得。我国有关调查统计资料表明，交通量的增长基本上符合几何级数的递增规律，即：例2-7-1 某一级公路，竣工后第一年双向平均日交通星见表2-7-3，交通量年平均增长率r为75，路面设计年限t15年，求累计当量轴次Ne。 解：1求各类车型的轴载换算系数第9-3节 沥青路面设计指标 一、路面结构的破坏模式与设计指标 (一)路面结构的破坏模式 沥青路面状况和使用品质由于环境的干、湿、冷、热的交替循环和行车荷载的反复作用而逐渐变坏，或完全丧失工作能力。为了保证路面结构性能在规定的使用年限内不恶化到某一程度。需要分析路面破坏的模式和产生的原因，并依此制定出相应的设计指标来控制路面设计。 沥青路面破坏形态各异，破坏的原因是错综复杂的，根据损坏现象的成因及对路面使用性能的影响，路面的破坏可分为以下几种主要模式。 1沉陷 沉陷是路面在车轮荷载作用下，其表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象如图2-7-1所示。当沉陷严重超过了结构的变形能力，在结构层受拉区产生开裂而形成纵裂，并有可能逐渐发展成网裂。引起沉陷的主要原因是路基水文条件差而过于湿软，承载力显著降低，在车轮荷载作用下出现沉陷并导致路面的开裂、变形和破坏。用累积起来的残余变形总和也将会很大，足以影响车辆的正常行驶。 路面的车辙与荷载应力大小，重复作用次数以及结构层和土基的性质有关。 3疲劳开裂 开裂是沥青路面常见的破坏类型。开裂的种类和原因有几种，这里所说的开裂是路表无显著永久变形而出现的裂缝现象。疲劳开裂的特点是首先出现较短的纵向开裂，继而逐渐发展为网状开裂，开裂面积不断扩大。 发生疲劳开裂的主要原因是：结构整体强度不足或在车轮荷载反复作用下，沥青结构层底面或半刚性基层底面产生的拉应力(或拉应变)超过材料的疲劳强度，底面便发生开裂，并逐渐扩展延伸到表面。 4推移 推移是沥青路面材料沿行车方向发生剪切或拉裂破坏面出现推挤或拥起现象。如图2-7-2所示造成椎移的主要原因是：当沥青路面受到较大的水平荷载作用时(在车辆经常启动、制动的路段及弯道、坡度变化处等)，车辆荷载引起的竖向力和水平力的综合作用使结构层内的切应力或拉应力超过材料的抗剪或抗拉强度。向裂缝(因为路面的纵向约束远大于横向约束)。在冰凉地区，沥青面层及用水硬性材料稳定的整体性基层。冬季可能出现这种裂缝。低温裂缝的产生与荷载无关。路面材料的干缩裂缝或半刚性基层上沥青面层的反射裂缝，均为横向裂缝，另外路基不均匀沉陷、冻胀也会产生横裂和纵裂。模型和纵裂进一步发展会扩展成网裂。(二)设计指标 根据路面在行车荷载和自然因素作用下所产生的应力、应变和位移量不超过路面任一结构层中材料的允许应力、应变和位移量来选定路面结构层的组合和厚度，以达到防止或减少各种路面破坏现象的发生，控制或限制路面结构的特性和使用品质在设计年限内不恶化到某一规定程度的目的。目前沥青路面的设计方法世界各个国家采用的标准不尽相同，有的方法采用一个指标，有的方法采用几个指标，但不少国家沥青路面的设计方法是采用路表设计弯沉值作为一项控制指标。这项指标能得到广泛采用，是因为路表弯沉不仅反映路面整个结构层及土基的整体强度和刚度，而且与路面的使用状态存在一定的内在联系，同时弯沉值的测定也很方便。我国沥青路面设计是根据路面结构类型不同分别采用以下指标： 1为了控制路基路面的总变形，防止网裂、沉陷、车辙，使路面具有足够的整体刚度和强度。采用路表设计弯沉值Ld作为路面整体刚度和强度的控制指标。即路面设计弯沉值Ld应大于或等于路表实际可能产生的回弹弯沉值Ls，即 LsLd (2-7-4) 2为了防止沥青混合料面层和整体性材料基层的疲劳开裂，采用了沥青混凝土面层和整体性材料基层(即半刚性基层)底面的容许拉应力R作为验算指标，此值应大于或等于路面中相应结构层底面实际可能产生的最大拉应力m即 m R (2-7-5)1 为了防止高温季节道路交叉口、停车场等汽车经常起动、制动的地方沥青面层产生推挤和拥包等破坏现象，采用了沥青面层材料的容许切应力作为验算指标，此值应大于或等于面层破裂面上实际可能产生的切应力a，即 aR （2-7-6） 上述三项设计指标的使用范围为： (1)我国公路沥青路面设计规范以设计弯沉值作为路面结构设计的控制指标。对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和整体性材料基层、底基层还应进行层底拉应力验算。 (2)我国城市道路设计规范规定： 1)除交通量小的支路上铺筑沥青混凝土面层时可仅用设计弯沉值指标设计外，在其他道路上铺筑沥青混凝土面层应采用上述三项指标设计。 2)对沥青碎石面层采用设计弯沉值和切应力两项指标设计，对沥青贯人式、沥青表面处治和粒料路面，只用设计弯沉值指标设计。3)采用半刚性基层时，应对基层按拉应力指标设计。 二、路面设计弯沉值计算 所谓弯沉，是指在车轮荷载作用下路面产生的垂直位移(也称垂直变形)。路面材料是非线性弹塑性体，所以路面的弯沉有弹性弯沉、残余弯沉和总弯沉。针对一个固定的测点而言，当它受到车轮荷载的作用时，就产生竖向位移变形，在加荷过程中观测的变形位就是总弯沉；当车轮荷载卸除后，路面就向上回弹，在卸荷过程中观测到的变形值就是弹性(回弹)弯沉；总弯沉与弹性弯沉之差，就是残余弯沉，如图2-7-3所示。据观测，对于强度较高或使用多年而处于稳定状态的老路面，其残余弯沉仅为总弯沉的10左右，可认为是处于或接近弹性工作状态。因此，可采用路面回弹弯沉L0来表征路面的强度。路面回弹弯沉值可用杠杆式弯沉仪由标准汽车按前进卸荷法进行测定。弯沉值的大小，反映了路面的强度，在相同车轮荷载下，路面弯沉值愈大，则路面抵抗垂直变形的能力愈弱，反之则强。实践表明，在路面达到相同破坏程度时回弹弯沉值的大小同该路面的使用寿命即车 设计弯沉值的确定是通过在使用了若干年，并在外观上有不同程度破坏的路面表面上，用标准轴载测定处于各种不同外观状态的回弹弯沉，建立回弹弯沉与路面外观状态的关系，并考虑到对公路的修建费用、使用、养护的要求加以确定的。调查测定发现，路面回弹弯沉值的大小与路面外观状态之间有着很明显的联系，即随着路面回弹弯沉值的增大，路面的外观状态明显变差。我国把公路沥青路面按外观特征分为五个类别，如表2-7-4所示。并把第四类外观状态定为路面的临界状态，以此状态下测定的回弹弯沉值的低限作为路面设计弯沉值界限的依据。由于在车辆荷载的重复作用下，路面上实际产生的弯沉值不可避免地要有所积累和增加，故在确定路面的设计弯沉值时，必须注意到设计弯沉的大小和路上通过的交通量及其轴载组合的密切关系。因此，当规定了路面的临界状态以后，要求承受的交通量大时，路面设计弯沉值就该定得小一些；要求承受的交通量小时，路面的设计弯沉值则可定得大一些。根据上述原则，并通过大量的调查测定发现，累计交通量与设计弯沉值之间存在良好的双对数相关关系，在此基础上又考虑了不同公路等级、面层和基层类型对设计弯沉值确定的影响，规范采用下列公式计算：式中：Ld路面设计弯沉值，0.01mm，对沥青路面系指路面温度为20°C的值；N累计当量轴次，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12；As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、沥青上拌下贯式，沥青贯人式，乳化沥青碎石为11；沥青表面处治为12；粒料类面层(中低级路面)为1.3；Ab基层类型系数，对半刚性基层、底基层总厚度大于或等于20cm时，Ab1.0，其他情况见规范规定。 例2-7-2 同例2-7-1所给条件，路面面层拟采用沥青混凝土，基层为水泥土厚20cm，求其设计弯沉值。 解：根据例2-7-1计算可知；累计当量轴次Ne4.2X106次公路等级系数Ac1.0，面层系数As=1.0，基层系数Ab=1.0，则设计回弹弯沉值Ld为： 三、结构层材料的容许拉应力 容许拉应力R是路面承受行车荷载反复作用达到临界破坏状态时的最大疲劳拉应力。容许拉应力的确定与材料的极限抗拉强度有关(极限抗拉强度的大小通过实验确定)，同时也与重复荷载次数有关，容许拉应力要比一次荷载作用的极限抗拉强度小，其减少的程度同重复荷载次数和路面结构层材料的性质有关，其公式如下：式中：sP沥青混凝土或半刚性结构层材料的劈裂强度，MPa，由试验确定； Ks抗拉强度结构系数，同荷载的反复作用次数有关。 结构层材料劈裂强度，对沥青混凝土系指15°C时的劈裂强度；对石灰土、二灰、二灰土等强度低的材料，系指6个月龄期的劈裂强度；其他稳定类基层材料，均指90日龄期的劈裂强度。表征结构层材料抗拉强度因疲劳面降低的抗拉强度结构系数A、，根据疲劳方程可表示第9-4节 土基与路面材料强度指标 一、路基受力与工作区 1路基受力状况 通常路基承受两种荷载，一种是路面和路基自重引起的荷载，另一种是车辆轮重引起的外荷载，在两种荷载的共同作用下，使路基土处于受力状态。正确的设计应使路基受力时尽可能只产生弹性变形，而当车辆驶过后，路基变形可以恢复原状，以确保路基的相对稳定，而不致引起路面破坏。 路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力1，是随深度增大而减小的。当车轮荷载作为圆形均布荷载时，圆形荷载中心下土基的垂直压应力1，可用以下近似公式计算：式中：P车轮荷载的均布单位压力，kPa， D圆形均布荷载作用面积的直径，m， Z圆形均布荷载中心下应力作用点的深度，m。 路基土本身自重在路基内深度为Z处所引起的垂直压应力2，可用下式计算： 2rZ （2-7-13）式中：r土的容量，kNm3。 自重引起土基中的压应力，考虑到在一定深度处，同路基自重相比，路面重力的影响不大，所以在研究荷载作用最大深度时，为简化计算，近似地将路面材料相当于路基土材料。路基内任一点处所受的垂直应力，应是由车辆荷载引起的垂直应力即和由土基自重引起的垂直应力2两者的叠加。土基应力分布如图2-7-4所示。 P车轮荷载，KN； K系数，取05； r土的容重，KN/m3； n系数，取510。显然，路基工作区的深度Za随车辆荷载增大而加深，随路面的刚度利厚度的增加而减小。 二、土基回弹模量的确定方法 回弹模量是指路基、路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。车辆荷载通过路面传至土基的垂直压力，使土基产生一定程度的竖向位移变形，假定土基为均质的弹性体，在圆形垂直均布荷载作用下，在应力与应变成直线关系时，可用弹性理论来建立荷载与变形之间的关系式：式中：Lr路表距离荷载中心袖为r某点处的垂直位移，亦称弯沉值,cmP圆形垂直均布荷载，MPa；E。土基回弹模量，MPa；圆形均布荷载面积半径，m；u土的泊松系数，取o. 35； a竖向位移系数，是r的函数, r0时，a1；r=15时，ao 356。 由上式看出；在一定的车轮荷载作用下，土基的回弹模量E0值越大，所产生的回弹弯沉值Lr就越小。这标志着土基的承载能力大，抵抗变形的能力强。 土基的强度可用若干指标来表达(如抗剪强度、CBR值、回弹模量等)。我国是以路表设计弯沉值作为路面整体强度的设计控制指标。由式(2-7-15)或三层体系理论分析可知，影响路表弯沉的主要因素是路基的强度，7095的弯沉取决于路基。因此采用土基回弹模量Eo来表示土基的强度。 土基回弹模量确定可以通过现场实测、室内实验法、换算法或通过经验公式计算确定的查表法。 1现场实测：在不利季节，在已竣工的路基上，用承载板通过逐级加荷卸载的方法测出每级荷载的回弹变形值，并采用间弹变形Lo0.51mm的测定值，参考各地经验的综合式(2-7-16)计算土基回弹模量。或用弯沉仪测定土基回弹模量值。详细操作及计算可按公路路基路面现场测试规程(JTJ05995)中T0944一95规定、公路沥青路面设计视范(JTJ014-97)中表8执行。 Eo2430L0-0.7 (2-7-16)1 内实验法：按最佳含水量下制备三组土样试件，测得不同压实度与其相对应的回弹模量值，绘成压实度与回弹模量曲线；查图求得标准压实度条件下土的回弹模量值。 3换算法：各地区有条件进行现场或室内土的回弹模量Eo、土性配套指标(Wc、WL、Wp、粒径组成等)、压实度(Kh、Kl)，CBR值等实验，建立室内与现场的土基各种力学指标间的相关关系式，见公路沥青路面设计规范中表10、表11，再根据相关关系式推算E0值。 承载板测定法，对于新建公路或改建公路的新路基来说，在设计阶段路基尚未形成，当然无法测定其土基E0值，常用查表法确定。 4查表法：指在不具备实测条件时，可参考表列的建议值，按下列步骤求得路基的回弹模量值。 (1)按路基高度，参考表2-1-5或表2-1-4或公路沥青路面设计规范中附录E表E1，确定路基高度与临界高度的关系； (2)按该路段的路基高度与路基临界高度的关系，查表2-2-4或公路沥青路面设计规范中表6122，确定路基的干湿类型； (3)按路段的干湿类型和土的性质，查表2-2-2，或公路沥青路面设计规范中表6121，确定路基土的平均稠度；(4)根据该路段路基土的平均稠度Wc、二级自然区划和土的性质，查表2-7-5或公路沥青路面设计规范中附录E表E2对于碎、砾石土和砂土的回弹模量详见公路沥青路面设计规范附录D表D3，确定土基回弹模量E0。 公路沥青路面设计规范规定：高速公路和一级公路的土基回弹模量值应大于30MPa，其他公路的土基回弹模量值应大于25MPa。 路基建成后应在不利季节实测各路段土基回弹模量代表值，以检验是否符合设计值的要求。若代表值小于设计值，应采取翻晒补压、掺灰处理，调整路面结构、厚度等加强路基的措施，以保证路基路面的强度和稳定性。 三、路面材料设计参数的确定方法 1高速公路、一级公路在初步设计阶段应选用沿线筑路材料和外购材料进行混合料配合比设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并确定各层材料回弹模量和抗拉强度的设计值。 2以设计弯沉值计算路面厚度并对结构层进行层底拉应力验算时，各层材料的模量均采用抗压回弹模量，沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验侧得劈裂强度。 (1)半刚性材料的抗压回弹模量，按公路工程无机结合科稳定材料试验规程(JTJ05794)中T0801-94叫规定的顶面法测定。沥青混合料的抗压回弹模量测试方法应按公路工程沥青及沥青混合试验规程(JTJ 0522000)中T0713-2000规定的方法进行。 (2)沥青混合料的劈裂强度按公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052）中T0716-93规定进行，试验温度为15°C。半刚性材料的劈裂强度按公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTJ057)中T 0806一94有加载压条的方法进行。 3各单位可建立半刚性材料的抗压回弹模量、抗压强度与龄期的相关关系、劈裂强度与龄期相关关系以及快速养生方法等预估规定龄期的材料模量或强度，经充分论证后作为设计值使用。 4在工程可行性研究或二级、三级公路的初步设计阶段，可查表2-7-6、表2-7-7或参考公路沥青路面设计规范中附录D表D1、表D2，论证地选用各种材料回弹模量及抗拉强度。第9-5节 沥青路面结构设计 一、结构设计的一般原则沥青路面的设计工作包括结构设计与厚度计算两大部分(图2-7-6)。厚度计算必须建立在合理的路面结构设计的基础上，路面结构设计的质量直接关系到路面设计工作的成败。路面结构设计包括各分层结构设计和结构层组合设计。 在沥青路面结构设计工作中，应该遵循下述的技术经济原则： (1)因地制宜，合理选材 路面各结构层所用的材料，尤其是用量大的基、垫层材料，应充分利用当地的天然材料、加工材料或工业副产品，以减少运输费用和降低工程造价。同时还要注意吸取和应用当地路面设计在选择材料方面的成功经验。 (2)方便施工，利于养护 选择各结构层时还应考虑机具设备和施工条件，在可能的条件下，应尽量采用机械化施工、考虑建成通车后的养护问题。特别是对于高等级公路来说，要求平时养护工作量越少越好，以免影响大交通量的通行。 (3)分期修建，逐步提高 交通量是确定路面等级和路面类型的最主要的因素之一，而交通量是随时间而逐步增长的。当资金不足时，一般应按近期使用要求进行路面设计(高速公路和一级公路除外)，先以满足近期需要为主。以后随着交通量的增长，车型的加重和投资的增多，逐步提高路面等级，增加路面厚度。但在建造时必须注意使前期工程能为后期工程奠定基础，即能为后期工程所充分利用。 (4)整体考虑，综合设计 在路面结构设计时，对土基、垫层、底基层、基层和面层都应看做是一个有机的整体。按照土基稳定、基层坚实、面层耐久的要求，充分发挥各结构层的作用，合理选用路面材料，确定适当的结构层厚度，使路面设计既能在整体上满足强度和稳定性的要求，又能做到经济、合理和耐久。 (5)考虑气候因素和水温状况的影响 路面结构设计要保证在自然因素和车轮荷载反复作用下，路面整体结构具有足够的水稳性、干稳定性、冰冻稳定性和高温稳定性，应预测并要重视当地气候和水温状况可能对路面造成的不利影响。二、沥青路面各结构层的选择 1路面等级和面层类型的选择 路面等级和面层类型应与公路等级和交通量相适应。确定路面等级和面层类型应以政治、经济、国防、旅游以及经济发展的需要和设计交通量为主要依据。此外，还应考虑使用需要、材料供应、施工机械设备、地区特点、施工养护工作条件等多方面的因素。具体确定时还可参考表2-4-7。各类沥青路面的路用特征见公路沥青路面设计规范表3o2。 路面面层因直接承受行车和自然因素的反复作用，要求强度高(抗拉和抗剪切)、耐磨耗、抗滑、热稳性好和不透水，因而通常选用粘结力较强的结合料和强度高的集科作为面层材料。交通量越大，公路等级越高，则路面等级也应该越高，厚度也越大，相应的面层层次一般也越多。 在选择面层类型时，特别应考虑当地的气候特征如在气候干旱地区，不宜采用砂砾路面，以免产生严重的搓板现象。在多雨地区，要特别重视路面结构层的水稳性和面层透水性问题；对沥青路面，还要考虑寒冷地区的低温抗裂性和高温地区的热稳性问题，同时还要考虑抗滑性能等问题。 2基层类型的选择 基层是主要的承重层，应具有足够的强度、刚度和水稳定性。目前常用的基层类型有沥青、水泥及工业废渣稳定类、碎(砾)石嵌锁类和土、石级配类二种。每类型都有各自的特点，沥青、水泥和二灰稳定类适用于交通量繁重的公路，其他类型可适用于般交通道路。在选择基层类型时，首先要考虑充分利用当地材料这一原则。即使当地某些材料不能直接使用，也要从施工工艺、材料组成等方面采用适当措施加以改进，使之得到合理应用。如果所需基层厚度较大时，为了降低造价，可增设底基层，用成本较低、来源较广，性能稍差的当地材料(如砂、砾等)铺筑底基层。 应重视沥青类路面的基层水稳性问题，以土作为结合料的基层，水稳定性较差故在潮湿和中湿路段上，应选用碎石片石、块石、工业废渣、不含土的天然砂砾、石灰土、二灰土及水泥稳定砂砾等水稳性好的基层。对于泥结碎(砾)石和级配碎(砾)石属于水稳定性差的基层，仅限用于干燥路段，不得用于中、潮湿路段，否则将会引起基层含水量增大而导致沥青路面的严重破坏。三、沥青路面结构组合设计 在路面等级、面层类型、基层类型都选定之后，就应考虑各结构层如何安排的问题。要使整个路面结构既能承受行车荷载和自然因素的作用，又能最大限度地发挥各结构层的效能，这是路面结构组合要解决的问题。 路面结构层的组合设计，就是按行车和环境因素对不同层位的要求，结合各类结构层本身的性能，进行合理的安排。不同的结构组合会产生不同的结果，层次多、厚度大的路面结构，其使用效果不一定好。 路基路面是一个整体结构，各结构层有各自的特性和作用，并相互制约和影响，结构组合不合理，所用材料再好，厚度再大也无济于事。根据实践经验和理论分析，结构组合应遵循下列原则： 1根据各结构层功能组合 遵循路面耐久、基层坚实、土基稳定的原则、结合各结构层功能正确合理的选择面层、基层和垫层是组合设计的前提条件。就面层来讲，不仅要考虑高强、耐磨、热稳性好和不透水等性能，还应考虑设几层较为合适。如果交通量繁重的道路，应加设联结层作为面层下层，以抵抗水平力在面层底产生的切应力。采用空隙大的沥青混合料或沥青贯入式碎石做面层时，应在面上加设沥青砂或沥青表面处治做封层。基层要有足够的抗压强度，一定的刚度和水稳定性。交通繁重时，单层应选择沥青或水泥(或二灰)稳定类材料并采用双层式基层，即加设底基层；如果土基水温状况不良时，应设石灰土及天然砂砾等垫层。 要使路面有足够的整体强度还应保证路基的强度和稳定性。否则，单靠加强或增厚面层或基层，并不能收到良好的效果，同时也不经济合理。稳定路基的一般措施，最经济最易办到的方法是，加强路基排水和使路基达到要求的压实度。 2强度组合 轮载作用于路面表面，其竖向应力和应变随深度而递减，因而对各层材料的强度(模量)的要求，也可随深度而相应减小，见图2-7-7。因此，路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合。这样既能充分发挥各结构层材料的效能，又能充分利用当地材料充当底基层和基层，以降低造价。采用强度(模量)按深度递减的规律组合路面时，还应注意各相邻结构层之间的模量不能相差过大。上下两层模量相差过大时，上层底面将会因下层变形过大而产生较大的拉应变，导致上层被拉裂。因此，规范要求基层同面层之间的模量比不应小于0.35土基与基层的模量比应在0.080.40的范围内。不满足上述要求的应更换材料或增加结构层次。当然，在实际使用中，也有模量上小下大的倒装结构，如在模量较高的半刚性基层与沥青混凝土面层之间设置碎石过渡层等。这种结构可根据具体情况使用。 层间结合应尽量紧密，避免产生层间滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。例如，为了保证沥青面层与基层的紧密结合，除了根据施工规范的有关规定，采取施工技术措施外，在设计高速公路和一级公路的沥青路面时，在沥青面层与半刚性基层之间应设置由沥青材料组成的联结层。 4考虑自然水温条件的不利影响 在潮湿或某些中湿路段上修筑沥青路面时，由于在中湿和潮湿路基中的水分以液态或气态形式上升至基层，被不透水的沥青面层所隔离，不能蒸发而积聚在邻近面层的基层内。除此之外地面水的渗透和地下水的毛细水上升同样在基层内产生水分积聚。如果基层材料仅以土为结合料(如泥结碎石、级配砾石)，水稳性差，就会因湿度过大时变软、强度和刚度急剧下降而导致路面开裂破坏，因此，沥青路面的基层应选用水稳定性好的材料，特别是在中湿和潮湿路段更应如此。 潮湿路段，为了改善路基的温度和湿度状况，防止冻胀和翻浆的出现，保证路面良好的使用品质，还必须设置垫层。垫层一般采用天然砂砾、粗砂、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰，煤渣稳定粗粒土，石灰粉煤灰稳定粗粒土等。垫层厚度一般为1525cm左右。在季节性冰冻区有冻胀可能的中湿、潮湿路段，为丁防止产生导致路面开裂的不均匀冻胀，路面总厚度不应小于公路沥青路面设计规范中表525的规定，道路冻深应按条款5.2.4的计算公式执行，如按强度计算的路面总厚度小于表列厚度规定时，应加厚垫层补足。 5适当的层数和厚度 沥青路面通常为多层结构，为了便于施工，路面结构层的层数不宜过多。根据材料的最大粒径并考虑有利于结构层应力分布，有利于压实成稳定的结构层次等因素以及结合施工经验；公路沥青路面设计规范提出了各类结构层最小厚度如友2-7-8所示。为了保证路面的使用质量，该规范还根据理论分析与使用经验，提出了沥青层最小总厚度如表2-7-9所示。 每一结构层适宜厚度的确定除了考虑上述两项规定外，一般还要综合考虑下面二方面的因素：(1)结构层的造价。出于路面各层造价不同，面层比较贵，而基层、垫层相对比较便宜，因此面层厚度一般相对比较薄。在设计时可根据上述两表加以选择和控制，而下面各层相对比较厚：(2)各结构层扩散应力的效果。根据理论分析，基层厚度为1525cm时，增大基层厚度对减小路表面弯沉和减小面层底面拉应力有明显作用：当基层厚度大于40cm时在增加基层厚度，作用已不明显。结合使用经验，基层厚度一般以1525cm为宜；(3)压实机具的能力、一般来说，沥青面层一层的压实厚度最大为68cm；基层一层的压实厚度为1520cm左右，在有重型机具压实的条件下，可根据试验将压实厚度增加到2025cm左右。在安排各结构层厚度时，应尽量使其与压实机具所能达到的厚度相适应。第9-6节 新建路面的结构层厚度计算 一、基本原则和有关规定 为了使多层次的沥青路面结构设计与计算更符合实际情况，目前我国的沥青路面设计规范采用多指标控制路面结构设计，同时把路面的结构组合、厚度计算和材料组成设计统筹考虑，并采用多层弹性体系理论计算路面结构层厚度，对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力验算。 严格地说，沥青路面在力学性质上为非线性的弹粘塑性体。考虑到行车荷载的瞬时性，在路面结构中产生弹粘塑性的变形数量很小，对于厚度较大，强度较高的路面，将其视为弹性体，应用弹性层状体系理论进行分析计算是适合的。弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定的厚度，最下一层为弹性半空间体。用多层弹性体系理论进行路面结构计算时应考虑各层间的接触条件。层间的接触条件可能是连续的，也可能是滑动的，甚至介于两者之间。我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条件。 二、路面厚度计算步骤 我国现行公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)对沥青路面厚度计算，仍根据多层弹性理论、层间接触条件为完全连续体系时，在双圆均布荷载作用下，轮隙中心处实测路表弯沉值Ls等于设计弯沉值Ld的原则进行计算，力学图式如图2-7-8，计算公式：LsLd。F弯沉综合修正系数；ac理论弯沉系数； E0 、En土基回弹模量值，Mpa；E1 、E2 、En-1各层材料回弹模量值，MPa；h1、h2、hn-1各结构层厚度cm。 计算步骤如下： 1确定单车道累计当量袖次Ne。 2对选定的结构组合，拟定某一层位作为设计层层位。 在拟定的路面结构中，先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。一般当采用半刚性基层、底基层结构时，可选任一层作为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。此时若求得基层厚度过厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。 3确定设计弯沉值Ld。 4确定路面材料设计参数。 在初步设计阶段应选用沿线材料和外购材料进行配合比设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并论证地确定各层材料(沥青混合料在15°C、20°C时)的抗压回弹模量E1和劈裂强度PS、抗拉强度结构系数Ks、容许拉应力R。 5确定土基的回弹模量Eo。 6根据某车道累计轴次Ne、设计弯沉值Ld、各结构层的回弹模量E1与劈裂强度PS、土基回弹模量E0、已知结构层的厚度hi等利用专用设计程序即可求得某一结构层的厚度。 三、路面结构层拉