柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、1 第 八 章 2 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1、路面結(jié)構(gòu)層次的選擇和組合； 2、各結(jié)構(gòu)層厚度的確定； 3、各結(jié)構(gòu)層的材料組成。 二、設(shè)計(jì)方法： 有經(jīng)驗(yàn)法（試驗(yàn)）和理論法（力學(xué)分析） 1、力學(xué)模型： 1）彈性半空間體； 2）彈性層狀體系；（ AC路面） 3）粘彈性層狀體系 ； 4）彈性地基上的板。（ CC路面） 2、理論解： 1）層狀體系： 雙層彈性體系（有單圓式、雙圓式） 三層彈性體系（有單圓式、雙圓式） 多層體系 2）彈性地基上的板： 彈性半無(wú)限地基上的板 E地基 三、我國(guó)現(xiàn)行柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范： 采用雙圓均布荷載作用下彈性層狀體系理論 Winkler地基上的板 K地基 3 8.1 柔性路面的損壞模式

2、和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 路面設(shè)計(jì)目標(biāo)： 在使用年限內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)性能不惡化到某一程度（大修） 路面損壞三大類型： 1.裂縫類（縱向、橫向、網(wǎng)狀、塊狀） 2.變形類（凹、凸、車轍、搓板、推擠、擁包） 3.表面缺損類（露骨、松散、剝落、坑槽、泛油） 一、瀝青路面的主要損壞模式： 1.沉陷： 大變形。原因?yàn)槁坊臈l件差，過(guò)于濕軟，產(chǎn)生大的豎直變形。 2.車轍： 縱向變形。原因?yàn)楹奢d重復(fù)作用，永久變形積累，尤其是高溫下。 3.推移： 沿行車方向發(fā)生剪切和拉裂現(xiàn)象。原因?yàn)樗胶奢d引起。 4.開(kāi)裂： 疲勞變形。原因?yàn)檐囕v荷載反復(fù)作用，使瀝青結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生的 拉應(yīng)力大于疲勞強(qiáng)度，加上水的影響。 5.低溫縮裂和反射裂縫：

3、 沿路面縱向隔一定距離出現(xiàn)。 6.松散和坑槽： 大路表面集料的松動(dòng)、離散現(xiàn)象。原因?yàn)槊鎸硬牧险辰Y(jié)力 不足或結(jié)合料含量少，汽車后輪的真空吸力及風(fēng)雨帶離形成坑槽。 最主要的破壞模式為疲勞開(kāi)裂、低溫縮裂和車轍。 4 二、設(shè)計(jì)指標(biāo)： 1、疲勞開(kāi)裂： 以疲勞開(kāi)裂作為臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)，選 擇層底拉應(yīng)力（拉應(yīng)變）作為指標(biāo)。以最大拉應(yīng) 力（或拉應(yīng)變）小于容許拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）。 疲勞壽命定義： 出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂前路面材料所能經(jīng)受的荷載重復(fù)作用次數(shù)。 , 1111 rrrr , 2222 rrrr 33 zz 對(duì)水泥（或石灰等）穩(wěn)定類基層，其底面的最大拉 應(yīng)力（或拉應(yīng)變）小于容許拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）。 2、車轍（永久變形

4、）： 以車轍為臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 1）采用荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)永久變形的總和小于等于永久變 形量。 PP 2）或以路基頂面的豎向壓縮應(yīng)變作為指標(biāo)。 3、路表回彈彎沉： 路表面在荷載作用下的回彈彎沉量反映了路基路面結(jié)構(gòu) 的整體剛度。試驗(yàn)表明，它同路面使用狀態(tài)間存在一定關(guān)系，回彈彎沉大， 相應(yīng)的塑性變形量也大，出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂的機(jī)率高。根據(jù)路面使用狀態(tài)和使用 年限要求，可以確定一次標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的路面的容許回彈彎沉量。路面以 回彈彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)： Rs 上述三項(xiàng)為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)任一柔性路面都要滿足。除此之外，還有 三項(xiàng)次要指標(biāo)，在特定的荷載、溫度場(chǎng)合使用，指導(dǎo)面層材料的設(shè)計(jì)。 5 4、面層剪切

5、： 在豎直、水平荷載共同作用下，面層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的 rr 5、面層斷裂： 受緊急制動(dòng)產(chǎn)生的水平力作用時(shí)，產(chǎn)生很大的徑向拉應(yīng)力和 水平向位移（推移）。 6、低溫縮裂： 對(duì)寒冷地區(qū)低溫時(shí)，面層材料收縮受阻產(chǎn)生的溫度應(yīng)力小 于等于該溫度時(shí)材料的抗拉強(qiáng)度。 rtrt 8.2 彈性層狀體系的應(yīng)力和位移計(jì)算 一、一般概念： 1、力學(xué)圖式： r z h1 E1 1 hi Ei i hn En n h2 E2 2 p 將路基路面看作 彈性層狀體系。 因?yàn)閷訝铙w系和 豎直荷載都對(duì)稱 于荷載軸 z，可 以采用圓柱坐標(biāo) 來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。 z z dz r z r z r r zr z rz d r 6 在圓柱坐標(biāo)中，體系

6、的微分單元上作用有三個(gè)法向應(yīng)力 r(徑向） 、 （切向）、 z（豎向） 及三對(duì)剪應(yīng)力 rz= zr， r = r， z= z。此外，單元體還有三個(gè)位移分量： U (徑向）、 V （切向）、 W （豎向）。當(dāng)作用在層狀體系表面上的荷載為軸對(duì)稱荷載時(shí)，各應(yīng)力、 應(yīng)變和位移分量也對(duì)稱于對(duì)稱軸，即它們僅是 r和 z的函數(shù)，因而， r=r=0， z=z=0，三對(duì)剪應(yīng)力簡(jiǎn)化為一對(duì)；同理，切向位移 V=0。 2、基本假定： 1）多層的，每層均質(zhì)，各向同性，無(wú)重量的線彈性材料組成。 Ei,i表示； 2）最下層水平、豎向都是無(wú)限延伸的，其上各層在水平向無(wú)限，但厚度有 限，為 hi； 3）各層分界上的應(yīng)力和位移完

7、全連續(xù)，層間的摩阻力為零（稱滑動(dòng)體系）； 4）最下層無(wú)限深處的應(yīng)力和位移均為零。當(dāng) r,z 時(shí)， 、 。 3、應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系式： )(1 zrr E )(1 r zE )(1 rzz E zr E1(2G1 zrzr ） 物理方程： 7 體系內(nèi)任一點(diǎn)的主應(yīng)力可解下列一元三次方程求得： 0III 32213 2zr2 z2rrzzr2I zrrzr 2I 2zr2 z2rzzr3 其中： I1 為第一應(yīng)力狀態(tài)不變量； I1= r+ + z I2 為第二應(yīng)力狀態(tài)不變量； I3 為第三應(yīng)力狀態(tài)不變量； 解出三個(gè)實(shí)根 1、 2、 3；且 1 2 3， 1為最大主應(yīng)力 ， 3為最小 主應(yīng)力；并按右式確定

8、最大剪應(yīng)力： 2/)( 31m a x 至于水平荷載作用下，屬非對(duì)稱問(wèn)題，求解更復(fù)雜，但現(xiàn)國(guó)內(nèi)外都已 求得其解，且求得了在豎向、水平荷載共同作用下的解。 二、彈性雙層體系解 彈性層狀體系中最簡(jiǎn)單的情況 將路基看成彈性將路基看成彈性半無(wú)限體， 路面結(jié)構(gòu)看成 E、 不同于路基的均質(zhì)彈性層。 1、單圓圖式： rr WE pW 0 2 彎沉 有關(guān)。和計(jì)算點(diǎn)位置（、它與 數(shù)函數(shù)的積分，是含有貝塞爾函數(shù)和指彎沉系數(shù) ),EE W 1 0 zrh r z p E1、 1 E0、 0 r 8 當(dāng)求算路表面荷載中心處的彎沉 W0時(shí)， r/ =z/ =0，彎沉系數(shù)可利用 電子計(jì)算機(jī)求得 0=0.35， 1=0.2

9、5時(shí)的值，并繪制成諾謨圖，以便使用。 2、雙圓圖式： z p E1、 1 E0、 0 e h r errre WE pW E pWW E pW 0 5.1 0 21 0 222)(2 eW 10 22 LL E p E pA 或點(diǎn)彎沉路表面輪隙中心 實(shí)用上已繪出 0=0.35， 1=0.25時(shí)的 二、彈性三層體系解 彈將路基分為面層、基層和路基三個(gè)層次 1、單圓圖式： z p E1、 1 E0、 0 r E2、 2 h H A B C 為理論彎沉系數(shù)、 LL 9 諾謨圖和系數(shù)見(jiàn)主壓應(yīng)力最大剪應(yīng)力 511501, 11 PPpp mm 諾謨圖和見(jiàn)拉應(yīng)力系數(shù) 下層底面拉應(yīng)力 1 4 91 4 8

10、, 2 22 PP p r rr 2、雙圓圖式： z p E1、 1 E0、 0 r E2、 2 h H A B C D 在豎向荷載作用下： 在豎向、水平荷載綜合作用下： 諾謨圖和見(jiàn)拉應(yīng)力系數(shù) 上層底面拉應(yīng)力 147146 , 1 11 PP p r rr 四、應(yīng)力和位移狀況分析： 2、路表彎沉： 豎向應(yīng)變的總和， 7090%系由路基提供。當(dāng)各層 E定時(shí)， H、 h2 時(shí)，厚度增加對(duì)彎沉無(wú)顯著影響。一般，基層厚度對(duì)彎沉的影 響比面層大， E0影響比 E2大得多， E0增大 20%相當(dāng)于 E2增大 100%的效果。 1、路基應(yīng)力： 路基頂面的豎向應(yīng)力 z受路面面層和基層厚度、模量的影 響。增加基

11、層的厚度或模量（特別是模量），收效比增加面層的為大。 可參見(jiàn) P152圖 8-18。 所以要彎沉減少，提高 E0為宜，其次才是 E2和 H。 10 3、面層底面拉應(yīng)力 1： E2對(duì)其影響極大， E2 ， 1 ， H/ ， 1 ，當(dāng) H/ 30MPa（高速公路），其他公路 25MPa,城市道路 20MPa 穩(wěn)定路基最經(jīng)濟(jì)、最易辦到，也是最主要的方法是 ：加強(qiáng)排水和達(dá)到要求的壓實(shí)度。 輪載作用于路面表面，其豎向應(yīng)力和應(yīng)變隨深度而遞減，所以各層 材料的強(qiáng)度和剛度要求也相應(yīng)降低。路面各結(jié)構(gòu)層按自上而下，強(qiáng)度、 剛度遞減的方式組合。以充分利用材料，降低造價(jià)。 強(qiáng)度、剛度按深度遞減時(shí)注意各結(jié)構(gòu)層之間的 E

12、不能相差太大，否 則上層底面將出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，引起開(kāi)裂?；鶎油鎸拥幕貜椖Ａ勘炔?應(yīng)小于 0.3，土基與基層的模量比應(yīng)為 0.080.4。 4、要顧及各結(jié)構(gòu)層本身的結(jié)構(gòu)特性及與相鄰層次的互相影響： 保持層間 結(jié)合緊密，避免產(chǎn)生滑移。以保證結(jié)構(gòu)的整體性和應(yīng)力分布的連續(xù)性。 5、考慮水溫狀況的影響： 選基層材料要慎重，在潮濕和中濕路段，應(yīng)選 水溫穩(wěn)定性好的材料，在冰凍地區(qū)還有防凍要求，對(duì)路面有最小防凍厚 度要求，見(jiàn) P159表 8-2。 6、適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和厚度： 層數(shù)多能充分利用材料，但可能引起施工及材 料制備困難，所以不能過(guò)多；層厚，除考慮受力外，有總厚度要求， 層厚過(guò)大時(shí)，應(yīng)分層施工，自上而下，

13、宜由薄到厚。 12 二、路面結(jié)構(gòu)組合示例： 公路名稱 沈大高速公路 滬寧高速公路 廣佛高速公路 累計(jì)軸次 （萬(wàn)次） 1800 2800 1900 面層（ cm） 5中粒 +5粗粒 +5瀝碎 4中粒 +6粗粒 +6瀝碎 4中粒 +5粗粒 +6瀝碎 基層（ cm） 20水泥砂礫（礦渣） 30二灰碎石 25水泥碎石 底基層（ cm） 1539砂礫（礦渣 ) 30二灰土 28水泥土 8.4 以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算方法 我國(guó)現(xiàn)行柔性路面設(shè)計(jì)方法是以雙圓豎向均布荷載作用下的彈性層狀 體系理論，以路表彎沉值作為路面整體剛度的控制指標(biāo)。對(duì)高等級(jí)路面 （瀝青混凝土面層、半剛性材料基層和底基層）要驗(yàn)算

14、層底拉應(yīng)力；對(duì)常 受水平荷載作用的停車站、交叉口等路段還要驗(yàn)算剪應(yīng)力。 一、設(shè)計(jì)彎沉值的確定： 輪載作用下雙輪輪隙中心 e處的路表回彈彎沉值大小，反映了路基路面 結(jié)構(gòu)的整體承載能力?；貜棌澇林档拇笮⊥撀访娼Y(jié)構(gòu)的累計(jì)荷載重復(fù)作 用次數(shù)（即使用壽命）成反比。為此，需要了解路面結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)的彎 沉變化規(guī)律及其與路面結(jié)構(gòu)損壞狀態(tài)的關(guān)系。 13 1、路表彎沉的變化規(guī)律： P161圖 8-29表明路表面竣工后彎沉變化曲線， l 0為竣工后第一年最不 利季節(jié)彎沉，從圖看出，路表面的彎沉變化過(guò)程分三個(gè)階段： 第一階段： 路面竣工后一、二年。由于交通的荷載的壓密作用以及半剛性基 層材料的強(qiáng)度增長(zhǎng)，路表彎沉逐

15、漸減小，大致在竣工后第二年達(dá)最小值。 第二階段： 路面竣工后兩至四年。由于在交通荷載的充分作用、水溫狀況變 化以及材料不均等因素影響下，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀缺陷因局部范圍的應(yīng)力 集中而擴(kuò)展，形成小范圍的局部破損，使結(jié)構(gòu)整體剛度下降、彎沉增加。此 階段以彎沉不斷增大為主要特征。 第三階段： 路面竣工后三、四年至路面達(dá)極限破壞狀態(tài)。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷 附近局部區(qū)域積蓄的高密度能量，已通過(guò)前階段缺陷的擴(kuò)展而轉(zhuǎn)移，形成新 的能量平衡，路面結(jié)構(gòu)的整體剛度達(dá)成較低水平的新的相對(duì)穩(wěn)定，路表彎沉 進(jìn)入一個(gè)比較穩(wěn)定的緩慢變化階段，即結(jié)構(gòu)疲勞破壞的穩(wěn)定發(fā)展階段，一直 延續(xù)至結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞。 2、使用期末不利季節(jié)的路

16、表回彈彎沉 ： 將使用期末不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo) 準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值定義為容許彎沉值 l R。 3、設(shè)計(jì)彎沉值： 由于竣工后第一年最不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài) 所對(duì)應(yīng)的彎沉值較接近，故將 l 0 作為路面設(shè)計(jì)彎沉 l d 。即 : l d = l 0 = l R /A T AT為相對(duì)彎沉變化系數(shù)， AT 1.20 14 根據(jù)多年觀測(cè)調(diào)查資料的分析綜合，可由容許彎沉值與標(biāo)準(zhǔn)軸載累 計(jì)作用次數(shù)的關(guān)系式，進(jìn)一步推得不同公路等級(jí)、不同面層和基層類型 時(shí)設(shè)計(jì)彎沉的計(jì)算公式： bsced AAAN 2.060 0 式中 ： l d 路面設(shè)計(jì)彎沉值（ 0.01mm）； Ne ：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一

17、個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次； A c ：公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為 1.0，二級(jí)公路為 1.1，三、 四級(jí)公路為 1.2； A s ：面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為 1.0，熱拌瀝青碎石、上拌下貫 或貫入式路面為 1.1，瀝青表面處治為 1.2，中、低級(jí)路面為 1.3； A b ：基層類型系數(shù)，對(duì)半剛性基層、底基層總厚度等于或大于 20cm 時(shí)為 1.0，若為面層與半剛性基層間設(shè)置等于或小于 15cm 級(jí)配碎石層、瀝青貫 入碎石或?yàn)r青碎石的半剛性基層時(shí)，可取 1.0，柔性基層、底基層時(shí)取 1.6， 當(dāng)柔性基層厚度大于 15cm、底基層為半剛性下臥層時(shí)，可取 1.6。 二、軸載換算： 車輛的類

18、型不同，它們的軸載也不相同，在計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次時(shí)， 需將各級(jí)軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載。 1、當(dāng)計(jì)算路表彎沉和驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力時(shí)： 35.4 ,2 1 ,1 )( P PnCCN i ii k i i P i ： 被換算車型的各級(jí)（單根）軸載（ KN）；從大于 25KN計(jì)起。 15 N ： 標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次 /天）； P ： 標(biāo)準(zhǔn)軸載（ KN）； n i ： 被換算車型的各級(jí)軸載作用次數(shù)（次 /天）； C 1 , i ： 被換算車型各級(jí)軸載的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于 3m時(shí)，按單 獨(dú)的一個(gè)軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù) m；當(dāng)軸間距小于 3m時(shí)，按雙軸 或多軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為 C 1 , i = 1

19、+ 1.2 ( m - 1 ); C 2 , i ： 被換算軸載的輪組系數(shù)。單輪組為 6.4，雙輪組為 1.0，四輪組 為 0.38。 2、當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)： 8 ,2 1 ,1 )( P PnCCN i ii k i i C 1 , i ： 被換算車型各級(jí)軸載的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于 3m時(shí)，按單 獨(dú)的一個(gè)軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù) m；當(dāng)軸間距小于 3m時(shí)，按雙軸 或多軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為 C 1 , i = 1+ 2 ( m - 1 ); C 2 , i ： 被換算軸載的輪組系數(shù)。單輪組為 18.5，雙輪組為 1.0，四輪組 為 0.09。 上述 軸載換算 公式僅適用 于單軸

20、軸載小于 130KN的軸載換算。 見(jiàn) P164例題 8.3。 16 由于車道數(shù)和車道寬度不同，車輪輪跡在橫向分布的頻率也不同， 即路面橫向各點(diǎn)實(shí)際所受軸載重復(fù)作用次數(shù)也隨車道數(shù)、車道寬度增加 而減少，所以引人車道系數(shù) 來(lái)考慮這一影響。 值可查 P164表 8-5。 所以，在 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸 次 Ne可參照下式計(jì)算： 或 13651)1( NN t e tt t e NN 11 3651)1( ）（ L ssF Ne ： 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次（次）； t：設(shè)計(jì)年限 (a),參見(jiàn)表 8-1； N1 ： 路面竣工后第一年的平均日當(dāng)量軸次（次 /d） ； Nt ： 設(shè)計(jì)年限

21、最后一年的平均日當(dāng)量軸次（次 /d） ； ： 設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長(zhǎng)率（以小數(shù)計(jì)） ； ： 車道系數(shù)，參見(jiàn)表 8-5。 三、綜合修正系數(shù)： 通常理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)彎沉值之間存在一定的偏差。原因?yàn)槁访娌?料并非線彈性體，為此引入一修正系數(shù) F: 論彎沉系數(shù)；分別為理論彎沉值和理L, 際彎沉系數(shù)；分別為實(shí)際彎沉值和實(shí)ss , 17 36.0038.0 )() 2 0 0 0(63.1 p EF s FEpFEp LL 1 s 0 s 21 0 0 021 0 0 0 或 由大量試驗(yàn)得綜合修正系數(shù) F同路面實(shí)際彎沉值、土基回彈模量值及 輪載參數(shù)（ p、 ）有關(guān)。 由此，彈性三層體系表面的回彈彎沉

22、為： 由于上兩式中包含了 F，而 F又含有 l s，故計(jì)算時(shí)需用試算法。先定一 個(gè) l s,算出 F，再按上式求出 l ，如 l s與 l s相差較大，則重新假定 l s反復(fù)計(jì)算， 直到兩者相近為止。當(dāng)然也可將 F代入上式，直接解出 l s: )(4398)E p(4398 1 58.0 0 03.161.1 L 03.1 0 s EEp L s 或 例題：已知 p=0.7MPa, =10.65cm, E1=1500MPa, E2=700MPa, E0=45MPa, h1=10cm, lR=0.072cm, 求 h2。 解： 783.0)() 2000(63.1 36.0038.0 p EF

23、s 71.721 0 0 0 1 pF EsL 86.0K0 6 4.0EE0 8 ,.911-8P 1 4 594.0,4 6 7.0 1 2 01 1 2 查得再由得表查由 hEE cmhh 17.19,8.1,9 8 7.086.008.9 71.7K 222 查表得 18 四、多層路面換算： 對(duì)于多層體系可用電子計(jì)算機(jī)求解，當(dāng)條件不具備時(shí)，可換算為三 層（或雙層）體系計(jì)算。進(jìn)行等效換算。 1、等效路表回彈彎沉 的結(jié)構(gòu)層換算： 4 2-n i 2n 1i i1 E EhH E0 H E2 h1 E1 h2 E2 2 h1 E1 1 Hn-1 En-1 n-1 E0 0 2、等效中層底面彎

24、拉 應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層換算： h2 E2 2 h1 E1 1 Hn-2 En-2 n-2 E0 0 Hn-1 En-1 n-1 E0 Hn-1 En-1 H1 En-2 4.2 2 i 1n 2i i E EhH 19 3、等效上層底面彎拉 應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層換算： E0 H2 Ej+1 H1 Ej Hn-1 En-1 n-1 h2 E2 2 h1 E1 1 Hj+1 Ej+1 j+1 E0 0 H j E j j 4 j i j 1i i1 E EhH 0 . 9 1j i 1n 1i i2 E EhH j 例題：一五層體系，請(qǐng)換算成三層體系 , 以便計(jì)算路面彎沉值和第一、第 二、第四層層底拉應(yīng)力，求

25、h。 層 位 五層體系 表面彎沉 第一層層底拉應(yīng)力 第二層層底拉應(yīng)力 第四層層底拉應(yīng)力 E(MPa) h(cm) E h E h E h E h 1 1500 6.5 1500 6.5 1500 6.5 800 ? 17.61 500 ? 29.8 2 800 10 800 ? 30.54 800 ? 21.42 3 500 10 500 ? 19.26 4 250 20 250 20 5 35 35 35 35 35 20 五、路基土 E0和路面材料 Ei的回彈模量值： 常用承載板試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)得到的荷載 回彈變形關(guān)系確定。 1、路基土回彈模量值 E0：除了受加荷方式和應(yīng)力狀態(tài)等因素影響外，

26、主 要取決于土的類型和性質(zhì)以及土的濕度和密實(shí)度。路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在最不 利季節(jié)通過(guò)實(shí)測(cè)確定回彈模量值，但在路基尚未修建的情況下，只能通過(guò) 經(jīng)驗(yàn)來(lái)估定。 7-8P1 6 8., ;,0 表見(jiàn)而異的試驗(yàn)參數(shù)為隨所在地和土的類型 為土的稠度為土的壓實(shí)度 baA wKwAKE cbc 2、路面材料回彈模量值 E i：受材料來(lái)源及組成、施工工藝、氣候和水文 條件等影響，所以應(yīng)視現(xiàn)場(chǎng)的具體條件測(cè)試確定。 對(duì)高等級(jí)道路，在初設(shè)階段，應(yīng)對(duì)擬選材料通過(guò)試驗(yàn)確定；而在工 程可行性研究和其他等級(jí)道路的初設(shè)階段，可參見(jiàn) P171表 8-8。 進(jìn)行路面厚度設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于瀝青混合料應(yīng)采用 20時(shí)的抗壓回彈模量； 對(duì)于半剛性材

27、料中水泥穩(wěn)定粒料或細(xì)粒料，采用齡期為三個(gè)月的抗壓回 彈模量；而對(duì)于石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或細(xì)粒料、以及石灰穩(wěn)定類材料， 則應(yīng)采用齡期為六個(gè)月的抗壓回彈模量。 21 一、路面結(jié)構(gòu)層的拉應(yīng)力驗(yàn)算： 結(jié)構(gòu)層最大的拉應(yīng)力小于等于結(jié)構(gòu)層 材料的容許拉應(yīng)力。 R 8.5 路面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力驗(yàn)算及防凍厚度檢驗(yàn) 1、結(jié)構(gòu)層的拉應(yīng)力計(jì)算： r2r2r1r1 p,p sspR K/ ces ANK /35.0: 11.0料類對(duì)于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集 2、多層路面換算： 見(jiàn)課件 18-19頁(yè)。 3、結(jié)構(gòu)層的計(jì)算模量和強(qiáng)度： 進(jìn)行結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，各層模量均采用抗壓回彈模量。對(duì)于瀝 青混凝土，應(yīng)為 15時(shí)的抗壓回彈模量和劈裂

28、強(qiáng)度，水泥穩(wěn)定類材料，為 齡期 90天的劈裂強(qiáng)度，對(duì)于二灰穩(wěn)定類和石灰穩(wěn)定類材料，為齡期 180天 的劈裂強(qiáng)度。 4、結(jié)構(gòu)層材料的容許應(yīng)力 R ： Ks為抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和路況調(diào)查結(jié)果由下列各式定。 ces ANK /45.0: 11.0粒土類對(duì)于無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì) ces ANAK /09.0: 22.0對(duì)于瀝青混凝土面層 A為瀝青混凝土級(jí)配類型系數(shù)。細(xì)、中粒式為 1.0，粗粒式為 1.1。 22 1、破壞面上剪應(yīng)力和正應(yīng)力計(jì)算： 由莫爾強(qiáng)度理論定。 二、路面結(jié)構(gòu)層的剪應(yīng)力驗(yàn)算： 在車輪垂直和水平荷載共同作用下， 破壞面上的剪應(yīng)力小于等于路面材料的容許剪應(yīng)力。 R c o sm

29、)s i n()(21 3131 )s i n1(m1 c o s)(21 31 )(21 31m m由諾謨圖求得 m(0.3) 。 水平荷載 q=fp,其中 f為摩擦系數(shù)，對(duì)停車場(chǎng)、交叉口等緩慢制動(dòng)地點(diǎn)為 0.2，對(duì)偶然的緊急制動(dòng)為 0.5；此時(shí) f不等于 0.3；所以須換算： p)3.0f(3.1)3.0(mmf p)3.0f(46.0)3.0(11f 2、面層材料的抗剪強(qiáng)度 和容許剪應(yīng)力 R： ,t a n c一般 t a n2t a n: cc緊急制動(dòng)時(shí) K/R ,3 3 N.0K:, 0 . 1 5t)2.0( 交叉口停車場(chǎng) c)5.0( A/2.1K: 緊急制動(dòng)時(shí) Nt為停車場(chǎng)或交

30、叉口在設(shè)計(jì)年限由同一位置停車的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)次數(shù) 。 23 三、防凍厚度驗(yàn)算： 在季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段要驗(yàn)算， 與當(dāng)?shù)囟矩?fù)溫度的累積值、路面結(jié)構(gòu)層材料的熱物性、路基潮濕類型、 路基土類以及道路凍深有關(guān)。 3、多層路面換算： 見(jiàn)課件 18-19頁(yè)。 4、結(jié)構(gòu)層材料的抗剪強(qiáng)度參數(shù)及計(jì)算回彈模量： C、 由三軸試驗(yàn)定， E取抗壓回彈模量。 fa b ch d 道路凍深： a、 b、 c分別 路面結(jié)構(gòu)材料的熱物性系數(shù)、路面橫斷面填挖系數(shù)和路 基潮濕類型系數(shù)，可見(jiàn) P177表 8-9、 8-10、 8-11。 f為 最近 10年凍結(jié)指數(shù)平均值，即冬季負(fù)溫度累積值，由氣象資料定 。 若結(jié)構(gòu)層總厚

31、度小于最小防凍厚度，應(yīng)增加防凍墊層 。 8.6 路面補(bǔ)強(qiáng)層設(shè)計(jì) 補(bǔ)強(qiáng)條件： 1.當(dāng)通過(guò)的軸次超過(guò)設(shè)計(jì)當(dāng)量軸次； 2.路表嚴(yán)重破壞。 補(bǔ)強(qiáng)或改建內(nèi)容： 1.路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查； 2.承載能力評(píng)定； 3.補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。 一、路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查和評(píng)定： 1.調(diào)查： 1）交通調(diào)查； 2）路基調(diào)查； 3）路面調(diào)查； 4）原有資料收集。 24 2、評(píng)定： 1）評(píng)定指標(biāo)為彎沉和曲率半徑；測(cè)定方法為貝克曼彎沉儀。 2）代表性彎沉值： 3）季節(jié)對(duì)彎沉的影響 K1: 4）加鋪瀝青層對(duì)原砂石路面彎沉的影響 K2: 5）溫度對(duì)彎沉的影響 K3: K3=l 20/ l T 6）測(cè)定用軸載對(duì)彎沉影響 K4: 7）計(jì)算彎沉值 l

32、。 : 1 )( ,1, 1 1 nn Z n i in i it 準(zhǔn)差標(biāo)為平均彎沉值，其中 43210 )( KKKKZ 21 0 t mm 2p1 0 0 0E 二、補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算： 有經(jīng)驗(yàn)法和理論法。 1、原路面當(dāng)量回彈模量計(jì)算： 2、補(bǔ)強(qiáng)層的厚度計(jì)算及驗(yàn)算： m1為輪板對(duì)比值， m 1=1.1 ; m 2為擴(kuò)大系數(shù)，在 計(jì)算彎沉值及其他補(bǔ)強(qiáng)層層底拉應(yīng)力時(shí)取 1.0； 在計(jì)算與原路面接觸的補(bǔ)強(qiáng)層層底拉應(yīng)力時(shí)： 25.0)(037.02 1m pEh ne 計(jì)算同新建路面時(shí)相同。但當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)層為單層時(shí)，以雙層彈性體系為 計(jì)算力學(xué)模型，當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)層為 n-1層時(shí)，以 n層彈性體系為力學(xué)模型。 可用專用計(jì)算機(jī)程序求解，也可用諾謨圖求解。 作業(yè)： 8-5， 8-8