1、第九章 瀝青路面設計第9-1節 瀝青路面設計的任務、程序與原則一、設計任務 瀝青路面設計的任務是：確定合理的路面等級，選擇適合的路面類型，進行結構組合設計、路面材料配合比設計及路面結構計算等。為確保路面設計質量，在路面設計之前，應進行專門的外業調查，搜集相關資料，以作為路面設計工作的依據。在外業調查時需收集的資料有：工程地質和水文地質條件，天然土濕度和水文資料，氣象資料，路面材料產地和供應情況，當地路面使用經驗和其他情況，交通量及交通組成情況，投資情況，施工單位的技術力量，機具設備、勞動力組成情況，原有路基路面狀況等。 在掌握了公路沿線的野外調查資料的基礎上可按下列程序進行路面的設計工作： 1

2、根據設計任務書的要求，并綜合考慮國家政治、經濟、國防、旅游、公路等級、交通量和交通組成、建設投資和其他方面的要求，確定合理的路面等級和面層類型。計算在設計年限內換算為標準軸載的單車道的累計當量軸次和路表設計彎沉值，容許拉應力值。 2確定路基回彈模量值。按路基土組與干濕類型將路基劃分為若干路段(每段長度一般情況下不宜小于500m，若為大規模機械化施工，不宜小于1km)，確定各路段土基回彈模量值。 3確定路面材料的回彈模量值。為了保證路面結構的強度與穩定性并充分發揮各結構層的功能，應考慮當地氣候、土質、材料，施工等具體情況，擬定幾種可能的路面結構組合與厚度方案，根據實測或查表確定各結構層路面材料的

3、回彈模量及設計參數。 4根據設計彎沉值計算路面厚度。對于高速公路、一級公路、二級公路的瀝青混凝土面層和整體性材料基層、底基層應驗算其拉應力是否滿足容許拉應力的要求。如不滿足要求，應通過調整路面結構層厚度，或變更路面結構組合，或調整材料配合比以提高極阻抗彎拉強度后再重新計算：對季節性冰凍地區的高級和次高級路面，還應驗算防凍厚度是否符合要求。1 進行技術經濟比較，確定采用的路面結構方案。 三、設計原則 為使瀝青路面設計先進，經濟合理，路面安全適用并與周圍環境協調，在設計工作中應遵循下列原則： 1應根據路面使用要求與當地的自然條件(包括氣候、水文、土質等)，結合當地實踐經驗，按面層耐久、基層堅實、土

4、基穩定的要求進行綜合設計。 2應貫徹合理選材，方便施工，利于養護，節約投資的原則，結合當地經驗進行路面結構方案的技術經濟比較，選擇技術先進、經濟合理、強度高穩定性好、便于機械化和工廠化施工的路面結構方案。 3應從技術經濟上論證是否有必要分期修建。對分期修建的路面工程，應合理設計結構層次與厚度，使前期工程能在后期被充分利用。高速公路和一級公路的路面不宜分期修建。 4應積極采用并推廣新技術、新材料、新工藝、新設備、推行機械化施工。對高速公路和一級公路，應采用大型、高效成套的機械設備施工以確保工程質量。 對軟土地區或高填方路基及可能產生較大沉降的路段，宜按分期修建或一次設計分期實施的原則進行設計。設

5、計時應按遠景交通量設計路面結構與厚度，修筑時可酌情減薄瀝青面層厚度，待路基變形趨于穩定后，再根據路面實際情況加鋪瀝青面層至設計厚度。待路基變形趨于穩定后，再根據路面實際情況加鋪瀝青面層至設計厚度。第9-2節標準軸載與軸次換算 一、標準軸載及其形式 公路上行駛的車輛種類繁雜，不同車型和不同作用次數對路面影響不同，為方便路面設計，需將不同車型組合而成的混合交通量換算成某種統一軸載的當量抽次。這種統一的軸載，稱為標準軸載。 公路瀝青路面設計規范(JTJ014-97)中規定：瀝青路面設計是以雙輪組單后軸載100kN為標準軸載，以BZZ100表示。標準軸載的計算參數按表2-7-1確定，凡軸載大干25kN

6、小于130kN的各級軸載P1(包括車輛的前軸和后軸)的作用次數均應換算成標準軸載P的當量作用次數(簡稱當量軸次)。 二、軸次換算方法1換算原則 當把混合交通量中的各級軸載換算成標準軸載時，為了保證換算前與換算后的軸載對路面的作用效果相同，應該遵循彎沉等效或拉應力等效原則。 等效原則是以某一種路面結構在不同軸載作用下達到相同的損壞程度為根據的。這是一個很復雜的關系，通常是通過實驗路段觀測來確定。它包括兩方面的含義：第一，對于同種路面結構，若一種車輪荷載作用了n1次，使路面達到極限破損狀態，而另一種車輪荷載作用了n2次，使路面達到了同樣的破損狀態，則這兩種車輪荷載的作用次數n1和 n2，被稱做是等

7、效的。第二，對于同一交通組合(混合交通量)，通過等效換算后，則不論按哪種車輪荷載進行路面厚度計算，得到的結果均是相同的。 上述軸載換算公式適用于單軸重25130kN的范圍內。在具體進行軸次換算時，各種主要汽車路面設計使用的計算參數可參考表2-1-9。 三、累計當量軸次計算 在瀝青路面設計中既要考慮使用初期日交通量和遠景交通量(即使用年限末期交通量)還要計算出路面設計使用年限內，設計車道累計承擔多少次標準軸載的反復作用。 路面使用年限末期的遠景交通量是由有關部門根據國民經濟發展規劃給定，或根據交通部門的調查統計資料進行推算而得。我國有關調查統計資料表明，交通量的增長基本上符合幾何級數的遞增規律，

8、即：例2-7-1 某一級公路，竣工后第一年雙向平均日交通星見表2-7-3，交通量年平均增長率r為75，路面設計年限t15年，求累計當量軸次Ne。 解：1求各類車型的軸載換算系數第9-3節 瀝青路面設計指標 一、路面結構的破壞模式與設計指標 (一)路面結構的破壞模式 瀝青路面狀況和使用品質由于環境的干、濕、冷、熱的交替循環和行車荷載的反復作用而逐漸變壞，或完全喪失工作能力。為了保證路面結構性能在規定的使用年限內不惡化到某一程度。需要分析路面破壞的模式和產生的原因，并依此制定出相應的設計指標來控制路面設計。 瀝青路面破壞形態各異，破壞的原因是錯綜復雜的，根據損壞現象的成因及對路面使用性能的影響，路

9、面的破壞可分為以下幾種主要模式。 1沉陷 沉陷是路面在車輪荷載作用下，其表面產生的較大凹陷變形，有時凹陷兩側伴有隆起現象如圖2-7-1所示。當沉陷嚴重超過了結構的變形能力，在結構層受拉區產生開裂而形成縱裂，并有可能逐漸發展成網裂。引起沉陷的主要原因是路基水文條件差而過于濕軟，承載力顯著降低，在車輪荷載作用下出現沉陷并導致路面的開裂、變形和破壞。用累積起來的殘余變形總和也將會很大，足以影響車輛的正常行駛。 路面的車轍與荷載應力大小，重復作用次數以及結構層和土基的性質有關。 3疲勞開裂 開裂是瀝青路面常見的破壞類型。開裂的種類和原因有幾種，這里所說的開裂是路表無顯著永久變形而出現的裂縫現象。疲勞開

10、裂的特點是首先出現較短的縱向開裂，繼而逐漸發展為網狀開裂，開裂面積不斷擴大。 發生疲勞開裂的主要原因是：結構整體強度不足或在車輪荷載反復作用下，瀝青結構層底面或半剛性基層底面產生的拉應力(或拉應變)超過材料的疲勞強度，底面便發生開裂，并逐漸擴展延伸到表面。 4推移 推移是瀝青路面材料沿行車方向發生剪切或拉裂破壞面出現推擠或擁起現象。如圖2-7-2所示造成椎移的主要原因是：當瀝青路面受到較大的水平荷載作用時(在車輛經常啟動、制動的路段及彎道、坡度變化處等)，車輛荷載引起的豎向力和水平力的綜合作用使結構層內的切應力或拉應力超過材料的抗剪或抗拉強度。向裂縫(因為路面的縱向約束遠大于橫向約束)。在冰涼

11、地區，瀝青面層及用水硬性材料穩定的整體性基層。冬季可能出現這種裂縫。低溫裂縫的產生與荷載無關。路面材料的干縮裂縫或半剛性基層上瀝青面層的反射裂縫，均為橫向裂縫，另外路基不均勻沉陷、凍脹也會產生橫裂和縱裂。模型和縱裂進一步發展會擴展成網裂。(二)設計指標 根據路面在行車荷載和自然因素作用下所產生的應力、應變和位移量不超過路面任一結構層中材料的允許應力、應變和位移量來選定路面結構層的組合和厚度，以達到防止或減少各種路面破壞現象的發生，控制或限制路面結構的特性和使用品質在設計年限內不惡化到某一規定程度的目的。目前瀝青路面的設計方法世界各個國家采用的標準不盡相同，有的方法采用一個指標，有的方法采用幾個

12、指標，但不少國家瀝青路面的設計方法是采用路表設計彎沉值作為一項控制指標。這項指標能得到廣泛采用，是因為路表彎沉不僅反映路面整個結構層及土基的整體強度和剛度，而且與路面的使用狀態存在一定的內在聯系，同時彎沉值的測定也很方便。我國瀝青路面設計是根據路面結構類型不同分別采用以下指標： 1為了控制路基路面的總變形，防止網裂、沉陷、車轍，使路面具有足夠的整體剛度和強度。采用路表設計彎沉值Ld作為路面整體剛度和強度的控制指標。即路面設計彎沉值Ld應大于或等于路表實際可能產生的回彈彎沉值Ls，即 LsLd (2-7-4) 2為了防止瀝青混合料面層和整體性材料基層的疲勞開裂，采用了瀝青混凝土面層和整體性材料基

13、層(即半剛性基層)底面的容許拉應力R作為驗算指標，此值應大于或等于路面中相應結構層底面實際可能產生的最大拉應力m即 m R (2-7-5)1 為了防止高溫季節道路交叉口、停車場等汽車經常起動、制動的地方瀝青面層產生推擠和擁包等破壞現象，采用了瀝青面層材料的容許切應力作為驗算指標，此值應大于或等于面層破裂面上實際可能產生的切應力a，即 aR （2-7-6） 上述三項設計指標的使用范圍為： (1)我國公路瀝青路面設計規范以設計彎沉值作為路面結構設計的控制指標。對高速公路、一級公路、二級公路的瀝青混凝土面層和整體性材料基層、底基層還應進行層底拉應力驗算。 (2)我國城市道路設計規范規定： 1)除交通

14、量小的支路上鋪筑瀝青混凝土面層時可僅用設計彎沉值指標設計外，在其他道路上鋪筑瀝青混凝土面層應采用上述三項指標設計。 2)對瀝青碎石面層采用設計彎沉值和切應力兩項指標設計，對瀝青貫人式、瀝青表面處治和粒料路面，只用設計彎沉值指標設計。3)采用半剛性基層時，應對基層按拉應力指標設計。 二、路面設計彎沉值計算 所謂彎沉，是指在車輪荷載作用下路面產生的垂直位移(也稱垂直變形)。路面材料是非線性彈塑性體，所以路面的彎沉有彈性彎沉、殘余彎沉和總彎沉。針對一個固定的測點而言，當它受到車輪荷載的作用時，就產生豎向位移變形，在加荷過程中觀測的變形位就是總彎沉；當車輪荷載卸除后，路面就向上回彈，在卸荷過程中觀測到

15、的變形值就是彈性(回彈)彎沉；總彎沉與彈性彎沉之差，就是殘余彎沉，如圖2-7-3所示。據觀測，對于強度較高或使用多年而處于穩定狀態的老路面，其殘余彎沉僅為總彎沉的10左右，可認為是處于或接近彈性工作狀態。因此，可采用路面回彈彎沉L0來表征路面的強度。路面回彈彎沉值可用杠桿式彎沉儀由標準汽車按前進卸荷法進行測定。彎沉值的大小，反映了路面的強度，在相同車輪荷載下，路面彎沉值愈大，則路面抵抗垂直變形的能力愈弱，反之則強。實踐表明，在路面達到相同破壞程度時回彈彎沉值的大小同該路面的使用壽命即車 設計彎沉值的確定是通過在使用了若干年，并在外觀上有不同程度破壞的路面表面上，用標準軸載測定處于各種不同外觀狀

16、態的回彈彎沉，建立回彈彎沉與路面外觀狀態的關系，并考慮到對公路的修建費用、使用、養護的要求加以確定的。調查測定發現，路面回彈彎沉值的大小與路面外觀狀態之間有著很明顯的聯系，即隨著路面回彈彎沉值的增大，路面的外觀狀態明顯變差。我國把公路瀝青路面按外觀特征分為五個類別，如表2-7-4所示。并把第四類外觀狀態定為路面的臨界狀態，以此狀態下測定的回彈彎沉值的低限作為路面設計彎沉值界限的依據。由于在車輛荷載的重復作用下，路面上實際產生的彎沉值不可避免地要有所積累和增加，故在確定路面的設計彎沉值時，必須注意到設計彎沉的大小和路上通過的交通量及其軸載組合的密切關系。因此，當規定了路面的臨界狀態以后，要求承受

17、的交通量大時，路面設計彎沉值就該定得小一些；要求承受的交通量小時，路面的設計彎沉值則可定得大一些。根據上述原則，并通過大量的調查測定發現，累計交通量與設計彎沉值之間存在良好的雙對數相關關系，在此基礎上又考慮了不同公路等級、面層和基層類型對設計彎沉值確定的影響，規范采用下列公式計算：式中：Ld路面設計彎沉值，0.01mm，對瀝青路面系指路面溫度為20C的值；N累計當量軸次，次；Ac公路等級系數，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為12；As面層類型系數，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌瀝青碎石、瀝青上拌下貫式，瀝青貫人式，乳化瀝青碎石為11；瀝青表面處治為12；粒料類面層(中

18、低級路面)為1.3；Ab基層類型系數，對半剛性基層、底基層總厚度大于或等于20cm時，Ab1.0，其他情況見規范規定。 例2-7-2 同例2-7-1所給條件，路面面層擬采用瀝青混凝土，基層為水泥土厚20cm，求其設計彎沉值。 解：根據例2-7-1計算可知；累計當量軸次Ne4.2X106次公路等級系數Ac1.0，面層系數As=1.0，基層系數Ab=1.0，則設計回彈彎沉值Ld為： 三、結構層材料的容許拉應力 容許拉應力R是路面承受行車荷載反復作用達到臨界破壞狀態時的最大疲勞拉應力。容許拉應力的確定與材料的極限抗拉強度有關(極限抗拉強度的大小通過實驗確定)，同時也與重復荷載次數有關，容許拉應力要比

19、一次荷載作用的極限抗拉強度小，其減少的程度同重復荷載次數和路面結構層材料的性質有關，其公式如下：式中：sP瀝青混凝土或半剛性結構層材料的劈裂強度，MPa，由試驗確定； Ks抗拉強度結構系數，同荷載的反復作用次數有關。 結構層材料劈裂強度，對瀝青混凝土系指15C時的劈裂強度；對石灰土、二灰、二灰土等強度低的材料，系指6個月齡期的劈裂強度；其他穩定類基層材料，均指90日齡期的劈裂強度。表征結構層材料抗拉強度因疲勞面降低的抗拉強度結構系數A、，根據疲勞方程可表示第9-4節 土基與路面材料強度指標 一、路基受力與工作區 1路基受力狀況 通常路基承受兩種荷載，一種是路面和路基自重引起的荷載，另一種是車輛

20、輪重引起的外荷載，在兩種荷載的共同作用下，使路基土處于受力狀態。正確的設計應使路基受力時盡可能只產生彈性變形，而當車輛駛過后，路基變形可以恢復原狀，以確保路基的相對穩定，而不致引起路面破壞。 路基土在車輪荷載作用下所引起的垂直應力1，是隨深度增大而減小的。當車輪荷載作為圓形均布荷載時，圓形荷載中心下土基的垂直壓應力1，可用以下近似公式計算：式中：P車輪荷載的均布單位壓力，kPa， D圓形均布荷載作用面積的直徑，m， Z圓形均布荷載中心下應力作用點的深度，m。 路基土本身自重在路基內深度為Z處所引起的垂直壓應力2，可用下式計算： 2rZ （2-7-13）式中：r土的容量，kNm3。 自重引起土基

21、中的壓應力，考慮到在一定深度處，同路基自重相比，路面重力的影響不大，所以在研究荷載作用最大深度時，為簡化計算，近似地將路面材料相當于路基土材料。路基內任一點處所受的垂直應力，應是由車輛荷載引起的垂直應力即和由土基自重引起的垂直應力2兩者的疊加。土基應力分布如圖2-7-4所示。 P車輪荷載，KN； K系數，取05； r土的容重，KN/m3； n系數，取510。顯然，路基工作區的深度Za隨車輛荷載增大而加深，隨路面的剛度利厚度的增加而減小。 二、土基回彈模量的確定方法 回彈模量是指路基、路面及筑路材料在荷載作用下產生的應力與其相應的回彈應變的比值。車輛荷載通過路面傳至土基的垂直壓力，使土基產生一定

22、程度的豎向位移變形，假定土基為均質的彈性體，在圓形垂直均布荷載作用下，在應力與應變成直線關系時，可用彈性理論來建立荷載與變形之間的關系式：式中：Lr路表距離荷載中心袖為r某點處的垂直位移，亦稱彎沉值,cmP圓形垂直均布荷載，MPa；E。土基回彈模量，MPa；圓形均布荷載面積半徑，m；u土的泊松系數，取o. 35； a豎向位移系數，是r的函數, r0時，a1；r=15時，ao 356。 由上式看出；在一定的車輪荷載作用下，土基的回彈模量E0值越大，所產生的回彈彎沉值Lr就越小。這標志著土基的承載能力大，抵抗變形的能力強。 土基的強度可用若干指標來表達(如抗剪強度、CBR值、回彈模量等)。我國是以

23、路表設計彎沉值作為路面整體強度的設計控制指標。由式(2-7-15)或三層體系理論分析可知，影響路表彎沉的主要因素是路基的強度，7095的彎沉取決于路基。因此采用土基回彈模量Eo來表示土基的強度。 土基回彈模量確定可以通過現場實測、室內實驗法、換算法或通過經驗公式計算確定的查表法。 1現場實測：在不利季節，在已竣工的路基上，用承載板通過逐級加荷卸載的方法測出每級荷載的回彈變形值，并采用間彈變形Lo0.51mm的測定值，參考各地經驗的綜合式(2-7-16)計算土基回彈模量?；蛴脧澇羶x測定土基回彈模量值。詳細操作及計算可按公路路基路面現場測試規程(JTJ05995)中T0944一95規定、公路瀝青路

24、面設計視范(JTJ014-97)中表8執行。 Eo2430L0-0.7 (2-7-16)1 內實驗法：按最佳含水量下制備三組土樣試件，測得不同壓實度與其相對應的回彈模量值，繪成壓實度與回彈模量曲線；查圖求得標準壓實度條件下土的回彈模量值。 3換算法：各地區有條件進行現場或室內土的回彈模量Eo、土性配套指標(Wc、WL、Wp、粒徑組成等)、壓實度(Kh、Kl)，CBR值等實驗，建立室內與現場的土基各種力學指標間的相關關系式，見公路瀝青路面設計規范中表10、表11，再根據相關關系式推算E0值。 承載板測定法，對于新建公路或改建公路的新路基來說，在設計階段路基尚未形成，當然無法測定其土基E0值，常用

25、查表法確定。 4查表法：指在不具備實測條件時，可參考表列的建議值，按下列步驟求得路基的回彈模量值。 (1)按路基高度，參考表2-1-5或表2-1-4或公路瀝青路面設計規范中附錄E表E1，確定路基高度與臨界高度的關系； (2)按該路段的路基高度與路基臨界高度的關系，查表2-2-4或公路瀝青路面設計規范中表6122，確定路基的干濕類型； (3)按路段的干濕類型和土的性質，查表2-2-2，或公路瀝青路面設計規范中表6121，確定路基土的平均稠度；(4)根據該路段路基土的平均稠度Wc、二級自然區劃和土的性質，查表2-7-5或公路瀝青路面設計規范中附錄E表E2對于碎、礫石土和砂土的回彈模量詳見公路瀝青路

26、面設計規范附錄D表D3，確定土基回彈模量E0。 公路瀝青路面設計規范規定：高速公路和一級公路的土基回彈模量值應大于30MPa，其他公路的土基回彈模量值應大于25MPa。 路基建成后應在不利季節實測各路段土基回彈模量代表值，以檢驗是否符合設計值的要求。若代表值小于設計值，應采取翻曬補壓、摻灰處理，調整路面結構、厚度等加強路基的措施，以保證路基路面的強度和穩定性。 三、路面材料設計參數的確定方法 1高速公路、一級公路在初步設計階段應選用沿線筑路材料和外購材料進行混合料配合比設計。在選定配合比的基礎上，按有關規程的規定實測材料設計參數，并確定各層材料回彈模量和抗拉強度的設計值。 2以設計彎沉值計算路

27、面厚度并對結構層進行層底拉應力驗算時，各層材料的模量均采用抗壓回彈模量，瀝青混凝土和半剛性材料的抗拉強度采用劈裂試驗側得劈裂強度。 (1)半剛性材料的抗壓回彈模量，按公路工程無機結合科穩定材料試驗規程(JTJ05794)中T0801-94叫規定的頂面法測定。瀝青混合料的抗壓回彈模量測試方法應按公路工程瀝青及瀝青混合試驗規程(JTJ 0522000)中T0713-2000規定的方法進行。 (2)瀝青混合料的劈裂強度按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程（JTJ052）中T0716-93規定進行，試驗溫度為15C。半剛性材料的劈裂強度按公路工程無機結合料穩定材料試驗規程(JTJ057)中T 0806一

28、94有加載壓條的方法進行。 3各單位可建立半剛性材料的抗壓回彈模量、抗壓強度與齡期的相關關系、劈裂強度與齡期相關關系以及快速養生方法等預估規定齡期的材料模量或強度，經充分論證后作為設計值使用。 4在工程可行性研究或二級、三級公路的初步設計階段，可查表2-7-6、表2-7-7或參考公路瀝青路面設計規范中附錄D表D1、表D2，論證地選用各種材料回彈模量及抗拉強度。第9-5節 瀝青路面結構設計 一、結構設計的一般原則瀝青路面的設計工作包括結構設計與厚度計算兩大部分(圖2-7-6)。厚度計算必須建立在合理的路面結構設計的基礎上，路面結構設計的質量直接關系到路面設計工作的成敗。路面結構設計包括各分層結構

29、設計和結構層組合設計。 在瀝青路面結構設計工作中，應該遵循下述的技術經濟原則： (1)因地制宜，合理選材 路面各結構層所用的材料，尤其是用量大的基、墊層材料，應充分利用當地的天然材料、加工材料或工業副產品，以減少運輸費用和降低工程造價。同時還要注意吸取和應用當地路面設計在選擇材料方面的成功經驗。 (2)方便施工，利于養護 選擇各結構層時還應考慮機具設備和施工條件，在可能的條件下，應盡量采用機械化施工、考慮建成通車后的養護問題。特別是對于高等級公路來說，要求平時養護工作量越少越好，以免影響大交通量的通行。 (3)分期修建，逐步提高 交通量是確定路面等級和路面類型的最主要的因素之一，而交通量是隨時

30、間而逐步增長的。當資金不足時，一般應按近期使用要求進行路面設計(高速公路和一級公路除外)，先以滿足近期需要為主。以后隨著交通量的增長，車型的加重和投資的增多，逐步提高路面等級，增加路面厚度。但在建造時必須注意使前期工程能為后期工程奠定基礎，即能為后期工程所充分利用。 (4)整體考慮，綜合設計 在路面結構設計時，對土基、墊層、底基層、基層和面層都應看做是一個有機的整體。按照土基穩定、基層堅實、面層耐久的要求，充分發揮各結構層的作用，合理選用路面材料，確定適當的結構層厚度，使路面設計既能在整體上滿足強度和穩定性的要求，又能做到經濟、合理和耐久。 (5)考慮氣候因素和水溫狀況的影響 路面結構設計要保

31、證在自然因素和車輪荷載反復作用下，路面整體結構具有足夠的水穩性、干穩定性、冰凍穩定性和高溫穩定性，應預測并要重視當地氣候和水溫狀況可能對路面造成的不利影響。二、瀝青路面各結構層的選擇 1路面等級和面層類型的選擇 路面等級和面層類型應與公路等級和交通量相適應。確定路面等級和面層類型應以政治、經濟、國防、旅游以及經濟發展的需要和設計交通量為主要依據。此外，還應考慮使用需要、材料供應、施工機械設備、地區特點、施工養護工作條件等多方面的因素。具體確定時還可參考表2-4-7。各類瀝青路面的路用特征見公路瀝青路面設計規范表3o2。 路面面層因直接承受行車和自然因素的反復作用，要求強度高(抗拉和抗剪切)、耐

32、磨耗、抗滑、熱穩性好和不透水，因而通常選用粘結力較強的結合料和強度高的集科作為面層材料。交通量越大，公路等級越高，則路面等級也應該越高，厚度也越大，相應的面層層次一般也越多。 在選擇面層類型時，特別應考慮當地的氣候特征如在氣候干旱地區，不宜采用砂礫路面，以免產生嚴重的搓板現象。在多雨地區，要特別重視路面結構層的水穩性和面層透水性問題；對瀝青路面，還要考慮寒冷地區的低溫抗裂性和高溫地區的熱穩性問題，同時還要考慮抗滑性能等問題。 2基層類型的選擇 基層是主要的承重層，應具有足夠的強度、剛度和水穩定性。目前常用的基層類型有瀝青、水泥及工業廢渣穩定類、碎(礫)石嵌鎖類和土、石級配類二種。每類型都有各自

33、的特點，瀝青、水泥和二灰穩定類適用于交通量繁重的公路，其他類型可適用于般交通道路。在選擇基層類型時，首先要考慮充分利用當地材料這一原則。即使當地某些材料不能直接使用，也要從施工工藝、材料組成等方面采用適當措施加以改進，使之得到合理應用。如果所需基層厚度較大時，為了降低造價，可增設底基層，用成本較低、來源較廣，性能稍差的當地材料(如砂、礫等)鋪筑底基層。 應重視瀝青類路面的基層水穩性問題，以土作為結合料的基層，水穩定性較差故在潮濕和中濕路段上，應選用碎石片石、塊石、工業廢渣、不含土的天然砂礫、石灰土、二灰土及水泥穩定砂礫等水穩性好的基層。對于泥結碎(礫)石和級配碎(礫)石屬于水穩定性差的基層，僅

34、限用于干燥路段，不得用于中、潮濕路段，否則將會引起基層含水量增大而導致瀝青路面的嚴重破壞。三、瀝青路面結構組合設計 在路面等級、面層類型、基層類型都選定之后，就應考慮各結構層如何安排的問題。要使整個路面結構既能承受行車荷載和自然因素的作用，又能最大限度地發揮各結構層的效能，這是路面結構組合要解決的問題。 路面結構層的組合設計，就是按行車和環境因素對不同層位的要求，結合各類結構層本身的性能，進行合理的安排。不同的結構組合會產生不同的結果，層次多、厚度大的路面結構，其使用效果不一定好。 路基路面是一個整體結構，各結構層有各自的特性和作用，并相互制約和影響，結構組合不合理，所用材料再好，厚度再大也無

35、濟于事。根據實踐經驗和理論分析，結構組合應遵循下列原則： 1根據各結構層功能組合 遵循路面耐久、基層堅實、土基穩定的原則、結合各結構層功能正確合理的選擇面層、基層和墊層是組合設計的前提條件。就面層來講，不僅要考慮高強、耐磨、熱穩性好和不透水等性能，還應考慮設幾層較為合適。如果交通量繁重的道路，應加設聯結層作為面層下層，以抵抗水平力在面層底產生的切應力。采用空隙大的瀝青混合料或瀝青貫入式碎石做面層時，應在面上加設瀝青砂或瀝青表面處治做封層?；鶎右凶銐虻目箟簭姸?，一定的剛度和水穩定性。交通繁重時，單層應選擇瀝青或水泥(或二灰)穩定類材料并采用雙層式基層，即加設底基層；如果土基水溫狀況不良時，應設

36、石灰土及天然砂礫等墊層。 要使路面有足夠的整體強度還應保證路基的強度和穩定性。否則，單靠加強或增厚面層或基層，并不能收到良好的效果，同時也不經濟合理。穩定路基的一般措施，最經濟最易辦到的方法是，加強路基排水和使路基達到要求的壓實度。 2強度組合 輪載作用于路面表面，其豎向應力和應變隨深度而遞減，因而對各層材料的強度(模量)的要求，也可隨深度而相應減小，見圖2-7-7。因此，路面各結構層應按強度自上而下遞減的方式組合。這樣既能充分發揮各結構層材料的效能，又能充分利用當地材料充當底基層和基層，以降低造價。采用強度(模量)按深度遞減的規律組合路面時，還應注意各相鄰結構層之間的模量不能相差過大。上下兩

37、層模量相差過大時，上層底面將會因下層變形過大而產生較大的拉應變，導致上層被拉裂。因此，規范要求基層同面層之間的模量比不應小于0.35土基與基層的模量比應在0.080.40的范圍內。不滿足上述要求的應更換材料或增加結構層次。當然，在實際使用中，也有模量上小下大的倒裝結構，如在模量較高的半剛性基層與瀝青混凝土面層之間設置碎石過渡層等。這種結構可根據具體情況使用。 層間結合應盡量緊密，避免產生層間滑移，以保證結構的整體性和應力分布的連續性。例如，為了保證瀝青面層與基層的緊密結合，除了根據施工規范的有關規定，采取施工技術措施外，在設計高速公路和一級公路的瀝青路面時，在瀝青面層與半剛性基層之間應設置由瀝

38、青材料組成的聯結層。 4考慮自然水溫條件的不利影響 在潮濕或某些中濕路段上修筑瀝青路面時，由于在中濕和潮濕路基中的水分以液態或氣態形式上升至基層，被不透水的瀝青面層所隔離，不能蒸發而積聚在鄰近面層的基層內。除此之外地面水的滲透和地下水的毛細水上升同樣在基層內產生水分積聚。如果基層材料僅以土為結合料(如泥結碎石、級配礫石)，水穩性差，就會因濕度過大時變軟、強度和剛度急劇下降而導致路面開裂破壞，因此，瀝青路面的基層應選用水穩定性好的材料，特別是在中濕和潮濕路段更應如此。 潮濕路段，為了改善路基的溫度和濕度狀況，防止凍脹和翻漿的出現，保證路面良好的使用品質，還必須設置墊層。墊層一般采用天然砂礫、粗砂

39、、煤渣、礦渣等粒料以及水泥或石灰，煤渣穩定粗粒土，石灰粉煤灰穩定粗粒土等。墊層厚度一般為1525cm左右。在季節性冰凍區有凍脹可能的中濕、潮濕路段，為丁防止產生導致路面開裂的不均勻凍脹，路面總厚度不應小于公路瀝青路面設計規范中表525的規定，道路凍深應按條款5.2.4的計算公式執行，如按強度計算的路面總厚度小于表列厚度規定時，應加厚墊層補足。 5適當的層數和厚度 瀝青路面通常為多層結構，為了便于施工，路面結構層的層數不宜過多。根據材料的最大粒徑并考慮有利于結構層應力分布，有利于壓實成穩定的結構層次等因素以及結合施工經驗；公路瀝青路面設計規范提出了各類結構層最小厚度如友2-7-8所示。為了保證路

40、面的使用質量，該規范還根據理論分析與使用經驗，提出了瀝青層最小總厚度如表2-7-9所示。 每一結構層適宜厚度的確定除了考慮上述兩項規定外，一般還要綜合考慮下面二方面的因素：(1)結構層的造價。出于路面各層造價不同，面層比較貴，而基層、墊層相對比較便宜，因此面層厚度一般相對比較薄。在設計時可根據上述兩表加以選擇和控制，而下面各層相對比較厚：(2)各結構層擴散應力的效果。根據理論分析，基層厚度為1525cm時，增大基層厚度對減小路表面彎沉和減小面層底面拉應力有明顯作用：當基層厚度大于40cm時在增加基層厚度，作用已不明顯。結合使用經驗，基層厚度一般以1525cm為宜；(3)壓實機具的能力、一般來說

41、，瀝青面層一層的壓實厚度最大為68cm；基層一層的壓實厚度為1520cm左右，在有重型機具壓實的條件下，可根據試驗將壓實厚度增加到2025cm左右。在安排各結構層厚度時，應盡量使其與壓實機具所能達到的厚度相適應。第9-6節 新建路面的結構層厚度計算 一、基本原則和有關規定 為了使多層次的瀝青路面結構設計與計算更符合實際情況，目前我國的瀝青路面設計規范采用多指標控制路面結構設計，同時把路面的結構組合、厚度計算和材料組成設計統籌考慮，并采用多層彈性體系理論計算路面結構層厚度，對高速公路、一級公路、二級公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層應進行拉應力驗算。 嚴格地說，瀝青路面在力學性質上為非線性

42、的彈粘塑性體?？紤]到行車荷載的瞬時性，在路面結構中產生彈粘塑性的變形數量很小，對于厚度較大，強度較高的路面，將其視為彈性體，應用彈性層狀體系理論進行分析計算是適合的。彈性層狀體系是由若干個彈性層組成，上面各層具有一定的厚度，最下一層為彈性半空間體。用多層彈性體系理論進行路面結構計算時應考慮各層間的接觸條件。層間的接觸條件可能是連續的，也可能是滑動的，甚至介于兩者之間。我國現行規范采用完全連續體系為層間接觸條件。 二、路面厚度計算步驟 我國現行公路瀝青路面設計規范(JTJ014-97)對瀝青路面厚度計算，仍根據多層彈性理論、層間接觸條件為完全連續體系時，在雙圓均布荷載作用下，輪隙中心處實測路表彎

43、沉值Ls等于設計彎沉值Ld的原則進行計算，力學圖式如圖2-7-8，計算公式：LsLd。F彎沉綜合修正系數；ac理論彎沉系數； E0 、En土基回彈模量值，Mpa；E1 、E2 、En-1各層材料回彈模量值，MPa；h1、h2、hn-1各結構層厚度cm。 計算步驟如下： 1確定單車道累計當量袖次Ne。 2對選定的結構組合，擬定某一層位作為設計層層位。 在擬定的路面結構中，先擬定某一層作為設計層，擬定面層和其他各層的厚度。一般當采用半剛性基層、底基層結構時，可選任一層作為設計層；當采用半剛性基層、粒料類材料為底基層時，應擬定面層、底基層厚度，以半剛性基層為設計層；當采用柔性基層、底基層的瀝青路面時

44、，宜擬定面層、底基層的厚度，求算基層厚度。此時若求得基層厚度過厚時，可考慮選用瀝青碎石或乳化瀝青碎石做上基層，以減薄路面總厚度，增加結構強度和穩定性。 3確定設計彎沉值Ld。 4確定路面材料設計參數。 在初步設計階段應選用沿線材料和外購材料進行配合比設計。在選定配合比的基礎上，按有關規程的規定實測材料設計參數，并論證地確定各層材料(瀝青混合料在15C、20C時)的抗壓回彈模量E1和劈裂強度PS、抗拉強度結構系數Ks、容許拉應力R。 5確定土基的回彈模量Eo。 6根據某車道累計軸次Ne、設計彎沉值Ld、各結構層的回彈模量E1與劈裂強度PS、土基回彈模量E0、已知結構層的厚度hi等利用專用設計程序

45、即可求得某一結構層的厚度。 三、路面結構層拉應力驗算步驟 我國瀝青路面設計除以設計彎沉作為設計控制指標外，對高速公路、一級公路、二級公路還要驗算瀝青混凝土面層和整體性材料基層層底的拉應力。要求結構層底面計算點的最大彎拉應力不大于該結構層材料的容許拉應力，即：mR。對于結構層底面的最大拉應力m的確定，仍由彈性層狀體系理論計算求得。 1層底拉應力計算圖式 路面結構層底彎拉應力的計算仍然以多層彈性層狀體系理論為基礎，層間接觸條件為完全連續體系，其計算圖式如圖2-7-9所示。2層底彎拉應力計算公式整體性材料層底拉應力值m。采用最大拉應力的理論公式： 驗算瀝青混凝土面層及半剛性材料的基層、底基層的層底拉

46、應力時，以單圓的中心點B，單回半徑的二分之一點D，單圓的內側邊緣點E及雙圓間隙中心點C為計算點，并取最大值作為層底最大拉應力， 3計算步驟 在即定的結構組合及已知各結構層厚度的前提下才可按下列步驟進行整體性結構層層底拉應力的驗算 (l)確定路面材料設計參數 確定各結構層的劈裂強度PS、容許拉應力R，路面設計彎沉值Ld。 (2)確定系數 確定公路等級系數、面層類型系數、基層類型系數、路面設計年限、車道橫向分配系數、交通量年增長率。 (3)確定當量軸次 當以設計彎沉值為指標及瀝青層層底拉應力驗算時，應確定相應的路面竣工后第一年的日當量軸次、設計年限內一個車道上的累計當量軸次；當進行半剛性基層層底拉

47、應力驗算時，應確定出相對應的路面竣工后第一年的日當量軸次、設計年限內個車道上的累計當量軸次。 (4)根據以上的計算參數利用專用設計程序即可完成層底拉應力驗算。第9-7節 原有路面補強設計 瀝青路面在使用年限內其使用性能和承載力會不斷降低，當路面超過設計使用年限或軸載增加便不能滿足正常行車的要求，而需補強或改建。為了解路面現有結構狀況和強度，據以判斷是否需要加強或預估剩余使用壽命，應對使用中的路面進行結構狀況的調查與評定，分析路面損壞原因及提出處理措施。路面補強設計工作包括現有路面結構狀況調查、彎沉測定以及補強厚度計算。 一、路面結構狀況調查與評定 現有路面狀況調查工作包括如下內容： 1交通調查 對于當前的交通量和車型組成進行實地觀測。通過調查分析預估交通增長趨勢，確定年平均增長率。 2路基狀況調查 調查沿線路基土質，填挖高度、地面排水情況、地下水位，以確定路基土