1、第一节第一节 概述概述第二节第二节 弹性层状体系理论弹性层状体系理论第三节第三节 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计第四节第四节 沥青路面的设计指标与标准沥青路面的设计指标与标准第五节第五节 我国沥青路面设计方法我国沥青路面设计方法第六节第六节 国外沥青路面设计方法简介（自学）国外沥青路面设计方法简介（自学）【本章目录本章目录】 结构组合设计结构组合设计材料组成设计材料组成设计厚度设计验算厚度设计验算 结构方案比选结构方案比选路肩构造设计路肩构造设计排水系统设计排水系统设计第一节第一节 概述概述一、沥青路面设计的内容一、沥青路面设计的内容 路基路面整体综合设计原则路基路面整体综合设计原则
2、 密切结合自然条件及实践基础原则密切结合自然条件及实践基础原则 满足交通与使用要求原则满足交通与使用要求原则 因地制宜、合理选材原则因地制宜、合理选材原则 保护自然生态与沿线环境原则保护自然生态与沿线环境原则 工厂及机械化施工、方便施工原则工厂及机械化施工、方便施工原则 技术与经济性并重原则技术与经济性并重原则 分期修建、方便养护原则分期修建、方便养护原则二、二、 沥青路面设计的原则沥青路面设计的原则三、三、 沥青路面设计的方法沥青路面设计的方法经验法：经验法：AASHTO法；法；CBR法。法。 依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点特点是符合试验
3、是符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际。地的实际，但是不能结合不同地方的实际。力学经验法（力学经验法（M-E）：AI法；法；SHELL法；我国设计方法。法；我国设计方法。 依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特特点点是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。典型结构法：典型结构法：法国方法；中国八法国方法；中国八五研究成果。五研究成果。 通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点特点是是减少了设计的随意性，具有结构使
4、用性能明确，结构图统一。减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。优化设计法优化设计法 通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成熟。熟。四、四、 沥青路面厚度设计的基本过程沥青路面厚度设计的基本过程确定交通量：确定交通量：如车型、轴重、轮胎压力、各车型通过如车型、轴重、轮胎压力、各车型通过数及横向分布；数及横向分布；路面结构组合路面结构组合：确定材料品种及其它参数；确定材料品种及其它参数；参数修正参数修正：路面设计的指标与标准确定路面设计的指标与标准确定：运用基本关系式进行设计运用基本关系式进行设计计算或验算计算或
5、验算1、标准轴载及轴载当量换算、标准轴载及轴载当量换算 标准轴载标准轴载 车辆的类型不同，它们的轴载也不相同，在计算累计当量轴次时，车辆的类型不同，它们的轴载也不相同，在计算累计当量轴次时，需将各级轴载换算成标准轴载。我国路面设计以双轮组单轴载需将各级轴载换算成标准轴载。我国路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，各参数见下表。为标准轴载，各参数见下表。标准轴载标准轴载BZZ-100各项参数各项参数 表表2 标准轴载名称标准轴载名称BZ-100标准轴载名称标准轴载名称BZ-100标准轴载P（kN）100轮胎接地压力p(MPa)0.7两轮中心距(cm)1.5d单轮当量圆直径d(cm)21.3
6、五、沥青路面交通等级五、沥青路面交通等级轴载当量换算轴载当量换算 换算原则换算原则等破坏原则：等破坏原则：作用在同一结构上的作用在同一结构上的A荷载使其破坏的次数为荷载使其破坏的次数为a； B荷荷 载使其破坏的次数为载使其破坏的次数为b，则（，则（A-a）等效（）等效（B-b）等厚度原则：等厚度原则：对某一种交通组成，不同标准轴载换算所得轴载作用对某一种交通组成，不同标准轴载换算所得轴载作用 次数设计计算确定的路面厚度相同。次数设计计算确定的路面厚度相同。 按弯沉或弯拉应力为指标将不同车型、不同轴载的作用次数换按弯沉或弯拉应力为指标将不同车型、不同轴载的作用次数换算为与标准轴载算为与标准轴载1
7、00KN相当的轴载作用次数。相当的轴载作用次数。当量轴次当量轴次2、沥青路面设计的荷载换算方程、沥青路面设计的荷载换算方程1）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时4.3511211kiSPNC C nP式中：式中：N标准轴载的当量轴次，次标准轴载的当量轴次，次/日；日；n1被换算车辆的各级轴载作用次数，次被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；日；PS标准轴载标准轴载100KN； Pi被换算车辆的各级轴载，被换算车辆的各级轴载，KN；k被换算车辆的类型数；被换算车辆的类型数；C1轴载系数，轴载系数， C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距
8、大于是轴数。当轴间距大于3米时，按单独米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于的一个轴载计算，当间距小于3米时，按双轴或多轴计算。米时，按双轴或多轴计算。C2轮组系数，单轮组为轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为，双轮组为1，四轮组为，四轮组为0.38。适宜适宜25130KN2）当进行半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时）当进行半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时811211kiSPNC C nP 1C被换算车型各级轴载的轴数系数被换算车型各级轴载的轴数系数被换算轮组系数，单轮组为被换算轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为，双轮组为1.0，四轮组为，四轮组为0.09C当轴间距大于当轴间距大
9、于3m时，按单独的一个轴计算，轴数系数即为轴数时，按单独的一个轴计算，轴数系数即为轴数m；当轴间距小于当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，时，按双轴或多轴计算，C1=1+2（m-1),m是轴数。是轴数。3）对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时）对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时12211)(PPnCCNiiKi适宜适宜50130KN3. 设计年限累计当量标准轴载设计年限累计当量标准轴载11365(1)1365(1)1(1)tettetNNNN车道系数车道系数公路无分隔时，路面窄取高值，路面宽取低值公路无分隔时，路面窄取高值，路面宽取低值 由于车道数和车道宽度不同，车轮轮迹在横向分布的频率也
10、不由于车道数和车道宽度不同，车轮轮迹在横向分布的频率也不同，即路面横向各点实际所受轴载重复作用次数也随车道数、车道同，即路面横向各点实际所受轴载重复作用次数也随车道数、车道宽度增加而减少，所以引人车道系数宽度增加而减少，所以引人车道系数来考虑这一影响。来考虑这一影响。所以，在设计年限内一个车道上累计当量轴次所以，在设计年限内一个车道上累计当量轴次 Ne可参照下式计算：可参照下式计算：车道系数表车道系数表 表表3车道系数车道系数车道特征车道特征车道系数车道系数车道特征车道特征0.300.40双向六车道1.00双向单车道0.250.35双向八车道0.600.70双向两车道0.400.50双向四车道
11、4、路面设计年限、路面设计年限 根据公路等级、公路在路网中的功能定位、当地国民经根据公路等级、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。济发展的需求以及投资条件等因素，经综合论证后确定。公路等级及其功能公路等级及其功能设计年限（年）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各级公路沥青路面设计年限各级公路沥青路面设计年限 表表1 -至少至少城市道路城市道路设计年限（年）设计年限（年）快速路、主干路20次干路15支路1015城市道路设计年限城市道路设计年限 表表2练习题：练习题： 某双向四车道高速公路，通过调查得到某双向四车道高
12、速公路，通过调查得到N1=2100次次/日，前日，前5年交通增长率为年交通增长率为9.14%，以后交通增长率，以后交通增长率为为8.39% 求：求：Ne 。4. 交通等级交通等级 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交通等级来划来划分。我国沥青路面分为分。我国沥青路面分为轻交通、中等交通、重交通和特重交通轻交通、中等交通、重交通和特重交通四个等四个等级，其划分有两种方法：第一种方法以设计年限内一个车道通过的级，其划分有两种方法：第一种方法以设计年限内一个车道通过的标标准当量轴次准当量轴次进行划分；第二种方法以营运车辆中大客车、中型货车
13、、进行划分；第二种方法以营运车辆中大客车、中型货车、大型货车、拖挂车等车型在一个车道上的大型货车、拖挂车等车型在一个车道上的日平均车辆数日平均车辆数(辆辆/d/车道车道)进进行划分，取两种方法得出的较高交通等级作为沥青路面交通等级，见行划分，取两种方法得出的较高交通等级作为沥青路面交通等级，见下表下表4.沥青路面交通等级沥青路面交通等级 表表41.00交通等级交通等级BZ-100累计标准轴次累计标准轴次Ne (次次/车道车道)大客车及中型以上各种货车交通大客车及中型以上各种货车交通量量Nn (辆辆/d/车道车道)轻交通31062.51073000第二节第二节 弹性层状体系理论简介弹性层状体系理
14、论简介一、一般概念一、一般概念 1）各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向）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；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）最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，大， 其上各层厚度为有限、水平方向为无限大；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）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；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）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
15、和位移连续而无体系），或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（称滑动体系）；摩阻力（称滑动体系）；5）不计自重。）不计自重。（一）基本假设（一）基本假设ph1hiEi iE1 1En n弹性层状体系示意图弹性层状体系示意图 （二）力学图式（二）力学图式将路基路面看作弹性层将路基路面看作弹性层状体系。因为层状体系状体系。因为层状体系和竖直荷载都对称于荷和竖直荷载都对称于荷载轴载轴z，可以采用，可以采用圆柱圆柱坐标坐标来简化计算。来简化计算。zzdzrzrz rrzrzrzd r 在圆柱坐标中，体系的微分单元上作用有三个法向应力在圆柱坐标中，体系的微分单元上作用有三个法向应力r(径向）径向）、（切
16、向）、（切向）、z（竖向）及三对剪应力（竖向）及三对剪应力rz=zr，r=r，z=z。此外，单元。此外，单元体还有三个位移分量：体还有三个位移分量：U (径向）、径向）、 V （切向）、（切向）、 W （竖向）。当作用在（竖向）。当作用在层状体系表面上的荷载为轴对称荷载时，各应力、应变和位移分量也对称层状体系表面上的荷载为轴对称荷载时，各应力、应变和位移分量也对称于对称轴，即它们仅是于对称轴，即它们仅是r和和z的函数，因而，的函数，因而， r=r=0，z=z=0，三对剪，三对剪应力简化为一对；同理，切向位移应力简化为一对；同理，切向位移V=0。 （三）（三）应力、应变关系式：应力、应变关系式：
17、)(1zrrE)(1rzE)(1rzzEzrE1 (2G1zrzr）物理方程：物理方程：体系内任一点的主应力可解下列一元三次方程求得：体系内任一点的主应力可解下列一元三次方程求得：0III322132zr2z2rrzzr2Izrrzr2I2zr2z2rzzr3其中：其中：I1 为第一应力状态不变量；为第一应力状态不变量；I1=r+zI2 为第二应力状态不变量；为第二应力状态不变量；I3 为第三应力状态不变量；为第三应力状态不变量；解出三个实根解出三个实根1、2、3；且；且123，1为最大主应力为最大主应力，3为最小主应力；为最小主应力；则则最大剪应力：最大剪应力： 至于水平荷载作用下，属非对称
18、问题，求解更复杂，但现国内外都已至于水平荷载作用下，属非对称问题，求解更复杂，但现国内外都已求得其解，且求得了在竖向、水平荷载共同作用下的解。求得其解，且求得了在竖向、水平荷载共同作用下的解。2/ )(31max应力函数应力函数 二、弹性双层体系解二、弹性双层体系解弹性层状体系中最简单的情况弹性层状体系中最简单的情况 将路基看成弹性半无限体，路面结将路基看成弹性半无限体，路面结构看成构看成E、不同于路基的均质弹性层。不同于路基的均质弹性层。1、单圆图式：、单圆图式：rrWEpW02弯沉有关。和计算点位置（、它与路面结构数函数的积分，是含有贝塞尔函数和指弯沉系数),EEW10zrhrzpE1、1
19、E0、0r 当求算当求算路表面荷载中心处路表面荷载中心处的弯沉的弯沉W0时，时，r/=z/=0，弯沉系，弯沉系数可利用计算机求得数可利用计算机求得0=0.35，1=0.25时的值，并绘制成诺谟图时的值，并绘制成诺谟图（图图14-4），以便使用。），以便使用。hrrWEpW02弯沉rW2、双圆图式：、双圆图式：errreWEpWEpWWEpW05 . 10210222)(2 实用上已绘出实用上已绘出0=0.35，1=0.25时的时的eWzpE1、1E0、0ehr1022LLEpEpA或点弯沉路表面轮隙中心二、弹性三层体系解二、弹性三层体系解将路基分为面层、基层和路基三个层次将路基分为面层、基层和
20、路基三个层次1、单圆图式：、单圆图式：zpE1、1E0、0rE2、2hHABC为理论弯沉系数、LL2、双圆图式：、双圆图式：zpE1、1E0、0rE2、2hHABCD层底拉应力：层底拉应力：上层表面最大剪应力：上层表面最大剪应力：路表轮迹中心路表轮迹中心A点弯沉：点弯沉：三层体系表面弯沉系数诺谟图三层体系表面弯沉系数诺谟图三层体系上层底面拉应力系数诺谟图三层体系上层底面拉应力系数诺谟图（上层、中层层间连续）三层体系表面最大剪应力系数诺谟图三层体系表面最大剪应力系数诺谟图 四、应力和位移状况分析：四、应力和位移状况分析：2、路表弯沉、路表弯沉 ：竖向应变的总和，竖向应变的总和，7090%系由路基
21、提供。当各层系由路基提供。当各层E定时，定时，H、h2时，厚度增加对弯沉无显著影响。一般，基层厚度对弯沉的影响比面时，厚度增加对弯沉无显著影响。一般，基层厚度对弯沉的影响比面层大，层大，E0影响比影响比E2大得多，大得多，E0增大增大20%相当于相当于E2增大增大100%的效果。的效果。1、路基应力：、路基应力：路基顶面的竖向应力路基顶面的竖向应力z受路面面层和基层厚度、模量的影响。受路面面层和基层厚度、模量的影响。增加基层的厚度或模量（特别是模量），增加基层的厚度或模量（特别是模量），收效比增加面层的大。收效比增加面层的大。所以要弯沉减少，以提高所以要弯沉减少，以提高E0为宜，其次才是为宜，
22、其次才是E2和和H。3、面层底面拉应力、面层底面拉应力1 ：E2对其影响极大，对其影响极大，E2，1，H/， 1 ，当当H/2时，时， 1变化较大。变化较大。4、基层底面拉应力、基层底面拉应力2 ：随随E2 而而 ，随，随E0增大而减小，在增大而减小，在h/大约大约0.5时，时， 2达最大。所以面层不宜达最大。所以面层不宜 h =0.5(约约4-6cm）。）。5、路面表面最大剪应力、路面表面最大剪应力max： 与面层、基层、路基模量比和厚度比有与面层、基层、路基模量比和厚度比有关，但影响不大，应关，但影响不大，应主要提高面层抗剪能力，或采用主要提高面层抗剪能力，或采用 E2较大的基层。较大的基
23、层。多层路面换算：多层路面换算： 对于多层体系可用电子计算机求解，当条件不具备时，可换算为三对于多层体系可用电子计算机求解，当条件不具备时，可换算为三层（或双层）体系计算。进行等效换算。层（或双层）体系计算。进行等效换算。 1、等效路表回弹弯沉的结构层换算：、等效路表回弹弯沉的结构层换算：E0H E2h1 E1h2 E2 2h1 E1 1Hn-1 En-1 n-1E0 0422i1n2iiEEhH. 2、等效上层底面拉应力的结构层换算：、等效上层底面拉应力的结构层换算：E0H2 Ej+1H1 E jHn-1 En-1 n-1h2 E2 2h1 E1 1Hj+1 Ej+1 j+1E0 0H j
24、E j j4jij1ii1EEhH0.91ji1n1ii2EEhHj42-ni2n1ii1EEhH 3、等效中层底面弯拉应力的结构层换算：、等效中层底面弯拉应力的结构层换算：h2 E2 2h1 E1 1Hn-2 En-2 n-2E0 0Hn-1 En-1 n-1E0Hn-1 En-1H1 En-2例题：例题： 一五层体系，请换算成三层体系一五层体系，请换算成三层体系, 以便计算路面弯沉值和以便计算路面弯沉值和第一、第二、第四层层底拉应力，求第一、第二、第四层层底拉应力，求h。层层位位五层体系五层体系表面弯沉表面弯沉第一层层底拉应力第一层层底拉应力第二层层底拉应力第二层层底拉应力第四层层底拉应力
25、第四层层底拉应力E (MPa)h(cm)EhEhEhEh115006.515006.515006.5800?17.61500?29.8280010800?30.54800?21.42350010500?19.264250202502053535353535一、柔性路面结构组合一、柔性路面结构组合 结构层的组合设计结构层的组合设计按行车和自然因素对不同层位的要求，结合按行车和自然因素对不同层位的要求，结合各类结构层本身的性质进行合理的安排。各类结构层本身的性质进行合理的安排。不同结构组合会产生不同的结果，例如：不同结构组合会产生不同的结果，例如： 1、某重冰冻地区，地下水位深、某重冰冻地区，地下
26、水位深80cm，采用的路面结构组合是：，采用的路面结构组合是：5cm沥青混凝土面层，沥青混凝土面层， 6cm沥青碎石整平层，沥青碎石整平层，30cm炉渣石灰石基层，路炉渣石灰石基层，路面总厚度面总厚度41cm。 经使用多年路面保持良好状态。经使用多年路面保持良好状态。2、某中冰冻地区，地下水位深大约、某中冰冻地区，地下水位深大约2m，采用的路面结构组合是：，采用的路面结构组合是： 5cm沥青混凝土面层，沥青混凝土面层， 7cm沥青碎石整平层，沥青碎石整平层， 30cm天然砂砾基层，天然砂砾基层， 30cm石灰土底基层，路面总厚度石灰土底基层，路面总厚度72cm。 通车数月后，面层出现大量较宽的
27、网裂，继而出现坎坷不平，最通车数月后，面层出现大量较宽的网裂，继而出现坎坷不平，最后全部松散，需重新翻修。后全部松散，需重新翻修。 ？第三节第三节 沥青路面结构组合设计沥青路面结构组合设计1、沥青路面结构组合设计原则、沥青路面结构组合设计原则 详细组合原则详细组合原则 轻交通轻交通中等交通结构组合设计原则中等交通结构组合设计原则 重交通结构组合设计原则重交通结构组合设计原则 2、沥青路面结构组合、沥青路面结构组合3、沥青路面设计要求、沥青路面设计要求沥青混合料的最小压实厚度与适宜厚度沥青混合料的最小压实厚度与适宜厚度结构层最小压实厚度与适宜厚度结构层最小压实厚度与适宜厚度最小防冻层厚度（最小防
28、冻层厚度（cm）贫混凝土基层材料的强度要求贫混凝土基层材料的强度要求公路等级公路等级沥青层推荐厚度（沥青层推荐厚度（cm）公路等级公路等级沥青层推荐厚度（沥青层推荐厚度（cm）高速公路高速公路1218三级公路三级公路24一级公路一级公路1015四级公路四级公路12.5二级公路二级公路510沥青层推荐厚度沥青层推荐厚度4、沥青路面的设计指标与标准、沥青路面的设计指标与标准弯沉弯沉(我国我国)第四节第四节 我国沥青路面设计方法我国沥青路面设计方法 我国沥青路面设计方法：我国沥青路面设计方法：双圆垂直均布荷载双圆垂直均布荷载作用下的作用下的多层多层弹性体系弹性体系理论，以理论，以路表回弹弯沉值路表回
29、弹弯沉值和沥青混凝土层和沥青混凝土层弯弯拉应力拉应力、半刚性及刚性材料基层、半刚性及刚性材料基层弯拉应力弯拉应力为设计指标进行为设计指标进行路面结构厚度设计。城市道路尚须进行沥青面层的路面结构厚度设计。城市道路尚须进行沥青面层的剪应力剪应力验算验算。 设计指标及验算指标必须小于其极限标准设计指标及验算指标必须小于其极限标准 。我国沥青路面设计方法我国沥青路面设计方法Rmdsll 一、设计指标与极限标准一、设计指标与极限标准3）以弯沉作为设计指标的原因）以弯沉作为设计指标的原因 路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形之路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形之和，反映了路面整体刚度
30、的强弱。当路面在车辆荷载反和，反映了路面整体刚度的强弱。当路面在车辆荷载反复作用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程度时，复作用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程度时，路面结构即产生疲劳开裂，从而可在一定程度上建立起路面结构即产生疲劳开裂，从而可在一定程度上建立起路面损坏与弯沉、弯沉与轴载作用次数间的关系。路面损坏与弯沉、弯沉与轴载作用次数间的关系。 路表弯沉值可以简单地量测，操作简便；压应变、拉应路表弯沉值可以简单地量测，操作简便；压应变、拉应变指标测试较困难。弯沉指标既可作为设计指标，又可变指标测试较困难。弯沉指标既可作为设计指标，又可以作为质量检验、路面养护的评价手段。以作为质量检验、
31、路面养护的评价手段。4）以层底拉应力作为设计指标的原因）以层底拉应力作为设计指标的原因3. 弯沉概念及测定弯沉概念及测定RldlTRdAll/相对弯沉变化系数，约为1.21）弯沉概念）弯沉概念2）弯沉测定）弯沉测定4. 设计弯沉值的调查与分析设计弯沉值的调查与分析eRNBl连片严重龟（网）裂或伴有车辙、沉陷连片严重龟（网）裂或伴有车辙、沉陷坏坏五五无明显变形，有较多纵横向裂纹或局部网裂无明显变形，有较多纵横向裂纹或局部网裂较坏较坏四四平整、无变形、有少量纵向或不规则裂纹平整、无变形、有少量纵向或不规则裂纹中中三三平整、无变形、少量发裂平整、无变形、少量发裂较好较好二二坚实、平整、无裂纹、无变形
32、坚实、平整、无裂纹、无变形好好一一路面表面外观特征路面表面外观特征外观状况外观状况外观等级外观等级沥青路面按外观划分的外观等级沥青路面按外观划分的外观等级dsll 5. 设计弯沉值设计弯沉值dl相对弯沉变化系相对弯沉变化系数，约为数，约为1.21.2（容许弯沉）（容许弯沉）sl6. 路面结构的弯沉计算路面结构的弯沉计算36. 0038. 0)()2000(63. 1pElFsdLL s路面结构设计时，实测弯沉取容许弯沉。即路面结构设计时，实测弯沉取容许弯沉。即修正系数修正系数F回归方程：回归方程：FEpL0s21000弹性三层体系表面的回弹弯沉为：弹性三层体系表面的回弹弯沉为： 由于上两式中包
33、含了由于上两式中包含了F，而，而F又含有又含有ls，故计算时需用试算法。先，故计算时需用试算法。先定一个定一个ls,算出算出F，再按上式求出，再按上式求出ls，如，如ls与与ls相差较大，则重新假定相差较大，则重新假定ls反复计算，直到两者相近为止。当然也可将反复计算，直到两者相近为止。当然也可将F代入上式，直接解出代入上式，直接解出ls:61.1158.0003.161.1L03.10s)(4398)Ep(4398EEpLs或R7. 容许弯拉应力容许弯拉应力Rmm9. 路面结构的弯拉应力计算路面结构的弯拉应力计算二、路面结构厚度设计方程式与设计参数二、路面结构厚度设计方程式与设计参数 沥青路
34、面在结构层材料选型、层位确定、结构层厚度初沥青路面在结构层材料选型、层位确定、结构层厚度初步设定以后，路面设计验算阶段主要参考拟定的路面结构在步设定以后，路面设计验算阶段主要参考拟定的路面结构在经受设计使用期当量标准轴载的反复作用之后，是否满足经受设计使用期当量标准轴载的反复作用之后，是否满足弯弯沉和弯拉应力沉和弯拉应力两项设计控制指标的要求，即是否满足：两项设计控制指标的要求，即是否满足：Rmdsll Ne , E0,u0,u1un-1,h1hi-1,hi+1hn-1NeE0,u01、路面结构的设计参数、路面结构的设计参数2、路基回弹模量、路基回弹模量E0的确定的确定3、结构层回弹模量、结构
35、层回弹模量E1的确定的确定 以设计弯沉值计算路面厚度并对结构层进行层底拉应力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测得的劈裂强度。和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验测得的劈裂强度。 以路面设计弯沉计算路面厚度时，采用以路面设计弯沉计算路面厚度时，采用20的抗压模量，的抗压模量，验算层底拉应力以验算层底拉应力以15的抗压模量为计算值。的抗压模量为计算值。 1） 半刚性结构层半刚性结构层 半刚性材料的抗压回弹模量按我国半刚性材料的抗压回弹模量按我国公路
36、工程无机结合料稳公路工程无机结合料稳定材料试验规程定材料试验规程（JTG 057-94）有关规定进行试验测定，并）有关规定进行试验测定，并按按规定龄期规定龄期，测定各类混合料的抗压回弹模量值。，测定各类混合料的抗压回弹模量值。 水泥稳定类材料：水泥稳定类材料：90d; 石灰稳定类材料：石灰稳定类材料：180d； 水泥粉煤灰稳定类材料：水泥粉煤灰稳定类材料：120d。2） 沥青混合料结构层沥青混合料结构层 沥青混合料结构层的抗压回弹模量按我国沥青混合料结构层的抗压回弹模量按我国公路工程沥青及公路工程沥青及沥青混合料试验规程沥青混合料试验规程（JTG 052-2000）有关规定进行试验测定。）有关
37、规定进行试验测定。 以以路表弯沉路表弯沉为设计试验指标时，取标准试验温度为为设计试验指标时，取标准试验温度为20； 以以层底弯拉应力层底弯拉应力为设计试验指标时，取标准试验温度为为设计试验指标时，取标准试验温度为15 。4、 结构层材料的极限弯拉强度结构层材料的极限弯拉强度s 我国规范规定采用我国规范规定采用间接拉伸试验间接拉伸试验，即劈裂试验来测定。，即劈裂试验来测定。 路面结构层的各项设计参数，包括抗压回弹模量和弯拉极路面结构层的各项设计参数，包括抗压回弹模量和弯拉极限强度，原则上都应该在确定原材料之后，配合工程，按规定限强度，原则上都应该在确定原材料之后，配合工程，按规定取样后在实验室完
38、成测定工作。取样后在实验室完成测定工作。fabchd道路冻深： a、b、c路面结构材料的热物性系数、路面横断面填挖系数路面结构材料的热物性系数、路面横断面填挖系数 和路基潮湿类型系数。和路基潮湿类型系数。 f最近最近10年冻结指数平均值，即冬季负温度累积值，年冻结指数平均值，即冬季负温度累积值， 由气象资料定由气象资料定。若结构层总厚度小于最小防冻厚度，应增加防冻垫层若结构层总厚度小于最小防冻厚度，应增加防冻垫层。 在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段要验算，与当地冬在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段要验算，与当地冬季负温度的累积值、路面结构层材料的热物性、路基潮湿类季负温度的累积值、路面结构层材料
39、的热物性、路基潮湿类型、路基土类以及道路冻深有关。型、路基土类以及道路冻深有关。5、防冻厚度检验、防冻厚度检验6、新建路面厚度设计、新建路面厚度设计新建路面厚度设计新建路面厚度设计E0NeRm新建路面厚度设计程序新建路面厚度设计程序实例一实例一 如图所示路面结构：如图所示路面结构： (1)设计弯沉值设计弯沉值ld=0.6mm，求，求h2=? (2)若若h2=250mm，求，求ls=？实例一实例一2222161.1158.0003.1hh)(4398？KKK？EEpLLLs三层体系表面弯沉系数诺谟图三层体系表面弯沉系数诺谟图61. 1158. 0003. 1)(4398EEpLs实例二实例二1、
40、以、以路表弯沉路表弯沉为设计指标为设计指标问题转化为：问题转化为： 第第1步步 已知设计弯沉已知设计弯沉ld，求，求H=？(求解过程见实例一（求解过程见实例一（1）) 第第2步步 由由 h3=? 4 . 22i52iiEEhHH=? E2=700先求先求2、以、以(和基层和基层)层底拉应力为设计指标层底拉应力为设计指标问题转化为：问题转化为： 第第1步步 已知容许拉应力已知容许拉应力 ，求，求H=？ 第第2步步 由由 h3=? 1R0.92i52iiEEhH先求先求H=? E=7002、以、以(沥青面层和沥青面层和)层底拉应力为设计指标层底拉应力为设计指标问题转化为：问题转化为： 第第1步步
41、已知容许拉应力已知容许拉应力 ，求，求H1=？ 第第2步步 由由 h3=? 3R43i31ii1EEhHE1=700 H1=? E2=250 H2=? 0.94i54ii2EEhH先求先求 甲乙两地之间计划修建一条甲乙两地之间计划修建一条四车道四车道的的一级公路一级公路，在使用期，在使用期内交通量的年平均增长率为内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于。该路段处于IV7区，为粉质区，为粉质土，稠度为土，稠度为1.0，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如表所示，试进行路面设计路竣工后第一年的交通组成如表所示，试进行路面设计
42、。新建路面的厚度设计实例新建路面的厚度设计实例1、交通分析、交通分析 1）轴载换算（）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力弯沉及沥青层弯拉应力分析时）分析时）2）轴载换算（）轴载换算（半刚性层弯拉应力半刚性层弯拉应力分析时）分析时）注：轴载小于注：轴载小于50KN的轴载作用可以不计的轴载作用可以不计。作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时 作半刚性基层层底弯拉应力验算时作半刚性基层层底弯拉应力验算时1571113651 0113652091 045 109 1001te (r)- (.) - NN.r. 1561113651 0113651897 045 99 1001
43、te (r) (.)NN.r. 3）累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）1）设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为）设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为900万次左右。万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用如下形式：灰供应，路面结构面层采用如下形式：2、初拟结构组合和材料选取、初拟结构组合和材料选取4cm 细粒式密级配沥青混凝土细粒式密级配沥青混凝土6cm 中粒式密级配沥青混凝土中粒式密级配沥青混凝土8cm 粗粒式密级配沥青混凝土粗粒式密级配沥青混凝土 20cm
44、 水泥稳定碎石基层水泥稳定碎石基层 ？cm 石灰土石灰土E0 路基路基3、各层材料的抗压模量与劈裂强度、各层材料的抗压模量与劈裂强度材料名称材料名称抗压回弹模量（抗压回弹模量（MPa）劈裂强度劈裂强度（MPa）2015细粒式密级配沥青混凝土细粒式密级配沥青混凝土140020001.4中粒式密级配沥青混凝土中粒式密级配沥青混凝土120018001.0粗粒式密级配沥青混凝土粗粒式密级配沥青混凝土100012000.8水泥碎石水泥碎石150035500.5石灰土石灰土55014800.225以弯沉为设计以弯沉为设计验算指标时验算指标时以层底拉应力为以层底拉应力为设计验算指标时设计验算指标时 该路段处
45、于该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为区，为粉质土，稠度为1.0，查表，查表“二级二级自然区划各土组土基回弹模量参考值自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”得土基回弹模得土基回弹模量为量为40MPa。cmAAANlBsced0235. 00 . 10 . 10 . 1)1009. 1 (6006002 . 072 . 04、土基回弹模量的确定、土基回弹模量的确定 本公路为一级公路，公路等级系数本公路为一级公路，公路等级系数AC取取1.0，面层是沥青，面层是沥青混凝土，面层类型系数混凝土，面层类型系数AS取取1.0，半刚性基层，路面结构类型，半刚性基层，路面结构类型系数系数AB取取1.0。
46、设计弯沉值为：设计弯沉值为：5、设计指标的确定、设计指标的确定计算设计弯沉值计算设计弯沉值6、设计指标的确定、设计指标的确定-容许拉应力容许拉应力1） 细粒式密级配沥青混凝土细粒式密级配沥青混凝土:2）中粒式密级配沥青混凝土）中粒式密级配沥青混凝土:3）粗粒式密级配沥青混凝土）粗粒式密级配沥青混凝土:4）水泥碎石）水泥碎石:5）石灰土）石灰土:MpaANKCesspR3144. 00 . 1/)109 . 9(09. 00 . 1/09. 00 . 122. 0622. 0MpaANKCesspR2515. 00 . 1/)109 . 9(09. 08 . 0/09. 08 . 022. 06
47、22. 0MpaANKCesspR4402. 00 . 1/)109 . 9(09. 04 . 1/09. 04 . 122. 0622. 0MpaANKCesspR0850. 00 . 1/)109 . 9(35. 0225. 0/35. 0225. 011. 0611. 0MpaANKCesspR2429. 00 . 1/)109 . 9(35. 05 . 0/35. 05 . 011. 0611. 07、设计资料汇总、设计资料汇总 【设计弯沉值为设计弯沉值为23.5（0.01mm）】8、确定石灰土层厚度、确定石灰土层厚度 通过程序设计计算得到，石灰土的厚度为通过程序设计计算得到，石灰土的
48、厚度为40.29cm，沥，沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.2429MPa，石灰土层底最大拉应力，石灰土层底最大拉应力0.085MPa。 上述设计结果满足指标要求，底基层厚度上述设计结果满足指标要求，底基层厚度40cm。沥青路面结构设计软件沥青路面结构设计软件Fd2006简介简介新建沥青路面厚度计算示例新建沥青路面厚度计算示例1、基本资料、基本资料 （1）自然地理条件）自然地理条件 新建新建高速高速公路地处公路地处2区，为区，为双向四车道双向四车道，拟采用沥青路面结构，拟采用沥青路面结构进行进行施工图设计施工图设计，沿线土
49、质为，沿线土质为中液限黏性土中液限黏性土，填方路基高，填方路基高1.8m，地，地下水位距路床下水位距路床2.4m，属中湿状态；年降雨量为，属中湿状态；年降雨量为620mm，最高气温，最高气温35，最低气温为，最低气温为-31，多年最大冻深为，多年最大冻深为175cm，平均冻结指数为，平均冻结指数为882 ，最大冻结指数为，最大冻结指数为1225 。 （2）交通条件）交通条件车型分类车型分类代表车型代表车型数量（辆数量（辆/d）小客车小客车桑塔纳桑塔纳20002280中客车中客车江淮江淮AL6600220大客车大客车黄海黄海DD680450轻型货车轻型货车北京北京BJ130260中型货车中型货车
50、东风东风EQ140660中型货车中型货车黄河黄河JN163868铰接挂车铰接挂车东风东风SP9250330近期交通组成及交通量近期交通组成及交通量 根据工程可行性研究报告可知：路段近期交通组成如下表，预测根据工程可行性研究报告可知：路段近期交通组成如下表，预测交通量增长率前五年为交通量增长率前五年为8.0%，之后五年为，之后五年为7.0%，以后为，以后为5.0%.2308求解步骤：求解步骤：1、确定土基回弹模量、确定土基回弹模量E0；2、计算累计轴载、计算累计轴载Ne，确定，确定交通等级交通等级；3、初拟路面结构方案初拟路面结构方案； 方法方法1：按：按计算法计算法确定某一路面结构层厚度确定某
