第十讲　　沥青路面设计理论法 　　一．设计方法汇总 设计方法 设计指标 设计标准 参数取值 交通荷载 基本过程  Shell法 主要指标∶ 沥青层底的拉应变； 土基顶面的压应变 次要指标∶其它基层底的拉应力； 车辙。 (ｒ＝１．７＊１０－３Ｎ－０．２５ (ｚ＝２．８＊１０－２Ｎ－０．２５ ［(］＝ (ｓ(1-0.075logN) ＜10mm 土基：Ｅ动＝10CBR 非整体材料∶E2=k2E3 k2=0.2h20.45;2<k2<4 整体材料∶Ｅ动=5000～10000Mpa 沥青层:Ｅ动=100-50000MPa P=80KN; p=0.612MPa;d=10.5cm;D=21cm 单轴四轮 满足各个指标要求  ＡＩ法 沥青层底拉应变； 土基顶面压应变   土基：ＥＮ＝１０ＣＢＲ； 粒料：　　Ｅ3=K1(K2 K1=670-1000;K2=0.5; 沥青∶ １５(时，1000Mpa～4000MPa 采用卡车系数 ＤＡＭＡ计算程序  苏联法 弯沉控制； 弯拉验算  弯拉与道路设计速度有关 土基参数与Ｃ，(有关； 沥青参数与温度有关 标准轴载与道路等级有关   　　　　２．我国沥青路面设计方法 　　　　【１】设计内容 　　　　　结构设计 　　　　　材料设计 　　　　　组合设计 　　　　【２】设计要求　　　 　　　　　整体考虑，综合设计 　　　　　方案比较，选出最优 　　　　　因地置宜，就地取材 　　　　【３】基本理论 　　　　　设计理论 　　　　　破坏状态 　　　　　设计标准 　　　　　设计方法 　　　　【４】设计方法 确定路面等级和路面类型 　　结构组合设计 沥青层厚度 公路等级 沥青层推荐厚度 公路等级 沥青层推荐厚度  高速公路 12～18 三级公路 2～4  一级公路 10～15 四级公路 1～2.5  二级公路 5～10    底基层 在过去的多年中，石灰土广泛应用于公路建设，已经有一定技术基础。随着公路科技水平的提高，对其认识也逐步深入。石灰土与二灰土、水泥土和二灰相比较，石灰土材料收缩系数较大、抗弯拉强度较低、水稳定性较差。其它高速公路的使用经验也表明，其裂缝较严重，表层较二灰土（二灰：土=30:70～90:10）和水泥土更容易受水的侵入而软化，以致在裂缝处出现冲刷唧泥。 二灰(石灰：粉煤灰=1:2～1:4)土虽然初期强度低、成型较难，但强度随龄期的增长较大，后期强度较高、水稳定性好。在土的塑性指数过高（20以上）、难以粉碎的路段适宜采用。但要求注意养护，并应封闭交通。 根据使用经验，目前在高速公路上采用二灰土更加合理。必须进行石灰土、二灰土和水泥土（水泥剂量(6%）技术经济比较，确定底基层的材料类型。 基层 二灰碎石具有良好的力学性能、板体性、水稳定性和抗冻性，已经作为主要的路面基层材料。但其初期强度较低。 水泥稳定粒料比二灰碎石有更好的路用性能，其初期强度较高，但由于其收缩系数较大，施工要求较高，在沥青路面结构中有其客观局限性。沪宁高速公路无锡试验路的经验表明，水泥稳定碎石的裂缝率最高。 对以往主要修筑水泥混凝土路面的地区，水泥稳定碎石的裂缝对面层水泥混凝土的影响较小。沥青路面与水泥混凝土路面在抵抗反射裂缝有本质的区别，必须正确认识水泥稳定粒料的反射裂缝对沥青路面的危害。 二灰碎石与水泥稳定碎石相比各有优点，必须通过材料来源调查和材料基本性能试验，最终确定基层材料类型。 由于悬浮式二灰碎石的收缩性较大，容易产生干缩裂缝，抗冲刷性能也差，而密实式二灰碎石，由于粒料在混合料中形成密实骨架，石灰粉煤灰起填充和胶结作用，有利于减少干缩裂缝，并具有较好的抗冲刷能力。 一般二灰与碎石的比例为15.5:82.5，以利于施工保证在20:80～15:85的范围内。集料级配中的最大粒径30mm（方孔）的密实式连续级配。 通过下列筛孔（圆孔筛）的重量百分率  40 30 20 10 5 2 1 0.5 0.075  100 90-100 60-85 50-70 40-60 27-47 20-40 10-30 0-15  为减少收缩裂缝，必须规定20mm的通过量不小于80%，5mm的通过量用下限，0.075的通过量接近于零。 二灰碎石的七天饱水抗压强度与材料组成设计关系极大，它主要与石灰品质、石灰剂量、级配组成和试验方法有关（包括养生方法和标准）。其中石灰品质、石灰剂量关系最大。石灰一般要求II级以上。石灰：粉煤灰=1:2～1:3。 最佳含水量6.5～8.5%，如果粉煤灰的含水量较大，必须先将粉煤灰放在较高地点，以利于粉煤灰中水的自然排除。碾压含水量一般在最佳含水量的1%左右。 为保证路面平整度，基层必须采用摊铺机摊铺。 　　　　　交通量计算 标准轴载 路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，以BZZ-100表示； 当以设计弯沉值及沥青面层层底拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载（包括车轮的前、后轴）P1的作用次数n1均应按下式换算成标准轴载作用次数：  式中：N—标准轴载的当量轴次（次/日）； n1—被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）； P—标准轴载（KN）； P1—被换算车型的各级轴载（KN）； C1—轴数系数； C2—轮组系数，单轮组6.4,双轮组1,四轮组0.38； 当轴间距大于3m时,应按单独的一个轴载进行计算,此时轴数系数为m；当轴间距小于3m时,按双轴或多轴进行计算，轴数系数为  当以半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载（包括车轮的前、后轴）P1的作用次数n1均应按下式换算成标准轴载作用次数：  式中：—标准轴载的当量轴次（次/日）； n1—被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）； P—标准轴载（KN）； P1—被换算车型的各级轴载（KN）； —轴数系数； —轮组系数，单轮组18.5,双轮组1,四轮组0.09； 当轴间距大于3m时,应按单独的一个轴载进行计算,此时轴数系数为m=1；当轴间距小于3m时,按双轴或多轴进行计算，轴数系数为  累计交通荷载  式中:Ne—设计年限内一个车道上的累计交通轴次（次）； t—设计年限（年）； N1—路面竣工后第一年双向日平均当量轴次（次/日）； (--设计年限内的交通量平均年增长率（%）； (--车道系数，如下表 车道特征 车道系数 车道特征 车道系数  单车道 1.0 四车道 0.4～0.5  双车道 有分隔 0.5 六车道 0.3～0.4   无分隔 0.6～0.7    　　　　　参数确定 半刚性材料的设计参数采用抗压回弹模量，沥青混合料的抗压回弹模量试验温度为20℃、15℃； 沥青混合料的劈裂强度试验温度为15℃； 沥青混合料建议参数如下表 材料名称 沥青针入度 抗压回弹模量(Mpa) 劈裂强度 15℃(Mpa)    20℃ 15℃   细粒式密级配沥青混凝土 (90 1200～1600 1800～2200 1.2～1.6  中粒式密级配沥青混凝土 (90 1000～1400 1600～2000 0.8～1.2  中粒式开级配沥青混凝土 (90 800～1200 1200～1600 0.6～1.0  粗粒式密级配沥青混凝土 (90 800～1200 1200～1600 0.6～1.0  沥青碎石混合料 (90 600～800    沥青贯入式  400～600 400～600   基层材料建议参数如下表 材料名称 配合比或规格要求 抗压模量(Mpa) 劈裂强度(Mpa)  二灰砂砾 7:13:80 1300～1700 0.6～0.8  二灰碎石 8:17:75 1300～1700 0.5～0.8  水泥砂砾 5～6% 1300～1700 0.4～0.6  水泥碎石 5～6% 1300～1700 0.4～0.6  石灰水泥粉煤灰砂砾 6:3:16:75 1200～1600 0.4～0.6  石灰水泥碎石 5:3:92 1000～1400 0.35～0.5  石灰土碎石 粒料含量大于60% 700～1100 0.3～0.4  碎石灰土 粒料含量大于40-50% 600～900 0.25～0.35  二灰土 10:30:60 600～900 0.2～0.3  石灰土 8～12% 400～700 0.2～0.25  石灰土 4～7% 200～350 —错误  　　　　　计算F值  　　　　　厚度计算  式中: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1.2; As—面层类型系数,沥青混凝土为1.0,沥青碎石为1.1,沥青表处为1.2; Ab—基层类型系数,半刚性基层厚度大于15厘米时为1.0,级配碎石层小于15厘米,可取1.0,其它取1.6。 　　　　　弯拉验算  沥青混凝土：，Aa—沥青混凝土级配类型系数，细、中粒式为1.0,粗粒式1.1 无机结合料稳定粒料: 无机结合料稳定细粒土: 　　　　２．程序说明 　　　【１】沥青路面设计程序使用说明 　　 NIN=11 NOU=13 WRITE(*,11) read(*,13)name1－－－输入原始数据文件名（例：ＴＹ１） WRITE(*,12) read(*,13)name2－－－输入输出结果文件名（例：ＴＯ１） 11 format(3x,'input the inital file name========') 12 format(3x,'input the output file name========') 13 FORMAT(A10) OPEN(NIN,FILE=NAME1,STATUS='OLD') OPEN(NOU,FILE=NAME2,STATUS='UNKNOWN') 　　　　　注：程序单位均是ＫＧ、ＣＭ及ＫＧ／ＣＭ＾２ READ(NIN,*) NSYS－－－设计结构数（如：３） DO 460 ISYS=1,NSYS－－每一结构进行循环 WRITE(*,*)'POINT NUMBER=',ISYS READ(NIN,1072)SYSTE－－－输入结构代号（如：ＳＹＳＴＥＭ１） READ(NIN,*)NLAYS,KD,KC,NETY 　　　　　　　　　　　　－－结构层数；是否弯拉验算（２－是；１－否）； 　　　　　　　　　　　设计层位；交通量输入类型（１－输Ｎ１，ｔ，(； 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　其它－输Ｎｅ） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　例如（４，２，３，０） 　　　IF(KD.EQ.2)THEN 　　　READ(NIN,*)NCHECK－－－－弯拉验算点数（如：３） DO 1088 I=1,NCHECK READ(NIN,1089)FMM(I)－－输入弯拉验算各点的材料类型，ＬＱ－沥青，其它－－非沥青 1088 CONTINUE 1089 FORMAT(A2) READ(NIN,*)(LAYEC(I),AXC(I),AYC(I),I=1,NCHECK) 　　　　　　　　　　　　　　　　－验算层位；（Ｘ，Ｙ）座标 　　　　　　　　　　　　　　　　　（如：２，１５．９，０．） READ(NIN,*)(SL(I),I=1,NCHECK)－－弯拉验算各点的弯拉强度 　　　　　　　　　　　　　　　　　（如：２．９，０．５，０．５） DO 1084 I=1,NCHECK LAYED(I)=LAYEC(I) 1084 CONTINUE ENDIF IF(NETY.EQ.1)THEN READ(NIN,*)TN1,YEAR,GAMA,AITA－交通量输入∶Ｎ１，ｔ，( TNE=365.*TN1*AITA*((1.+GAMA)**YEAR-1.)/GAMA ELSE READ(NIN,*)TNE－交通量输入∶Ｎｅ ENDIF READ(NIN,*)COEF,AC,AS,AB－－容许弯沉系数（１．１，１．，１．，１．） RDEL=COEF*AC*AS*AB/TNE**0.2 IF(NLAYS.EQ.1) GO TO 10 M=NLAYS-1 DO 1057 I=1,M READ(NIN,*)E(I),NU(I),THICK(I),AK(I)－各层模量，泊桑比，厚度，层间系数 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　例：０－－完全连续；１－－完全光滑 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　０＜ＡＫ＜１　两者之间 　　　　　　　　　　　　　　　如：１２０００．，０．１５，０．１５，０． EY(I)=E(I) 10 READ(NIN,*)E(NLAYS),NU(NLAYS)－－土基模量，泊桑比 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（如：３００．，０．３５） EY(NLAYS)=E(NLAYS) UNN(NLAYS)=NU(NLAYS) IF(KD.EQ.2)THEN READ(NIN,*)(EL(I),I=1,M)－输入验算层的弯拉模量，非整体性材料输抗压模量 　SKS=0.12*TNE**0.20/AC SKB=0.40*TNE**0.10/AC SKU=0.40*TNE**0.10/AC READ(NIN,*)NLOAD,NSHEAR－－垂直荷载数，水平荷载数（如：２，０） DO 1056 I=1,NLOAD READ(NIN,*)LDSTRS(I),RADIUS(I),X(I),Y(I) 　　　　　　　　　　　　　　　－－垂直荷载单位压力，半径，(X,Y)座标 　　　　　　　　　　　　　　　　　（如：７．，１０．６５，０．，０．） DLSTRS(I)=LDSTRS(I) RRUNN(I)=RADIUS(I) XLL(I)=X(I) YLL(I)=Y(I) 1056 CONTINUE FALF=RDEL*E(NLAYS)/(2.*LDSTRS(1)*RADIUS(1)) FACTOR=1.47*(FALF)**0.38－－－Ｆ修正系数 RDEJ=RDEL/FACTOR IF(NSHEAR.NE.0)THEN READ(NIN,*)(HOSTR(I),PSI(I),I=1,NSHEAR)－－水平荷载单位压力，方向 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（如：５．，０．） 　　　　　【２】输入文件 1 system1 5,2,3,2 6 LQ LQ SN SN SH SH 1,0.,0. 1,15.975,0. 3,0.,0. 3,15.975,0. 4,0.,0. 4,15.975,0. 15.,15.,5.,5.,3.,3. 1.785e7 1.1,1.,1.,1. 12000.,0.25,4.,0. 8000.,0.25,8.,0. 5000.,0.25,0.,0. 3000.,0.25,18.,0. 390.,0.35 16000.,8000.,28000.,12000. 2,0 7.,10.65,0.,0. 7.,10.65,31.95,0. 　　　　【３】输出结果 SYSTEM NUMBER 1 LAYER CALCULATION YOUNG'S POISSONS THICKNESS INTERFACE NUMBER　METHOD MODULUS 　RATIO 　　SPRINGCOMPL 1 ROUGH .1200E+05 .2500E+00 .4000E+01 .0000E+00 2 ROUGH .8000E+04 .2500E+00 .8000E+01 .0000E+00 3 ROUGH .5000E+04 .2500E+00 .2500E+02 .0000E+00 4 ROUGH .3000E+04 .2500E+00 .1800E+02 .0000E+00 5 　 .3900E+03 .3500E+00 LOAD NORMAL RADIUS OF LOAD - POSITION NUMBER STRESS LOADED AREA X Y 1 　　7.0000 10.6500 .0000 .0000 2 　　 7.0000 10.6500 31.9500 .0000 THE TOLERENCE DEFLECTION= .0390 .0632 THE DESIGN DEPTH= 29.25 THE TOLERENCE STRENGTH = 4.4318 -2.4943 THE DESIGN DEPTH= 29.25 THE TOLERENCE STRENGTH = 4.4318 -2.4348 THE DESIGN DEPTH= 29.25 THE TOLERENCE STRENGTH = 2.3537 2.3208 THE DESIGN DEPTH= 34.35 THE TOLERENCE STRENGTH = 2.3537 2.3359 THE DESIGN DEPTH= 35.94 THE TOLERENCE STRENGTH = 1.4122 .9573 THE DESIGN DEPTH= 35.94 THE TOLERENCE STRENGTH = 1.4122 1.0026 THE DESIGN DEPTH= 35.94