路基路面工程第14章(2)-瀝青路面設(shè)計.ppt

第十三章內(nèi)容回顧 1 概述 瀝青路面優(yōu)缺點 損壞類型及原因 對瀝青路面的基本要求 氣候分區(qū) 2 瀝青路面材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性 蠕變 松弛 時溫等效 勁度模量 3 瀝青路面的穩(wěn)定性與耐久性 高溫穩(wěn)定性 低溫抗裂性 水穩(wěn)定性 耐疲勞性能 抗老化性能 4 瀝青路面的原材料 瀝青標(biāo)號 5 瀝青混合料組成設(shè)計 瀝青混合料配合比設(shè)計程序 6 瀝青路面施工與質(zhì)量控制 瀝青路面施工工序 十四 瀝青路面設(shè)計 1 概述2 彈性層狀體系理論簡介3 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計4 我國瀝青路面設(shè)計方法5 外國瀝青路面設(shè)計方法 問題 瀝青路面設(shè)計的內(nèi)容有哪些 我國瀝青路面設(shè)計采用什么設(shè)計指標(biāo) 瀝青路面應(yīng)力分析主要采用什么方法 什么是設(shè)計彎沉 什么是計算彎沉 什么是容許拉應(yīng)力 1 概述 瀝青路面設(shè)計包括原材料的選擇 混合料配合比設(shè)計和設(shè)計參數(shù)的測試與確定 路面結(jié)構(gòu)層厚度計算 以及路面結(jié)構(gòu)的方案比選等內(nèi)容 路面設(shè)計除行車道部分的路面外 對高速公路 一級公路還應(yīng)包括路緣帶 硬路肩 加減速車道 緊急停車帶 收費站和服務(wù)區(qū)的場由設(shè)計以及路面排水系統(tǒng)的設(shè)計 對其它各級公路應(yīng)包括路肩加固 路緣石和路面排水設(shè)計 瀝青路面設(shè)計內(nèi)容 1 應(yīng)根據(jù)路面使用要求與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件 結(jié)合當(dāng)?shù)貙嵺`經(jīng)驗 將路基路面作為整體進行設(shè)計 2 應(yīng)貫徹合理選材 方便施工 利于養(yǎng)護 節(jié)約投資的原則 結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗進行路面結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)經(jīng)濟比較 選擇技術(shù)先進 經(jīng)濟合理 安全可靠的方案 3 結(jié)合當(dāng)?shù)貙嵺`基礎(chǔ) 積極推廣成熟的科研成果 積極慎重地運用行之有效的新材料 新工藝和新技術(shù) 4 考慮環(huán)境保護 生態(tài)平衡 有利施工 養(yǎng)護人員健康5 盡可能選擇有利機械化 工廠化施工的設(shè)計方案6 應(yīng)從技術(shù)經(jīng)濟上論證是否有必要分期修建 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 1 以經(jīng)驗或試驗為依據(jù)的經(jīng)驗法 實驗路和實驗觀測 CBR法 AASHTO法2 以力學(xué)分析為基礎(chǔ) 考慮環(huán)境 交通條件以及材料特性為依據(jù)的力學(xué) 經(jīng)驗法 基本思路是應(yīng)用力學(xué)原理分析路面結(jié)構(gòu)在荷載和環(huán)境下作用下的力學(xué)響應(yīng)量 建立力學(xué)響應(yīng)量與路面使用性能之間的關(guān)系模型 路面設(shè)計按照使用要求 運用關(guān)系模型完成結(jié)構(gòu)設(shè)計 AI法 SHELL法 我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計方法 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法 1 公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范 JTJ014 97 中規(guī)定 瀝青路面設(shè)計以雙輪組單后軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載 以BZZ 100表示 標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)按表2 7 1確定 凡軸載大于40kN的各級軸載 包括車輛的前軸和后軸 的作用次數(shù)均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù) 簡稱當(dāng)量軸次 軸載換算 彈性層狀體系是由若干個彈性層組成 上面各層具有一定厚度 最下一層為彈性半空間體 1 各層是連續(xù)的 完全彈性的 均勻的 各向同性的 以及位移和形變是微小的 2 最下一層在水平方向和垂直向下方向為無限大 其上各層厚度為有限 水平方向為無限大 3 各層在水平方向無限遠(yuǎn)處及最下一層向下無限深處 其應(yīng)力 形變和位移為零 4 層間接觸情況 或者位移完全連續(xù) 稱連續(xù)體系 或者層間僅豎向應(yīng)力和位移連續(xù)而無摩阻力 稱滑動體系 5 不計自重 2 彈性層狀體系理論 雙層彈性層狀體系計算得到的圓面積均布荷載下軸線上垂直位移 彎沉 為 3 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計 瀝青路面結(jié)構(gòu) 瀝青路面由瀝青面層 基層 底基層 墊層等多層結(jié)構(gòu)組成 瀝青路面結(jié)構(gòu)層次的合理選擇和安排 是整個路面結(jié)構(gòu)是否能在設(shè)計使用年限里承受行車荷載和自然因素的共同作用 同時又能發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的最大效能 使整個路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟合理的關(guān)鍵 1 因地制宜 合理選材路面各結(jié)構(gòu)層所用的材料 尤其是用量大的基 墊層材料 應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧?加工材料或工業(yè)副產(chǎn)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(yīng)用當(dāng)?shù)芈访嬖O(shè)計在選擇材料方面的成功經(jīng)驗 2 方便施工 利于養(yǎng)護選擇各結(jié)構(gòu)層時還應(yīng)考慮機具設(shè)備和施工條件 在可能的條件下 應(yīng)盡量采用機械化施工 考慮建成通車后的養(yǎng)護問題 特別是對于高等級公路來說 要求平時養(yǎng)護工作量越少越好 以免影響大交通量的通行 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計原則 3 分期修建 逐步提高當(dāng)資金不足時 一般應(yīng)按近期使用要求進行路面設(shè)計 高速公路和一級公路除外 先以滿足近期需要為主 建造時必須注意使前期工程能為后期工程奠定基礎(chǔ) 即能為后期工程所充分利用 4 整體考慮 綜合設(shè)計對土基 墊層 底基層 基層和面層都應(yīng)看做是一個有機的整體 按照土基穩(wěn)定 基層堅實 面層耐久的要求 充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的作用 合理選用路面材料 確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層厚度 使路面設(shè)計既能在整體上滿足強度和穩(wěn)定性的要求 又能做到經(jīng)濟 合理和耐久 可為單層 雙層 表面層 下面層 三層結(jié)構(gòu) 表面層 中面層 下面層 表面層 要求平整密實 抗滑耐磨 穩(wěn)定耐久 中下面層 密水性 抗剝離性 抗疲勞裂縫 高速公路 一級公路一般選用三層瀝青面層結(jié)構(gòu) 二級 三級公路一般采用雙層式瀝青面層 面層結(jié)構(gòu) 要求有較高的強度 穩(wěn)定性和耐久性分為柔性基層 有機結(jié)合料穩(wěn)定碎石 無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石 半剛性基層 水泥 石灰 工業(yè)廢渣等無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石 剛性基層 低強度等級混凝土 各種基層結(jié)構(gòu)厚度推薦值見表14 7 基層結(jié)構(gòu) 主要適用于路基狀況不良的情況下 1 地下水位高 排水不良 路基常處于潮濕及過濕狀態(tài) 2 排水不良的土質(zhì)路塹3 季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕 潮濕路段4 基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段 分為 防水墊層 排水墊層 防污墊層 防凍墊層 墊層結(jié)構(gòu) 1 面層和基層之間設(shè)置透層瀝青或粘層瀝青 采用半剛性基層時宜采用單層層鋪法表處或稀漿封層表處進行封閉 當(dāng)采用水泥混凝土剛性基層時 也應(yīng)設(shè)粘層瀝青 2 瀝青面層由兩層或三層組成 又不能連續(xù)攤鋪時 則在鋪上層之前徹底打掃有害物質(zhì) 設(shè)粘層瀝青 3 透層瀝青 粘層瀝青 單層表處下封層 稀漿封層下封層的材料規(guī)格 用量根據(jù)具體情況和規(guī)范要求選定 層間結(jié)合 4 我國瀝青路面設(shè)計方法 我國瀝青路面設(shè)計方法采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性體系理論 以路表回彈彎沉值和瀝青混凝土層彎拉應(yīng)力 半剛性材料彎拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)進行路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計 設(shè)計指標(biāo)與極限標(biāo)準(zhǔn) 我國瀝青路面設(shè)計采用路表設(shè)計彎沉作為設(shè)計控制指標(biāo) 路面結(jié)構(gòu)在經(jīng)受設(shè)計使用期累計通行標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)后 瀝青路面優(yōu)于各級公路極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)時 所必須具有的路表回彈彎沉值 稱為設(shè)計彎沉值ld ld 960Ne 0 2AcAs 設(shè)計彎沉 層低拉應(yīng)力 我國瀝青路面是設(shè)計規(guī)范規(guī)定瀝青面層 半剛性基層 下基層 剛性基層層底拉應(yīng)力作為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的第2項設(shè)計控制指標(biāo) R sp Ks 路面厚度驗算階段主要考察擬定的路面結(jié)構(gòu)在經(jīng)受設(shè)計使用期當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的反復(fù)作用之后 是否滿足兩項設(shè)計指標(biāo)的要求 ls ld m R利用公式14 27和14 29計算ls和 m 同時滿足要求的厚度才可以作為設(shè)計結(jié)果 路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計方程式與設(shè)計參數(shù) 1 現(xiàn)場實測法2 查表法3 室內(nèi)試驗法4 換算法 路基回彈模量 結(jié)構(gòu)層回彈模量 由試驗測得 應(yīng)考慮下列因素 測試方法簡便 結(jié)果比較穩(wěn)定 測得的模量值和強度應(yīng)較好地反映各種路面材料的力學(xué)特性 模量值和強度用于厚度計算時 應(yīng)較好地與設(shè)計方法相匹配 按照試驗規(guī)程測得 也可采用劈裂試驗 結(jié)構(gòu)層材料抗彎拉強度 應(yīng)用彈性層狀體系理論計算雙輪隙的路表彎沉?xí)r 由于彈性層狀體系理論計算過程的復(fù)雜性 一般均需通過計算機進行求解 早期在計算機未能遍及時 許多科技工作者通過大量的研究工作 提出了多種圖解法和表解法以及簡化公式方法 計算彎沉和層底拉應(yīng)力的計算 1 三層路面結(jié)構(gòu)計算彎沉和拉應(yīng)力的簡化計算公式 ld 1000l1F 2 查圖法 理論彎沉 aL為理論彎沉 取泊松比 1 1 0 25 0 0 35 1 設(shè)計步驟2 設(shè)計示例 新建路面厚度設(shè)計 要求在竣工后第一年的不利季節(jié) 用標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ 100輪隙下實測彎沉代表值lr必須小于驗收彎沉值la 驗收彎沉值la取為設(shè)計彎沉值 或計算彎沉值 實測彎沉值是多個樣本的平均值 并考慮一定的保證率 lr l ZaS若不是在不利季節(jié)測定 要考慮溫度修正 l20 lTK3 路面竣工驗收指標(biāo) 一 試驗?zāi)康? 測定各類路基路面的回彈彎沉 用以評定其整體承載能力 供路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用 2 瀝青路面彎沉以路表溫度20 時為準(zhǔn) 在其他溫度測試時 對厚度大于5cm的瀝青路面 彎沉值應(yīng)予溫度修正 路基路面回彈彎沉測試方法 貝克曼梁法 二 試驗原理利用杠桿原理制成的杠桿式彎沉儀測定輪隙彎沉 三 儀具與材料1 標(biāo)準(zhǔn)車 雙軸 后軸雙側(cè)4輪的載重車 其標(biāo)準(zhǔn)軸荷載 輪胎尺寸 輪胎間隙及輪胎氣壓等主要參數(shù)應(yīng)符合下表的要求 測試車可根據(jù)需要按公路等級選擇 高速公路 一級及二級公路應(yīng)采用后軸100kN的BZZ 100標(biāo)準(zhǔn)車 其他等級公路可采用后軸60kN的BZZ 60標(biāo)準(zhǔn)車 三 測試步驟 1 在測試路段布置測點 測點應(yīng)在路面行車車道的輪跡帶上 并用白油漆或粉筆畫上標(biāo)記 2 將試驗車后輪輪隙對準(zhǔn)測點后約3 5cm處的位置上 3 將彎沉儀插入汽車后輪之間的縫隙處 與汽車方向一致 梁臂不得碰到輪胎 彎沉儀測頭置于測點上 輪跡中心前方3 5cm處 并安裝百分表于彎沉儀的測定桿上 百分表調(diào)零 用手指輕輕叩打彎沉儀 檢查百分表是否穩(wěn)定回零 彎沉儀可以是單側(cè)測定 也可以是雙側(cè)同時測定 4 測定者吹哨發(fā)令指揮汽車緩慢前進 百分表隨路面變形的增加而持續(xù)向前移動 當(dāng)表針轉(zhuǎn)動到最大值時 迅速讀取初讀數(shù)L1 汽車仍在繼續(xù)前進 表針反向回轉(zhuǎn) 待汽車駛出彎沉影響半徑 約3cm以上 后 吹口哨或揮動指揮紅旗 汽車停止 待表針回轉(zhuǎn)穩(wěn)定后 再次讀取終讀數(shù)L2 汽車前進的速度宜為5km h左右 四 測試結(jié)果路面測點的回彈彎沉值依下式計算 LT d初 d終 2式中LT 在路面溫度T時的回彈彎沉值 0 01mm d初 車輪中心臨近彎沉儀測頭時百分表的最大讀數(shù) 0 01mm d終 汽車駛出彎沉影響半徑后百分表的終讀數(shù) 0 01mm 1 路面結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查與判定 1 交通量 預(yù)測交通量增長趨勢 確定年平均增長率 2 路基狀況調(diào)查 沿線路基土質(zhì) 填挖高度 地面排水情況 地下水位 以確定路基土組和干濕類型 3 路面狀況 調(diào)查路面結(jié)構(gòu)類型 組