H8柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計.ppt

1 第 八 章 2 一 、 設(shè) 計 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 方 法 ： 有 經(jīng) 驗 法 （ 試 驗 ） 和 理 論 法 （ 力 學 分 析 ）1、 力 學 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 限 地 基 上 的 板 E地 基三 、 我 國 現(xiàn) 行 柔 性 路 面 設(shè) 計 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 和 設(shè) 計 標 準路 面 設(shè) 計 目 標 ： 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 為 路 基 水 文 條 件 差 ， 過 于 濕 軟 ， 產(chǎn) 生 大 的 豎 直 變 形 。2.車 轍 ： 縱 向 變 形 。 原 因 為 荷 載 重 復 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 為 水 平 荷 載 引 起 。4.開 裂 ： 疲 勞 變 形 。 原 因 為 車 輛 荷 載 反 復 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 度 ， 加 上 水 的 影 響 。 5.低 溫 縮 裂 和 反 射 裂 縫 ： 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 、 離 散 現(xiàn) 象 。 原 因 為 面 層 材 料 粘 結(jié) 力不 足 或 結(jié) 合 料 含 量 少 ， 汽 車 后 輪 的 真 空 吸 力 及 風 雨 帶 離 形 成 坑 槽 。最 主 要 的 破 壞 模 式 為 疲 勞 開 裂 、 低 溫 縮 裂 和 車 轍 。 4 二 、 設(shè) 計 指 標 ：1、 疲 勞 開 裂 ： 以 疲 勞 開 裂 作 為 臨 界 狀 態(tài) 設(shè) 計 ， 選擇 層 底 拉 應(yīng) 力 （ 拉 應(yīng) 變 ） 作 為 指 標 。 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 裂 前 路 面 材 料 所 能 經(jīng) 受 的 荷 載 重 復 作 用 次 數(shù) 。 , 1111 rrrr , 2222 rrrr 33 zz 對 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 ） ： 以 車 轍 為 臨 界 狀 態(tài) 設(shè) 計 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 。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 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 裂 的 機 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 準 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 指 標 ： Rs 上 述 三 項 為 主 要 設(shè) 計 指 標 ， 對 任 一 柔 性 路 面 都 要 滿 足 。 除 此 之 外 ， 還 有三 項 次 要 指 標 ， 在 特 定 的 荷 載 、 溫 度 場 合 使 用 ， 指 導 面 層 材 料 的 設(shè) 計 。 5 4、 面 層 剪 切 ： 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 產(chǎn) 生 的 水 平 力 作 用 時 ， 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 寒 冷 地 區(qū) 低 溫 時 ， 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 材 料 的 抗 拉 強 度 。 rtrt 8.2 彈 性 層 狀 體 系 的 應(yīng) 力 和 位 移 計 算一 、 一 般 概 念 ：1、 力 學 圖 式 ： r z h1 E1 1hi Ei ihn En nh2 E2 2p 將 路 基 路 面 看 作彈 性 層 狀 體 系 。因 為 層 狀 體 系 和豎 直 荷 載 都 對 稱于 荷 載 軸 z， 可以 采 用 圓 柱 坐 標來 簡 化 計 算 。 zzdz r z rz r r zrzrzd r 6 在 圓 柱 坐 標 中 ， 體 系 的 微 分 單 元 上 作 用 有 三 個 法 向 應(yīng) 力 r(徑 向 ） 、 （ 切 向 ） 、 z（ 豎 向 ） 及 三 對 剪 應(yīng) 力 rz= zr， r = r， z= z。 此 外 ， 單 元 體 還 有 三 個 位 移 分 量 ： U (徑 向 ） 、 V （ 切 向 ） 、 W （ 豎 向 ） 。 當 作 用 在 層 狀 體 系 表 面 上 的 荷 載 為 軸 對 稱 荷 載 時 ， 各 應(yīng) 力 、應(yīng) 變 和 位 移 分 量 也 對 稱 于 對 稱 軸 ， 即 它 們 僅 是 r和 z的 函 數(shù) ， 因 而 ， r=r=0， z=z=0， 三 對 剪 應(yīng) 力 簡 化 為 一 對 ； 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 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 限 延 伸 的 ， 其 上 各 層 在 水 平 向 無 限 ， 但 厚 度 有限 ， 為 hi；3） 各 層 分 界 上 的 應(yīng) 力 和 位 移 完 全 連 續(xù) ， 層 間 的 摩 阻 力 為 零 （ 稱 滑 動 體 系 ） ；4） 最 下 層 無 限 深 處 的 應(yīng) 力 和 位 移 均 為 零 。 當 r ,z 時 ， 、 。 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 的 主 應(yīng) 力 可 解 下 列 一 元 三 次 方 程 求 得 ： 0III 32213 2zr2z2rrzzr2I zrrzr 2I 2zr2z2rzzr3 其 中 ： I1 為 第 一 應(yīng) 力 狀 態(tài) 不 變 量 ； I1= r+ + zI2 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 實 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 最 大 剪 應(yīng) 力 ： 2/)( 31 max 至 于 水 平 荷 載 作 用 下 ， 屬 非 對 稱 問 題 ， 求 解 更 復 雜 ， 但 現(xiàn) 國 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 單 的 情 況 將 路 基 看 成 彈 性 將 路 基 看 成 彈 性 半 無 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 WEpW 02 彎 沉 有 關(guān) 。和 計 算 點 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 W10 zrh r z pE1、 1E0、 0 r 8 當 求 算 路 表 面 荷 載 中 心 處 的 彎 沉 W0時 ， r/ =z/ =0， 彎 沉 系 數(shù) 可 利 用電 子 計 算 機 求 得 0=0.35， 1=0.25時 的 值 ， 并 繪 制 成 諾 謨 圖 ， 以 便 使 用 。2、 雙 圓 圖 式 ： z pE1、 1E0、 0 e h rerrre WEpWEpWWEpW 05.10210 222)(2 eW 10 22 LL EpEpA 或點 彎 沉路 表 面 輪 隙 中 心 實 用 上 已 繪 出 0=0.35， 1=0.25時 的二 、 彈 性 三 層 體 系 解 彈 將 路 基 分 為 面 層 、 基 層 和 路 基 三 個 層 次1、 單 圓 圖 式 ： z pE1、 1E0、 0 rE2、 2 hHABC為 理 論 彎 沉 系 數(shù)、 LL 9諾 謨 圖和系 數(shù) 見主 壓 應(yīng) 力最 大 剪 應(yīng) 力 511501, 11 PPpp mm 諾 謨 圖和見拉 應(yīng) 力 系 數(shù)下 層 底 面 拉 應(yīng) 力 149148 ,2 22 PP pr rr 2、 雙 圓 圖 式 ： z pE1、 1E0、 0 rE2、 2 hHAB CD在 豎 向 荷 載 作 用 下 ：在 豎 向 、 水 平 荷 載 綜 合 作 用 下 ：諾 謨 圖和見拉 應(yīng) 力 系 數(shù)上 層 底 面 拉 應(yīng) 力 147146 ,1 11 PP pr 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 各 層 E定 時 ，H、 h2 時 ， 厚 度 增 加 對 彎 沉 無 顯 著 影 響 。 一 般 ， 基 層 厚 度 對 彎 沉 的 影響 比 面 層 大 ， E 0影 響 比 E2大 得 多 ， E0增 大 20%相 當 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 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 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 其 影 響 極 大 ， E2 ， 1 ， H/ ， 1 ， 當 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 、 最 易 辦 到 ， 也 是 最 主 要 的 方 法 是 ： 加 強 排 水 和 達 到 要 求 的 壓 實 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 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 度 、剛 度 遞 減 的 方 式 組 合 。 以 充 分 利 用 材 料 ， 降 低 造 價 。 強 度 、 剛 度 按 深 度 遞 減 時 注 意 各 結(jié) 構(gòu) 層 之 間 的 E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 裂 。 基 層 同 面 層 的 回 彈 模 量 比 不應(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 路 面 有 最 小 防 凍 厚度 要 求 ， 見 P159表 8-2。6、 適 當 的 層 數(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 多 ； 層 厚 ， 除 考 慮 受 力 外 ， 有 總 厚 度 要 求 ，層 厚 過 大 時 ， 應(yīng) 分 層 施 工 ， 自 上 而 下 ， 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 軸 次 （ 萬 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 指 標 的 路 面 結(jié) 構(gòu) 厚 度 計 算 方 法 我 國 現(xiàn) 行 柔 性 路 面 設(shè) 計 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 。 對 高 等 級 路 面（ 瀝 青 混 凝 土 面 層 、 半 剛 性 材 料 基 層 和 底 基 層 ） 要 驗 算 層 底 拉 應(yīng) 力 ； 對 常受 水 平 荷 載 作 用 的 停 車 站 、 交 叉 口 等 路 段 還 要 驗 算 剪 應(yīng) 力 。一 、 設(shè) 計 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 。 回 彈 彎 沉 值 的 大 小 同 該 路 面 結(jié) 構(gòu) 的 累 計 荷 載 重 復 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 程 分 三 個 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 度 增 長 ， 路 表 彎 沉 逐 漸 減 小 ， 大 致 在 竣 工 后 第 二 年 達 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 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 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 前 階 段 缺 陷 的 擴 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 成 較 低 水 平 的 新 的 相 對 穩(wěn) 定 ， 路 表 彎 沉進 入 一 個 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 表 回 彈 彎 沉 ： 將 使 用 期 末 不 利 季 節(jié) ， 在 設(shè) 計 標準 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 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 應(yīng) 的 彎 沉 值 較 接 近 ， 故 將 l 0 作 為 路 面 設(shè) 計 彎 沉 l d 。 即 : l d = l 0 = l R /A T AT為 相 對 彎 沉 變 化 系 數(shù) ， AT 1.20 14 根 據(jù) 多 年 觀 測 調(diào) 查 資 料 的 分 析 綜 合 ， 可 由 容 許 彎 沉 值 與 標 準 軸 載 累計 作 用 次 數(shù) 的 關(guān) 系 式 ， 進 一 步 推 得 不 同 公 路 等 級 、 不 同 面 層 和 基 層 類 型時 設(shè) 計 彎 沉 的 計 算 公 式 ： bsced AAAN 2.0600 式 中 ： l d 路 面 設(shè) 計 彎 沉 值 （ 0.01mm） ；Ne ： 設(shè) 計 年 限 內(nèi) 一 個 車 道 上 累 計 當 量 軸 次 ；A c ： 公 路 等 級 系 數(shù) ， 高 速 公 路 、 一 級 公 路 為 1.0， 二 級 公 路 為 1.1， 三 、四 級 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 路 面 為 1.3；A b ： 基 層 類 型 系 數(shù) ， 對 半 剛 性 基 層 、 底 基 層 總 厚 度 等 于 或 大 于 20cm 時 為1.0， 若 為 面 層 與 半 剛 性 基 層 間 設(shè) 置 等 于 或 小 于 15cm 級 配 碎 石 層 、 瀝 青 貫入 碎 石 或 瀝 青 碎 石 的 半 剛 性 基 層 時 ， 可 取 1.0， 柔 性 基 層 、 底 基 層 時 取 1.6，當 柔 性 基 層 厚 度 大 于 15cm、 底 基 層 為 半 剛 性 下 臥 層 時 ， 可 取 1.6。二 、 軸 載 換 算 ： 車 輛 的 類 型 不 同 ， 它 們 的 軸 載 也 不 相 同 ， 在 計 算 累 計 當 量 軸 次 時 ， 需 將 各 級 軸 載 換 算 成 標 準 軸 載 。 1、 當 計 算 路 表 彎 沉 和 驗 算 瀝 青 層 層 底 拉 應(yīng) 力 時 ： 35.4,21 ,1 )(PPnCCN iiiki iP i ： 被 換 算 車 型 的 各 級 （ 單 根 ） 軸 載 （ K N） ； 從 大 于 25K N計 起 。 15 N ： 標 準 軸 載 的 當 量 軸 次 （ 次 /天 ） ；P ： 標 準 軸 載 （ K N） ；n i ： 被 換 算 車 型 的 各 級 軸 載 作 用 次 數(shù) （ 次 /天 ） ；C 1 , i ： 被 換 算 車 型 各 級 軸 載 的 軸 數(shù) 系 數(shù) 。 當 軸 間 距 大 于 3m時 ， 按 單獨 的 一 個 軸 計 算 ， 軸 數(shù) 系 數(shù) 即 為 軸 數(shù) m； 當 軸 間 距 小 于 3m時 ， 按 雙 軸或 多 軸 計 算 ， 軸 數(shù) 系 數(shù) 為 C 1 , i = 1+ 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 進 行 半 剛 性 基 層 層 底 拉 應(yīng) 力 驗 算 時 ： 8,21 ,1 )(PPnCCN iiiki i C 1 , i ： 被 換 算 車 型 各 級 軸 載 的 軸 數(shù) 系 數(shù) 。 當 軸 間 距 大 于 3m時 ， 按 單獨 的 一 個 軸 計 算 ， 軸 數(shù) 系 數(shù) 即 為 軸 數(shù) m； 當 軸 間 距 小 于 3m時 ， 按 雙 軸或 多 軸 計 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 軸 載 小 于 130K N的 軸 載 換 算 。見 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 實 際 所 受 軸 載 重 復 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 考 慮 這 一 影 響 。 值 可 查 P164表 8-5。所 以 ， 在 設(shè) 計 年 限 內(nèi) 一 個 車 道 上 累 計 當 量 軸 次 Ne可 參 照 下 式 計 算 ：或 13651)1( NN te ttte NN 11 3651)1( ）（ LssF Ne ： 設(shè) 計 年 限 內(nèi) 一 個 車 道 上 累 計 當 量 軸 次 （ 次 ） ；t： 設(shè) 計 年 限 (a),參 見 表 8-1；N1 ： 路 面 竣 工 后 第 一 年 的 平 均 日 當 量 軸 次 （ 次 /d） ；Nt ： 設(shè) 計 年 限 最 后 一 年 的 平 均 日 當 量 軸 次 （ 次 /d） ； ： 設(shè) 計 年 限 內(nèi) 交 通 量 的 平 均 年 增 長 率 （ 以 小 數(shù) 計 ） ； ： 車 道 系 數(shù) ， 參 見 表 8-5。三 、 綜 合 修 正 系 數(shù) ： 通 常 理 論 計 算 值 與 實 測 彎 沉 值 之 間 存 在 一 定 的 偏 差 。 原 因 為 路 面 材料 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 際 彎 沉 值 和 實ss , 17 36.0038.0 )()2000(63.1 pEF s FEpFEp LL 1s0s 2100021000 或 由 大 量 試 驗 得 綜 合 修 正 系 數(shù) F同 路 面 實 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 為 ： 由 于 上 兩 式 中 包 含 了 F， 而 F又 含 有 l s， 故 計 算 時 需 用 試 算 法 。 先 定 一 個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 計 算 ，直 到 兩 者 相 近 為 止 。 當 然 也 可 將 F代 入 上 式 ， 直 接 解 出 l s: )(4398)Ep(4398 158.0003.161.1L03.10s EEp Ls 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 pEF s 71.721000 1 pFEsL 86.0K064.0EE08,.911-8P14594.0,467.0 120112 查 得再 由得表查由 hEE cmhh 17.19,8.1,987.086.008.9 71.7K 222 查 表 得 18 四 、 多 層 路 面 換 算 ： 對 于 多 層 體 系 可 用 電 子 計 算 機 求 解 ， 當 條 件 不 具 備 時 ， 可 換 算 為 三層 （ 或 雙 層 ） 體 系 計 算 。 進 行 等 效 換 算 。 1、 等 效 路 表 回 彈 彎 沉的 結(jié) 構(gòu) 層 換 算 ： 4 2-ni2n 1i i1 EEhH E0 H E2h1 E1h2 E2 2h1 E1 1Hn-1 En-1 n-1E0 0 2、 等 效 中 層 底 面 彎 拉應(yīng) 力 的 結(jié) 構(gòu) 層 換 算 ：h2 E2 2h1 E1 1Hn-2 En-2 n-2E 0 0Hn-1 En-1 n-1 E0Hn-1 En-1H1 En-2 4.2 2i1n 2i i EEhH 19 3、 等 效 上 層 底 面 彎 拉應(yīng) 力 的 結(jié) 構(gòu) 層 換 算 ： E0H2 Ej+1H1 EjHn-1 En-1 n-1h2 E2 2h1 E1 1Hj+1 Ej+1 j+1E0 0H j E j j4 jij1i i1 EEhH 0.9 1ji1n 1i i2 EEhH j例 題 ： 一 五 層 體 系 ， 請 換 算 成 三 層 體 系 , 以 便 計 算 路 面 彎 沉 值 和 第 一 、 第二 、 第 四 層 層 底 拉 應(yīng) 力 ， 求 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 h1 1500 6.5 1500 6.5 1500 6.5 800 ?17.61 500 ?29.82 800 10 800 ?30.54 800 ?21.423 500 10 500 ?19.264 250 20 250 205 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 和 抗 壓 試 驗 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 ， 主要 取 決 于 土 的 類 型 和 性 質(zhì) 以 及 土 的 濕 度 和 密 實 度 。 路 面 設(shè) 計 時 ， 應(yīng) 在 最 不利 季 節(jié) 通 過 實 測 確 定 回 彈 模 量 值 ， 但 在 路 基 尚 未 修 建 的 情 況 下 ， 只 能 通 過經(jīng) 驗 來 估 定 。 7-8P168., ;,0 表見而 異 的 試 驗 參 數(shù)為 隨 所 在 地 和 土 的 類 型 為 土 的 稠 度為 土 的 壓 實 度baA wKwAKE cbc 2、 路 面 材 料 回 彈 模 量 值 E i： 受 材 料 來 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 的 具 體 條 件 測 試 確 定 。 對 高 等 級 道 路 ， 在 初 設(shè) 階 段 ， 應(yīng) 對 擬 選 材 料 通 過 試 驗 確 定 ； 而 在 工程 可 行 性 研 究 和 其 他 等 級 道 路 的 初 設(shè) 階 段 ， 可 參 見 P171表 8-8。 進 行 路 面 厚 度 設(shè) 計 時 ， 對 于 瀝 青 混 合 料 應(yīng) 采 用 20時 的 抗 壓 回 彈 模 量 ； 對 于 半 剛 性 材 料 中 水 泥 穩(wěn) 定 粒 料 或 細 粒 料 ， 采 用 齡 期 為 三 個 月 的 抗 壓 回彈 模 量 ； 而 對 于 石 灰 粉 煤 灰 穩(wěn) 定 粒 料 或 細 粒 料 、 以 及 石 灰 穩(wěn) 定 類 材 料 ，則 應(yīng) 采 用 齡 期 為 六 個 月 的 抗 壓 回 彈 模 量 。 21 一 、 路 面 結(jié) 構(gòu) 層 的 拉 應(yīng) 力 驗 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 。 R8.5 路 面 結(jié) 構(gòu) 層 的 應(yīng) 力 驗 算 及 防 凍 厚 度 檢 驗 1、 結(jié) 構(gòu) 層 的 拉 應(yīng) 力 計 算 ： r2r2r1r1 p,p sspR K/ ces ANK /35.0: 11.0料 類對 于 無 機 結(jié) 合 料 穩(wěn) 定 集 2、 多 層 路 面 換 算 ： 見 課 件 18-19頁 。3、 結(jié) 構(gòu) 層 的 計 算 模 量 和 強 度 ： 進 行 結(jié) 構(gòu) 層 拉 應(yīng) 力 驗 算 時 ， 各 層 模 量 均 采 用 抗 壓 回 彈 模 量 。 對 于 瀝青 混 凝 土 ， 應(yīng) 為 15時 的 抗 壓 回 彈 模 量 和 劈 裂 強 度 ， 水 泥 穩(wěn) 定 類 材 料 ， 為齡 期 90天 的 劈 裂 強 度 ， 對 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 度 。4、 結(jié) 構(gòu) 層 材 料 的 容 許 應(yīng) 力 R ：K s為 抗 拉 強 度 結(jié) 構(gòu) 系 數(shù) 。 根 據(jù) 室 內(nèi) 試 驗 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 于 無 機 結(jié) 合 料 穩(wěn) 定 細 ces ANAK /09.0: 22.0對 于 瀝 青 混 凝 土 面 層A為 瀝 青 混 凝 土 級 配 類 型 系 數(shù) 。 細 、 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 算 ： 由 莫 爾 強 度 理 論 定 。二 、 路 面 結(jié) 構(gòu) 層 的 剪 應(yīng) 力 驗 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 cosm)sin()(21 3131 )sin1(m1 cos)(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 停 車 場 、 交 叉 口 等 緩 慢 制 動 地 點 為0.2， 對 偶 然 的 緊 急 制 動 為 0.5； 此 時 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 度 和 容 許 剪 應(yīng) 力 R：,tan c一 般 tan2tan: cc緊 急 制 動 時 K/R ,33N.0K:, 0.15t)2.0( 交 叉 口停 車 場 c)5.0( A/2.1K: 緊 急 制 動 時Nt為 停 車 場 或 交 叉 口 在 設(shè) 計 年 限 由 同 一 位 置 停 車 的 標 準 軸 載 累 計 次 數(shù) 。 23 三 、 防 凍 厚 度 驗 算 ： 在 季 節(jié) 性 冰 凍 地 區(qū) 的 中 濕 、 潮 濕 路 段 要 驗 算 ，與 當 地 冬 季 負 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 課 件 18-19頁 。 4、 結(jié) 構(gòu) 層 材 料 的 抗 剪 強 度 參 數(shù) 及 計 算 回 彈 模 量 ：C、 由 三 軸 試 驗 定 ， E取 抗 壓 回 彈 模 量 。fabchd 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 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 溫 度 累 積 值 ， 由 氣 象 資 料 定 。若 結(jié) 構(gòu) 層 總 厚 度 小 于 最 小 防 凍 厚 度 ， 應(yīng) 增 加 防 凍 墊 層 。8.6 路 面 補 強 層 設(shè) 計補 強 條 件 ： 1.當 通 過 的 軸 次 超 過 設(shè) 計 當 量 軸 次 ； 2.路 表 嚴 重 破 壞 。補 強 或 改 建 內(nèi) 容 ： 1.路 面 結(jié) 構(gòu) 狀 況 調(diào) 查 ； 2.承 載 能 力 評 定 ； 3.補 強 設(shè) 計 。一 、 路 面 結(jié) 構(gòu) 狀 況 調(diào) 查 和 評 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 定 ：1） 評 定 指 標 為 彎 沉 和 曲 率 半 徑 ； 測 定 方 法 為 貝 克 曼 彎 沉 儀 。2） 代 表 性 彎 沉 值 ：3） 季 節(jié) 對 彎 沉 的 影 響 K 1:4） 加 鋪 瀝 青 層 對 原 砂 石 路 面 彎 沉 的 影 響 K 2:5） 溫 度 對 彎 沉 的 影 響 K 3: K 3=l 20/ l T6） 測 定 用 軸 載 對 彎 沉 影 響 K 4:7） 計 算 彎 沉 值 l 。 : 1 )(,1, 11 nnZ ni ini it 準 差標為 平 均 彎 沉 值 ，其 中 43210 )( KKKKZ 210t mm2p1000E 二 、 補 強 計 算 ： 有 經(jīng) 驗 法 和 理 論 法 。1、 原 路 面 當 量 回 彈 模 量 計 算 ：2、 補 強 層 的 厚 度 計 算 及 驗 算 ：m1為 輪 板 對 比 值 ， m 1=1.1 ; m 2為 擴 大 系 數(shù) ， 在計 算 彎 沉 值 及 其 他 補 強 層 層 底 拉 應(yīng) 力 時 取 1.0；在 計 算 與 原 路 面 接 觸 的 補 強 層 層 底 拉 應(yīng) 力 時 ： 25.0)(037.02 1m pEh ne 計 算 同 新 建 路 面 時 相 同 。 但 當 補 強 層 為 單 層 時 ， 以 雙 層 彈 性 體 系 為計 算 力 學 模 型 ， 當 補 強 層 為 n-1層 時 ， 以 n層 彈 性 體 系 為 力 學 模 型 ?？?用 專 用 計 算 機 程 序 求 解 ， 也 可 用 諾 謨 圖 求 解 。作 業(yè) ： 8-5， 8-8