【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 瀝青層彎拉應(yīng)力值較小 ,從而提高了瀝青面層抵抗行車疲勞破壞的能力 ,甚至可認(rèn)為半剛性基層上的瀝青面層不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞 ,車輛荷載主要可以通過基層所使用的半剛性材料來承擔(dān) ,面層只起防水和功能性作用 ,可以達(dá)到 /薄面 0的目的。并且以多 層體系彈性理論為基礎(chǔ)的現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算出的這種路面結(jié)構(gòu)面層受到的彎拉應(yīng)力很小 ,已不起控制作用 ,因此得出的路面厚度也偏小。因此 ,僅從承載力方面考慮瀝青面層的厚度就沒有必要很厚。 (2)基層 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 14 結(jié)構(gòu)層厚度的確定 ,設(shè)計(jì)時(shí)考慮最多的是層厚是否滿足路面強(qiáng)度的要求。一般來說 ,基層厚度習(xí)慣上設(shè)計(jì)為 15cm 和 20cm。 15cm 一般施工時(shí)壓實(shí)度容易保證。但是 ,當(dāng)基層達(dá)到 20cm 時(shí) ,壓實(shí)非常困難。施工時(shí)為了防止夾層出現(xiàn) ,往往要超拌 1~2cm,加上施工誤差 ,設(shè)計(jì)層厚為 20cm 時(shí) ,壓實(shí)厚度可能達(dá)到 21~23cm,個(gè)別情況下可能達(dá)到23~25cm,這時(shí)壓實(shí)是非常困難的。當(dāng)厚度為 20cm 時(shí) ,從頂面以下 15cm 范圍內(nèi)壓實(shí)效果很好 ,而底面的 2~5cm 這一部分壓實(shí)效果不理想 ,呈略為松散狀態(tài)。這種現(xiàn)象無論采用什么碾壓措施都難以消除的。因此 ,設(shè)計(jì)厚度以 18cm 為宜。 路面結(jié)構(gòu)組合分析 常用的瀝青面層有瀝青混凝土、瀝青碎石、瀝青貫入式和瀝青表處等類型。對(duì)交通量大的公路應(yīng)設(shè)計(jì)瀝青混凝土面層。瀝青混凝土面層宜采用雙層式結(jié)構(gòu) ,下層采用粗粒式或中粒式瀝青混凝土 ,上層采用中粒式或細(xì)粒式瀝青混凝土。當(dāng)采用單層瀝青混凝土或修建高等級(jí) 公路時(shí) ,應(yīng)在其下設(shè)置熱拌瀝青碎石聯(lián)結(jié)層。為增強(qiáng)面層的抗疲勞抗老化性能和防止低溫開裂 ,本地區(qū)混合料中的瀝青含量習(xí)慣比 5 規(guī)范 6中規(guī)定值適當(dāng)增加。較厚的瀝青面層對(duì)提高路面的抗拉及抗凍裂性能無縫是有利的 ,但由于瀝青面層材料價(jià)格較高 ,所以在一般道路上可考慮面層采用最小厚度 ,通過加強(qiáng)基、墊層來滿足強(qiáng)度要求 ,以降低造價(jià)強(qiáng)基簿面 0 在目前仍是設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 ,面層則通過經(jīng)濟(jì)養(yǎng)護(hù)和維護(hù)來加強(qiáng)。 瀝青路面屬柔性路面 ,其力學(xué)強(qiáng)度與穩(wěn)定性主要依賴土基與基層。對(duì)基層的要求是除具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性外 ,在寒冷地區(qū)還應(yīng)具有一 定的抗凍性和較好的抗低溫開裂的性能。隨著重型交通的日益發(fā)展和碎石粒料來源的日益減少 ,瀝青路面下傳統(tǒng)的粒料基層已日益不能適應(yīng)重載交通的要求 ,以無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類的半剛性基層代替粒料基層 ,已被國(guó)內(nèi)外接受。泥結(jié)碎石、填隙碎石、干壓碎石和手?jǐn)[片石屬嵌鎖結(jié)構(gòu) ,孔隙大 ,在行車作用下 ,要重新就位 ,易產(chǎn)生變形 ,因此不宜做瀝青面層的基層結(jié)構(gòu) ,以免使路面早期破壞。近幾年來工業(yè)廢渣的利用 ,使瀝青路面下的基層結(jié)構(gòu)有了新的選擇。采用粉煤灰混合料作為基層材料 ,不但可以變廢為寶 ,具有一定的社會(huì)效益 ,而且可獲得強(qiáng)度高、板體性能好的效果 ,是較 理想的基層結(jié)構(gòu)。底基層則應(yīng)根據(jù)因地制宜、就地取材、經(jīng)濟(jì)合理的原則設(shè)置 ,選擇穩(wěn)定整體型及嵌鎖型結(jié)構(gòu)。在條件許可時(shí) ,可在底面層與基層之間鋪設(shè)土工布等材料 ,以防止或緩解面層反射裂縫的產(chǎn)生。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 15 正確設(shè)置墊層對(duì)保證路面強(qiáng)度穩(wěn)定性 起到良好的效果。路基處于下列情況的路段應(yīng)設(shè)置墊層 :185。地下水位高、排水不良 ,路基經(jīng)常處于潮濕狀態(tài)的路段 。186。排水不良的土質(zhì)路墊路段 。187。季節(jié)性冰凍地區(qū)可能產(chǎn)生凍脹的中濕、潮濕路段 。188?；鶎涌赡苁芪廴镜穆范?。墊層材料一般選用水穩(wěn)性好的砂礫 ,高等級(jí)公路最好選用級(jí)配砂礫 ,也可采用工業(yè)廢渣作墊 層材料。路基 :路基是路面的基礎(chǔ) ,穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)的路基是保證路面具有良好使用效能關(guān)鍵。路基必須密實(shí)、均勻穩(wěn)定。必須滿足最小填土高度的要求 ,盡可能采取填方路基 ,并保證路基排水暢通。對(duì)不良地段在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行處理 ,以保證土基回填模量不 小于 20 MPa 的要求 . 幾點(diǎn)建議 路面是道路工程的重要部分 ,投資占較大比例。為使路面在車輪荷載和各種自然因素的作用下 ,能夠保持足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和平整度 ,同時(shí)還需要做到經(jīng)濟(jì)合理、充分發(fā)揮材料的作用 ,必須需要一套完整、簡(jiǎn)便而又符合黑龍江省實(shí)際情況的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。 注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,同 時(shí)重視設(shè)計(jì)前的地質(zhì)調(diào)查工作 ,堅(jiān)持因地制宜 ,就地取材的原則 ,并根據(jù)交通量大小和組成 ,路段類型、水文地質(zhì)等情況 ,合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。 路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與路面的使用壽命和建設(shè)投資密切相關(guān) ,在保證質(zhì)量的前提下 ,應(yīng)節(jié)約投資注意技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的統(tǒng)一。 路面設(shè)計(jì)應(yīng)與路基設(shè)計(jì)相結(jié)合。在冰凍地區(qū)的中、潮濕路基上的路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) ,除應(yīng)保證路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)強(qiáng)度外 ,還必須設(shè)置防止凍脹的防凍層或設(shè)置隔離地下水的隔離層 ,以保證路面不遭受凍害的破壞 ,延長(zhǎng)使用壽命。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 16 第 3 章 高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 具備足夠的承載能力 高速公路由于重型車輛較多，車速相對(duì)較快，因而對(duì)于路面的荷載能力要求較高。因此，在高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該結(jié)合個(gè)結(jié)構(gòu)層的材料特點(diǎn)，按照荷載應(yīng)力應(yīng)變自上而下擴(kuò)散衰減的規(guī)律，充分利用結(jié)構(gòu)層材料的剛度以及強(qiáng)度。同時(shí)，路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)應(yīng)綜合各結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn)，高速公路路面結(jié)構(gòu)層分為上、中、下三層，各層厚度以及基層材料厚度的計(jì)算應(yīng)該符合規(guī)范以及承載能力的要求 路面穩(wěn)定性，耐久性，環(huán)境適應(yīng)性 路面設(shè)計(jì)應(yīng)該符合不同地域的氣候環(huán)境條件，避免后期各種病害的 發(fā)生。例如對(duì)于嚴(yán)寒以及冰凍地區(qū)，由于無機(jī)結(jié)合料基層容易出現(xiàn)溫縮以及干縮裂縫，因此應(yīng)合理設(shè)計(jì)瀝青面層材料與厚度，避免路面反射裂縫的發(fā)展。對(duì)于高溫或者降水較多區(qū)域，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)控制車轍以及水損害的發(fā)生。 設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)合理性 對(duì)于高速公路結(jié)構(gòu)層組合、材料的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)層厚度的設(shè)計(jì)方面，應(yīng)在技術(shù)可靠合理的基礎(chǔ)上盡可能的降低成本投入，充分發(fā)揮路面哥結(jié)構(gòu)層的效能。 我國(guó)高速公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 高速公路結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì) ( 1) 傳統(tǒng)的半剛性基層 + 瀝青路面結(jié)構(gòu)形式。這是我國(guó)高速公路路面 設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的形式，以半剛性基層作為路面荷載的主要承重層，這種結(jié)構(gòu)組合形式造價(jià)相對(duì)較低，但是路面整體性能及使用壽命對(duì)半剛性基層依賴加大。 ( 2) 全厚式瀝青路面。這種形式依靠瀝青穩(wěn)定材料作為基層以及面層，由于瀝青材料是一種粘彈性材料，因此容易產(chǎn)生塑性變形，瀝青層厚度相對(duì)較大，引入建設(shè)初期的投入較高，但是解決了半剛性基層容易損壞的問題，使用壽命較長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)維修 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 17 簡(jiǎn)單方面，一般只需處理表面層。 ( 3) 剛性基層 + 瀝青路面結(jié)構(gòu)形式。這種形式的特點(diǎn)在于以混凝土或者貧混凝土替代傳統(tǒng)的半剛性基層，因而承載能 力得到較大程度的提高。其缺點(diǎn)在于混凝土的剛度較高，容易發(fā)生斷板開裂的現(xiàn)象，而且養(yǎng)護(hù)及病害處治工序較為繁瑣，成本較高。 ( 4) 混合式瀝青路面?；旌鲜綖r青路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于在半剛性基層與瀝青面層之間增加了瀝青材料作為聯(lián)接層，常見的有大粒徑碎石排水層以及應(yīng)力吸收層，因而分別可以起到阻止水分滲入路基，減緩半剛性基層由于開裂導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以有效的減輕路基損壞以及避免反射裂縫的發(fā)展?；旌鲜浇Y(jié)構(gòu)的造價(jià)介于半剛性基層瀝青路面與柔性路面之間，結(jié)構(gòu)性能也兼具了兩種形式的特點(diǎn)。 ( 1) 墊層 對(duì)于地下水位較高，路面排水不良以及季節(jié)性冰凍地區(qū)的高速公路設(shè)計(jì)，必須設(shè)置墊層。在高速公路墊層材料的選擇上，可以選擇、砂礫、碎石以及礦渣等透水性的粒料材料，或者采用水泥及石灰穩(wěn)定類的粗粒土。高速公路墊層的寬度應(yīng)與路基同寬，確保排水通暢以及路基的穩(wěn)定。 ( 2) 基層 在高速公路中使用的基層材料，主要包括半剛性穩(wěn)定類基層、瀝青穩(wěn)定類的柔性基層與復(fù)合式基層等幾種形式，其中應(yīng)用最多的主要是水泥穩(wěn)定碎石基層。在我國(guó)高速公路設(shè)計(jì)中，由于倡導(dǎo)強(qiáng)基薄面的設(shè)計(jì)理念，因此基層作為路面荷載的主要承載層。必須具 有足夠的承載能力、較好的耐久性與抗水壞能力。 ( 3) 面層 高速公路路面分為上中下三層，由于層位不同所承擔(dān)的功能也不同，因此在設(shè)計(jì)過程中，需要注意根據(jù)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力與應(yīng)變變化規(guī)律的不同，有針對(duì)性的選擇瀝青穩(wěn)定材料類型與層厚，對(duì)于上面層，材料設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于確保路面的平整度、抗滑性能、抗變形與開裂性能以及抗水損壞性能。對(duì)于中面層由于處于剪應(yīng)力最大的層位，因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于瀝青材料的強(qiáng)度以及高溫抗變形能力。對(duì)于底面層，由于屬于設(shè)計(jì)中拉應(yīng)變控制層為，因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于抵抗拉應(yīng)變所造成的開裂上，要求材料具有較好 的耐久性，可以抵抗應(yīng)力應(yīng)變反復(fù)作用造成的疲勞開裂。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 18 第 4 章 路面設(shè)計(jì) 路面設(shè)計(jì)的原則 路面結(jié)構(gòu)是直接為行車服務(wù)的結(jié)構(gòu)，不僅受各類汽車荷載的作用，且直接暴露于自然環(huán)境中，經(jīng)受各種自然因素的作用。路面工程的工程造價(jià)占公路造價(jià)的很大部分，最大時(shí)可達(dá) 50％以上。因此，做好路面設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。路面設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括路面類型與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、路面建筑材料設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 路面類型與結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 路面類型選擇應(yīng)在充分調(diào)查與勘察道路所在地區(qū)自然環(huán)境條件、使用要求、材料供應(yīng)、施工和養(yǎng)護(hù)工 藝等，并在路面類型選擇的基礎(chǔ)上考慮路基支承條件確定結(jié)構(gòu)方案。由于路面工程量大，基墊層材料應(yīng)盡可能采用當(dāng)?shù)夭牧?，并注意使用各類廢棄物。必要時(shí)，應(yīng)考慮采用新型路面結(jié)構(gòu)形式、新材料、新施工工藝。同時(shí)，應(yīng)注意路面的功能和結(jié)構(gòu)承載力等是通過設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等共同保證的，可采用壽命周期費(fèi)用分析技術(shù)合理確定路面類型和結(jié)構(gòu)。 在本設(shè)計(jì)中，教師確定路面設(shè)計(jì)為本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)，因此本次設(shè)計(jì)中提供剛性路面和柔性路面的比選方案，同時(shí)分別在兩個(gè)方案中分別提出兩種比選方案。通過最后的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比選，選擇最優(yōu)組合。 設(shè)計(jì)軟件介紹 在本次設(shè)計(jì)中采用軟件 HPDS2021 路面力學(xué)分析軟件 ,本軟件符合《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D40— 2021》及《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D50—2021》設(shè)計(jì)的，適合公路路面設(shè)計(jì)。軟件 HPDS2021 提供剛性和柔性路面的計(jì)算，通過設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算設(shè)計(jì)層厚度及容許拉應(yīng)力驗(yàn)算設(shè)計(jì)層厚度，最后選擇滿足兩條件的厚度。軟件輸入通過人機(jī)對(duì)話輸入，可結(jié)合當(dāng)?shù)乜商峁┑牟牧戏奖爿斎搿? 4. 2 路面設(shè)計(jì)步驟 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 19 本設(shè)計(jì)路面采用瀝青混凝土，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下四步： （ 1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，進(jìn)行交通量分析， 確定路面等級(jí)和面層類型， 計(jì)算設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量軸次和設(shè)計(jì)彎沉值。 （ 2）按路基土類與干濕類型，將路基劃分為若干路段 (在一般情況下路段長(zhǎng)不宜小于 500m，若為大規(guī)模機(jī)械化施工，不宜小于 lkm)，確定各路段土基回彈模量 （ 3）可參考規(guī)范推薦結(jié)構(gòu) (見規(guī)范附錄 A)，擬定幾種可能的路面結(jié)組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進(jìn)行配合比試驗(yàn)及測(cè)定各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓回彈模量、抗拉強(qiáng)度，確定各結(jié)構(gòu)層材料設(shè)計(jì)參數(shù)。 （ 4）根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算路面厚度。對(duì)高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層， 應(yīng)驗(yàn)算拉應(yīng)力是否滿足容許拉應(yīng)力的要求。如不滿足要求，或調(diào)整路面結(jié)構(gòu)層厚度，或變更路面結(jié)構(gòu)組合，或調(diào)整材料配合比、提高極限抗拉強(qiáng)度，再重新計(jì)算。上述計(jì)算應(yīng)采用多層彈性體系理論編制的專用設(shè)計(jì)程序（本設(shè)計(jì)采用 HPDS2021 程序）進(jìn)行。對(duì)于季節(jié)性冰凍地區(qū)的高級(jí)和次高級(jí)路面，尚應(yīng)驗(yàn)算防凍厚度是否符合要求。進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用的路面結(jié)構(gòu)方案。 設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先擬定某一層作為設(shè)計(jì)層，擬定面層和其他各層的厚度。當(dāng)采用半剛性基層、底基層結(jié)構(gòu)時(shí)，可任選一層為設(shè)計(jì)層，當(dāng)采用半剛性基層、粒料類材料為底基層時(shí)，應(yīng)擬定面層、底基層 厚度，以半剛性基層為設(shè)計(jì)層才能得到合理的結(jié)構(gòu)；當(dāng)采用柔性基層、底基層的瀝青路面時(shí)，宜擬定面層、底基層的厚度，求算基層厚度，當(dāng)求得基層厚度太厚時(shí)，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(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 對(duì)高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層應(yīng)進(jìn)行拉應(yīng)力的驗(yàn)算。目前，以上計(jì)算使用程序 HPDS2021 計(jì)算。 路面設(shè)計(jì) 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要以路面表面設(shè)計(jì)彎沉值作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)、對(duì)高等級(jí)道