工学路面工程

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路面 工程 第七章 路面工程总论 第一节 路面的功能及对路面的要求 一、路面的功能 路面 —— 是在路基顶面用各种筑路材料按一定技术要求铺筑而成的层状结构物。 路基与路面的关系： 路基是路面的基础 . 铺筑路面后使路基免受行车荷载的直接作用，路基顶面受自然因素的影响也大大减小， 路面的功能： 可保证汽车快速、舒适、安全行驶。 二、路面的基本要求 1. 路面应具有足够的强度和刚度 路面强度 路面刚度 2. 路面应具有良好的稳定性 路面的稳定性 —— 路面抵抗外界因素作用，保持其强度和刚度不变的性能 . 主要包括水稳定性和温度稳定性 . 路面的水稳定性 —— 路面抵抗各中水源的影响，保持其强度和刚度不变的性能 . 路面温度稳定性 —— 路面抵抗温度变化的影响，保持其强度和刚度不变的性能 . 例： (1 ）沥青路面在高温下强度和刚度降低，在车轮作用下出现车辙、波浪等变形。 （ 2 ）沥青路面低温状况下容易出现收缩开裂。 3. 路面应具有良好的耐久性良好耐久性可使路面维持较长的服务年限，保持具有良好的使用品质。 4. 要求路表优良好的平整度平整度好坏直接关系到行车的舒适性，也是影响行车安全和运输经济的重要指标。 5. 路面应具有良好的抗滑性能路表面平整而粗糙，使车轮与路面具有良好的摩擦效果是保证行车安全的重要条件，对于设计车速高的公路尤其如此。 6. 路面应具有良好的封水性能 采用不透水的的面层可使大气降水不滞留于路表或路面结构内，避免在行车荷载作用下产生水损坏。 第二节 路面的结构及组成 一、路面横断面 路面横断面由行车道、硬路肩或土路肩组成。通常分为路槽式和全铺式两种。 1. 槽式横断面 在路基顶面作成与行车道加硬路肩宽度相同的浅槽，在槽内铺筑路面。挖方路基采用挖路槽方式、填方路基采用培路肩方式形成。 2. 全铺式横断面 在路基全宽范围内铺筑路面。 二、路拱横坡作用： 形式： 四、 路面结构层及其功能 1. 面层 1 ）功能 面层是路面最上面的结构层次，直接承受行车荷载和环境因素的作用。与其他结构层相比，其综合质量要求最高。 2 ）质量要求 3 ）面层材料 2. 基层 1 ）功能 2 ）质量要求 3 ）基层材料（ 1 ）半刚性材料 a. 水泥稳定类 b. 工业废渣稳定类 c. 石灰稳定类 （ 2 ）粒料类 级配碎石、级配砂砾、泥结碎石、泥灰结碎石。 3. 垫层 1 ）功能 五、路面材料层宽度 为保护面层边缘，基层应宽出面层边缘 25cm 以上，垫层宽出基层边缘 25cm 以上。 整个路面在横断面上成梯形。垫层有时与路基同宽以利排水。 第三节 路面的分级与分类一、路面分级 分级指标： 高级路面 1 ）适用条件 交通量大、公路等级高或有特殊要求的公路。高速、一级、二级公路。 2 ）特点 3 ）主要材料类型 沥青混凝土、水泥混凝土、厂拌沥青碎石、整齐块石（广场）。 2. 次高级路面 1 ）适用条件 交通量较大、公路等级较高的公路。二级、三级公路。 2 ）主要材料类型 3. 中级路面 1 ）适用条件 三级、四级公路。 2 ）主要材料类型 粒料类材料。 4. 低级路面 1 ）适用条件 仅能适应很小的交通量较小、行车速度低。四级公路。 2 ）特点 强度、稳定性、使用寿命、路表平整均最差。不能保证全天候通行。 3 ）主要材料类型 粒料加固土、其他就近取用材料。 二、路面分类 分类指标：路面结构力学特性 1. 柔性路面 柔性路面结构整体刚度小，路基路面主要靠抗压强度、抗剪强度承受行车荷载作用，在行车荷载作用下路表产生的弯沉变形大，路基顶面承受较大的单位压力。主要为：沥青类面层、粒料类面层或块石面层组成。 2. 刚性路面 刚性路面主要为各类水泥混凝土作面层或基层的路面结构。具有较高的强度、刚度和抗弯拉性能，板体具有较好的扩散行车荷载应力的作用，路基顶面承受的单位竖向应力比柔性路面小很多。 3. 半刚性路面 沥青类面层铺筑在半刚性基层上形成的路面结构。 半刚性基层 —— 用无机结合料（石灰、水泥、工业废渣）稳定土或粒料修筑而成的基层。其强度随时间增加而不断增强，初期强度和刚度较低，具有柔性路面的特性，后期强度和刚度大幅度提高但仍远小于刚性路面。 第八章 行车荷载、环境因素 第一节 行车荷载一、汽车轴型与接地压力 1. 汽车轴型 2. 轮胎接地压力 轴重通过轮胎传递到路面，其大小受轮胎充气压力、轮胎类型、轮胎大小等因素影响。设计时通常视轮胎内压为接地压力。 3. 接触面积 轮胎与路面的接触面实际为不规则的椭圆形，但为了简化理论计算的边界条件，通常圆形接触面积。其半径为： δ= （ 10P ／（ π p ）） 1/2 （每侧双轮用一个单圆表示） δ= （ 5P ／（ π p ）） 1/2 （每侧双轮用两个双圆表示） 二、运动车辆对路面的作用 1. 作用力系 2. 动荷特性 作用于路面上的轮载实际为动荷，主要是因 为车辆行驶时存在自身的振动和路面不平整 带来的冲击作用。动轮载和静轮载的比值称 为冲击系数，车速越高、路面平整度越差、路面刚度越大，冲击系数越大。 3. 瞬时性 三、交通分析 主要是研究路面在设计年限内各种轴型和各级轴载对路面的重复作用次数。 交通量的统计与预测 交通量是在一定时间段内通过道路某一断面的车辆总数，路面设计通常以平均日交通量描述交通量的大小。 准确客观的交通量应通过观察站作较长时间的观察、统计。 进行路面交通量调查时，需要分清车辆型号、装载情况、轴型等。 对于轴重小于 20KN 的车辆可不予统计在内。 对于轴重较大的车辆则应统计准确，因为这些轴型对路面的损害最大。 2. 车辆轮迹横向分布 车辆通过路面时，轮迹在横断面上不是全宽均匀分布， 也不是完全集中于某一位置，而是按一定的规律分布。其分布规律与交通阻止情况、路面宽度、交通密度和速度、交通组成等因素有关。 沥青路面设计时以单车道横向分布系数为基准，其他情况下车道的横向分布系数与该值的比值称为车道系数 η ，用其确定通过路面的最大累计轴载作用次数。 混凝土路面设计时则直接以横向分布系数来确定累计轴载作用次数。 3. 标准轴载换算换算原则：等效破坏的原则换算成标准轴载的作用次数。标准轴载： 我国规定沥青路面和刚性路面设计时的标准轴载为 100KN ，以 BZZ-100 表示。 当量轴次 —— 将交通量中各级轴载换算成标准轴载后得到的轴载作用次数称为当量轴次（次 / 日）。由此可计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次 Ne ， 第二节 环境因素对路面的影响 1. 路基湿度对路面的影响 路基湿度不同则其强度、稳定性也不同，对路面的厚度、结构形式产生影响。 2. 温度对路面的影响 1 ）路面温度变化预测 通过长时间大量观察、测试确定路面内温度变化情况，为路面结构设计、材料设计提供依据。 2 ）温度对路面的影响 路面类型不同。温度的影响也不一样。 3. 冰冻与冻融对路面的影响 1 ）冰冻条件为： （ 1 ）粉性土基 （ 2 ）气温缓慢下降 （ 3 ）存在地下水 2 ）冻融 冬季后气温回升时，上层冰冻的路基开始融化，此时更下层的土基因冰冻而不透水，导致与路面接触的部分土基因含水量陡然增加而丧失强度，使路面在荷载作用下受到破坏。严重时形成路面翻浆。 第九章 块、碎石路面基层 第一节 路面基层的分类及特点 1 . 柔性基层 1 ）沥青稳定类基层 （ 1 ）定义 沥青稳定类基层是以沥青为结合料，将其与土或粒料混合后经碾压成型的基层形式。 （ 2 ）强度特点 属典型的柔性基层，靠沥青粘结力提高强度，具有一定强度，水稳性较好而温度稳定性差。 （ 3 ）适用条件 主要适用于沥青丰富地区 。 2 ）粒料类基层 （ 1 ）定义由具有一定级配的离散状颗粒材料经碾压成形的基层形式。 （ 2 ）强度特点 有两种强度形成原理： 嵌挤原理和密实原理。 嵌挤原理：强度主要靠矿料颗粒之间的嵌锁、摩阻形成，材料粘聚力处于次要地位。 密实原理：混合料强度依靠具有良好级配形成理想的填充作用，获得较大的密度，从而使强度提高。（ 3 ）使用条件：石料丰富地区。 2. 无机结合料稳定基层 （ 1 ）定义 用各种无机结合料与土混合后经过摊铺、碾压后， 当其强度符合要求时形成的基层类型。结合料有石灰 、水泥、工业废渣等。 （ 2 ）强度特点 主要靠结合料的粘结力形成强度。主要是石灰或水泥 中的活性物质与细粒土发生一系列物理、化学反应或 此类活性物质激活工业废渣的活性而具有胶结、凝固 作用，使原来分散的颗粒材料成为强度较高的整体性 材料。 半刚性材料基层强度主要受结合料种类和剂量、性质、集料的级配等因素影响。 （ 3 ）适用条件 由于半刚性材料整体性好、具有较高强度和刚度，其扩散和分布竖向应力的性能较好，使路基顶面承受的行车荷载应力较小 9.3 碎（砾）石路面与基层 （ 1 ）填隙碎石 定义 —— 用单一尺寸的粗碎石作主骨料，形成嵌锁作用，并用石屑填满碎石间的孔隙。 一般按下列工序进行： ①准备下承层；②运输和摊铺粗骨料；③初压；④撒布石屑；⑤振动压实； ⑥第二次撒布石屑；⑦振动压实；⑧局部补撒石屑及扫匀； ⑨填满孔隙，振动压实；⑩洒水饱和并碾压滚浆（湿法施工）或洒少量水后终压成型 填隙碎石的施工成型阶段主要在于撒铺填隙料和碾压。 初压用 8t 两轮压路机碾压 3~4 遍，使粗碎石稳定就位；初压结束时，表面应平整，并具有要求的路拱和纵坡。 撒铺填隙料及碾压： 用石屑撒布机或类似的设备按松铺厚度 2.5~3.0cm 将干填隙料均匀地撤铺在已压稳的粗碎石上，用人工或机械扫匀，用振动压路机慢速辗压，将全部填料振入粗碎石间的孔隙中。 如没有振动压路机，可用重型振动板代替。反复该过程 2 ～ 3 次，直到全部孔隙被填满为止。 同时，应将局部多余的填隙料铲除或扫除，填隙料不应在粗碎石表面局部地自成一层，表面必须能见到粗碎石。若设计厚度超过一层压实厚度，需分层施工时，应将已压成的隙碎石层表面的填隙料扫除一些，使表面粗碎石外露 5 ～ l0mm ，然后再摊铺第二层粗碎石。 2 ）泥结碎石基层 定义：同一尺寸石料修筑，在使用过程中，石料会被压碎而向级配化转化。 强度和稳定性取决于碎石嵌挤作用，土的粘结作用。 泥结碎石基层的矿料粒径不宜小于 40mm ，并不大于层厚的 0.7 倍，石料等级不低于 Ⅳ 级，长条、扁平状颗粒含量不宜超过 20% 。 泥结碎石层所用粘土，应具有较高的粘性，塑性指数以 12 ～ 15 为宜。 粘土内不得含腐殖质或其他杂物。粘土用量一般不超过混合料总重的 15% ～ 18 ％ 。 泥结碎石层施工方法有灌浆法、拌和法和层铺法 3 种。 灌浆法工序： ①准备工作 包括放样、布置料堆、整理路槽、拌制泥浆等。 泥浆一般按水与土的体积比为 0 ． 8 ： 1 至 1 ： 1 进行拌和配制。 如过稠，泥浆将灌不下去而积在碎石层表面；如过稀，则易流淌于碎石层底部，干后体积缩小，粘结力降低，均会影响基层的强度和稳定性。 ② 摊铺碎石： 压实系数的 1.2~1.3 。 ③初压 碎石铺好后，用轻型压路机碾压。碾速易慢，每分钟 25~30m ，轮迹重叠 25 ～ 30cm 。一般碾压 6~8 遍，至石料无松动为止。不要过多、过重碾压，防止堵塞碎石缝隙，妨碍灌浆。 ④灌浆 在预压的碎石层上，灌注泥浆，浆要浇得均匀、浇得透，以灌满孔隙、表面与碎石齐平为度，但碎石棱角仍应露出泥浆之上。 ⑤ 撒嵌缝料 灌浆 1 ～ 2 h 后，待泥浆下注，空隙中空气溢出而表面未干前撒铺 5 ～ 15mm 的嵌缝料（ 1 ～ 1.5m 3 ／ 100m 2 ）。 ⑥碾压 撒过嵌缝料后，即用中型压路机进行碾压，并随时注意用扫帚将石屑扫匀。最终碾压阶段，需使碎石缝隙内泥浆能翻到路面上与所撒石屑粘成一个坚实的整体。 （ 3 ）泥灰结碎石基层 定义： 特点： 泥灰结碎石对粘土质量的规格要求与泥结碎石相同，石灰质量不低于 3 级。石灰与土的用量不应大于混合料总重的 20% ，其中石灰剂量为土重的 8 ％～ 12% 。 泥灰结碎石层的施工工序与泥结碎石相同， 若采用拌和法时，应先将石灰与粘土拌和均匀，再与石料拌和，摊铺均匀，边压边洒水，使石灰与土在碾压中成浆并充满空隙。 第四节 级配碎石基层 定义： 碎石中的扁平、长条颗粒的总含量应不超过 20% ，碎石中也不应有粘土块、植物等有害物质。每层的压实厚度不超过 15 ～ 18cm ，若用重型振动压路机和轮胎压路机碾压时，压实厚度可达 20cm ；级配碎石可采用路拌法施工，当用于半刚性路面的中间层时，应采用厂拌法，并宜用摊铺机摊铺混合料。 路拌法施工工序如下： ①准备下承层 ②施工放样 ③准备集料和运输 将碎石和石屑洒水，使混合料的含水量超过最佳含水量约 1% ，以减少运输过程中的离析现象。 ④摊铺 松铺系数人工为 l.40~1.50 ，平地机为 1.25~1.35 ），将料均匀地摊铺在预定的宽度上，表面要力求平整，并具有规定的路拱。 ⑥ 碾压 整型后，用 12t 以上三轮压路机、振动压路机或轮胎压路机进行碾压。一般需碾压 6 ～ 8 遍，使表面无明显轮迹。压路机不得在已完成或正在碾压的路段上“调头”和急刹车。 凡含土的级配碎石层，都应进行滚浆碾压，一直压到碎石层中无多余细土泛到表面为止。滚到表面的浆（或事后变干的薄层土）应予清除干净。 ⑦接缝处理 应避免纵向接缝，如必须分幅铺筑时，纵缝应搭接拌和。两作业段衔接的横缝处，应搭接拌和。第一段拌和后，留 5 ～ 8m 不碾压，第二段施工时，前段留下未压部分与第二段一起拌和整平后进行碾压。 厂拌法施工宜采用不同粒级的单一尺寸碎石和石屑，按预定配合比在拌和机内拌制级配碎石混合料。碾压、整型同路拌法施工。 第十章 无机结合料稳定基层 第一节 概述 （ 1 ）定义 用各种无机结合料与土混合后经过摊铺、碾压后， 当其强度符合要求时形成的基层类型。结合料有石灰 、水泥、工业废渣等。 （ 2 ）强度特点 主要是石灰或水泥中的活性物质与细粒土发生一系列物理、化学反应或此类活性物质激活工业废渣的活性而具有胶结、凝固作用，使原来分散的颗粒材料成为强度较高的整体性材料。 材料强度主要受结合料种类和剂量、性质、集料的级配等因素影响。 （ 3 ）使用情况 第三节 石灰稳定类基层 定义 在粉碎或原来松散的土中掺入适量的石灰和水，经拌和、摊铺、碾压、养生后得到的混合料层，当其抗压强度达到规定要求时，即得石灰稳定土基层。 2. 材料种类 石灰土基层 —— 用石灰稳定细粒土得到的基层。 石灰碎石土基层 —— 用石灰稳定土和碎石混合料得到的基层。其中以土为主时称为石灰土碎石，以碎石为主时称为石灰碎石土。 石灰砂砾土基层 —— 用石灰稳定土和砂砾混合料得到的基层。其中以土为主时称为石灰土砂砾，以碎石为主时称为石灰砂砾土。 3. 强度形成原理 石灰与土粒发生的作用主要为四个 （ 1 ）离子交换作用 离子交换作用主要使土的工程性质发生改变，是石灰土基层初期发生变化的主要原因。 其作用机理是： 离解后的熟石灰中的二价 Ca +2 离子能当量替换土粒表面的一价金属离子 Na + 、 k + ，此作用使土粒表面吸附的水膜减薄，土粒之间更为接近，分子引力增加，许多单个土粒聚集成结构更为紧密的土团，相当于土的颗粒粒径增大，所以工程性质得到改善。 （ 2 ）结晶作用 除进行离子交换的熟石灰外，另一部分饱和状态的熟石灰与水形成水合氢氧化钙晶体，在土中形成结晶网格，此过程把土粒胶结成整体且水合氢氧化钙晶体溶解度较小，改善了土的水稳定性。反应式为： Ca(OH) 2 +nH 2 O→ Ca(OH) 2. nH 2 O  3 ）火山灰作用 此反应在不断吸收水分的过程中进行，生成物具有水硬性，同时该生成物与结晶作用生成物形成包裹土团的稳定保护膜。起填充和隔水作用，同时密度提高。 火山灰作用是一个较为缓慢的过程，是石灰土强度形成需要较长的养护期。 反应式为： xCa(OH) 2 +SiO 2 +nH 2 O →CaO · SiO 2 · (n+)H 2 OxCa(OH) 2 +Al 2 O 3 +nH 2 O →CaO · Al 2 O 3 · (n+)H 2 O 4 ）碳酸化作用 土中的 Ca(OH) 2 与土中的 CO 2 反应后生成具有较高强度和稳定性的碳酸钙晶体，相应提高了土的强度和稳定性。该反应持续较长时间，所以石灰土后期强度较高。 反应式为： Ca(OH) 2 +CO 2 +→ H 2 O+ CaCO 3 4. 影响石灰土强度的因素 1 ）土质 通常情况下土的粒径越小、各种作用发生越充分、土质得到改性的效果越明显。 但工程中很少使用粒径很小、塑寻性指数很大的重粘土，因为难以将其充分粉碎； 也很少使用粒径大而无塑性的砂土，因为加入石灰后工程性质提高幅度并不大。 塑性指数为 15 ～ 20 的粘性土最适宜用石灰稳定，在工程中最适用 。 2 ）灰质 石灰质量好则有效成分多（ CaO 、 MgO), 形成强度的各种作用得到充分进行，有利于提高强度和稳定性。石灰质量应达到相关技术要求。 3 ）石灰剂量灰剂量对石灰土基层强度影响明显。 通常情况下，石灰剂量较小（ <3 ％～ 4 ％）时，土的部分工程性质得到改善；随着石灰剂量的增加，石灰土强度和稳定性不断提高，但超过一定限度时，强度反而降低； 因此石灰剂量有最佳值要求，应通过混合料配合比设计和相关试验确定。 4 ）拌和及压实 土的粉碎程度和拌和均匀性对石灰土基层强度影响很大，土越粉碎则石灰与土 的各种反应越充分，稳定效越较好。 5 ）养生条件和凝期 高温和一定湿度对石灰土强度形成有利。 石灰土强度随时间而缓慢增长，达到设计强度的凝期较长 。 5. 石灰稳定土混合料设计 1 ）设计任务 选择合适的土质、确定最佳石灰剂量和混合料最佳含水量、通过试验确认强度达到要求且经济合理的配合比。 2 ）设计步骤 （ 1 ）制备试样 根据一种土样、不同石灰剂量的混合料。为减少试验量，可根据经验确定一个较窄的剂量范围。 （ 2 ）确定混合料最佳含水量和最大干密度 （ 3 ）制备与施工压实度相同的强度试验试件 （ 4 ）进行抗压强度试验，根据试验结果确定强度达到要求、可用于实际工程的混合料配合比。 6. 石灰稳定土基层施工 1 ）路拌法施工 （ 1 ）准备下承层 （ 2 ）施工放样 （ 3 ）摊铺土、石灰 （ 4 ）拌和与洒水 （ 5 ）整形和碾压（ 6 ）养生 2 ）厂拌法施工 用专用设备在集中拌和站拌和，要求充分粉碎土块、配料准确、控制含水量、拌和均匀。 第四节 水泥稳定土类基层 定义 由于这种基层取材容易、强度高、稳定性好，广泛用于各级各类公路路面基层，尤其是交通量大的高等级公路路面。 2. 材料种类水泥稳定土 —— 用水泥稳定细粒土得到的基层。 水泥稳定碎石 —— 用水泥稳定粒径较大的级配碎石或天然级配形成的基层。 水泥稳定砂粒 —— 水泥稳定沙砾土 —— 3. 强度形成原理 （ 1 ）水泥的水化作用 与水泥混凝土强度形成一样，水化反应生成具有胶结作用的水化物，水泥土强度的主要来源。水化产物在土的矿质颗粒空隙中相互交织搭接，将土颗粒包裹并连接起来，使土丧失原有塑性，从而改变土的工程特性。由于在土的特定环境中，水泥在土中发生的水化反应弱于水泥混凝土。 2 ）离子交换作用 机理与石灰稳定土相同。 3 ）化学激化作用 混合料中钙离子的增加，使土混合料变为碱性环境，激发土中 SiO 2 、 Al 2 O 3 的活性。与钙离子发生反应生成新的矿物，其作用与水泥水化产物作用相同。有利于提高土的强度和稳定性。 4 ）碳酸化作用 与石灰稳定土同。 4. 影响强度的因素 1 ）土质 凡是能被经济地粉碎的土均能用水泥来稳定，但用于稳定具有良好级配的碎石、或砂砾石的效果最好，其次为砂性土。对于粒径很细的粘质土或粉质土，由于水泥用量不可能较大，因此稳定效果不明显。 2 ）水泥类型与剂量 普硅水泥、矿渣水泥、火山灰水泥均可使用。为便于施工，应选用终凝时间较长的低标号水泥。 3 ）施工及养生 5. 混合料组成设计 1 ）设计任务 选择合适的土类、确定水泥剂量、确定最佳含水量、确认技术、经济符合要求的配合比。 2 ）设计步骤 水泥稳定土类混合料组成设计与石灰土设计基本相同，但水泥剂量通常根据经济性要求确定。 6. 水泥稳定土类基层施工 一般要求采用厂拌法施工，工艺过与石灰土基层厂拌法施工相同。 三、工业废渣稳定土类基层 定义 用一定量的的石灰与粉煤灰（石灰与煤渣、石灰与矿渣）与其他矿质集料混合，加入适量的水，经拌和、摊铺、碾压和养生后，当其强度达到一定要求后得到的混合料结构层。 工业废渣稳定类基层具有与水泥稳定类基层基本相同的力学特性。 2. 材料种类 石灰粉煤灰土 —— 以石灰粉煤灰为结合料稳定细粒土。 石灰粉煤灰碎石 —— 以石灰粉煤灰为结合料稳定碎石。 石灰粉煤灰碎石土 —— 在碎石中加入少量土后以石灰粉煤灰为结合料稳定。 石灰粉煤灰砂砾 —— 以石灰粉煤灰稳定级配砂砾或天然砂砾。 石灰煤渣 —— 石灰煤渣混合料作基层。 石灰煤渣碎石 —— 以石灰煤渣碎石稳定碎石。 石灰煤渣碎石土 —— 在碎石中混入少量土后用石灰煤渣稳定。 3. 强度形成原理 熟石灰在水环境下激活工业废渣活性材料，发生一系列物理、化学作用，对土的工程性质起改善作用，同时具有胶结作用。 4. 材料要求 1 ）石灰 要求达到 Ⅲ 级以上，存放期短。 2 ）工业废渣 要求达到一定技术标准，粉煤灰主要是活性材料有效含量、烧失量、细度。煤渣最大粒径应小于 30mm 、颗粒具有一定级配。 3 ）粒料 高等级公路路面的工业废渣基层粒料应不含或少含塑性土，粒料颗粒压碎值符合相关要求，最好采用具有良好级配的集料。 5. 工业废渣稳定类基层施工 施工方方法与水泥稳定粒料类基层施工工艺相同，但养生时间长于水泥稳定类。 第十一章 沥青类路面 第一节 沥青类路面及基本特点 一、 基本特点 定义 沥青类路面 —— 以沥青为结合料来粘结矿料，按一定工艺施工成型的路面结构层。 柔性基层沥青路面 —— 在柔性基层上铺筑的沥青路面。 半刚性基层沥青路面 —— 在半刚性基层上铺筑的沥青路面。 2. 特点 1 ）与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有以下特点： （ 1 ）表面无接缝、行车舒适 （ 2 ）耐磨、振动小、噪音低 （ 3 ）施工期短 （ 4 ）工后养护维修方便、费用省 （ 5 ）沥青层强度相对较低，对基层和土基强度和稳定性要求高 （ 6 ）抗滑性较差 （ 7 ）高温稳定性较差 2 ）与粒料类路面相比有以下特点 （ 1 ）强度高、稳定性好 （ 2 ）使用寿命长 （ 3 ）扬尘少、对环境影响小。 沥青路面是世界各国公路及城市道路的主要路面形式， 由于采用沥青为结合料，增强了矿料颗粒之间的粘结力，使沥青混合料具有较高的强度和较好的稳定性，路面的使用品质、耐久性等得到提高。 二、沥青路面的分类 按强度形成原理分类 1 ）嵌挤型 沥青混合料中矿料采用颗粒尺寸较为单一的集料，路面的强度主要靠矿料颗粒之间产生的嵌挤、锁结和摩阻力形成，沥青粘结力相对较小，处于次要地位。 此类沥青路面具有较好的高温稳定性， 但由于矿料颗粒间空隙较大，所形成的路面透水性大，易渗水。 此类沥青路面主要有沥青碎石、沥青贯入式等。 2 ）密实型 沥青混合料中矿料颗粒采用形成最大密度的级配类型，由沥青粘聚力和矿料内摩阻力共同形成强度，以粘聚力为主，具有较高的强度和较好的稳定性。 但混合料中由于细粒矿料多，沥青用量相对较大，对高温稳定性不利。 此类沥青路面主要指各型沥青混凝土。 根据混合料矿料级配特点、剩余空隙率等指标不同，密实型沥青路面又可细分为多种类型，它们的路用性能各不相同。如沥青砼。 2. 按施工工艺分类 1 ）层铺法（撒铺法）施工沥青路面 （ 1 ）定义 沥青、矿料分层撒铺，然后碾压成型的路面。 主要指沥青表面处治路面和沥青贯入式路面。 （ 2 ）特点 a. 工艺简单、施工设备简便、功效快、造价低； b. 路面成型期长、厚度薄； c. 路面整体强度低、使用年限短。 2 ）路拌法施工沥青路面 （ 1 ）定义 在下承层上就地将沥青和矿料用人工或机械将沥青和矿料拌和均匀后摊铺、碾压成型的沥青路面，通常在常温下进行。 主要之路拌沥青碎石路面、乳化沥青路面等。 （ 2 ）特点 a. 可在常温下施工，节省能源； b. 矿料与沥青混合均匀性好于层铺法施工的路面； c. 由于常温施工，需选用稠度较低的沥青，故矿料与沥青粘结效果较差。 3 ）厂拌法施工沥青路面 特点： a. 矿质集料经过严格选择，清洁、级配准确； b. 所用沥青稠度高、用量准确； c. 专用的拌和系统计量准确，可准确控制混合料加热温度、搅拌均匀，混合料具有较高质量； d. 专业机械化施工，作业速度快； e. 运输、摊铺、碾压设备成系列化，路面施工质量高； f. 多用于等级较高的公路，材料成本、施工成本较高。 3. 按技术特性分 1 ）沥青混凝土 （ 1 ）定义 混合料经压实后达到规定的强度和剩余空隙率（剩余空隙率小于 10% ）时，称为沥青混凝土。 （ 2 ）特点 a. 具有很高的强度和密实度，是各类沥青混合料中最高的； b. 水稳性好，透水性小； c. 使用寿命长、耐久性好； d. 压实后剩余空隙率（ Vv ）为 3% ～ 6% 称为 Ⅰ 型沥青混凝土，剩余空隙率为 6% ～ 10% 时称为 Ⅱ 型沥青混凝土。 剩余空隙率大小不同，其高温稳定性也不同。 d. 适用于等级高、交通量大的公路。 （ 3 ）类型、应用 a. 细粒式沥青混凝土（ AC-13 、 AC-10 、 AC-5 ） 矿料最大公称粒径为 5 、 10 或 13mm 的沥青混凝土。 特点： 使用场合：多用于降雨量较大、夏季气温不高地区的高等级公路面层。 b. 中粒式沥青混凝土（ AC-20 、 AC-16 ） 矿料最大公称粒径为 16 、 20mm 的沥青混凝土。 沥青用量适中，是高速公路、一级公路常用的面层材料。 c. 粗粒式沥青混凝土（ AC-30 、 AC-25 ） 特点： 使用场合： d. 多空隙沥青混凝土（ PAWC) 、多碎石沥青混凝土（ SAC) 采用间断级配类型的矿料和稠度较大的优质沥青形成的空隙率很大的沥青混凝土，主要是提高沥青混凝土的高温稳定性并使路表积水能迅速下渗，使路面具有良好的抗滑性能，确保行车安全。 2 ）沥青碎石 （ 1 ）定义 沥青碎石同样用具有规定级配的碎石、砂（天然砂或机制砂）、矿粉与一定量沥青在一定温度条件下拌和均匀，得到经压实后达到规定的强度和剩余空隙率（剩余空隙率大于 10% ）时，称为沥青碎石。 （ 2 ）特点 （ 3 ）类型、应用 a. 普通沥青碎石根据矿料最大公称粒径分为细粒式（ AM-13 、 AM-10 ）、中粒式（ AM-20 、 AM-16 ）、粗粒式（ AM-30 、 AM-25 ）、特粗式（ AM-40 ）。 b. 沥青马蹄脂碎石（ SMA) 以高质量沥青、矿粉和纤维稳定剂组成的沥青马蹄脂为结合料，填充、粘结具有间断级配的高质量矿料骨架，形成多孔结构。 3 ）沥青贯入式 4 ）沥青表面处治 第二节 沥青类路面对材料的基本要求 沥青 选择条件 2. 矿料 1 ）粗集料 粗集料可选用轧制碎（砾）石、筛选砾石、矿渣等，优先选用与沥青粘结良好的 碱性石料 。 3. 细集料 细集料主要起改善混合料中矿料级配、增加混合料和易性、提高混合料密实度的作用。宜选用有一定级配的天然砂，质量符合要求的机制砂也可使用。 4. 填充料 通常用憎水性强的碱性石料磨制，在混合料中主要起增大矿料比表面积，增加结合沥青数量，形成的沥青胶浆填充集料空隙中并粘结集料颗粒，使混合料具有较高的强度。 第三节 沥青混合料技术性质与组成设计 一、沥青混合料技术性质 1. 高温稳定性 1 ）定义 在高温时表现为车辙和波浪等永久变形。 其中车辙是交通量大、渠化交通严重的高速公路路面的主要破坏形式之一。 也是目前各国公路领域重点研究解决的问题。 2 ）影响高温稳定性的因素 影响沥青混合料高温稳定性的因素分外因和内因。 （ 1 ）外因 a. 环境温度 —— 使用环境温度高； b. 施工质量 —— 混合料碾压不密实； c. 交通因素 —— 渠化交通、车辆轴载大 ； （ 2 ）内因 a. 矿料级配 —— 细料含量大的混合料易产生高温失稳； b. 矿料形状 —— 表面圆滑、缺少棱角的矿料易导致混合料高温稳定性降低； c. 填充矿料 —— 填充料过多、沥青胶浆多，高温稳定性差； d. 矿料粒径 —— 最大公称粒径较小时，高温稳定性不佳； e. 沥青用量 —— 沥青用量过大会显著降低高温稳定性； f. 沥青质量 —— 较稀的沥青会使混合料高温稳定性很差。 2. 低温抗裂性 1 ）低温开裂定义 沥青混合料在低温条件下强度和刚度增大而抗变形能力降低。 在温度急剧降低时，因上部温度低于下部温度，路面结构内形成温度梯度，处于上部的沥青路面层的收缩 变形会受到与其接触的下层的约束，上部沥青层内出现拉应力，当该拉应力值超过抗拉强度时，路面层就 产生裂缝，即为低温开裂。 2 ）影响因素 （ 1 ）外因 a. 环境温度 —— 环境温度骤降； b. 路基特性 —— 路基水温稳定性差； c. 交通因素 —— 车辆行车状况； d. 路面结构 —— 路面结构厚度薄、半刚性基 层低温开裂、基层与沥青材料层的粘着力强会 增加缩裂现象。 （ 2 ）内因 b. 矿料颗粒 —— 表面圆滑、缺少棱角的矿料混合料 抗裂性能低； c. 填充矿料 —— 填充料过多、沥青胶浆多，低温抗 裂性较好； d. 沥青用量 —— 沥青用量大会显著减少低温开裂现 象； e. 沥青老化 —— 沥青老化现象严重的路面低温开裂 也严重； f. 沥青质量 —— 粘稠的沥青会使混合料高温稳定性 很差。 3 ）防开裂措施（ 1 ）结构设计 —— 在沥青混凝土层与下承层之间设 应力吸收薄膜。 （ 2 ）材料设计 —— 选用较稀沥青、增加沥青用量。 3. 水稳性 定义： 沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与石料的粘附 性降低而使混合料的物理力学性能降低的程度。 由于水与石料的亲和力大于沥青与石料的附着力，若 沥青与石料粘附性低，在水环境下容易出现松散而市 区强度等路用性能。沥青混合料水稳定性用浸水马歇 尔试验和沥青与矿料的粘附性试验检验。 三、沥青混合料组成设计 从原材料到获得符合质量要求、用于铺筑路面工程实 体的沥青混合料要经历三个阶段： 实验室目标配合比 设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶 段。 第一阶段在实验室完成，后两个阶段则在施工时 进行。 实验室目标配合比设计 1 ）设计任务 目标配合比主要根据公路性质、交通量、筑路 材料、当地气候条件、施工技术水平等选择原材 料、确定矿料最大粒径、矿料级配类型和最佳沥 青用量。 2 ）设计步骤 （ 1 ）原材料选择 技术、经济合理的原则， 通过相关试验选择合适的沥青路面材料。 （ 2 ）确定矿料最大粒径 矿料最大粒径对沥青混合料路用性能影响很 大。当结构层厚度（ h ）与矿料最大粒径（ D ）的 比值减小时，沥青混合料的高温稳定性提高，车 辙等损害减小，但抗疲劳能力降低；当 h/D 增大 时，矿料细集料含量多，沥青用量大，沥青混合 料的抗疲劳特性提高，但高温稳定性下降。 通常取 h/D≥2 ，此时沥青混合料施工可压实性较好，容易达到规定的密实度和平整度。确定矿 料最大粒径后，根据混合料所在层位、气候环境、 材料来源、施工条件等确定沥青混合料类型。 （ 3 ）确定矿料级配 在沥青混合料类型确定的情况下，根据级配 理论和实际工程需要确定矿料级配范围（根据 具体条件确定的矿料级配范围要比规范规定值 窄许多）。在实际工程中，常常需要用两种或 两种以上具有不同级配的原材料掺配后才能得 到既定级配要求的矿质集料。即对矿料进行配 合比设计。 （ 4 ）确定最佳沥青用量 沥青混合料最佳沥青用量通过马歇尔试验确定。 矿料最大粒径与矿料级配确定后，根据规范推荐沥青 用量范围或实际工程经验初步确定一个沥青用量，并以 该值为中值，以 0.5% 为步长上下变化沥青用量。 取 5 个不同的沥青用量制备马歇尔试验试件， 计算各组混合料的稳定度（ N ）、流值（ F ）、密度（ ρ) 、饱和度（ VFA ）、剩余空隙率（ Vv ）、矿料间隙率（ VMA ）、马歇尔模数（ S ）。 分别绘制沥青用量与上述各项指标的关系曲线，根据这 些曲线并按规定计算方法计算确定可能的最佳沥青用量。 在上述试验指标中，对沥青用量选择行最强的是剩余空隙率（ Vv ）， 该指标对沥青混合料的路用性能影响很大， 其他因素如级配、沥青用量、压实情况、温度等对它的影响也很大，是一个综合性很强的指标。 （ 5 ）高温稳定性检验 高温稳定性试验为车辙试验，试验指标为动 稳定度。 当这项指标不能满足规范要求时，应调整沥青用量。无法调整时，重新进行设计。 2. 生产配合比设计阶段 用间歇式沥青混合料拌和系统生产混合料时，将二次筛分后进入各热料仓的矿料取样筛分并于目标配合比设计级配比较，以确定各热料仓的材料比例，作为搅拌系统控制室控制依据，同时反复调整各冷料仓的供料速度，以达到供料平衡。并取目标配合比设计的最佳沥青用量、 +0.3 ％及 -0.3 ％三个沥青用量进行马歇尔试验，确定生产配合比的最佳沥青用量。用连续式沥青混合料拌和系统生产混合料时，目标配合比设计就是生产配合比设计。 3. 生产配合比验证阶段 搅拌系统按生产配合比及最佳沥青用量 ±0.3 ％进行试拌，并铺筑试验路段，对生产的 混合料和从试验路面钻取的芯样进行马歇尔试验，若各项指标符合规范要求，则以此时的沥青混合料配合比作为标准配合比，作为控制混合料拌和质量的依据和施工质量检查的标准。 第四节 沥青类路面的施工工艺及质量控制 一、沥青表面处治路面 沥青表面处治路面按清理下承层→浇洒第一层沥青→撒铺第一层集料→碾压→（按以上程序进行下一层施工）的工艺过程进行。 二、沥青贯入式路面 沥青贯入式路面按清理下承层→撒铺主层集料→碾压主层集料→浇洒第一层沥青→撒铺第一层嵌缝料→碾压→浇洒第二层沥青→撒铺第二蹭嵌缝料→碾压→撒铺封层料→终压的工艺进行。 三、乳化沥青混合料路面 工艺过程为：混合料拌和→摊铺→碾压。 施工在常温下进行。 压实成型，待水分蒸发完后加铺上封层。 施工结束后作好早期养护工作，封闭交通 2 ～ 6 小时，开放交通后控制车速。 四、热拌沥青混合料路面 施工准备 1 ）原材料质量检查 2 ）施工机械选型与配套 3 ）拌和厂选址与备料 4 ）试验路铺筑 2. 混合料拌和 设备分为间歇式和连续式， 间歇式拌和质量好，连续式产量大。 控制沥青加热温度（温度过低不利于拌和均 匀，过高沥青将老化），混合料必须拌和均匀，温度控制在 160℃ 左右。 3. 混合料运输 注意保温、防雨、防污染，用车厢清洁的大吨位自卸汽车，运输能力略大于搅拌和摊铺能力。 4. 混合料摊铺 1 ）摊铺前作好下承层准备、施工测量及设备检查。 2 ）调整、确定摊铺机参数 包括摊铺机机构参数、运行参数等。 3 ）摊铺作业 控制摊铺温度为 110 ～ 130℃ 。控制平整度。 5. 混合料碾压 分初压、复压和终压三个阶段。 初压用轻型钢轮压路机进行，主要是平整、稳定混合料，温度控制为 110 ～ 130℃ ； 复压使混合料密实、稳定、成型，是碾压的关键，主要用轮胎式压路机进行并配合振动压路机，温度控制为 110℃ 以上； 终压用轻型钢轮压路机进行，主要是消除碾压轮迹，温度不低于 70℃ 。 沥青路面施工质量控制主要包括原材料质量控制、混合料质量控制、施工现场管理、现场施工质量检查等，相关技术表准见教材有关表格。 第十一章 路面材料力学性质第一节 粒料类材料一、强度特征 表现为抗剪强度。由 φ 、 c 组成。二、应力－应变特点 非线弹性材料，与土基相同。三、变形累积特性 多次重复荷载作用下产生累积变形。 第二节 半刚性材料一、强度特征  具有较好的整体行，用抗拉强度、抗劈裂强度和抗压强度表示强度大小。二、应力－应变特点 承受应力较小时表现为线弹性，用回弹模量表述应力－应变关系。三、疲劳特性 在多次重复荷载作用下产生疲劳开裂，是行车荷载作用下产生的主要破坏形式。 用疲劳强度、疲劳寿命、疲劳方程（曲线）等描述。 四、干缩、温缩特性 1. 干缩 干缩指半刚性材料层在压实后由于混合料内部的水化作用，水分会不断减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、结晶作用等都会引起半刚性材料体积收缩。描述半刚性材料收缩特性的指标主要有干缩应变、干缩系数、干缩量、失水量、失水率和平均干缩系数。干缩系数的变化规律为：主跋煲蛩匚岷狭现掷唷⒓舷付取⒑康取 石灰稳定类 > 水泥稳定类 > 工业废渣稳定类； 细粒土 > 粒料土 > 粒料 2. 温缩 半刚性材料在温度降低时体积减小，即为温度收缩。集料颗粒越细，温度收缩量越大。影响因素主要是混合料含水量、土的细度、环境温度、凝期等。温度收缩特性用温度收缩系数描述。 第三节 沥青混合料力学特性一、强度特性 1. 抗剪强度 用 c 、 φ 值大小描述，主要影响因素为沥青用量、沥青质量、矿料级配、环境温度等。 2. 抗拉强度 由直接拉伸试验和劈裂试验确定，主要受沥青用量、沥青质量、矿料加铺温度等影响。现行沥青路面设计方法中以劈裂强度作为设计指标之一。 二、应力－应变特性 沥青混合料在应力作用下表现为弹－粘－塑性体。其力学特性受温度和荷载作用时间影响很大。用劲度模量描述。劲度模量是时间与温度的函数，其值大小与沥青劲度有关。 三、疲劳特性 同其他整体性材料一样，沥青混合料在多次重复荷载作用下会在低于其极限抗拉强度或抗拉应变的情况下出现破坏，称为疲劳破坏。 导致材料最终破坏的荷载作用次数称为疲劳寿命。相应施加的荷载称为疲劳应力。疲劳应力与疲劳寿命之间的关系称为疲劳方程，若用图形表示称为疲劳曲线。影响沥青混合料疲劳特性的因素包括：沥青混凝土密实度、沥青劲度、沥青含量、集料特性、温度及加载速率等。研究材料的疲劳匦圆捎闷＠褪匝椤Ｍ炔牧稀⑼仁匝樘件下，施加的应力（或应变）越大，则疲劳寿命越短。 疲劳破坏是现行沥青路面设计方法中必须避免的破坏形式。 第十二章 沥青路面设计 沥青路面 —— 在柔性基层、半刚性基层上铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。 沥青路面设计任务 —— 根据公路性质、使用要求、当地自然环境、交通状况、筑路材料、土基特性等条件，确定技术经济合理的路面结构。 沥青路面设计内容： 1 ）选择适当的路面的路面材料、确定路面类型； 2 ）进行混合料组成设计并确定路面设计参数； 3 ）路面结构组合设计； 4 ）路面厚度计算并作多种方案比选。 第一节 弹性层状体系理论分析 一、弹性层状体系力学模型的建立 用性质不同的各种材料层铺筑在土基上形成的路面结 构在荷载作用下的应力 - 应变关系并非线弹性，而是随 应力大小和荷载作用时间而变化。 考虑到路基及路面材料层工作应力不大以及行车荷载具 有的瞬时性并简化力学分析模式，建 立路面设计力学模 型时仍视路基、路面处于弹性状态。 用弹性力学的原理分析路面各层产生的应力、应 变和位移。 由于路面各层具有不同的力学特性，因此 建立的力学模型为弹性多层体系，即弹性半空间地基上 有若干具有一定厚度的弹性材料层体系 。 实际的路面结构非常复杂，为便于问题的求解，需要建立在一定的假设基础上：通常将路面结构视为弹性半空间地基上由若干个具有一定厚度材料组成的弹性层状体系。 并假设： 1 ）各层由连续、均匀、各向同性的 线弹性材料组成，用弹性模量 E 和泊松 比 μ 表征其弹性参数； 2 ）最下一层为水平方向和竖直向下 方向无限延伸的半无限体（或半空间 体），其上各层在水平方向为无限大， 竖直方向有一定厚度； 3 ）各层在水平方向、最下一层在无 限深处的应力、应变和位移为零； 4 ）各层之间的应力和位移完全连续（连续连接）或仅是竖向 应力和位移连续（光滑连接）； 5 ）不计各层材料自重。 二、弹性双层体系解 弹性双层体系 由一个具有有限层厚 的弹性层和弹性半无限地基（路 基）组成。弹性参数分别为 E 1 ， μ 1 和 E 0 ， μ 0 ，上层弹性层厚度 为 h ，如图所示。 α—— 弯沉系数，其值是 h / D 和 E 0 / E 1 的函数； 其数值解可以通过电子计算机计算获得。 在双圆均布荷载作用下，轮隙处的竖向垂直位移（弯沉）： 三、弹性三层体系解 弹性三层体系由两个有限层厚的弹性层及弹性半无限体（路基）组成。若各层材料弹性参数分别为 E 1 ， μ 1 ； E 2 ， μ 2 和 E 0 ， μ 0 ，上层和中层厚度分别为 h 和 H ，如图所示 四、多层体系的等效换算 无计算软件时也可将多层体系按等效破坏原则换算成三层体系，利用已有的计算诺模图计算位移、应力。 原则 : 等效破坏原则，即换算前后计算的结果应是一样的，换言之，就是荷载对三层体系和多层体系的破坏效果是一样的。 1. 路表弯沉等效换算原则 : 弯沉相等 . 面层和土基保持不变，而将面层和土基之间的其他结构层换算成三层体系的中间层。 多层体系路表弯沉等效换算图 2. 拉应力等效换算 按在结构层底产生的拉应力相等的原则，将 需要计算层底拉应力的结构层及其以上所有层 次换算为三层体系上层，计算位置以下土基以 上所有结构层换算成中间层。 上层底面弯拉应力等效换算图 3. 面层剪应力等效换算 对于城市道路的沥青路面，需要考虑垂直力和水平力的共同作用，即需要验算沥青面层的抗剪强度。多层体系换算成三层体系时，方法 与弯沉等效换算相同。 第二节 沥青路面破坏状态与设计标准 沥青路面在行车荷载和环境因素影响下出现多种形式的损害，有些是结构设计时需要考虑避免的，有些是材料设计需要避免的，有些则是施工管理和工后管理。通常将路面破坏分为结构性破坏和功能性破坏两大类。 1. 沉陷 沉陷是沥青路面表面车轮集中作用部位出现较大的凹陷变形。主要是由于路基强度较低，导致路面失去较好的支撑而产生较大的竖向变形。沉陷较大时会在凹陷最深处出现纵向裂缝，进而出现网状裂缝。 2. 车辙 车辙是沥青混合料结构层在行车荷载重复作用下，在车轮集中作用的部位出现纵向撤槽，是交通量大、渠化交通严重的高等级公路沥青路面主要破坏形式。车辙主要是由于行车荷载大量重复作用、沥青混合料高温稳定性差而产生累计永久变所致，汽车轮胎的磨失使路面减薄也是原因之一。 3. 疲劳开裂 疲劳开裂是沥青路面在行车荷载多次重复作用下逐渐产生、不断增加和扩展的开裂破坏，开裂初期虽然不影响车辆正常行驶，但随着裂缝的增 多和扩宽，增加了水对路面和路基的不利作用，使路面整体强度迅速下降，加速破坏的发生，使用寿命缩短。疲劳开裂的原因主要是行车荷载对沥青材料层的多次反复弯曲作用，当荷载应力超过其抗拉疲劳强度时机产生底部开裂，逐渐发展到表面。半刚性基层产生的疲劳开裂也会向上发展导致沥青面层开裂。 4. 低温缩裂与反射裂缝 低温下沥青混合料刚度较大，所产生的收缩受到下面结构层的约束时机产生温度应力（拉应力），当超过沥青混合料抗拉强度时即出现横向开裂。半刚性基层存在温缩和干缩现象并因此出现拉应力而出现开裂。基层产生的这种横向裂缝会在相同的部位在沥青路面上反映出来，称为反射裂缝。 5. 推移（拥包） 推移和拥包是沥青面层沿行车方向产生剪切、拉裂而出现推挤和拥起。这种破坏主要是使平整度降低，影响路面的使用品质。产生的原因主要是路面受到多次较大的水平力作用、沥青混合料高温稳定性差。 6. 松散和坑槽 沥青路面材料失去应有的整体性，变为离散体，矿质粒料与结合料分离，松散的材料在行车荷载作用下脱离路表出现坑洞。主要是沥青混合料设计不当、沥青质量差、碾压不密实、沥青与矿料结合性能差所致。 二、沥青路面设计标准 1. 疲劳开裂 用控制沥青路面结中整体性结构层不出现超过其疲劳强度的方法来避免出现疲劳开裂。即结构层底出现的最大拉应力（应变）小于材料疲劳强度。 σ r ≤[σ r ] ε r ≤[ε r ]2. 低温开裂 控制沥青结构层内出现的最大温度应力低于同温度条件下沥青混合料的抗拉强度，即： σ rt ≤[σ rt ] 3. 车辙 控制沥青路面出现的最大撤槽深度（永久变形量）小于容许深度，即： L re ≤[L re ]4. 推移 控制沥青路面表面产生的最大剪应力小于沥青混合料容许剪应力，即： τ re ≤[τ re ] 5. 路面回弹弯沉值 回弹弯沉值是路面在行车荷载作用下产生的竖向弹性变形。回弹弯沉值是一个综合性很强的指标，其值大小不仅反映路面的整体强度和刚度，还与路面的使用状态存在一定内在联系。弯沉值越大，路面整体强度和刚度越小、抗疲劳性能越差。同时，弯沉值比较容易现场测试。设计时以路面诒曜贾嵩刈饔孟虏幕氐涑林挡怀访媛闶褂闷分屎蜕杓颇晗抟蟮纳杓弯沉值为控制条件。即： l s ≤l d 我国现行公路沥青路面设计规范采用回弹弯沉值、整体性材料层底拉应力作为设计指标，其他破坏形式主要在材料选择与设计、结构组合设计时定性考虑。城市道路沥青路面设计时考虑路表剪应力验算。 第三节 沥青路面结构组合设计 路面结构组合原则与方法 结构组合设计的任务是正确合理地选择路面结构层次和材料组成，合理与否关系到路面能否满足各项指标要求。 结构组合设计应综合考虑交通荷载、自然环境、材料供应、施工水平等因素，做到技术、经济合理。 内容主要为： 1 ）面层类型和等级选择 2 ）按路面受力特征选择个结构层次 根据前述面层、基层、垫层的功能、材料种 类、土基状况、自然因素等结合路面受力特点 （应力随深度逐渐减小、环境因素影响随深度 逐渐减弱 ) 选用合适的结构层次。 3 ）考虑结构层自身特点 组合设计时避免相邻层次之间产生不利影响。 4 ）考虑水温状况影响 结合前述有关水和温度对路面和路基的影响安排材料层。 2. 参考典型路面结构 第四节 新建沥青路面设计 一、计算图示与设计标准 厚度计算 厚度计算步骤： 1. 路面结构组合设计 2. 拟定面层及其它各层厚度 半刚性基层，以任何一层作为设计设计层； 半刚性基层、柔性底基层，应求半刚性层； 柔性基层，求基层。 3. 求设计层厚度 2. 层底拉应力验算 3. 面层剪应力验算 我国城市道路沥青路面设计规范规定，为防止高温季节在道路交叉口、车站等汽车经常制动、启动的地段出现推移、拥包等病害，需要验算沥青面层剪应力。 二、路面设计弯沉值 二、路面设计弯沉值 以路面在竣工后第一年的不利季节、在标准 轴载作用下所测得的最大回弹弯沉值为路面设 计弯沉值。 是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据，根据公路等级、在设计使用年限内的累积当量轴次、面层和基层类型按下式计算。 L d =600N e -0.2 A c A s A b 三、容许拉应力 验算整体性材料层底拉应力时，该层容许拉应 力按下式计算。 σ R =σ sp /K s 式中： σ sp 为整体性材料的劈裂强度，通过劈裂试验确定。 K s 为材料的抗拉结构强度系数，通过材 料疲劳试验确定，按规范进行 计算。 四、轴载换算与累计当量轴次 1. 轴载换算 沥青路面设计的标准轴载为 BZZ-100 ， 等效破坏原则： 同一种路面结构在不同轴载及其相应作用次数下产生的破坏效果相同，无论以其中哪种轴载为标准进行等效换算后，由此计算得到的路面厚度应当是相同的。 当以设计弯沉为指标和沥青层层底拉应力验算时， 凡轴载间于 40~130KN 的各级轴载 均要换算为标准轴载作用次数； 当验算半刚性基层层底拉应力时，大于 50kN 的非标准轴载作用次数换算成标准轴载作用次数。 2. 累计当量轴次 在设计使用年限内路面受到的标准轴载累计作用次数称为累计当量轴次。 车道系数 五、路基回弹模量与路面材料设计参数 土基回弹模量 E 0 通常采用承载板实验或弯沉值测定的方法确定。 无试验条件时可采用查表法、室内实验法、换 算法确定。 1 ）现场实测法 对已成路基实体进行承载板试验或弯沉值测定。这种方法比较客观、实际。 2 ）查表法 首先根据临界高度或路基土平均稠度确定路基 干湿类型，结合公路所在自然区划、土质等 . 3 ）室内实验法 取有代表性的土样在实验室根据最佳含水量进行小型承载板试验，求得室内回弹模量值，在考虑不利季节、不利年份的影响乘以折减系数 λ 。 4 ）换算法 通过现场大型承载板试验测定的回弹模量 E 0 、 现场土基压实度 K 、土基稠 度 ω c 以及室内 CBR 值，建立 E 0 与 CBR 值之间的可靠关系，对于同条 件下的工程可通过测定土基 CBR 值、 K 及 ω c 并借 助该关系式推算回弹模量 E 0 。 2. 路面材料设计参数 沥青路面设计时需要先确定路面材料的抗压回 弹模量和整体性材料的劈裂强度。 1 ）以弯沉值计算路面厚度时 各种材料均采用抗压回弹模量。 2 ）验算整体性结构层底拉应力时 各种材料模量值取抗压回弹模量，强度为劈裂强度，用劈裂试验测定。 六、沥青路面设计步骤： 1. 根据设计任务书的要求，确定路面等级、面层类型，计算设计弯沉值； 2. 划分路基干湿类型 3. 拟定路面结构组合与厚度方案，确定各层材料的回弹模量值； 4. 计算路面厚度， 5. 对高等级道路的整体性结构层进行弯拉应力的验算； 6. 进行方案比较，确定路面方案 第十三章 水泥混凝土路面 第一节 水泥混凝土路面分类及特点 一、分类 水泥混凝土路面是高级路面，由混凝土路面板、基层、垫层组成。根据材料、组成及施工工艺不同分为以下几种。 素混凝土路面 除接缝区和局部范围外，其余部位不配置钢筋的混凝土路面称为素混凝土路面。目前在国内使用最广泛。 2. 碾压砼路面 采用水泥和用水量比普通砼显著减少的混合料经摊铺、碾压成型的砼路面。 3. 钢筋砼路面 钢筋的作用： 为防止砼板内可能出现的裂缝缝隙张开，板内 配置纵横向钢筋或钢筋网的砼路面。 使用场合： 4. 连续配筋砼路面 沿路面纵向配置大量连续钢筋、一般不设横缝的砼路面。 使用场合： 多用于高速公路或一级公路路面。 5. 钢纤维砼路面在普通砼搅拌时掺入适量钢纤维以提高砼的抗折强度。 可达到减薄路面板的目的。减少横向缩缝。 6. 复合式砼路面 面板由两层或两层以上不同强度或不同类型的的砼复合而成。 处于下部的砼层可适当降低强度，节省工程造价。 7. 砼小块铺砌路面 由预制高强度砼小块铺砌而成，形状有矩形、嵌锁型， 特点： 结构简单、可适应基层出现较大变形、修复容易 使用场合：主要用于人行道、广场等。 8. 装配式砼路面 在工厂将砼预制成板块，运到现场装配而成。 二、水泥砼特点 优点 1 ）强度高 水泥砼路面板具有较高的的抗压强度、抗弯拉和抗磨耗性能。 2 ）抗滑性能好 砼路表面粗糙度好，可靠保证行车安全。 3 ）能见度好 砼路面为浅色，能见度高，利于夜间行车。 4 ）耐久性好 由于砼路面强度高、稳定性好，具有较长的使用寿命。 5 ）稳定性好 砼路面具有良好的水稳定性和温度稳定性。 6 ）养护费用少、经济效益大 初期投资但由于使用年限长，年均分摊的养护维修费用少。 2. 缺点 1 ）开放交通迟 路面施工需要较长的养生时间。 2 ）水泥和水的需要量大 3 ）有接缝 4 ）修复困难 第二节 普通砼路面构造 一、土基和基层 土基 对土基的要求：强度并不一定很高。 但对路面板的支撑必须均匀、密实、稳定。 2. 基层 作用： 显著改善路面板的受力状况， 提高板下基础的综合回弹模量，给路面板提供均匀稳定的支撑； 将荷载应力扩散、分布到土基顶面，减小土基受力， 保证路面整体强度，延长路面使用寿命； 防止唧泥、冻胀等病害； 保证路面具有良好平整度，为路面板提供方便。 二、砼路面板 对路面板要求： 弯拉强度满足设计要求、表面平整耐磨、抗滑。普通砼路面板厚度： 最小厚度为 18cm ，实际厚度根据计算确定， 断面形式： 通常采用等厚式断面形式。 三、接缝构造与布置设置接缝的原因： 为避免路面断裂形成不规则的裂缝、以及路面出现拱胀等破坏。 三、接缝构造与布置 横缝的构造和布置 分为胀缝、缩缝和施工缝三种。 1 ）缩缝 缩缝的作用主要是使路面板因温度和湿度降低后收缩而产生拉应力时沿缩缝位置断裂，避免路表出现不规则裂缝。 缝距 4 ～ 6m ，一般采用假缝、用切割方法形成。 2 ）胀缝 作用：给沿路面板纵向产生的膨胀变形预留一定的自由空间，避免板体出现隆起和挤碎破坏。 其主要特点是设置传力杆、缝宽较大。 3 ）施工缝 设置原因： 施工缝是由于施工中断造成的接缝，应尽量设置在胀缝位置，否则设置在缩缝处。 2. 纵缝的构造和布置 根据产生原因不同，分为缩缝和施工缝两种。 1 ）纵向缩缝 当路面板宽度较大时，须设置纵向缩缝，避免板体出现不规则纵向开裂。 2 ）纵向施工缝 一次施工宽度小于路面宽度时，设置纵向施工缝。 接缝的布置： 1 纵缝； 2- 胀缝； 3- 缩缝； 4- 进水口 四、特殊部位砼路面构造 1. 板边和角偶补强 边缘钢筋 四、特殊部位砼路面构造 1. 板边和角偶补强 角隅钢筋 2. 水泥砼路面与沥青路面衔接 沥青路面与水泥砼路面衔接处容易出现沉陷、错台等病害，衔接处采用至少 3m 过渡段 第三节 砼面层材料及要求 用于砼面层的原材料质要求高于其他构造物 要求。 对面层砼的要求：较高的抗弯拉强度、耐磨性、 良好的抗冻性、尽可能低的线膨胀系数。 砼拌和物还应具有良好的施工和易性。 水泥 可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、道路硅 酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥及高铝水泥等。 根据交通等级合理选用水泥强度等级，一般为 32.5 水泥，特重交通时选用 42.5 水泥。 2. 粗集料 粒径大于 5mm 的碎（砾）石，应质地坚硬、耐 久、洁净，级配符合要求，最大颗粒直径不超过 40mm 。 3. 细集料 粒径小于 5mm ，可采用天然砂、机制砂或石屑 4. 水 一般以饮用水为宜；非饮用水，经化验符合下列要求时也可使用： A ．硫酸盐含量（按 SO 4 2- 计）小于 2.7mg/cm 3 ； B ．含盐量不得超过 5mg/ cm 3 ； C ． PH 值大于 4 。 5. 外加剂 新工艺的发展，对混凝土性能提出了新的要求， 如高强、早强、大流动度、高耐久性、缓凝、速凝、降低水化热等。 A ．减水剂 使用减水剂可使混凝土在和易性不变的条件下，减少用水量提高强度。 如果用水量不减少，则可改善所拌混凝土的和易性，提高流动性。 目前，常用的减水剂有木质素磺酸钙等，其掺入量约为水泥用量的 0.25% ，其减水效果为 5 ％以上，一般为 5 ％～ 12 ％， 这种减水剂同时具有缓凝和引气作用，使混凝土的含气量为 3 ％～ 4 ％。 B ．引气剂 引气剂与混凝土组成成分不发生化学反应，不产生气体。 掺入混凝土中，由于拌和时的物理作用，使混凝土拌和物中的空气由少数大气泡改变成细小、球形、稳定、均匀分布、互不连通的大量微气泡。 这些气泡在混凝土拌和时能起到滚珠一样的减磨滑动作用，硬化后仍保留在混凝土中，阻断毛细管、阻止外界水分渗入混凝土中，因此，能大大地提高混凝土的抗渗性。 加之气泡内不是饱水的，当混凝土中的水受冷结冰产生体积膨胀时，这些微气泡就成了消纳压力的空间，防止混凝土冻坏。冰冻地区的混凝土中必须掺加引气剂。 最常用的引气剂是松香聚合物，掺量一般为水泥用量的 1 ‰ ～ 2 ‰ ，减水率为 10 ％，提高耐冻性 4 ～ 5 倍。其含气量应当控制在 3 ％～ 6 ％。超过此值后，不但强度降低，耐久性也不再提高。 C ． 缓 凝剂 缓凝剂能使混凝土拌和物在较长的时间内保持良好的和易性，延缓大体积混凝土的放热时间，防止分层灌浇的混凝土之间出现裂缝。常用的缓凝剂有木质素磺酸盐类，糖类、羟基羟酸类及无机盐类。 缓凝剂的用量应根据要求的混凝土凝结时间通过 试验而定，一般剂量都很小。缓凝剂中很多还兼有塑化、减水、抗渗、抗冻和提高混凝土后期强度的综合作用，如木质素磺酸钙等。 D ．早强剂 早强剂能提高混凝土的早期强度，常用于冬季施工、抢修工程等。 常用的有氯盐、硫酸盐和三乙醇胺三类。 此外，还有它们的复合物，复合物的早强效果更好。 氯化钙价廉、效果好，是最常用的一种早强剂，在钢筋混凝土中掺量不得超过 1 ％ 掺量多会引起钢筋锈蚀，在素混凝土中掺量不超过 3 ％。 第四节 水泥混凝土路面施工工艺与质量控制 一、施工前的准备工作 ①选择混凝土拌和场地 考虑因素： 施工路线的长短、运输工具、尽可能保证运送混合料的运距最短。 接近水源和电源 拌和场应有足够的面积，以供堆放砂石材料和搭建水泥库房。 ② 材料准备及质量检验 各种材料应符合规定的质量要求。 新出厂的水泥应至少存放一周后方可使用。 路面在浇筑前必须对混凝土拌和物的工作性能进行检验并作必要的调整。 ③ 基层的检验与整修 ④混合料配合比检验与调整 ⑤ 施工放样及机械准备 首先根据设计图纸恢复路中心线和混凝土路面边线， 在中心线上每隔 20m 设一中桩，同时布设曲线主点桩及纵坡变坡点、路面板胀缝等施工控制点， 并在路边设置相应的边桩，重要的中心桩要进行拴桩。每隔 100m 左右应设置一临时水准点，以便复核路面标高。 各种机械的检修、选择的主导机械应能满足施工质量和进度要求，在保证主导机械发挥最大效率的前提下，选用的配套机械应尽可能的少。 二 . 施工工序 水泥混凝土路面一般多按一个车道宽度进行施工 1 ）安装模板 检查模板、根据车道宽度安装纵向模板， 2 ）钢筋布设 传力杆的安设 a) 缩缝（假缝） b) 施工缝 预制定位支架固定传力杆 边缘钢筋及角隅钢筋的布设 边缘钢筋通常用预制混凝土垫块垫托。垫块厚度一般以 4cm 为宜。垫块间距不大于 80cm 。 在浇筑混凝土过程中，钢筋中间应保持平直，不得变形挠曲，并防止移位。 角隅钢筋应在混凝土浇筑振实至与设计厚度差 5cm 左右时安放。距胀缝和板边缘各为 10cm ，平铺就位后，即继续浇筑上部混凝土。 3 ） 混凝土的拌制与运输 混合料的制备可采用两种方式： 在工地由拌和机拌制；或在中心工厂集中制备，而后用汽车运送到工地。 在工地制备混合料时，要准确掌握配合比，特别要严格控制用水量。每天开始拌和前，应根据天气变化情况，测定砂、石材料的含水量，以调整拌和时的实际用水量。 每拌所用材料应过秤。量配的精确度对水泥为 ±1.5 ％，砂为 ±2 ％，碎石为 ±3 ％，水为 ±1 ％。每一工班应检查材料量配的精确度至少 2 次，每半天检查混合料的坍落度 2 次。 混凝土拌和物每盘的 搅拌时间 ，应根据搅拌机的性能和拌和物的和易性确定。 搅拌最长时间不得超过拌和物要求的最短搅拌时间的 3 倍。 运输：手推车或自卸汽车。 当运距较远时，宜采用搅拌车运输。混凝土混合料必须在初凝前运到摊铺地点，并有足够的摊铺、振实、整平和抹面的时间。混合料的卸料高度不得大于 1.50m ，以免发生离析。 炎热干燥、大风或阴雨天气运输时，应加覆盖； 冬季施工，运输时应有保温措施。 每车卸料后必须及时清除车厢内的粘附残料。 4 ） 混凝土的摊铺和振实 混凝土板厚在 22cm 以下时，可一次摊铺捣实，厚度超过 22cm 时，应分两次摊铺， 下层摊铺厚度约为总厚度的 3/5 （边摊铺、边整平、边振实），紧接着摊铺上层。 混凝土铺筑到一半厚度后，先采用 2.2KW( 或 3.0KW) 的平板式振动器振捣一遍，然后加高铺筑混凝土到顶，等初步整平后换用 1.2KW~1.5KW 的平板式振动器再振捣一遍。 凡振不到的地方，如模板边缘、传力杆处、窨井及进水口附近等，均改用高频率插入式振动器振捣。然后用带有振捣器的、底面符合路拱横坡的振捣梁，两端搁在侧模上，沿摊铺方向振捣拖平。 随后，再用直径 75 ～ 100mm 的无缝钢管，两端放在侧模上，沿纵向滚压一遍。 5 ） 筑做接缝 胀缝 在混凝土硬化前，剔除胀缝板上部的混凝土，嵌入 2cm × 2cm 的木条，休整好表面。在填缝之前，凿去接缝板顶部的木条，涂粘结剂后，嵌入多孔橡胶条。 横向缩缝，即假缝。切缝法、锯缝法两种方法： 切缝法：在混凝土捣实整平后，利用振捣梁将“ T” 形震动刀准确地按缩缝位置震出一条槽，随后将铁制压缝板放入，并用原浆修平槽边。当混凝土收浆抹面后，再轻轻取去压缝板，并即用专门抹子修整缝缘。 锯缝法是在结硬的混凝土中用锯缝机（带有金刚石或金刚砂轮锯片）锯割出要求深度的槽口。这种方法要求掌握好锯割时间，合适的时间视气候条件而定。 纵缝 纵向假缝可采用切缝或锯缝法；对于平缝纵缝，在已浇混凝土板的缝壁涂 刷沥青，并应避免涂在拉杆上。浇筑邻板时，缝的上部应压成规定深度的缝槽。 6 ） 表面整修与防滑措施 水泥混凝土终凝前必须抹平其表面，使表面磨耗层（ 2mm~4mm 的砂浆层）密实、平整。最好使用机械抹平。 目前国产的小型电动抹面机有两种装置：装上圆盘即可进行粗光；装上细抹叶片即可进行精光。在一般情况下，面层表面仅需粗光即可。抹面结束后，有时再用拖光带横向轻轻拖拉几次。 防滑措施： 用锯槽机将路面锯割成深 5 ～ 6mm 、宽 2 ～ 3mm 、间距 20mm 的小横槽。也可在未结硬的混凝土表面塑压成槽，或压入坚硬的石屑来防滑。 7 ） 养生 通常有湿治养生、塑料薄膜养生两种方法，养生期一般为 28 天。 8 ）拆模和填缝 拆模时间应能保证混凝土边、角不因拆模而破坏，应根据气温和混凝土强度增长情况而定。 所有接缝的上部均需用填缝料封填。一般在养生期满后即可进行填缝。未填缝前严禁车辆行使，以免板边和角隅破坏。 特殊气候条件下混凝土路面的施工 （ 1 ）冬季施工 混凝土路面应尽可能在气温高于 5 ℃ 时施工。由于特殊情况必须在低温条件下（昼夜平均气温低于 + 5 ℃ 和最低气温低于 -3℃ ）施工时应采取下述措施： ① 采用高强度等级快凝水泥，或掺入早强剂，或增加水泥用量。 ② 加热水或集料。 拌制混凝土时，先用温度超过 70 ℃ 的水同冷集料相拌和，使混合料在拌和时的温度不超过 40℃ ，摊铺后的温度不低于 10 （气温为 0℃ ）～ 20℃ （气温为 -3℃ 时）。 ③混凝土修整完毕后，表面应覆盖蓄热保温材料，必要时还应加盖养生暖棚。 （ 2 ）夏季施工 可采取以下措施： ① 混凝土拌和物在运输中要加以遮盖，及时运至工地 ② 各道工序应衔接紧凑，尽量缩短施工时间； ③在已铺好的路面上，搭设遮光挡风设备，以避免混凝土遭到烈日暴晒并降低吹到混凝土表面的风速，减少水分蒸发。 （ 3 ）雨季施工 必须做好以下几点： ① 经常与当地气象台联系，了解近期的天气预报，抓紧在不下雨时间施工，一般有雨不施工； ②预先搭建一定数量的工作雨篷，保护刚铺筑的混凝土路面，也可利用它继续铺筑，一般在下雨时。应铺筑完正在浇筑的一块板，并停工做施工缝。 第十四章 水泥混凝土路面设计 第一节 弹性地基板力学分析一、弹性地基板力学分析 混凝土板处于弹性工作阶段。 基层和土基也工作于弹性阶段。 把水泥混凝土路面结构看作是支撑于弹性地基上的小挠度弹性板，用弹性地基板理论进行分析计算。 水泥混凝土面层下的各结构层看作为均质弹性地基。 为了建立接触面处地基顶面挠度同地基反力之间的关 系，对地基采用不同的力学模型： 1 、温克勒（ Winkler ）地基模型 —— 这种地基模型有时也称作稠密液体地基模型。 2 、弹性固体地基模型 —— 地基看作是均质的半无限连续介质。地基顶面任 一点的挠度不仅同作用于该点的压力有关，也同顶面 其它点的压力有关。这种地基模型有时也称作弹性半 无限体地基模型或弹性半空间体地基模型，采用弹性 模量 E 0 和泊松比 μ 0 来表征其弹性性质。 。 3 、巴斯特纳克（ Pasternak ）地基模型 —— 假设 Winkler 地基的弹簧单元之间存在一定程度 的剪切阻尼作用，类似于弹簧顶部与由不可压缩的梁 或板单元组成的剪切层相联结，层内各单元间由于横 向剪切而变形。此模型采用地基反应模量 k 和剪切模量 G 两项系数来表征地基的性质。 当剪切模量 G 为零时，此模型即为 Winkler 地基模型； 当 G 增大时，可通过增加横向联系来调整地基的反应，使之趋近于半空间地基。 因而这是一种介于 Winkler 地基和半空间地基之间的过渡模型 . 二、水泥砼温度应力分析 水泥砼路面板内不同深度处的温度随外界气 温的变化而变化。这种温度变化使路面板出现 膨胀和收缩，当这些温度变形受到约束时，即 产生温度应力，分为胀缩应力和翘曲应力。 胀缩应力 板内胀缩应力是由于外界温度的缓慢而均匀变化引起的。这种缓慢而均匀的变化不会在砼板内出现温度梯度，使板顶和板底产生的温度变形一致。 当气温缓慢变化时，板内温度均匀升降，则面板 沿断面的深度均匀胀缩。 设 x 为板的纵轴， y 为板的横轴。如有一平面尺寸 很大的板，在温差影响下板内任一点的应变为： 为了减少收缩应力，在混凝土板内设置各种接缝，板被化分为有限尺寸的板块。 这时板的自由收缩受到板与基础的摩阻力约束， 此摩阻力随板的自重而变。因变形受阻而产生的 板内最大应力出现于板长的中央，其值可近似按下式计算： 板划分为有限尺寸板块后，因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。 2. 翘曲应力 板内出现翘曲应力是由于外界短时间内出现较大幅度的温度变化造成的。 对有限尺寸板，沿板长（ L ）和板宽（ B ）方向的翘曲应力分别为： 三、砼路面的破坏形式和设计标准 （一）破坏形式 两类：路面丧失部分功能，属功能性破坏；使路面完全失去承载能力，属结构性破坏。 接缝破坏 1 ）挤碎主要是由于胀缝功能丧失、传力杆安设不合理所致。 2 ）拱起  胀缝功能丧失，膨胀应力导致板体压屈失稳。 3 ）错台 横逢两侧板体出现相对竖向位移，主要是施工不当、路基出现不均匀变形、接缝传荷效果差。 4 ）唧泥 接缝处在行车荷载作用下喷出稀泥浆。 主要原因： 是路基出现较大累计塑性变形、接缝防水性能差，使接缝处板体底部脱空，常伴有路面板的断裂。 2. 砼路面板本身的破坏 路面板主要的破坏形式为断裂和裂缝。 主要原因： 行车荷载作用、温度应力大、地基不均匀以及施工质量低等原因所致。 二、设计标准 防治路面破坏的措施： 控制工程质量、减小路面板平面尺寸、加强后期维护、 设置稳定性较好的基层等措施解决。 设计标准： 而路面在行车荷载和温度梯度的多次重复作用下产生的 疲劳开裂 ，只能通过设计，确定合理的路面厚度结构和平面尺寸。 第四节 水泥砼路面设计 一、设计内容与标准 设计内容 1 ）结构组合设计 根据使用要求、交通量、当地气候条件、路 基状况、材料供应等因素综合考虑路面各结构层 材料类型与组成、结构厚度以及设计参数等。 2 ）路面板厚度设计 按现行设计规范进行，确定满足设计年限内使用要求所需的砼板厚度。 3 ）路面板平面尺寸与接缝设计 根据荷载应力和温度应力确定合理的路面板平面尺寸，布置各类接缝并确定其构造形式。 4 ）路肩与配筋设计 高等级公路路肩、路缘带结构与行车道基本相同。路面板容易出现裂缝的部位应作配筋设计。 二、设计参数 1. 标准轴载与轴载换算 按等效破坏的原则将其他非标准轴载的作用次数换算成标准轴载作用次数，即当量轴次。 N s —— 100KN 单轴双轮组标准轴载的作用次数，次 /d ； N i —— 各类轴型 i 级轴载的作用次数，次 /d ； n —— 轴型和轴载级位数； P i —— i 级轴载的总重， kN ； 单轴 - 单轮组时， 三轴 - 双轮组时， 2. 交通分级、设计使用年限和累计作用次数 1 ）交通分级 水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为 4 级，分级范围见表。 交通等级 特重 重 中等 轻 设计车道的标准轴载累计作用次数 Ne （ 10 4 ） >2000 100~2000 3~100 <3 2 ）设计年限 设计年限为砼路面达到预定损坏标准时所能使用的年限。根据公路等级、交通分级等确定。 3 ）累计作用次数 设计车道的标准轴载累计作用次数与设计年限初期交通量、公路等级、车道数、交通组成和交通量的增长情况有关。 3. 结构设计参数的变异性 路面的使用寿命： 混凝土弯拉强度、面层厚度、基层顶面综合模量、混凝土弹性模量等有关。 混凝土路面寿命的变异性，是由这些设计参数的变异性综合而成的。 各结构设计参数，由于材料和结构组成的不均质以及施工技术和质量控制水平差异等因素的影响，其数值在一定范围内变动。 根据变异系数的频率分布情况，可将各项设计参数的变异水平划分为低、中、高三个等级， 分别适应于不同的公路等级及施工技术和质量控制水平。 各个等级变异系数的范围，如表，这一范围基本上代表了我国水泥混凝土路面目前达到的施工质量水平。 变异水平等级 面层厚度 Cv （ % ） 混凝土强度及弹性模量 C v （ % ） 基层顶面回弹模量 C v （ % ） 适用对象 低 2~4 5~10 15~25 高速、一级公路 中 4~6 10~15 25~35 一级、二级公路 高 6~8 15~20 35~55 二级及二级以下公路 4. 路面结构的可靠度 定义：指在规定的设计基准期（设计使用期）内，在规定的交通和环境条件下，路面使用性能满足预定水平要求的概率。 目标可靠度是所设计路面结构应具有的可靠度水平。 选定较高的目标可靠度，在各设计参数的变异水平不变时，所设计的路面厚度较大，初期建设费用较高，但使用期间的养护费用和车辆运行费用较低； 若选定较低的目标可靠度，则所设计的路面结构较薄，初期修建费用可以降低，但使用期间的养护费用和车辆运行费用将会提高。 5. 基层顶面当量回弹模量与计算模量 1 ）新建公路基层顶面的当量回弹模量值 按下式计算确定 E x —— 基层和底基层或垫层 的当量回弹模量 h x —— 基层和底基层或 垫层的当量厚度 2 ）原有柔性路面顶面的当量回弹模量值通过承载板试验确定原有柔性路面顶面的当量回弹模量 E t ；如用汽车实测路段的回弹弯沉值，按下式确定其基层顶面的当量回弹模量 E t w 0 — — 以后轴重 100kN 的车辆测得的计算回弹弯沉值（ 1/100mm ） 6. 砼设计强度 以弯拉强度作为设计控制指标，取 28d 龄期的 15cm×15cm×55cm 的水泥混凝土梁式试件，用三分点加载试验方法确定。 设计弯拉强度必须满足规范规定的弯拉强度标准的要求。同时，为保证路面有较高的耐久性、耐磨性和抗冻性。混凝土的抗压强度不应低于 30 ～ 35 MPa 。 交通等级 特重、重 中等 轻 普通混凝土设计弯拉强度 (MPa) 5.0 4.5 4.0 钢纤维混凝土设计弯拉强度 (MPa) 6.0 5.5 5.0 三、荷载疲劳应力计算 1. 临界荷位 定义：为简化计算，选取使路面板产生最大应力或最大疲劳损伤的一个荷载作用位置作为应力计算的临界荷位。 2. 荷载疲劳应力计算 水泥混凝土板为四边自由板时，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力，按下式计算： r —— 混凝土板的相对刚度半径（ m ） σ p =k r k f k c σ ps 式中： k r —— 考虑接缝传荷能力的应力折减系数； k f —— 考虑设计年限内荷载应力为累计疲劳作用的疲劳应力系数； k c —— 考虑超载、动载等因素对路面疲劳损坏的综合影响系数。 四、温度疲劳应力 砼面板内温度梯度经历着年变化和日变化，设计年限内由此产生的温度应力对路面的损害同样为疲劳损害。 在临界荷位处的温度疲劳应力可用下式确定： —— 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力 五、板厚确定 设计步骤： ①收集并分析交通参数 计算设计基准期内设计车道标准轴载累积作用次数，由此确定道路的交通等级，并确定安全等级； ②初拟路面结构 初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造， ③ 确定材料参数 确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量； ④计算荷载疲劳应力和温度应力； ⑤检验初拟路面结构 根据可靠度系数，按下述条件检验 —— 可靠度系数，即为保证设计的结构具有规定的可靠度，而在极限状态设计中采用的单一综合系数。 表： 14-11 ， 14-12 。