第九章路面结构荷载及材料.ppt

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1、第八章 交通荷载 环境因素和力学参数主要内容主要内容第二节第二节 环境因素对道路的影响环境因素对道路的影响 Environmental Impact第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数 Traffic Parameters第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数 Structure Design Parameters第五节第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏路面材料的累积变形与疲劳破坏 Accumulative Deformation and Fatigue Broken第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类 Structure and Category第一节 路面结构及其分类

2、 1、沥青路面(Asphalt Pavement)柔性基层沥青路面柔性基层沥青路面(Asphalt pavement with flexible base)半刚性基层沥青路面半刚性基层沥青路面(Asphalt pavement with semi-rigid base)刚性基层沥青路面刚性基层沥青路面(Asphalt pavement with rigid base)全厚式沥青路面全厚式沥青路面(Full Depth asphalt pavement)沥青路面沥青路面 沥青路面沥青路面 基层和底基层基层和底基层 基层和底基层基层和底基层 路路 基基 路路 基基 半刚性基层沥青路面结构半刚性基层

3、沥青路面结构 土基土基(A级或级或 B级）沥青级）沥青AC-25 Sup-25 6cm-8cm(A级或级或 B级或改性）沥青级或改性）沥青AC-20 Sup-19 6cm-8cm(A级或改性）沥青级或改性）沥青 AC-13 Sup-13 SMA-13 4cm水泥稳定碎石或二灰碎石水泥稳定碎石或二灰碎石 30cm-40cm 二灰土或石灰土二灰土或石灰土 20cm-40cm u2、我国常用的高速公路沥青路面的结构、我国常用的高速公路沥青路面的结构第一节 路面结构及其分类 3、水泥混凝土路面（水泥路面）普通混凝土（JPCP）钢筋混凝土（JRCP）连续配筋混凝土（CRCP）钢纤维混凝土 预应力混凝土、

4、装配式混凝土、碾压混凝土 水泥混凝土路面水泥混凝土路面 路路 基基 基层基层 由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应分层铺筑分层铺筑、分为、分为若干层次结构若干层次结构，并按各结构层次的特定状况进行相应的材，并按各结构层次的特定状况进行相应的材料要求。料要求。4 4、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求第一节 路面结构及其分类 路面结构按照使用要求、受力状

5、况、土基支承条件和自然因素影响程度的不路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为面层、基层和垫层面层、基层和垫层三个三个层次，基层中包括底基层在内。层次，基层中包括底基层在内。面面 层层：直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括冲击），冲击），同时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、同时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力，较好的水稳定性和温度

6、稳定性，而且应耐磨、抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、不透水不透水、抗滑、平、抗滑、平整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反映）。材料的使用应整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反映）。材料的使用应能适应此功能要求。能适应此功能要求。4 4、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求第一节 路面结构及其分类 基基 层层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对于及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功

7、能层（对于水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨水浸湿散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨水浸湿或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温稳定性；或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温稳定性；同时，同时，为保证面层平整为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。，它还应具有较好的平整度。垫层垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温

8、度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形减小土基的应力与变形，并可阻止路，并可阻止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土基础挤基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。4 4、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求第一节 路面结构及其分类 面层面层：用水泥混凝土、沥青混凝土、沥

9、青碎石、泥灰结石、块料等材料。用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。基层（包括底基层）基层（包括底基层）：材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水泥砼、天然砂砾、碎石泥砼、天然砂砾、碎石/块石块石/片石片石/砾石、工业废渣结合混合料等。当用不砾石、工业废渣结合混合料等。当用不同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地的材料或土。的材料或土。路基及垫层路基及垫层：材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳定隔离层。材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳

10、定隔离层。4 4、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求第一节 路面结构及其分类路面等级路面等级面层材料类型面层材料类型适用的技术等级适用的技术等级高高 级级 沥青混凝土，水泥混凝土沥青混凝土，水泥混凝土高速、一级、二级、高速、一级、二级、三级、四级三级、四级次高级次高级沥青贯入式沥青贯入式，沥青碎石沥青碎石，沥青沥青表面处治表面处治，整齐石块或条石，整齐石块或条石二级、三级、四级二级、三级、四级中中 级级碎、砾石（泥结或级配）碎、砾石（泥结或级配），半半整齐块石整齐块石，其它粒料其它粒料 三级、四级三级、四级低低 级级粒料加固土粒料加固土，其它当地材料加其它当地材料加固或改善土，不

11、整齐石块固或改善土，不整齐石块四级四级第一节 路面结构及其分类 路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面层面层所用的材料所用的材料来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等等。但在砂石路面等等。但在工程设计中，则主要从工程设计中，则主要从路面结构的路面结构的力学特性和设计方法力学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为的相似性出发，将路面划分为柔性柔性路面路面、刚性路面刚性路面和和半刚性路面半刚性路面三类。三类。5 5、路面的分类、路面的分类第一节 路面结构及其分类 柔性路面柔性路面 总体结构刚度较小

12、，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的粒料基层和粒料基层和各类沥青面层各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结构。构。刚性路面刚性路面主要指用主要指用水泥混凝土水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度高、弹作面层或基层的路面结构，其强度高、弹性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。半刚性路面半刚性路面 主要指半刚性基

13、层和沥青混凝土面层修筑的路面结构，其主要指半刚性基层和沥青混凝土面层修筑的路面结构，其刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。5 5、路面的分类、路面的分类第二节第二节 环境因素对道路的影响环境因素对道路的影响 温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀 温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割 温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂 1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响第二节 环境因素对道路的影响图图2-11 沥青面层温度沥青面层温度日变化日变化曲线曲线表面下表面下2cm2cm7cm7cm15cm15cm气温气温时刻（时刻（h h）4 46 6

14、8 81010121214141616181820202222242410102020303040405050温度（温度（）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响第二节 环境因素对道路的影响图图2-15 沥青面层沥青面层月平均温度月平均温度的年变化曲线的年变化曲线1234567891011121103040020表面下表面下2cm2cm7cm7cm30cm30cm气温气温月份月份温度（温度（）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响第二节 环境因素对道路的影响图图2-12 水泥混凝土面层温度水泥混凝土面层温度日变化日变化曲线曲线810121416182022242468232629323

15、520气温气温表面下表面下1.5cm5cm11cm16cm时刻（时刻（h h）温度（温度（）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响第二节 环境因素对道路的影响图图2-13 一天内不同时刻一天内不同时刻沿水泥混凝土面层深度的温度变化曲线沿水泥混凝土面层深度的温度变化曲线23273135394101052015温度（温度（）深度（深度（cm）5:008:0024:0010:0019:0016:0014:001 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响第二节 环境因素对道路的影响图图2-14 水泥混凝土面层水泥混凝土面层温度梯度与气温的日变化温度梯度与气温的日变化曲线曲线0.31710121416

16、182022242468232629322000.60.91.2气温气温温度梯度温度梯度面层厚面层厚22cm时刻（时刻（h）温度（温度（）梯度（梯度（cm）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响第二节 环境因素对道路的影响湿度对路基的影响：湿软、冰冻及整体不稳定，需设置良好的排水设施，并控制路基的干湿类型湿度对路面的影响：水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度，造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性 2 2、湿度对道路的影响、湿度对道路的影响第三节 交通荷载参数 1、行车荷载及其对路面的影响 汽车荷载既是路基路面的服务对象，又是造成路基路面结构损伤的主要原因；它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的动荷载；汽车荷载的特性包括汽车轮重与轴重的大小与特性、车轴的布置、汽车轴载的时间分布特性、以及汽车静态与动态荷载的特性比较等不同方面。第三节 交通荷载参数 2、车辆的种类与作用特点道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。客车又分为小客车、中客车与大客车；货车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。汽车及其客货总重量通过车身传递到车轴，再传递到车轮，最终由轮胎传递到路面，因此，