第10章沥青路面设计.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,May 1,1998,Click to edit Master title style,第14章 沥青路面,第一节概述,第二节 沥青路面设计,第三节沥青路面结构组合设计,第四节 沥青路面施工质量管理与检查,学习要点,重点掌握,国内沥青路面组合设计的,基本步骤,、,基本计算公式,和,设计指标标准,；,掌握沥青路面结构组合设计,基本原则,；,了解沥青路面的类型及各自的特点；,了解施工质量管理与检查的工作内容。,第一节 概述,一、沥青路面的特点和分类,（一）特点,具有较高的强度和稳定性；表面平整无接缝，行车舒适，振动小；开放交通快；养护简便；适宜于路面分期改建。温度敏感性高。,（二）分类,1,、嵌挤式：,稳定性好，易透水，耐久性差。,宜作基层或面层的下层。,沥青表面处治、沥青贯入式、沥青碎石路面。,次高级路面,第一节 概述,一、沥青路面的特点和分类,2,、密实式：,路面结构致密，孔隙率小，强度高，耐久性好。,沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石、沥青稳定碎石混合料路面。,高级路面,第一节 概述,一、沥青路面的特点和分类,3,、层铺法、路拌法、厂拌法,层铺法：分层洒布沥青，分层摊铺矿料和碾压。,沥青表面处治、沥青贯入式路面,路拌法：在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌和、摊铺并碾压密实,厂拌法：将规定级配的矿料和沥青材料在工厂用专 用设备加热拌和，然后运送至工地摊铺碾压。,热拌热铺、热拌冷铺,二、沥青路面类型,1,、沥青混合料路面：集料,+,沥青结合料,沥青混凝土路面、沥青碎石路面、沥青玛蹄脂碎石路面。,施工过程：沥青混合料的拌和、运输、摊铺和压实成型。,2,、沥青表面处治路面：分层浇洒沥青、撒铺矿料并压实成型,.,（,3cm),作磨耗层,/,表面封层。层铺法,/,拌和法,施工工序：清理基层 洒布透层沥青,浇洒第一层沥青,撒铺矿料,碾压,养护,第一节 概述,二、沥青路面类型,3,、沥青贯入式路面：沥青 碎石层 嵌缝料,“先石后油”,浅贯入（,4-5cm,），深贯入（,6-8cm,）,用作三、四级公路的面层,上拌下贯式路面，拌和层厚度应为,2.5-4cm,。总厚度应为,7-10cm,。,施工工序：,先摊铺矿料 碾压 洒布沥青 撒铺嵌缝料 碾压 撒铺封层料 碾压,第一节 概述,灌入,摊铺,第一节 概述,第一节 概述,三、施工要求,1,、施工季节,温暖干燥的气候条件,2,、施工路段,不宜铺筑在纵坡大于,6%,路段上，纵坡大于,3%,的路段，应采用粗粒式的沥青碎石或粗粒式的沥青表面处治。,第,二节 沥青路面设计设计内容,1.,原材料调查与选择,调查：查明拟修建道路路线附近,材料分布,情况（石灰、粉煤灰、水泥、石料、沥青等），以便,就地取材,选择：根据,经济技术性原则,，选择沥青材料和集料种类,2.,沥青混合料及基层材料配合比设计,沥青混合料配合比设计：确定最佳沥青用量,基层材料配合比设计：确定各组成材料的比例,3.,材料参数的测定,路面材料抗压强度、劈裂强度、抗压模量、弯拉模量以及土基回弹模量等,第1节 沥青路面设计设计内容,4.,路面结构组合设计,交通,调查,与,分析,：交通量、交通组成、轮迹横向分布,拟定,路面结构,设计方案,：根据现场工程地质情况、材料调查、自然条件以及交通条件拟定,设计层位,厚度,确定：采用设计,指标,与,标准,验算,5.,路面结构方案比选,分析各类路面设计方案的,技术要求,（强度和变形）满足情况；分析各类路面设计方案的,工程造价,，根据经济技术原则予以比选,淮盐高速累积标准轴载,淮安,盐城,高速公路,设计年限15年,，,双向四车道,设计路段,单个车道设计年限内,累积标准轴载(10,6,),淮安枢纽-车桥,21,.,84,车桥-建湖,21,.,86,建湖-鞍湖,21,.,38,鞍湖-盐城西,18,.59,盐城西-盐城南,11,.27,盐城南-盐城东,13,.90,淮盐高速路面结构组合设计方案,淮安,盐城,高速公路路面结构组合设计方案,夹层结构,夹层,：,半刚性基层,中夹带,柔性级配碎石,形成的基层。,设置目的,：,缓和,半刚性基层的裂缝,尖端应力,，,防止,半刚性基层应力过大造成基层自下而上开裂引起沥青面层,反射裂缝,第二节 沥青路面设计设计原则,参考,沥青路面设计规范,JTG D50-2004,1.,综合设计原则,路基路面整体考虑，综合设计,2.,技术经济原则,技术先进，经济合理,3.,推广应用新材料新技术原则,如,Superpave,、SMA,4.,环保安全原则,注重环境保护、注重工作人员的安全,5.,机械化工厂化施工原则,有利于保证工程质量,6.,一次设计分期修建原则,适用于不良地质条件（如软土地基）下道路设计，,日本,采用该原则修建高速公路解决了,软土地基沉降,导致的路面,病害问题,第二节 沥青路面设计设计理论与方法,设计方法,分为,经验法,和,力学经验法,1.,经验法,CBR,法和,AASHTO,法,2.,力学经验法,美国沥青学会(,AI),法、壳牌(,Shell),法以及我国现行的沥青路面设计方法,3.,经验法,通过试验路或现场试验测试，建立,路面结构,、,车辆荷载,与,路面使用性能,之间的,关系,并用于路面结构设计的方法。,4.,力学,经验法,应用,力学原理,分析,荷载与环境,作用下的,路面结构,力学响应，建立,力学响应,与,路面使用性能,关系模型,并用于路面结构设计的方法,1.,标准轴载,我国路面设计以,双轮组,单轴载,100,kN,作为标准轴载，以,BZZ-100,表示,参考,沥青路面设计规范,JTG D50-2004,100,kN,d,1.5d,P=0.7MPa,第二节 沥青路面设计交通等级,2.,轴载当量换算,各种车型按照疲劳等效效应换算为标准轴载作用次数,换算原则：在,不同,轴载,作用下，,相同,路面结构,达到,相同,损伤程度,参考,沥青路面设计规范,JTG D50-2004,a.,弯沉和沥青层底拉应力为设计指标,b.,半刚性材料层底拉应力为设计指标,c.,贫混凝土层底拉应力为设计指标,第二节 沥青路面设计交通等级,4.,轴载当量换算,算例,参考,沥青路面设计规范,JTG D50-2004,a.,弯沉和沥青层底拉应力为设计指标,b.,半刚性材料层底拉应力为设计指标,汽车,名称,交通量,次/日,汽车总重/,kN,汽车前后轴计算参数,轴位,轴重,轮组,轴数,轴距,中货车,EQ140,1000,92.90,前轴,28.70,1,1,3,m,后轴,64.20,2,1,3,m,N=11.0+1.2(1-1)1000(64.20/100),4.35,=145.47,次/日,N=11.0+2.0(1-1)1000(64.20/100),8,=28.86,次/日,第二节 沥青路面设计交通等级,5.,设计年限累计当量标准轴载计算,设计年限,内,一个车道,沿,一个方向,通过的,累计标准轴载,次数,N,e,(次/日),:,参考,沥青路面设计规范,JTG D50-2004,N,1,：,路面运营,第1年,双向,日平均,当量轴载次数(次/日),:,设计年限内交通量平均增长率(%),:,车道系数，,若公路无分隔时，路面窄宜选高值，路面宽宜选低值,第二节 沥青路面设计交通等级,5.,设计年限累计当量标准轴载计算,实例分析,某高速公路双向六车道,，设计年限,t=15,年，交通量平均增长率为,=8%,，按弯沉设计标准计算得到路面运营,第1年,双向,日平均,当量轴次,N,1,=,23350,次/日,，查表得到车道系数为,=0.3,参考,沥青路面设计规范,JTG D50-2004,第二节 沥青路面设计交通等级,3.,交通等级划分,根据,N,e,(,万次,/,车道,),或中型以上日平均交通量,(,辆,/,日/车道,),为划分依据,参考,沥青路面设计规范,JTG D50-2004,交通等级,BZZ-100kN,累积标准,轴次(万次/车道),中型以上货车及大客车(辆/日/车道,),A,特轻交通,100,2500,10000,第二节 沥青路面设计交通等级,第,3,节 沥青路面结构组合设计,结构组合设计原则,1.,表面使用品质长期稳定原则,：沥青路面设计规范对,平整度,、,抗滑性能,、,高温稳定性,、,水稳性,、,抗裂性能,提出了相应技术指标要求。,材料类型,30,2030,20,动稳定度,（次/,mm）,普通沥青上中面层,800-1000,600-800,600,改性沥青上中面层,24002800,20002400,1800,高温动稳定度要求,第,3,节 沥青路面结构组合设计,结构组合设计原则,2.,强度刚度与层位相,匹配,的原则,：,车辆荷载与环境影响,（如温度、降雨）自,上而下,逐渐,衰减,，因此对材料的,强度刚度要求,也自,上而下,降低,。,第,3,节 沥青路面结构组合设计,结构组合设计原则,3.,就地取材原则,：例如设计路段有丰富的,碎石,、,砂砾,材料、,石灰,，沿线有,水泥厂,，因此基层材料采用,水泥稳定碎石,而不采用,二灰稳定碎石,，底基层采用,石灰土,而不用,二灰土,。,第,3,节 沥青路面结构组合设计,一、沥青面层结构,1.层位数与公路等级,公路等级,层位数,结构形式,高,速公路,一,级公路3,表,面层、,中,面层、,下,面层,二,级公路,三,级公路,2,上,面层、,下,面层,第,3,节 沥青路面结构组合设计,一、沥青,面层,结构,2.各层位基本要求,层位,材料性能,主要要求,主选材料,表,面层,平整,密实、,抗滑,耐磨、稳定,耐久,高温,稳定、,低温,抗裂、抗,老化,密实型中粒、细粒沥青混合料，重交通采用,SMA-10、SMA-13,或改性沥青混合料,中,、,下,面层,密水性,、,抗剥离,、高温重载下,抗剪,密实型中粒、粗粒沥青混合料，重交通采用,SMA-20,或改性沥青混合料,下,面层,抗疲劳开裂等,高等级公路路面结构类型,半刚,性基层沥,青路,面,沥青面层,12-18,cm,半刚性,基层36,cm?,半刚性,或,柔性,底基层20,cm?,垫层,柔性,沥青,路面,沥青面层,10-12,cm,柔性,基层24,cm?,柔性,材料底基层15,cm?,垫层,贫,砼基层,沥青,路面,沥青面层,1018,cm,贫砼,基层18-26,cm,半刚性,底基层35,cm?,垫层,混合式沥,青路,面,沥青面层,10-12,cm,柔性,基层,12,cm?,半刚性,底基层,35,cm?,垫层,二级、三级公路路面结构,二级公路路面结构,面层,沥青混凝土,6-12,cm,(,沥青贯入式碎石,5-8,cm,或,沥青混凝土,3-4,cm,+,沥青贯入式碎石4-6,cm),基层,半刚性,材料,基层20-36,cm,(,水泥稳定碎石或砂砾；,石灰,、,粉煤灰稳定碎石,或砂砾，石灰稳定集料,),底基层,半刚性,材料,底基层,10-20,cm,或,级配碎石,三级公路路面结构,面层,沥青表面处治,3-5,cm,或热拌沥青碎石混合料,基层,半刚性材料基层,20-36,cm,(,水泥稳定碎石或砂砾；石灰、粉煤灰稳定碎石或砂砾，石灰稳定集料,),底基层,半刚性材料底基层,10-20,cm,或级配碎石,高等级公路沥青混合料级配选择建议,中,面层厚度一般为,50-60,mm,，,宜选择以粗集料为主的骨架密实型沥青混凝土(,AC-20,)。,表,面层一般为,30-50,mm,，,用密级配抗滑层(,AK-13,或,AK-16,或,SMA-13,等类型)。,下,面层，厚度一般为,60-80,mm,，,宜设计密级配沥青混合料(,AC-20,或,AC-25,)。,一、表面层,主要作用,：,表面功能：平整、抗滑、美观、舒适、减噪,要求,：,耐久性,，特别是抗滑性能的耐久,有一定的,抗剪能力,（适应重载交通）,高温,抗车辙,、低温,抗裂,、,抗老化,路面,抗滑,及,耐久,是表面层混合料,最主要性能要求,。,我国已建高等级公路的,抗滑水平,普遍,较低,。,二、中、下面层,主要作用,：,过渡层,：荷载应力的扩散,保护基层,要求,：,密实,防水,、抗剥离性,有一定,抗剪,能力,合理,厚度,抗疲劳,性能,中下面层被冲刷、松散,中下面层抗剪能力不足,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面,基层,结构,作用与要求,主要作用,：,路面结构内部,主要承重层,要求,有足够的,承载力,、较高,强度,、,稳定性,和,耐久性,材料性能指标（,抗滑,、,抗剪切,）,较,之,面层,低,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面,基层,结构,分类,柔性,基层,有机结合,料稳定类（,大粒径沥青碎石,LSAM,沥青贯入碎石,）,或,无结合料,稳定类(级配碎石;,半刚性,基层,无机结合,料稳定材料,，,如水泥稳定类，石灰稳定类，工业废渣稳定类，以及,二灰稳定类,；,刚性,基层-,低强度等级,混凝土,，如贫混凝土基层28天弯拉强度,S=1.5-2.5MPa,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面基层结构,分类,1.半刚性基层,特性,特性,：,优点,-整个基层具有,板体性,，,刚度强度,都很高，,主要承重,结构层，面层较,薄,；,缺点,温缩开裂反射至面层产生,反射裂缝,；透水性差导致,水损害,概念,：主要用水泥、石灰或工业废渣等,无机结合料,对,级配集料,作,稳定处理,的基层,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面基层结构,分类,1.半刚性基层适用性,高速公路、一级公路的,基层,或,上基层,宜选用,骨架密实型,的稳定集料。,二级及二级以下公路的基层和各级公路的,底基层,均可采用,悬浮密实型,混合料。,骨架空隙结构型,混合料具有较高的,空隙率,，适用于需考虑,路面内部排水,要求的基层。,水泥稳定类,适用于各级公路的基层、底基层。,二灰稳定类,对冰冻地区、多雨潮湿地区宜用于下基层或底基层,。,石灰稳定类,适用于各级公路的底基层以及三、四级公路的基层。,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面基层结构,分类,2.柔性基层,特性,特性,：,优点,-应力应变传递,协调过渡,能力良,好,，排水通畅,不易,遭受水损害；,缺点,刚度,和,强度,较,低,，导致沥青面层承受主要荷载，因此,面层,较厚,。,概念,：主要采用,沥青处治,的,级配碎石,和,无结合料,的,级配碎石,修筑的基层,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面基层结构,分类,2.柔性基层,适用性,密级配,-空隙率3-6%，主要功能,承受荷载,作用；厚度为80-150,mm，,宜用,LSM-25,，,LSM-30,，,LSM-40,；,主要类型：密级配,大粒径沥青碎石,LSAM、,半开级配,沥青碎石稳定基层,AM。,半开级配,-空隙率12-18%，主要功能防止反射裂缝和路面内部,排水,，可选用,AM-25,、,AM-30,、,AM-40,。,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面基层结构,分类,3.刚性基层,特性,特性,：,优点,-承受,绝大部分,荷载，因而沥青面层,较薄，,面层主要考虑,功能性,要求（抗滑、耐久、平整）；,缺点,温缩裂缝反射面层形成,反射裂缝,。,概念,：采用,低强度等级混凝土,修筑而成的基层,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面基层结构,基层厚度,主要决定因素：,强度,（层底拉应力）与,刚度,（弯沉）的,设计,要求（设计时逐层验算）以及,施工,要求（,h,i,/,D,max,4）,基层,厚度,面层,厚度，,基层,厚度,变化范围,20,cm-40cm,基层通常成为,设计层,，基层厚度成为设计的,主要内容,基层通常分为,上基层,、,下基层,，为,节省,造价，,下,基层材料可以采用,性能略低,的结合料。,第,3,节 沥青路面结构组合设计,二、沥青路面基层结构,基层类型选择,工况一,：,地基承载力低、交通任务繁重、降雨量大、路基排水不良,交通等级、地基承载力、路基温湿变化、路基路面排水,基层结构,：,组合式基层上基层为柔性材料如大粒径沥青碎石（协调变形并保障排水），下基层为半刚性材料（提高结构承载力）,工况二,：,超载严重重交通道路,基层结构,：组合基层或,刚性基层钢筋混凝土或连续配筋混凝土板基层,第,3,节 沥青路面结构组合设计,三、沥青路面,垫层,结构,分类,防水,垫层：,隔断,地下水源,，,防止,毛细水,入渗,排水,垫层：,排除,路基顶面,渗入的水,防污,垫层：,阻止,路基材料,浸入,路面结构,防冻,垫层：,防止,路基,冻融影响,路面结构,第,3,节 沥青路面结构组合设计,三、沥青路面垫层结构,材料组成及要求,防水,垫层：粗砂、砂砾、矿渣等粗颗粒材料，,垫层下,铺设,不透水材料,（土工织物反滤层）,排水,垫层：设计计算确定，垫层下铺设不透水材料（土工织物反滤层）,防污,垫层：,土工合成材料,与,粒料,分层,交替铺筑,，,防污,垫层,可置于,防（排）水,垫层,下,防冻,垫层：,隔温性,好,的材料，煤渣、矿渣、石灰煤渣稳定粒料,第,3,节 沥青路面结构组合设计,四、沥青路面层间结合,1.,沥青,面层,与,基层,之间应设置,透层沥青,或,粘层沥青,2.,沥青面层由两层或三层组成，面层之间设,粘层沥青,3.,透层沥青、粘层沥青，单层表处,下封层,，,稀浆封层,下封层的,材料规格,、,用量,根据公路工程施工技术规范选用。,采用层间,结合材料，,保证,各层结构紧密结合，形成抗,层间滑动,与,层间剪切,性能良好的,连续体系,第,4,节 施工质量和检查,1,、施工前的材料与设备检查,原材料质量符合要求,拌和厂及沥青路面施工机械和设备的配套情况、技术性能、计算精度等在施工前进行检查和调试。,2,、铺筑试验路,高速公路和一级公路,试验段长度,100-200m,铺筑在直线段,第,4,节 施工质量和检查,3,、施工阶段的质量管理与检查,施工单位自检；监理单位自主试验,沥青混合料生产过程中，按规定对各种原材料进行抽样检查。,最后，工程完工后，应对路面进行工程质量检查与验收。,1-3km,作为一个评定段。,思考题,1,、简述沥青路面的分类,2,、沥青路面结构中基层的类型及其特点,