作用在路面上的行车荷载,通常包括垂直力和水平力。路面在垂直力作用下,内部产生 的应力和应变随深度向下而递减。水平力作用产生的应力、应变,随深度递减的速率更快。 路面表面还同时承受车轮的磨耗作用,因此,要求路面面层具有足够的强度和抗变形能力, 在其下各层的强度和抗变形能力可自上而下逐渐减小。这样,在进行路面结构组合时,各结 构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排,以使各结构层材料的效能得到充分发挥。 按照这种原则组合路面时,结构层的层数愈多愈能体现强度和刚度沿深度递减的规律。 但就施工工艺、材料规格和强度形成原理而言,层数又不宜过多,也就是不能使结构层的厚 度过小。表14-1是各种结构层的适宜厚度以及考虑施工因素的最小厚度,可供设计时参考。 适宜的结构层厚度需结合材料供应、施工工艺并按该表的规定确定,从强度要求和造价考虑, 宜自上而下由薄到厚。 路面设计时,沥青面层厚度与公路等级、交通量及组成、沥青品种和质量有关,沥青面 层推荐厚度列于表14-2,设计时应根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥 青质量等因素,综合考虑确定沥青层厚度。基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学 性能和扩散应力的效果,发挥压实机具的功能以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。 各类结构层的最小厚度和适宜厚度 表14-1 结构层类型 施工最小厚度(cm 结构层的适宜厚度(cm) 沥青混凝土 粗粒式 5.0 6~8 热拌沥青碎石 中粒式 4.0 细粒式 2.5~4 沥青石屑 1.5 15~2.5 沥青砂 10~1.5 历青贯入式 沥青上拌下贯式 6.0 6~10 沥青表面处治 层铺1~3,拌和2~4 水泥稳定类 石灰稳定类 15.0 16~20 石灰工业废渣类 15.0 16~ 级配碎、砾石 10~15 泥结碎石 10~15 填隙碎石 10~12 沥青层推荐厚度 表142 公路等级 推荐厚度(cm) 高速公路 12~18 10~15
396 作用在路面上的行车荷载，通常包括垂直力和水平力。路面在垂直力作用下，内部产生 的应力和应变随深度向下而递减。水平力作用产生的应力、应变，随深度递减的速率更快。 路面表面还同时承受车轮的磨耗作用，因此，要求路面面层具有足够的强度和抗变形能力， 在其下各层的强度和抗变形能力可自上而下逐渐减小。这样，在进行路面结构组合时，各结 构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，以使各结构层材料的效能得到充分发挥。 按照这种原则组合路面时，结构层的层数愈多愈能体现强度和刚度沿深度递减的规律。 但就施工工艺、材料规格和强度形成原理而言，层数又不宜过多，也就是不能使结构层的厚 度过小。表 14-1 是各种结构层的适宜厚度以及考虑施工因素的最小厚度，可供设计时参考。 适宜的结构层厚度需结合材料供应、施工工艺并按该表的规定确定，从强度要求和造价考虑， 宜自上而下由薄到厚。 路面设计时, 沥青面层厚度与公路等级、交通量及组成、沥青品种和质量有关，沥青面 层推荐厚度列于表 14-2，设计时应根据公路等级、交通量大小、重车所占的比例、选用沥 青质量等因素，综合考虑确定沥青层厚度。基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学 性能和扩散应力的效果，发挥压实机具的功能以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。 各类结构层的最小厚度和适宜厚度 表 14-1 结构层类型 施工最小厚度（cm） 结构层的适宜厚度（cm） 沥青混凝土 热拌沥青碎石 粗 粒 式 中 粒 式 细 粒 式 5.0 6～8 4.0 4～6 2.5 2.5～4 沥青石屑 1.5 1.5～2．5 沥青砂 1.0 1.0～1.5 沥青贯入式 4.0 4～8 沥青上拌下贯式 6.0 6～10 沥青表面处治 1.0 层铺 1～3，拌和 2～4 水泥稳定类 15.0 16～20 石灰稳定类 15.0 16～20 石灰工业废渣类 15.0 16～20 级配碎、砾石 8 10～15 泥结碎石 8 10～15 填隙碎石 10 10～12 沥青层推荐厚度 表 14—2 公 路 等 级 推 荐 厚 度（cm） 高速公路 12～18 一级公路 10～15
级公路 三级公路 四级公路 1~2.5 沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响,是合理确定结构 层层数,选定适宜结构层材料的重要考虑因素。根据分析和经验,基层与面层的模量比应 不小于0.3,土基与基层或底基层的模量比宜为008~0.40 2.在各种自然因素作用下稳定性好 如何保证沥青路面的水稳性,是路面结构层选择与组合需要解决的重要问题。在潮湿和 某些中湿路段上修筑沥青路面时,由于沥青层不透气,使路基和基层中水份蒸发的通路被隔 断,因而向基层积聚。如果基层材料中含土量多(如泥结碎石、级配砾石,尤其是土的塑性 指数较大时,遇水变软,强度和刚度急剧下降,结果导致路面开裂破坏。所以沥青路面的基 层一般应选择水稳性好的材料,在潮湿路段及中湿路段尤应如此 在季节性冰冻地区,当冻深较大,路基土为易冻胀土时,常常产生冻胀和翻浆。在这种 路段上,路面结构中应设置防止冻胀和翻浆的垫层。路面总厚度的确定,除满足强度要求外 还应满足防冻厚度的要求,以避免在路基内出现较厚的聚冰带,防止产生导致路面开裂的不 均匀冻胀。防冻的厚度与路基潮湿类型,路基土类、道路冻深以及路面结构层材料热物理性 有关。根据经验及试验观测,表14-3给出路面防冻最小厚度推荐值,可供生产使用。如按 强度计算的路面总厚度小于表列厚度规定时,应增设或加厚垫层使路面总厚度达到表列要 求 在冰冻地区和气候干燥地区,无机结合料稳定土或粒料的基层常常产生收缩裂缝。如果 沥青面层直接铺筑其上,会导致面层出现反射裂缝,为此可在其间加设一层粒料或优质沥青 材料层,或者适当加厚面层 3.考虑结构层的特点 路面结构层通常是用密实级配、嵌挤以及形成板体等方式构成的,因而如何构成具有要 求强度和刚度并且稳定的结构层是设计和施工都必须注意的问题。影响结构层构成的因素, 除材料选择、施工工艺之外,路面结构组合也是十分重要的。例如沥青面层不能直接铺筑在 铺砌片石基层上,而应在其间加设碎石过渡层,否则铺砌片石不平稳或片石可能的松动都会 反映到沥青面层上,造成面层不平整甚至沉陷开裂。这类片石也不能直接铺在软弱的路基上, 而应在其间铺粒料层。又如沥青混凝土或热拌沥青碎石之类的高级面层与粒料基层或稳定 土基层之间应设沥青碎石或沥青贯入式联结层 为了保证路面结构的整体性和结构层之间应力传递的连续性,应尽量使结构层之间结合 紧密稳定。 在进行路面设计时,要按照面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求,贯彻因地制宜、合
397 二级公路 5～10 三级公路 2～4 四级公路 1～2.5 沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响，是合理确定结构 层层数，选定适宜结构层材料的重要考虑因素。 根据分析和经验，基层与面层的模量比应 不小于 0.3，土基与基层或底基层的模量比宜为 0.08～0.40。 2. 在各种自然因素作用下稳定性好 如何保证沥青路面的水稳性，是路面结构层选择与组合需要解决的重要问题。在潮湿和 某些中湿路段上修筑沥青路面时，由于沥青层不透气，使路基和基层中水份蒸发的通路被隔 断，因而向基层积聚。如果基层材料中含土量多(如泥结碎石、级配砾石)，尤其是土的塑性 指数较大时，遇水变软，强度和刚度急剧下降，结果导致路面开裂破坏。所以沥青路面的基 层一般应选择水稳性好的材料，在潮湿路段及中湿路段尤应如此。 在季节性冰冻地区，当冻深较大，路基土为易冻胀土时，常常产生冻胀和翻浆。在这种 路段上，路面结构中应设置防止冻胀和翻浆的垫层。路面总厚度的确定，除满足强度要求外， 还应满足防冻厚度的要求，以避免在路基内出现较厚的聚冰带，防止产生导致路面开裂的不 均匀冻胀。防冻的厚度与路基潮湿类型，路基土类、道路冻深以及路面结构层材料热物理性 有关。根据经验及试验观测，表 14-3 给出路面防冻最小厚度推荐值，可供生产使用。如按 强度计算的路面总厚度小于表列厚度规定时，应增设或加厚垫层使路面总厚度达到表列要 求。 在冰冻地区和气候干燥地区，无机结合料稳定土或粒料的基层常常产生收缩裂缝。如果 沥青面层直接铺筑其上，会导致面层出现反射裂缝，为此可在其间加设一层粒料或优质沥青 材料层，或者适当加厚面层。 3. 考虑结构层的特点 路面结构层通常是用密实级配、嵌挤以及形成板体等方式构成的，因而如何构成具有要 求强度和刚度并且稳定的结构层是设计和施工都必须注意的问题。影响结构层构成的因素， 除材料选择、施工工艺之外，路面结构组合也是十分重要的。例如沥青面层不能直接铺筑在 铺砌片石基层上，而应在其间加设碎石过渡层，否则铺砌片石不平稳或片石可能的松动都会 反映到沥青面层上，造成面层不平整甚至沉陷开裂。这类片石也不能直接铺在软弱的路基上， 而应在其间铺粒料层。又如,沥青混凝土或热拌沥青碎石之类的高级面层与粒料基层或稳定 土基层之间应设沥青碎石或沥青贯入式联结层。 为了保证路面结构的整体性和结构层之间应力传递的连续性，应尽量使结构层之间结合 紧密稳定。 在进行路面设计时，要按照面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求，贯彻因地制宜、合
理选材方便施工、利于养护的原则以及上述结构组合原则,结合当地经验拟定几种路面结构 方案,进行分析比较,并优先选用便于机械化施工和质量管理的方案,做到技术先进,经济 合理 路面最小防冻厚度(cm) 表14-3 粘性土、细亚粘土 路基 基层、垫层类型 类型 砂石类|稳定土类 砂石类稳定土类 道路冻深(cm) 废料类 废料类 50~100 40~4535~4030~3545~5040~4530~4 100~150 5~5040~4535~40 中 150~200 50~6045~5540~5060~7050~6045~50 大于200 60~7055-6550~5570~7560~70 60~100 45~5540~5035~4550~6045~5540~50 100~150 「55-6050~5545~5060~7055-6550~601 潮 150~200 60~7055-6550~55 大于200 70~8065~7555~7080~10070~9065~ 注:①对潮湿系数小于0.5的地区,I、ⅢIV等干早地区防冻厚度应比表中值减少15%~20% ②对区砂性土路基防冻厚度应相应减少5%~10% §14-4新建沥青路面的结构厚度计算 我国新建公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论 以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层 应进行层底拉应力的验算。由于汽车在沥青面层上启动、制动常常引起面层表面产生推挤和 拥起等剪切破坏,我国城市道路设计规范规定在弯沉和拉应力两项指标之外,增加一项剪应 力指标。在进行沥青面层的剪切验算时,要求面层在车轮垂直荷载与水平荷载共同作用下, 其破坏面上可能产生的剪应力ra,应不超过材料的容许剪应力rR 、计算图式 路面弯沉、拉应力和面层剪应力的计算图式分别见图147,14-8和14-9。图147中, A点是路表弯沉的计算点,位于双圆均布荷载的轮隙中间,验算沥青混凝土层底部拉应力时, 应力最大点在B和C两点之间,可分别计算图148中点B、D、C、E的应力,然后确定最 大应力。考虑到路面实际使用情况以及计算的合理性,在进行弯沉计算或验算层底拉应力时, 层间接触条件设定为完全连续体系 398
398 理选材方便施工、利于养护的原则以及上述结构组合原则，结合当地经验拟定几种路面结构 方案，进行分析比较，并优先选用便于机械化施工和质量管理的方案，做到技术先进，经济 合理。 路面最小防冻厚度(cm) 表 14-3 路基 类型 土 质 粘 性 土、细 亚 粘 土 粉 性 土 基层、垫层类型 道路冻深(cm) 砂石类 稳定土类 工 业 废料类 砂 石 类 稳定土类 工 业 废料类 中 湿 50～100 40～45 35～40 30～35 45～50 40～45 30～40 100～150 45～50 40～45 35～40 50～60 45～50 40～45 150～200 50～60 45～55 40～50 60～70 50～60 45～50 大于 200 60～70 55～65 50～55 70～75 60～70 50～65 60～100 45～55 40～50 35～45 50～60 45～55 40～50 潮 湿 100～150 55～60 50～55 45～50 60～70 55～65 50～60 150～200 60～70 55～65 50～55 70～80 65～70 60～65 大于 200 70～80 65～75 55～70 80～100 70～90 65～80 注： 对潮湿系数小于 0.5 的地区，II、III、IV等干旱地区防冻厚度应比表中值减少 15～ 20 对II区砂性土路基防冻厚度应相应减少 5 ～10 §14-4 新建沥青路面的结构厚度计算 我国新建公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论， 以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标。对沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层 应进行层底拉应力的验算。由于汽车在沥青面层上启动、制动常常引起面层表面产生推挤和 拥起等剪切破坏，我国城市道路设计规范规定在弯沉和拉应力两项指标之外，增加一项剪应 力指标。在进行沥青面层的剪切验算时，要求面层在车轮垂直荷载与水平荷载共同作用下， 其破坏面上可能产生的剪应力 ，应不超过材料的容许剪应力 R 。 一、计算图式 路面弯沉、拉应力和面层剪应力的计算图式分别见图 14-7，14-8 和 14-9。图 14-7 中， A 点是路表弯沉的计算点，位于双圆均布荷载的轮隙中间，验算沥青混凝土层底部拉应力时， 应力最大点在 B 和 C 两点之间，可分别计算图 14-8 中点 B、D、C、E 的应力，然后确定最 大应力。考虑到路面实际使用情况以及计算的合理性，在进行弯沉计算或验算层底拉应力时， 层间接触条件设定为完全连续体系
图14-7路表弯沉值计算图式 图148沥青混凝土层和半刚性材料层的层底拉应力计算图式 图14-9三层弹性体系剪应力计算图式 、路面容许弯沉和设计弯沉值 现有路面回弹弯沉值是用杠杆式弯沉仪和具有标准轴载的规定汽车按前进卸荷法测定 的。弯沉值的大小反映了路基路面的强弱,在相同车轮荷载下,路面的弯沉值愈大,则路面 抵抗垂直变形的能力愈弱,反之则强。实践表明,回弹弯沉值大的路面,在经受了轮载不太 多次的重复作用后,即呈现出某种形态的破坏:而回弹弯沉值小的路面,能经受轮载较多次 重复作用才能达到这种形态的破坏。就是说,在达到相同程度的破坏时,回弹弯沉大小同该 路面的使用寿命即轮载累计重复作用次数成反比关系。如果能够找到路面达到某种破坏状态 时的重复荷载作用次数与此时弯沉值之间的关系,那么,就可以根据对该种路面所要求的使 用寿命来确定它所容许的最大弯沉值,这个弯沉值被称作容许弯沉值。因此,路面容许弯沉 值的确切含义是:路面在使用期末的不利季节,在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹 弯沉值。 容许弯沉值与路面使用寿命的关系可通过调査测定确定。选择使用多年并出现某种破坏
399 图 14-7 路表弯沉值计算图式 图 14-8 沥青混凝土层和半刚性材料层的层底拉应力计算图式 图 14-9 三层弹性体系剪应力计算图式 二、路面容许弯沉和设计弯沉值 现有路面回弹弯沉值是用杠杆式弯沉仪和具有标准轴载的规定汽车按前进卸荷法测定 的。弯沉值的大小反映了路基路面的强弱，在相同车轮荷载下，路面的弯沉值愈大，则路面 抵抗垂直变形的能力愈弱，反之则强。实践表明，回弹弯沉值大的路面，在经受了轮载不太 多次的重复作用后，即呈现出某种形态的破坏；而回弹弯沉值小的路面，能经受轮载较多次 重复作用才能达到这种形态的破坏。就是说，在达到相同程度的破坏时，回弹弯沉大小同该 路面的使用寿命即轮载累计重复作用次数成反比关系。如果能够找到路面达到某种破坏状态 时的重复荷载作用次数与此时弯沉值之间的关系，那么，就可以根据对该种路面所要求的使 用寿命来确定它所容许的最大弯沉值，这个弯沉值被称作容许弯沉值。因此，路面容许弯沉 值的确切含义是：路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹 弯沉值。 容许弯沉值与路面使用寿命的关系可通过调查测定确定。选择使用多年并出现某种破坏
状况的路面,测定弯沉值,调査累计交通量,进行分析整理。其中对于路面破坏状况的判定 十分重要,既要考虑路面的使用要求,又要顾及能够达到这种要求的经济力量。因此世界各 国确定容许弯沉值采用的标准不尽统一。我国对公路沥青路面按外观特征分为五个等级,如 表14-4,并把第四外观等级作为路面临界破坏状态,以第四级路面的弯沉值的低限作为临 界状态的划界标准。从表中所列的外观特征可知,这样的临界状态相当于路面已疲劳开裂并 伴有少量永久变形的情况。对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现,外观等级 数愈高,弯沉值愈大,并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。这样,便可确定路面处 于不同极限状态时的容许弯沉值,并将此弯沉值同该路面在以前使用期间的累计交通量建立 关系。国内外的大量调査测定资料表明,路面达到某种临界状态时,累计交通量同容许弯沉 值之间存在良好的双对数关系。这种关系可普遍地表示为: B lR (14-22) 式中lR-容许回弹弯沉值,cm N一累计当量轴载作用次数; B一回归系数 阝-lg随N改变的变化率。 沥青路面外观等级描述 表14-4 外观等级 外观状况 路面表面外观特征 坚实、平整、无裂纹、无变形 较好 平整、无变形、少量发裂 平整、无变形、有少量纵向或不规则裂纹 无明显变形,有较多纵横向裂纹或局部网裂 五 连片严重龟(网)裂或拌有车辙、沉陷 为了建立累计交通量和容许弯沉之间的关系,有关部门进行了广泛的调查,选择了五十 四个路段,其中高速公路一条,一级公路10条,二级公路4条,三级公路2条,面层类型 有沥青混凝土面层20段,沥青碎石面层12段,上拌下贯沥青面层14段,表面处治8段, 沥青面层厚度3cm~19cm。基层类型有水泥稳定砂砾、二灰碎石、二灰砂砾、水泥灰土砂 石灰水泥砂砾、碎石灰土等半刚性基层,还有少量级配碎石等柔性基层。交通量换算为 BZZ-100标准累计轴次的范围为27×103~1470×700万次 将不同路面外观状态的实测路面弯沉值,分别按二倍标准差原则舍弃异常点后,计算其 代表弯沉值,并考虑测点数的影响,进行加权平均求得各路段的容许弯沉值。与累计标准当 量轴次的计算回归可以得到 L=650N。(=0.7,n=50) (14-23)
400 状况的路面，测定弯沉值，调查累计交通量，进行分析整理。其中对于路面破坏状况的判定 十分重要，既要考虑路面的使用要求，又要顾及能够达到这种要求的经济力量。因此世界各 国确定容许弯沉值采用的标准不尽统一。我国对公路沥青路面按外观特征分为五个等级，如 表 14-4，并把第四外观等级作为路面临界破坏状态，以第四级路面的弯沉值的低限作为临 界状态的划界标准。从表中所列的外观特征可知，这样的临界状态相当于路面已疲劳开裂并 伴有少量永久变形的情况。对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现，外观等级 数愈高，弯沉值愈大，并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。这样，便可确定路面处 于不同极限状态时的容许弯沉值，并将此弯沉值同该路面在以前使用期间的累计交通量建立 关系。国内外的大量调查测定资料表明，路面达到某种临界状态时，累计交通量同容许弯沉 值之间存在良好的双对数关系。这种关系可普遍地表示为： l B N R e = （14-22） 式中 lR — 容许回弹弯沉值，cm； Ne — 累计当量轴载作用次数； B — 回归系数； — lR 随 N 改变的变化率。 沥青路面外观等级描述 表 14－4 外 观 等 级 外 观 状 况 路 面 表 面 外 观 特 征 一 好 坚实、平整、无裂纹、无变形 二 较 好 平整、无变形、少量发裂 三 中 平整、无变形、有少量纵向或不规则裂纹 四 较 坏 无明显变形，有较多纵横向裂纹或局部网裂 五 坏 连片严重龟（网）裂或拌有车辙、沉陷 为了建立累计交通量和容许弯沉之间的关系，有关部门进行了广泛的调查，选择了五十 四个路段，其中高速公路一条，一级公路 10 条，二级公路 41 条，三级公路 2 条，面层类型 有沥青混凝土面层 20 段，沥青碎石面层 12 段，上拌下贯沥青面层 14 段，表面处治 8 段， 沥青面层厚度 3cm～19cm。基层类型有水泥稳定砂砾、二灰碎石、二灰砂砾、水泥灰土砂、 石灰水泥砂砾、碎石灰土等半刚性基层，还有少量级配碎石等柔性基层。交通量换算为 BZZ-100 标准累计轴次的范围为 27×104～1470×700 万次。 将不同路面外观状态的实测路面弯沉值，分别按二倍标准差原则舍弃异常点后，计算其 代表弯沉值，并考虑测点数的影响，进行加权平均求得各路段的容许弯沉值。与累计标准当 量轴次的计算回归可以得到 L = 650N (r = 0.77,n = 50) R e （14-23）