道路工程毕业设计某柔性路面设计及施工工艺分析.doc

摘 要本设计是在详细阐述我国路面工程的发展状况、发展趋势及国内外路面设计方法；路面基本理论；行车荷载、环境因素对路面体系的影响；柔性路面设计原理等内容后，以弹性层状体系理论为基础，对某一具体道路进行了柔性路面设计，其中包括路面结构组合方案、路面厚度计算、弯拉应力和剪应力验算以及路面组合方案比选，最后选定一种比较合理的路面方案。同时又对该道路路面各结构层次施工工艺作了简要介绍。【关键词】柔性路面、结构组合、厚度计算、施工工艺1.前言随着我国改革开放的不断深入，道路的现有状况已不能适应经济的快速发展，因此国家将投入大量资金用于道路建设，特别是高等级道路的建设，从而改善道路的现状，进而形成全国高速公路干线网，以加快地区之间的交流与合作，更好地促进经济发展。本次设计的目的是对某一具体道路进行路面设计和施工工艺分析。路面工程是道路工程的重要组成部分，它主要研究公路与城市道路路面的设计原理和方法、路面结构组合、对路面材料性能以及路面结构层施工、养护、维修和管理技术等。我国道路路面工程的发展概况：1.古代用条石、块石或石板等铺筑道路路面；2.20世纪初一些公路与城市道路开始用砂石铺筑路面；3.20年代末少数大城市用沥青、水泥混凝土和块料等铺筑的高级、次高级路面；4.30、40年代公路上也开始出现上述高级、次高级路面；5.解放初期各地根据就地取材原则，广泛修筑了级配碎（砾）石路面，并进行试验研究；6.50年代中期我国首创一种路面结构形式泥结碎石路面，此外在中、低路面上还广泛修筑了磨耗层保护层；7.60年代初期随着我国石油工业的发展，北方开始使用国产沥青修筑表面处治和贯入式次高级路面；8.70年代后期开始使用水泥混凝土和水泥稳定砂砾修筑路面基层；9.近年来我国已能使用国产沥青修筑沥青混凝土和沥青碎石等高级路面，目前全国铺有各类沥青路面的公路与城市道路占较大的比重。随着道路交通科学技术的进步，大车型、重吨位和高速度的客货运车辆的大量涌现，修建高等级高质量的道路工程在交通建设事业中已占有越来越重要的地位。作为道路工程组成部分的路面工程也正飞跃发展。路面工程发展趋势的主要特点1：1.设计自动化 路面材料和配合比设计，路面应力、应变计算，路面结构选型、各层厚度计算，工程概预算以及路面优化设计，均能使用计算机自动进行计算；2.施工机械化 在路面施工中，从土基整修、路面材料的备料及拌制、运料到摊铺、压实、成形，已全部采用机械化流水作业。路面工程建设普遍使用高效率的工程机械施工。如振动压路机、沥青洒布机、沥青混凝土自动摊铺机、水泥混凝土自动联合摊铺机等，机械化提高了效率，缩短了工期，并保障工程的高质量；3.勘测新技术 随着电子、激光、红外线、微波技术以及航空航天科技的发展，利用这些新技术进行道路勘测和设计，已达到一个崭新的、全自动化的新水平。利用航空摄影测量、地面立体测量、电磁波测量仪器以及遥感技术，使勘测技术正进一步向自动化、数字化、多功能化和高精度方向发展。如红外线测距仪、激光经纬仪等；4.量测自动化 路面量测是对路面工程结构物进行检查、质量鉴定、技术品质检测、工作状态测定的工作。自动化测试仪器如核子密度仪、自动弯沉仪、激光平整仪、自动噪声测量车等，为路面设计与建设提供了快速而正确的采集数据的有效工具；5.设计和质检规范化 对于各类路面材料和结构，强度检验和稳定性监测等都先后制定了有关设计和工程质量检验标准。如公路水泥混凝土路面设计规范、公路沥青路面施工技术规范等，使我国路面设计和施工逐渐做到标准化；6.材料和结构多样化 在高等级沥青路面中，广泛采用高性能、高粘度的重交通沥青和改性沥青。水泥混凝土路面中广泛使用了减水剂、早强剂、缓凝剂和加气剂，可以显著改善水泥混凝土路面的强度和有关的工程性质。路面结构呈多样化的趋势，如沥青路面采用土工布、土工格栅、沥青碎石玛蹄脂SMA；水泥混凝土路面有碾压混凝土、预应力混凝土、连续配筋混凝土路面等。除了柔性路面、刚性路面和半刚性路面，还出现了复合式路面，其中最为典型的是由水泥混凝土作下面层，沥青混合料作上面层组成。这类路面综合了水泥混凝土强度高、刚度大、使用寿命长和沥青混凝土舒适性好、便于修补的长处，是一种经久耐用的优质面层；7.路面管理系统（简称PMS） 路面管理系统是路面工程技术、系统工程理论和计算机技术相结合的产物，是一种现代化的路面养护管理新技术。该管理系统运用现代管理科学的理论、系统分析的方法和计算机运输手段，为管理部门提供科学饿分析工具和方法，使有限的资源实现最佳配置，提供足够的服务水平的路面。路面工程的持续发展必将为快速、安全和舒适的交通运输服务创造美好的前景。在路面设计方面，解放以前完全凭借经验来进行路面设计，解放初期我国一直采用前苏联方法，这不仅不符合我国的实际情况，而且其理论本身也存在一定的问题。进入60年代，我国开始采用国产沥青修筑路面，在此推动下柔性路面设计理论和方法得到初步建立与完善。70年代以来，除了对柔性和刚性路面设计理论进行系统而深入研究外，还对这两种路面的设计参数和工作状态进行大量试验，并运用于实践进行理论验证。现在我国对柔性路面是采用以弹性层状体系为理论基础，并以路表回弹弯沉和层底抗弯拉应力等为控制指标的设计方法；对刚性路面是采用以弹性半无限地基上弹性薄板理论为基础，以混凝土疲劳强度为控制指标，并根据位移法有限元分析结果来进行设计。这些都将为我国路面设计理论和方法打下良好的基础。国外柔性路面设计使用的方法：1.AASHO法 美国各州公路工作者协会（AASHO）于1962年完成了一项综合性的大型足尺道路试验，其中包括柔性路面、刚性路面以及桥梁试验。根据试验结果提出了AASHO柔性路面设计法。该法提出了路面耐用性的概念，路面耐用性的评定，不是以路面强度或稳定性为标准，而是以使用者主观感觉及某些物理量测定为依据。计算时需要对AASHO道路试验所得大量数据进行数理统计，将路面耐用性的变化同荷载大小、荷载重复作用次数和路面厚度联系起来，从而得到一定的关系。此外在AASHO设计方法中规定汽车设计标准轴载为18千磅，同时还需要将路上通行的多种汽车轴载换算为标准轴载。2.Shell法 壳牌（Shell）石油公司于1963年提出自己的柔性路面设计方法。1978年又进行了补充和完整，形成了具有很大实用价值的方法。Shell法通过分析路面破坏状态提出设计标准，建立路面模型并进行力学计算，通过实验获取路面材料参数，从而得出一种体系完整的设计方法。该法以路基压应变、沥青面层拉应变、整体性基层的拉应力、路面表层的饿永久变形为设计标准，将路面结构看作一种多层线性弹性材料体系，各层材料的弹性特性用弹性模量和泊松比表征，计算理论为弹性层状体系理论。路基结构层和土基的性质用动弹性模量表征。计用标准轴载80kN，每个后轮为20kN，轮胎接触压力0.6MPa，轮迹面积半径10.5cm。3.苏联法 苏联运输工程部于1973年颁布的柔性路面设计须知，提出了较为系统的柔性路面设计方法。该法以弯沉、弯拉、剪切为设计标准。路面的力学模型为弹性层状体系，其表面作用单个圆形均布荷载，路面结构内的应力与位移用弹性层状体系理论计算：弯沉计算、整体性材料层的弯拉计算土基与低粘性材料层剪切计算。国外刚性路面设计使用的方法：1.理论法PCA法 PCA法应用文克勒地基上弹性薄板理论，考虑了水泥混凝土路面的使用年限、疲劳强度等多种因素，是一种比较完善的方法。PCA取混凝土路面设计年限为40年，按照目前道路上交通量统计资料，确定目前的年平均日交通量。PCA采用的荷载安全系数以考虑汽车的超载、轮载分配的不均匀性和冲击作用等因素所引起的荷载增大，根据交通分析得出的各级轴载需要乘上荷载安全系数从而得到设计轴载。基础的强度特征以地基反力模量表征。PCA采用横缝边缘作为计算临界应力的荷载位置，此外PCA规定了混凝土板的应力比与允许重复次数的对应关系。2.试验路法美国各州公路工作者（AASHO）协会法 AASHO以足尺试验路为基础，经过长期的观测，建立轴载作用次数、路面厚度和使用性能之间的经验关系式，据此提出了暂行设计方法。AASHO试验路采用“服务功能指数”的概念来表征路面对行车荷载的耐用程度。AASHO法规定混凝土路面的设计年限为20年，路上通行的各类车辆均换算成标准车数量，道路的设计交通量按后轴重和后轴数分类。然后根据设计年限内标准轴载的总通行次数、基础反力模量和混凝土的允许弯拉应力，计算混凝土板厚度。鉴于以上国内外路面设计所用的设计方法，理论法具有广阔的发展前景，因此我们国家柔性路面设计规范规定柔性路面设计理论以三层弹性体系理论为基础，相信在未来路面设计中会得到更加广泛的应用。我的毕业设计题目是某柔性路面设计及施工工艺分析，因此我查阅了路面设计和施工工艺方面的资料，从资料中学到很多对本次毕业设计有帮助的知识。首先知道我国道路路面方面的知识，比如路面的分类与分级、路面的结构组成、路面要满足的基本要求以及环境因素对路面体系的影响等；其次是对柔性路面的设计原理和方法熟练掌握，我国柔性路面设计以弹性层状体系理论为基础，以弯沉指标为设计标准，并进行弯拉应力的验算。具备这些知识后我就以具体实例进行详细设计，通过设计计算和方案比选确定合理的路面结构组合方案；最后就是路面的施工了，路面的每一层次所用的施工方法都不大相同，通过阅读相关方面的资料对每一层次的施工方法有了一定的认识。2.路面基本理论道路路面是在路基表面上用各种不同材料或混合料分层铺筑而成的一种层状结构物，其功能不仅是提供汽车在道路上能全天候地行驶，而且要保证汽车以一定的速度，安全、舒适而经济地运行。本章主要从以下几个方面阐述路面基本理论：路面分级与分类、路面结构层次划分、路面必须满足的基本要求。2.1 路面的分级与分类2.1.1 路面的分级通常按照路面面层的使用性质、材料组成和结构强度的不同把路面分成以下四个等级2：1.高级路面 结构强度高，稳定性好，使用寿命长，能适应较大的交通量，平整无尘，能保证高速、安全、舒适的行车要求。它的养护费用少，运输成本低，但建设投资大，需要质量较高的材料来修筑。2.次高级路面 与高级路面相比，它的强度和刚度较差，使用寿命较短，所适应的交通量较小，行车速度也较低。它的造价虽较高级路面低些，但要定期修理，养护费用和运输成本也较高。3.中级路面 它的强度和刚度低，稳定性差，使用寿命短，平整度差，易扬尘，只能适应较小的交通量，行车速度低，它需要经常维修和补充材料才能延长使用年限。行车噪声大，不能保证行车舒适，造价虽低，但养护工作量大，运输成本也高。4.低级路面 结构强度很低，水稳性、平整度和不透水性都差，晴天扬尘，雨天泥泞，只能适应低交通量下的低速行车，同时雨季不能保证正常行车。造价低，但养护工作量大，运输成本最高。各级路面相适应的面层类型见表1-1。路面等级同时应与道路的技术等级相适应，通常等级较高的道路一般都应采用较高级的路面。各等级路面所具有的面层类型及其所适用的公路等级 表1-1路面等级面 层 类 型适用的公路等级高级路面水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青碎石、整齐石块或条石高速公路、一级和二级公路次高级路面沥青贯入式、路拌沥青碎（砾）石沥青表面处治、半整齐石块二级和三级公路中级路面碎（砾）石（泥结或级配）、不整齐石块、其他粒料三级和四级公路低级路面各种粒料或当地材料改善土，如炉渣土砾石土和砂砾土等四级公路2.1.2 路面的分类根据路面的力学特性，可把路面分为柔性路面和刚性路面两类2。1.柔性路面 主要包括用各种基层（水泥混凝土除外）和各种沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层所组成的面层结构。力学特点：刚度小，在荷载作用下所产生的弯沉变形较大，路面结构本身抗弯拉强度较低。2.刚性路面 主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。力学特点：水泥混凝土的强度很高，在车轮荷载作用下的弯沉变形小，荷载通过混凝土板体的扩散分布作用传递到基础上的单位压力较小。此外，对于用石灰或水泥稳定土或处治碎（砾）石，特别是用含水硬性结合料的工业废渣做的基层，前期具有柔性路面的力学特性，后期强度和刚度较大，但最终刚度和强度较刚性基层低，这类路面基层结构称为半刚性基层，用半刚性基层修筑的沥青路面称为半刚性基层沥青路面。2.2 路面结构层次划分路面结构层由面层、基层、垫层三部分组成3。一.面层路面面层是直接同行车和大气相接触的表面层次，直接承受行车荷载的竖向力作用。面层应具有较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性、温度稳定性，耐磨性和不透水性，良好的抗滑性和平整度。修筑面层所用的材料主要有：水泥混凝土、沥青混凝土及其他沥青混合料等。二.基层基层位于面层之下，它是路面结构中的主要承重层，主要承受由面层传递下来的车轮荷载的竖向力，并将其扩散到下面的层次中。基层应具有足够的抗压强度、刚度和水稳性，此外水泥混凝土面层下的基层应具有足够的耐冲刷性。修筑基层所用的材料主要有：各种结合料稳定土或碎（砾）石混合料、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣混合料。三.垫层垫层是介于基层和土基之间的层次。其主要作用是调节和改善土基的湿度和温度状况，以保证路面结构的稳定性和抗冻能力。垫层材料强度不一定要高，但水稳定性和隔热性要好。常用的材料有两类：一类是松散粒料，如砂、砾石、炉渣、片石或圆石等材料；另一类是有整体性材料，如石灰土、炉渣石灰土等3.3 对路面的基本要求汽车直接行驶于路面表面，因此路面的作用是能够担负汽车的荷载而不破坏；保证道路全天候安全通车；能够保证车辆以一定的行驶速度在道路上行驶。对路面提出以下几项基本要求4：一.具有足够的强度、刚度和稳定性路面应具有足够的强度和刚度，以承受行车荷载的作用，而不产生导致路面破坏的形变和磨损。同时这种强度和刚度又应有足够的稳定性，在不利的自然因素（水、温度等）作用下，其变化幅度减少到最低限度。二.具有足够的平整度路面的平整度是反映路面使用质量的一项重要指标。路面平整度差会加速汽车的磨损，还会影响行车安全。为保证高速行车，提高安全性和舒适性，路面应保持足够的平整度。三.具有足够的抗滑性路面要平整，但不宜光滑，一方面光滑的路面不能保证高速行车；另一方面容易引起交通事故。行车速度越高，对抗滑性的要求越高，越是高级路面，越应重视抗滑性问题四.具有足够的不透水性对于水稳定性差的基层和土基，应特别重视路面的不透水性。路面透水会导致土基和路面强度降低而产生破坏。五.具有足够的耐久性路面结构在行车荷载和气候因素的重复作用下会产生疲劳破坏和塑性形变累积。另外，路面材料还可能由于老化衰变而导致破坏。因此，路面结构必须具备足够的抗疲劳强度以及抗老化和抗形变累积的能力。六.具有低噪声及低扬尘性噪声与扬尘会对环境造成污染，影响正常的行车秩序。因此对于行车噪声和扬尘，应当从道路工程的设计、施工、养护和管理等方面统筹考虑，才能保证路面具有尽可能低的扬尘性和尽可能小的噪声。3.行车荷载、环境因素对路面的影响路面直接暴露在大气中，经受着大自然中各种不同因素的影响，这些因素势必对路面稳定性等相关方面造成一定的影响。本章主要从行车荷载和环境因素两个方面分析其对路面体系的影响。3.1行车荷载由第2章的相关内容我们已知，道路路面主要是提供汽车以一定的速度，在道路上安全而舒适地行驶，因此在路面设计与施工中，首先要研究汽车的特性及其对路面的作用。3.1.1车辆的种类通常在道路上行驶的车辆有以下几种5：1.小客车 行驶速度高，自身重量与满载重量都比较小。 2.大客车 供城间客运和城市公共交通用，满载总重一般为100KN。3.货车 按照用途的不同又分为载重汽车、倾卸汽车与牵引汽车三种。载重汽车总重量为50-150KN；倾卸汽车主要用于矿山内部运输与工地施工材料运输，总重150-500KN以上；牵引汽车用于牵引挂车、平板车、集装箱车等。牵引汽车本身自重50KN左右，被牵引的挂车重量最重的可达1000KN以上。3.1.2汽车荷载作用力汽车荷载对路面施加的作用力的大小和性质，随汽车的运动状态而变化。当汽车停在路面上时，只有车轮对路面的垂直力作用；行驶时，除垂直力外还有车轮转动对路面产生的纵向水平切向力；转向时又增加了横向水平力。由此可见，汽车在任何一种运动状态下垂直力都是最基本的作用力，其次是水平力。柔性路面主要考虑了汽车荷载对路面作用的垂直力和水平力。1.车轮作用在路面上的垂直力3轴荷载通过充气轮胎传给路面，车轮与路面的接触面积称为轮印面积，其形状为带有轮胎花纹的近似椭圆，在柔性路面设计中，用等面积圆来代替，称为轮印的当量圆。汽车后轴一侧轮胎多为双轮（即双轮组），将双轮轮印化为一个当量圆，称为单圆荷载图式；若化为两个当量圆，称为双圆荷载图式。现行的柔性路面设计方法，采用双圆荷载图式。若已知一侧单轮荷载为 (MN)，车轮对路面的单位垂直压强为(MPa，约为轮胎充气压强)，则当量圆直径(m)为： （2-1）式中 ：双圆荷载图式的当量圆半径（m）； （2-2）2.车轮作用于路面的水平力由汽车的行驶条件可知，水平力的最大值不能超过垂直力与路面车轮间的附着系数的乘积，即： (2-3)单位面积上的水平力，相应的有： (2-4)的最大值一般不超过0.7-0.8。试验证明：汽车正常行驶时=（0.25-0.30）；一般加速或减速时， =（0.5-0.6）；紧急制动或骤然加速事， =（0.75-0.80）。3.2环境因素对路面体系的影响3.2.1环境因素1.大气水分与路基的湿度状况路基湿度状况的变化是影响路面结构强度、刚度与稳定性的重要因素之一。影响路基湿度的有以下几个主要因素:大气降水和蒸发、地面水的渗透、地下水的影响、温差引起的湿度变化。2.气温变化对路面的影响大气温度在一年四季出现周期性的变化，每一天的昼夜气温也出现一定幅度的周期性变化。路面直接暴露在大气之中，经受着这些变化的影响，特别是面层材料所受的影响最大。路面表面的温度变化与天气温度的变化大致是同步的。面层结构内不同深度处的温度也同样随着大气温度产生周期性的变化，但是变化的幅度随着深度的增加而逐渐减少。3.冰冻与融冻对路面的影响冻胀是冰冻的危害之一，它不仅影响车辆的正常行驶，有时还会使路面结构遭到破坏。产生冻胀的原因有两个：一是由于水分冻结时，体积将增加9%；二是由于路基土中的弱结合水向冻结区移动的结果。引起路基冻胀有三个因素：路基土对冰冻的敏感性；气温下降缓慢；地下水不断向冰冻区供给水源。春季来临，冰冻的路基开始融化，会使土失去承载力，导致路面损坏，这种现象称为春融翻浆，翻浆的主要原因是由于融化的过程是自上而下进行的，当路基顶面土开始融化时，水分无法排除，使得已经融化的土达到饱和状态。如果此时有大量重型车辆通过，路面结构便会遭到严重破坏。3.2.2公路自然规划我国地域辽阔，自然因素变化极为复杂。不同地区自然条件的差异同公路的建设密切关系，因此为了区分各地自然区域的筑路特性，特此制定了公路自然区划标准JTJ003-86。根据此标准，“公路自然区划”分三级进行区划6：1. 一级区划一级区划将全国分为下列七个大区：区北部多年冻土区 区东部湿润季冻区 区黄土高原干湿过渡区 区东南湿热区 区西南潮暖区 区西北干旱区 区青藏高寒区 2. 二级区划二级区划是在每个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级，潮湿系数为年降雨量与年蒸发量之比，即： K>2.0 1级 过湿2.0>K>1.5 2级 中湿1.5>K>1.0 3级 润湿1.0>K>0.5 4级 润干0.5>K>0.25 5级 中干K>0.5 6级 过干3. 三级区划三级区划是二级区划的具体化。划分的方法有两种：一种是以水热、地理和地貌为依据；另一种是以地表的地貌、水文和地质为依据，由各省、自治区、直辖市自行划定。4.柔性路面设计原理柔性路面是由具有粘性、弹塑性的结合料和颗粒矿料组成的路面，包括除用水泥混凝土作面层和基层以外的各种路面结构。柔性路面设计内容包括路面结构层组合设计、路面结构计算以及路面材料配合比设计。本章主要从以下几个方面进行阐述：弹性层状体系理论、路面结构层组合设计原则、路面设计标准及相关参数、路面厚度计算及弯拉应力验算。4.1弹性层状体系理论在现实中路面材料和土基并不是在任何情况下都具有线弹性性能。采用非线性弹-粘-塑性理论，在一定条件下能更准确地描述路面的受力状况，但是考虑到车轮行驶作用的瞬时性，在路面结构中产生的应力数量很小，因此可以将路面各结构层看成是理想线弹性体，从而应用多层线弹性理论来进行设计计算。多层线弹性理论必须采用如下基本假定3：1.各层材料均为连续、均匀、各向同性并服从虎克定律，而且位移和形变是微小的；2.最下一层（土基）在水平方向和垂直向下方向为无限大，上面各弹性层则均具有一定厚度，但水平方向为无限大；3.各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移等于零；4.各层间的接触条件是完全连续的；5.不计自重。4.2柔性路面结构组合设计柔性路面结构组合设计的任务是在一般路面设计原则的指导下，根据道路等级、使用要求和设计年限内标准轴载的累计当量轴次，综合考虑筑路材料的供应情况、自然因素的影响程度以及具体的施工条件，确定合理的路面结构层次并选择适用、经济的组成材料，组合成既能经受行车荷载和自然因素的作用，又能充分发挥结构层材料最大效能的路基路面结构体系。柔性路面结构组合设计应遵循以下基本原则4：一、路线、路基、路面要做通盘考虑总体设计；二、根据各结构层功能和交通特点选择结构层次；三、适应行车荷载作用进行强度和刚度的组合；四、注意各结构层的自身特点，作好层间结合；五、适当的层数与厚度；六、考虑水温状况的影响保证稳定性。4.3路面设计标准及参数在进行柔性路面设计时，我们需要用到如下参数：标准轴载及当量轴次、路面容许弯沉值、容许弯拉应力等。下面将依次介绍上述参数及其计算公式3。4.3.1标准轴载及当量轴次柔性路面设计以双轮组单轴轴载100kN和60kN为标准轴载，分别以BZZ-100及BZZ-60表示，标准轴载的计算参数见表3-1。我国柔性路面设计规范规定：高速公路、一级和二级公路及城市道路采用BZZ-100重型标准，三、四级公路可采用BZZ-60轻型标准。对于轴载大于20kN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）的作用次数均应按式（3-1）和式（3-2）换算成标准轴载P的当量作用次数（简称当量轴次）。 （3-1）或 （3-2）式中 ：标准轴载P的当量轴次（次/日）； ： 被换算的各级轴载作用次数（次/日）； P ： 标准轴载（kN）； ： 被换算的各级轴载（kN）； : 标准轴载的轮胎接地压强（MPa）； ： 被换算的各级轴载的轮胎接地压强（MPa）； ： 标准轴载的单轮传压面当量圆直径（cm）； ： 被换算的各级轴载单轮传压面当量圆直径（cm）； ： 被换算的各级轴载的轮组系数，双轮组为1，单轮组为0.25，四轮组为4。设计年限T年内一个车道上累计当量轴次按式（3-3）或（3-4）确定。 （3-3）或 （3-4）式中 、：分别为竣工后第一年和设计年限末年的日平均当量轴次（次/日）；：设计年限（年）；：设计年限内交通量的平均年增长率（%）；：车道系数，应根据调查分析结果论证地确定；当无资料或交通流分布均匀时，可参照表3-2确定。标准轴载计算参数 表3-1标准轴载级别BZZ-100BZZ-60标准轴载P（kN）10060轮胎接地压强p（MPa）0.700.50单轮传压面当量圆直径d（cm）21.3019.50两轮中心距（cm）1.5d1.5d车道系数值 表3-2车 道 数 单 车 道 1.0 双车道 分道行驶 0.5混合行驶 0.7 四 车 道 0.4-0.5 六 车 道 0.3-0.44.3.2路面容许弯沉值我们采用容许弯沉值作为路面整体刚度和强度的控制指标。柔性路面容许弯沉值是指路面在使用年限末期的不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值。可以利用下列容许弯沉值的计算公式： （cm） （3-5）或 (mm) （3-6）式中 ：道路等级系数，高速公路和城市快速路为0.85，一级公路和大城市主干路为1.0，二级公路和大城市次干路及中小城市主干路为1.1，三级、四级公路和大城市支路及中小城市次干路、支路为1.2； ：面层类型系数，沥青混凝土和热拌沥青碎石1.0，冷拌沥青碎石、沥青贯入式1.1，沥青表面处治1.2，粒料类面层1.3； ：设计年限内一个车道上累计当量轴次（次），按式（3-3）或（3-4）确定。4.3.3容许弯拉应力整体性路面材料修筑的结构层，在设计年限内的破坏形式主要是疲劳开裂，所以在路面厚度设计时，要进行弯拉应力验算，使路面结构层的计算拉应力小于结构层材料的容许弯拉应力，以防止过早出现弯拉疲劳破坏。路面结构层材料的容许弯拉应力是路面结构在行车荷载重复作用条件下，达到临界破坏状态时的最大疲劳弯拉应力。可以利用下式（3-7）进行计算： （3-7）式中 ：整体性路面结构层材料的容许弯拉应力（MPa）； ： 材料的极限抗弯拉强度； ：抗弯拉强度系数，与材料性质以及荷载重复作用次数有关。对沥青混凝土面层为： （3-8）对整体性基层（半刚性基层）为： （3-9）4.4以弯沉为设计指标的路面厚度计算弯沉是在一定荷载作用下路表面的竖向变形，是反映路面整体承载能力高低和使用状况好坏的最直观、最简单的指标。路面整体承载能力高，使用状况良好时，则路面竖向变形较小，反之则较大。我国现行规范规定以双轮组车轮荷载作用下，在路表面轮隙中心处的弯沉作为路面整体抗变形能力的指标。下面就介绍如何利用弯沉进行路面厚度计算3：1.各结构层材料的抗压回弹模量和层间接触条件按弯沉指标计算路面厚度或计算路面结构表面弯沉时，各结构层材料应采用抗压回弹模量，并运用三层连续体系进行分析，可知层间接触条件为连续接触。2.多层路面换算我们利用诺谟图进行查表计算时，应先用当量厚度法，按公式（3-10）把多层体系换算为三层体系（图3-1）。 （3-10）3.用弹性层状体系理论计算路面厚度在设计柔性路面时，要求在设计荷载作用下，双轮胎轮隙间中心处的路面表面最大的回弹弯沉值不应大于容许弯沉值。值用弹性层状体系理论计算。路表的理论弯沉值按式（3-11）计算： （3-11）式中 ：路表理论弯沉值（cm）； ：标准轴载的轮胎接地压强（MPa）； ：标准轴载单轮传压面当量圆的半径（cm）； ：理论弯沉系数； ：上层材料的抗压回弹模量值（MPa）。已知各路面结构层厚度和模量时，可利用三层体系表面弯沉系数诺谟图计算理论弯沉值。路面实际弯沉值与理论弯沉值之间存在一定的差别。通过分析实测弯沉值与计算理论弯沉值之间的关系，求得弯沉综合修正系数。所以路表弯沉值可按式（3-12）计算： （3-12）其中，为弯沉综合修正系数，可按式（3-13）计算： （3-13）为与标准轴载有关的系数，对于BZZ-100，=1.47；对于BZZ-60，=1.50。在进行路面厚度计算时，通常取，从而得到理论弯沉系数为： （3-14）路面设计时，确定上层厚度后，根据、及值，即可从诺谟图中求得值，于是可求得值。4.5弯拉应力和剪应力验算柔性路面设计规范规定：高速公路、一级和二级公路、城市道路需要验算其弯拉应力，如果弯拉应力不满足要求，则须调整路面厚度或变更路面结构组合或调整材料配合比以提高材料的抗弯拉强度和模量，再重新计算，直到满足要求为止。那么如何对道路进行弯拉应力验算呢？31.确定结构层计算模量与层间接触条件计算整体性路面材料结构层的最大弯拉应力时，计算层及计算层以上的结构层采用弯拉回弹模量值，若其中某层为非整体性材料，则取抗压回弹模量值。凡计算层以下的结构层，均取抗压回弹模量值。如何判断各层间接触条件，可以根据下述条件，并结合实际情况考虑：1）沥青混凝土面层与其下面的沥青层若连续施工，可作为连续接触，反之则为滑动接触。2）沥青混凝土面层与非沥青类结构层之间均为滑动接触。3）稳定类材料结构层与粒料类材料结构层或土基之间均为连续接触。2.把多层路面结构换算为三层体系，再利用三层体系图解法求解，在这里我们需要分为两种情况进行换算。1）计算层层时当计算层层，利用式（3-15a）可将层及其以上各层换算成模量为计算层模量的一层（即三层体系的上层）；将层以下各层利用式（3-15b）换算成+1层模量的当量层厚度。其换算公式为： （3-15a） （3-15b）2）计算层层时当计算层层时，层以上各层换算为一层（即上层），层即为中层。其换算公式（式3-16）为： （3-16a） （3-16b）3.进行最大弯拉应力的计算。整体性路面结构层层底部的最大弯拉应力可通过弹性层状体系理论计算，最大弯拉应力的理论计算公式为： （3-17）式中 ：最大弯拉应力（MPa） ：理论最大弯拉应力系数通过理论计算分析表明，对于三层体系在常用路面厚度的情况下，面层底面最大弯拉应力产生在Z轴上。中层底面弯拉应力通常产生在处。已知各层厚度、材料抗弯拉强度及弯拉回弹模量以及抗压回弹模量时，就可以利用诺谟图求解其结构层底部的最大弯拉应力。如果最大弯拉应力小于容许弯拉应力，则该路面厚度就满足要求；否则需要调整路面厚度或采用其他措施，重新计算，直到满足要求为止。5.柔性路面设计实例本章主要介绍柔性路面设计的具体步骤和柔性路面设计的具体实例，并对拟定的路面结构组合方案进行比选，从而选定比较合理的路面结构组合方案。其中重点为柔性路面设计具体实例。5.1柔性路面设计的基本步骤41.根据设计任务书的要求和交通量调查资料计算的设计年限内一个车道上标准轴载的累计当量轴次，从而确定路面的等级和面层类型（附录），并利用公式（3-4）计算路表容许弯沉值；高速公路、一级、二级公路和城市道路干道，还需要根据具体情况，计算整体性结构层材料的容许弯拉应力值和容许剪应力。2.按不同的路基土组和干湿类型将设计路段划分为若干路段进行设计，通过现场试验或查表并结合当地经验确定各段的土基回弹模量值3.根据路面强度要求、当地材料及材料供应情况和施工条件等因素，拟定几种可能的路面结构组合与厚度的初步方案（一般基层厚度在最后计算决定），然后通过试验测试或查表并结合当地经验确定路面材料抗压回弹模量以及整体性路面材料的抗弯拉强度S和抗弯拉回弹模量值。4.根据容许弯沉值计算路面厚度。需要验算弯拉应力和剪应力的路面结构，还应验算其弯拉应力和剪应力能否满足容许值的要求，如不能满足要求就应调整路面厚度或变更路面结构组合或调整材料配合比以提高材料的抗弯拉强度和回弹模量，再重新计算，直到满足要求为止。在季节性冰冻地区的沥青路面还应验算防冻层厚度是否符合规定要求。5.对拟定的几种路面结构组合方案进行方案比选，选定采用的路面结构方案。5.2柔性路面设计实例在辽河平原上拟建一条一级公路，双向六车道，并设有中央分隔带，经调查路线经过的地区土质为粉质中液限粘土，地面水位离地面1.7m，多年观测最大冻深为1.2m，填土高度为1.1m。交通量组成见下表（4-1），交通量年平均增长率为10%，拟选用沥青混凝土面层，使用年限为15年。试设计该一级公路的路面结构和厚度。交 通 量 组 成 表4-1车型跃进NJ130交通SH141太脱拉138黄河JN150日野KB211格斯51小汽车辆/d250012009007203002402001.进行交通分析现行规范规定：高速公路、一级、二级公路及城市道路应采用BZZ-10