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第九章 道路路面概述

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第九章 道路路面概述. §9 - 1 对路面的使用要求 §9 - 2 路面结构组成与层次划分 §9 - 3 路面分级与分类 §9 - 4 路面设计内容、原则与理论 §9 - 5 路面行车荷载. §9 - 1 对路面的使用要求. 一、强度与刚度 二、稳定性 三、平整度 四、防滑性能 五、耐久能力 六、不透水性 七、环境质量要求(少沉性、噪声小). §9 - 2 路面结构组成与层次划分. 一、面层: 强度、抗变形能力、水温稳定性、平整度和抗 滑性,耐久性。 二、基层: 强度和刚度,扩散荷载能力、水温稳定性。

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Presentation Transcript
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第九章 道路路面概述

§9-1 对路面的使用要求

§9-2 路面结构组成与层次划分

§9-3 路面分级与分类

§9-4 路面设计内容、原则与理论

§9-5 路面行车荷载

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§9-1对路面的使用要求

一、强度与刚度

二、稳定性

三、平整度

四、防滑性能

五、耐久能力

六、不透水性

七、环境质量要求(少沉性、噪声小)

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§9-2 路面结构组成与层次划分

一、面层:

强度、抗变形能力、水温稳定性、平整度和抗

滑性,耐久性。

二、基层:

强度和刚度,扩散荷载能力、水温稳定性。

三、垫层:

水稳定性和隔温性能。

注意每个层次的作用、特点、材料、常用结构

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通常路面由基层及面层两部分组成,如图所示。如沪嘉高速公路某段路面结构厚为69cm,面层由5cm中粒式沥青混凝土(防滑面)、6cm粗粒式沥青混凝土组成;基层由8cm贯入式碎石、35cm粉煤式三渣、15cm砾石砂组成。通常路面由基层及面层两部分组成,如图所示。如沪嘉高速公路某段路面结构厚为69cm,面层由5cm中粒式沥青混凝土(防滑面)、6cm粗粒式沥青混凝土组成;基层由8cm贯入式碎石、35cm粉煤式三渣、15cm砾石砂组成。

路面结构示意图

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§9-3 路面分级与分类

一、路面分级

  • 按面层类型的使用品质、材料组成、结构

强度及稳定性划分为四个等级:

高级路面、次高级路面、中级路面、低级

路面。

不同等级的路面特点不同。强度、耐久

性、平整度、建设投资、养护费用、运输成

本等。

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二、路面分类

(一)按材料和施工方法分类

碎石类、结合料稳定类、沥青类、水泥

类、块料类

(二)按力学特性分类

柔性路面、刚性路面、半刚性路面

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§9-4 路面设计内容、原则与理论

一、设计内容

1)原材料的选择;

2)混合料的配合比设计;

3)设计参数的测试和确定;

4)路面结构组合与厚度的确定;

5)路面方案的比选。

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§9-4 路面设计内容、原则与理论

二、设计原则

1)路基路面综合设计;

2)因地制宜,合理选材;

3)便于施工,利于养护;

4)考虑分期施工,节省投资;

5)技术先进,经济合理,运行安全,环境协调。

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三、设计理论

我国路面设计经过几十年的研究,现已建立了一

整套较成熟的路面设计模式(有理论法、经验法)。

1、柔性路面

柔性路面理论法设计是以弹性层状体系理论为基

础,结合路表容许回弹弯沉指标进行设计,城市道路

还应验算整体性层次的底面弯拉应力和面层的剪应

力。

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2、刚性路面

刚性路面设计以半无限地基的弹性薄板理论

五基础,计算混凝土面板的板内应力,并以混凝

土面板的抗折疲劳强度为控制指标,确定面板厚

度。同时验算温度翘曲应力与一次行车荷载共同

作用下的综合应力不超过混凝土面板的抗折疲劳

强度。

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§9-5 路面行车荷载

一、汽车轴型与荷载作用

汽车轴型:

固定车身类

牵引车类

挂车类

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行车荷载对路面的作用

1、静力作用

取决于轮载大小、轮胎与路面接触面上的平均竖向压力、轮胎接地面积等因素。

轮胎接地压力

轮胎与路面接触面上的平均竖向压力与轮胎内压力Pi 、轮胎类型和轮载大小有关。

对于滚动的车轮,接地压力由(0.8-0.9)Pi增大到(0.9-1.1)Pi。

直接取轮胎内压力作为接触压力,并假定在接触面上压力是均匀分布的。

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2、动载特性

轴载变化的变异系数影响因素:

1)行车速度:车速越高,变异系数越大;

2)路面的平整度:平整度越差,变异系数越大;

3)车辆的振动特性:轮胎的刚度低,减振装置的效果越好,变异系数越小。

冲击系数=动轮载/静轮载

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3、瞬时性

瞬时荷载作用使路面及下层应力减小

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4、水平荷载

  • 水平力与车轮垂直压力及路面与车轮间的附着系数有关。
  • 正常行驶时
  • 弯道行驶
  • 制动或驱动时

水平力可使路面产生波浪、拥抱、推挤等现象,因此要求路面面层材料应具有足够的抗剪强度,尤其在弯道、交叉口、公交车停靠站附近。

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行车荷载对路面的作用是随时间推延累计增加的,即荷载作用具有瞬时性和重复性,也就是说行车荷载对路面的作用主要取决于两方面:一是轴载重量大小,二是重复作用次数多少。行车荷载对路面的作用是随时间推延累计增加的,即荷载作用具有瞬时性和重复性,也就是说行车荷载对路面的作用主要取决于两方面:一是轴载重量大小,二是重复作用次数多少。
  • 由于作用在路面的设计荷载千变万化,一般选用一种标准轴载作为设计车型。而设计车型的选用必须使该车型对路面作用的响应较大,同时又能反映设计的车辆水平。
  • 重复作用次数多少是指一定时间内通过道路某一断面的车辆总数,来源于交通量的统计与预测,也和其横向分布情况有关。
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二、路面设计的标准轴载
  • 设计车型的问题涉及运输经济和路面设计的经济性两

个方面。国外目前有货车重型化、载客汽车小型化的趋

势。

  • 对中国,由于市场经济的逐步建立,公路货运的经济

性为货运部门主要考虑的因素。因此,目前的公路路面设

计必须适应这一变化 。

  • 目前各国的规定不完全一致。例如:中国10吨;美国

18000lbf(80.1KN)(1KN=224.809lbf)单轴、

32000lbf(142.3KN)双轴;德国11吨;印尼5吨;黎巴嫩

14吨;联合国141个成员国的比例如下:

  <10吨 67.36% 11.1~12吨  5.44%

10.1~11吨 11.56% >12.1吨 15.64%

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标准轴载:我国路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ-100表示(低等级公路可取BZZ-60)。道路的动载问题按动载系数进行考虑。标准轴载:我国路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ-100表示(低等级公路可取BZZ-60)。道路的动载问题按动载系数进行考虑。
  • 主要参数:轴重100KN,单轮荷载25KN,轮胎接地压强0.7MPa,单轮传压面当量圆半径10.65cm。
  • 标准轴载换算:不同汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换算成标准轴载的作用次数(当量轴次)。同一种路面结构在不同轴载作用下,要达到相同的疲劳损坏程度。
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式中:Nci—设计初期,机动车车行道上日交通量换算为日标准轴载的当量轴次(次/日);式中:Nci—设计初期,机动车车行道上日交通量换算为日标准轴载的当量轴次(次/日);

Ni—被换算某级轴载的作用次数(次/日);

P,d—标准轴载的轮胎触地压强(MPa)及传压面当量圆直径(cm);

Pi,di—被换算轴载的轮胎触地压强(MPa)及传压面当量圆直径(cm) ;

Ci—被换算轴载的轮组系数,双轮组1.0;单轮组0.25;四轮组4.0;

当轴间距大于3m时,应按单独的一个轴载进行计算;当轴间距小于3m时,按双轴或多轴进行计算。

  • 当进行弯沉值设计及沥青面层层底拉应力验算时,凡

轴载大于25KN的各级轴载(包括车轮的前、后轴)Pi的作

用次数Ni均应按下式换算成标准轴载作用次数。

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Ne—设计年限内设计车道上的标准轴载累计作用次数;Ne—设计年限内设计车道上的标准轴载累计作用次数;

Nci—设计初期,机动车车行道上日交通量换算为日标准轴载的

当量轴次(次/日);

r—机动车年增长率,调查确定;

t—路面设计年限;

ηn—轴数分配系数。

三、设计年限内设计车道上的标准轴载累计当量轴次

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交通量的统计与预测

交通量:一定时间内通过道路某一断面的车辆总数。

平均日交通量:每昼夜通过道路某一横断面的车辆总数。

交通量观测方法:

1)直接记录不同类型车辆的通行次数;

2)轴载谱调查。

当年平均日交通量→设计年限→增长率→设计年限内累计交通量

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轮迹横向分布ηn

沥青路面设计:即车道系数,指不同情况车道的横向分布系数与单车道的横向分布系数之比。

水泥混凝土路面设计:横向分布系数。

轮迹横向分布的图形和峰值取决于交通的渠化程度,它随许多因素变化,如:交通组织类型(不分车道混合交通,划标线分道行驶或设分隔带分道行驶)、车道宽、交通密度、交通组成、车速以及司机的驾驶习惯和经验等。

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车辆在路面上行使时,轮迹的横向分布是不均匀的。车辆在路面上行使时,轮迹的横向分布是不均匀的。

影响车轮轮迹横向分布规律的主要因素有车辆的类型、

主轮轴数量、主轮轴间距及其车轮数量、轮胎宽度等。

  • 路面要承受车辆荷载的多次重复作用,在路面的各个

区域,车辆荷载的重复作用次数是各不相同的,它取决

于车辆的交通密度和组成,轮轴的构型和数量。

  • 不同质量的车辆对路面影响的差异很大,当一个道路

有不同质量的车辆行使时,各种车辆的运行次数不能简

单累加。

  • 在路面设计时将不同质量车辆的年平均运行次数换算

成标准车辆的年平均当量运行次数。