XX大学学士学位论文沥青路面结构层组合研究院系名称：专业：学生姓名：学号：指导老师：XX大学学位委员会办公室制二〇一年月日1 引言1．1 问题提出及研究沥青路面因其具有优越的路用性能得以在全世界范围内广泛应用。

它作为一种无接缝的连续式路面,因其具有足够的力学强度,能适应各种行车荷载,且行车平稳、舒适、噪音低以及便于维修的特点而在公路路面铺筑中占有很大比例。

20世纪90年代以前,我国沥青路面以表处、贯入式及沥青碎石为主。

而在我国高等级公路的建设中,沥青混凝土路面成为主要的路面形式。

沥青混凝土路面结构设计初始，其主要目的就是为保护路基土使之不经受车辆的直接作用，通过路面传播至土基的应力被扩散而不会造成土基过大的沉降。

这点反映在设计思想及设计方法上，主要是控制土基顶面应力及垂直位移量，是用古典土力学公式验算。

当古典理论公式无法客观地描述路面结构的实际工作状态时，人们通过大量的野外测试，修筑试验路段对实际车辆形式效果进行系统观察，形成了以车辆荷载作用下确保路面结构承载力能力为核心的经验设计法。

我国沥青混凝土路面设计规范《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006）采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性材料层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。

设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。

沥青路面结构层的组合不同，其受力特性也大大不同。

目前所使用的沥青路面结构组合形式由于所用材料的不同、结构层厚度的不同及每层的层间位置的不同，影响整个路面结构的及每层的受力特性，从而影响沥青路面的使用性能。

本研究的目的就是通过改变结构层材料的模量值，对几种不同沥青路面结构层的组合形式进行受力特性分析，以确定沥青路面最佳组合形式。

1．2 研究内容本研究在充分吸收国内研究成果的基础上结合国内情况讨论对柔性结构层、半刚性结构层、刚性结构层在不同材料模量下的受力特性。

主要研究内容有：（1）沥青路面的设计方法及设计指标；（2）基层材料及其特性；（2）基层材料模量对路面结构受力特性的影响；（3）基层厚度对路面结构受力特性的影响；（4）土基模量对路面结构受力特性的影响。

2 国内沥青路面的设计方法及设计指标力学-经验法由力学和经验两部分组成。

由于路面材料组成和性质的复杂性和大变异性,环境和荷载因素影响的随机性,非工厂化现场施工的质量不稳定性,路面设计不可能采用纯力学的方法,而经验部分便成为调节理论与实践关系的杠杆。

材料和结构的理论研究成果为我们提供正确的思维方法,帮助我们掌握其发展的内在规律和机理,建立各种合理的计算分析和预估模型；而通过现场试验或工程经验的验证和调节,使所建立的各种模型和各项参数能得到同实际相吻合的分析结果。

我国现行的沥青路 面设计方法属于力学-经验法。

我国的沥青路面设计方法采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性材料层弯拉应力为指标进行路面结构厚度设计。

设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。

路面结构设计在经过了结构组合设计的周密考虑安排之后，应用力学系统来设计验算结构的厚度分布，设计控制标准是根据路面结构的损坏过程和损坏机理，从力学 响应提出的控制指标。

路面结构设计中结构厚度分布若满足了控制指标的极限标准，就能保证路面结构在设计使用期内正常工作，不致出现破坏的极限状态。

弯沉和弯拉应力（或弯拉应变）是目前各种力学经验法普遍采用的设计控制指标。

路面结构的路表弯沉表征路面结构在设计标准轴载作用下，垂直方向的总位移。

弯沉是表征路面刚度的指标。

我国沥青路面设计方法以弯沉作为设计控制指标。

路面在达到相同程度的破坏时，回弹弯沉值的大小同该路面的设计使用寿命，即轮载累计重复作用次数成反比关系。

路面结构在经受设计使用期累计通行标准轴载次数后，路面状况优于各级公路极 限状态标准时，所必须具有的路表回弹弯沉值，称为设计弯沉值d l 。

我国《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006）规定路面设计弯沉值d l 为：0.2600d e c s b l N A A A -= 2-14其中：d l ——设计弯沉值（0.01mm ）；e N ——设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道）；c A ——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；s A ——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面（含上拌下贯式路面）、沥青表面处治为1.1；b A ——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。

我国《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006）规定，沥青面层、半刚性基层、下基层、刚性基层层底拉应力为沥青路面结构设计的第二项控制指标。

sp s RK σσ= 2-15 其中：sp σ——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa ），由实验室按标准试验方法测得； R σ——路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限e N 次加载的疲劳弯拉应力（MPa ）;s K ——抗拉强度结构系数。

对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，按下式计算：0.220.09/s e c K N A = 2-16对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数，按下式计算：0.110.35/s e c K N A = 2-17对无机结合料稳定细粒土类的抗拉强度结构系数，按下式计算：0.110.45/s e c K N A = 2-18对贫混凝土类的抗拉强度结构系数，按下式计算：0.070.51/s e c K N A = 2-19路面结构设计按此两项指标设计结构层厚度，取其中较厚的层厚作为最终设计结果，即可以同时满足弯沉与弯拉应力两项设计指标的要求。

沥青路面在实际使用过程中，除了以上两种极限状态之外，引起路面损坏的形式还有很多种，在条件成熟的时候也可以考虑能够增加与之相应的设计控制指标，这在今后的科学研究和设计方法的完善过程中还可以不断地深入探讨。

3 基层材料及其特性本研究拟定通过改变沥青路面基层材料的模量及厚度来观察路面弯沉值和层底弯拉应力的变化，故本章将分别介绍柔性、半刚性、刚性基层材料的特性。

基层是位于路面面层之下的结构层。

它是路面的主要承重层,在沥青面层较薄的情况下,更是如此。

基层的主要作用是将车辆荷载分布给下层,使下层不致于处于超应力状态,同时给面层提供一个合适的下承层,使沥青面层不致于处于超应力状态。

底基层则是位于基层之下的结构,它是次要的荷载分布层。

它将车辆荷载进一步分布给土基,使土基不致于处于超应力状态。

它也给基层提供一个合适的下承层,使结合料稳定基层(如水泥稳定土、石灰工业废渣稳定土等)在行车作用下不致受到过大的弯拉应力或弯拉应变。

此外,视材料而定,它还可以起到排水层、隔层等的作用。

由此可见,基层在整个路面中是处于举足轻重的位置,其质量好坏,对包括沥青混凝土在内的所有沥青路面的使用质量和使用寿命都具有决定性的作用,是绝对不可忽视的。

包括沥青混凝土在内的所有沥青路面的基层,一般说来必须具备以下几个基本条件:1、有足够的强度和刚度2、有足够的水稳性3、有足够的平整度4、与面层的结合良好5、有符合规定的横坡6、应有足够的宽度总而言之,基层要达到强、稳、平、粗、洁、干的六字标准。

3．1 柔性基层材料及其特性柔性基层、底基层可用于各级公路。

热拌沥青碎石宜用于中等交通及其以上的公路基层、底基层；贯入式沥青碎石宜用于中、重交通的公路基层或底基层；热拌沥青碎石、贯入式沥青碎石可用于改建工程的调平层。

级配碎石可用于各级公路的基层和底基层。

级配碎石、级配碎砾石以及符合级配、塑性指数等技术要求的天然砂砾，可用作轻交通的二级及二级以下公路的基层和各级公路的底基层。

填隙碎石适用于三、四级公路的基层和各级公路的底基层。

基层材料与面层材料不仅在结构中承担的作用不同,而且在经济上也要求比较便宜,也就是沥青用量不能像做面层一样多。

目前国外使用较多的柔性基层材料主要有LSAM、沥青碎石、乳化沥青、级配碎石、再生沥青混合料。

LSAM又叫特粗粒径沥青混合料,一般是指集料的最大粒径超过26.5mm的混合料,常用的有26.5mm、31.5 mm、37.5 mm三种规格。

混合料采用骨架密实型的设计思想,空隙率一般3%-7%,沥青用量也相对较少,一般在4%左右。

实验验证,这种混合料具有相对良好的抗车辙性能、抗疲劳性能和水稳性。

由于材料较粗,不适合做面层,因此可以用于中下面层和基层。

在我国,乳化沥青混合料一般用于罩面层,但作为基层使用的混合料与罩面层混合料有着明显不同。

乳化沥青碎石,空隙率大,强度低,因此可以将混合料集配调细,适当增加下细料,形成较粘稠的沥青玛蹄脂胶浆,并将混合料空隙率控制在10%左右。

乳化沥青混合料的强度形成较缓慢,初期强度低,开放交通晚,通常添加1%-3%的水泥以提高其初期强度, 这样不仅能够提高混合料的抗车辙性能,也能提高其水稳性和抗裂性能。

虽然乳化沥青混合料的整体性能不如热拌和沥青混合料,但是其沥青用量少,施工方便快捷,不受天气限制,无污染等优点,使得乳化沥青有着广阔的应用前景。

乳化沥青可以应用于基层和下基层。

级配碎石是将一定的级配的碎石碾压而成的一种材料,由于不使用胶结料,这种材料不具有抗拉的能力,因此有的将其作为半刚性基层或者水泥路面加铺层上面的应力消散层,作为阻止反射裂缝发展的一种功能层。

对于柔性路面的结构层,由于承载能力不高,级配碎石一般用于铺筑底基层,或者路基上的整平层,用以加强路基。

在良好的压实条件下,级配碎石层的强度也能达到良好的水平,国外有将其应用于基层的成功例子。

沥青碎石,可以看作是沥青加筋的级配碎石,这种混合料空隙率较大,在12%左右,沥青用量少,低于4%。

具有一定的抗车辙性能,一般用于基层或者下基层,国外也有用于排水结构层的。

再生沥青混合料是最近几年发展的一种新型基层材料,它又分为热再生和冷再生,将旧路的沥青层铣刨掉,经若干程序再生,铺筑于新路的基层或者作为旧路改造的基层。

尽管其性能暂时无法与热拌沥青混合料相比,但是其成本低,施工方便,保护环境,今后必将成为基层材料追逐的热点。

3．2 半刚性基层材料及其特性半刚性基层承载力大、刚度大、模量高、板体性强、弯沉小而且投资经济,缺点在于这种材料变形小,特别是温缩、干缩变形大,易开裂,属于脆性材料。

柔性材料如:集配碎石、沥青稳定碎石等等。

材料属于粘弹性材料,韧性好,有一定自愈能力,但变形大,弯沉大,因此路面厚度也大,投资成本亦高。

半刚性基层材料包括水泥稳定土（土包括粗粒土、中粒土和细粒土）、石灰稳定土和石灰工业废渣稳定土。