第十四章 沥青路面设计
一、沥青面层结构 沥青面层可分为单层、双层、三层。双层结构分为表面 层、下面层；三层结构分为表面层、中间层、下面层。 表面层应具有平整密实、抗滑耐磨、稳定耐久等服务功 能，同时应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗老化等品 质。中、下面层应具有一定的密水性、抗剥离性，高温 或重载条件下，沥青混合料具有较高的抗剪强度；下面 层应具有良好的抗疲劳裂缝的性能和兼顾其他性能要求。 高速公路、一级公路一般选用三层沥青面层结构，二级、 三级以下等级公路一般采用双层式沥青面层，三级、四 级公路一般可采用双层沥青表面处治结构。
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对于柔性基层沥青路面或组合基层沥青路面，由于柔性 基层材料以粒状结构为主，不承担弯拉应力，所以沥青 面层承受较大的轮载弯矩，整个路面结构的极限状态可 能首先出现在沥青面层底部，形成初始裂缝，然后在车 轮反复作用下逐步扩展，沥青面层形成断裂裂缝。因此， 对于柔性基层和组合基层的沥青面层，在路面结构设计 中必须验算弯拉应力是否超出材料允许的极限标准。 我国规范规定，沥青面层和基层层底拉应力作为沥青路 面结构设计的第二项设计控制指标。 弯拉应力设计控制指标容许拉应力按式（14-24）计算。 二、路面结构厚度设计方程式与设计参数 沥青路面设计必须满足两个式子（14-25）（14-26）
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（1）地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿 状态的路段； （2）排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良 的岩石挖方路段； （3）季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀 需设防冻垫层的路段； （4）基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。 从垫层设置的目的看，垫层可分为： 防水垫层、排水垫层、防污垫层、防冻垫层。 四、沥青路面层间结合 沥青面层与基层之间应设置透层沥青或粘层沥青；沥青 面层由两层或三层组成又不能连续摊铺时，则在铺上层
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3、补强厚度的计算 在确定出原有路面的当量回弹模量以后，可采用弹性层 状理论进行补强层厚度的计算。若补强层为单层，以双 层弹性体系为设计计算的力学模型；补强 N-1层时，以N 层弹性体系为力学模型。
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第五节 外国沥青路面设计方法简介 一、美国AASHTO设计方法 1、设计变量 （1）时间约束—鼓励对交通量大的工程采用较长的分析 年限。 （ 2 ）交通 — 设计方法以预计的 80KN 累计当量单轴荷载 为根据，并考虑交通量的逐年增长系数和车道分布系数。 （3）可靠度—是将某种可靠程度纳入设计过程的方法， 以确保各种设计方案在分析年限内一直有效的可靠概率。 分析年限至少包括一次大修期，因而应等于或大于工作 年限。工作年限是指两次大修之间的时间。 （4）环境影响—主要考虑当地温度、温度与试验路有差 别，影响到路基的胀缩与冻胀。
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1、计算路表弯沉值 按式（14-27）计算； 2、计算结构层底拉应力 按式（14-29）计算； 3、路基回弹模量 弹性模量并不是定值，工程上通常采用承载板试验或弯 沉测定的方法确定路基土和路基材料回弹模量值，并将 这种回弹模量作为弹性模量用于计算。当前，确定路基 回弹模量的常用方法有： （1）现场实测法—按式（14-30～33）计算； （2）查表法——确定临界高度；拟定土的平均稠度；预 估路基回弹模量。
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二、沥青路面基层结构 基层结构是承上启下保证路面结构耐久、稳定的承重结 构层，因此要求基层具有较高的强度、稳定性和耐久性。 沥青路面的基层按材料和力学特性的不同，可分为柔性 基层、半刚性基层和刚性基层三种。 1、柔性基层 主要采用沥青处治的级配碎石和无结合料的级配碎石修 筑基层。通常沥青碎石适用于中等交通及更高交通等级 的柔性基层；而无结合料的级配碎石适用于交通等级较 低的，中等交通以下的沥青路面基层。 2、半刚性基层 主要采用水泥、石灰或工业废渣等无机结合料，对级配
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（3）室内试验法—用小承载板测得回弹模量，然后乘以 折减系数； （4）换算法—见表14-13 4、结构层回弹模量 各结构的回弹模量均应采用抗压回弹模量。 5、结构层材料的弯拉极限强度 我国规范规定采用间接拉伸试验，即劈裂试验来确定结 构层材料的弯拉极限强度。 三、新建路面厚度设计 计算步骤： 1、根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型， 计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值； 2、按路基土类型与干湿类型，将路基划分为若干路段， 确定各路段土基的回弹模量值；
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三、沥青路面结构设计理论与方法 可分为经验法和力学 — 经验法两大类。经验法主要通过 对试验路或使用道路的实验观测，建立路面结构、车辆 荷载和路面使用性能三者之间的关系。 力学 — 经验法应用力学原理分析路面结构在荷载与环境 作用下的力学响应量，建立力学响应量与路面使用性能 之间的关系模型，路面设计按使用要求，运用关系模型 完成结构设计。 我国现行的规范采用弹性层状体系作为力学分析基础理 论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降和结构 层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处 理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。
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集料作稳定处理的基层结构。半刚性基层的主要缺点是 它本身的收缩裂缝难以避免。 3、刚性基层 采用低强度等级混凝土修筑基层混凝土板，板上铺筑沥 青面层。 基层结构的厚度主要应满足强度与刚度的设计要求，在 厚度设计时，应逐层进行验算。除此之外，还应考虑施 工的可行性和材料规格对厚度的影响。 三、沥青路面垫层结构 位于基层以下，主要用于路基状况不良路段，以确保路 面结构不受路基中滞留的自由水的浸蚀以及冻融的危害。 在下列情况下要设置垫层：
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（5）耐用性指数—以使用者主观感觉及某些物理量测定 为依据，评定时由几个人在路上驾车行驶，以经验为基 础进行判断，按五级分别打分，综合这些人的评分，推 求出被评定路面的耐用性指数。 2、设计方程式 （1）初始方程式—式（14-53）所示； （2）修正方程式—土基与环境修正，式（14-54）；降水、 排水条件修正，式（ 14-55 ）；可靠度保证率修正，式 （14-56）；最终修正后的方程式，式（14-57）。 二、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，通过试验获取路面材料参数，从而得出 一种体系完整的设计方法。
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四、沥青路面交通等级 1、路面设计年限—见表14-1规定； 2、标准轴载及轴载当量换算 —各个国家都有根据本国国 情确定的标准轴载。我国路面设计以双轮组单轴载 100KN 为标准轴载。行驶的车辆型号多样，由于不同力 学参数的疲劳效应不同，我国规定，当量轴载换算分以 下三种情况进行： A、当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，按 式（14-1）来换算； B、当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时， 按式（14-3）完成轴载当量换算； C、对于贫混凝土基层以底拉应力为设计指标时，按式
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第二节 弹性层状体系理论简介 一、基本假设与解题方法 通常将路面结构视为弹性半空间地基上由若干个具有一 定厚度材料组成的弹性层状体系，并假设： 1、各层由均质、连续、均匀、各向同性的线弹性材料组 成，用弹性模量和泊松比表征其弹性参数； 2、最下一层为水平方向和竖直向下方向无限延伸的半无 限体； 3、各层在水平方向无限远处及最下层无限深处的应力、 变形和位移为零； 4、各层分界面上的应力和位移完全连续，或者仅竖向应 力和位移连续，而层间无摩擦；5、不计各层材料自重
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进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进，经 济合理，安全可靠的方案。 3、应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果，积 极、慎重地运用行之有效的新材料、新工艺、新技术。 4、路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护、自然生态 的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。 5、为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂 化施工的设计方案。 6、对于地处不良地基的路段，为适应路基沉降、稳定周 期较长的特点，路面结构可以遵循“一次设计，分期修 建”的方案。
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之前彻底清扫下层表面的灰尘、泥土、油污等有可能破 坏层间结合的有害物质，然后设粘层沥青。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、用量应根据地区气候特点，施工季节和结构类型的 不同，选定。
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第四节 我国沥青路面设计方法 采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以 路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性及 刚性材料基层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设 计。 一、设计指标与极限标准 弯沉与弯拉应力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，垂直方向的位移。弯沉是表征路面结构总体刚度的 指标。 我国规定路面设计弯沉值由公式（14-21）确定。
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3、拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用 的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹 模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数； 4 、根据设计弯沉值计算路面厚度。 5 、进行技术经济比 较，确定采用的路面结构方案。 五、沥青路面改建设计 改建设计应遵循以下原则： 当原有路面需抽高等级时，对不符合技术标准的路段应 先进行线形改善，改线路段路面按新建路面设计；对于 加宽路面、提高路基、调整纵坡的路段应视具体情况按 新建或改建路面设计；对于在原路面上补强时，按改建 路面设计。
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第一节 概述 一、沥青路面设计的内容 包括原材料的调查与选择、沥青混合料配合比及基层材 料配合比设计、各项设计参数的测试与选定、路面结构 组合设计、路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比 选等。 二、路面结构设计的原则 1、根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切 结合当地实践经验，将路基路面作为一个整体考虑，进 行综合设计； 2、在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循“因地制 宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原 则