城市道路设计规范9柔性路面设计 6页

第九章柔性路面设计               第一节设计原则与规定  第9.1.1条 柔性路面设计包括结构组合、厚度计算与材料组成，其原则如下：   一、路面设计应根据道路等级与使用要求，遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则，结合当地条件和实践经验，对路基路面进行综合设计，以达到技术经济合理，安全适用的目的。   柔性路面结构应按土基和垫层稳定，基层有足够强度，面层有较高抗疲劳、抗变形和抗滑能力等要求进行设计。   二、结构设计应以双圆均布垂直和水平荷载作用下的三层弹性体系理论为基础，采用路表容许回弹弯沉、容许弯拉应力及容许剪应力三项设计指标。路面结构用计算机计算；无计算机时对于三层以上体系用当量层厚度法换算为三层体系后查诺模图计算。   三、面层材料应具有足够的强度与温度稳定性；上基层应采用强度高稳定性好的材料；底基层可就地取材；垫层材料要求水稳定性好。  第9.1.2条 分期修建的路面工程应合理选择路面结构组合，确定设计厚度，使前期工程在后期能充分利用。  第9.1.3条 路面结构层一般由面层、基层和垫层组成，见图9.1.3。     面层为直接承受汽车车轮的作用力和自然因素影响的结构层，由一层或数层组成。   基层为路面的主要承重部分，和面层一起把荷载作用力传至土基。基层由一层或数层组成。   垫层为介于基层与土基之间的结构层，在土基水、温状况不良时，用以改善土基的水、温状况，提高路面结构的水稳性和抗冻胀能力，并可扩散荷载，以减小土基变形。                 第二节设计标准  第9.2.1条 路面设计以轴载100kN的双轮组单轴为标准轴载。各轮轮载为25kN，轮胎压强为0.7MPa，单轮轮迹当量圆半径r为10.65cm，双轮中心间距为3r。   不同轴载的轴数按式（9.2.1）换算为标准轴载的轴数。　   轴载大于或等于20kN的轴数均应换算为标准轴数，轴载小于20kN者不计。  第9.2.2条 设计指标及适用范围规定如下：   一、设计指标     1、为防止路面出现沉陷、车辙、软弹、网裂等整体强度不足的损坏，路表容许回弹弯沉值［ｌ］应大于或等于路表实际回弹弯沉值ｌｓ，即［ｌ］≥ｌｓ。计算时其差值应符合式（9.2.2-1）。   （[ｌ]-ｌｓ）/［ｌ］×100%≤5% （9.2.2-1）    2、为防止路面出现疲劳裂缝损坏，沥青混凝土面层或半刚性基层材料的容许弯拉应力［σ］应大于或等于该层的实际弯拉应力σ，即［σ］≥σ。计算时其差值应符合式（9.2.2-2）。   （[σ]-σ）/［σ］×100%≤5% （9.2.2-2）   3、为防止路面面层出现车辙、波浪、推挤、滑移和剪裂等损坏，面层材料的容许剪应力［τ］应大于或等于面层破裂面上的实际剪应力τａ即［τ］≥τａ。计算时其差值应符公式（9.2.2-3）。   （[τ]-τａ）/［τ］×100%≤5% （9.2.2-3）   二、适用范围    1、对沥青混凝土面层应采用容许回弹弯沉、弯拉应力和剪应力三项指标设计。在交通量小的支路上铺筑沥青混凝土面层时，可仅用容许弯沉值设计。    2、对沥青碎石面层采用容许回弹弯沉和剪应力两项指标设计。    3、对沥青贯入式碎（砾）石面层、浇洒式施工的沥青表面处治和粒料路面，只用容许回弹弯沉指标设计。    4、采用半刚性基层时，应对基层按弯拉指标设计。  第9.2.3条 路表的容许回弹弯沉值［ｌ］按式（9.2.3-1）计算。　  第9.2.4条 沥青混凝土面层和半刚性基层材料容许弯拉应力［σ］按下式计算。   一、沥青混凝土面层材料容许弯拉应力[σａ]　   二、半刚性基层材料容许弯拉应力[σａ]  第9.2.5条 沥青混合料面层材料的容许剪应力［τ］按式（9.2.5-1）计算：　               第三节结构组合设计  第9.3.1条 结构组合的基本原则如下：   一、面层、基层的结构类型及厚度应与交通量相适应。交通量大、轴载重时，应采用高等级面层与强度较高的结合料稳定类材料基层。   二、层间结合必须紧密稳定，以保证结构的整体性和应力传布的连续性。面层与基层之间宜按基层类型和施工情况适当洒布透层沥青、粘层沥青或采用沥青封层。   三、各结构层的材料回弹模量应自上而下递减，基层材料与面层材料的回弹模量比应大于或等0.3；土基回弹模量与基层（或底基层）的回弹模量比宜为0.08～0.4。   四、层数不宜过多。    五、在半刚性基层上铺筑面层时，对等级较高的道路应适当加厚面层或采取其他措施以减轻反射裂缝。  第9.3.2条 面层设计应符合下列要求：   一、面层类型可按设计年限内设计车道标准轴载累计数确定，见表9.3.2-1。　    1、沥青混凝土层的常用厚度和适宜层为见表9.3.2-2，可按使用要求结合当地经验选用。    2、热拌热铺沥青碎石可用作双层式沥青面层的下层或单层式面层。作单层式面层时，为防水和平整，应加铺沥青封层或磨耗层。沥青碎石的常用厚度为5～7cm。    3、沥青贯入式碎（砾）石可做面层或沥青混凝土路面的下层。作面层时，应加铺沥青封层或磨耗层，常用厚度为5～8cm。    4、沥青表面处治主要起防水层、磨耗层、防滑层或改善碎（砾）石路面的作用。常用厚度为1.5～3cm。  第9.3.3条 基层的要求与基层材料   一、基层应符合下列要求：    1、具有足够的强度和稳定性；    2、材料强度应均匀一致；    3、底基层宜利用符合设计要求的当地材料，如天然砂砾等，并应按路基干湿类型控制细料含量。   二、用作基层的材料主要有：    1、整体型材料    （1）无机结合料稳定粒料无机结合料稳定粒料包括石灰粉煤灰稳定砂砾、石灰稳定砂砾、石灰煤渣、水泥稳定砂粒等，其强度高，整体性好，适用于交通量大、轴载重的道路。    砂砾混合料用石灰稳定时，其细粒土的塑性指数应大于或等于10。塑性指数小于10时，应经试验确定。    （2）工业废渣混合料    工业废渣混合料的强度、稳定性和整体性均较好，适用于各种路面的基层。使用的工业废渣应稳定、无风化、无腐蚀。工业废渣种类多，规格和性质差异较大，应根据实践经验选用。    （3）石灰土    石灰土适用于各种路面的基层，特别是底基层。石灰土不能0在低温季节施工，并不能在水文不良地段采用。    塑性指数在10～27范围内的土可用干石灰土。有机含量大于或等于10%或硫酸盐含量大于或等于0.8%的土不宜用石灰稳定。必须使用时，应经试验确定。   （4）水泥稳定土    有机质或硫酸盐含量高的土不宜用水泥稳定处理。很高液限的细粒土由于难以粉碎与拌合且水泥用量过多，也不宜用水泥稳定。水泥含量应通过试验确定。    2、嵌锁型和级配型材料    （1）泥结（泥灰结）碎（砾）石    泥结碎（砾）石的水稳定性较差，在中湿和潮湿路段应采用泥灰结碎（砾）石，掺灰量为含土量的8～12%。    骨料的粒径宜小于或等于40mm，并不得大于层厚的0.7倍。嵌缝料应与骨料的最小粒径衔接。    （2）水结碎（碎）石     碎石的粒径宜小于或等于70mm，并不得大于层厚的0.7倍。嵌缝料应与骨料的最小径衔接。    （3）级配碎（砾）石    级配碎（砾）石层应密实稳定。为防止冻胀和湿软，应控制小于0.5mm颗粒的含量和塑性指数。在中湿和潮湿路段，用作沥青路面的基层时，应掺石灰。掺灰量为小于0.5mm颗粒含量的8～12%。    （4）天然砂砾    天然砂粒符合标准级配要求时，其使用范围和要求与级配砾石相同。不符合标准级配要求时，只宜用作底基层或垫层，并应按路基干湿类型适当控制小于0.5mm的颗粒含量。为便于碾压，砾石最大粒径宜采用60mm。  第9.3.4条 垫层使用条件和一般规定如下：   一、路基经常处于潮湿和过湿状态的路段，以及在季节性冰冻地区产生冰冻危害的路段应设垫层。   二、垫层材料有粒料和无机结合料稳定土两类。粒料包括天然砂砾、粗砂、炉渣、矿渣等。采用粗砂和天然砂时，小于0.074mm的颗粒含量应小于5%；采用炉渣时，小于2mm的颗粒含量宜小于20%。   三、垫层厚度可按当地经验确定，一般宜大于或等于15cm。在季节性冰冻地区路面总厚度小于表9.3.4规定时，应以垫层材料补足。  第9.3.5条 路面常用结构层最小厚度见表9.3.5。　               第四节新建路面结构层的计算  第9.4.1条 土基回弹模量应在不利季节用标准承载板实测确定。受条件限制时，可在土质与水文情况相似的邻近路段上测定，亦可现场取土样在室内测定。  第9.4.2条 路面结构材料的抗压回弹模量E、弯拉强度fm、弯拉模量Em、粘结力c和内摩阻角φ均应通过试验确定。  第9.4.3条 计算路面结构受荷载产生的回弹弯沉值与弯拉、剪切应力应采用以下公式及诺模图计算。   一、路表回弹弯沉值的计算   计算点Ａ取在双轮间隙中心，距荷载面中心垂直轴线与上层表面交点1.5r处，见图9.4.3-1。   二、上层和中层底面弯拉应力的计算    1、上层底面弯拉应力    计算点Ｂ取在双圆荷载的任一荷载面中心垂直轴线与上层底面相交处，见图9.4.3-1。    （1）路面面层为三层体系的上层时，用下式计算。    （2）路面基层换算为三层体系的上层时，用下式计算。    2、中层底面弯拉应力    计算点c取在双轮间隙中心垂直轴线与中层底面相交处，见图9.4.3-1。　   三、上层破裂面上剪应力的计算   计算点D取在行车前进方向的车轮中心后0.9r处，见图9.4.3-2。 　  第9.4.4条 多层体系路面结构可用计算机计算。用诺谟图时，应先用当量厚度法，按下列公式把多层体系换算为三层体系，再确定层间接触条件，然后进行计算。   一、计算路表弯沉值和路面剪应力时，h1、E1、E2、En不变，把第二层及其以下各层按式（9.4.4-1）换算成模量为E2，当量层厚度为H而构成三层体系，见图9.4.4-1。   二、计算第n-1层以外的任一结构层底面弯拉应力时，保持计算层X层和相邻下层X+1层的模量EX、EX＋1与En不变，用式（9.4.4-2）把计算层X层以上各层换算为模量值为EX的上层，当量层厚度为h；把计算层以下各层用式（9.4.4-3）换算成模量为EX＋1的中层，当量层厚度为H，见图9.4.4-2。　   三、计算第n-1层底面弯拉应力时，保持En、En-1、En-2及hn-1不变，用式（9.4.4-4）把n-2层与以上各层换算成模量为En-2的当量层，厚度为h，n-1层的厚度hn-1＝H，见图9.4.4-3。　   四、取用何种模量值与层间接触条件的规定如下：    1、计算弯沉与剪切时，各层材料应采用抗压回弹模量，并采用连续体系。    2、计算弯拉应力时，计算层与计算层以上的整体型各层材料应采用弯拉回弹模量，非整体型各层材料采用抗压回弹模量；计算层以下各层材料均用抗压回弹模量；并分别采用以下规定的层间接触条件：计算沥青面层底面弯拉应力时，用上、中层间滑动，中、下层间连续体系；计算整体型基层底面弯拉应力时，不论换算后它是处于新的上层还是新的中层，均用三层连续体系。  第9.4.5条 对半刚性基层，设计时采用设计年限内设计车道上标准轴载累计数及材料设计龄期的参数计算；验算时采用竣工后第一年末设计车道上的标准轴载累计数及材料验算龄期的参数计算。   半刚性基层材料的设计龄期及验算龄期见表9.4.5。　               第五节旧路面补强厚度计算  第9.5.1条 旧路面补强设计时，应进行下列调查与测定：   一、调查交通量、交通组成与交通量增长率。   二、调查道路设计、修建与养护的有关资料。   三、调查道路现况如路基宽度、纵坡度、弯道半径、路拱横坡度、路面平整度、裂缝、坑槽、搓板、翻浆以及排水状况等。   四、挖验路面结构，判明各结构层厚度、材料组成及污染情况。必要时做材料分析，并测定土基的土类及湿度。   五、在不利季节测定路表回弹弯沉值，并选择有代表性的路段做标准承载板测定，以求得回弹弯沉值与回弹模量的关系。  第9.5.2条 按下述方法确定旧路面的计算弯沉值：   在确定各路段的计算弯沉值时，应根据下列因素将道路全线划分为若干段落。   一、在一个段落内土基干湿类型、土质应相同。   二、在一个段落内各测点的弯沉值比较接近，每段的弯沉值测点数应大于或等于20点。   三、段落的最小长度应与施工方法相适应，可视实际情况确定。用标准轴载测定的路段计算弯沉值的代表值lr（cm）用下式计算。测定沥青路表弯沉值的标准温度为20℃。　  第9.5.3条 旧路路表当量回弹模量ES按式（9.5.3-1）或式（9.5.3-2）计算确定。 　    第9.5.4条 在补强层的设计中，需设置两层或两层以上的补强层时，按照本章第四节的计算方法进行，将旧路顶面的计算回弹模量ECS作为三层体系的En。如只设一层补强层，可把该层分为模量相同的两层，按三层体系计算。               第六节路面防滑  第9.6.1条 路面抗滑标准不得低于表9.6.1规定值。　  第9.6.2条 防滑措施要求如下：   一、骨料应选择坚韧耐磨的石料（如安山岩、玄武岩、辉绿岩、硬质砂岩等），以保证对石料磨光值的要求。当用花岗岩、砂岩（包括石英岩）等酸性岩类时，可在骨料中掺入2%左右的石灰粉或水泥等。   二、根据试验选择适合当地情况的最佳性质的结合料和油石比，并注意防止泛油或表面松散。   三、对于路面结构强度与稳定性能满足要求但防滑性能不能保证行车安全的路面，应加铺防滑磨耗层。