第八章路面工程概述

　　柔性路面设计方法采用的设计指标有路表回弹弯沉和路 面结构层的强度。车辙是柔性路面的主要病害之一，有的学 者指出不能仅以弯沉值的大小来评价路面承载力的高低和抗 车辙性能的强弱。并指出能够最终靠控制路基的永久变形而使 车辙得到限制。有关这方面的内容仍需进一步研究。

　　以路表回弹弯沉值为设计控制指标，并对层底弯拉 应力和上层破裂面剪应力进行验算的的设计方法。 刚性路面设计采用弹性半无限地基上小挠度薄板理 论为基础，以混凝土疲劳强度为控制指标，采用有 限元位移分析结果进行设计。

　　然而这些研究仍有其不足之处：一种原因是把车载按静力 来进行计算；二是没有把车辆和路面作为一个相互作用的体 系来进行研究。目前多层体系在运动负荷和动力负荷情况下 的动力响应问题在国外有一定的研究，但不深入，而在国内 至今还是一个空白。

　　早期结构分析 1920年Older发表了混凝土面板的角隅公式，该公式以角

　　随着研究的深入，对弹性层状系统这种假设也提出了质 疑。有的学者提出了多层地基的弹塑性力学分析方法。

　　和柔性路面结构分析一样，车辆-路面相互作用系统的研 究仍是以后研究的重要领域。

　　路面材料和结构 路面设计理论与方法 路面实施工程技术 路面测试与评价技术

　　全国二级以上公路达到32.5万公里，比1990年增 长了7倍；高级、次高级路面里程已接近100万公里， 比1990年增长了近3倍 。 “八五”、“九五”、“十五”完成的交通系统 固定资产投资分别达到3千亿元、1万亿元和2.2万亿 元。

　　近30年以来，理论法对柔性路面结构的应力、变形和位移的 分析，多采用弹性层状体系理论，并采用电算的方法。我国 柔性路面设计规范规定路面设计理论以3层弹性体系理论为 基础。当路面为多层体系时，这时计算路面弯沉有两种方法： 一是将多层路面结构按照弯沉相等的原则换算成绘有弯沉计 算诺谟图的双层或三层体系；二是用电子计算机根据编写的 程序进行计算。目前我国在柔性路面分析和设计时，多采用 APDS程序，如长沙绕城路、沈山高速公路的设计。

　　近些年来人们慢慢地认识到了弹性层状体系的不足，因为 事实上路面材料具备应力应变的非线性特性 . Duncon, Wallson, 张起森等人先后进行了非线性有限元在路面结构分 析中的研究工作，但目前这方面的文献还不多。

　　随着对柔性路面研究的不断深入，粘弹性理论、断裂力 学理论、界面断裂力学理论、热粘弹性断裂理论也用于分析 路面的疲劳破坏及温度、时间对变形的影响。

　　路基处于下列状况的路段应设置垫层：地下水位高，排水不良， 路基经常处于潮湿状态的路段；排水不良的土质路堑；有裂隙水， 泉眼水等水文不良情况的岩石挖方路段；季节性冰冻地区可能会产生 冻胀的中湿、潮湿路段；基层可能受污染的路段。

　　（1）普通混凝土（JPCP） （2）钢筋混凝土（JRCP） （3）连续配筋混凝土（CRCP） （4）钢纤维混凝土 （5）预应力混凝土、装配式

　　限大弹性体，路面为弹性系数较大的板层，层间接 触为粗糟的，荷载为圆形垂直均布荷载，根据此模 型，应用弹性力学的方法算出了荷载中心下的下沉 量，并认为柔性路面的允许下沉量为0.51cm。

　　车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸 蚀和气温变化的影响，因此要有足够的强度、抗变形力、水温 稳定性、平整度和抗滑性，耐久性。

　　由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加 而逐渐减弱，路面的强度、抗变形力和稳定能力也应随深度 而逐渐降低要求，因此，路面的结构应分层铺筑、分为若干 层次结构，并按各结构层次的特定状况做相应的材料要求。

　　 强度和刚度  水温稳定性  耐久性  表面平整度  表面抗滑性  不透水性  ……

　　按材料：水泥路面、沥青路面、砂石路面… 按力学特性：柔性路面、刚性路面、半刚性路面…

　　柔性路面总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯 拉强度较低，传递给土基的单位压力也较大，它最重要的包含各种未 经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层 组成的路面结构。 刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度 高、弹性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。 半刚性路面通过改善沥青混凝土性能使其呈半刚性特性，其刚度 介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。

　　（1）柔性基层沥青路面 （2）半刚性基层沥青路面 （3）刚性基层沥青路面 （4）全厚式沥青路面

　　板悬空为前提，与实际相差太远。 1925年Westergarrd基于Winkler模型推导出了混凝土板荷

　　载应力公式，后经过多次修正和完善，得到了广泛应用。 1938年A.H.A.Hogg根据弹性半空间体地基假设，对轴对

　　称竖向荷载下半无限地基上无限大圆板的位移和应力做了理 论分析，1939年Ο.Я.Щesdep将该理论分析应用于刚性路面计 算。

　　公路路面是直接承受交通荷载、大气温度及雨水作用的结构，应具 有良好的稳定性和足够的强度、刚度，其表面还应满足平整、抗滑 和排水的要求。因此，公路路面应根据交通量及其组成情况和公路 等级、使用任务、功能、当地材料及自然条件，结合路基做综合 设计。各级公路的行车道、路缘带、匝道、变速车道、爬坡车道、 硬路肩和应急停车带等均应铺筑路面；高速公路和一级公路应采用 高级路面，二级公路应采用高级或次高级路面，三级公路宜采用次 高级或中级路面，四级公路宜采用中级或低级路面。

　　面层： 用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块 料等材料。 基层（包括底基层）： 材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎 石、贫水泥砼、天然砂砾、碎石/块石/片石/砾石、工业废渣结 合混合料等。当用不一样的材料修筑基层时，最下层的统一材料层称 为底基层，它可就近使用当地的材料或土。 路基及垫层： 材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳定隔 离层。

　　状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土 基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土 基的应力与变形，并可阻止路基土挤入基层。因此要有足够水稳 定性和隔温性能。按其作用可分为排水层、隔离层、防冻胀层等。

　　7.1 路面的功能及对路面的要求 7.2 路面的结构及组成 7.3 路面的等级与分类 7.4 路面工程的发展

　　古典结构分析 如Hubbard和Goldbeck是基于承载板试验得出路面厚

　　度与承载力之间的关系曲线；Down和Gray分别根据弹 性理论得出了集中荷载和圆形均布荷载下的路面厚度 计算式等。 早先的这些研究由于对土的性质和路基强度还不太了 解，也没考虑交通量的因素，凭简单的假设而导出 的公式远不能与真实的情况相符。

　　际不符，因解析解法计算有限尺寸任意处的荷载应力非常困 难，然而有限元法的提出，为这问题的解决展示了良好的前 景。

　　有限元法水泥混凝土路面应力分析起始于1965年，随后 不少学者做了相关的研究。我国于70年代末也广泛开展了有 限元法用于水泥混凝土路面结构分析的研究。