路面设计原理与方法 (第二版) 黄晓明 1998年6月
路面设计原理与方法 （第二版） 黄晓明 １９９8 年 6 月
路面设计原理与方 本课程的目的和意义 本课程为公路、城市道路机场工程方向的硕士研究生学位课程。通过本课程的学习 学生应掌握路面设计的基本原理、世界各国使用的主要方法,初步了解本学科前沿动向和 学科发展趋势 二.主要参考教材 Principles of Pavement Design E.J. Yoder M W Witczak (原版及中文版) 2.柔性路面设计理论与方法 朱照宏 许志鸿 同济大学出版社 3.柔性路面结构设计方法 林绣贤 人民交通出版社 4.刚性路面设计 邓学钧陈荣生 人民交通出版社 5.路面设计原理与方法 黄晓明 东南大学交通学院 课程计划 第一周 第一章基本原理…… §1-1基本概念 §1-2水泥混凝土路面 2 §1-3沥青混凝土路面…… §1-4机场道面………………… §1-5路面结构优化 第二周 第二章车辆与交通 §2-1车辆对路面的作用…… §2-2沥青路面轴载换算方法 ……15 §2-3水泥混凝土路面轴载换算方法 第三周 第三章气候与环境…… §3-1我国公路自然区划……… 3-2自然因素对公路路面体系的影响……33 §3-3公路路面的温度状况…… §3-4公路路面的湿度状况 ……………37 §3-5公路路面的温度场分析 自学 第四章路基材料· 第1页
路面设计原理与方法 第1页 一．本课程的目的和意义 本课程为公路、城市道路机场工程方向的硕士研究生学位课程。通过本课程的学习， 学生应掌握路面设计的基本原理、世界各国使用的主要方法，初步了解本学科前沿动向和 学科发展趋势。 二．主要参考教材 １．Principles of Pavement Design E.J.Yoder M.W.Witczak （原版及中文版） ２．柔性路面设计理论与方法 朱照宏 许志鸿 同济大学出版社 ３．柔性路面结构设计方法 林绣贤 人民交通出版社 ４．刚性路面设计 邓学钧 陈荣生 人民交通出版社 5．路面设计原理与方法 黄晓明 东南大学交通学院 三．课程计划 第一周 第一章 基本原理……………………………………………1 §1-1 基本概念………………………………………1 §1-2 水泥混凝土路面………………………………2 §1-3 沥青混凝土路面………………………………3 §1-4 机场道面………………………………………5 §1-5 路面结构优化…………………………………7 第二周 第二章 车辆与交通…………………………………………8 §2-1 车辆对路面的作用……………………………8 §2-2 沥青路面轴载换算方法………………………15 §2-3 水泥混凝土路面轴载换算方法………………25 第三周 第三章 气候与环境…………………………………………32 §3-1 我国公路自然区划……………………………32 §3-2 自然因素对公路路面体系的影响……………33 §3-3 公路路面的温度状况…………………………34 §3-4 公路路面的湿度状况…………………………37 §3-5 公路路面的温度场分析………………………38 自学 第四章 路基材料……………………………………………58
路面设计原理与方法 §4-1土的工程分类………………… §4-2土基的变形特性… §4-3土基的强度指标 §4-4土基的反应模量 ………65 §4-5加州承载比CB §4-6地基的干湿类型 4-7土基压实………………70 §4-8土基的处理………………………………73 第四、五周 第五章沥青路面应力分析· …75 §5-1古典设计方法 §5-2沥青路面层状体系理论与分析…………76 第六、七、八周 第六章水泥混凝土路面应力分析 §6-1早期荷载应力分析… §6-2 Westergaard计算公式……… 6-3弹性地基板的荷载应力… 6-4混凝土路面荷载应力的有限元分析……107 6-5接缝地基板的有限元分析方法………117 §6-6水泥混凝土路面的温度应力分析………124 第九周考试 第十周 第七章无机结合料稳定材料…… 137 §7-1概述……………… §7-2无机结合料稳定材料的强度特性……138 §7-3无机结合料稳定材料的疲劳特性………142 §7-4无机结合料稳定材料的干缩特性……146 §7-5无机结合料稳定材料的温度收缩特性……151 §7-4无机结合料稳定材料的收缩机理分析……153 自学 第八章沥青混凝土材料· 155 1沥青混凝土的特性 2沥青混凝土路面的施工…………161 自学 第九章水泥混凝土材料· ……174 §9-1水泥混凝土材料的性能… ……174 §9-2水泥混凝土的组成设计………………178 §9-3轨道式摊铺机修筑水泥混凝土路面技术…181 第十一周 第2页
路面设计原理与方法 第2页 §4-1 土的工程分类……………………………………58 §4-2 土基的变形特性…………………………………61 §4-3 土基的强度指标…………………………………64 §4-4 土基的反应模量…………………………………65 §4-5 加州承载比 CBR…………………………………66 §4-6 地基的干湿类型…………………………………69 §4-7 土基压实…………………………………………70 §4-8 土基的处理………………………………………73 第四、五周 第五章 沥青路面应力分析…………………………………75 §5-1 古典设计方法…………………………………75 §5-2 沥青路面层状体系理论与分析………………76 第六、七、八周 第六章 水泥混凝土路面应力分析……………………98 §6-1 早期荷载应力分析………………………………98 §6-2 Westergaard 计算公式…………………………98 §6-3 弹性地基板的荷载应力………………………102 §6-4 混凝土路面荷载应力的有限元分析…………107 §6-5 接缝地基板的有限元分析方法………………117 §6-6 水泥混凝土路面的温度应力分析……………124 第九周 考试 第十周 第七章 无机结合料稳定材料………………………………137 §7-1 概述……………………………………………137 §7-2 无机结合料稳定材料的强度特性……………138 §7-3 无机结合料稳定材料的疲劳特性……………142 §7-4 无机结合料稳定材料的干缩特性……………146 §7-5 无机结合料稳定材料的温度收缩特性………151 §7-4 无机结合料稳定材料的收缩机理分析………153 自学 第八章 沥青混凝土材料……………………………………155 §8-1 沥青混凝土的特性………………………155 §8-2 沥青混凝土路面的施工…………………161 自学 第九章 水泥混凝土材料………………………………174 §9-1 水泥混凝土材料的性能……………………174 §9-2 水泥混凝土的组成设计……………………178 §9-3 轨道式摊铺机修筑水泥混凝土路面技术…181 第十一周
路面设计原理与方法 第十章公路沥青路面设计方法…… §10-1对路面的要求及损坏的极限标准………188 §10-2 AASHTO沥青路面设计法 §10-3CBR设计法…… §10-4壳牌( SHELL)设计法… §10-5美国地沥青协会(AI)设计法 §10-6我国沥青路面设计…… 第十二周 第十一章公路水泥混凝土路面设计……… §11-1水泥混凝土路面的破坏类型与设计指标…234 §11-2水泥混凝土路面的平面分块与接缝形式…235 §11-3传力杆设计与应力验算… ……240 §11-4水泥混凝土路面接缝的传荷能力………248 §11-5国外水泥混凝土路面设计方法………………253 §11-6我国水泥混凝土路面设计方法……261 §11-7配筋混凝土路面 …271 第十三周 第十二章机场沥青混凝土道面设计…… 12-1CBR机场沥青混凝土道面道面设计…274 §12-2美国联邦航空局(FAA法)…………278 §12-3美国地沥青协会法… 282 第十四周 第十三章机场水泥混凝土道面设计… §13-1素水泥混凝土道面结构设计………287 §13-2我国机场水泥混凝土道面设计方法…291 13-3波特兰水泥协会(PCA)法…………291 第十五周 第十四章路面使用品质及路况评定 §14-1路面功能及其评价 §14-2路面结构承载力的评定 …298 §14-3路面结构损坏状况评定 ….301 §14-4路面行驶质量 14-5路面抗滑性能…… 第十六周复习 第十七周考试 第3页
路面设计原理与方法 第3页 第十章 公路沥青路面设计方法………………………188 §10-1 对路面的要求及损坏的极限标准………188 §10-2 AASHTO 沥青路面设计法………………190 §10-3 CBR 设计法………………………………203 §10-4 壳牌（SHELL）设计法…………………211 §10-5 美国地沥青协会（AI）设计法…………222 §10-6 我国沥青路面设计………………………225 第十二周 第十一章 公路水泥混凝土路面设计…………………234 §11-1 水泥混凝土路面的破坏类型与设计指标…234 §11-2 水泥混凝土路面的平面分块与接缝形式…235 §11-3 传力杆设计与应力验算……………………240 §11-4 水泥混凝土路面接缝的传荷能力…………248 §11-5 国外水泥混凝土路面设计方法……………253 §11-6 我国水泥混凝土路面设计方法……………261 §11-7 配筋混凝土路面……………………………271 第十三周 第十二章 机场沥青混凝土道面设计…………………274 §12-1 CBR 机场沥青混凝土道面道面设计……274 §12-2 美国联邦航空局（FAA 法）……………278 §12-3 美国地沥青协会法………………………282 第十四周 第十三章 机场水泥混凝土道面设计…………………287 §13-1 素水泥混凝土道面结构设计……………287 §13-2 我国机场水泥混凝土道面设计方法……291 §13-3 波特兰水泥协会（PCA）法……………291 第十五周 第十四章 路面使用品质及路况评定…………………298 §14-1 路面功能及其评价………………………298 §14-2 路面结构承载力的评定…………………298 §14-3 路面结构损坏状况评定…………………301 §14-4 路面行驶质量……………………………305 §14-5 路面抗滑性能……………………………307 第十六周 复习 第十七周 考试
路面设计原理与方 第一讲基本原理 概述 1.路面设计方法 经验法一—— AASHT0法;CBR法 半经验半理论法——AI法: SHELL法;中国法 典型结构法———法国方法;中国八·五研究成果 优化设计法一—正在进行研究 路面设计的基本内容 结构组合设计 材料组成设计 厚度设计 路肩设计 排水设计 3.路面厚度设计的基本过程 确定交通量,如车型、轴重、轮胎压力、各车型通过数及橫向分布 路面结构组合,确定材料品种及其它参数 参数修正方法 路面设计的指标与标准 运用基本关系式进行设计 路面类型 1.沥青路面 由较薄的摩耗层及其下的沥青混凝土层、基层和底基层所组成,它主要有以下特点 刚度较小 抗弯拉强度较低 土基压力较大 面层受环境的影响较大 可以分期修建 便于养护 2.水泥混凝土路面 主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构,它主要有以下特点 刚性较大 抗弯拉强度较大 有较大的荷载扩散能力 路面的使用要求和特点 1.使用要求 强度和刚度 良好的稳定性(高温、低温及水稳定性) 表面平整性 表面抗滑性 第4页
路面设计原理与方法 第4页 第一讲 基本原理 一．概述 １．路面设计方法 经验法———AASHTO 法；CBR 法 半经验半理论法——AI 法；SHELL 法；中国法 典型结构法———法国方法；中国八·五研究成果 优化设计法———正在进行研究 ２．路面设计的基本内容 结构组合设计 材料组成设计 厚度设计 路肩设计 排水设计 ３．路面厚度设计的基本过程 确定交通量，如车型、轴重、轮胎压力、各车型通过数及横向分布 路面结构组合，确定材料品种及其它参数 参数修正方法 路面设计的指标与标准 运用基本关系式进行设计 二．路面类型 １．沥青路面 由较薄的摩耗层及其下的沥青混凝土层、基层和底基层所组成，它主要有以下特点∶ 刚度较小 抗弯拉强度较低 土基压力较大 面层受环境的影响较大 可以分期修建 便于养护 ２．水泥混凝土路面 主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构，它主要有以下特点∶ 刚性较大 抗弯拉强度较大 有较大的荷载扩散能力 三．路面的使用要求和特点 １．使用要求 强度和刚度 良好的稳定性（高温、低温及水稳定性） 表面平整性 表面抗滑性
路面设计原理与方 耐久性 2.特点 变异性或不确定性大(水文、地质、材料、设计、施工) 路面的设计、施工、养护和监测是一个相互联系的系统 (费用、服务水平) 路基路面是复合结构 四.机场道面 1.机场的使用要求 强度和刚度 良好的稳定性(高温、低温及水稳定性) 表面平整性 表面抗滑性 耐久性 表面洁净 2.机场分级 按跑道长度分 1~4级 按飞机机翼长度和主起落架轮外侧间距:A~E五级 代码1 代码2 跑道基本长度(m) 等级翼展(m)匡起落架最外轮间距(m) 1800 6~51.99 9~13.99 52~59.99 ~13.99 例如:4E表示长度大于1800米,机场宽度60米 3.机场设计的内容 道面结构组合方案与设计 厚度设计 经济分析 4.机场道面与公路路面 考虑的主要因素基本相同,但数值相差较大 飞机重量大于汽车 公路荷载的重复次数大于机场(2000~40000 轮胎压力差别大 设计考虑荷载的方法不同 平面布置不同(跑道,联络道,滑行道等) 飞机漫行及公路车辙 板厚相差较大 第5页
路面设计原理与方法 第5页 耐久性 ２．特点 变异性或不确定性大（水文、地质、材料、设计、施工） 路面的设计、施工、养护和监测是一个相互联系的系统 （费用、服务水平） 路基路面是复合结构 四．机场道面 １．机场的使用要求 强度和刚度 良好的稳定性（高温、低温及水稳定性） 表面平整性 表面抗滑性 耐久性 表面洁净 ２．机场分级 按跑道长度分： １～４级 按飞机机翼长度和主起落架轮外侧间距：Ａ～Ｅ五级 代码 １ 代码 ２ 等级 跑道基本长度(m) 等级 翼展(m) 主起落架最外轮间距(m) １ ＜800 Ａ ＜15 ＜4.5 ２ 800～1199 Ｂ 15～23.99 4.5～5.99 ３ 1200～1790 Ｃ 24～35.99 6～8.99 ４ ＞1800 Ｄ 36～51.99 9～13.99 Ｅ 52～59.99 9～13.99 例如∶４Ｅ 表示长度大于１８００米，机场宽度６０米 ３．机场设计的内容 道面结构组合方案与设计 厚度设计 经济分析 ４．机场道面与公路路面 考虑的主要因素基本相同，但数值相差较大 飞机重量大于汽车 公路荷载的重复次数大于机场（2000～40000） 轮胎压力差别大 设计考虑荷载的方法不同 平面布置不同（跑道，联络道，滑行道等） 飞机漫行及公路车辙 板厚相差较大
路面设计原理与方 路面破坏类型 1.结构与功能破坏类型 结构性破坏:路面的整体或某一个或几个组成部分的破坏 功能性破坏:由于路面的不平整或太光滑,使其不再具有预期的功能 2.沥青路面 纵向裂缝 横向裂缝 图裂缝或断裂 块裂 温度裂缝 反射裂缝 波浪 沉陷 隆起 泛油 松散 表面损坏 坑槽 3.水泥路面 水泥路面 纵向裂缝 横向裂缝 图裂缝或断裂 角隅裂缝 沉陷 度变形 隆起 表面损坏 裂或起皮 填缝料损坏 接缝损坏 唧泥 错台 特点 第6页
路面设计原理与方法 第6页 六．路面破坏类型 １．结构与功能破坏类型 结构性破坏∶路面的整体或某一个或几个组成部分的破坏。 功能性破坏∶由于路面的不平整或太光滑，使其不再具有预期的功能。 ２．沥青路面 类型 沥青路面 裂缝或断裂 纵向裂缝 横向裂缝 龟裂 块裂 温度裂缝 反射裂缝 变形 车辙 波浪 沉陷 隆起 表面损坏 泛油 松散 坑槽 磨光 露骨 ３．水泥路面 类型 水泥路面 裂缝或断裂 纵向裂缝 横向裂缝 斜向裂缝 角隅裂缝 变形 沉陷 隆起 表面损坏 纹裂或起皮 坑洞 接缝损坏 填缝料损坏 接缝碎裂 拱起 唧泥 错台 ４．特点
路面设计原理与方法 不一定同时发生,但都是经逐渐累积而成 功能性破坏一般可通过维修而恢复; 结构性破坏一般要彻底翻修。 七.路面系统设计 路面设计可靠度 路面费用(投资、养护、系统总费用) 路面系统设计 第7页
路面设计原理与方法 第7页 不一定同时发生，但都是经逐渐累积而成； 功能性破坏一般可通过维修而恢复； 结构性破坏一般要彻底翻修。 七．路面系统设计 路面设计可靠度 路面费用（投资、养护、系统总费用） 路面系统设计