沥青路面结构

青结构沥青路面结构设计指标和参数姚祖康2007.09.13 云林沥青路面结构设计指标和参数■现行设计指标和参数■结构层组合方案和损坏类型■损坏预估模型■设计参数现行设计指标和参数现行设计指标■路表回弹弯沉ds l l ≤d ——001mm bs c e d A A A N l 2.0600−=l s 和l d 计算弯沉值和容许弯沉值（0.01mm ）N e ——设计车道的标准轴载（100kN ）累计当量轴次公路等级面层类型和基层类型系数A c 、A s 、A b ——公路等级、面层类型和基层类型系数现行设计指标和参数现行设计指标■层底拉应力≤σbss R Rm k −==σσσ——计算点的层底拉应力（MPa ）e c s N aA k m σ——材料容许拉应力和劈裂强度（MPa ）k s ——材料疲劳应力系数；系数沥青层为009无机结合料稳定粒料为035s σσ、R a ——系数，沥青层为0.09、无机结合料稳定粒料为0.35、无机结合料稳定土为0.45；b ——系数，沥青层为0.22，半刚性层为0.11现行设计指标和参数现行设计参数■材料参数——路基模量：承载板法——无机结合料稳定材料：压缩模量和劈裂强度无机结合料稳定材料压缩模量和劈裂强度——沥青混合料：150或200C压缩模量150C劈裂强度■环境参数——未考虑温度对沥青混合料性质的影响现行设计指标和参数设计结构实际上受弯沉指标控制路表弯沉是总体性、综合性、表观性指标，具有非唯一性，无法包容各种损坏，难以协调各单项损坏指标沥青面层疲劳损坏模型应重新建立材料性质指标和测试方法未反映其力学特性（应力依赖性、温度依赖性和湿度依赖性）沥青路面结构设计指标和参数■现行设计指标和参数■结构层组合方案和损坏类型■损坏预估模型■设计参数结构层组合方案材料类型沥青结合料类——热拌沥青混合料、SMA、OGFC、沥青表面处治 无机结合料类——水泥、石灰-粉煤灰或石灰稳定碎石、砾石或土 粒料类——级配碎石、级配砾石、水结碎石、未筛分碎石、天然砂砾结构层组合方案 基层——粒料类——沥青结合料类——无机结合料类 底基层——粒料类——无机结合料类——沥青结合料类结构层组合方案(粒料类基层)面层磨耗层密级配沥青混凝土、SMA、OGFC、沥青表面处治联结层密级配沥青混凝土或缺失级配碎石水结碎石基层基层级配碎石、水结碎石底基层级配碎（砾）石、水泥、石灰-粉煤灰或石灰水结碎石稳定碎（砾）石或土垫层（季冻区）不易冻胀的粒料（细料含量小于6%~10%的砾类土）50MPa80MPa120MPa路基路床顶面模量要求、或结构层组合方案(沥青类基层)密级配沥青混凝土沥青表面处治面层磨耗层密级配沥青混凝土、SMA 、OGFC 、沥青表面处治联结层密级配沥青混凝土或缺失热拌沥基层基层青混合料热拌沥青混合料、沥青贯入碎石底基层级配碎石水泥、石灰-粉煤灰稳定碎（砾）石或土垫层（季冻区）不易冻胀的粒料（细料含量小于6%~10%的砾类土）路基路床顶面模量要求50MPa 、80MPa 或120MPa结构层组合方案(无机结合料类基层)SMA OGFC面层磨耗层密级配沥青混凝土、S 、OG C 、沥青表面处治联结层密级配沥青混合料或缺失基层基层水泥或石灰-粉煤灰稳定碎石底基层级配碎（砾）石、水结碎石水泥、石灰-粉煤灰稳定碎（砾）石或土垫层（季冻区）不易冻胀的粒料（细料含量小于6%~10%的砾土）路基路床顶面模量要求50MPa 、80MPa 或120MPa结构层组合方案损坏类型开裂类——沥青层疲劳开裂——无机结合料稳定层疲劳开裂——沥青面层低温缩裂——沥青面层反射裂缝变形类——沥青面层永久变形——粒料层和路基永久变形结构层组合方案损坏类型路面类型沥青类和粒料类基层无机结合料类基层面层厚度厚中厚薄厚中厚、薄主损坏永久变疲劳裂永久变疲劳裂主要损坏永久变形（面层）疲劳开裂永久变形（粒料层和路基）疲劳开裂-次要损坏疲劳开裂永久变形永久变形反射裂缝冰冻地区低温缩裂（面层）沥青路面结构设计指标和参数■现行设计指标和参数■结构层组合方案和损坏类型■损坏预估模型■设计参数损坏预估模型估模型沥青层疲劳开裂预估模型无机结合料层疲劳开裂预估模型 沥青层永久变形预估或控制模型 路基永久变形预估或控制模型 沥青层低温缩裂预估或控制模型损坏预估模型分析国内外已有模型，比选出合适的模型模式和自变量制定标准试验方法通过室内试验和试验路（ALF）试验，标定模型参数通过长期使用性能观测资料和设计实践经验的积累，逐步验证和修正模型参数经验的积累逐步验证和修正模型参数损坏预估模型沥青层疲劳开裂预估模型室内疲劳试验（4点弯曲，常应变，618组）720.2589.10973.31610509.1VFASN f −−×=ε994.066.0ES =010920.2720.2579.1973.316VFAEN f −−×=ε模式系数（MF ）−−=A()()(); 00153.0004.000342.037.399.1330∑∑==++mi i ni i E h B S h A EA B B MF 11==i i损坏预估模型沥青层疲劳开裂预估模型室内疲劳开裂预估模型110920.2720.2579.1973.311162VFA E ek N MF k −−−+×=εALF 验证和修正后疲劳开裂预估模型()f110314.5720.2579.1973.31790.517VFA E eN MF −−−−+×=ε()f损坏预估模型路基永久变形控制模型分层应变总和法预估模型βρεε⎟⎠⎞⎜⎝⎛−⎞⎜⎛=N p 0εε⎟⎟⎠⎜⎝r r e k路基顶面竖向压应变控制模型2055.02100.61−−×=Nεez设计参数材料性质——路基和粒料层回弹模量——沥青混合料动态模量——无机结合料稳定类材料弹性模量和强度——沥青低温弯曲蠕变劲度、直接拉伸断裂性质沥青低温弯曲蠕变劲度直接拉伸断裂性质——沥青混合料低温间接拉伸蠕变柔量和抗拉强度 环境——沥青层温度状况——路基湿度状况——路基冻融状况设计参数材料性质参数按项目重要性、工程规模和投资量划分不同层次第层次按标准试验方法实测确定第一层次：第二层次：利用与其他材料性质参数关联的回归关系式确定第三层次：参照代表值(典型值)或经验选定设计参数路基和粒料层回弹模量动态三轴仪测定，试验规程土和粒料回弹模量本构模型（三参数）32k k ⎛θ1oct 1a a a r p p p k M ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝=τ3个参数的均值参数级配碎石路基土1156015941k 1 1.1560 1.5941k 20.68360.4917-01663-15545k 3-0.1663-1.5545设计参数路基和粒料层回弹模量土和粒料物性参数经验模型土0061.00652.01540.01428.0075.01++−=P C w PI k 9509.50460.01328.01439.07506.0034.00399.00409.03075.02−+−=+−+−=C w PI k P w PI k 粒料6836.06710.11088.021=+−=k w k 8353.10288.00416.05603−−=P dk设计参数路基和粒料层回弹模量路基和粒料层等效回弹模量参考值部分土组等效回弹模量参考值范围（MPa）土组轻交通中等交通重/特重交通G（砾）110~125115~130120~135 S（砂）95~11095~15100~120 ML（低液限粉土）50~7050~7555~80 CL（低液限黏土）50~7055~7555~80设计参数沥青混合料动态模量单轴压缩连续加载测定，试验规程动态模量预估模型（339组，6种模型）v T v VCA v v G f T E b **0031.00.0001230296.00412.0 1426.05758.201987.003202.02316.5lg ++−−−+−−=()GTff f f b a a lg 1436.01536.02147.0*0.0334lg 0.0478-0627.03.0604 +−+−−()VCATf03254.0+设计参数沥青混合料动态模量常用沥青混合料动态压缩模量参考值（MPa）——标准条件（200C，10Hz ）——AC、AK、SMA 沥青混合料AC16AC-16在标准条件下的动态压缩模量参考值(MPa)沥青用量AH-70AH-1104%5%6%4%5%6%空313074~1423310027~109167690~837111032~120108461~92116489~7064 412100~131729280~101027117~774710210~111157830~85246005~6537隙率(%)511198~121908588~93496586~71709449~102867246~78895557~6050 610363~112827948~86526095~66358745~95206706~73015143~5599 9591104417355800765416141809388106206675647605182 79591~104417355~80076541~61418093~88106206~67564760~5182设计参数环境参数(路面温度)阶段增量损伤法和当量损伤法沥青路面温度场——温度随时间和深度的变化 当量温度系数——等效疲劳开裂——等效永久变形设计参数环境参数(路基湿度)路基湿度指标饱和度质量含水量eew S vr +=1sr G e S w =路基湿度类型——干燥类，气候因素控制（TMI ）——潮湿类，地下水位控制——中湿类，兼有二者影响设计参数环境参数(路基湿度)干燥类路基湿度预估——TMI 值→土的基质吸力→土-水特性曲线由值的基质吸力水特性曲线→含水量和饱和度干燥类路基土组在不同TMI 值（-10和10）时的湿度预估值TMI 湿度指标砂黏土质砂粉土黏土-10w (%)12.5~13.829.29~10.279.63~17.019.73~17.04S r (%)0.79~0.870.65~0.710.64~0.850.59~0.93w (%)1263~13961026~11341068~18211061~1873注：TMI 由-80到8010w (%)12.63~13.9610.26~11.3410.68~18.2110.61~18.73S r (%)0.80~0.880.71~0.790.71~0.960.64~0.96设计参数环境参数(路基湿度)潮湿类路基湿度预估由地下水位高度→土的基质吸力→土-水特性曲线——由地下水位高度→土的基质吸力→土水特性曲线→含水量和饱和度潮湿类路基土组的湿度状况预估潮湿类路基土组的湿度状预估土组毛细上升最大高度含水量（%）饱和度（%）09m1281~1500081~095砂0.9m12.81~15.000.81~0.95黏土质砂0.9m12.99~14.350.90~1.00粉土3~3.36m11.17~18.920.74~0.99黏土6~8.2610.18~18.680.62~0.95参数设计参数环境参数(路基湿度)湿度调整系数F sb ()log log 1ln Rs Roptm opt M a F a M b EXP k S S a −==+⎡⎤⎛⎞+−+−⎜⎟⎢⎥干燥类路基回弹模量湿度调整系数TMI 黏土质砂粉土黏土⎝⎠⎣⎦砂黏质砂粉黏-300.788~0.871 1.281~1.416 1.005~1.2300.730~1.604-100.748~0.826 1.087~1.2010.759~0.9580.565~1.506100.728~0.8040.905~1.0000.583~0.7740.512~1.413300.718~0.7940.766~0.8470.508~0.6540.491~1.331设计参数环境参数(路基湿度)湿度调整系数F 度调系数s潮湿类路基回弹模量湿度调整系数路基层位砂黏土质砂粉土黏土路基顶面0.802~0.8870.553~0.6110.408~0.6950.531~1.4610.506~0.5590.409~0.4520.399~0.6220.531~1.447路基工作区底面0506055900905039906053结束语初步构建了沥青路面设计指标和参数的框架有待试验路段观测和使用经验的验证补充 有待试验路段观测和使用经验的验证、补充和修正改变了现行规范各项指标和参数的概念、性质、测定方法和数值，需要相当长的学习和适应阶段恭请指教！请指教姚祖康2007.9.13。