第十一章 公路沥青路面设计方法

二 耐用性指数与路面设计标准
1.现有耐用性评级PSR的确定方法 由包括从事道路建设、维修的工程人员、汽车运输工作者、 车辆制造者、道路教育工作者的代表组成的小组，驱车行驶 在选定的路段上，按5分制进行评级。 2.现有耐用性指数PSI的确定方法 ①将各路面状况测定的物理量以PSR评级为一方，按以下公 式进行回归统计： b1 b2 b3 PSR=A0 A1 F1 A2 F2 A3 F3 ②经大量结果的回归分析已不是原来的现有耐用性评级PSR 为了加以区分，称之为耐用性指数PSI。



PSI=5.03-1.91lg 1 SV 0.032 c f 0.21RD 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

3.不同道路等级设计标准的确定 AASHTO设计法规以20年为设计年限，在设计期间经过车辆 行驶后，最终耐用性指数PSI=2.5作为主要公路的设计标准， PSI=2.0作为次要公路的设计标准。
对于第一种，可表示为：
Lrd Lrd



对于第二种，可表示为： 0 0 低温缩裂 低温缩裂是一项同荷载因素无关的设计指标，即低温时结构 层材料因收缩受约束而产生的温度应力 T 应不大于该温度时 材料的容许拉应力，即：
T TR

推移 为防止沥青面层表面产生推移和拥起，可用面层抗剪强度标 准控制设计。即：


三 沥青路面的早期破坏原因
（1）由于沥青路面压实不足、沥青混凝土层级配不合理导 致的早期破坏。 （2）高温车辙和变形问题 （3）由于路基压实不足引起的早期破坏 （4）高速公路表面功能，尤其是抗滑性能不足。


四 路面要求
要使路面具有良好的使用性能、满足行车使用要求减少损坏， 路面各结构层必须达到下列要求：

知道了初始MR，实际的疲劳重复作用次数Nf就可以计算出 来，进而可以得到每个分析周期的累计破坏：
ni Di = N fi


③温度开裂
横向裂缝的预测公式为：
C lg hac Cf 1 N

温度裂缝长度和裂缝数量的关系为： 平整度模型 预测IRI的模型根据不同类型基层分为以下几种 ①粒料基层和底基层
t G lg 0 lg N lg C0 1.5

这就是AASHTO试验路基本方程。


四 AASHTO经验设计法
主要成就： （1）首次将耐用性指数引进路面设计方法，而且提出了不 同道路等级应有不同的设计标准，使路面设计与使用要求形 成密切的关系。 （2）建立了不同轴载间的等效关系，使轴载轻重与交通量 多少对路面的作用建立了合理的关系，解决了过去设计方法 中已知未能解决的荷载问题。 （3）提出了路面结构数SN与加权轴载通过次数N之间关系 的基本方程，此结果是AASHTO方法的精华。 （4）初步确定了不同路面层材料的结构层系数，还引进了 地区系数的概念，给以后的设计法以有益的启发。
R sp
Ka

车辙 1979年美国联邦公路总署FHWA根据车辙发生的程度分成4 个等级，如下表所示。

许多国家都根据本国的气候、交通等具体情况，提出了各自 的容许车辙深度，作为路面维修养护的极限标准。一些国家 的标准如下表所示：


低温缩裂 目前对低温开裂的判断主要是将低温开裂温度作为重要的指 标，认为低温开裂就是因为低温使材料或结构内产生的温度 应力超过了材料或结构的抗拉强度而导致开裂的破坏，预估 方法有直接法和间接法。
nsublayers
RD=

i 1
ip hi

①沥青材料层的永久变形 其最终模型修正为：
p k1 103.4488 T 1.5606 N 0.479244 r
其中：k1 C1 C2 depth 0.328196depth
2 C1 0.1039 hac 2.4868 hac 17.342 2 C2 0.0172 hac 1.7331 hac 27.428
第二节 AASHTO沥青路面设计方法


一 AASHTO试验路
试验路与1962年提出报告，其主要成果有： （1）得出了路面耐用性指数与路面工作状态间的关系，并 根据不同道路等级对路面的使用状况要求，提出了路面设计 标准。 （2）建立了路面设计方法的基本方程，提出了不同设计标 准的路面厚度计算列线图和不同路面材料的结构层系数。 （3）导出了不同车型轴载与数量间等效关系的轴载换算公 式。



五 AASHTO-2002力学经验-设计法


1.沥青路面设计过程 沥青路面设计流程图如下图所示：


2.设计输入参数 ①实验性输入参数及场地条件 ②设计输入水平 水平1：通过直接试验或测量获得的场地和材料性质。




水平2：利用相关性建立确定需要的输入。 水平3：运用国家或地区默认值来定义输入。 ③计分析期的输入处理 原始设计输入需要经过处理获得每个分析周期的交通、材料 和气候输入参数，包括各种轴载作用次数、沥青层温度、粒 料层的平均模量。季节性的输入处理在规范的软件中是自动 的。 3.新建沥青路面设计参数 ①参数信息；②交通信息；③气候条件；④路面结构。 4.沥青路面设计 永久变形 随着时间推移和技术的发展，人们认识到车辙是由路面各层 的永久变形累加起来的。计算公式如下：

把汽车分为三类，第一类为轿车和轻型货车，第二类为双轴 货车，第三类为三轴、四轴和五轴货车。然后根据其组成分 为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种，履带车和铲车则根据其荷载分为Ⅴ、 Ⅵ、Ⅲ三种，根据道路等级和交通种类定交通指数，履带车 则根据它在交通流中占有的数量而定。
第四节 美国地沥青学会设计法
第三节 CBR设计法


CBR(California Bearing Ratio)全称加州承载比，为测定土 基粒料基层材料相对强度的室内实验法，是美国加利福尼亚 州道路局于1928~1929年进行道路调查时最先采用。 美国陆军工兵部队1945年以后，对CBR设计法又进行了研 究，并根据机场道面的观测资料和实际使用状况的总结，与 1956年提出了机场道面厚度与当量轮载及当量轮压的关系式：
age 20 IRI=IRI0 0.0463 SF e 1 0.00119 TCL T 0.1934 COVRD 0.00384 FC T 0.00736 BC T 0.00115 LCSNWP MH
N

vh

路面结构总的永久变形等于各层永久变形的叠加：
RDtotal RDAC RDGB RDSG

疲劳开裂 疲劳开裂的预测基于Miner的破坏积累法则。破坏用预测的 交通荷载重复作用次数与允许的荷载重复作用次数之比来表 示，如下式：
D

i=1
T
ni Ni
0.854 N f 0.2659 c 4.325 10 3 3.291Sm

俄亥俄州立大学在沥青混合料性能研究中，应用了断裂力学 的概念，从裂纹的扩展规律出发来研究疲劳性能。根据 P.C.Paris的理论，裂缝扩展规律公式为：
dc AK m dN

国内在这方面也做了大量的研究工作，提出了控制应力的沥 青混合料的疲劳方程：


对于热碾沥青混凝土： lg Nf 9.38 4.32lg 英国诺丁汉大学还建立了拉应变、疲劳荷载作用次数、沥青 含量和软化点的关系：
lg

14.39lg VB 24.2TRB 40.7 lg N 5.31lg VB 8.63lg TRB 15.8
美国沥青协会路面设计方法中疲劳方程：


一 路面的损坏现象及设计指标
疲劳开裂 以疲劳开裂为设计标准时，用结构层底面的拉应变或拉应力 不超过相应的容许值控制和设计，即：
r R r R

车辙 有代表性的控制车辙深度的指标有两种：一种是路面各结构 层包括土基的残余变形总和；另一种是路基表面的垂直变形

max R


坑槽 产生的原因有：面层龟裂松散又未及时养护；覆盖罩面的沥 青混合料质量不好或温度太低；面层沥青老化；管道沟回填 不实处理不当。 其他病害 如松散、脱皮、露骨、啃边等。


二 沥青路面结构设计指标与标准
疲劳开裂 英国设计规范疲劳方程： 对于密集配沥青碎石： lg Nf 9.38 4.16lg




（1）强度和刚度。组成路面各结构层的材料和路基必须具 有足够的强度和刚度，在行车荷载作用下不产生过大的应力 和位移，从而防止出现开裂、坑槽、滑移、沉陷等破坏现象。 （2）稳定性。各结构层材料和路基必须具有一定的稳定性， 能经受温度、水分、冰冻等各项自然因素的影响，高温时不 出现车辙、推移，低温时不产生缩裂及其他破坏现象。 （3）平整度。路面的平整度不仅与各结构层材料和路基的 强度、稳定性有关，还与施工质量和养护状况有关。路面不 平整度不仅影响行车速度和舒适程度，还会提前或加速路面 的破坏。 （4）抗滑性。路面不仅要平整且要有一定的粗糙度，以保 证车辆在雨、雪天行驶时的安全。粗糙的表面可以通过改善 面层或磨耗层材料的组成来达到


②无黏结粒料永久变形 其最终标定模型为：
0 a N GB e r GB一般取1.673
N

vh

③土基的永久变形 其最终标定模型为：
a N SG
0 e r SG 一般取1.35
第十一章 公路沥青路面设计方法
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