国外沥青路面设计简介
国外主要沥青路面设计方法概述
国外主要沥青路面设计方法概述说到沥青路面设计，咱们大多数人可能想的就是那条条笔直的马路，车子在上面呼啸而过，风驰电掣的感觉是不是挺爽？但大家有没有想过，这些路面背后，可是有一整套复杂的设计方法在支撑着呢！而这些设计方法，尤其是在国外，其实也是各具特色。
今天就带大家看看国外的几种主要沥青路面设计方法，别看它们名头大，其实操作起来也并没有那么神秘。
先说说美国的设计方法吧。
美国的路面设计方法通常参考的是所谓的“加州路面设计方法”，也叫加州法。
这套方法根据不同的交通流量、路面使用年限、气候条件来进行设计，简直可以说是根据“天时、地利、人和”来选材料、选厚度、定标准！美国人可是讲究数据和实际使用的，所以他们的设计特别重视“路面层次”。
简单来说，就是把路面分成几个层次，每一层的材料、厚度、结构，都是根据实际需要来定的。
举个例子，如果路面经常要承受重型卡车的碾压，那上面铺的材料肯定得耐磨又坚固，不然早晚就得“掉渣”了。
设计好这些层次后，设计师还得计算出每一层的承载能力，确保它能够支撑所有的车辆。
看着好像很复杂吧？其实就是要做到“量体裁衣”，每条路都按实际情况来量身定做。
接下来是欧洲的设计方法。
欧洲，尤其是英国，常用的是“贝尔法斯特法”。
听着好像有点高大上，其实这方法主要还是通过计算沥青混合料的结构、厚度以及耐久性来做设计。
和美国不同，英国这边更注重环境对路面的影响，特别是雨水、温度变化这些自然因素。
像英国那样，常年阴雨绵绵、湿气重，设计师们就得考虑到这些因素对沥青的侵蚀作用。
要是设计时没考虑周全，等天气一转，路面一发霉，车主们可就要抱怨了。
所以英国的路面设计方法，除了重视技术计算外，还很注重材料的选择和施工的细节。
比如，在选择沥青时，常常考虑那些抗水性强、耐腐蚀的混合料，确保雨水多的地区路面不容易出现裂缝。
这种方法其实就是强调“预防为主”，提前预测各种可能发生的情况，做到未雨绸缪。
也得提提德国的设计方法。
德国的设计方法可以说是“稳重派”的代表。
美国沥青路面设计方法简介
美国沥青路面设计方法简介程锐(黑龙江省公路勘察设计院,黑龙江哈尔滨150080)摘要:美国各州公路及运输工作者协会(AASHT0的方法是以20世纪50年代后期至60年代初在渥太华、伊利诺伊州进行 的A A S H0道路试验所得到的大量试验成果为基础的。
1961年第一次出版了暂行指南，后来经多次修订，于1986年出版了 现版设计指南。
A A S H0道路试验所得到的经验性方程，在现行指南中仍作为基本模型。
但是由于初始的方程是在试验路当 地特定的气候条件下，针对某种特定路面材料和地基士推导出来的。
所以经20多年来工程实践,多次进行修订，现行指南已 能运用于美国其他地区。
关键词:美国沥青路面;设计方法;简介中图分类号:U412 文献标识码：C文章编号：1008 -3383(2017)10 -0084 -011设计变量(1)时间约束。
为了充分发挥投资效益，A A S H T0设计指南鼓励对交通量大的工程采用较长的分析年限。
()交通。
设计方法以预计的80 k N(18 kip)累计当量单轴荷载（E S A L)为根据，并考虑交通量的逐年增长系数和车道分布系数。
若路面设计采用的分析年限内没有任何大修或重新罩面，则取整个分析年限的总累计轴载E S A L作为设计依据，若考虑分期修建，在分析年限内预期要进行大修或重新罩面，则需要绘制累计轴载数E S A L随时间变化的曲线，由此得到任意时段的E S A L值。
()可靠度。
可靠度设计是将某种可靠程度纳入设计过程的方法，以确保各种设计方案在分析年限内一直有效的可靠概率。
设计所用的可靠度水平随交通量、交通疏散的难度和公众对预期效率的增加而提高。
表1提供了不同功能等级道路所建议的可靠度水平。
表1对不同功能等级道路提供的可靠度水平％功能等级建议的可靠度水平功能等级建议的可靠度水平市区郊区市区 郊区州际及其他高速公路85^99-98-99-9集散道路8-9575 ^5主要干线8-9975^95地方道路50—)50 —)分析年限至少包括一次大修期，因而应等于或 大于工作年限。
对国外沥青路面设计指标的评述
姚祖康
2003.4
国外沥青路面设计指标
设计方法 沥青面层疲劳开裂 水泥处治层疲劳开裂 永久变形(车辙) 永久变形(车辙) 低温开裂 结语
设计方法
经验法
——基本思路 基本思路 —— CBR法 法 —— AASHO法 法
力学-经验法 力学 经验法
——基本思路 基本思路 ——设计框图 设计框图 ——评述 评述
RD = [− 0.016h1 + 0.033ln SD + 0.011 a − 0.01ln KV] T
[− 2.703+ 0.657ε
0.097 + 0.271 v,.3 + 0.258ln N − 0.034ln(E1 / E3 ) ε 0 883 v,2
]
分层应变总和法 方法
δ p ( N ) = ∑ [ε pi ( N ) hi ]
结 语 半刚性基层沥青路面分强 半刚性基层沥青路面分强、弱两类 ——弱类，采用两阶段设计，分别 弱类， 弱类 采用两阶段设计， 用基层和面层疲劳开裂控制， 用基层和面层疲劳开裂控制， 基层选用合适的有效模量 ——强类，以基层疲劳开裂控制 强类， 强类 ——厚面层，进行车辙验算 厚面层， 厚面层
结 语 柔性基层沥青路面分厚 柔性基层沥青路面分厚、薄和表处三类 表处三类 厚类， ——厚类，以面层、粒料层和路基 厚类 以面层、 永久变形控制为主， 永久变形控制为主，辅以面层 疲劳开裂控制 薄类， ——薄类，控制面层疲劳开裂及粒 薄类 料层和路基永久变形 ——表处，以路表弯沉控制 表处， 表处
δ pa ( N r ) = Aγ p ( N r )
(mm)
沥青混合料性质试验 重复单剪试验仪 ——（RSST-CH）和（FS-S）试验 （ ） ）
国外沥青路面设计简介
√
英国
√(水稳碎石)
√
√
法国
薄沥青层 厚粒料基层
厚沥青层 下卧底基层
半刚性基层
混合式
全厚式
粒料基层
主要路面结构
国家
※
※
俄罗斯
※
※
※
法国
※
※
※
比利时
※
※
诺丁汉大学
※
※
※
※
南非
※
※
日本
※
※
※
澳大利亚
※
※
※
SHELL
补强※
※
※
AI
路表 弯沉
永久变形
粒料层剪 切应力
路基顶面 压应变
稳定粒料 层拉应力
路基膨胀或冻胀考虑——路基膨胀或冻胀造成PSI的损失。 每一个特定地区给出了膨胀或冻胀造成的PSI损失随时间的变化曲线（△PSISV~t △PSIFH ~t ） 设计方法： 估计路面使用年限（年） 查图得出相应△ PSI SV、FH 从设 计总服务能力损失(△PSI ）中扣除△ PSISV、FH，得到完全由 交通荷载引起的△PSITR △PSIIR查AASHTO路面设计图得到 累计交通量（ESAL） 根据交通量随时间变化图得到允许的使 用年限 ,与初始估计的使用年限相比，两者相差1年则可，否 则重新计算，直至收敛。
AASHTO（200x修订版）的修订要点
◎ 对沥青路面、水泥混凝土路面、复合路面提供一个通用的设计方法；反映了交通、气候环境、路基、可靠性的共同的设计要求。 ◎ 适用于新建和重建路面的结构设计，设计项目包括计算路面结构各层的厚度、重建的方法、地下排水设施、路基改善等等。 ◎ 将使用周期效益成本分析的方法作为该设计方法的一个子程序。
浅谈国内外沥青路面设计方法详解
浅谈国内外沥青路面设计方法2016-12-19摘要：目前国内外众多沥青路面设计方法中，可以归纳为两类：一是建立在经验或试验的基础上进行的经验法；一是以力学分析为基础的力学经验法，此方法考虑了材料特性、交通条件及环境因素。
本文主要介绍国内外典型的设计方法，包括CBR法，AASHTO法，SHELL法，AI法和国内的设计方法，分别对比分析各设计方法的优缺点，并提出相应的改进意见。
关键词：沥青路面，设计方法，综述沥青路面是我国高等级公路普遍采用的路面型式，它是在半刚性基层、柔性基层上铺筑一定厚度的沥青混合料作为面层的路面结构。
沥青路面设计理论与方法经历了古典法、经验法和力学经验法的发展过程，目前各国多数以后面两种设计方法进行路面结构设计。
虽然有不同的设计理论和方法作指导，但是沥青路面在设计年限内已经破坏的道路屡见不鲜，这与道路建设的各个环节都有关系，为了更好的了解并借鉴前人的研究成果，并完善和改进国内的沥青路面设计方法，本文简要介绍以经验法为代表的CBR设计方法，AASHTO设计方法;以力学经验法为基础的SHEEL法，AI法及国内的设计方法。
1 CBR 设计方法CBR法以CBR值作为路基土和路面材料（主要是粒料）的性质指标。
通过对已损坏或使用良好的路面的调查和 CBR测定，建立起路基土CBR～轮载～路面结构层厚度（以粒料层总厚度表征）三者间的经验关系。
利用此关系曲线，可以按设计轮载和路基土CBR值确定所需的路面层总厚度。
路面各结构层次的厚度，按各层材料的CBR值进行当量厚度换算。
不同轮载的作用按等弯沉的原则换算为设计轮载的当量作用。
CBR法对世界各国影响最广泛的是，采用CBR试验方法和指标值表征路基土和路面材料（粒料）的力学性质。
CBR试验法是一种模拟野外路基土承载板试验的室内小型试验，它通过贯入试验测定路基土抵抗侧向位移的能力。
然而 ,它仅是一种经验性的指标。
即便Porter 本人也认为，CBR值并不是材料承载力的直接度量指标，它与弹性变形量的关系很小。
美国AASHTO沥青设计方法
2
设计期经过车辆行驶，最终 内容单击此处输入内容 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。
单击此处输入内容单击此处输入
SV为轮迹带纵断面的平均坡度 方差,是运用CHLOE断面仪量测 的结果;C为已发展成网状裂缝 的裂缝面积,以m2／92.9m2路 面计;f为修补的面积，包括表 面修补和补坑,以m2／92.9m2 路面计;RD为平均车辙深度， 这是用1.2m长的直尺从车辙最 深处的点量出的，每隔7.62in 测一点,然后取其平均值。
4
AASHO试验路
试验地点
环境条件
平均气温(七月) 平均气温(一月) 年平均雨量 平均霜冻深度 (水温条件良好) 24.5℃(华氏76度) -2.8℃(华氏27度) 837毫米(34英寸) 711毫米(28英寸)
设计要点(柔性路面):
面层厚度(3级) 基层厚度(3级) 垫层厚度(3级) 3×3×3 (3-6环道) 柔性路面结构总数:468
FOR
WATCHING
Co pt G log log N log 据道路等级交通 量及气候水文土质等 自然条件，结合当地 实践经验确定出相应 的路面结构组合
2.进行路面结构 尺寸计算，计算 时选择结构层的 某一层作为目标 计算层
• AASHO设计委员会于1961年先提出暂行设计指南，现已
有1972年修订、1986年版和1993年版。
现有耐用性能指数 PSI
累计当量轴载 ESAL 路面结构数SN 主要方程式
AASHTO设计方法采用现有耐用性指数( PSI)作为衡量路面使 用性能的指标，并将使用性能期内路面耐用性指数的变化量(∆ PSI) 作为路面设计的使用性能标准，并以AASHO试验路的观 测资料为基础，建立了路面现有耐用性指数的变化量(∆ PSI) 在 路面使用性能期内同路面结构数SN及标准轴载ESAL( 80kN) 作 用次数N18的经验关系式
美国沥青路面设计方法简介
文献标识 码 ： Ｃ
文章编 号： １ ０ ０ ８— ３ ３ ８ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３—０ ０ ５ １— ０ １
９ ５ ％， 则各期的可靠度必须为 （ ０ ． ９ ５ ） ， 即９ ７ ． ５ ％。 （ １ ） 时 间约束 。为了充分发挥投资 效益 ，Ａ Ａ Ｓ Ｈ Ｔ Ｏ设计 ２ 修 正 方 程 式 指南鼓励对交通量大的工程采用较长 的分析年 限。 （ １ ） 土基与环境 修正式 （ １ ４— ５ ３ ） 仅适 用于 Ａ Ａ Ｓ Ｈ Ｏ道路 （ ２ ） 交通 。设计方法 以预计 的 ８ ０ ｋ Ｎ （ １ ８ ｋ ｉ ｐ ） 累计当量单 试验段 的 土 基 状 况 ， 即有效土 基 回弹模量为 ２ ０ ． ７ ＭＰ ａ 轴荷载 （ Ｅ Ｓ Ａ Ｌ ） 为根据 ， 并考 虑交 通量 的逐年增 长 系数 和车 （ ３ ０ ０ ０ ｐ ｓ ｉ ） 的柔性路面 。对 于其他土基及 环境 条件 ， 经修正 道分 布系数 。若路面设计 采用 的分析 年限 内没有任何 大修 为式 （ １ ）， 即 或重新罩 面， 则取整个分析年限 的总累计轴 载 Ｅ Ｓ Ａ Ｌ作为设 ｌ ｇ Ｗ ， ９ ． ３ ６ １ ｇ （ ｓ 一 ｍ ＋１ ）＿ｏ ． ２ ０＋ ＋ 计依据 ， 若考虑分期修建 ， 在分 析年 限内预期 要进行 大修或 。 。 ４ 重新罩面 ， 则需 要绘 制 累计 轴 载 数 Ｅ Ｓ Ａ Ｌ随时 间变 化 的 曲 线， 由此得到任意时段 的 Ｅ Ｓ Ａ Ｌ值 。 ２ ． ３ ２ １ ｇ Ｍ 一８ ． ０ ７ （ ２ ） （ ３ ） 可靠度 。可 靠度 设计 是将 某 种可 靠程度 纳入 设计 式 中： 为路基土有效 回弹模量 。 过程 的方法 ， 以确保各 种设 计方案在分析年 限内一直有效 的 （ ２ ） 降水 ， 排水条 件 修正 。考虑 到 当地 降水 、 排水 条件 可靠概率 。设计所用的可靠度水平 随交通 量、 交通疏散 的难 与试验路 的差异 ， 通 过式 （ ３ ） 作 修正。 度和公众对预期效率 的增加而 提高 。表 １ 提 供了不 同功 能 Ｓ Ｎ＝ １ Ｄ１ ＋ ２ Ｄ ２ ｍ ２ ＋ ３ Ｄ ３ ｍ３ （ ３ ） 等级道路所建议 的可靠 度水平 。 式 中： ｍ 为基层的排水系数 ； ｍ， 为底基层的排水系数 。 表１ 对不 同功能等级道路提供 的可 靠度水平 （ ３ ） 可靠度 保证率 修正 。按 式 （ ３ ） 计算 ， 使Ｐ Ｓ Ｉ 降至 尸 的８ Ｏ ｋ Ｎ单轴轴载通 行次 数 。 等 于 ， 设 计 的可靠度仅 为５ ０ ％， 因为该式 中所有 的变量均为平均 值 ， 为了达到要求 的可靠度水底平 ， 。 。 必 须小于 一个 正态偏 移 ， 如图 １
Superpave简介
Superpave简介Superpave是Superior Performing Asphalt Pavement的缩写，中文意思就是“高性能沥青路面”。
Superpave沥青混合料是美国战略公路研究计划（SHRP）的研究成果之一。
Superpave沥青混合料设计法是一种全新的沥青混合料设计法，包含沥青结合料规范，沥青混合料体积设计方法，计算机软件及相关的使用设备、试验方法和标准。
Sperpave混合料设计分为三个水准：混合料体积设计也称水准I设计，使用旋转压实机（SGC）并根据体积设计要求选择沥青用量。
混合料中等路面性能水平设计也称水准II设计，以混合料体积设计为基础，附加一组SST和IDT试验以达到一系列性能预测。
混合料最高路面性能水平设计也称水准III设计，以混合料体积设计为基础，附加的SST和IDT试验是在一个较宽温度变化范围内进行试验。
由于包含了更广泛的试验范围和结果，完全分析可提供更可靠的性能预测水平。
Superpave沥青混合料设计系统是根据项目所在地的气候和设计交通量，把材料选择与混合料设计都集中在体积设计法中，该方法要求在设计沥青路面时，充分考虑在服务期内温度对路面地影响，要求路面在最高设计温度时能满足高温性能地要求，不产生过量地车辙；在路面最低温度时，能满足低温性能地要求，避免或减少低温开裂；在常温范围内控制疲劳开裂。
对于沥青结合料，采用旋转薄膜烘箱试验来模拟沥青混合料在拌和和摊铺工程中的老化；采用压力老化容器模拟沥青在路面使用工程中的老化。
对于集料，在进行混合料级配设计时，采用控制点和限制区的概念来限定，优选试验级配设计。
对于沥青混合料，在拌好后，采用短期老化来模拟沥青混合料在拌和摊铺压实过程中的老化，沥青混合料试件采用旋转压实仪准备。
试件压实过程中，记录旋转压实次数与试件高度的关系，从而对沥青混合料体积特性进行评价。
所谓Superpave混合料体积设计是根据沥青混合料的空隙率、矿料间隙率、沥青填隙率等体积特性进行热拌沥青混合料设计的，方法主要有设计材料选择、沥青混合料拌和、沥青混合料体积分析以及混合料验证，包括体积性质和水敏感性。
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永久性沥青路面产生的背景
重载交通对欧洲沥青路面的挑战
◎ 轴载增加和重载交通量的快速增长； ◎ 慢速交通产生了更大的路面应力； ◎ 高压轮胎引起作用应力的增加； ◎ 道路磨光加速。
◎ AASHTO试验路没有包括路面的维修改造内容。 ◎ AASHTO试验路是在特定的一个地点铺筑的，预测气候
条件对路面使用性能的影响是困难的。 ◎ AASHTO试验路是在一种相同的路基条件下铺筑的，很
难预测路基情况对路面使用性能的影响。 ◎ AASHTO试验路的基层材料基本上都是粒料基层，所以
指南没有包括其他基层。
压应变 拉应变
应变
疲劳寿命 无限长
疲劳寿命
沥青基层的抗疲劳性能
◎ 有效沥青含量较高的混合料= 混合料具有较高的应变能力 ◎ 改性沥青 =混合料具有较高的应变能力
应
高沥青含量
变
疲劳寿命无限长
低沥青含量
疲劳寿命
影响永久性路面抗车辙性能的因素
◎ 集料级配； ◎ 沥青等级及改性剂的添加； ◎ 施工过程中混合料的密度（空隙率）； ◎ 选择适宜的表面层材料。
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3．路面结构厚度确定
由
根据得到几种路面结构组
合，最后根据地区条件、施工条件及经济分析确定路面结构
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AA层）具有较强的抗车辙性能； ◎ 要求基层具有足够的抗疲劳及耐久性能。 ◎ 要求路面结构的基础可以为路面结构的铺筑提供稳定
的施工平台，其在服务期内的性能指标不会随季节的 改变而发生较大的变化。
沥青基层的抗疲劳性能
◎ 沥青路面较厚 = 应变较小 ◎ 应变低于疲劳阈值 = 疲劳寿命无限长
永久性路面的特点
◎ 在总费用上：初期建设费很高，日常养护费和使用费较少 ，总费用效益比最大
◎ 在设计年限上：至少40年 ◎ 在损坏模式上：路面的损坏只发生在表面层，如表面开裂
，不存在结构性破坏 ◎ 在养护维修上：只需要日常养护，不需要进行结构性大修
沥青路面周期费用经济分析
费用指数
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
(应力、应变等）
转换函数
路面寿命是 否满足要求？
永久性路面设计标准
标准当量轴载
限制弯拉应变 < 70me
厚沥青层(> 8”)
限制竖向压应变 < 200me
基层 (按要求确定) 路基
永久性路面设计目标
HMA 反复弯曲
基层
路基 反复变形
产生疲劳开裂
产生车辙
国外沥青路面设计方法介绍
CBR 设计法 AASHTO 设计法 SHELL设计法
CBR设计法
该方法是上世纪二十年代美国加州使用的一种方法。 该法根据多年实测结果得到一条土基承载值与路面总厚 度的关系曲线。而土基的承载值用标准碎石承载能力的 百分比（称为加州承载比，记为CBR值）表示。所以这 种方法也称为CBR法。提出的CBR指标已被作为路面材 料的一种参数指标得到了广泛应用。
车辙率与沥青层厚度的关系
1000
100
车
辙
率
10
(mm/msa)
1
0.1 0
100
200
沥青层厚度 (mm)
300
400
永久性沥青路面设计方法
材料性能指标 (模量值)
面层底部大于70 me的拉应 变出现的可能性最小； 路基顶部大于 200 me的压 应变出现的可能性最小；
最终设计
路面力学模型 路面反应
AASHTO方法
◎ AASHTO法提出了路面现时服务能力指数PSI的概念， 以反映路面状况与质量的指标。通过对相同路段的主观 评价与客观评价，建立了PSI与路面状况的关系。
◎ AASHTO设计方法提出以使用年限末的路面现时服务 能力指数Pt作为设计控制标准，使路面结构设计和路面 使用期末的性能联系起来。
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国外沥青路面结构的设计年限
国家
美国（ AASHTO
93）
德国
英国
法国
南非
日本
加拿大
澳大 利亚
设计 年限
30～50 30～40
40
30～40 20～40 20～40 30～40 20～40
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国外常见沥青路面结构组成
国外常见沥青路面结构组成
永久性沥青路面
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国外沥青路面结构设计简介
◎ 丰富我国现有路面结构类型的必要性 ◎ 永久性沥青路面简介 ◎ 国外沥青路面结构设计方法介绍
CBR设计法(加州承载比法) 美国各州公路工作者协会(AASHTO)设计法 shell(壳牌 )设计法
丰富我国现有路面结构类型的必要性
我国高速公路路面的早期损坏严重：
20
使用者延误费用 维修费用 初期建设费用
30
40
设计寿命（年）
永久性沥青路面经济性
永久性路面能够承受更大的交通量和更重的交通荷 载，虽然其初期建设费用较高，但是如果评价整个使用 周期的总费用，永久性路面较传统的沥青路面更经济， 降低了使用周期内的维修费用，同时极大降低了道路使 用者的使用费用（交通延误及事故费用）。
◎ 沥青路面建成不久，当年或者2～3年后，沥青路面就发 生不同程度的开裂、车辙、坑槽等早期损坏。
◎ 另外的早期损坏是指所修建的路面普遍达不到路面的设 计年限。路面的大修经常是“开膛破肚”式的。
张春贤部长 在全国交通工作会议上指出
“要有针对性地引进国外成熟的技术、标准和规范 。科研成果是实践经验的总结，是人类文明的结晶，我 们要善于借鉴一切先进的科研成果。在公路建设和管理 领域、国与国之间 的技术问题及解决方法具有很多共性 。发达国家研究早、实践早、积累了丰富的经验，许多 技术、标准和规范属于政府所有，没有知识产权的障碍 ，我们要把技术引进作为公路交通实现新的跨越式发展 的重要手段”
}1.5 - 3” SMA, OGFC 或 Superpave （表面层 ）
4” to 高压应力区 6”
高模量抗车辙材料（联结层）
最大拉应变
柔性抗疲劳材料 3 - 4”（HMA基层）
路面基础（Pavement Foundation）
永久性沥青路面对结构层材料的要求
◎ 要求面层应具有足够的抗车辙能力、抗渗性及抗磨耗 性能；