国外沥青路面设计简介
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(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
◎ 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。
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）。
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。
◎ 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Biblioteka Baidu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”
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。
2020/6/24
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
2020/6/24
2020/6/24
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
}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；
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
◎ 要求中间层（联结层）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
2020/6/24
2020/6/24
2020/6/24
2020/6/24
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
2020/6/24
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AASHTO设计指南存在问题
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。
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
永久性沥青路面产生的背景 永久性沥青路面的特点 永久性沥青路面经济性 永久性沥青路面对结构层材料的要求 永久性沥青路面设计方法
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。
2020/6/24
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：
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
◎ 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。
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）。
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。
◎ 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Biblioteka Baidu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”
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。
2020/6/24
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
2020/6/24
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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
}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；
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
◎ 要求中间层（联结层）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
2020/6/24
2020/6/24
2020/6/24
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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
2020/6/24
2020/6/24
2020/6/24
2020/6/24
2020/6/24
AASHTO设计指南存在问题
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。
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
永久性沥青路面产生的背景 永久性沥青路面的特点 永久性沥青路面经济性 永久性沥青路面对结构层材料的要求 永久性沥青路面设计方法
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。
2020/6/24
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：