沥青路面结构设计方法要点

1、 沥青路面结构设计方法要点沥青路面结构设计方法要点 2 2内容提要内容提要n我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾n97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准n现行沥青路面设计指标体系的不足现行沥青路面设计指标体系的不足 3 31 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾公路柔性路面设计规范(1978)-交通部公路局公路柔性路面设计规范(JTJ 014-86)-交通部公路沥青路面设计规范(JTJ 014-97)-交通部公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)-交通部公路路面设计规范(1966)-交通部路面设计规

2、范（草案）(1958)-交通部公路总局4 41 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾1.1 58版版路面设计规范（草案）路面设计规范（草案）l设计理论设计理论: :单圆均布荷载作用下弹性半空间理论单圆均布荷载作用下弹性半空间理论l设计指标设计指标: :相对弯沉相对弯沉l设计标准设计标准: :设计模量设计模量 综合模量综合模量E Ee eDlk k Kp2EkTP 5 51 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾1.2 66 66版版公路路面设计规范公路路面设计规范l设计理论、设计指标和设计标准均未变化；设计理论、设计指标和设

3、计标准均未变化；l纠正了一个公式的错误；纠正了一个公式的错误；l调整了调整了 值和安全系数的计算公式值和安全系数的计算公式k rlgN0.650.5K 6 61 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾1.3 78 78版版公路柔性路面设计规范公路柔性路面设计规范（1/21/2）l设计理论设计理论: :双圆垂直均布荷载作用下双层弹性体系理论双圆垂直均布荷载作用下双层弹性体系理论l设计指标设计指标: :双轮轮隙中心路表容许弯沉双轮轮隙中心路表容许弯沉l设计标准设计标准: :实际弯沉实际弯沉12 . 0R37. 1ANl rslFEpl 002 38. 000s2E

4、a plFsA1为路面类型系数7 71 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾1.3 78 78版版公路柔性路面设计规范公路柔性路面设计规范（2/22/2）l轴载换算方法轴载换算方法疲劳等效原则疲劳等效原则l多层体系换算为双层体系的方法多层体系换算为双层体系的方法弯沉等效弯沉等效l提出了公路自然区划提出了公路自然区划l初步建立了我国柔性路面设计体系初步建立了我国柔性路面设计体系81 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾1.4 86 86版版公路柔性路面设计规范公路柔性路面设计规范l设计理论设计理论: :双圆垂直均布荷载作用下

5、三层弹性体系理论双圆垂直均布荷载作用下三层弹性体系理论l设计指标设计指标: :双轮轮隙中心路表容许弯沉值双轮轮隙中心路表容许弯沉值l设计标准设计标准: :实际弯沉实际弯沉l验算指标验算指标: :容许拉应力容许拉应力l考虑了不同的层间接触状态考虑了不同的层间接触状态l建立了多层体系换算为三层体系的方法建立了多层体系换算为三层体系的方法12 . 0R1 . 1AANl R112lFEpls )NAa(K ,KbTR 91 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾1.5 97版版公路沥青路面设计规范公路沥青路面设计规范l设计理论设计理论: :双圆垂直均布荷载下多层弹性

6、连续体系理论双圆垂直均布荷载下多层弹性连续体系理论l设计指标设计指标: :双轮轮隙中心路表设计弯沉值双轮轮隙中心路表设计弯沉值l设计标准设计标准: :实际弯沉实际弯沉 修正了综合弯沉修正系数修正了综合弯沉修正系数l验算指标验算指标: :容许拉应力容许拉应力 l重新建立了沥青面层和半刚性基层的轴载换算方法重新建立了沥青面层和半刚性基层的轴载换算方法l建立以弹性层状体系理论为基础的补强设计方法建立以弹性层状体系理论为基础的补强设计方法bsc2 . 0ed600AAANl dc121000lFEpls )NAa(K ,KbcSSPR aA 0.36038. 00sPE00021.63 slF101

7、我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾1.6 2006版版公路沥青路面设计规范公路沥青路面设计规范l设计理论、设计指标和设计标准均未变化设计理论、设计指标和设计标准均未变化 （基层类型系数采用插值技术取值）（基层类型系数采用插值技术取值）l调整了材料参数的取值方法和推荐值调整了材料参数的取值方法和推荐值 我国已经颁布我国已经颁布6 6部规范一直沿用了路表弯沉的设计指标，部规范一直沿用了路表弯沉的设计指标，原因是该指标反映了结构综合刚度，具有可检测性。原因是该指标反映了结构综合刚度，具有可检测性。11112 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2

8、.1 86 86规范存在的不足规范存在的不足l三层体系与实际路面结构不符，层间滑动假设与实际状三层体系与实际路面结构不符，层间滑动假设与实际状态不符、作为设计控制指标的容许弯沉不起控制作用；态不符、作为设计控制指标的容许弯沉不起控制作用；l原设计标准相对大量采用的半刚性基层沥青路面结构而原设计标准相对大量采用的半刚性基层沥青路面结构而言明显偏低；言明显偏低；l设计参数与设计状态相矛盾，无法进行竣工验收；设计参数与设计状态相矛盾，无法进行竣工验收；l三参数补强设计经验方法与改扩建工程的实际不符；三参数补强设计经验方法与改扩建工程的实际不符；l提出弯沉综合修正系数的前提条件发生了变化。提出弯沉综合

9、修正系数的前提条件发生了变化。12122 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.2 沥青路面设计计算力学模型的完善沥青路面设计计算力学模型的完善力学理论的发展已使得多层体系的求解成为可能力学理论的发展已使得多层体系的求解成为可能传递矩阵法传递矩阵法计算机技术的发展使得多层体系理论的数值求解成为计算机技术的发展使得多层体系理论的数值求解成为可能可能施工技术的进步保证了路面结构层之间不会产生相对施工技术的进步保证了路面结构层之间不会产生相对位移位移 建立了多层完全连续弹性体系的计算模型建立了多层完全连续弹性体系的计算模型13132 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与

10、标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（1）容许弯沉的调查）容许弯沉的调查分别调查了吉林、山东、山西、四川、湖南、湖北、分别调查了吉林、山东、山西、四川、湖南、湖北、西藏、江西、黑龙江、天津、上海九省两市计西藏、江西、黑龙江、天津、上海九省两市计6060多个多个路段两万多个测点弯沉调查。路段两万多个测点弯沉调查。调查路段大多为使用了三年以上未经罩面，并开始出调查路段大多为使用了三年以上未经罩面，并开始出现局部结构性破坏的高速公路、一级公路、二级公路现局部结构性破坏的高速公路、一级公路、二级公路的半刚性基层沥青路面。的半刚性基层沥青路面。14142 97设计

11、规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（2）调查路段的分类）调查路段的分类路况路况等级等级路路 面面 外外 观观 描描 述述好好I平整无裂缝或只有平均间距平整无裂缝或只有平均间距1215m以上的细横缝以上的细横缝(缝宽缝宽3.0mm以下以下)中中II基本平整，有平均间距小于基本平整，有平均间距小于1215m的较宽横缝或的较宽横缝或不规则的纵、横缝或局部出现网状裂缝。不规则的纵、横缝或局部出现网状裂缝。差差III有明显变形，横缝和纵缝联成间距有明显变形，横缝和纵缝联成间距1.52m以上的以上的块状裂缝或间距为块状裂缝或

12、间距为1050cm的网状裂缝和龟裂。的网状裂缝和龟裂。152 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（3）测点的分类）测点的分类路况路况等级等级路路 面面 外外 观观 描描 述述好好I测点附近半径大于测点附近半径大于1m的范围内无任何可见的结构的范围内无任何可见的结构性破坏。性破坏。中中II测点不落在开裂部位，但在半径小于测点不落在开裂部位，但在半径小于1m的范围内的范围内有裂缝。有裂缝。差差III测点正好位于纵、横缝缝边或半径大于测点正好位于纵、横缝缝边或半径大于1m的龟裂的龟裂缝中心。缝中心。16162

13、97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（4）极限标准的选择）极限标准的选择(极限状态设计法与极限强度设计法极限状态设计法与极限强度设计法) 开始破损状与完全破损状态之间的中间状态为极限状开始破损状与完全破损状态之间的中间状态为极限状态，并以此作为决定容许弯沉的依据。态，并以此作为决定容许弯沉的依据。172 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（5）数据处理）数据处理若路段只有若路段只有I 类点类点,表明路段尚未破坏表明路段

14、尚未破坏,不纳入统计不纳入统计；若路段只有若路段只有III类点类点,表明路段完全破坏表明路段完全破坏,不纳入统计；不纳入统计；I类路段剔除类路段剔除III类点：类点：III类路段剔除类路段剔除I类点：类点： II类路段：类路段：1112 ll3332- ll3213322112nnnlnlnlnl 182 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（6）数据修正）数据修正季节修正和季节修正和温度修正温度修正结构类型和公路等级修正结构类型和公路等级修正lkkl 21lkkl 43路面等级路面等级结构类型结构类型高速

15、公路高速公路1.00沥青混凝土沥青混凝土1.00一级公路一级公路1.00沥青碎石沥青碎石(上拌下贯上拌下贯)1/1.10二级公路二级公路1/1.10沥青表处沥青表处1/1.203k4k192 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（7）容许弯沉的回归）容许弯沉的回归统一换算为标准状态：不利季节，轴载统一换算为标准状态：不利季节，轴载100KN、路面标、路面标准温度为准温度为20、一级公路沥青混凝土路面。、一级公路沥青混凝土路面。 半刚性基层沥青路面：半刚性基层沥青路面： 50,77. 0650204. 0 n

16、NleR 202 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（8）路面结构类型系数的验证（沥青混凝土路面、沥青碎）路面结构类型系数的验证（沥青混凝土路面、沥青碎石路面、沥青表处路面，以沥青碎石路面为例）石路面、沥青表处路面，以沥青碎石路面为例） 212 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（9）公路等级系数的验证（一级公路、二级公路，以二级）公路等级系数的验证（一级公路、二级公路，以二级公路为例）公路为例） 222 97设计规

17、范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（10）柔性基层沥青路面弯沉的验证）柔性基层沥青路面弯沉的验证232 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（11）超载因素影响考虑）超载因素影响考虑 考虑当时我国公路上各类车辆普遍超载的现象，通过交考虑当时我国公路上各类车辆普遍超载的现象，通过交通资料计算所得的累计标准轴次少于实际累计标准轴次，通资料计算所得的累计标准轴次少于实际累计标准轴次，将容许弯沉曲线向右平移一段距离，及公式右端乘以将容许

18、弯沉曲线向右平移一段距离，及公式右端乘以1.1，且将回归方程指数调整为，且将回归方程指数调整为0.2，得到：，得到： :公路等级系数，公路等级系数， :面层结构系数面层结构系数 :基层类型系数基层类型系数b2 .0720AAANlsceR cAsAbA242 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出以容许弯沉为指标的设计标准的提出（12）容许弯沉的各类修正系数）容许弯沉的各类修正系数cAsAbA高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三、四级公路三、四级公路1.01.01.11.2沥青混凝土路面沥青混凝土路面沥青碎石、沥青贯入、沥青上

19、拌下贯路面沥青碎石、沥青贯入、沥青上拌下贯路面沥青表面处路面沥青表面处路面1.01.11.2半刚性基层半刚性基层柔性基层柔性基层1.01.6252 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (1)以容许弯沉为设计状态所存在的主要问题以容许弯沉为设计状态所存在的主要问题路面的计算弯沉值与容许弯沉值处于不同的工作状态路面的计算弯沉值与容许弯沉值处于不同的工作状态 容许弯沉值容许弯沉值对应路面损伤至对应路面损伤至极限状态极限状态时的弯沉值，时的弯沉值， 而而计算弯沉值计算弯沉值为路面为路面无损伤状态无损伤状态时的弯沉

20、值。时的弯沉值。对路面竣工后是否满足设计要求无法进行检验对路面竣工后是否满足设计要求无法进行检验极限强度设计法和极限状态设计法概念混淆。极限强度设计法和极限状态设计法概念混淆。设计状态的概念设计状态的概念262 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (2)半刚性基层沥青路面弯沉变化资料的收集与处理半刚性基层沥青路面弯沉变化资料的收集与处理共收集共收集32个路段个路段(1条高速公路、条高速公路、 19条一级公路和条一级公路和12条条二级公路二级公路)历年路表弯沉值，进行弯沉变化规律的研究。历年路表弯沉值，进行

21、弯沉变化规律的研究。为排除复杂因素的影响，提出了相对弯沉的概念，相对为排除复杂因素的影响，提出了相对弯沉的概念，相对弯沉值等于某一时段实测弯沉值与竣工验收弯沉值之比。弯沉值等于某一时段实测弯沉值与竣工验收弯沉值之比。所有弯沉值同时换算为不利季节、温度所有弯沉值同时换算为不利季节、温度20条件下的弯条件下的弯沉值。沉值。272 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (3)半刚性基层沥青路面弯沉变化规律半刚性基层沥青路面弯沉变化规律 239. 1655. 0316. 074. 072. 0119 . 2120.

22、 0005. 02616. 0 TeTTTTf282 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (4)以设计弯沉为控制指标的设计弯沉计算公式以设计弯沉为控制指标的设计弯沉计算公式设计弯沉值：设计弯沉值： 其中，其中， 为基层类型系数，对半刚性基层取为基层类型系数，对半刚性基层取1，对柔性基，对柔性基层取层取1.6bscedAAANl 2 . 0600bA相对弯沉变化系数的逐年变化表相对弯沉变化系数的逐年变化表年年 序序012345678实测值实测值1.3401.000.8900.9601.201.260-1.2

23、941.30回归值回归值1.3381.000.8770.9811.1801.2741.2911.2971.302292 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.5 弯沉综合修正系数弯沉综合修正系数收集了七段试验路收集了七段试验路49种路面结构，根据七条试验路的相种路面结构，根据七条试验路的相关资料，进行了理论弯沉和实测弯沉的回归，得到弯沉关资料，进行了理论弯沉和实测弯沉的回归，得到弯沉综合修正系数的回归方程：综合修正系数的回归方程： 土基回弹模量对设计厚度影响不大土基回弹模量对设计厚度影响不大按按 重新进行回归，得到：重新进行回归，得到：14个省市、个省市、48条公路、条公路、

24、71种路面结构的验算表明：所提种路面结构的验算表明：所提出的弯沉综合修正系数是合理的。出的弯沉综合修正系数是合理的。 61. 068 . 1LF cbspEdlAF 036. 0038. 063. 1 pEdlFsFEpls c121000 ).,.,(102312111 nncEEEEEEhhhf 302 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.6 轴载换算方法轴载换算方法97规范中设计弯沉计算与沥青层层底拉应力验算时，轴规范中设计弯沉计算与沥青层层底拉应力验算时，轴载换算公式为：载换算公式为： 式中指数按疲劳等效原则，由沥青混合料疲劳方程得到式中指数按疲劳等效原则，由沥青混

25、合料疲劳方程得到半刚性基层层底拉应力验算时，轴载换算公式为：半刚性基层层底拉应力验算时，轴载换算公式为： 式中指数按疲劳等效原则，由半刚性基层材料疲劳方程得到式中指数按疲劳等效原则，由半刚性基层材料疲劳方程得到35. 4121 KiiiPPnCCN8121 KiiiPPnCCN312 97设计规范的设计指标与标准设计规范的设计指标与标准2.7 强度结构系数强度结构系数沥青面层抗拉强度结构系数为：沥青面层抗拉强度结构系数为： 式中指数由沥青混合料疲劳方程得到式中指数由沥青混合料疲劳方程得到稳定粒料类和稳定土类基层的抗拉强度结构系数分别为：稳定粒料类和稳定土类基层的抗拉强度结构系数分别为： 式中指数由式中指数由21组疲劳试验和重庆环道疲劳试验结果回归得到组疲劳试验和重庆环道疲劳试验结果回归得到cegsANAK22. 009. 0 cesANK11