孙立军柔性路面结构设计方法

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1、孙立军柔性路面结构设计方法柔性路面结构设计方法一、设计方法说明对路面设计的最基本要求是耐久、平整、抗滑。耐久是指有足够长的使用寿命，这要求整个路面结构具有足够的强度和抗变形能力。事实上，迄今为止所有的设计方法都是围绕着耐久性这个核心而提出的。平整性要求是为了保证路面的行驶舒适性，对高等级公路/道路，由于车速高，保证平整度尤为必要。要做到路面平整，就必须有正确的厚度设计、正确的材料设计和正确的施工方法。抗滑是对路面表面特性的要求，传统上不属于路面结构设计的内容，主要通过表面层材料的选择和材料的设计予以保证。因此，要使路面达

2、到预期的使用性能和用户要求的满意度，必须围绕着耐久性这一个核心，进行精心设计何计算。迄今为止，我国交通部分别于1958、1966、1978、1986和1997年颁布了柔性或沥青路面设计规范，目前广泛使用的是1997年颁布的规范。该规范使用了路表弯沉、整体性基层底面弯拉应力作为路面设计指标。理论上说，这个规范可以设计不同基层的路面结构，但由于力学计算中采用了连续体系的假设，并且未能给出沥青基层的明确要求；加上当时认识上的误区使得实践中使用的几乎全部是半刚性基层结构，所以我国的路面结构十分单调。根据分析，97年规范虽然采用了

3、多指标设计方法，但真正起控制作用的指标在绝大部分场合只是路面弯沉指标，其他指标不起控制作用。虽然采用现行规范可以验算面层底面的弯拉指标，但柔性基层上沥青路面结构的面层底面采用的是弯拉应力指标。影响弯拉应力的因素十分复杂，规范中考虑的比较简单；疲劳规律的可靠性也需要进一步验证。所以，采用规范方法设计柔性基层的重交通路面的可靠性是需要进一步研究的。本课题拟根据国外沥青路面设计方法和实践现状，以国内外的道路实践为基础，总结提出适用于柔性基层沥青路面的结构设计方法框架，供适用时参考。二、结构设计考虑长期以来，我国的路面结构组合设

4、计都是根据路面的设计和使用经验进行的，至今没有十分明确的设计原则，更没有定量的结构组合设计方法。由于我国以前交通量较小、沥青价格相对昂贵，加之沥青中含蜡量高，高温稳定性能差，出于节省投资和避免车辙的考虑，一直采用“强基薄面”的路面结构组合设计思想。并且，这种设计思想一直成功地指导着我国的路面结构组合设计，取得了很大的成绩。然而，近几年来，随着道路等级和车速的不断提高、交通量的增长、轴载的加重，路面损坏现象不论是在时间上还是在类型或原因上都与以往有所不同，损坏期提前（初期损坏），损坏类型或原因增多，产生的原因同以往相比也有

5、所不同，高速、高温、多雨和重交通轴载是产生这些损坏现象的主要原因。所以，从设计上引入新的设计方法是必要的。路面的损坏具有各种类型和各种形态。一般而言，高等级公路的路面损坏包括变形（车辙）、开裂（疲劳开裂、低温开裂和反射裂缝）等损坏类型。过多的路面损坏即意味着路面寿命的终结，限制和延迟这些损坏的发生是路面设计的主要任务。通过路面使用性能的宏观表现，分析路面结构的问题所在，从而为路面组合设计提供进一步的指导。而且，仅从力学角度考虑路面结构厚度选择，不能指导路面结构组合的定量设计，因此，很难优化设计路面的结构组合。况且，路面设

6、计不应仅考虑一次修建，仅计及初期修建费和该路面结构的使用寿命，而应考虑预定分析期内可能采用的各种维修费用和养护费用。路面的过早损坏意味着路面的耐久性不足。路面设计中所考虑的路面损坏类型，如疲劳开裂、车辙等都可以归结为“疲劳”损坏，即结构的弯曲疲劳和变形累积（疲劳），都与荷载的长期使用有关；控制了这些损坏的出现，也就等于控制了路面的寿命。控制这些损坏就是本方法的主要出发点。目前的各种路面厚度设计一般考虑两个内容，一是路面总厚度或总刚度的控制，所采用的控制指标是路基顶面的压应变、路基CBR或弯沉等指标；二是面层厚度的控制，在

7、基于力学的设计方法中采用面层底面的弯拉疲劳应变作为指标控制。这种做法可以作为建立本设计方法的借鉴。本方法中，关于路面结构的定义如图2-1所示。面层：沥青材料，包括表层和联结层，可以是AC，AK，SMA，SAC面层基层垫层土基图2-1典型路面结构基层：沥青材料，可以是AC，AM级配碎石，级配粒料垫层：半刚性材料可以这样提，但要从功能上明确其作用，比如调整改善路床碎砾石材料强度，抗冻、排水等孟书涛注土基：各类符合压实标准的土基沥青层：指所有由沥青材料组成的层次，可能仅指面层（当基层为非沥青类材料时），也可能指面层和基层（当基

8、层为沥青类材料时）。三、荷载考虑本方法仍然只考虑常规荷载的作用，而不考虑超载的作用。路面轴载采用单轴标准轴载表示，标准轴载采用10吨，其他荷载的作用可以换算为标准荷载的作用。路面结构类型选择的关键在于正确估计设计交通量，设计交通量是结构设计期间最大车道累积等效标准轴次。设计时首先要进行交通荷载的调查，以掌握准确的第一