基于使用性能的冷再生路面结构设计方法初探.pdf

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1、◎—m—娜一基于使用性能的冷再生路面结构设计方法初探许严(上海浦东路桥建设股份有限公司，上海201210)摘要：基于路面使用性能的方法既考虑材料特点的影响，又不会受交通量和轴载的限制，是研究冷再生路面结构设计的有效的途径。介绍课题组经过多年研究的基于使用性能的沥青路面结构设计方法的设计思路和过程，然后通过分析典型路段多年技术状况的变化情况，反算得出基于性能的冷再生混合料相当于热拌沥青混合料的等效结构厚度系数。最后结合冷再生混合料的材料和结构参数特点给出基于使用性能的冷再生路面的结构设计方法的思路和流程。关键词：冷再生路面；

2、结构设计；使用性能；等效厚度系数0引言冷再生技术的推广应用不仅需要合理的混合料设计方法，而且需要进行结构设计研究。综合国内外冷再生路面结构设计的研究成果可知，基于经验的AASHTO法(即SN法)和基于力学的AI法是目前国际上最有代表性的两类冷再生路面结构设计方法，且尤以AASHTO法最为常用[1’3]。研究者多从经验的角度去量化冷再生沥青混合料和热拌沥青混合料的性能差异，运用常规的结构设计方法去解决冷再生路面结构的设计问题。然而，经验法仅适用于中、轻交通道路设计的不足，限制了冷再生混合料在高等级公路上的使用。因此，找到一种

3、既能反映冷再生材料特点又能适用于高等级公路设计的结构设计方法具有重要的意义。近年来，路面使用性能逐渐成为了路面设计研究的关注点，美国SUPERPAVE、加拿大OPAC2000和国内的同济大学等[6。3分别做了有益的尝试并取得了重要的成果。基于路面使用性能的方法既考虑材料特点的影响，又不会受交通量和轴载的限制，是研究冷再生路面结构设计的有效的途径。因此，本文将从基于路面使用性能的角度去探究冷再生路面结构的设计方法。1基于使用性能和寿命周期费用分析的沥青路面设计方法的提出同济大学孙立军教授课题组经过多年研究提出了新的路面设计方

4、法——基于使用性能和寿命周期费用分析的全寿命沥青路面设计方法(以下简称性能法)。收稿日期：2016一09—0814上踢么姥No．42016该方法综合考虑“结构、材料、荷载、环境、经济”因素，通过寿命周期费用分析来选择既能满足力学指标又能满足使用性能指标的最经济合理的结构厚度组合以及最佳罩面时机和最佳罩面厚度，为不同等级公路的沥青路面的新建和改建结构设计提供理论指导[6]。1．1设计流程性能法的设计流程分为五个阶段[6’8]，如图1所示。图1路面设计流程图下面对图1做简要说明。阶段I：输入阶段。输入影响路面设计的全部技术信息

5、。交通设计参数包括交通、轴载谱和轮胎接地压力等。环境设计参数包括降水情况、地下水位、蒸发状况、历年温度资料和历史上极端的最高、最低温度等，还包括施工期间的气候状况。材料资料包括材料来源、质量等。土质资料包括土质类型、强度以及是否需要处理等。工程经济参数为路用材料、设备及人工等费用情况。一一m一◎阶段Ⅱ：概念性设计。进行路面结构的概念设计，实质为模量组合设计。包括地下水的影响和处理、土基处理方式、垫层材料及必要性、基层材料类型和参数范围以及面层的材料和类型等。阶段Ⅲ：厚度组合设计。首先根据道路等级和使用要求提出路面设计的性能

6、标准。采用路面结构行为方程，根据阶段Ⅱ的模量组合进行全寿命费用分析，得出最优化的厚度组合设计。至此完成了结构组合设计，包括模量组合和厚度组合。阶段Ⅳ：力学验算和材料设计阶段。除了常规的试验外，还要包括沥青层的强度检验、疲劳检验和基层材料设计，使现场施工后沥青材料的强度、基层的模量和设计时采用一致。采用材料试验的结果进行详细的力学验算。阶段V：输出阶段。系统的输出设计，包括结构层厚度、应力应变场、材料组成以及有关的经济技术参数。1．2模量组合设计基层的模量应该适中，在10003000MPa的范围比较能够兼顾剪切和弯拉的影响。

7、对于重交通沥青路面而言，沥青混合料是基层最好的选择。在材料性能上，沥青混合料基层的弯沉、弯拉应变都小于柔性基层，沥青层上部的剪应力小于模量较大的半刚性基层。在材料性能上，级配偏细富含沥青的混合料基层抗疲劳性能较好，不易出现半刚性基层常见的反射裂缝，且抗水损害能力较好。1．3路面厚度的设计与优化路面厚度的设计方法是在设定的路面设计寿命(或分析期)范围内，根据沥青路面的结构行为方程和使用性能的控制标准，采用全寿命的费用分析方法，优化得出符合不同经济标准的路面各结构层的设计厚度。沥青路面结构行为方程如下：PC卜PCL{卜expl

8、一(号)。1}(1)式中：PCI，PCI。为路面状况指数，初始路面状况指数；Y为路龄；口，口为路面寿命因子，曲线形状因子。路面寿命因子口和曲线形状因子卢唯一地确定了PCI的衰变过程。所以，只要确定了(口，口)两参数，衰变曲线的形式也就确定了，进而也就清楚了PCI随时间的变化规律。由于参数(a，口)与路面