路面设计原理资料

Uuu 一、Shell 设计法

把路面当作一种三层线形弹性体系，其中各层材料用弹性模量E 和泊松比μ表征。 在基本设计方法中，路面结构假定为层间接触连续的三层体系，下层为路基，中间层为粒料或水泥稳定类基层和垫层，上层为沥青层，包括表面层、结合层和下面层。 设计参数：荷载与交通、温度与湿度、材料特性

1 Shell法设计标准考虑哪些指标？如何确定之？（3个层次6个指标）

两项主要标准：

1 路基表面垂直压应变εz

把路基的永久变形限制在足够的数值内，根据AASHTO 试验路，考虑可靠度和路面服务性能指数PSI, 取PSI=2.5标准荷载作用下，路基容许的垂直压应变εz 按下式计算：

85% εz =2.1⨯10⨯N

95% εz =1.8⨯10⨯N -2-2-0.25 -0.25

2 沥青层内的水平拉应变εrl

水平拉应变的最大值取决于层间模量比与沥青层的材料有关，是否在层底，取决于C 系数 ε=C ⨯N -0. 25

rl

C =h 1E 2(mm ) E 1

C ≤133mm 时，max εrl 出现在层底

C>133mm时，h 1≤200mm ，位于h 1下半部（E2/E1≥0.6）

h 2>200mm，位于h 1上半部

两项次要标准：

1） 任何整体基层内容许拉应力（或应变）

水泥稳定类 容许拉应力

σr =σs (1-0.075log N ) σs 为极限强度

2） 路表总变形。

采用车辙深度作为面层容许的的永久变形的标准，以验算根据变形的标准设计路面的永久变形是否超过其设计使用期内规定界限，对高速公路为10mm, 一般公路30mm 。

其他次要标准：

1） 基层或底基层无结合料材料最小模量（取决于路基模量和粒料基层厚度h 2）

2） 沥青层低温缩裂

2 车辙计算。

在本设计方法中，采用车辙深度作为面层容许的永久变形的标准，以验算根据应变标准设计的路面的永久变形是否超过其设计使用期限内的规定界限——对于高速公路取10mm ，对于一般道路则为30mm 。

1车辙影响因素：①沥青层厚度 ②沥青劲度中的粘滞度部分 ③交通量 ④沥青层平均压力 2 轴载换算

W 等效=1.4W 总A A——比例系数，随S b 及S m 而变

3沥青劲度中的粘滞度部分

在计算永久变形时假设沥青混合料的永久变形是沥青劲度的粘滞度部分（或非弹性部分） S b, η=∑T,t 3 η

η——沥青粘滞度，取决于沥青的温度和沥青的特性（是温差T-T 针入度和针入度指数的函数）

t ——车轮通过时间，取t=0.02s

4 沥青层各分层的平均应力σ平均⋅i

各分层的平均应力取决于轮胎压力和许多参数，即轮胎接触面积的半径和层次厚度间的泊松比，各层次其下层的模量比。

平均应力与轮胎压力σ0之间的关系由比例系数Z 得出，对于第i 分层，规定为：

Z i =σ平均⋅i 1i =0σ01i δi

σ0——轮胎压力；δi ——第i 层上、下面垂直位移差；E 1i ——第i 层模量

5 车辙的计算

根据上述分析，永久变形的计算公式得出如下：

δi =h 1i δ平均i ⋅C m C m 为动态影响修正系数。 E 1i

对沥青层而言，永久变形往往出现在高温季节，所以上述中的E 1,i 必须以沥青混合料的劲度模量S m 代替。此外尚须考虑静态和动态之间的区别。于是车辙深度成为：

∆h 1=C m h 1σ平均S m h 1为面层厚

总变形 RD =∆h 1+∆h 2+∆δo

3 Shell法优缺点：

优点：

1）在路面力学模型方面，虽然以弹性层状体系理论为基础，但考虑了材料的非线性和粘弹性特性，在研究过程中曾以非线性层状体系理论和粘弹性理论来进行对比分析，对理论在设计中的适用性又做了大量验证工作，在理论上较为完善。

2）电算程序功能较为齐全，可计算多种层间接触条件下的任意点的应力、应变和位移。又

能考虑粒状材料的非线性。

3）在荷载图式方面，既有垂直荷载又考虑了汽车在刹车、转弯时的水平力。

4）设计指标方面采用了六项标准，用于控制各种路面破坏现象。

5）设计曲线使用方便，基本不再依赖实验室试验就可进行设计。

缺点：

1) 车辙预估模型无法说明使用改性沥青对减少新建路面车辙的效果。

2) 轴载换算以等量的轮胎接触压力为基础，因此无法解释轴载不同，构型不同而接触压力

相同的情况下，路面产生的车辙量不同的现象。

3) 在求混合料的劲度时假定沥青劲度等于非弹性部分劲度，未考虑弹性部分。

4) 道路永久变形计算方面原则正确，但计算公式忽视了路基和基层部分变形 。

二、路基参数

1试述路基强度参数Eo 、K 、CBR 的概念与区别及E0、CBR 的主要影响因素。

1土基回弹模量E O ：

（1）表示土基在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力，如果垂直荷载为定值，土基回弹模量值愈大则产生的垂直位移就愈小；如果竖向位移是定值，回弹模量值愈大，则土基承受外荷载作用的能力就愈大，因此，路面设计中采用回弹模量作为土基抗压强度的指标。

（2）影响因素：湿度（含水量或饱和度）、干密度、土的类型、加荷频率和加荷循环次数等。现场承载板和室内承载板试验研究发现含水量和压实度对路基回弹模量有较大影响，其中又以含水量的影响最为显著。

a ．含水量对路基回弹模量的影响

影响土基回弹模量的最关键因素是含水量。含水量对路基回弹模量影响很大，研究表明，从饱水条件到疏干条件，回弹模量增大3~5倍。对有代表性的土质进行现场承载板和室内承载板试验研究，发现含水量每增加1个百分点，E0平均降低11.2%，路基路面的排水设计非常重要 。大量试验表明，凡是压实不足的土，不论其初始密实度如何，饱水后都会趋于同一含水量和同一密实度。稠度与回弹模回弹模量随着稠度的增加而迅速提高。 E0＝0.001K2.3654 （R ＝0.9999，n=9）

b ．压实度对路基回弹模量的影响

提高路基压实度，是提高路基强度的重要方式。压实土的压缩性主要取决于它的密度和加荷时的含水量。压实土的抗剪强度性状也取决于受剪时的密度和含水量。E 0随着K 的增加而提高，K 越大，E 0也越大，K 增加得越大，E 0的提高幅度也越大。

2地基反应模量K

地基反应模量是表征温克勒地基的变形特性。其基本假定是：地基上任一点的弯沉l ，仅与作用于该点的压力p 成正比，而与相邻点处的压力无关。压力与弯沉值关系的比例常数K 称为地基反应模量，即：K=p/l。可以利用承载板试验确定。

3 加州承载比CBR ：

（1）加州承载比CBR 是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用标准碎石的承载能力为标准，以相对值的百分数表示CBR 值。

（2）影响因素：

（1）在标准的试验方法和相同的试验条件下，对塑性指数相同的土体而言，影响CBR 值的主要因素是土体中矿物类型及其含量的多少，其次为粘粒组颗粒曲线分布情况及粘粉比m 。粘粉比m 越大，CBR 值越小。

（2）粒径。粒径越大则浸水对其影响越小，即对浸水越不敏感。

（3）随击实次数的增加，CBR 值呈增大趋势，粘性成分越大的土随击实次数的减少CBR 相对下降值越大。浸水条件对粘性土的CBR 值影响较大，而对砂石、集料的CBR 值的影响不大。

（4）在工程应用中CBR 试验应考虑地下水、气候条件对处于不同部位路基土的影响，同时CBR 试验结果应采用修正的CBR 值。

2试述路基强度参数Eo 的概念与主要影响因素，在公路设计中如何合理确定之

目前确定路基回弹模量的方法主要有：

(1)野外承载板法 (2)贝克曼梁法(3)轮板对比法(4)换算法(5)查表法(6)CBR法(7)室内试验测定法(8)路表弯沉盆反算法(FWD法)

1) 野外承载板法

采用承载板进行现场试验，测定逐级加载、卸载时相应于各级荷载的回弹弯沉值，按弹性半空间体公式计算路基的静回弹模量值

2) 贝克曼梁法

在路基顶面，应用弯沉仪测定双轮荷载作用下轮隙中心处的表面回弹弯沉值，按弹性半空间体公式计算路基的静回弹模量值。

3) 轮板对比法

通过大量实测数据的收集和统计分析，在回弹弯沉与回弹模量值之间建立经验回归公式，根据弯沉值由经验公式计算路基回弹模量，是对贝克曼梁法的修正。

现行规范推荐公式为：E 0=17029L0-1.0661

4) 换算法

进行现场或室内土的回弹模量E 0、土性配套指标(ωc 、ωL 、ωp 、粒径组成等) 、压实度K 、CBR 值等试验，建立室内与现场的路基各种力学指标间的相关关系式，再根据相关关系式推算回弹模量值

5) 查表法

根据规范提供不同自然区划各土组路基回弹模量参考值，结合具体情况查表确定模量值。步骤如下：(1)确定临界高度；(2)拟定土的平均稠度；(3)预测路基回弹模量。

6) CBR法

采用室内加州承载比法测定CBR 值，并通过大量的实测数据建立CBR 与承载板测得的路基回弹模量值的经验回归公式，根据经验公式由CBR 值计算路基回弹模量

7) 室内试验测定法

以野外路基含水量和压实度，在室内静压成型路基土试样，进行重复加载三轴压缩试验，按路基实际承受的应力级位，计算路基回弹模量值。

8) FWD法

在路基路面表面采用落锤式弯沉仪(FWD)测定动荷载作用下的路表弯沉盆曲线，由距离承载板中心不同处的位移传感器测出相应点位的弯沉值，根据实测弯沉盆采用弹性半空间体模型反算路基回弹模量。

三、水泥混凝土路面新法

请简述我国水泥混凝土路面设计新法。

1、水泥混凝土路面设计包括水泥混凝土路面结构组合设计、厚度设计、接缝设计、混凝土面层配筋设计、材料组成设计和加铺层结构设计等。本此修订主要增加了混凝土极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准；考虑了特种车辆和专用道路结构设计增加了极重交通荷载等级；改进了接缝设计及填缝材料的选型；完善了连续配筋的裂缝间距和裂缝宽度两个设计指标的计算公式；提高了混凝土板错台和接缝传荷能力的评定等级标准；完善了材料设计经验参数经验参考值。

2、水泥混凝土路面结构分析采用弹性地基上的有限大矩形薄板理论。除粒料类基层外，其

他各类基层应按分离式双层板模型进行结构分析。粒料类基层及各类底基层和垫层，应与路基一起视作弹性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。

a 水泥混凝土路面结构设计以设计基准期内行车荷载和温度梯度综合作用所产生的面层板疲劳断裂作为设计标准，并以设计基准期内最重轴载和最大温度梯度综合作用所产生的面层板极限断裂作为验算标准。

其极限状态设计表达式采用

γr （σp ，max +σt,max ）≤f r

式中：

γr ——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级

σpr ——行车荷载疲劳应力（MPa ）

σtr ——温度梯度疲劳应力（M Pa）

f r ——水泥混凝土弯拉强度标准值（MPa ），

b 贫混凝土或碾压混凝土基层以设计基准期内行车荷载所产生的疲劳断裂作为设计标准。表达式采用：γr σbpr ≤f br

式中σbp 为基层内产生的行车荷载疲劳应力(Mpa)，f br 为基层材料弯拉强度标准值（Mpa ） c 按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以100kN 单轴-双轮组荷载作为设计轴载。行驶特重轴载车辆或特种车辆的水泥混凝土路面，宜选用特重车或特种车中主导车辆的轴载作为设计轴载。各种轴型的轴载作用次数N i ，按式换算为设计轴载的作用次数N s ： γr (σp r +σtr ) ≤f r

⎛P ⎫N s =∑δi N i i ⎪ ⎝100⎭i =1

d 水泥混凝土路面设计车道在基准期内所承受的设计轴载累计次数应按照要求进行调查和分析，按照设计基准期内设计车道临界荷位所承受的设计轴载累计次数分为5级。即极重交通荷载（≥106）、特重交通荷载2000～106、重交通（2000～100）、中等交通（100～3）、轻交通＜3。

e 水泥混凝土的设计强度应采用28d 龄期的弯拉强度，各交通等级要求的水泥混凝土弯拉标准不应低于规范相应的要求。在季节冰冻地区，路面结构层的总厚度不应小于规定的最小防冻层的最小厚度。水泥混凝土的最大温度梯度，可按照公路所在地的公路自然区划按规范推荐的数值取用。

3、水泥混凝土板厚度设计流程

1．进行车道路面结构的组合设计，初拟路面结构，包括路床、垫层、基层和面层的材料类型和厚度，按照规范所列的水泥混凝土面层厚度建议范围，依据交通等级、公路等级和所选取的 变异水平等级初选混凝土板厚度。

2．按照初拟定路面结构的组合情况，进行相应的结构分析模型。

3．分别计算混凝土板的最重轴载产生的最大荷载应力、设计轴载产生的荷载疲劳应力、最大温度梯度产生的最大温度应力及温度疲劳应力。

4．当轴载产生的荷载疲劳应力与温度疲劳应力和与可靠度的成积，小于或等于混凝土弯拉强度标准值，同时最大温度梯度产生的最大温度应力与最重轴载产生的最大荷载应力之和与可靠度成积小于混凝土弯拉强度标准值，初选厚度可作为混凝土板的计算厚度。

5．贫混凝土或碾压混凝土基层或者双层板的下层板，需计算其荷载疲劳应力，并检验荷载疲劳应力与可靠度的乘积是否小于其材料的弯拉强度标准值

6．若不能满足，则应改选混凝土面层板厚度或（和）调整基层类型或（和）厚度，直到满足为止。 n 16

7．计算厚度加6mm 磨耗厚度后，应按10mm 向上取整，作为混凝土面层的设计厚度。

四、PCA 和日本设计法

PCA 法

设计标准

（1）砼板疲劳断裂——纵缝中部

（2）地基和路肩材料侵蚀、冲刷——限制板间、接缝、自由边挠度

同时考虑：（1）接缝传荷能力（2）路肩类型（3）砼基层（4）三转轴影响

设计步骤：

1、设计参数的收集与确定

1）接缝和路肩类型2）砼抗弯拉强度3）基（垫）层K 及厚度4）轴载复合系数5）轴载分布6）设计期累计轴次

2、疲劳分析。

疲劳分析采用累积损伤概念对于整个设计年限，只用平均的地基反应模量k 值，而且不考虑翘曲应力。疲劳损伤是以板边应力为根据，表中所示的当量应是板边应力乘以0.894. 当量应力确定后，可以用当量应力除以设计弯拉强度，算出应力比。应力比与允许荷载重复作用次数的关系，并进行比较。

3、侵蚀分析。

1）由面层厚及地基反应模量K 按接缝和路肩情况 查得侵蚀系数2）根据轴载及侵蚀系数 得容许轴载作用次数3）又容许轴次及预计轴次可得各级轴载的侵蚀损耗比，总和得总损耗4）确定h 。

PCA 设计方法的特点：

1、PCA 计方法的核心是设疲劳分析采用累积损伤概念考虑了荷载累计疲劳作用，分别考虑每一个荷载组，并根据累积损伤量总和加起来，反复验证厚度。省略了当量换算。设计年限内，全部荷载组产生的累积损伤率D r =∑n i / Ni

2、冲刷分析。建立了允许荷载重复作用次数与PSI 的关系

0.103 logN=14.524-6.777（C 1P-0.9）

冲刷损伤百分数=100∑C 2n i / Ni

C 2：不设混凝土路肩的路面为0.06，有拉杆混凝土路肩的路面为0.94

冲刷百分比应小于1。考虑了接缝传荷能力、路肩的类型、贫混凝土基层、三联轴的影响等。

3、考虑板边中间应力产生的混凝土疲劳和板角挠度产生的地基冲刷，对于轻型交通，无论接缝有无传力杆，以及接缝有传力杆的中型交通，通常都是由疲劳分析控制了路面设计。对于接缝为集料嵌锁型的中型和重型交通，以及接缝有传力杆的重型交通，通常是由冲刷分析控制了路面设计。对于承受正常混合轴重使用的路面，单轴荷载将产生较多的疲劳开裂，而双轴荷载将产生较多的冲刷损伤。

4、土基和底基层支承定义为地基反应模量k 。采用正常夏季或秋季的k 值作为设计所用的合理平均值。

5、在PCA 设计方法中，需要用到货车的日平均交通量（ADTT ）和轴载分布方面的资料。 a) 轴载分布，需要用货车交通轴载分布的数据来计算预期设计年限内不同重量的单轴和双轴车辆数

b) 荷载安全系数（LSF ）

①对于交通不受干扰和货车交通量大的州际公路和其他多车道公路，LSF=1.2

②货车交通量中等的公路和主干道，LSF=1.1

③货车交通量小的道路和住宅区街道，LSF=1.0，在特殊情况可高达1.3。

日本设计法

采用温克尔地基板的基本理论，采用疲劳累积法设计年限内，全部荷载组产生的累积损伤率D r =∑n i / N i 。混凝土板厚是按照轮载应力与温度应力的合成进行疲劳计算求解，混凝土路面板的设计包括对自由边缘、纵缝边缘、板中三部分进行设计计算，考虑一次作用大小与作用次数总和最大作为设计标准。通过板块的划分避免荷载作用在不利位置。

1、温度应力计算σt =0.35CW ×α× E ×θ’

2式中：σt ：混凝土板底面的温度应力设计值（kg/cm）

C W ：翘曲约束系数

α：混凝土的膨胀率

θ’：混凝土板的温度差。

2、疲劳设计，以轮载应力和温度应力合成后的混凝土疲劳应力曲线为准

3、设计参数，基层承载力系数、混凝土弹性模量、混凝土膨胀率、混凝土泊松比、混凝土设计抗折强度、大型车交通量及轴数。

五、交通参数

一．对车辆进行分类，路面结构的设计主要以轴载作为荷载标准。

在我国，以100KN 作为设计标准轴重。在进行路面结构设计时，考虑设计年限内，车辆对路面的综合累计损伤作用，对现有的交通量、轴载组成以及增长规律进行调查和预估，并通过适当的方式将他们换算成标准轴载的累计作用次数。

（1）沥青路面设计中，采用双轮组单轴载100KN ，以BZZ-100表示，轮胎接地压强为0.7MPa ，单轮传压面当量圆直径d=21.30cm,两轮中心距离1.5d 。各种车型的不同轴载应换算成

BZZ-100标准轴载的当量轴次。根据路面结构，以设计弯沉值和沥青层层底拉应力或者半刚性材料层的拉应力，或者刚性材料层的拉应力为指标, 利用各种公式将各种车辆的前、后轴均应换算成标准轴载P 的当量作用次数N 。

设计交通量是根据不同公路等级的设计年限、第一年双向日平均当量轴次(N1)、年平均交通量增长率、车道系数及该公路交通特点，计算的设计年限内一个方向一个车道的累计当量轴次Ne 。

（2）水泥混凝土路面

利用当地交通量观测站的观测和统计资料，或者通过设立站点进行交通量观测，获取所设计公路的初期年平均日交通量(双向) 和车辆组成数据，剔除2轴4轮以下的客、货车辆交通量，得到初期年平均日货车交通量(双向) 。水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数，换算为标准轴载的作用次数NS 。调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分配系数，一般情况可采用O.5。

二．划分交通等级：特轻交通、轻交通、中交通、重交通、特重交通。

六、活学活用

1、国内高等级公路沥青路面结构

陕西省：西宝高速4cm 细粒式AC 上面层；6cm 中粒式AC 中面层；6cm 粗粒式AC 下面层；5mm 下封层；22cm 水泥稳定碎石基层；25cm 二灰砾石底基层。自1996年全线通车，由于多种原因影响，出现各种不同病害。

北京：京津塘高速，面层：5cm 厚LH —20I 级配类型；中面层：6cm LH —30I 级配类型；下面层：12cm 厚沥青碎石，自运营以来，除个别路段出现车辙、坑槽外，路面仍然处于比较好的状态。京哈高速公路，面层：2cm 厚沥青石屑；中面层：4cm 厚LH —30I 级配类型；下面层：5cm 厚沥青碎石。根据检测结果，摩擦系数和构造深度数值比较小，这是由于表面层使用了石屑。

广东省：广佛，4cmAC 上面层；5cm 沥青AC 下面层；6cm 沥青碎石；25cm6%水泥石屑上

基层；25～28cm 4%水泥土(石粉砂砾) 底基层。沥青路面厚度为15cm ，由于佛山到广州方向重车多，破坏严重。广花，沥青路面厚7cm ，当时依照强基薄面的思路设计，建成后出现问题较多，现已全部加铺了4cm 的磨耗层。

辽宁省：沈大高速公路，4cm 细粒式AC 上面层；5cm 中粒式AC 下面层；6cmATB ；18－20cm 水泥稳定砂砾基层；30cm 天然沙砾。运营8年后，沥青路面的损坏或缺陷所表现出来的形态和特征多种多样。

广东省：深南5cm 沥青混凝土上面层；8cm 沥青贯入下面层；40cm6%水泥石屑上基层；15cm4%水泥石屑底基层。使用前3年没有裂缝和车辙，3年后出现裂缝，目前裂缝较多，但不影响行车，还没大修。从调查结果看，目前裂缝已成为主要病害，原因是没有重车通过。

江苏省：沪宁高速公路，上面层：4cm 厚AC —16B 多碎石级配类型；中面层：6cm AC —25I 级配类型；下面层：6cm 厚AC —25II 级配类型沥青；底基层：20cm 厚二灰碎石底；基层：40cm 厚二灰土、二灰及石灰土；总厚度76cm 。经过2年运营，面层出现少量横缝和松散，在少数丘岭地带有沉降发生，造成路面纵缝发生。从工程实践的体会中了解到，16cm 厚的面层仍感觉有点薄，18cm 可能会较合适。如果中间加沥青碎石层反射裂缝会少，但疲劳裂缝可能会成为主要问题。

南京机场高速，上面层：4～5cm 厚AC —16B 级配类型；中面层：6cm 厚AC —25I 级配类型；下面层：6cm 厚AC —25II 级配类型；基层：34cm 厚二灰碎石；底基层：20cm 厚二灰土。通车1年后使用效果良好。路面各方面都满足要求，唯一问题是渗水，这可能一个是因为级配造成，另一个是当时压实不够，使用1年出现了压密现象，但没有泛油现象，路面平整度均方差通车时为0.549mm ，1年后为0.68mm 。

2、我国沥青路面设计规范的缺点

1、路面设计时弯沉代表值L s 考虑在最不利季节温度为20℃，否则要进行季节、温度修正，路基回弹模量也是在最不利季节（一般为春融季节）和国外AASHTO 、Shell 设计方法相比较过于保守，Shell 设计方法采用的是年加权平均气温，AASHTO 设计方法采用的是一年中路基回弹模量是变化值。2、最大拉应力可能不是发生在层地而是在表面层或者中间层3、没有考虑排水，相反在高速公路建设期间由于中央分隔带渗水，路缘石使得路面易于发生早期破坏。4、设计参数采用的是无机结合料稳定集料完全在板体状态下的模量，他只反应基层未开裂以前的情况，而开裂几乎是普遍的，使用过程中还会变成小块甚至碎块。

5、采用弯沉作为设计指标有以下几个问题：

（1）对相同的结构层组合和材料类型的同一路面结构，路表的弯沉可以反应路面的抗变形能力，但对不同的路面结构，其路表弯沉大的路面结构并不一定比弯沉小的路面结构承载能力差，使用寿命不一定比弯沉小的路面结构差，因而不能用弯沉判断路面的承载能力。

（2）采用路表弯沉作为设计指标的基本观点认为，路面破坏是由变形引起的，路面总变形量达到一定程度后路面即出现破坏，而路面是一种多层结构，各结构层具有不同的几何和力学属性，而路表弯沉仅仅是路面结构对荷载作用的一个综合反应或表观的反应。

6、设计规定界面是连续的，而实际基层与底基层每个施工层之间，基层与沥青面层之间经常是部分连续甚至是滑动的（由于层间污染造成的沥青层分离）

3、改进措施

层间条件提出以下建议

1、沥青层之间是连续的，所以要求各层必须连续施工，喷洒粘层油，层间不得造成污染2、建议接触条件为滑动，以此计算路面结构内部的应力、应变、位移。3、柔性基层沥青路面弯沉作为设计指标应果断废除4、对回弹模量提出严格要求，沥青混合料的劲度模量建议采用诺莫图方法

4、国外路面设计方法哪些值得我国借鉴

国外沥青路面设计方法可分为经验法和力学经验法2大类。经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测, 建立路面结构荷载和路面性能三者间的经验关系。最著名是AASHTO 法。力学经验法首先分析路面结构在荷载和环境作用下的力学反应量, 利用在力学反应量与路面性能(各种损坏模式) 之间建立的性能模型, 按设计要求设计路面结构。著名的为壳牌( Shell)法。

下面以AASHTO 方法为例说明。我国沥青路面以路表弯沉和层底拉应力(拉应变) 为设计指标, AASHTO 设计法以现时服务能力指数为设计指标。沥青混合料：我国沥青路面设计所采用的沥青混合料的抗压回弹模量是在温度为20( 弯拉计算时取15) 时, 用圆柱体试件在无侧限逐级加载卸载作用下测得的, 由于加载卸载速度慢, 测得的是材料的静态模量。AASHTO 设计方法采用重复荷载间接拉伸试验( ASTMD 4123) 测得沥青混合料的动态回弹模量。粒料材料：AASHTO 推荐的粒料基层的模量值在100MPa~ 300MPa之间, 而粒料底基层的模量一般都在50MPa~ 150MPa之间。我国粒料材料的静态模量取值与AASHTO 的推荐值基本上在同样的水平, 尽管我国规范的推荐值也考虑了同种材料在不同层位的不同模量, 但是区分显然没有后者的明显。而且AASHTO 设计指南规定, 当粒料材料的模量大于276MPa 时, 其层位系数的计算就不能使用普适的公式, 说明该方法对该类材料模量的推荐是偏低的。

因此，在设计指标的选择上我国可以进行修正。我国采用弯沉、弯拉及剪切指标作为设计指标, 这在力学概念上较为明确。可是力学计算表明, 土基顶面的弯沉和路表弯沉的关系比较复杂, 这种关系随土基回弹模量, 路面结构层模量及厚度的变化而变化。当路面结构刚度增大时, 土基顶面弯沉占总弯沉的比例将随之减小。因此, 对于不同的路面结构路表弯沉不能明确反映土基顶面的工作状态时, 可以适当考虑沥青层底拉应变和路基顶面压应变。 AASHTO 设计法

1、AASHTO 成果

1、基于AASHTO 试验路提出了现实服务能力指数PSI 概念，并以此为设计指标（PSI 主要考虑路面的平整度、开裂、修补面积等）2、提出了累计当量单轴荷载ESAL （主要采用弯沉等效、剪切、弯拉等效）3、提出了路面结构数SN 的概念4、提出了简化设计回归方程建立了PSI 、ESAL 、SN 及其他设计参数如路基设计参数、设计可靠度等之间的关系，并以此作为设计方程。

⎛4. 2-p t ⎫log ⎪4. 2-1. 5⎭⎝log W t 18=Z R ⨯S 0+9. 36log SN +1-0. 20++2. 32log (M R )-8. 0710940. 40+SN +1 )SN=a1D 1+a2D 2m 2+a3D 3m 3式中m 2为基层的排水系数，和m 3为底基层的排水系数

2、简述AASHTO 刚性路面设计过程。

AASHTO 刚性路面的以现时耐用性指数PSI 作为衡量路面使用性能的指标，设计方法是建立∆PSI 同路面结构和轴载作用的关系式。

其设计方法步骤如下：

1确定个设计参数。(1)选定使用性能期，分析使用性能期内标准轴载的累计作用次数。路面使用性能期是从开始使用到需要采取重大修复措施时历经的时间段。∆PSI =P ≥2.50-P t

或者≥3.0（主要公路）或2.0（次要道路）作为设计标准。使用性能期内标准轴载的累计作用次数的计算方法同沥青路面的相同。（2）选定可靠度目标，确定总偏差。可根据设计道路类型参照相应表格选取可靠度水平和相应的总准差。（3）确定使用性能下降量。（4）确定

混凝土的弯拉强度和弹性模量，以28d 龄期测定结果的平均值作为设计弯拉强度，弹性模量按E c =57000(f '

c ) 0.5计算式中：E c 为混凝土弹性模量（psi ）, f '

c 为用AASHTO T22、T140或

ASTM C39确定的抗压强度（psi ）。（5）选取接缝传荷系数和路面水系数。传荷系数J 是刚性路面设计采用的一个系数。用于考虑混凝土路面结构在接风和裂缝处传递荷载的能力。应用荷载传递装置和设有拉杆的混凝土路肩，是荷载传递量增加，而传荷系数减小。船可查表得到。根据排水的质量和路面结构含水量接近饱和状态的时间百分数提出了建议的C d 值。和柔性路面一样，时间百分数取决于年均降水量和基本的排水状况。也可通过查表得到。 2确定了路基反应模量。3确定所需面层厚度h 。。

（1）AASHTO 刚性路面设计方法：1）设计变量：①混凝土弹性模量

混凝土的弹性模量可以按ASTM C469所述的方法来确定，或者应用抗压强度的关系式来确定。下列公式为美国混凝土协会所建议的关系式：

' 0.5E =57000(f c ) c

' E f 式中：c 为混凝土弹性模量（psi ）, c 为用AASHTO T22、T140或ASTM C39确定的抗压强

度（psi ）。

②混凝土抗弯拉强度

设计方法中所用的抗弯拉强度是按AASHTO T97或ASTM C78的规定在28d 后用三分点加载试验确定的平均值。若采用中心点加载，应建立两种实验方法之间的关系式。 ③传荷系数

传荷系数J 是刚性路面设计采用的一个系数。用于考虑混凝土路面结构在接风和裂缝处传递荷载的能力。应用荷载传递装置和设有拉杆的混凝土路肩，是荷载传递量增加，而传荷系数减小。AASHTO 道路试验条件下J 的代表值为3.2，因为所有接缝均为传力杆和不设有拉杆的混凝土路肩。

④排水系数

排水系数C d 具有和传荷系数J 相同的作用。如式（12-21）所示，增加C d 值相当于减

W 18值增大。表12根据排水的质量和路面结构含水量接近饱和状态的时

C d 值。和柔性路面一样，时间百分数取决于年均降水量和基本的排小J 值，两者均使间百分数提出了建议的

水状况。

应用AASHTO 设计方法确定沥青路面结构层厚度的步骤如下：

1. 选定使用性能期和分析期

通常对沥青路面结构选用的最长使用性能期为15年。分析期按道路条件选用，一般为20或30年。因而，分析期内往往需考虑分期修建或改建方案。

2. 计算分析期内标准轴载累计作用次数

在分析期内需考虑分期修建方案时，应分别为不同使用年数确定相应的标准轴载累计作用次数。

3. 选用可靠度参数

按设计道路的功能类型，选用相应的目标可靠度。分期修建时，各阶段的目标可靠度按下式确定。

1/n P (P ) fs （4-1-24） ft

式中：P ft 和P fs —分析期总的可靠度和分阶段可靠度。

n —分析期内的修建阶段数。

4. 确定设计标准—服务能力指数变化量△PSI 。

5. 考虑环境的影响 依据冻胀和膨胀性土对路面服务能力的影响, 建立服务能力指数降低量随时间的变化关系曲系(如图4-1-7) 所示。

6. 确定路基土的有效回弹模量 按不同时期（不同路基湿度状况）测定的路基土回弹模量值，参照表4-1-2所示的方法计算路基土的有效回弹模量值。

7. 确定路面各结构层的层位系数 依据各结构层材料的室内力学性质试验结果，确定相应的层位系数。

8. 选用排水系数 按当地的降水情况和路面结构内部排水的效果，选取相应的排水系数。

9. 制定第一阶段设计方案

在分析期长于使用性能期时，需考虑分期修建方案。

先按使用性能期的标准轴载作用次数及其它设计标准和参数，利用式（4-1-13）计算确定所需的路面结构数SN 。

根据环境（冻胀和膨胀性土）对服务能力指数变化量的影响，按已知的路面结构数SN ，重复应用式（4-1-13）调整实际能达到的使用性能期。对分析期内剩余时段，考虑相应的改建措施，并按剩余时段内相应的标准轴载作用次数进行加铺层设计。

10. 针对第一阶段的结构数，确定各结构层的厚度。

根据（4-28）式绘制了将积压种汽车变为计算汽车（H-8）的诺模图。

如何考虑交通荷载的作用，对此你认为在我国设计方法中有何改进？

1、 考虑交通荷载的作用 行车荷载 汽车是路基的服务对象，路基路面的主要功能是长期保

证车辆快速、安全、平稳的通行。汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。为了保证设计的路基、路面结构达到预计的功能，具有良好的结构性能，首先应对行驶的汽车进行分析，包括汽车荷载与轴载的大小和特性。汽车的总荷载通过车辆与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴载为荷载标准。静载车辆传给路面的荷载时静荷载。静荷载的大小与车辆总质量及轮轴的形式有关。由于作用在路面上的设计荷载千变万化。一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准轴载，其他各种轴载按照一定的原则换算成标准荷载。机场跑道上，飞机停放在路面上是，机轮传给路面是荷载静载，它的大小和飞机总质量及其起落架形式有关。

汽车对路面的静态压力 汽车在道路上的行驶状态分为停驻状态和行驶状态。当汽车处于停驻状态时，对路面的作用为静态压力，主要由轮胎传给路面的垂直压力，它受下述因素的影响 ①汽车轮胎的内压力②轮胎的刚度和轮胎与路面的接触形态③轮载的大小

运动车辆对道路的动态影响 行驶状态的汽车除了路面垂直静压力之外，还给路面施加

水平力、振动力。此外由于汽车以较快的速度通过，这些动力影响还有瞬时性的特性。 行驶的汽车对路面施加的荷载有瞬时性，车轮通过路面上任意一点，路面承受荷载的时间是很短地，大约只有0.01-0.1s 左右。动荷载作用下路面变形量的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是路面结构强度 的相对增大。

路面承受一次轮载作用和承受多次重复轮载作用的效果并不一样。对于弹性材料，在重复荷载的作用下，呈现出材料的疲劳特性，也就是材料的强度将随荷载重复次数的增加而降低，对于弹塑性材料，在重复荷载作用下，将呈现出变形的逐渐增大，称为变形的累积。所以对于路面设计，不仅要重视轴重静力与动力的量值，道路通行的各类轴载的通行数量也是重要因素。

6. 我国路面设计中如何考虑温度作用？

答：⑴材料选择：沥青方面，选择采用高质量、高粘度、软化点低和含蜡量低、比通常状况针入度小的沥青，在中下层采用针入度更小的沥青。在预期可能产生车辙路段按照高温、重载及上坡慢速的条件下提高沥青的高温性能等级，尽量采用改性沥青。集料方面，采用坚硬、粗糙、形状接近立方体、破碎、洁净且与沥青黏附性好的粗细集料；

⑵配合比设计方面：①级配：密级配的沥青混合料抗车辙性能较开级配混合料稳定。另外，还可采用SMA 结构等提高集料的嵌挤能力。

②沥青用量：对于细粒式或中粒式密集配沥青混合料，适当减少沥青用量有利于抗车辙。因此，当用马歇尔方法进行混合料设计，且主要考虑高温性能时，沥青用量应选择于最佳沥青用量范围靠下限之处

③使用纤维沥青混合料:沥青混合料高温变形能力差，同沥青粘结强度下降迅速有很大的关系，而传统混合料高温下沥青会在结构内产生流动与集中，更进一步加大了其高温变形性能。而纤维加入后，可明显阻止沥青的这种流动，纤维对沥青的可持能力很强。

⑶路线设计及路面结构方面。长大纵坡路段的车辙十分严重，在公路设计中必须注意这一点。在高热地区，路线的设计要尽可能减小纵坡，控制坡长；特别在重载车比例较大的路段，在设计中尽可能避免设置长大纵坡路段，改为隧道、桥梁等构筑物。同时合理选择路面结构形式和沥青层的厚度；做好封层，洒好透层油；改善基层的排水性能。