国内外沥青路面设计方法分析
各种沥青混合料设计方法的比较
各种沥青混合料设计方法的比较目前,国内外路面设计者对沥青混合料配合比设计方法的研究很多,纵观世界各国,现行用于沥青混合料配合比设计的方法主要有:马歇尔方法、维姆方法、Superpave方法、GTM方法以及贝雷法等,但其中又以马歇尔法运用得最为广泛。
我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定,沥青混合料配合比设计采用马歇尔方法;同时规定,当采用其他方法设计沥青混合料配合比时,应按规范规定进行马歇尔试验及各项配合比检验,并报告不同设计方法的试验结果。
不同混合料设计方法都有各自的特点,本文主要介绍几种主要设计方法的原理,并和马歇尔设计方法进行比较分析。
1马歇尔设计方法原理与设计步骤1.1设计原理马歇尔法是由美国密西西比州公路局的Bruce Marshell提出,在第二次世界大战期间开始使用,后来美国陆军工程兵团对其进行了改进和完善。
马歇尔设计法的基本原理是体积设计法,即在分析研究沥青混合料性能时,以沥青结合料与集料成分的体积比例作为计算依据,最终要达到的主要指标也是体积指标,如空隙率VV、矿料间隙率VMA、沥青饱和度VFA等。
通过沥青混合料组成材料的不同体积比例的组合,经过沥青混合料的拌和、试件的击实成型,最后测定试件的体积参数,从而确定沥青混合料各组成材料的比例。
1.2设计步骤沥青混合料配合比马歇尔设计方法分为目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段。
三个阶段的设计原理是一致的,即按照体积法进行设计。
其最完整的设计步骤是在目标配合比设计阶段,设计过程如下。
①原材料试验。
即所有组成材料的物理、化学、力学性能试验,以确定其是否满足使用要求,从而确定其是否合格。
②确定混合料的组成级配。
按照要求的级配与所提供的各级集料的筛分,选好各级集料的比例,使混合料矿料的级配满足要求。
③成型试件。
根据经验估算沥青的最佳用量,以估算的最佳沥青用量为中值,以0.5%为步长,分别成型5个不同油石比:(估算最佳沥青用量-1.0%)、(估算最佳沥青用量-0.5%)、估算最佳沥青用量、(估算最佳沥青用量+0.5%)、(估算最佳沥青用量+1.0%)试件。
国外沥青路面设计简介
√
英国
√(水稳碎石)
√
√
法国
薄沥青层 厚粒料基层
厚沥青层 下卧底基层
半刚性基层
混合式
全厚式
粒料基层
主要路面结构
国家
※
※
俄罗斯
※
※
※
法国
※
※
※
比利时
※
※
诺丁汉大学
※
※
※
※
南非
※
※
日本
※
※
※
澳大利亚
※
※
※
SHELL
补强※
※
※
AI
路表 弯沉
永久变形
粒料层剪 切应力
路基顶面 压应变
稳定粒料 层拉应力
路基膨胀或冻胀考虑——路基膨胀或冻胀造成PSI的损失。 每一个特定地区给出了膨胀或冻胀造成的PSI损失随时间的变化曲线(△PSISV~t △PSIFH ~t ) 设计方法: 估计路面使用年限(年) 查图得出相应△ PSI SV、FH 从设 计总服务能力损失(△PSI )中扣除△ PSISV、FH,得到完全由 交通荷载引起的△PSITR △PSIIR查AASHTO路面设计图得到 累计交通量(ESAL) 根据交通量随时间变化图得到允许的使 用年限 ,与初始估计的使用年限相比,两者相差1年则可,否 则重新计算,直至收敛。
AASHTO(200x修订版)的修订要点
◎ 对沥青路面、水泥混凝土路面、复合路面提供一个通用的设计方法;反映了交通、气候环境、路基、可靠性的共同的设计要求。 ◎ 适用于新建和重建路面的结构设计,设计项目包括计算路面结构各层的厚度、重建的方法、地下排水设施、路基改善等等。 ◎ 将使用周期效益成本分析的方法作为该设计方法的一个子程序。
浅析国内外沥青路面设计方法
经验法主要是以经验或试验为依据( 实验路和实验观测) 。纯经 组成输入力学计算程序。计算关键位置的应力和应变 , 如双轮中心处 验公路结构设计公式仅仅是基于对公路陛能及使用历史 的观察而作 面层底部的拉应变和路基顶部的压应变。利用应力和应变结果 , 进而 出的判断。 一般在加速道路试验过程中确定公式。 其中最著名的经验 计算破坏容许载荷次数和计算条件下地载荷次数。 对每—季节条件和  ̄ t% 4 7法有美国加州承载比法(B 法) C R 和美国各州公路和运输工作 每一种载荷组成进 塞 代计算, 并累计破坏指数 。 如果破坏指数大于 者协会柔l 面设计法( A H O法 ) A ST 。 单位 l , 则表明结构破坏, 因此调整初始厚度 , 重新计算累计破坏指数。
1 美国加州承载比法。美国加州承载比法( . 1 以下简称 C R法) B 是以 i t Ri ̄程的主要特征是迭代循环。第一次迭代循环针对气候条 C R值作为路基土和路 面材料( B 主要是粒料 ) 的性质指标 , 通过对 已 件, 给定载荷组成, 改变每层的材料 陛质。第二次迭代针对载荷组成 。
分数表示。 国 在 外常采用 C R B 值作为路面材料和路基土的设计参数。 2 壳牌公司柔性 . 1 潞面{ 怯。壳牌 柔性 / 公司 潞面设 叶 ( 下简称 j砝 以 此方法设计过程简单 、 概念明确, 适用于重载、 低等级的路面设计 , 所 Se 法) hl 是由英、 l 荷壳牌石油公司研究E研究、 吁 完善和启用的基于力学 提出的 C R指标 已经作为路面材料的一种参数指标并得到了广泛 的 分析的设计方法。 hl B Se 法把路面当 l 成一种多层线弹l 各层材料以 生 . 体, 应用。 动态模量表征, 以厚度、 模量和泊松比表 示路面特征。hl Se 设计法考虑 l 1 美国各州公路和运输工作者协会柔性路面设计法。美国各州公 了两项主要标准和两项次要标准。 . 2 两项主要标准是沥青层底面的拉应 路和运输工作者协会柔眭路面设计法 ( 以下简称 A S T A H O法)是在 变和路基顶面的竖向 压应变。 两项次要标准是水泥稳定类材料底面的 15 年到 16 年间 A S T 98 92 A H O试验路的基础上建立的。整理试验路 弯压力和路表面的 永久变形。 该方法设计简 容易操作。 单, 在考虑温度 的实验观测数据, 得到了路面结构—轴载—使用性能三者之间的试验 影响时 , 提出了加权年平均温度概念 , 了 考虑 一年不同时期的湿度对 关系式。路面结构中的路基土采用回弹模量表征其 I , 生 路面结构层 材料特征的影响程度。但本方法对路面模型做了很多限制, 顷 和实际 隋
我国沥青路面设计方法及典型实例
我国沥青路面设计方法及典型实例1、设计理论-层状体系理论2、设计指标和要求; (1)轮隙中间路表面(A点)计算弯沉值小于或等于设计弯沉值(2)轮隙中心下(C点)或单圆荷载中心处(B点)的层底拉应力应小于或等于容许拉应力3、弯沉概念(1)回弹弯沉:路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形,卸载后能恢复的那一部分变形。
(2)残余弯沉:路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那一部分变形。
(3)总弯沉:路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形(回弹弯沉+残余弯沉)。
(4)容许弯沉:路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮隙中间容许出现的最大回弹弯沉值。
(5)设计弯沉:是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准轴载双轮轮隙中间的最大弯沉值。
4、弯沉测定;(1)贝克曼法:传统检测方法,速度慢,静态测试,试验方法成熟,目前为规范规定的标准方法。
(2)自动弯沉仪法:利用贝克曼法原理快速连续测定,属于试验范畴,但测定的是总弯沉,因此使用时应用贝克曼进行标定换算。
(3)落锤弯沉仪法:利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉,属于动态弯沉,并能反算路面的回弹量,快速连续测定,使用时应用贝克曼进行标定换算。
5、设计弯沉的调查与分析(1)我国把第四外观等级作为路面临界破坏状态,以第四外观等级路面的弯沉值的低限作为临界状态的划界标准,从表中所列的外观特征可知,这样的临界状态相当于路面已疲劳开裂并伴有少量永久变形的情况。
(2)对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现,外观等级数愈高,弯沉值愈大,并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。
因此可以在弯沉值与不同时期的累计交通量间建立关系。
6、设计弯沉值; 设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测得的最大(代表)回弹弯沉值。
可根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定的路面弯沉设计值。
7、容许弯拉应力对沥青混凝土的极限劈裂强度,系指15℃时的极限劈裂强度;对水泥稳定类材料龄期为90d 的极限劈裂强度(MPa);对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度(MPa),水泥粉煤灰稳定类120d的极限劈裂强度(MPa) 。
浅析国内外水泥混凝土路面加铺沥青层设计方法
1.前言目前,各国加铺层的设计方法差异较大,原水泥混凝土路面上加铺沥青层的设计方法主要包括有力法/理论法、经验法和半理论半经验法设计法。
国外对旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构的研究较早,并在大量试验路的基础上提出了相应的设计方法,通常应用经验法或半经验法确定厚度。
这些设计方法大多以现场试验及室内试验结果为依据,以试验路及对加铺层实际使用状况的调查检测为基础,结合本地区的具体条件确定参数,提出经验公式或设计曲线。
2.国内外水泥混凝土路面加铺沥青层设计方法(1)有效厚度法这一方法的基本思路是加铺层所需的厚度是新路面所需的厚度与旧路面有效厚度之差:h=h n-h e式中h为加铺层厚度,hn 为新路面厚度,he为旧路面有效厚度。
此处h n是指全厚式沥青路面的厚度,即直接铺筑在路基上的沥青层厚度,在已知土基计算回弹模量和荷载参数时,其值可通过路面结构程序计算得到。
(2)美国沥青协会(AI)的弯沉法美国沥青协会(AI)认为水泥混凝土路面接缝(或裂缝)处的弯沉差是引起沥青加铺层开裂的主要原因,因为轮载的施加速度远大于温度变化产生的面层板伸缩位移的速率。
因而,此方法以控制接缝或裂缝处的板边平均弯沉量和弯沉差为设计要求,其标准为:接缝(或裂缝)两侧的板边弯沉差(WL-W U)≤0.05m m;接缝(或裂缝)两侧的板边平均弯沉值(W L+W U)≤0.36m m;其中,W L和W U为受荷板和未受荷板的板边弯沉值,由80KN轴载和贝克曼梁测定。
表1ci的取值(3)美国陆军工程师部队(COE)的补足厚度缺额法COE采用与水泥混凝土加铺层设计相同的概念———补足厚度缺额,依据强化试验路的观测和分析结果,于20世纪50年代中期提出了旧水泥混凝土面层上加铺沥青层的经验厚度设计公式:h ov=A(Fh d-c b h ex)式中:ho v———所需加铺层设计厚度(cm);h d———按现有地基承载力和未来交通发展需求,按新建混凝土路面设计方法确定的单层混凝土面层所需的厚度(cm);h ex———旧混凝土面层厚度(cm);c b———旧面层板的状况系数,含有细微的初始裂缝时,c b=1;含有多条裂缝或角隅断裂时,cb=0.75;F———控制旧面层板在加铺后裂缝进一步发展程度的系数,随交通情况和路基强度变动于0.6~1.0;A———混凝土层厚与沥青层厚的当量转换系数,A=2.5;而美国联邦航空局(FAA)在1988年的设计手册中将系数由2.5提高到2.0。
沥青路面设计
15
三、沥青路面垫层结构
垫层的作用:
➢改善土基的湿度和温度状况,保证面层和基层的强度、 刚度和稳定性不受土基水温变化而造成不良影响。 ➢将基层传下的车辆荷载加以扩散,以减小土基的应力和 变形。同时阻止路基土挤入基层。
可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或 石灰煤渣稳定类、石灰粉煤灰稳定类等。强度要求不一定 高,但水稳定性和隔温性能要好。 排水垫层应与边缘排水系统相连接,垫层宽度应铺筑到路 基边缘或与边沟下的渗沟相连接。 采用碎石和砂砾垫层时,一般最大粒径应不超过结构层厚 度的1/2,以保证形成骨架结构。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 16
防冻厚度的设计,一般多采用经验厚度和经验公式加以 确定。 防冻厚度与路基潮湿类型、路基土类、道路冻深以及路 面结构层材料的热物理性能有关。 若根据交通量计算的结构层总厚度小于最小防冻层厚度 ,则应增加防冻垫层使其满足最小防冻厚度的要求。 在排水垫层下设土工织物反滤层,以防止路基污染粒料 垫层,降低排水功能。
11
二、解题方法
p
h1
E1 μ1
hi
Ei μi
En μn
弹性层状体系示意图
12
第三节 沥青路面结构组合设计
➢基本原则:
面层耐久、基层坚实、土基稳定
➢具体要求:
1. 适应行车荷载作用的要求 从上至下,从薄到厚,从强到弱,表层抗滑、抗磨耗 2. 在各种自然因素作用下稳定性好 水稳定性和温度稳定性; 3. 考虑结构层的特点 上下层匹配,总体上强度足够; 4. 考虑防冻、防水要求 5. 层间结合良好
通过试验路的实测数据,建立路面结构(结构层组合、 厚度和材料性质)、车辆荷载(轴载大小和作用次数)和 路面使用性能之间的关系。
公路沥青路面结构设计技术方法综述
公路沥青路面结构设计技术方法综述摘要:随着我国经济的快速发展,基础设施建设进程加快,高等级公路突飞猛进的建设为我国经济的发展做出了重要贡献, 但也出现了一些值得重视的问题,尤其是一些新建的高速公路, 早期结构性破坏现象十分突出, 严重影响着公路建设的形象和交通运输安全。
因此, 开展对公路沥青路面结构设计的探索具有重要的现实意义。
关键词:公路,沥青路面结构,结构设计引言:目前我国高等级公路工程发展迅速,取得了巨大的成就,但也出现了一些值得重视的问题,尤其是一些新建的公路,早期结构性破坏现象十分突出,严重影响着公路建设的形象和交通运输安全。
因此,开展对公路沥青路而结构设计的探索具有重要的现实意义。
1、沥青路面设计指标及标准1.1 沥青路面设计指标目前,在我国公路路面结构设计中,对于高速、一级和二级公路的路面结构,设计指标为路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力;对于三级、四级公路的路面结构,设计指标为路表面设计弯沉值。
有条件时,对重载交通路面宜检验沥青混合料的抗剪切强度,验算其最大剪应力是否满足要求。
1.2 沥青路面设计标准目前我国现行的沥青路面设计规范中,采用了以下标准来确定路面结构所需的厚度:(1)路面结构表面在双轮荷载作用下轮隙中心处的弯沉值不大于设计弯沉值;(2)沥青面层底面的最大拉应力不大于该层混合料的容许拉应力;(3)半刚性基层或底基层底面的最大拉应力不大于该层材料的容许拉应力。
弯沉和应力计算分析时,将路面结构看成为多层弹性体系,体系顶面作用有相当于双轮组P=50 kN的双圆均布荷载,各层面间的接触条件按完全连续处理。
弯沉计算点的位置选在轮隙中心处。
层底面拉应力计算点的位置选在单圆中心点及单圆半径的1/2点和单圆内侧边缘点和双圆轮隙中心点,取其中的最大值作为层底最大拉应力。
2、沥青路面设计标准的确定方法2.1 设计弯沉值的确定在沥青里面设计中,路面结构的整体承载能力是通过弯沉值反映出来的。
沥青路面设计方法
沥青路面设计方法
沥青路面设计方法包括以下几个步骤:
1. 交通流量测量和分析:根据道路的位置、车辆流量和行驶速度等数据进行测量和分析,确定道路的交通流量状况。
2. 路面维护评估:评估路面的状况,包括裂缝、坑洞、陷水等问题,并确定维护措施,如填补裂缝、修复坑洞等。
3. 特殊路段设计:对于有特殊要求的路段,如弯道、上下坡和交叉口等,需要根据实际情况进行设计,以确保车辆安全通行。
4. 路面结构设计:根据交通流量和土壤情况,确定适当的道路结构层次,包括基层、底层、中层和面层。
5. 沥青混凝土配方设计:根据路面结构要求和材料性能,确定适当的沥青混凝土配方,包括沥青含量、骨料种类和粒级等。
6. 施工方法选择:根据材料和设备的可用性、现场条件和工期等因素,选择适当的施工方法,包括浇筑、铺设和压实等。
7. 质量控制:施工过程中需要进行质量控制,包括原材料的检验、施工参数的
监测和质量验收等,以确保路面的质量符合设计要求。
综上所述,沥青路面设计方法是一个综合考虑交通流量、路面状况、路段要求、结构设计、配方设计、施工方法和质量控制等多个因素的工程设计过程。
沥青路面结构设计方法对比分析
之处Ⅲ 。
()日本 : 4 沥青路 面 的基层 和底基 层 的种类 与我 国类 似 , 要有 沥青 稳定 碎 石 、 机结 合 料稳 定 碎石 主 无
或钢 渣 、 配碎石 、 级 级配 钢渣等 , 依据 交通量 的大小 但
⑤ 沥青 混 凝 土 面层 +粒 料 基 层 。⑥ 沥青 混凝 土 面
法 、 法 、 牌 沥青 法 等 , AI 壳 AAS O 法在 20 HT 04年正
式 出版 了全 面修 订版 , 是美 国的沥青路 面多指 柔性 但 路面, 有传统 意义 上的柔性 路面 和全厚式 沥青路 面两 种形式 。传统 意义 上 的柔 性路 面采 用粒 料基 层 和 底 基层 , 不采用无 机结 合 料处 治 层作 为 基 层或 底 基层 。 全厚式 沥青路 面是将 理 清 层直 接铺 筑 于 路基 或 经 过 处理后 的路基 上 。当然 也 对 刚性路 面进 行加 铺 沥青
际工 作状 态 时 , 们通 过 大 量 的野外 测 试 , 筑 试 验 人 修
路对 实 际车辆 行驶 效果 进行 系统 观察 , 形成 了 以车辆 荷载 作用 下确 保路 面 结构 承载 能 力 为 核 心 的经 验 设 计方 法 。
路 ,O 9 %以上是 沥青 路 面 , 多 半 以半 刚性 基 层 的 沥 且
青路面为 主 。而 纵观 国际上 的高速 公 路 和重 交通 公
路, 大量是 全厚式 路 面或柔 性基 层 沥青 路 面 , 刚性 半 基层 沥青路 面普遍使 用 于交 通量 不很大 的公路 , 且 并
即使是 同样称 为半 刚性基层 的水 泥稳定碎 石基层 , 在
层 , 主要 采用 沥青类 基层 。 而
美国及欧洲沥青混凝土路面设计方法介绍
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
※
比利时
※
※
※
法国
※※
※
俄罗斯
※
※
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
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。
AASHTO(200x修订版)的修订要点
◎ 对沥青路面、水泥混凝土路面、复合路面提供一个通 用的设计方法;反映了交通、气候环境、路基、可靠 性的共同的设计要求。
◎ 适用于新建和重建路面的结构设计,设计项目包括计 算路面结构各层的厚度、重建的方法、地下排水设施、 路基改善等等。
◎ 将使用周期效益成本分析的方法作为该设计方法的一 个子程序。
√
√
√
√(中、轻 交通)
√
√(中、轻 交通)
√
√
√
半刚性基层
√(水稳碎石) √
(贫水泥混凝土)
√
√
√
√
√
√
√
部分国家或单位采用的设计指标
机构
沥青层 疲劳
美国AASHTO沥青路面结构设计方法及应用
美国AASHTO沥青路面结构设计方法及应用论文
本文旨在详细介绍美国AASHTO沥青路面结构设计方法及其应用。
AASHTO是美国有关公路工程的主管机构,负责编制公路建设的行业准则。
在AASHTO的规范中,沥青路面和混凝土路面是两种重要的道路面材料,分别通过规范、设计和建设来满足不同类型道路和地形要求。
AASHTO在沥青路面设计方面提出了规范性的标准,尤其强调沥青路面结构设计的重要性,包括基层设计、胶结层设计和面层设计。
沥青路面的基层设计主要考虑道路承载能力和刚性要求,通常需要经历多个步骤,如现场调查、设计和施工,其中土质问题是重要的影响因素。
胶结层设计要求具有良好的隔离性能,通常使用沥青混合物和粗砂作为胶结材料,以保证道路的畅通性和稳定性。
面层设计需要考虑道路装载能力、抗滑性能和抗冻性能,影响因素主要有沥青混合物性能、沥青混合物配置以及施工工艺等。
此外,沥青路面还有一些特殊设计要求,比如复合路面、再生沥青、轻便沥青等,其中再生沥青的设计要求更具有难度,因为需要考虑到原材料性能的变化。
AASHTO沥青路面结构设计方法及其应用已经广泛应用于美国和全球各国的公路建设中,可以满足不同类型道路的要求。
良好的设计能够提高道路的通行能力,提高通行安全,同时也提高了道路建设成本效率,为道路建设带来巨大的经济效益。
CJJ169_2012_城镇道路路面设计规范_沥青路面设计方法浅析
为设计指标。
对于新建城市道路沥青路面,设计时首先需要
选取可靠度系数,然后通过路面结构组合设计使其
满足各项指标要求。
1. 4. 1 路表弯沉值
轮隙中心处路表计算弯沉值应不大于道路表面
的设计弯沉值:
γa ls ≤ld
= 600
N - 0. 2 e
Ac
As
Ab
( 4)
式中: γa 为沥青路面可靠度系数; ls 为轮隙中心处路
JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》、美国各州公路和运输官员协会( AASHTO) 设计法以及 SHELL 设计法等设
计指导文件中沥青路面设计方法进行的主要改进、区别以及依然存在的一些问题,并对这些改进、区别以及存在的
问题提出看法和建议。
关键词: 城镇道路; 沥青路面; 设计规范; 设计方法
地区还需 要 考 虑 路 面 冰 冻、强 日 照、强 风 化 等 不 利
因素。
1. 3 路用材料选择与配合比设计
沥青路面的工作性能,很大程度上取决于路用
材料的质量。因此,选取沥青混合料原材料时需慎
重考虑,并佐以可靠的试验分析。原材料的性能应
满足沥青混合料的各项要求,并尽可能利用当地材
料,以免远 距 离 运 送 原 材 料 而 增 加 不 必 要 的 费 用。
量轴次应按式( 3) 计算:
Ne
=
[( 1
+ γ) t
- 1] γ
× 365·N1 ·η
( 3)
式中: Ne 为设计基准期内 1 个车道上的累计当量轴 次; γ 为设计基准期内交通量的年平均增长率; t 为设
计基准年; N1 为路面营运第 1 年单向日平均当量轴 次; η 为设计车道分布系数,其取值与车道特征相关。
我国沥青路面设计方法及典型实例
我国沥青路面设计方法及典型实例沥青路面是目前我国常见的道路铺设材料之一,它具有使用方便、维护成本低廉、使用寿命长等优点,在城市道路和高速公路中被广泛应用。
本文将重点介绍我国沥青路面的设计方法和一些典型实例。
一、沥青路面设计方法1.路面层厚度设计:沥青路面的设计首先需要确定其层厚度。
根据路面的设计标准和相应的道路使用等级,可以采用经验公式、试验和数学模型计算得到合适的层厚。
一般情况下,沥青路面的总厚度包括基层、底基层、底面、粗石层和面层。
2.沥青混合料设计:沥青路面的面层多采用沥青混合料,其设计方法主要包括配合比设计和级配设计两种。
配合比设计通过确定沥青、石料、骨料和填料的配合比例,保证混合料的力学性能和耐久性能。
级配设计则是通过确定石料或骨料的级配曲线,使得混合料在不同粒径下的力学性能均能满足要求。
3.施工质量控制:沥青路面的施工质量对其使用寿命和性能有着重要影响。
在施工过程中需要加强对各个层次的控制,包括基层的夯实度、底面的平整度、沥青混合料的铺设厚度和密实度等。
此外,还需要合理控制施工温度和加水量,以确保沥青路面的质量。
二、典型实例1.北京五环路改扩建工程:该工程是对北京市五环路进行改扩建的项目,施工中采用了多层沥青路面结构。
在路面设计中,根据道路使用等级和设计标准,确定了各个层次的厚度,采用了橡胶改性沥青混合料作为面层材料,提高了路面的耐久性和抗裂性。
2.上海市嘉定区高速公路:该高速公路采用了浇筑式沥青混凝土路面结构。
设计时,根据高速公路的使用要求,确定了合适的路面层厚度和沥青混凝土的配合比。
施工过程中,严格控制了石料级配和混合料的施工温度,保证了路面的质量。
3.广州市岭南高速公路:该高速公路采用了悬浮式沥青混凝土路面结构。
在设计过程中,考虑到高速公路的往返快车道和法兰带,采用了不同的路面结构和厚度。
施工中,采取了分层施工和层间养护的方式,确保了沥青路面的平整度和耐久性。
通过上述典型实例,我们可以看到,在沥青路面设计中,需要综合考虑道路使用等级、设计标准、材料性能和施工工艺等因素,以确保沥青路面具有良好的耐久性和使用性能。
沥青路面各类型结构设计与材用量分析
沥青路面各类型结构设计与材料用量分析(宗仁君)原中华人民共和国行业标准《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)于1994年6月7日发布,1994年12月1日实施,它在保证沥青路面的质量方面起到了重要作用。
但我国公路建设的速度很快,1994年规范发布时,我国高速公路刚刚起步,1993年建成通车1130Km。
到2003年底,高速公路的通车里程已经接近3万公里,其中绝大多数是沥青路面。
在交通快速发展的新形势下,国内外交通发生了许多新的变化:国际上随着美国SHRP研究成果superpave Tm 及欧洲CEN沥青及沥青混合料研究成果的发表,世界各国对沥青路面的研究都更深入,得出了许多十分重要的新成果,不少国家对相关规范进行了适当的修改;并且新的施工机械,新的施工工艺都不同程度的影响到我国;而在国内,通过一系列科学研究及长期的施工实践,对沥青路面的各方面都有了新的认识,做了不少调整和修改,出现了一些新的结构类型。
这里对现行施工技术规范JTGF40-2004中各结构类型在高速公路等级标准前提下常规配合比设计中各项原材料一般用量进行统计分析。
现行规范根据矿料级配和空隙率将各种HMA划分成了六种结构类型,分别是:密集配沥青混合料(AC);沥青马蹄脂碎石混合料(SMA);开级配排水式磨耗层(OGFC);密集配沥青稳定碎石混合料(ATB);半开级配沥青碎石混合料(AM);开级配沥青稳定碎石混合料(A TPB)。
他们各有适用层次和使用条件,采用何种结构类型及级配如何选择,应根据具体设计意图和当地气候区划进行选择。
在这里分别对各结构类型选择1-3种级配进行原材料在混合料中设计用量与实际用量进行分析比较,在今后成本分析过程中可作参考。
根据我国对原材料加工加工习惯和规范对关键筛孔的要求,将各种结构中使用集料分级划分成⑴0-2.36,⑵2.36-4.75,⑶4.75-9.5,⑷9.5-13.2,⑸13.2-19,⑹19-26.5,⑺26.5-53,⑻13.2-26.5,⑼19-37.5,⑽9.5-19,⑾13.2-16,11种常用规格。
【2019年整理】国外沥青路面设计方法简介
Po — —指设计初期的 PSI;
第五章 沥青路面结构设计 Pt — —行驶过一定车辆数后 的PSI。
2、计算方法 对AASHO道路试验所得大量进行数理统计,建立路面耐用性的变化 同荷载大小、荷载重复作用次数和路面厚度等的联系 ,即:
C0 Pt G lg( ) (lg N lg ) C0 C1
第五章 沥青路面结构设计
第五章 沥青路面结构设计
一、AASHTO法
美国各州公路工作者协会(AASHO American Association of State Highway Officials)于1961年完成了一项综合性的大型足尺道路试验 (300多个试验段),建立了路面结构、荷载和路面使用性能三者间的 关系,以此建立了完全经验性的设计方法。后经过不断的修正完善,趋 向力学~经验方法。 * 路面结构(土基回弹模量、路面结构数) * 路面使用性能(路面的工作状态——PSI ) * 荷载(按等效损坏PSI进行轴载换算)
AASHO试验路的测试数据——为许多力学~经验法 的设计指标和参数验证提供了丰富的经验。
第五章 沥青路面结构设计
1、路面耐用性指数
首次提出了路面耐用性的概念,并用路面耐用性指数(PSI Present Serviceability Index )评价路面的使用性能(路面的工作状态)。
PSI由评分小组进行主观评定后处理得到的指标,它与路面实际状况
r=CN-0.25
其中 C——与沥青混合料的模量和类型有关的系数。
第五章 沥青路面结构设计
(3) 整体性基层的拉应力 无机结合料稳定基层的弯拉应力应不超过某一容许值。该容许 值考虑了材料的疲劳特性。 r=rl(1-0.075lgN) (4) 路面表面的永久变形 路面表面因行车的 重复作用产 生的永久变 形应控制容 许值为 10mm(高速公路)。
浅议沥青路面Shell设计法和AI设计法
浅议沥青路面Shell设计法和AI设计法一、常见沥青路面设计理论和方法1 弹性层状体系理论(1)基本假设弹性层状体系是由若干个弹性层组成,上面各层具有一定厚度,最下一层为弹性半空间体,应用弹性力学方法求解弹性层状体系得应力、应变和位移等分量时,应提前做如下假设:①各层材料为均质、各向同性、完全弹性、变形微小,以弹性模量Ei和泊松比μi表征其弹性性质。
②除最下层外,各层在水平向均为无限大的等厚度层hi,而最下层则为均质半无限体。
③在水平方向无穷远处和垂直方向无限深处的应力和位移等于零。
④层间的接触面可为完全光滑,即层面间无摩阻力,可以相对滑移,接触面上的竖向位移和法向应力连续;或者层间的接触面为完全结合,层面间的位移和应力完全连续。
⑤不计体积力。
(2)轴对称空间问题的求解根据Love法可得到轴对称空间问题的通解。
要解决某一轴对称问题的具体解时,只要根据边界条件和层间结合条件求得具体的A、B、C、D,就可得到全部解。
对于轴对称N层弹性层状体系,有4N个未知数,也有4N个边界条件和层间位移条件,可以根据多种求解方法得出具体的解。
比如叠加法,把多层问题转化成轴对称半空间问题和轴对称弹性单层问题,根据边界条件和层间位移条件得出最终解。
2 Shell设计法Shell设计方法是由英一荷壳牌石油公司研究并发展和完善起来的基于力学分析的设计方法,是通过理论分析并结合AASHTO试验路、室内试验数据而提出的方法。
(1)路面模型把路面结构当作一种多层线形弹性体系,其中各层材料特征用弹性模量E 和泊松比μ来表征。
除土基取μ=0.35外,其余各层材料取μ=0.25,材料性质假定为均质各向同性的,各层水平方向为无穷大,土基在向下的深度方向也为无限,但一般以三层连续体系为基础。
荷载图式采用一个圆或几个圆上作用垂直和水平的均布荷载,一般情况下用标准的双轮荷载,即“双圆图式”,并以80kN为标准荷载。
这就从根本上改变了过去所有设计方法都把双轮当作当量的单圆的不合理规定,使荷载图式开始接近实际。
国外沥青路面设计方法和指标综述
= 1 一1 0 0 。超 出这 一范 围 , 便不 一定存 在此关 系 ,
而是 否可 以外延 , 需要 通过试 验进 行验 证 。通 常 , 范
围外 与 范围 内的关 系 曲线呈 折线 状 。规 范将疲 劳方
程后 延 到 N =1 并认 为此 时 的拉 应 力 就 是极 限抗 , ,
青 路面结 构厚度 起控 制作 用 的是 半 刚性 基 层底面 的
, , 、03 , .8 、0 3 .6
8 )设 计理 论不 完 善 ( 弹 性 、 态 、 载 、 荷 线 静 超 非
载型 裂缝 ) 。
F1 ( :6 . 3
)( )拉 力 标 应指。
9 设计针对性不强( ) 公路、 水泥混凝土桥面、 钢
关键词 : 沥青路面; 设计方法; 设计指标 ; 经验 法; 力学一 经验 法; 疲劳特性 ; 预估模型
中图分 类号 : 1 . 1 U4 6 2 7 文献 标识 码 :B
1 我 国沥 青 路 面 设 计 方 法 与 主 要 问
题
1 )路表弯沉是一项整体性 、 综合性和表观性的 指 标 。对于结构 层组 合和 材料类 型多样 化 的路面结 构, 采用 路表弯 沉作 为主要设 计指 标 , 无法 反映 和包 容 路面结 构 的多样 性 及各 种 损 坏类 型 , 难 以协 调 也 平衡 各单 项设计 指标 。
收 稿 日期 : 0 8 1— 1 20 —02
2 国 外 沥 青 路 面 设 计 方 法
国外沥青路面设计方法可分为经验法和力学一
作者简介 : 胡佳佳 (9 7 ) 女 , 18 ‘ , 主要从事高速公路工程建设管理 。
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第5期(总第118期)■综合论述国内外沥青路面设计方法分析姚连军1,李丽2(1.重庆市交通规划勘察设计院,重庆401121;2.重庆交通大学,重庆400074)摘要基于国内外沥青路面现有设计体系,介绍了经验法、力学-经验法、基于性能设计法三大类别,并针对其代表性的设计方法的特点进行了评析;结合我国沥青路面结构设计体系,指出我国设计体系中存在的设计指标、路面材料设计参数、交通荷载等方面存在缺陷,并提出相应的建议。
关键词道路工程;沥青路面;设计方法;设计指标Abstract:Based on current design of asphalt pavement both home and abroad,the paper has made introduction to three means of design,namely empirical method,stress empirical method and property-centered method.Moreover,it has made comments on certain representative features of designs.Taking structure design of asphalt pavement in China into account,the paper presents some demerits in design target,parameter of pavement materials,traffic capacity and the like and finally proposes solutions to such problems.Keywords:highway engineering,asphalt pavement,means of design,design target沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上,铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。
沥青路面设计的任务是根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件,密切结合当地实践经验,设计经济合理的路面结构使之能起到承受交通荷载和环境因素的作用,在预定的使用期限内满足各级公路相应的承载能力、耐久性、舒适性和安全性的要求。
以沥青路面为主的柔性路面设计理论与方法研究已有近百年的历史,其发展历程经历了经验法和力学-经验法、基于性能的设计方法等类型。
1国外沥青路面设计方法1.1经验法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(结构层组合、厚度和材料性质)、荷载(轴载大小和作用次数)和路面性能三者间的经验关系。
最为著名的经验设计方法有CBR法和AASHTO法。
CBR法[1~2]以CBR值作为路基土和路面材料(主要是粒料)的性质指标。
通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR测定,建立起路基土CBR轮载~路面结构层厚度(以粒料层总厚度表征)三者间的经验关系。
利用此关系曲线,可以按设计轮载和路基土CBR值确定所需的路面层总厚度。
路面各结构层次的厚度,按各层材料的CBR值进行当量厚度换算。
不同轮载的作用按等弯沉的原则换算为设计轮载的当量作用。
此方法设计过程简单,概念明确,适用于重载、低等级的路面设计;但CBR值仅是一种经验性的指标,并不是材料承载力的直接度量指标,它与弹性变形量的关系很小。
而路基土应工作在弹性范围内的应力状态下,因而,路面结构设计对路基土的抗剪强度并无直接兴趣,更关心的是路基土的回弹性质(回弹模量)及其在重复荷载作用下的塑性应变。
AASHTO法[3~4]是在AASHO试验路的基础上建立的,整理试验路的试验观测数据,得到的路面结构-轴载-使用性能三者间的经验关系式。
AASHTO方法提出了现时服务能力指数(PSI)的概念,以反映路面的服务质量。
不同轴载的作用,按等效损坏(PSI)的原则进行转换。
路面使用性能指标PSI,主要受平整度的影响,与裂缝、车辙、修补等损坏的关系很小。
因此,这是一项反映路面功能性能的指标,而不是表征路面结构性损坏的指标。
此外,这个方法源于一条试验路的数据,仅反映一种路基土和一种环境条件,推广应用于其它地区或国家时便存在着很大的局限性。
但AASHO试验路的测定数据得到了良好的整理和保存,为许多力学-经验法的设计指标和参数验证提供了丰富的依据[5]。
AASHO法提出了轴载换算的概念和公式,考虑了结构的可靠度和排水条件的影响,这些思想对后来世界各国的设计思想产生了很大的影响。
1.2力学-经验法力学-经验法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。
从20世纪60年代初开始,各国科技人员致力于研制和实施沥青路面的力学-经验设计法,著名的有AI法和Shel1法。
Shell法[6]是由英、荷壳牌石油公司研究所研究、发展和完善起来的。
在该设计方法中,混合料的粘弹性性质以其劲度模量体现,其值取决于沥青含量、沥青劲度和沥青混合料的空隙率。
路基模量受应力影响,路基动态模量可以通过现场的动态弯沉试验在道路实际湿度条件和荷载条件下测定,也可在室内通过三轴仪测定。
此方法中交通荷载以标准双轮轴载次数为代表,设计年限内的累计轴次即为设计寿命。
临界荷位的应力应变由计算机程序BISAR计算。
Shell设计法考虑了控制疲劳开裂的沥青层底面的容许水平拉应变εfat和控制永久变形的路基顶面的容许竖向压应变εz两项主要设计标准和水泥稳定类材料底面的弯拉应力和路表面的永久变3··2010年■综合论述形两项次要设计标准。
AI 设计法[7]也把路面看成多层弹性体系,材料特性主要包括土基、粒料基层和沥青层的回弹模量和泊松比。
路基土的回弹模量的确定可由室内重复三轴抗压试验确定,或根据其与CBR 的关系式估计而得;粒料材料的回弹模量与应力水平相关,其值可根据多变量回归的预测方程计算;热拌沥青混合料的动态模量由室内60种不同的沥青混合料试验得到的计算公式确定。
环境的影响通过面层温度对沥青混合料劲度值的影响来体现,以面层厚1/3深处的温度作为沥青层的设计温度,由月平均气温和路面温度的关系式计算得到。
AI 法采用的设计标准与Shell 法相同,即控制疲劳开裂的沥青层底部的水平拉应变εθ和控制永久变形的土基表面的竖向压应变εz 。
SHELL 和AI 设计法是公认的力学-经验法的典型代表,很多国家都借鉴了SHELL 法和AI 法的研究成果。
如澳大利亚的沥青混合料疲劳方程采用的就是Shell 1978年提出的室内疲劳试验关系式,预估野外疲劳寿命时,乘以修正系数5[8];日本的疲劳破坏标准采用的是AI 的破坏标准。
但这两种方法都没有考虑湿度对路面设计的影响,也没有考虑低温断裂问题。
1.3基于性能的设计方法基于性能的设计方法SUPERPAVE 的指导思想是按照路面的使用性能进行路面和材料的设计,以达到路面抗车辙、抗疲劳、抗低温的目的,并同时考虑老化、水损坏以及粘附性损失。
SUPERPAVE 的路面设计模型包括材料性能模型、环境影响模型(EEM )、路面反应模型、路面损坏模型4个基本部分。
为使实验室测得的材料特性指标能够反映在路面中的实际使用性能,SHRP 计划提出了一些新的试验方法,或规范了已有的试验方法,最终形成了适用于SUPERPAVE 的沥青混合料规范、集料规范和试验系统。
SUPERPAVE 的环境影响模型实际上只是指路面的温度模型,该模型有两方面的作用:一是估计路面的最高、最低温度以选择合适的结合料;另一个作用是计算路面不同深度的温度,作为混合料的试验温度。
路面反应模型用于计算路面各层在交通荷载作用下和环境影响下的应力与应变。
对于新建路面有低温开裂、疲劳开裂和永久变形(车辙)三个损坏预测模型。
SUPERPAVE 的路面非荷载开裂模型即低温开裂模型中假设混合料为低温粘弹性,利用了流变力学中的一维Maxwell 本构方程。
低温开裂扩展模型应用Paris 规则得出。
对于路面的疲劳开裂和永久变形,所用的反应模型以二维非线性有限元程序为基础,并且采用四接点平面单元和轴对称分析,以减少迭代次数。
但SUPERPAVE 设计法也存在着不足,主要表现在:①SUPERPAVE 的主要指标和标准都仅是建立在流变学基础上的。
沥青和沥青混合料的流变学指标是否恰当反应了路面的使用性能,迄今为止这个问题并没有明确的答案。
②SU -PERPAVE 的结合料规范中,温差级差是6℃,太大。
③在考虑环境因素时,仅考虑了温度的影响,较少考虑湿度对材料和结构特性的影响,而后者的影响可能更大。
④修正系数(转换系数)SF 中考虑因素过于简单,所考虑的因素甚至不是最主要的因素。
⑤沥青混合料的体积设计法对中交通或特重交通路面的适用性或优越性值得进一步研究。
2国内沥青路面设计方法2.1我国沥青路面设计方法概述我国沥青路面设计采用的是力学-经验法。
其路面模型借鉴了SHELL 的理论设计法,把路面作为一种多层弹性体系。
材料特性以弹性模量和泊松比表征,土基回弹模量可根据现场实测法、查表法、室内试验法或换算法求得。
各层材料统一采用圆柱体试件测定抗压回弹模量和劈裂模量。
弯沉指标计算时,沥青混合料用20℃抗压回弹模量;层底弯拉应力计算采用15℃抗拉强度与弯拉回弹模量,也可以采用劈裂强度与抗压回弹模量[9]。
交通荷载以双轮组单轴载100kN 为标准轴载。
轮胎接地压强0.70MPa ,单轮当量圆直径d 为21.3cm ,两轮中心距为1.5。
路表弯沉计算时须计算双圆均布荷载的轮隙中心点的弯沉。
验算沥青混凝土层和半刚性材料层的底部拉应力时,须计算单圆荷载中心、轮隙中心处拉应力并取其较大值[10]。
设计标准是以2004规范规定的设计弯沉和层底拉应力为设计标准。
设计弯沉是表征路面整体刚度大小的指标,是路面厚度计算的主要依据。
其路面结构层容许拉应力σR 是指路面结构在行车荷载重复作用下达到疲劳临界状态时容许的最大拉应力。
2.2我国沥青路面结构设计方法存在的问题(1)设计指标单一。
尽管沥青路面结构设计中包含弯沉和弯拉应力验算指标,但实际在沥青路面结构设计中,弯沉成为路面结构设计的唯一指标,也就是说按照现有规范方法,在路面设计弯沉满足的条件下,弯拉应力验算肯定是通过的,使得设计指标成为唯一。
(2)设计指标不可控制。
设计指标应该是路面结构可能产生损坏的控制指标,即设计模型与路面结构损坏模型应该一致。
但实际情况是弯沉指标无法与多种破坏类型和破坏标准相统一、协调。
现有沥青路面的损坏与设计模式大不相同,设计指标形同虚设。
路面设计的宗旨是防止在设计年限内总交通量反复荷载作用引起路面疲劳破坏,实际上绝大部分路面是在交通量远未达到设计交通量的早期已经发生了破坏,疲劳破坏的指标没有起到控制作用。