国内外沥青路面设计方法综述
美国AASHTO沥青路面结构设计方法及应用
施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
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美国 AASHTO 沥青路面结构设计方法及应用
李虎成
（ 中铁第一勘察设计院集团有限公司， 陕西 西安 710043 ）
［摘要］ 沥青混凝土路面因其具有平整度好 、 行车平稳舒适 、 噪声低 、 易养护等特点， 在国内外高速公路建设中得到 了广泛应用 。 由于不同国家和地区所采用的标准和规范不尽相同， 沥青混凝土路面 结 构 设 计 的 方 法 也 有 许 多 不 同 的类型 。 结合特立尼 达 和 多 巴 哥 圣 费 尔 南 多 — 马 亚 罗 高 速 公 路 沥 青 混 凝 土 路 面 设 计 的 实 践 经 验 ， 详细介绍了 AASHTO 沥青混凝土路面结构设计方法的设计思路及主要设计参数的定义与取值方法 。 ［关键词］ 道路工程； 路面； 沥青混凝土路面； AASHTO ； 设计； 服务能力指数； 规范 ［中图分类号］ TU248. 6 ； U416． 217 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2012 ） 11004103
5 ． 19
式中： β 为与目 标 可 靠 度 P s 相 应 的 可 靠 指 标； S z 为 交通预估和使用性能预估的总标准差； SN 为路面结 SN = a 1 D 1 + a 2 D 2 m 2 + a 3 D 3 m 3 + a 4 D 4 m 4 ， D1 ， 构数， D2 ， D3 ， D 4 分别为面层 、 基层 、 垫层及 capping 层的厚 1in = 2. 54cm ） ， a1 ， a2 ， a3 ， a4 为 与 各 结 构 层 材 度（ in ， m2 ， m3 ， m4 分 别 为 料类型和性 质 有 关 的 层 位 系 数， 基层 、 垫层及 capping 层的排水系数； E se 为 路 基 土 的 1psi = 6. 895kN / m 2 ） 。 有效回弹模量（ psi ， 3 AASHTO 设计方法的设计思路 首先 根 据 道 路 等 级 、 交 通 量 及 气 候、 水 文、 土质 结合当 地 实 践 经 验 确 定 出 相 应 的 路 面 等自然条件， 结构组合 。 然后进 行 路 面 结 构 尺 寸 计 算， 计算时选 择结构层的某一层 作 为 目 标 计 算 层， 然后根据交通 量情况计算出累计 wk.baidu.com 准 轴 载 作 用 次 数， 再根据累计
沥青路面结构设计方法综述
路等级 应有 不 同的设计 标 准 ，使 路面设 计 与使用 要求形 成 密切联
系。
Ｐ Ｉ 标 准 进行 路 面设 计 ，实 际 Ｓ为 上是 假设路 面结 构损坏 与 其表 面 状况 有必然 的联 系 。事 实 并非 如 此 ，例如西 方 国家对一 些 具有 较 厚 沥 青面层 的沥 青路 面进 行调查 时发 现 ，一些 路 面虽然 表 面损坏 严 重 ，但 仍 然 保 持 良好 的 结 构 性 ，经 过 表 面恢 复 可继 续 使 用 ． 并未像Ａ ＳＴ Ａ Ｈ ０法 假 设 的 那 样 Ｐ Ｉ 到 了设 计 标 准 ，路 面便 达 Ｓ达 到 了使 用 寿命 。
性都 会发 生变化 时 ，结 构 层 系数
也应 随之变 化 。但材料 的强度 或 耐久性 与其 结构 层系数 之 间 的关 系并 不 明确 。这 样 ，Ａ Ｓ Ｔ 设 ＡＨ Ｏ 计 法 就 缺 少 了对 新 材 料 、新 工
艺 、新 结构 的适应 性 。
表 面修复 ，防止 表 面病害 影响路 面结 构安 全 ，保 证路 面在相 当长
系 等 问题 ，应 用受 到 诸 多 限制 。
Ａ Ｓ Ｔ 于２ 世 纪５ 年 代 末６ 年 ＡＨ ０ ０ ０ ０
２３１ 缺 少 科 学 合 理 的 材 料 强 ．．
度 指标 Ａ Ｓ Ｏ试 验 路 面 面 层 材 料 ＡＨ
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。
浅析国内外沥青路面设计方法
力学—经验法以材料的本结构方程为基础， 分析在各种轴载、 环
参考文献
境、 材料及结构条件下公路的 基本反应和 陛 从实际条件 ＾ ， 能。 手 建立 『 王虎盛 ， 长寿命沥青路面 １ １ 殷伟． 设计方法的 研究 华东 公路， ０ ， ２ ９５ ０ ． 具体问题的力学状态和边界条件， 从而利用适当的本构方程， 确定问 『 胡佳徒 外沥青路面设计方法和指标综述册． ２ １ 国 湖南交 通科技 ， ２ ０ ，． ０ ８４ 题的解。常用的本构方程包括线性弹ｌ 非线性弹性、 生、 粘弹陛、 生 弹塑Ｉ ３ ］ 陈强． 沥青路面在美国的应用与发展册． 国外公路，０ １１ ２ ０ ，． 等。 在力学—经验法中， 力学模拟与性能观测相结合 ， 即用力学模型确 『 张起森，
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
沥青路面结构设计浅析
ＭＵＩ１ＮＳＮＡＤＡＯ ＵＮ１ ・ 公 路工 套 与 运 辐 ＭＮＡ０ｓＴ ＤＲＩＴＮＳＥ ｎ７ ｃ１ Ａ ＺＩ Ｉ ５ Ｓ
Leabharlann Baidu
沥青路面结构设计 浅析
常 兴 文
（ 南 省 交 通规 划 勘 察 设 计 院 。河 南 郑 州 ４ ０ ５ ） 河 ５０ ２
ｃ ｐ ｂｉ ｔｅ ａ ａ ｌ ｉｓ ｉ
改革开 放 以来 ，我 国公 路交 通建设 事 业突 飞猛
计 的新 趋势 ，具有一 定 的合理性 。 １ 我 国高速公 路 的结构 与永 久性 路面 结构 与混 凝 土路 面相 比 。沥 青 路 面具 有 表 面平 整 、 无 接缝 、行 车舒 适 、耐磨 、振 动小 、噪音低 、施 工
期 短等优 点 ．因而获得 了越 来越广 泛 的应用 ，２ 世 Ｏ 纪 ５ 年 代 以 来 。各 国修 建 的 沥青 路 面数 量 迅 速 增 Ｏ 长 。沥 青路 面结构设 计 初始 ，其 主要 目的就 是 为保 护路基 土不 经受 车辆 的直接 作用 ．通 过路 面传播 至
土 基 的应力 被扩散 而不 会造 成 土基过 大 的沉降 ．这
ＣＨＡＮＧ Ｘｉ ｇ ｗｅ ｎ— ｎ
（ ａ ｒｖ ｃ ｒ ｉ Ｐ ａ ｎ ｕ ｖｙ Ｄ ｓ ｎ Ｉ ｓ ｔ ｅ ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ２，Ｃ ｉａ Ｈｅ ｌ Ｐ ｏ ｉ ｅＴ ａ ｃ ｌｎ ａ ｄ Ｓ ｒｅ ｅｉ ｎ ｔｕ ，Ｚ ｅ ｇｈ ｕ ４ ０ ５ ｎ ｌ ｎ ｆ ｇ ｉｔ ｈｎ ） Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｔ ｅ ｏ ｃ ｐ ｆ ｂ ｔ ｍｅ ｏ ｄ ｕ ｆ ｃ ｅ ｉｎ， ＡＰ ｒ ｃ ｎ ｌ ｒ ｖｄ ｄ ｐ ｒ ｎ ｎ ｏ ｄ ｓｒ ｃ ： ｎ ｈ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｉ ｕ ｎ ｒ ａ ｓ ｒ ｅ ｄ ｓｇ ａ Ａ ｅ ｅ ｔ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｅ ｍａ ｅ ｔ ｒ ａ ｙ ｓ ｒａ ｅ ｏ ｃ ｐ ．Ｉ ｏ ａ ｅ ｔ ｅ ｅ ａ ｅ ｔ ｏ ｄ ｕ ａ ｅ ｓ ｕ ｃ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｆ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｈ ｐ ｒ ｎ ｎ ｒ ａ ｓ ｒ ｃ ｍａｎ ｐ ｃ ａｔ ｓ ｓｒ ｃｕ ｅ ｅ ｉｎ ｍ ｆ ｉ ｓ ｅ ｉｌ ｅ ， ｔ ｔ ｒ ｄ ｓ ｗａ ｓ ｎ ｄ ｉ ｕ ｇ ｙ ａ ｍａｅ ａ ｒ ｓ ａ ｈ ａ ｐ ｃｓ ｉ ｕ ａ ｉｎ Ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｉ ｍｅ ｃ ｎ ｒ ｔ ｒ ａ ｕ ａ ｅ Ｓ ｅ ｉ ｗ ｉ ｈ ｗｉ ｔ ｒ ｌ ｅ ｅ ｓ ｅ ｔ ｗ ｔ ｏ ｒ ｎ ｔ ｏ ｃ ｐ ｓ ｆ ｂ ｔ ｉ ｒ ｈ ｏ ｕ ｎ ｏ ｃ ｅｅ ｏ ｄ ｓ ｒ ｃ ｄ ｓｇ ｆ ｎ ｈｃ ｌ ｌ ｂ ｎ ｆ ｈ ｏ ｃ ｐ ｆ ｕ ｉ ｍｅ ｏ ｄ ｓ ｒａ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｅ ｉｎ ｅ ｅ ｔ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｏ ｒ ｂ ｔ ｉ ｕ ｎ ｒａ ｕ ｃ ｔ ｃｕｅ Ｓ ｄ ｓ ． ｆ ｒ ｇ
沥青路面设计方法
沥青路面设计方法
孙奕;孟祥欣;余耀威
【摘要】The paper introduces the types for the design methods for asphalt pavement,mainly analyzes and interprets the formations,features and utilities of CBR design method,AASHTO design method,Shell design method,and AI design method,and points out the improvement sug-gestion for the shortages of these methods,so as to enhance the development of design methods of the asphalt pavement.%介绍了目前沥青路面设计方法的类型，着重对 CBR 设计法、AASHTO 设计法、Shell 设计法、AI 设计法的产生、特点以及使用情况进行了分析阐释，并针对各方法中存在的不足之处提出了改进建议，以不断促进沥青路面设计方法的发展。
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2014(000)025
【总页数】2页(P165-166)
【关键词】设计法;沥青路面;经验法;建议
【作者】孙奕;孟祥欣;余耀威
【作者单位】沈阳市公路建设有限公司，辽宁沈阳110011;沈阳公路规划设计院，辽宁沈阳 110168;大连理工大学建设工程学部，辽宁大连 116000
沥青路面设计方法及存在问题浅析
Ｃ Ｒ法 以 Ｃ Ｒ值作为路基 土和路 面材料 （ Ｂ Ｂ 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 Ｃ Ｒ测定 ， Ｂ 建立 起路基 土 Ｃ Ｒ一轮 Ｂ 载 一路 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 ， 以按设 计 轮 载 可
用于其它地区或国家时便存在着很大的局限性 。但
Ａ Ｓ Ｏ试验路的测定数据得到了 良好 的整理和保 ＡＨ 存 ， 多 力学 一经 验 法 的设计 指 标 和参 数 验证 提 为许 供了丰富的依据。 １ ２ 基 于 力学的设计 方法 ．
力 学 一经验法 首先分 析路 面结 构在 荷载 和环境
一
面使用情况来看仍存在许多问题。无论是采用 国外 相似的混合料配合 比， 还是我 国传统的配合比， 使用 定 年限 （ 于设 计使 用 年 限 ） 都 普 遍 出 现早 期 小 后
一
中的路基土采用 回弹模量表征其性质 ； 面结构层 路 按 各层材 料性 质 的不 同转 换 为用 一个 结构 数 （ Ｎ ） Ｓ 表征。Ａ Ｓ Ｔ Ａ Ｈ Ｏ方法的最大特点是采用现时服务能 力指数 （ Ｓ ） Ｐ Ｉ 作为路 面使用性能 的度量指标。Ｐ Ｉ Ｓ
和路基土 Ｃ Ｒ值确定所需 的路面层 总厚度。路面 Ｂ 各结构层次的厚度， 按各层材料的 Ｃ Ｒ值进行当量 Ｂ 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 。
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,h
n 为新路面厚度,h
e
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(W
L
-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
三种沥青混合料设计方法的比较
轴 时 ，初 始机器 角一 般设定 为 ０８ ，这 一角度 仍 ．。 为经验值 ， 在试 件压 实过程 中 ， 机器 角会 不 断变化 ， 这一 变化 与混合 料在压 实过程 中的变化 相关 。 Ｇ Ｍ 设 计 混合料 时 ，通常 采用 平衡 状态 法成 Ｔ 型试 件。即成 型 时 ，不管 对任何 材料 、任 何 级配 、 任何 温度 ，一直 要压 实到 平 衡状 态 密 度 ，亦 即不
协调 的 ，导致 设计 看似 容 易 ，其 实有相 当难度 。 Ｇ Ｍ 设计 法依 据 ＧＳ 、Ｇ Ｆ确定 最 佳沥 青用 Ｔ Ｉ Ｓ 量 ，故 在 确 定最 佳 沥青 用 量 时 ，体 积 指 标 已退至
次要 地位 ，但 是 这并 不 意 味着 体 积指 标 在 整 个 混 合 料设计 中不重 要 了。 由于 沥青 混合料 水稳 定性 、 耐 久 性 与 体 积 指 标 有 关 ，因 此 体 积 指 标 可 以在 Ｇ Ｍ 设计 的沥青 混合 料 的水 稳定 性 、 疲 劳性能 、 Ｔ 抗
沥青 混 合 料 的设 计 对 混 合 料质 量 具 有 关键 影 响。 目前 国 内具 有代 表 性 的沥 青 混合 料 设计 方法 有 马歇 尔 法 （ ｒｈ ｌ 、 美 国 公路 战 略研 究 计 划 Ｍａｓ ａ１ ） （ ＨＲ ） ｕ ｅ ｐ ｖ Ｓ Ｐ Ｓ ｐ ｒａ ｅ设计 法 、美 国工程 兵 团旋 转压 实 仪 Ｇ Ｍ（ ｙａｏ ｙＴ ｓｉ ｃ ｉｅ Ｔ Ｇ ｒｔ ｒ ｅ ｔ ｇ Ｍａ ｈｎ ）设计 法 。 ｎ 其 中 ，马歇 尔 设 计 法是 我 国应 用最 多 的一 种设 计 方 法 。Ｓ ｐ ｒａ ｅ设 计 法 与 Ｇ Ｍ 设 计 法 在 国 内 ｕ ｅｐ ｖ Ｔ
长寿命沥青路面研究现状及展望
05
结论与建议
结论
沥青路面在交通荷载和环境因素作用下，性能会发生退化，主要表现为损坏和性能衰减。
现有研究和实践表明，延长沥青路面的使用寿命具有重要意义，可以减少路面维修次数、 降低养护成本、减少交通拥堵和环境污染等。
目前关于长寿命沥青路面的研究主要集中在材料设计、施工工艺、表面功能和耐久性等方 面，取得了一定的研究成果，但仍存在一些问题，如路面材料性能不稳定、施工质量控制 不严格、表面功能不足等。
题，影响行车安全和经济效益。
长寿命沥青路面作为一种新型路面形式，具有较高的抗车辙性
Leabharlann Baidu03
能和耐久性，能够显著提高路面的使用寿命。
研究意义
提高道路的使用寿命和安全性，减少因路面损坏 而带来的交通拥堵和事故风险。
降低道路养护和维修成本，提高道路的经济效益 和社会效益。
推动道路工程领域的技术创新和发展，提高我国 在道路工程领域的国际竞争力。
03
研究方法与技术路线
研究方法
文献综述
对国内外关于长寿命沥青路面的研究文献进行全面梳理和 评述，了解研究现状和发展趋势。
理论分析
运用材料科学、结构设计、数值计算等理论对长寿命沥青 路面的材料性能、结构设计和耐久性等方面进行深入分析 。
实地调查
选取具有代表性的长寿命沥青路面进行实地调查，收集路 面的设计、施工、养护等方面的数据，为研究提供实践支 撑。
沥青路面结构设计
第三节 沥青路面的结构设计
1、路面结构组成
1．沥青路而结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。
2．面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至 三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、 下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。
(3)竣工后第一个夏季测定沥青面层横向力系数(或摆值)、路面宏观构造 深度，应符合表4．1．5规定的竣工验收值的要求。
4.2 高级路面
4．2．1沥青混凝土
1．沥青面层可由单层或双层或三层沥青混合料组成，各层混合料的组成设计应根 据其层厚和层位、气温和降雨量等气候条件、交通量和交通组成等因素，按表 4．2．1选用适当的最大粒径及级配类型，使之满足对沥青面层使用功能的要求。
表4．1．5 抗滑标准(p519)
公路等级
高速公路 一级公路
竣工验收值 横向力系数SFC
≥54
摆值Fb（BPN） ≥45
构造深度TC （mm）
≥0.55
(1)摩擦系数：高速公路、一级公路宜在竣工后第一个夏季采用摩擦系数 测定车，以(50土1)km／h的车速测定横向力系数(SFC)。
(2)路面宏观构造深度：路面宏观构造深度，应在竣工后第一个夏季用铺 砂法或激光构造深度仪测定。
四、推 移 当沥青路面受到较大的车轮水平荷载作用时(例如经常启动或制动路段及
沥青路面结构设计方法对比分析
层 ＋水 泥稳定 材料基 层 。⑦ 沥青混 凝土 面层 ＋沥 青
稳定材 料基层 。
显 然路 面结 构 中也考 虑 了水 泥稳定材 料基层 ， 但
要 求无 机 结 合 料 稳 定 材 料 层 上 应 铺 筑 最 少 相 当 于
１ ０ｍｍ 的沥青层 ， ５ 且应 进行 水 泥稳 定 粒料 层开 裂 的
（）澳 大 利 亚 ： 青 路 面 结 构 层 组 合 的种 类 较 ５ 沥
多， 主要 类 型 有 ： 薄沥 青 层 ＋粒 料层 。② 薄 沥 青 ① 层 ＋粒 料层 ＋无机 结合料 稳定 料 。③ 薄沥 青层 ＋ 双 层无 机 结 合 料 稳 定 材 料 。④ 全 厚 式 沥 青 路 面 。
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
并 与 ＡＡ ＨＴｏ法 的路面轴载换算方法进行 比较 。 ｓ 关键词 ： 沥青路面 ； 结构 层组合 ； 路面设计 ； 轴载换算
中图 分 类 号 ： １． １ Ｕ４ ６ ２ ７ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编号 ：６ ３５ ８ （０ ０ ０—７ ００ １ ７ ７ １ ２ １ ）６０ ４ ４
沥青路面力学文献综述
沥青路面力学文献综述
摘要：沥青是我国主要的道路铺筑材料，沥青路面的力学性能影响着道路的使用和发展。因此本文对沥青路面力学进行综述，主要汇总了荷载形式和基层形式对沥青路面力学性能的影响，简述了相关研究方法、仿真模型和实验结论，并对今后的沥青路面结构力学发展进行了展望。
关键词:沥青路面；力学性能；荷载作用；基层形式。
0 前言
近些年我国对沥青路面结构力学也进行了大量的研究，现阶段的数值仿真方
法主要分为有限元方法和离散元法，其中有限元方法是目前研究和使用较多。任
俊达[1]就基于沥青路面足尺加速加载试验，就通过ABAQUS建立了典型半刚性基层的沥青路面力学三维粘弹有限元模型。多尺度力学试验与仿真分为宏观尺度和微
观尺度，这两种尺度可以从两个方向上共同论证试验的合理性。长寿命路面结构
也是我国比较热门的研究话题，主要对刚性、半刚性、柔性与复合式等路面结构
开展研究[2]。
沥青路面力学性能的研究是近些年比较热门的话题。有许多学者研究了这些
误差对沥青路面力学性能的影响。潘勤学[3]就对双模量理论和传统线弹性理论进
行了有限元分析，结果表明基于双模量理论与基于传统线弹性理论所得到的沥青
路面力学响应偏差明显。
本文通过沥青路面结构力学的荷载形式影响和环境因素影响进行总结。
1 荷载形式
荷载形式对沥青路面结构力学影响的研究主要分为非均布荷载作用和移动荷
载作用。实际中的车轮荷载呈非均布荷载形式，但是很多情况下，会将其视为均
布荷载以方便构建模型和计算。胡小弟等[4]通过试验证明了车辆轮胎与地面接触
形状更接近于矩形，超载时荷载分布形式呈现凹形分布的非均匀分布形式。层间
沥青路面主要设计方法浅述
Ｋ 一结 构 系数 （）设计参数 ３ 荷 载 采用 １ ０ ＫＮ 双 轮组 单轴 轴 载 ０
论述 了国内外沥青路 面的主 要设计 方法。
≮囊 蔫辫
沥赘暑 面 毫 驽浣 ｒ 良夔 ｜ ｔ
对沥 青面层、半 刚性 基层 ，底基层进 行层底拉 应力验 算 。 （ ）设 计 指标 ２ １）为控制路 基路 面结 构的总 变 形 ，防止沉陷 、车辙 等整体强度不足 的损坏 ，采用弯沉指标 路 基路面结 构表面在双 圆均布荷载作用下轮隙中心 处的实测路表弯沉值 ｌ≤该路面容许回
２． 吉林 交通 职 业技 术 学院
为结 构整体 刚度的设计指标 ，来计算
随 着交通运输 业的不 断发展 ，道路在综合 运 输 中发挥 着越 来越 重要 的作 罔 ，沥青路 雨作
为高等级路 面的主要 结构 类型而得 到广泛应
用，殴此沥青路 面的设计至 美重要 拳文童要
路面厚度 。 ２ ）对 高 速 、 一 级 和 二 级 公 路 ，
下 得到 的 。 （ ）理 论 基 础 １
Ｐ
本方法计算时采用弗恩等人制定的 疲劳标准 ，且作了适当标定以反映沥青
用量 和 空 隙 率 的 变 化 对 疲 劳 寿 命 的影 响。
１ ）采 用 双 圆垂 直荷 载 作 用 下 的 多 层 弹 性 连 续 体 系 理 论 ， 以 设 计 弯 沉 值
沥青路面罩面设计方法综述
组分分析法 中对含水量和密度的测试更能代表现有路面的实际状况 。选择代表弯沉 的具体方法依赖于 罩面设计的方法和观测到的路况信息 。罩面厚度 主要是根据 弯沉和现场性能 的经验关系来确定 的。它
析法是基于应力和应变的关系或用于层状体系分析的变形和性能观测 ， 然而这些方法还没有达到对回收材
料或应力吸收夹层进行结构或寿命周期的考虑。目前有关罩面的设计方法可被归纳为 ３ 种类型： 组分分 ①
析法， 如美国的 Ａ Ｓ Ｔ Ａ Ｈ Ｏ路面结构设计指南第三部分采用的即是此法； 弯沉法， ② 美国地沥青协会 、 加利福 尼亚交通运输部 、 美国陆军工兵团、 弗吉尼亚公路运输部 、 英国运输与道路研究所 Ｔ Ｒ 、 Ｒ Ｌ 加拿大好路协会等
罩面是公 路管理部门最 为关 心 、 也是应用最为广泛的一种 养护措施 。对现 阶段 国内外主要 的沥青 路 面罩 面设
计方法进行了简要的介绍， 并对其优缺点进行了较为全面的分析。
关 键 词： 沥青路面 ； 面； 罩 设计方法 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ：６２— ０ ２ ２ ０ ０ ０ ５ ０ １７ ０ ３ （０６ｌ４— ０ ２— ６ 中豳分类号 ：４ ６ ２７ Ｕ １． １
的较薄的加铺层 ， 一般都靠经验确定 ； 而结构性罩面主要是指用于提高路面结构承载力 ， 以适应预期的交 通荷载而需要的较厚的加铺层。目前 国外对罩面改建设计方法的研究都是针对于后者 ， 类似于我国的补 强设计。我国的罩面厚度较薄 。 相当于国外 的“ 薄罩面” 预防性养护措施 ， 即功能性罩 面。罩面薄 ， 某种
沥青混合料设计的基本原理及主要方法综述
（ 重庆交通大学 土木建筑学院 ）
摘
要： 沥青混合料 是当代道路路面工程 的重要 材料之一 ， 沥青混 合料设计 是铸造性能 良好 的沥青混合 料的
途径 。对 马歇 尔法 、 维姆 法、 Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｐ ａ ｖ ｅ法及法 国方法分别 进行 阐释 ， 明晰 了各种 方法 的设计 理论与思 路 ， 指 出了各种方法的特点 ， 辨析了各种方法 的优 点及存在 的不 足。
关键 词 ： 综述 ； 沥青 混合料 ； 混合料设计 ； 马歇尔法 ； 维姆法 ； Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｐ ａ ｖ ｅ 法； 法 国方法
中图 分 类 号 ： Ｕ ４ １ ６ ． ２ 文献标识码 ： Ｃ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ８— ３ ３ ８ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９— ０ ０ １ ９— ０ ２
并在 由沥青粘度一 温度关系确定 的特定 沥青混合料是一 种由矿质骨料 、 矿粉 以及沥青粘结材料 分含量的沥青混合 ， 组成 的复合材料 ， 经过拌 和 、 摊 铺与 碾压 等施工 工序后 能形 温度下压实 。压实功 由重锤下 落反复 击实施 加。在压实过 成路面结构 。沥青混合 料作 为近 现代道 路路 面工程 的重要 程 中产生 的空隙得到确定并使之 与规范 比较 。通常情况下 ， 材料之一 ， 具有力学性 质好 、 路用 性能 强 、 行 车 噪音小 、 抗滑 需求得到 ４ ％的空隙率 时 的基 于骨料最 大公称 粒径 的 Ｖ ＭＡ 性能优 、 耐久性好 等特点 ， 并广 泛应 用于城市道路 、 高速公路 值 。如果这个 特定的空隙率不能通过只变化沥青含 量得到 ， 那么将不得不试验新 的骨料级配 ， 甚至新的骨料原材料 。 和其他各类道路工程 的面层结 构 。 １ 沥青混合料设 计的基本 原理 马歇尔击实仪的主要 部分是 一个恒定重 量并 提升到恒 用 以压实混合 料 。在压 实后 ， 混合 料的体积 个合理 的沥青混合 料设计 应使 其混 合料成 品具 有 良 定高度的重锤 ， 好 的高温稳定性 、 低温抗 裂性 、 抗 滑性 、 水稳 定性 、 抗 老化性 参数得到确定 ， 并用 马歇 尔稳定 度仪测试其 稳定度 （ 峰值强 度） 与流值 （ 峰值强度下 的形变 ） ， 其结果 与建 立的规范相 比 等一系列技术性质 ， 能够承受车辆荷载及适应 各种环境 。 设计沥青混合料要确 定集 料与 沥青含 量 的经 济配 合所 较 。 对矿质骨料而言 ， 马歇尔 方法虽然有要求为沥青混合料 组成 ， 其混合物具有 耐久性 、 能承受荷 载的稳定度 、 易于工程 但除 了以一个较 为主观的级配 中值线作为 装置摊铺与压实 的工 作性 。最 终 ， 路用 性能 关系 到耐久 性、 选择合适 的骨料 ， 并 没有 提供 骨 料骨架 结 构选择 的 明确理 论指 抗渗性 、 强度 、 刚度 、 柔 度、 疲劳抗性 、 工作性 。由于没有单一 设计参考外 ， 然而却 的 因素能使所有这些属性最大化 ， 其确定是基 于对 特定 条件 导。该方法也期望 实现混合 料体积及 稳定度的优化 ， 没有明确的骨料级 配优化方案来实现这个 目 标 。再者 ， 该方 下各属性需求的优化 。 大大增加 了骨料被击碎 沥青混合料通常 由沥 青 、 骨料（ 粗料、 细料） 、 矿 粉 三种 法利用重锤 击打试件来 施加压实功 ， 使控制骨料的结构变得更加困难。 基本材料配合形成。这些 材料 的原始 属性 以及之 间 的 比例 降解的潜在可能， 决定了混合料的基本性质 。同时， 不 同的混合料成 型方式会 ２ ． ２ 维姆法（ Ｈ ｖ ｅ ｅ ｍ） 维姆 法的基本概 念 由加 利福尼亚 州公路局 的驻地 工程 直接影响各材料组分之间 的契合程 度。 师弗 朗索 瓦 ・ 维姆 于 ２ Ｏ年代末及 ３ Ｏ年代初建立起来 ， 至今 美国西部 的少数几个 州仍在 采用 。其 混合料设 计理论 主要 可以总结 为如下三 点 ： 对 裹覆沥青 的最佳 优选 ， 承受荷 载的 稳定度以及混合料 耐久性。 维姆法认 为 ： 混合料稳定度 由骨料颗粒间产生的内部摩 阻力 与粘结力 即粘 结剂 的抗拉强 度决定 。而耐 久性是 沥青 膜厚度 的递增 函数 。 维姆法设计摊铺？ 昆 合 料 的主要步骤 是选取并 测试骨 料 与沥青 以及包含骨料表 面容 量 （ 吸油率 ） 与最 佳沥青含 量预 估 的离心煤油 当量 （ Ｃ Ｋ Ｅ） ； 由加利福利亚揉捏 压实仪成 型试 件； 测定维姆稳定度及维姆黏度。 整个设计 过程 的核 心 为 离心 煤 油 当量 试 验。在 进行 图１ 沥青混合料结构组成 Ｃ Ｋ Ｅ试验之前要 对试件采 取膨胀及 密度空隙分析 的稳定计 总体来看 ， 无论 何种 设计 方法都 是通 过控制 以下 的变 试验 。通过表面积 、 空隙率 、 最佳 沥青膜厚 度及一 系列实验 量来实现对沥青混合 料属性 的期望 ： 室试验来预估平 均 沥青含 量。 比表 面积 （ Ｓ Ｓ Ａ） 是确定 沥青 （ １ ） 沥青 ： 类型 、 流变性 、 耐久性 、 纯度及改性外掺剂 ； 膜厚度的起点 ， 沥青 膜厚度是未被矿料颗粒吸收的沥青量与 （ ２ ） 骨料 ： 来源、 尺 寸 与级 配 、 耐久 性 与坚 固度 、 韧 性与 矿料 比表面积之 比。离 心煤 油当量 （ Ｃ Ｋ Ｅ） 用 来确定对 于集 耐磨性 、 形状与表观构造及洁净度 ； 料 的大致沥青含量 。该步骤也规定 了系数 Ｋ， 用 以表征基于 （ ３ ） 沥青含量 （ 油石 比） ： 矿料孔 隙率 、 矿 料间 隙率 、 混合 空隙 的相对粗糙度与表面容 量（ 保 留沥青裹 覆的能力 ） 。该 料空隙率 、 沥青膜厚 度。通常 以沥青对沥青混合料 的质量百 系数 由试验整合 确定 ， 并与 Ｓ Ｓ Ａ一 道用 于确 定大 致沥 青含 分 比来表示 。 量 。Ｓ Ｓ Ａ由表面积系数表确定 ， 这 些系数来 自于相 关筛孔直 ２ 沥青混合料设 计的主要方法 径的集料直径。 ２ ． １ 马歇 尔方法（ Ｍ ａ ｒ ｓ ｈ ａ ｌ １ ） 试件成型过程运用加州揉捏压实仪 ， 其揉搓 的压实方式 １ ９ ３ ９年 ， 在美 国密西西 比交通 局 工作 的 Ｂ ｒ ｕ ｃ ｅ Ｍ ａ ｍ ｈ ａ ｌ ｌ 较好地模拟了实际路面施工过程 中的碾压 ， 然而其设备 昂贵 开发了这种方法 ， 并 由在 Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｗ ａ ｙ ｓ 试验 中心 的工程兵 发展 且不易挪移运输 ， 会增加特别是较低交通量道路工程的施工 与规范化 。 成本。在评价 方式 上 ， 维姆稳定度试验直观地反映了混合料 马歇尔沥青混合 料设 计方 法主要 包含 以下步骤 。选 择 抗剪强度 中的内摩 阻力 ， 并结合维姆黏度试验对混合料 式样 个试 验的骨料级配及 压实 等级 。试 验级 配骨料 与不 同百 的空隙、 耐久性进行 了测试与评价 。然而稳定度的量测 范围
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国内外沥青路面设计方法综述
周利,蔡迎春,杨泽涛
(郑州大学环境与水利学院,郑州450002)
摘要:当前世界各国众多的沥青路面设计方法,可概括地分为2类:一类是以经验或试验为依据的经验法;一类是以力学分析为基础,考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的力学-经验法。简要介绍目前国内外典型设计方法(CBR法、A ASHT O法、S HEL L法、A I法及国内方法),并比较其优缺点,针对现行设计方法,特别是我国设计方法,提出改进意见。
关键词:沥青路面;设计方法;综述
文章编号:1009-6477(2007)04-0036-04中图分类号:U416.217文献标识码:B
S ummary of Dome stic&Overseas Asphalt Paveme nt Design M ethod
Zhou Li,Cai Y ingc hun,Y ang Zetao
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为面层的路面结构。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,其发展历程经历了古典法、经验法和力学-经验法3个阶段。当前世界各国众多的沥青路面设计方法大体为后面2种,即以工程使用经验或试验为依据的经验法和以力学分析为基础,考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的力学-经验法。为了更好地借鉴前人的研究成果,有助于指导今后设计方法的研究,本文简要介绍目前国内外几种典型的设计方法:(1)经验法的代表方法:CBR法和A AS HTO法;(2)力学-经验法的典型代表:AI法和SHEL L法;(3)我国2004规范(报批稿)采用的设计方法,并作简单评价。
1国外沥青路面设计方法
国外的沥青路面设计方法,可分为经验法和力学-经验法2大类[1]。
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、荷载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美国加州承载比(CBR)法和美国各州公路和运输工作者协会(AA SHT O)柔性路面设计法。
1.1.1CBR法[2-3]
CBR法是以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3者之间的经验关系。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,所提出的C BR指标已作为路面材料的一种参数指标得到了广泛应用。如日本的路面设计经验法(T A法)就是以CB R法为基础制定的。
1.1.2AA SHT O法[2,4-5]
A AS HTO法是在1958)1962年间A AS HO试验路的基础上建立的。整理试验路的试验观测数据,得到了路面结构-轴载-使用性能三者间的经验关系式。路面结构中的路基土采用回弹模量表征其性质,路面结构层按各层材料性质的不同转换为用一个结构数(S N)表征。AAS HT O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。PS I是一个由评分小组进行主观评定后得到的指标,它与路面实际状况(坡度变化、裂缝面积、车辙深度、修补面积)之间建立经验关系式,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-经验法首先分析路面结构在荷载和环境作用下的力学响应(应力、应变、位移),利用在力学
公路交通技术2007年8月第4期Technology of Highw ay and Transport Aug.2007No.4
收稿日期:2007-01-10
响应与路面性能(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。最著名的是美国沥青协会(AI)法和壳牌石油公司柔性路面设计(Shell)法。
1.2.1Shell设计法[6-9]
Shell设计方法是由英、荷壳牌石油公司研究所研究、发展和完善起来的设计方法。在该设计方法中,路面结构分为3层,即路基、基层和沥青层,各层材料以动态模量P劲度表征,以厚度、模量和泊松比表示路面特征。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。当有困难时,也可根据CBR或承载板试验结合工程经验选择。无机结合料基层模量依赖于它的受力状态,其值取决于路基模量和基层厚度。环境因素的影响以温度对沥青混合料材料特性的影响来表征。
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BIS AR计算。
标准轴载为单轴双轮,轴重80kN,单轮轴载为20kN,双圆接地半径R=105mm,轮际间距315mm。在计算中,沥青层、无机结合料基层及路基的泊松比都为0.35,计算应力与应变的最不利位置都取2处,即沥青层底部和路基顶部的轮中心下及轮际中心下。
Shell设计法考虑了2项主要设计标准和2项次要设计标准。2项主要设计标准是控制疲劳开裂的沥青层底面的容许水平拉应变E fat和控制永久变形的路基顶面的容许竖向压应变E z。控制标准分别如下式:
N f=|[(0.856V b it+S-0.36
mix
)]P E r|5
N f=(a P E z)4
式中,N f为累计标准荷载作用次数;V b it为结合料的体积比;S mix为沥青的劲度模量。
可靠度为50%时,a取0.028;可靠度为85%时,a取0.021;可靠度为95%时,a取0.018。
2项次要标准是水泥稳定类材料底面的弯拉应力和路表面的永久变形。
水泥稳定类材料底面的弯拉应力采用下式控制:
R r2=R r1(1-0.075lg N f)式中,R r2为容许弯拉应力;R r1为材料的极限弯拉强度。
由于沥青层具有粘弹性特性,因此会产生永久变形。为了控制所设计的路面结构在使用中不出现过大车辙,即高速公路不超过10mm,普通道路不高于30mm,S PD M建立了基于静态蠕变试验的车辙预估模型-沥青层厚度、沥青层平均应力、沥青混合料劲度模量的函数。沥青层永久变形公式如下式: $h1-i=C m@h1-i@(Z@D0)P S m-i
式中,Z为应力分布系数;D0为轴载压应力,标准轴载80kN的为6@105Pa;S m-i为i层沥青混合料的单轴静态蠕变劲度模量;C m为动态修正系数,反映动态轮辙试验及静态蠕变试验的差异,同混合料类型有关。
将各层的永久变形相加即为沥青层的永久变形,沥青层永久变形同基层与路基变形之和即为车辙。
1.2.2美国地沥青协会(AI)法[2,6-7,10]
AI设计法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。路基土的泊松比假设为0.45,其它材料的泊松比假设为0.35。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 (或R)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1P3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。
沥青混凝土面层、沥青混凝土(全厚式)或乳化沥青基层采用3层弹性层状连续体系,当其下还有粒料基层时,采用4层弹性层状连续体系。荷载模型为双圆垂直荷载,不考虑水平荷载,以80kN单轴荷载为标准轴载,单圆当量圆半径为D=11.43c m,两轮中心间距为3D,力学计算须计算各层沥青层底、路基土顶面以下单圆中心点,单圆内侧边缘、双圆间隙中心点3个点的最大应力、应变值。
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E H和控制永久变形的土基表面的竖向压应变E z。
(1)疲劳准则
AI法建立了标准混合料(沥青体积为11%,空
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2007年第4期周利,等:国内外沥青路面设计方法综述