美国及欧洲沥青混凝土路面设计方法介绍

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比利时
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法国
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俄罗斯
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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。
压应变 拉应变
应变
疲劳寿命 无限长
疲劳寿命
沥青基层的抗疲劳性能
◎ 有效沥青含量较高的混合料= 混合料具有较高的应变能力 ◎ 改性沥青 =混合料具有较高的应变能力
应
高沥青含量
变
疲劳寿命无限长
低沥青含量
疲劳寿命
影响永久性路面抗车辙性能的因素
◎ 集料级配； ◎ 沥青等级及改性剂的添加； ◎ 施工过程中混合料的密度（空隙率）； ◎ 选择适宜的表面层材料。
车辙率与沥青层厚度的关系
1000
100
车
辙
率
10
(mm/msa)
1
0.1 0
100
200
沥青层厚度 (mm)
300
400
永久性沥青路面设计方法
材料性能指标 (模量值)
面层底部大于70 me的拉应 变出现的可能性最小； 路基顶部大于 200 me的压 应变出现的可能性最小；
最终设计
路面力学模型 路面反应
(应力、应变等）
转换函数
路面寿命是 否满足要求？
永久性路面设计标准
标准当量轴载
限制弯拉应变 < 70me
厚沥青层(> 8”)
限制竖向压应变 < 200me
基层 (按要求确定) 路基
永久性路面设计目标
HMA 反复弯曲
基层
路基 反复变形
产生疲劳开裂
产生车辙
国外沥青路面设计方法介绍
CBR 设计法 AASHTO 设计法 SHELL设计法
国外沥青路面结构的设计年限
国家
美国 （AASH TO93）
德国
英国
法国
南非
日本
加拿大
澳大 利亚
设计 年限
30～50 30～40
40
30～40 20～40 20～40 30～40 20～40
部分国家使用的主要沥青路面结构
国家
法国 英国 美国 日本 德国 加拿大 中国
主要路面结构
粒料基层 厚沥青层 薄沥青层 全厚式 混合式 下卧底基层 厚粒料基层
}1.5 - 3” SMA, OGFC 或 Superpave （表面层 ）
4” to 高压应力区 6”
高模量抗车辙材料（联结层）
最大拉应变
柔性抗疲劳材料 3 - 4”（HMA基层）
路面基础（Pavement Foundation）
永久性沥青路面对结构层材料的要求
◎ 要求面层应具有足够的抗车辙能力、抗渗性及抗磨耗 性能；
AASHTO方法
◎ AASHTO法提出了路面现时服务能力指数PSI的概念， 以反映路面状况与质量的指标。通过对相同路段的主 观评价与客观评价，建立了PSI与路面状况的关系。
◎ AASHTO设计方法提出以使用年限末的路面现时服务 能力指数Pt作为设计控制标准，使路面结构设计和路 面使用期末的性能联系起来。
CBR设计法
该方法是上世纪二十年代美国加州使用的一种方法。 该法根据多年实测结果得到一条土基承载值与路面总厚 度的关系曲线。而土基的承载值用标准碎石承载能力的 百分比（称为加州承载比，记为CBR值）表示。所以 这种方法也称为CBR法。提出的CBR指标已被作为路 面材料的一种参数指标得到了广泛应用。
20
使用者延误费用 维修费用 初期建设费用
30
40
设计寿命（年）
永久性沥青路面经济性
永久性路面能够承受更大的交通量和更重的交通 荷载，虽然其初期建设费用较高，但是如果评价整个使 用周期的总费用，永久性路面较传统的沥青路面更经济， 降低了使用周期内的维修费用，同时极大降低了道路使 用者的使用费用（交通延误及事故费用）。
国外沥青路面结构设计简介
◎ 丰富我国现有路面结构类型的必要性 ◎ 永久性沥青路面简介 ◎ 国外沥青路面结构设计方法介绍
CBR设计法(加州承载比法) 美国各州公路工作者协会(AASHTO)设计法 shell(壳牌 )设计法
丰富我国现有路面结构类型的必要性
我国高速公路路面的早期损坏严重：
◎ 沥青路面建成不久，当年或者2～3年后，沥青路面就 发生不同程度的开裂、车辙、坑槽等早期损坏。
◎ 另外的早期损坏是指所修建的路面普遍达不到路面的设 计年限。路面的大修经常是“开膛破肚”式的。
张春贤部长 在全国交通工作会议上指出
“要有针对性地引进国外成熟的技术、标准和规 范。科研成果是实践经验的总结，是人类文明的结晶， 我们要善于借鉴一切先进的科研成果。在公路建设和 管理领域、国与国之间 的技术问题及解决方法具有很 多共性。发达国家研究早、实践早、积累了丰富的经 验，许多技术、标准和规范属于政府所有，没有知识 产权的障碍，我们要把技术引进作为公路交通实现新 的跨越式发展的重要手段”
◎ 要求中间层（联结层）具有较强的抗车辙性能； ◎ 要求基层具有足够的抗疲劳及耐久性能。 ◎ 要求路面结构的基础可以为路面结构的铺筑提供稳定
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
AASHTO1972版
路面现时服务能力指数PSI（路面耐用性指数）
PSI=5.03-1.91lg
式中：
—两边轮迹带上的平均坡度变化 C—已发展成网裂者m2/92.9m2 P—修补面积m2/92.9m2
√
√
√
√（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
稳定粒料 层拉应力
路基顶面 压应变
粒料层剪 切应力
永久变形
路表 弯沉
AI
※
※
补强※
SHELL
※
※
※
澳大利亚 ※
※
※
日本
※
※
南非
※※Leabharlann ※※诺丁汉大学 ※
永久性路面的特点
◎ 在总费用上：初期建设费很高，日常养护费和使用费较少， 总费用效益比最大
◎ 在设计年限上：至少40年 ◎ 在损坏模式上：路面的损坏只发生在表面层，如表面开裂，
不存在结构性破坏 ◎ 在养护维修上：只需要日常养护，不需要进行结构性大修
沥青路面周期费用经济分析
费用指数
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0