完整版東南大學(xué)路基路面設(shè)計(jì)原理與方法博士入學(xué)試題參考資料

1、一深入了解瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的內(nèi)容，對(duì)瀝青面層、基層類型及各自的作用能進(jìn)行全面的分析。路面設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容： 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)和厚度設(shè)計(jì)。 其中結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)是最復(fù) 雜的。一個(gè)優(yōu)良的路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)方案對(duì)設(shè)計(jì)者提出了以下各方面的要求： 了解路面材 料、當(dāng)?shù)亟煌ê蜌夂驐l件以及它們之間的相互作用； 了解路面的使用性能等級(jí)以及設(shè)計(jì)年 限內(nèi)應(yīng)該滿足的使用性能。瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌ā?氣候條件， 通過對(duì)路面材料性能的 把握，設(shè)計(jì)出在設(shè)計(jì)年限內(nèi)具有與道路等級(jí)相符合的路面使用性能的瀝青混凝土路面。具體的說，當(dāng)?shù)氐慕煌ㄒc標(biāo)準(zhǔn)軸載 (BZZ-100) 進(jìn)行換算，并根據(jù)車輛橫向分布系

2、數(shù)、 車道系數(shù)等計(jì)算出設(shè)計(jì)年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)當(dāng)年軸載作用次數(shù)。 關(guān)于氣候方面要根據(jù)公路氣候分 區(qū)表， 確定當(dāng)?shù)氐臍夂蝾愋?，以決定基層的類型， 墊層的設(shè)置與否等問題。 握是最為復(fù)雜的部分，放在路面的使用性能部分闡述。路面的使用性能可參照采用現(xiàn)時(shí)服務(wù)指數(shù) PSI(Present Serviceability 量。它對(duì)路面做出了一下要求：強(qiáng)度和剛度；穩(wěn)定性；耐久性；平整度； 能；防噪聲。強(qiáng)度和剛度是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基本的考慮因素。對(duì)路面材料的把Index) 的概念來衡抗滑性而判斷道路強(qiáng)度和剛度是否符合要求最大剪應(yīng)力理以決定使用某則需要結(jié)合材料力學(xué)中的五個(gè)強(qiáng)度理論： 最大拉應(yīng)力理論、 最大拉應(yīng)變理論、 論

3、、莫爾強(qiáng)度理論和能量理論， 在實(shí)際設(shè)計(jì)中則需要針對(duì)具體問題進(jìn)行分析， 個(gè)或某些強(qiáng)度理論，它同樣需要結(jié)合設(shè)計(jì)中確定的設(shè)計(jì)指標(biāo)來確定。 穩(wěn)定性問題則考慮的是高溫、 低溫或者潮濕條件下路面結(jié)構(gòu)的承載能力。 溫到高溫的過程中會(huì)經(jīng)歷彈性粘彈性粘性的過程， 作用下，會(huì)產(chǎn)生車轍，在潮濕條件下，路面排水不良，平整度一方面考慮了行車的舒適性和經(jīng)濟(jì)性， 的影響。抗滑性能主要從行車的安全性方面考慮。 噪聲分車內(nèi)噪聲和車外噪聲， 對(duì)于高速公路和一級(jí)公路主要應(yīng)該考慮車內(nèi)噪聲， 低等級(jí)公路和城市道路，車外噪聲是主要的考慮因素。一個(gè)合格的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮上面每一部分。 瀝青面層類型：上面層、中面層和下面層。上面層主

4、要起磨耗作用，應(yīng)該具有良好的表面性能 (抗滑、平整、低噪聲 )，通常采用較 細(xì)的集料、 較多的瀝青用量，混合料密實(shí)不透水， 或者做成多孔隙排水性表面層。 上面層是 車輛荷載直接作用的一層，還要求有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以滿足不同氣候特征。下面層又可稱作聯(lián)結(jié)層， 起承重作用，可采用較粗的集料，當(dāng)厚度過大時(shí)， 可分層攤鋪 碾壓， 這時(shí)可分別稱作中面層和下面層。 下面層較荷載傳遞給基層， 同時(shí)也提供了一定的支 撐。瀝青材料在低在高溫和荷載在低溫容易產(chǎn)生開裂， 會(huì)造成瀝青路面粘結(jié)料的剝落。 另外一方面也考慮了振動(dòng)荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)或者做成多孔隙排水性表面層。而對(duì)于但是瀝青面層具體選用幾層結(jié)構(gòu)不是固定的， 需

5、根據(jù)實(shí)際情況而定。 因而可能出現(xiàn)單層、 雙層或者三層結(jié)構(gòu)的面層。瀝青基層類型：上基層和底基層。 基層是鋪面結(jié)構(gòu)中的承重部分，它主要承受車輛荷載的豎向力，并把 由面層傳下來的應(yīng)力擴(kuò)散到墊層或土基，故基層應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和擴(kuò)散應(yīng)力的能力?；鶎邮茏匀灰蛩氐挠绊懖蝗缑鎸訌?qiáng)烈， 但是仍應(yīng)有足夠的水穩(wěn)定性， 以防基層濕軟后變形過大，從而導(dǎo)致面層損壞。有時(shí)候基層選用兩層，其下面一層就稱作底基層。底基層設(shè)置的主要目的是分擔(dān)承重層作用以減薄上基層的厚度， 對(duì)底基層的材料性能要求比基層低，因而可以采用當(dāng)?shù)氐牡胤讲牧?，因地制宜，達(dá)到資源的合理配置。二深入了解瀝青路面、水泥混凝土路面胎壓、軸載、軸數(shù)等對(duì)路面的影響。

6、分析超載、超限，并詳細(xì)了解 WIM 及瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面的軸載換算方法，同時(shí)能對(duì)比國外的方法。我國在高速公路的使用狀況上， 也存在著很多問題， 造成了資金和資源的浪費(fèi)。 究其原 因，存在以下兩個(gè)方面的問題：1）超載或超限車輛的預(yù)估不足； 2）軸載換算與實(shí)際狀況存在偏差。 現(xiàn)就車輛荷載對(duì)路面的影響作一些簡要的探討。1）胎壓輪胎的充氣壓力稱為輪胎壓力， 簡稱胎壓。 在相同荷載作用下， 路面所需厚度隨胎壓增 大而增加，隨主輪軸輪數(shù)增多而減小。2）軸載軸載大小對(duì)路面影響巨大。以柔性路面設(shè)計(jì)為例，我國JTJ014 97 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量作用次數(shù)的換算中， N 隨各級(jí)軸載 P1

7、 呈指數(shù)增長。當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指 標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)， P1 的指數(shù)為 4.35；當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)， P1 的指數(shù)為 8。可見，小荷載對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響微乎其微，而重型荷載的作用可以大大地 縮短路面使用年限。3）軸數(shù)車輛總重一定的情況下， 軸數(shù)多， 單位軸重小， 整輛車造成的路面的累計(jì)疲勞損壞得到 一定的緩和。但是，軸數(shù)過多，造成軸間距過小，會(huì)在路面內(nèi)部造成應(yīng)力疊加。越限運(yùn)輸是指運(yùn)輸車輛超過路超載超限的車輛 使路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)結(jié) 公路設(shè)計(jì)技術(shù)人員十4）超載超限 超載運(yùn)輸是指車輛所裝載的貨物超過車輛額定載貨質(zhì)量。面結(jié)構(gòu)規(guī)定的限值。 超載但不超限的車輛對(duì)路面的使用壽命有一定的影響

8、， 對(duì)路面的使用壽命有很大的影響， 有的甚至超過路面結(jié)構(gòu)的極限承載力， 構(gòu)性破壞， 產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。 對(duì)超載條件下路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題。 分重視，日前我國交通部已經(jīng)頒布并實(shí)施了公路超限運(yùn)輸管理?xiàng)l理。5）WIM 系統(tǒng)原理系統(tǒng)俗稱動(dòng)態(tài)汽車衡。WIM系統(tǒng)是對(duì)行駛中的車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)稱重的系統(tǒng)。在我國，WIM此技術(shù)主要用在路面管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集， 根據(jù)軸載和交通量的數(shù)據(jù)來進(jìn)行路面設(shè)計(jì)和路 面養(yǎng)護(hù)措施的選取， 大大節(jié)約了交通調(diào)查的資金， 同時(shí)數(shù)據(jù)也更加符合車輛對(duì)路面作用的真 實(shí)狀態(tài)。 WIM 系統(tǒng)是公路計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)中的重要組成部分，是進(jìn)行公路運(yùn)輸貿(mào)易結(jié)算、制 止超限運(yùn)輸現(xiàn)象發(fā)生并在智能交通管理中引入信息

9、化管理技術(shù)的重要計(jì)量器具。6）我國瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面軸載換算方法 瀝青混凝土路面按 JTJ01497 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范第3.0.3 條規(guī)定： 路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載 100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ-100表示；其輪胎接地壓強(qiáng)采用0.7MPa,單輪傳壓面當(dāng)量直徑 d采用21.3cm，兩輪中心距為1.5d。當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于25kN的各級(jí)軸載P1的作用次數(shù)n 1,均應(yīng)按以下公式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N：4.35GC P其中：Cl為軸數(shù)系數(shù)；C2為輪組系數(shù)。當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于 按如下公式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次

10、數(shù)N1 :50kN各級(jí)軸載P的作用次數(shù)，均應(yīng)Ni8C C nPC1C2nio其中：C1為軸數(shù)系數(shù)；C2為輪組系數(shù)，單輪組為18.5，雙組為1.0,四輪組為0.09。之后按雙圓均布荷載作用下的彈性半空間體上的多層彈體系理論來計(jì)算結(jié)構(gòu)層厚度或 進(jìn)行層底彎拉應(yīng)力驗(yàn)算。其中主要公式為：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次：t11365N10Ne路面設(shè)計(jì)彎沉值Ld 600Ne0.2Ac A Ab 0.01mmoLs路表彎沉值1000 覺c F 0.01mm層底最大拉應(yīng)力水泥混凝土路面按JTG D40 2002公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范第條規(guī)定：路面設(shè)計(jì)以100kN的單軸雙輪組荷載為標(biāo)準(zhǔn)軸載，不同軸一輪型和軸

11、載的作用次數(shù)，換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。nP 16NsiNi i1100 o其中：i為軸一輪型系數(shù)。之后按溫克勒地基上的薄板理論以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞彎拉應(yīng)力 進(jìn)行驗(yàn)算。其中主要公式為：r pr trfr其中：Pr為行車荷載疲勞應(yīng)力；tr為溫度梯度疲勞應(yīng)力。7）國外相應(yīng)問題研究現(xiàn)狀瀝青混凝土路面國外的瀝青路面設(shè)計(jì)方法，可分為經(jīng)驗(yàn)法和力學(xué)一經(jīng)驗(yàn)法兩大類。經(jīng)驗(yàn)法主要通過對(duì)試驗(yàn)路或使用道路的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，建立路面結(jié)構(gòu)、荷載和路面性能三者間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。最為著名的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有美國加州承載比 （CBR）法和美國各州公路和運(yùn)輸 工作者協(xié)會(huì)（AASHTO）柔性路面設(shè)計(jì)法。力學(xué)一經(jīng)驗(yàn)法首先分析路面

12、結(jié)構(gòu)在荷載和環(huán)境作用下的力學(xué)響應(yīng)(應(yīng)力、應(yīng)變、位移 )，利用在力學(xué)響應(yīng)與路面性能(各種損壞模式 )之間建立的性能模型，按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)路面結(jié)一般考慮以下兩個(gè)內(nèi)容： 1)路面總厚度2)面層厚度的控制，在基于力學(xué)的設(shè)計(jì)方 實(shí)際上面層厚度的確定一般是按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn) 更不能控制路面性能衰變的全過程。PSI 值，但未控制路面 PSI 的變化構(gòu)。最著名的是美國瀝青協(xié)會(huì)(AI)法和殼牌石油公司柔性路面設(shè)計(jì)(Shell)法。目前的路面設(shè)計(jì)方法實(shí)際上就是設(shè)計(jì)路面厚度， 的控制，所采用的控制指標(biāo)是路基頂面的壓應(yīng)變； 法中采用面層底面的彎拉疲勞應(yīng)變作為控制指標(biāo)。 行的。上述方法均未能做到按照使用性能設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)， AAS

13、HTO 法以 PSI 為設(shè)計(jì)指標(biāo)，控制了路面使用末期的 過程。 AI 法、 Shell 法以多項(xiàng)指標(biāo)分別控制設(shè)計(jì)，未考慮各指標(biāo)的疊加效應(yīng)，即沒有一個(gè)綜 合的評(píng)價(jià)指標(biāo)。我國瀝青路面設(shè)計(jì)采用的是力學(xué)一經(jīng)驗(yàn)法。其路面模型借鑒了SHELL 的理論設(shè)計(jì)法，把路面作為一種多層彈性體系。 對(duì)比國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法， 我國的設(shè)計(jì)理論還有待改進(jìn)， 如：(1) 材料的回彈模量。我國采用的都是靜態(tài)的模量值，如路基土的回彈模量、瀝青混合 料的回彈模量。由于路面受到車輛動(dòng)荷載作用，所以動(dòng)態(tài)模量能更切合實(shí)際。(2) 我國的專用設(shè)計(jì)程序計(jì)算的是多層彈性層狀連續(xù)體系的精確解，但實(shí)際上，層間接 觸并不一定是完全連續(xù)的，可以考慮從

14、完全連續(xù)到完全光滑的層間接觸條件。(3) 我國設(shè)計(jì)理念是假定瀝青層厚度，以基層作為承重層設(shè)計(jì)其厚度，認(rèn)為路面破壞就 意味著基層破壞。但實(shí)際上也未盡然，也存在基層完整、 面層破壞現(xiàn)象，因此應(yīng)該以瀝青層 作為承受拉應(yīng)力的主要承重層考慮，計(jì)算瀝青層厚度。(4) 我國采用的彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，它反映了材料和結(jié)構(gòu)的彈性部分，在力學(xué)概念上較 為明確。 但力學(xué)計(jì)算表明， 土基頂面的彎沉和路表彎沉的關(guān)系比較復(fù)雜， 對(duì)于不同的路面結(jié) 構(gòu)路表彎沉不能明確反映土基頂面的工作狀態(tài)。 另外， 對(duì)于高等級(jí)公路， 隨著交通量的日益 加大也會(huì)引起路面車轍， 而車轍是材料的塑性變形累積， 顯然僅用設(shè)計(jì)回彈彎沉不能有效地 控制路表

15、車轍，故可以將路基頂面垂直壓應(yīng)變作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。(5) 不少研究表明我國瀝青面層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)在設(shè)計(jì)中不起控制作用，因此可以 采用面層底部的最大拉應(yīng)變作為設(shè)計(jì)指標(biāo)來控制疲勞開裂。(6) 雖然我國規(guī)定了以不利季節(jié)的土基模量作為設(shè)計(jì)值，瀝青面層材料參數(shù)的取值也規(guī) 定了溫度條件，但對(duì)于土基干濕變化和路面溫度變化大的地區(qū)，就顯得無能為力了，因此， 對(duì)于環(huán)境因素可更加明確、細(xì)化，諸如用 AI 和 SHELL 等設(shè)計(jì)法來處理。(7) 目前的這些設(shè)計(jì)方法都沒有詳細(xì)考慮經(jīng)濟(jì)因素。基于使用性能和壽命周期費(fèi)用分析的、包括新建和改建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在內(nèi)的全壽命路面結(jié)構(gòu)厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，將是以后路面設(shè)計(jì)方法

16、發(fā)展的重要方向。水泥混凝土路面迄今為止， 世界各國研究發(fā)展了多種混凝土路面設(shè)計(jì)方法。 按照力學(xué)分析與經(jīng)驗(yàn)推斷的 主輔情況，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法可以分為兩大類型：經(jīng)驗(yàn)一力學(xué)法和力學(xué)一經(jīng)驗(yàn)法。1) 經(jīng)驗(yàn)一力學(xué)法，通過修筑試驗(yàn)路，進(jìn)行行車荷載試驗(yàn)和觀測(cè)，采集路面結(jié)構(gòu)、軸載和 作用次數(shù)以及路面使用性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)， 并經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析整理， 建立使用性能指標(biāo)同路面結(jié) 構(gòu)和荷載參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 同時(shí)，進(jìn)行試驗(yàn)路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析， 建立力學(xué)指標(biāo)同路面結(jié) 構(gòu)和荷載參數(shù)間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 綜合兩方面關(guān)系式來建立設(shè)計(jì)模型， 用以預(yù)估性能參數(shù)， 推 求路面的使用壽命及確定路面結(jié)構(gòu)尺寸。 AASHTO 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法

17、就是該種方法 的一個(gè)典型。2) 力學(xué)一經(jīng)驗(yàn)法， 將路面結(jié)構(gòu)模型化為理想的結(jié)構(gòu)圖式，并將行車荷載和環(huán)境因素作用典型化，采用彈性層狀體系或彈性地基板等結(jié)構(gòu)分析理論和解析法或有限元法等計(jì)算方法， 建立荷載作用和環(huán)境作用與路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移反應(yīng)之間的計(jì)算模型和公式，來分析各結(jié) 構(gòu)層設(shè)計(jì)變量對(duì)使用性能指標(biāo)影響程度的手段， 并檢驗(yàn)路面是否達(dá)到或超過預(yù)定使用性能指 標(biāo)。美國波特蘭水泥協(xié)會(huì) (PCA) 設(shè)計(jì)方法、美國陸軍的機(jī)場剛性道面設(shè)計(jì)方法及我國的水泥 混凝土路面設(shè)計(jì)方法，都采用此類方法。此外， 按照設(shè)計(jì)參數(shù)和指標(biāo)為確定型或概率型， 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法也可分為： 確定型設(shè) 計(jì)法和概率型設(shè)計(jì)法。1)確定型設(shè)計(jì)

18、法，是一種傳統(tǒng)的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法，即輸入定值的材料參數(shù)、結(jié) 構(gòu)參數(shù)、交通參數(shù)及環(huán)境參數(shù)等，通過結(jié)構(gòu)計(jì)算得到在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)滿足要求的面層厚度。 我國舊規(guī)范采用這種方法。2)概率型設(shè)計(jì)法， 引入可靠度的概念， 將材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)的變異性及交通荷載參數(shù)的變 異性引入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法， 可以估計(jì)設(shè)計(jì)方法的總方差及各項(xiàng)變量的不確定性所占的比重， 并 使設(shè)計(jì)結(jié)果同施工質(zhì)量管理和控制水平相關(guān)聯(lián)，從而可以更確切地選定路面結(jié)構(gòu)的相關(guān)參 數(shù)，有針對(duì)性地提出改善主要設(shè)計(jì)參數(shù)變異性的設(shè)計(jì)或施工措施。 我國新規(guī)范采用該種方法。我國規(guī)范在總結(jié)我國已有研究成果和借鑒 AASHTO 可靠度設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上形成了 “概率型極限

19、狀態(tài)設(shè)計(jì)法 ”，引入可靠度的概念， 考慮不確定因素的影響，并對(duì)調(diào)查顯示的路 面設(shè)計(jì)方法與路面實(shí)際情況不相符的偏差做了部分修正，從而使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際， 并使設(shè)計(jì)同施工質(zhì)量管理和控制水平緊密結(jié)合起來， 進(jìn)而提高我國混凝 土路面施工及管理水平， 改善混凝土路面的使用性能。 盡管規(guī)范的設(shè)計(jì)方法取得了很大改進(jìn)， 但仍然存在不足， 諸如設(shè)計(jì)方法的逐步改進(jìn)和結(jié)構(gòu)可靠度分析的逐步完善等。 因此在今后發(fā) 展中期望能夠?qū)崿F(xiàn)理論方法與實(shí)際相結(jié)合， 形成更為完善的設(shè)計(jì)方法， 使混凝土路面的技術(shù) 水平提高到新的層次。三能分析瀝青混凝土路面、 水泥混凝土路面的主要病害及其原因，分析瀝青混凝土路面、 水泥混凝土路

20、面設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)與路面主要病害的關(guān)系瀝青路面各種病害的成因比較復(fù)雜， 由于環(huán)境、地點(diǎn)、氣候條件的不同，病害的情況不 一?，F(xiàn)將瀝青路面的幾種病害與防治方法介紹如下：1.泛油它大多是由于混合料中瀝青用量偏多， 瀝青稠度太低等原因引起， 但有時(shí)也可能由于低 溫季節(jié)施工，表面嵌縫料散失過多，待氣溫變暖之后，在行車作用下礦料下擠，瀝青上泛， 表面形成油層而引起泛油。 瀝青表面處治和瀝青貫入式路面最容易產(chǎn)生此類病害。 可以根據(jù) 泛油的輕重程度，采取鋪撒較粗粒徑的礦料予以處治。2.波浪它是路面上形成有規(guī)則的低洼和凸起變形。 波浪的產(chǎn)生， 主要是由于瀝青灑布不均形成 油壟，瀝青多處礦料厚，瀝青少處礦料薄，再經(jīng)

21、過行車不斷撞擊而造成高低不平。交叉口， 停車站， 陡坡路段行車水平麗作用較大的地方， 最容易產(chǎn)生波浪變形。 波浪變形處治較為困 難，輕微的波浪可以在熱季采用強(qiáng)制壓平的處理方法， 嚴(yán)重的波浪則需用熱拌瀝青混合料填 平3. 擁包在行車水平力作用下， 瀝青面層材料的抗剪強(qiáng)度不足則易產(chǎn)生推擠擁包。 這類病害大多 是由于所用的瀝青稠度偏低，用量偏多， 或因混合料中礦料級(jí)配不好， 細(xì)料偏多而產(chǎn)生。此 外，面層較薄，以及面層和基層的粘結(jié)較差，也易產(chǎn)生推擠，擁包。這種病害一般只能采取 鏟平的方法來處治。4. 滑溜 瀝青路面滑溜主要是由于行車作用造成， 礦料磨光， 瀝青面層中多余的瀝青在行車荷載 重復(fù)作用下泛油

22、，也易形成表面滑溜。這類病害通常多采用加鋪防滑封面來處治。5. 裂縫 瀝青路面裂縫的形式有縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂與網(wǎng)裂幾種。 瀝青路面沿路線縱向產(chǎn)生開裂的原因， 一種是因填土未壓實(shí)， 路基產(chǎn)生不均勻沉降或凍 脹作用造成的； 另一種是瀝青混合料攤鋪事件過長， 或接縫處理不當(dāng)， 接縫處壓實(shí)未達(dá)到要 求，在形成作用下形成縱向裂縫。般為與道路中線垂直的橫縫。 土冬季氣溫下降， 瀝青路面或基層收縮而產(chǎn)生的裂縫， 基敢縮或凍脹產(chǎn)生的裂縫，亦以橫縫居多。路面整體強(qiáng)度不足，瀝青面層老化，往往形成閉合圖形的龜裂、網(wǎng)裂。 對(duì)較小的橫縫和縱縫， 一般用灌入熱瀝青材料加以封閉處理。 對(duì)較大的裂縫， 則用填塞 瀝青石

23、屑混合料的方法處理。 對(duì)于大面積的龜裂、 網(wǎng)裂，通常采用加鋪封層或?yàn)r青表面處治。 網(wǎng)裂，龜裂嚴(yán)重的路段，則應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或徹底翻修。6. 坑槽 瀝青路面產(chǎn)生坑槽的原因是面層的龜裂、 網(wǎng)裂未及時(shí)養(yǎng)護(hù)逐漸形成坑槽。 基層局部強(qiáng)度 不足，在行車作用下也易形成坑槽?？硬鄣奶幹畏椒ㄊ菍⒖硬鄯秶诔删匦危郾趹?yīng)垂直， 在四周涂刷熱瀝青后，從基層到面層用與原結(jié)構(gòu)相同的材料填補(bǔ)，并予夯實(shí)。7. 松散 松散大多發(fā)生在瀝青路面使用的初期。松散的原因是采用的瀝青稠度偏低，粘結(jié)力差， 用量偏少； 或所用的礦料過濕、 鋪撒不勻；或所有嵌縫材料不合規(guī)格而未能被瀝青粘牢。基 層濕軟，則應(yīng)清除松散的瀝青面層后，重新壓實(shí)，待基層干

24、燥后再鋪面層。8. 啃邊20-30cm。這 路肩 加寬在行車作用和自然因素影響下， 瀝青路面邊緣不斷缺損， 參差不齊，路面寬度減少， 種現(xiàn)象稱為啃邊。產(chǎn)生的原因是路面過窄，行車壓到邊緣而造成缺損， 邊緣強(qiáng)度不足， 太高或太低， 雨水沖刷路面邊緣都會(huì)造成啃邊。 對(duì)啃邊病害的處治方法是設(shè)置路緣石、 路面、加固路肩。有條件時(shí)設(shè)法加寬路面基層到面層寬度外水泥混凝土路面的使用性能在行車和自然因素的不斷作用下逐漸變壞， 以至出現(xiàn)各種類 型的損壞現(xiàn)象， 大體分為接縫破壞和混凝土面板損壞兩個(gè)方面， 損壞性質(zhì)也可以分為功能性 損壞與結(jié)構(gòu)性損壞兩個(gè)范疇。這是由于脹縫內(nèi)的滑或施工時(shí)脹縫內(nèi)局部有混凝土搭連， 或脹使混

25、凝土在膨脹時(shí)收到較高的擠壓贏利， 當(dāng)接縫的破壞（ 1）擠碎 出現(xiàn)于橫向裂縫（主要是脹縫）兩側(cè)數(shù)十厘米寬度內(nèi)。 動(dòng)傳力桿位置不正確， 或滑動(dòng)端的滑動(dòng)功能失效， 縫內(nèi)落入堅(jiān)硬的雜屑等原因， 阻礙的板的伸長， 其超過混凝土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，板即發(fā)生剪切擠碎。某一接縫兩側(cè)的板突然向上拱起。 這是由于使板在膨脹時(shí)產(chǎn)生（ 2）拱起 混凝土面板在受膨脹而受阻時(shí)， 板收縮時(shí)裂縫張開， 填縫料失效， 堅(jiān)硬碎屑等不可壓縮的材料塞滿縫隙， 較大的熱壓應(yīng)力，從而出現(xiàn)縱向壓曲失穩(wěn)。（ 3）錯(cuò)臺(tái) 橫向接縫兩側(cè)路面板出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移。 當(dāng)脹縫下部嵌縫板與上部縫隙未 能對(duì)齊， 或脹縫兩側(cè)混凝土壁面不垂直， 使縫旁兩板在伸脹擠壓

26、過程中， 會(huì)上下錯(cuò)開而形成 錯(cuò)臺(tái)。 地面水通過接縫滲入基礎(chǔ)使其軟化，或者接縫傳荷能力不足，或傳力效果降低時(shí)，都 會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)的產(chǎn)生。 當(dāng)交通量或基礎(chǔ)承載力在橫向各幅板上分布不均勻， 各幅板沉陷不一致 時(shí)，縱縫也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。（ 4）唧泥 汽車行經(jīng)接縫時(shí)，由縫內(nèi)濺出稀泥漿的現(xiàn)象。在輪載的頻繁作用下，基層由于塑性變形累積而同面層板脫空， 地面水沿接縫下滲而積聚在脫空的空隙內(nèi)； 在輪載的作用 下積水變成壓水而同基層內(nèi)浸濕的細(xì)料混攪成泥漿，并沿接縫縫隙噴濺出來。唧泥的出現(xiàn)， 使面板邊緣部分失去支撐，因而往往在離接縫 1.5-1.8m 以內(nèi)導(dǎo)致橫向裂縫。此外， 縱縫兩側(cè)的橫縫前后搓開、 縱縫縫隙拉寬、

27、填縫料喪失和脫落的功能也都屬于接 縫的破壞?；炷涟灞旧淼钠茐幕炷涟宓钠茐闹饕菙嗔押土芽p。 面板由于所受內(nèi)應(yīng)力超過了混凝土的強(qiáng)度而出現(xiàn)橫 向或縱向以及板角的斷裂和裂縫， 其原因是多方面的： 板太薄或輪載太重； 行車荷載的渠化 作用（荷載次數(shù)超過允許值） ；板的平面尺寸太大，使溫度翹曲應(yīng)力過大；地基過量塑性變 形使板底脫空失去支撐； 養(yǎng)生期間收縮應(yīng)力過大； 又有材料或施工質(zhì)量不良， 混凝土未能達(dá) 到設(shè)計(jì)要求等等。斷裂裂縫破壞了板的結(jié)構(gòu)整體性，使板喪失應(yīng)有的承載能力。因而，斷裂裂縫可視為混凝土面層結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)。以路表回彈彎沉值、 瀝青混凝土層的層底拉應(yīng) 三級(jí)公路、 四級(jí)公路的路面機(jī)構(gòu)以路

28、表面設(shè)計(jì)我國新建公路瀝青路面設(shè)計(jì)采用雙圓垂直均布荷載作用下的彈性層狀了連續(xù)體系理論， 高速公路、 一級(jí)公路、二級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)， 力及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)， 彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)。彎沉指標(biāo)應(yīng)用存在的問題設(shè)計(jì)彎沉值的計(jì)數(shù)公式l d =600 N e -0.2AcAsAbld 設(shè)計(jì)彎沉值（ 0.01mm ）Ne 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量軸次（次/車道）A c 公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、1.6。級(jí)公路為1.0,二級(jí)公路為1.1，三、四級(jí)公路為1.2。As 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土 為 1.0 ，熱拌合瀝青碎石、瀝青灌入式路面（含上拌下貫式路面） 、瀝青表面處治為 1.1 。 A b 路面結(jié)

29、構(gòu)類型系數(shù),半剛性基層瀝青路面為1.0,柔性基層瀝青路面為彎沉指標(biāo)的非唯一性 由設(shè)計(jì)彎沉值的計(jì)數(shù)公式可知,對(duì)于相同的結(jié)構(gòu)層組合和材料類型的同一種 路面結(jié)構(gòu),路表彎沉值的大小可以反映出路面結(jié)構(gòu)的抗變形能力,路表彎沉值小的路面結(jié)構(gòu)具有較大的承載能力和較長的使用壽命。 因而, 可依據(jù)相同的破壞標(biāo)準(zhǔn)判斷其承載能力 （標(biāo)準(zhǔn)軸載重復(fù)作用次數(shù) ） 。但對(duì)于不同種類的路面結(jié)構(gòu),路表彎沉的大小就不存在可比性即 路表彎沉值大的路面結(jié)構(gòu)其承載能力或使用壽命不一定會(huì)比路表彎沉值小的路面結(jié)構(gòu)差；反之亦然。 因而不能僅依據(jù)彎沉指標(biāo)值來判斷出路面結(jié)構(gòu)的承載能力,或者比較出不同路面結(jié)構(gòu)的承載能力的高低。也可能起因于重復(fù)荷載和

30、環(huán)境因 路面結(jié)構(gòu)便隨之出現(xiàn)路表彎沉指標(biāo)與路面破壞類型不一致 路面結(jié)構(gòu)的損壞, 可能是由于某一組成結(jié)構(gòu)或整個(gè)結(jié)構(gòu)的過量塑性變形, 結(jié)構(gòu)層內(nèi)某處的應(yīng)力或應(yīng)變量超出了該處材料的疲勞強(qiáng)度或疲勞應(yīng)變值。 素的繼續(xù)作用, 使塑性變形不斷積累,或者使破壞點(diǎn)不斷延伸、擴(kuò)展, 了（總變形量 ） 僅不同形態(tài)的破壞,繼而反映到路表,表現(xiàn)出較大的變形。而路表彎沉值 是路面結(jié)構(gòu)對(duì)作用荷載的一個(gè)綜合的或表觀的響應(yīng)量。 由不同結(jié)構(gòu)層組合和材料類型組成的 路面結(jié)構(gòu), 在荷載和環(huán)境因素的作用下, 具有不同的應(yīng)力和應(yīng)變場。 破壞點(diǎn)可能出現(xiàn)在不同 的位置, 其延伸和擴(kuò)展可能采用不同的方式, 路面結(jié)構(gòu)的破壞可能表現(xiàn)出不同的形態(tài), 破

31、壞時(shí)的路表彎沉可能具有不同的量值。對(duì)于瀝青路面，破壞點(diǎn)可能出現(xiàn)在瀝青面層的底面( 由于該處的彎拉應(yīng)變超出了材料的疲勞應(yīng)變 ) ，而后裂縫不斷擴(kuò)展并反映到路表;破壞點(diǎn)也可能出現(xiàn)在瀝青面層內(nèi)部，由于剪切變形的發(fā)展和積累 , 路表出現(xiàn)影響行車安全的車轍變形。 這兩種不同損壞形態(tài)， 都可以定義為路面結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)， 但它們具有不同的路表彎沉 量。由此可以看出，路表彎沉值與路面的損壞狀態(tài)并無很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。四分析國內(nèi)外主要設(shè)計(jì)方法，如 Shell、AI 、 AASHTO2002 、PCA 。具體了解經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、 力學(xué)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)。能進(jìn)行設(shè)計(jì)指標(biāo)、設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來源等的對(duì)比

32、分析經(jīng)驗(yàn)法主要通過對(duì)試驗(yàn)路或使用道路的實(shí)驗(yàn)觀測(cè) , 建立路面結(jié)構(gòu)、 荷載和路面性能三者 間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。最為著名的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有美國加州承載比 (CBR) 法和美國各州公路和運(yùn) 輸工作者協(xié)會(huì) (AASHTO) 柔性路面設(shè)計(jì)法。CBR 法是以 CBR 值作為路基土和路面材料 (主要是粒料 ) 的性質(zhì)指標(biāo) ,通過對(duì)已損壞或 使用良好的路面的調(diào)查和 CBR 測(cè)定, 建立起路基土 CBR - 輪載- 路面結(jié)構(gòu)層厚度 3 者之間 的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。 利用此關(guān)系曲線 , 可以按設(shè)計(jì)輪載和路基土 CBR 值確定所需的路面層總厚度。 路面各結(jié)構(gòu)層的厚度 , 按各層材料的 CBR 值進(jìn)行當(dāng)量厚度換算。不同輪載的作用按等

33、彎沉 的原則換算為設(shè)計(jì)輪載的當(dāng)量作用。此方法設(shè)計(jì)過程簡單、概念明確,適用于重載、低等級(jí)的路面設(shè)計(jì) ,所提出的 CBR 指標(biāo)已作為路面材料的一種參數(shù)指標(biāo)得到了廣泛應(yīng)用。 如日本的 路面設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法 (TA 法 ) 就是以 CBR 法為基礎(chǔ)制定的。AASHTO 法是在 1958 1962 年間 AASHO 試驗(yàn)路的基礎(chǔ)上建立的。 整理試驗(yàn)路的試 驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)得到了路面結(jié)構(gòu) - 軸載 - 使用性能三者間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。 路面結(jié)構(gòu)中的路基土采 用回彈模量表征其性質(zhì) ,路面結(jié)構(gòu)層按各層材料性質(zhì)的不同轉(zhuǎn)換為用一個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)( SN) 表征。AASHTO 方法提出了現(xiàn)時(shí)服務(wù)能力指數(shù) ( PSI) 的概念,以反映路面的

34、服務(wù)質(zhì)量。 PSI 是一個(gè) 由評(píng)分小組進(jìn)行主觀評(píng)定后得到的指標(biāo) , 它與路面實(shí)際狀況 ( 坡度變化、裂縫面積、車轍深 度、修補(bǔ)面積 ) 之間建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式 ,提出了軸載換算的概念和公式 ,考慮了結(jié)構(gòu)的可靠度和 排水條件的影響 ,這些思想對(duì)后來世界各國的設(shè)計(jì)思想產(chǎn)生了很大的影響。(應(yīng)力、應(yīng)變、位移 ) , 利 ( 各種損壞模式 ) 之間建立的性能模型 ,按設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)路面結(jié) 構(gòu)。最著名的是美國瀝青協(xié)會(huì) (AI) 法和殼牌石油公司柔性路面設(shè)計(jì) (Shell) 法。Shell 設(shè)計(jì)方法是由英、荷殼牌石油公司研究所研究、發(fā)展和完善起來的設(shè)計(jì)方法。在 該設(shè)計(jì)方法中 ,路面結(jié)構(gòu)分為 3 層,即路基、基層和

35、瀝青層 ,各層材料以動(dòng)態(tài)模量 P 勁度表征 , 以厚度、模量和泊松比表示路面特征。混合料的粘彈性性質(zhì)以其勁度模量體現(xiàn),其值取決于瀝青含量、瀝青勁度和瀝青混合料的空隙率。路基模量受應(yīng)力影響,路基動(dòng)態(tài)模量可以通過現(xiàn)場的動(dòng)態(tài)彎沉試驗(yàn)在道路實(shí)際濕度條件和荷載條件下測(cè)定 ,也可在室內(nèi)通過三軸儀測(cè)定。 當(dāng)有困難時(shí) ,也可根據(jù) CBR 或承載板試驗(yàn)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)選擇。 無機(jī)結(jié)合料基層模量依賴于它 的受力狀態(tài) ,其值取決于路基模量和基層厚度。環(huán)境因素的影響以溫度對(duì)瀝青混合料材料特 性的影響來表征。此方法中交通荷載以標(biāo)準(zhǔn)雙輪軸載次數(shù)為代表,設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)軸次即為設(shè)計(jì)壽命。臨界荷位的應(yīng)力應(yīng)變由計(jì)算機(jī)程序 BISA

36、R 計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)軸載為單軸雙輪,軸重80 kN ,單輪軸載為20 kN ,雙圓接地半徑 R = 105 mm,輪際間距315 mm。在計(jì)算中，瀝青層、 無機(jī)結(jié)合料基層及路基的泊松比都為 0. 35 ,計(jì)算應(yīng)力與應(yīng)變的最不利位置都取 2 處,即瀝青 層底部和路基頂部的輪中心下及輪際中心下。 Shell 設(shè)計(jì)法考慮了 2 項(xiàng)主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和 2 項(xiàng) 次要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。2項(xiàng)主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是控制疲勞開裂的瀝青層底面的容許水平拉應(yīng)變 fat和力學(xué) - 經(jīng)驗(yàn)法首先分析路面結(jié)構(gòu)在荷載和環(huán)境作用下的力學(xué)響應(yīng) 用在力學(xué)響應(yīng)與與路面性能Nf = | (0. 856Vbitbit + S -m0ix. 36 ) /|54Nf

37、 = ( a/r )4式中， N f 為累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用次數(shù)Vbit為結(jié)合料的體積比 ；Smix為瀝青的勁度 模量?？煽慷葹?50 %時(shí)， a 取0. 028 ； 可靠度為 85 %時(shí)， a 取0. 021 ；可靠度為 95 %時(shí)， a 取 0.018。水泥穩(wěn)定類材料2 項(xiàng)次要標(biāo)準(zhǔn)是水泥穩(wěn)定類材料底面的彎拉應(yīng)力和路表面的永久變形。 底面的彎拉應(yīng)力采用下式控制 :升2 =升1（j. 75lgN f ）式中，-2為容許彎拉應(yīng)力；為材料的極限彎拉強(qiáng)度。由于瀝青層具有粘彈性特性 ,因此會(huì)產(chǎn)生永久變形。為了控制所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)在使用中不出現(xiàn) 過大車轍 ,即高速公路不超過 10 mm ,普通道路不高于 3

38、0 mm ,SPDM 建立了基于靜態(tài)蠕變?cè)?驗(yàn)的車轍預(yù)估模型 - 瀝青層厚度、瀝青層平均應(yīng)力、瀝青混合料勁度模量的函數(shù)。瀝青層永 久變形公式如下式 :hi - i = Cm *h 1 - i *( Z * 3。)/Sm - i式中，Z為應(yīng)力分布系數(shù)；30為軸載壓應(yīng)力，標(biāo)準(zhǔn)軸載80 kN的為6氷05 Pa ; Sm - i為i層瀝青混合料的單軸靜態(tài)蠕變勁度模量 ; Cm 為動(dòng)態(tài)修正系數(shù) ,反映動(dòng)態(tài)輪轍試驗(yàn)及靜態(tài)蠕 變?cè)囼?yàn)的差異 ,同混合料類型有關(guān)。將各層的永久變形相加即為瀝青層的永久變形,瀝青層永久變形同基層與路基變形之和即為車轍。AI 設(shè)計(jì)法也把路面看成多層彈性體系 ,材料特性主要包括土基、

39、粒料基層和瀝青層的回 彈模量和泊松比。路基土的泊松比假設(shè)為 0. 45 ,其它材料的泊松比假設(shè)為 0. 35。路基土的回 彈模量的確定可由室內(nèi)重復(fù)三軸抗壓試驗(yàn)確定，或根據(jù)其與 CBR（或R）的關(guān)系式估計(jì)而得；粒料材料的回彈模量與應(yīng)力水平相關(guān) ,其值可根據(jù)多變量回歸的預(yù)測(cè)方程計(jì)算；熱拌瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量由室內(nèi) 60 種不同的瀝青混合料試驗(yàn)得到的計(jì)算公式確定。環(huán)境的影響通過面層溫度對(duì)瀝青混合料勁度值的影響來體現(xiàn),以面層厚 1P3 深處的溫度作為瀝青層的設(shè)計(jì)溫度由月平均氣溫和路面溫度的關(guān)系式計(jì)算得到。瀝青混凝土面層、瀝青混凝土（全厚式 ） 或乳化瀝青基層采用 3 層彈性層狀連續(xù)體系 ,當(dāng)其下還有粒

40、料基層時(shí) ,采用 4 層彈性層狀連續(xù) 體系。荷載模型為雙圓垂直荷載 ,不考慮水平荷載 ,以 80 kN 單軸荷載為標(biāo)準(zhǔn)軸載 ,單圓當(dāng)量圓 半徑為3= 11. 43 cm 兩, 輪中心間距為 33力,學(xué)計(jì)算須計(jì)算各層瀝青層底、路基土頂面以下單 圓中心點(diǎn) ,單圓內(nèi)側(cè)邊緣、雙圓間隙中心點(diǎn)3 個(gè)點(diǎn)的最大應(yīng)力、應(yīng)變值。 AI 法采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與Shell法相同,即控制疲勞開裂的瀝青層底部的水平拉應(yīng)變0和控制永久變形的土基z。表面的豎向壓應(yīng)變（1）疲勞準(zhǔn)則AI 法建立了標(biāo)準(zhǔn)混合料 （瀝青體積為 11 % ,空隙率為 5 %） 的疲勞方程 ,該方程考慮了實(shí) 驗(yàn)室與野外條件的差異。- 3. 2913 - 0.

41、 854Nf = 0. 001 15 (0)| E|3式中，Nf為控制疲勞開裂的允許荷載重復(fù)作用次數(shù);| E I為瀝青混合料的動(dòng)量，MPa。AASHO 道路試驗(yàn)所選路段的觀察表明 ,應(yīng)用上式所得到的疲勞開裂占總面積的20 %。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)混合料 ,根據(jù)試驗(yàn)室的疲勞試驗(yàn)結(jié)果 ,上式可表示為 :- 3. 2913 - 0. 854Nf = 0. 001 15 ( e)| E | C式中, C 是瀝青混合料空隙率 Va 和瀝青體積率 Vb 的函數(shù)。Mc = 10M = 4. 84 V b/( Va + Vb ) - 0. 687 5 （2）永久變形準(zhǔn)則根據(jù) AASHO 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理結(jié)果得出 ,控制永久

42、變形的允許荷載重復(fù)作用次數(shù)可用Nd =,預(yù)估野外疲勞壽命時(shí) ,乘以修正系數(shù) 5 ; 日2 種方法都沒有考慮濕度對(duì)路面設(shè)計(jì)的（如澳大利亞、日本、南非、法國等） 的路- 經(jīng)驗(yàn)法都是以裂縫和永久變形作為設(shè)計(jì)- 經(jīng)驗(yàn)法的新設(shè)計(jì)指南 AASHTO 200X 將 4 種損壞模型。其中瀝青混合料的疲勞方 （自上向下和自下向上開裂 ） 進(jìn)行修正得到（車轍 ） ,這將使1.365 10 - 9 （ z-）4. 477計(jì)算。SHELL和AI設(shè)計(jì)法是公認(rèn)的力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法的典型代表， 很多國家都借鑒了 SHELL 法和 AI 法的研究成果。如澳大利亞的瀝青混合料疲勞方程采用 的就是 Shell 1978 年提出的室內(nèi)疲

43、勞試驗(yàn)關(guān)系式 本的疲勞破壞標(biāo)準(zhǔn)采用的是 AI 的破壞標(biāo)準(zhǔn)。但這 影響 ，也沒有考慮低溫?cái)嗔褑栴}。世界上很多國家 面設(shè)計(jì)都有自己的力學(xué) - 經(jīng)驗(yàn)法 ，且大部分的力學(xué) 標(biāo)準(zhǔn)的?，F(xiàn)在 AASHTO 正在研究制定的采用力學(xué) 考慮疲勞開裂、永久變形、低溫?cái)嗔押筒黄秸?程是在 AI 疲勞方程的基礎(chǔ)上根據(jù)不同開裂方式 的。永久變形是分別考慮各結(jié)構(gòu)層永久變形的總和而得到路表面的永久變形 以后的路面設(shè)計(jì)更加完善。我國瀝青路面設(shè)計(jì)采用的是力學(xué) - 經(jīng)驗(yàn)法。其路面模型借鑒了 SHELL 的理論設(shè)計(jì)法 ， 把路面作為一種多層彈性體系。材料特性以彈性模量和泊松比表征，土基回彈模量可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測(cè)法、 查表法、 室內(nèi)試驗(yàn)

44、法或換算法求得。 各層材料統(tǒng)一采用圓柱體試件測(cè)定抗壓回彈 模量和劈裂模量。彎沉指標(biāo)計(jì)算時(shí)，瀝青混合料用20 C抗壓回彈模量；層底彎拉應(yīng)力計(jì)算采用 15 C抗拉強(qiáng)度與彎拉回彈模量，也可以采用劈裂強(qiáng)度與抗壓回彈模量。交通荷載雙輪組單軸 載 100 kN 為標(biāo)準(zhǔn)軸載。 輪胎接地壓強(qiáng) 0. 70 MPa ，單輪當(dāng)量圓直徑 d 為21. 3cm ，兩輪中心距 為1. 5 d 。路表彎沉計(jì)算時(shí)須計(jì)算雙圓均布荷載的輪隙中心點(diǎn)的彎沉。驗(yàn)算瀝青混凝土層和設(shè)計(jì)彎沉是表征路面整體半剛性材料層的底部拉應(yīng)力時(shí) ，須計(jì)算單圓荷載中心、輪隙中心處拉應(yīng)力并取其較大值。設(shè) 計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是以 2004 規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)彎沉和層底拉應(yīng)力為

45、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 剛度大小的指標(biāo) ，是路面厚度計(jì)算的主要依據(jù)。其計(jì)算式為 :ld =600N e-0.2AcAsAb、 As 、 Ab 分別為公路等級(jí)dR是指路面結(jié)構(gòu)在行車荷載其中 ， N e 為設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次 ;Ac 系數(shù)、 面層類型系數(shù)和基層類型系數(shù)。 路面結(jié)構(gòu)層容許拉應(yīng)力 重復(fù)作用下達(dá)到疲勞臨界狀態(tài)時(shí)容許的最大拉應(yīng)力。其計(jì)算式為R = S /K S其中，S為瀝青混凝土或半剛性材料在規(guī)定條件下（瀝青混凝土 :15 C ;水泥穩(wěn)定類材 料:90 d 齡期;二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類材料 :180 d 齡期） 的極限抗拉強(qiáng)度 ,MPa ; Ks 為抗拉0. 2強(qiáng) 度結(jié)構(gòu) 系數(shù)，瀝 青

46、混 凝土面 層 Ks = 0. 09N e/Ac ; 無機(jī) 結(jié)合料 穩(wěn) 定 集料 類0. 110. 11Ks =0. 35N0. 11e/Ac ; 無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土類 Ks =0145N 0. 11e/Ac 。對(duì)于季節(jié)性冰凍地區(qū)的高級(jí)和次高級(jí)路面,還應(yīng)進(jìn)行防凍層厚度驗(yàn)算。我國路面設(shè)計(jì)方法雖然比以前有了很大的改進(jìn) ,但仍存在不足 :(1) 不少分析和實(shí)踐證明 ,我國的設(shè)計(jì)指標(biāo)和相關(guān)參數(shù)在半剛性基層瀝青路面設(shè)計(jì)計(jì)算 中起不到控制作用。如不少半剛性路面即使在出現(xiàn)損壞后,實(shí)測(cè)彎沉也遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)彎沉。而我們?cè)谶M(jìn)行計(jì)算時(shí)也經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)瀝青面層底面的應(yīng)力一般為壓應(yīng)力,故層底拉應(yīng)力驗(yàn)算就形沒有考慮控制車轍的土

47、基頂面壓應(yīng)變與重復(fù)荷載作用次數(shù)之間的關(guān)系。 沒有考慮控制瀝青面層和半剛性基層的疲勞開裂的拉應(yīng)變與荷載作用次數(shù)的關(guān)系。 在溫度急劇變化地區(qū) ,由于溫度應(yīng)力超過瀝青層抗拉強(qiáng)度而引起低溫縮裂問題規(guī)范同虛設(shè)。(2)(3)(4) 中也沒有考慮。3 結(jié)論與建議對(duì)比國內(nèi)外現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法 ,我國的設(shè)計(jì)理論還有待改進(jìn) ,如 :(1) 材料的回彈模量。 我國采用的都是靜態(tài)的模量值 ,如路基土的回彈模量、 瀝青混合料 的回彈模量。由于路面受到車輛動(dòng)荷載作用,所以動(dòng)態(tài)模量能更切合實(shí)際。(2) 我國的專用設(shè)計(jì)程序計(jì)算的是多層彈性層狀連續(xù)體系的精確解,但實(shí)際上 ,層間接觸并不一定是完全連續(xù)的 ,可以考慮從完全連續(xù)到完全光滑

48、的層間接觸條件。(3) 我國設(shè)計(jì)理念是假定瀝青層厚度 ,以基層作為承重層設(shè)計(jì)其厚度 ,認(rèn)為路面破壞就意 味著基層破壞。但實(shí)際上也未盡然 ,也存在基層完整、面層破壞現(xiàn)象 ,因此應(yīng)該以瀝青層作為 承受拉應(yīng)力的主要承重層考慮 ,計(jì)算瀝青層厚度。(4) 我國采用的彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo) ,它反映了材料和結(jié)構(gòu)的彈性部分 ,在力學(xué)概念上較為 明確。但力學(xué)計(jì)算表明 ,土基頂面的彎沉和路表彎沉的關(guān)系比較復(fù)雜,對(duì)于不同的路面結(jié)構(gòu)路表彎沉不能明確反映土基頂面的工作狀態(tài)。另外,對(duì)于高等級(jí)公路 ,隨著交通量的日益加大也會(huì)引起路面車轍 ,而車轍是材料的塑性變形累積 ,顯然僅用設(shè)計(jì)回彈彎沉不能有效地控制路表 車轍 ,故可以將路

49、基頂面垂直壓應(yīng)變作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。,因此可以(5) 不少研究表明我國瀝青面層底面拉應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)在設(shè)計(jì)中不起控制作用 采用面層底部的最大拉應(yīng)變作為設(shè)計(jì)指標(biāo)來控制疲勞開裂。(6) 雖然我國規(guī)定了以不利季節(jié)的土基模量作為設(shè)計(jì)值,瀝青面層材料參數(shù)的取值也規(guī)定了溫度條件 ,但對(duì)于土基干濕變化和路面溫度變化大的地區(qū),就顯得無能為力了 ,因此 ,對(duì)于環(huán)境因素可更加明確、細(xì)化 ,諸如用 AI 和 SHELL 等設(shè)計(jì)法來處理。(7) 目前的這些設(shè)計(jì)方法都沒有詳細(xì)考慮經(jīng)濟(jì)因素。 基于使用性能和壽命周期費(fèi)用分析 的、包括新建和改建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在內(nèi)的全壽命路面結(jié)構(gòu)厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,將是以后路面設(shè)計(jì)方法發(fā)展的重

50、要方向。五深入了解路面有限元方法，包括彈性有限元方法、塑性有限元方法、粘彈性有限元方法、非線性有限有方法。這種方法的實(shí)質(zhì)就是將一個(gè)固體連續(xù)介質(zhì)分割成若干 在每個(gè)元素內(nèi)，假設(shè)位移場或應(yīng)力場， 應(yīng)用變分原理建 根據(jù)未知量的不同類型，有限元法是一種近似的計(jì)算方法，個(gè)有限的離散元素， 并組成集合體。 立代數(shù)方程組， 以節(jié)點(diǎn)處的廣義位移或廣義應(yīng)力為未知量進(jìn)行求解。 有限元法可分為位移法、力法以及混合法。位移法就是利用最小勢(shì)能原理或虛功原理， 將求解的問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)變分問題， 再經(jīng)過 離散化得到有限元計(jì)算格式， 這種方法就稱為位移法， 位移法從直觀上講就是以位移分量為 基本未知量的方法。 另一種方法是力法

51、， 力法是以最小余能原理或余虛功原理為基礎(chǔ)的， 它 的基本未知量是應(yīng)力各分量。 此外， 還有一種以位移分量和應(yīng)力分量同時(shí)作為基本未知量的 方法，這種方法稱為混合法。采用有限元法中的位移分析彈性地基板的解題過程如下：結(jié)構(gòu)理想化， 即把結(jié)構(gòu)物抽象為相當(dāng)?shù)牧W(xué)模型， 水泥混凝土路面板可以理想化為彈性 地基上的薄板彎曲問題。各單元相互間僅在邊界上的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)離散化， 即用假想的線把結(jié)構(gòu)劃分為有限個(gè)單元， 相連接。規(guī)定單元的位移模式， 并用基本未知數(shù)節(jié)點(diǎn)位移來表示， 該位移模式能唯一地確定單元 的應(yīng)變和應(yīng)力狀態(tài)，且能滿足結(jié)構(gòu)連續(xù)性條件。推導(dǎo)各有限單元的剛度矩陣。 推導(dǎo)各有限單元的地基剛度矩陣。 荷載與約束

52、處理，把作用在邊界上的外荷載，按照靜力等效原則為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的力系F ，并根據(jù)結(jié)構(gòu)受力與平衡情況，確定各邊界條件與對(duì)稱條件。 把各有限單元的剛度矩陣組成結(jié)構(gòu)總剛度矩陣，并列出整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程為：K F選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法，解此線性方程組，求得各單元節(jié)點(diǎn)位移由各節(jié)點(diǎn)位移 ，求解各單元的內(nèi)力，在薄板彎曲問題中，即求由應(yīng)力合成的內(nèi)力矩非線性有限元分析（路面設(shè)計(jì)原理 P128）采用彈塑性非線性描述材料性質(zhì)的有 使得有限元的整體平衡方程稱為非線 通常采用數(shù)值方法求得其近似解。 常在有限元分析過程中， 如果采用彈性層狀體系理論中將路面材料視為線彈性材料來進(jìn)行 處理的話， 便稱為彈性有限元方法。 路面材料具有

53、應(yīng)力應(yīng)變的非線性特性， 在小應(yīng)變時(shí)呈現(xiàn) 出線彈性性質(zhì)， 而當(dāng)應(yīng)變較大時(shí)非線性特性會(huì)較為明顯。 非線性問題主要有兩種： 一是材料 特性引起的非線性， 即材料非線性； 一是結(jié)構(gòu)的大變形引起的非線性， 即幾何非線性。 在路 面結(jié)構(gòu)中，影響較大的是材料非線性。材料非線性又可分為彈性非線性和彈塑性非線性， 限元方法稱為塑性有限元法。 由于應(yīng)力應(yīng)變的非線性， 性方程組， 要求解出此方程組的解析解是十分困難的， 用的方法一般有迭代法和增量法以及增量迭代法三種。（一）迭代法 迭代法是將荷載一次全部施加于結(jié)構(gòu)， 在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系上用一系列的直線來逼近實(shí)際曲 線，逐步修正彈性常數(shù)， 使最后解得的應(yīng)力應(yīng)變與試驗(yàn)測(cè)得的

54、曲線一致。 迭代法可分為割線 迭代、余量迭代等。（二）增量法 增量法是將全荷載分為若干級(jí)微小增量，逐級(jí)用有限元法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于每一級(jí)增量， 在計(jì)算時(shí)假定材料性質(zhì)不變，作線性有限元計(jì)算， 解得位移， 應(yīng)變和應(yīng)力的增量。 而各級(jí)荷 載之間，材料性質(zhì)變化，剛度矩陣變化，反映了非線性的應(yīng)力- 應(yīng)變關(guān)系。這種方法實(shí)際上是用分段直線來逼近曲線。增量法有基本增量法，中點(diǎn)增量法以及增量迭代法。D 來體現(xiàn)的。并且它決定于應(yīng)力狀態(tài)?；驹隽緿 的。1. 基本增量法 各級(jí)荷載下的材料性質(zhì)是由剛度矩陣 法是根據(jù)每級(jí)的初始應(yīng)力來確定剛度矩陣2. 中點(diǎn)增量法基本增量法由于使用初始應(yīng)力求 D ，每級(jí)荷載都有一定的誤差，而中

55、點(diǎn)增量法可以使 結(jié)果有所改善。（三）增量迭代法 為了提高非線性分析的精度， 可以把總荷載分為若干級(jí)增量， 對(duì)每一荷載增量， 進(jìn)行若 干級(jí)迭代， 使其收斂于真實(shí)解， 這就是增量迭代法。 其中迭代的方法可以用前面所講的任一 一種迭代法， 也可以反復(fù)使用中點(diǎn)增量法， 直到前后兩次的計(jì)算結(jié)果相當(dāng)接近。 增量迭代法， 計(jì)算的時(shí)間較長，從理論上來說，解得的結(jié)果最精確。由于瀝青混合料中所含瀝青具有依賴于溫度和加載時(shí)間的粘彈性性狀， 瀝青路面在荷載 作用下的變形也具有隨溫度和荷載作用時(shí)間而變的特性。因此在有限元過程中通常在材料特性的描述中采用各種粘彈性模型來描述材料的粘彈性性質(zhì)， 這種方法稱之為粘彈性有限元方

56、 法。六了解瀝青混凝土路面、 水泥混凝土路面的主要設(shè)計(jì)參數(shù)的來歷，能進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)與分析。瀝青混凝土路面：抗剪強(qiáng)度當(dāng)面層厚度較薄剛度較低時(shí)， 傳給土基的應(yīng)力較大， 有可能出現(xiàn)因土基承載力不足而引 起的剪切破壞。 在面層較厚但剛度較低時(shí)， 如果收到較大的水平力， 就有可能因抗剪強(qiáng)度不 足而出現(xiàn)面層推移等破壞。抗剪強(qiáng)度為材料受剪切時(shí)的極限或最大應(yīng)力。由摩爾-庫侖強(qiáng)度理論可知，抗剪強(qiáng)度由兩部分組成， 一部分是摩阻力， 同作用在剪切面上的法向應(yīng)力成正比； 另一部分是與法向應(yīng) 力無關(guān)的粘結(jié)力，即c tg其中：c-材料的粘結(jié)力-材料的摩阻角；-作用在剪切面上的法向應(yīng)力。由于三軸試驗(yàn)接近實(shí)際受力狀況， 目前大多采用這種方法確定材料的 c 和 值。進(jìn)行三繪出摩爾圓和相應(yīng)的軸壓縮試驗(yàn)， 完成兩個(gè)或兩個(gè)以上不同側(cè)壓力下取得的三軸試驗(yàn)資料， 包絡(luò)線，可以確定適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)力和摩阻角?？估瓘?qiáng)度 車輛制動(dòng)時(shí)， 車輪后側(cè)的路面將受到很大的徑向應(yīng)力； 面層溫度隨氣溫驟降， 其收縮受 下臥層的摩阻約束時(shí)， 也會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。 當(dāng)面層材料的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗上述荷載 或非荷載應(yīng)力時(shí)， 面層將會(huì)出現(xiàn)斷裂。 材料的抗拉強(qiáng)度主要由混合料中結(jié)合料