大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層設計與施工指南

1、大粒徑透水性瀝青混合料柔性基層設計與施工指南山東省交通廳公路局二OO五年十二月前 言前 言目前全國公路通車總里程已突破200萬公里，其中瀝青路面占了大多數(shù)，由于經(jīng)濟、技術(shù)等原因，以石灰穩(wěn)定類和水泥穩(wěn)定類為主的半剛性基層瀝青路面是目前已建瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)形式。半剛性基層由于其整體強度高、板體性好，使瀝青路面具有較高的承載能力，而且材料容易獲得，為提高我國公路交通的整體水平發(fā)揮重要作用。已建半剛性基層瀝青路面經(jīng)過一段時間的使用后，必須進行加鋪改造，以恢復路面的使用功能，尤其當路面出現(xiàn)早期損害后，加鋪改造往往更早。舊瀝青路面常用的加鋪方案是在其上鋪設半剛性基層，再鋪設瀝青面層，此種加鋪方案具有結(jié)構(gòu)

2、承載力強、結(jié)構(gòu)層材料設計簡單等優(yōu)點；但同時也存在工程量大、高程增加多，以及未能充分利用舊路面的面層材料等缺點。特別是不能避免反射裂縫及無法排水的缺陷，使加鋪后的路面重新面臨早期損害的可能。有專家認為在舊的瀝青路面上加鋪半剛性基層，由于舊路面的裂縫會反射上來，新瀝青層可能比原來損壞的更快。隨著對半剛性基層認識的不斷深入，對其進一步擴大應用的趨勢越來越受到自身弱點的制約。首先，半剛性基層的收縮裂縫及引起的反射裂縫難以避免，其次由于半剛性基層的致密性，無法排除瀝青層和反射裂縫中滲入的水分，水分的積存造成基層表面的沖刷、唧漿及瀝青混合料的水損害。大量研究證明，采用大粒徑透水性瀝青混合料能夠有效的防止反

3、射裂縫的發(fā)生，并且能夠排出路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分，避免水分對下層或瀝青面層的破壞；另外大粒徑透水性瀝青混合料具有較高的模量和抵抗變形的能力，可以直接用于舊路補強或新建路的結(jié)構(gòu)層中 。為了更好的對大粒徑透水性瀝青混合料進行深入研究，山東省交通廳于2001年立項對大粒徑透水性瀝青混合料進行研究。項目研究于2004年7月結(jié)束，并通過山東省交通廳組織的鑒定，課題研究總體上達到國際先進水平。由于大粒徑透水性瀝青混合料具有的優(yōu)越性，在山東逐漸開始推廣，并且在大修和改建工程中得到大量的應用。為了更好的為設計、監(jiān)理與施工單位提供大粒徑透水性瀝青混合料的設計、施工與質(zhì)量控制依據(jù)，根據(jù)課題研究成果，特制定本設計與施工

4、指南。關(guān)于大粒徑透水性瀝青混合料的研究還在繼續(xù)進行，因此本指南可能存在著一些不足之處以及在使用過程中可能會遇到一些問題，請及時與編寫單位聯(lián)系（地址：濟南市舜耕路19號山東省交通廳公路局，郵編：250002；濟南市無影山中路38號山東省交通科學研究所，郵編：250031）。主編單位：山東省交通廳公路局 山東省交通科學研究所主要起草人：王松根 王 林 馬士杰 房建果 畢玉峰- 2 -目 錄目 錄1 概述12 LSPM性能32.1 高溫穩(wěn)定性32.2 水穩(wěn)定性42.3 疲勞性能42.4 滲透性能52.5 抵抗反射裂縫能力73 結(jié)構(gòu)組合設計83.1 工程適用條件83.2 結(jié)構(gòu)設計93.3 排水設計18

5、4 材料設計204.1 材料要求204.2 級配設計224.3 成型方法254.4 體積指標測定264.5 最佳瀝青含量確定285 混合料施工與質(zhì)量控制305.1 準備工作305.2 施工要求325.3 施工工藝335.4 質(zhì)量控制365.5 離析控制386 質(zhì)量評定標準41附錄：43混合料設計實例43- 50 -1 概述大粒徑透水性瀝青混合料（Large Stone Porous asphalt Mixes，以下簡稱LSPM）是指混合料最大公稱粒徑大于26.5mm，具有一定空隙率能夠?qū)⑺肿杂膳懦雎访娼Y(jié)構(gòu)的瀝青混合料，LSPM通常用作路面結(jié)構(gòu)中的基層。這種混合料的提出是來自美國一些州的經(jīng)驗，

6、美國中西部的一些州對應用了三十多年以上而運營狀況相對良好的一些典型路面進行了相關(guān)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)許多成功的路面其基層采用的是較大粒徑的單粒徑嵌擠型瀝青混合料如灌入式瀝青基層。因此提出以單粒徑形成嵌擠為條件進行混合料的設計，從而形成開級配大粒徑透水性瀝青混合料(LSPM)。美國NCHRP聯(lián)合攻關(guān)項目對大粒徑瀝青混合料也進行了相關(guān)研究，最終得到了研究報告NCHRP Report 386，但是研究報告主要是針對于大量實體工程的調(diào)查而且偏重于密級配大粒徑瀝青混合料，而且NCHRP Report 386對LSPM材料與結(jié)構(gòu)設計并沒有進行系統(tǒng)的研究。我們在國外研究的基礎(chǔ)上從2001年開始進行了大量的研究和應用

7、，并對其級配與各項技術(shù)指標進行研究，使其更符合我國具體實際情況，根據(jù)研究結(jié)果與使用狀況提出了本設計與施工指南，更好地指導工程實踐。LSPM的設計采用了新的理念，從級配設計角度考慮，LSPM應當是一種新型的瀝青混合料，通常由較大粒徑（25mm-62mm）的單粒徑集料形成骨架由一定量的細集料形成填充而組成的骨架型瀝青混合料。LSPM設計為半開級配或者開級配。由于LSPM有著良好的排水效果，通常為半開級配（空隙率為13-18%）。它不同于一般的瀝青處治碎石混合料（ATPB）基層，也不同于密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料（ATB）。瀝青處治碎石(ATPB) 粗集料形成了骨架嵌擠，其基本上沒有細集料填充，因此空

8、隙率很大，一般大于18%，具有非常好的透水效果，但由于沒有細集料填充空隙率過大其模量較低而且耐久性較差。密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料（ATB）也具有良好的骨架結(jié)構(gòu)，空隙率一般在3-6%，因此其不具有排水性能。LSPM級配經(jīng)過嚴格設計，其形成了單一粒徑骨架嵌擠，并且采用少量細集料進行填充，提高混合料模量與耐久性，在滿足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般為13-18%，因此其既具有良好的排水性能又具較高模量與耐久性。研究和應用表明LSPM具有以下優(yōu)點：（1）級配良好的LSPM可以抵抗較大的塑性和剪切變形，承受重載交通的作用，具有較好的抗車轍能力，提高了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性；特別是對于低速

9、、重車路段，需要的持荷時間較長時，設計良好的LSPM與傳統(tǒng)的瀝青混凝土相比，顯示出十分明顯的抗永久變形能力；（2）LSPM有著良好的排水功能，可以兼有路面排水層的功能。（3）由于LSPM有著較大的粒徑和較大的空隙，它可以有效地減少反射裂縫。（4）大粒徑集料的增多和礦粉用量的減少，減少比表面積，減少了瀝青總用量，從而降低工程造價。（5）與通常的半剛性基層相比，提高了工程施工速度，減少了設備投入。（6）在大修改建工程中，可大大縮短封閉交通時間，社會經(jīng)濟效益顯著。2 LSPM性能2.1 高溫穩(wěn)定性LSPM為單一粒徑骨架嵌擠型混合料，9.5mm以上粗集料比例在70%左右，形成了完整的骨架嵌擠，因此具有

10、良好的高溫穩(wěn)定性，研究表明設計更合理的LSPM是解決重載交通下高溫車轍問題最經(jīng)濟有效的途徑之一。評價混合料高溫穩(wěn)定性的試驗方法有多種，通常我們采用的方法是動穩(wěn)定度試驗，即車轍試驗。瀝青混合料車轍試驗是試件在規(guī)定溫度及荷載條件下，測定試驗輪往返行走所形成的車轍變形速率，以變形穩(wěn)定期內(nèi)每產(chǎn)生1mm變形的行走次數(shù)即動穩(wěn)定度表示。車轍試驗最大的特點是能夠充分模擬瀝青路面上車輪行駛的實際情況，在用于試驗研究時，還可以改變溫度、荷載、試件尺寸、成型條件等因素，以較好的模擬路面的實際情況。由于LSPM粒徑較大，一般情況下最大粒徑可達到37.5mm，因此傳統(tǒng)的5cm車轍試件厚度已不適用。對于LSPM應有最小壓

11、實厚度，當車轍試件厚度小于該厚度時粗集料之間不能形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，集料之間不能互相嵌擠，此時的試驗數(shù)據(jù)不能反映真實情況。根據(jù)混合料壓實厚度應為最大公稱粒徑的34倍原則，通過大量的試驗驗證，表明對于LSPM車轍試驗最小應采用8cm厚度，試驗溫度采用現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的60。2.2 水穩(wěn)定性瀝青混合料在浸水條件下，由于瀝青與礦料的粘附力降低，表現(xiàn)為混合料的整體力學強度降低。尤其對于LSPM，由于孔隙較大，瀝青用量少，礦料之間的接觸點比普通瀝青混合料少，更應該考慮水穩(wěn)定性。為了更好的保證混合料的水穩(wěn)定性，對于LSPM的膠結(jié)料宜采用較高粘度的改性瀝青（如MAC、SBS改性瀝青），能夠形成較厚的瀝青膜，可

12、使瀝青膜的厚度大于12m。大量試驗研究表明，LSPM具有良好的水穩(wěn)定性。目前各國研究水穩(wěn)定性的方法各不相同，并沒有統(tǒng)一的標準，我國通常采用的試驗方法是殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比。對于LSPM結(jié)構(gòu)由于其顆粒間的接觸點明顯減少，結(jié)構(gòu)密實度較低，因此其馬歇爾穩(wěn)定度較低，甚至不容易測出，劈裂強度也明顯低于密實結(jié)構(gòu)的瀝青混合料。目前，針對大馬歇爾試件的試驗方法還不完善，難以保證試驗的準確性，因此，對于LSPM的水穩(wěn)定性主要從保證瀝青膜厚度即瀝青含量來進行檢驗與控制。2.3 疲勞性能瀝青路面的疲勞開裂也是瀝青路面最主要的破壞模式之一，因而瀝青混合料的疲勞性能一直受到研究人員的廣泛關(guān)注。瀝青路面使用期間，經(jīng)

13、受車輪荷載的反復作用，其應力或應變長期處于交迭變化狀態(tài)，致使路面結(jié)構(gòu)強度逐漸下降。當荷載重復作用超過一定的次數(shù)以后，在荷載作用下路面內(nèi)產(chǎn)生的應力就會超過路面結(jié)構(gòu)強度下降后的結(jié)構(gòu)抗力，在路面處治層底部產(chǎn)生疲勞開裂，在荷載繼續(xù)作用下，裂縫擴展至路表面形成疲勞裂縫。LSPM為嵌擠型混合料，粗集料比例很大、瀝青用量較低、空隙率較大，因此其疲勞性能要較密級配、密實型瀝青混合料低，但與密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層（ATB）疲勞性能相當。經(jīng)驗算LSPM層出現(xiàn)較大拉應力時，可采用以下兩種方法改善結(jié)構(gòu)抗疲勞性能：（1）精心進行路面結(jié)構(gòu)組合設計，讓LSPM層處于受壓區(qū)域，基本上不出現(xiàn)拉應力；（2）在LSPM層下增設細粒

14、式瀝青混合料抗疲勞層。2.4 滲透性能LSPM的主要功能之一是能迅速將滲入路面中的水迅速排出，因此，滲透性能是評價透水性瀝青混合料最為關(guān)鍵的指標之一。透水性能常用滲透系數(shù)表示，但目前我國尚沒有標準試驗方法測定透水性瀝青混合料的滲透系數(shù)。根據(jù)課題研究對于LSPM當空隙率達到13%時，混合料的滲透系數(shù)發(fā)生突變，而空隙率達到18%以后滲透系數(shù)變化不明顯，一般滲透系數(shù)為從0.01cm/s到1.0cm/s之間，此時能夠滿足混合料排水性能的要求，而對于密級配瀝青混合料即使空隙率達到10%，其滲透系數(shù)的數(shù)量級一般為10-5，這也就是說混合料的滲透性能不僅與空隙率有關(guān)，更重要是與混合料的連通空隙有關(guān)。正是基于

15、上面的原因LSPM的設計空隙率可以定為1318%，混合料滲透系數(shù)要求為大于0.01cm/s。目前我國沒有滲透系數(shù)的標準測試方法，混合料滲透系數(shù)的測試可以借鑒美國ASTM標準，ASTM PS129-01規(guī)定了瀝青混合料滲透系數(shù)的測試方法。ASTM標準為無側(cè)向滲水儀，無側(cè)向滲水儀的基本原理是讓量筒里的水滲透飽水瀝青混合料并記錄達到預先設定水頭落差位置的時間間隔，然后用達西定律計算瀝青混合料的滲透系數(shù)，設備如圖1。圖1 滲水儀示意圖其做法的主要步驟是首先將試件真空保水，然后放入試模中并充氣防止水分從側(cè)壁滲漏，在管中加水。記錄滲水量在上下刻度線之間的滲水時間，當滲水量較小時取30min的滲水量。滲透系

16、數(shù)k由式（1）計算： k （1）式中： k滲透系數(shù)，cm/s， a量筒內(nèi)徑面積，cm2 l試件厚，cm A試件橫截面積，cm2 t水頭高計時刻度至低計時刻度花費時間，s h1時間t1水頭高度，cm h2時間t1水頭高度，cm2.5 抵抗反射裂縫能力由于作用于路面的實際荷載為運動荷載，總會經(jīng)歷對稱加載和非對稱加載過程，在交通荷載作用下導致基層或舊路面中的裂縫向瀝青面層反射的主要原因裂縫尖端剪應力的奇異性。無論是對稱荷載還是非對稱荷載作用，裂縫尖端的應力強度因子都將隨著加鋪基層模量的增大而增大。瀝青混合料是一種溫度敏感性材料，其模量隨溫度的變化十分明顯，因此冬季出現(xiàn)反射裂縫的概率遠大于夏季，而且當

17、氣溫下降速度和幅度都很大時，加鋪層中反射裂縫的發(fā)展也很迅速。LSPM由于空隙率較大、瀝青含量低，因此其模量也較低，一般在400600MPa之間，遠較密級配瀝青混合料低。根據(jù)斷裂力學分析，混合料中沒有孔隙或空隙非常小時無論是對稱荷載還是非對稱荷載作用，裂縫尖端應力狀態(tài)都有很大的奇異性，當存在較大空隙時將極大的消減了裂縫尖端的應力集中，這就說明在裂縫擴展過程中，大空隙的存在能阻礙其進一步的發(fā)展。根據(jù)以上分析，LSPM模量較低，而且空隙率較大，混合料中存在較大連通空隙，因此其具有較強的抵抗反射裂縫的能力。綜合以上對LSPM性能的分析，可以得到的性能優(yōu)點：（1）LSPM由于粗集料形成了完整的骨架嵌擠結(jié)

18、構(gòu)，具有較強的抵抗車轍變形能力；( 2）采用了較高粘度的改性瀝青，瀝青膜厚度較大，具有較高的水穩(wěn)定性；（3）空隙率較大，滲水系數(shù)能夠滿足結(jié)構(gòu)排水要求，能夠?qū)B入路面的水分迅速排水結(jié)構(gòu)以外；（4）由于其模量不是非常高，而且存在大量的連通空隙，具有很高的抵抗反射裂縫能力；LSPM也具有一定的缺點，那就是其疲勞性能較密級配混合料較低，這需要通過良好的混合料設計與結(jié)構(gòu)設計來改善抗疲勞性能。3 結(jié)構(gòu)組合設計 3.1 工程適用條件LSPM可以應用于公路的新建工程或者瀝青路面補強改造工程以及水泥混凝土路面的加鋪層。1.新建路面基層LSPM作為新建路面柔性基層，可以兼有承重層、排水層的功能。通常條件下，LSP

19、M層下需要設置封層。2.舊路改造加鋪層基層對于舊路改造中LSPM的應用需要對原路面進行調(diào)查與分析。由于LSPM為柔性基層，對原路面有一定的要求。首先應對原路面進行破損調(diào)查，對瀝青路面按我國公路瀝青路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范（JTJ 073.2-2001）規(guī)定，瀝青混凝土路面破損狀況采用路面狀況指數(shù)（PCI）進行評價，路面狀況指數(shù)由瀝青路面破損率（DR）計算得出。對水泥混凝土路面按公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范（JTJ 073.1-2001）規(guī)定進行調(diào)查，采用路面狀況指數(shù)（PCI）和斷板率(DBL)兩項指標評定路面破損狀況。根據(jù)對原路面的調(diào)查與評定，對原路面進行相應的處置，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果進行合理設計。另外

20、，還需要進行承載力調(diào)查，路面結(jié)構(gòu)承載能力的測定，可分為破損類和無破損類，對于舊路改造工程對原路面的要求為ET120MPa。如果原路面出現(xiàn)大面積的坑槽、沉陷和路基嚴重破損的道路，則不適宜用LSPM層直接加鋪。 3.2 結(jié)構(gòu)設計3.2.1 柔性基層瀝青路面應力分布長期以來，普遍認為路面應力隨深度消減，故在路面層狀體系中應力高的上層，鋪筑質(zhì)量好的材料；而在應力低的下層，采用價格便宜、質(zhì)量較差的材料。但多年的路面使用經(jīng)驗表明，依據(jù)這種思想進行路面結(jié)構(gòu)組合設計并不完善。通過力學分析與課題研究，對于柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)受力認為，瀝青層內(nèi)豎向壓應力隨深度增加迅速減小，在18cm深度左右由0.7MPa減小到0

21、.2MPa。由此可知，上部瀝青層承受主要壓應力，對于瀝青路面車轍的形成起重要作用。國外研究成果也表明，瀝青層厚度超過18cm以后，瀝青路面車轍量不再隨瀝青層厚度的增加而增加。(2)在柔性基層瀝青路面中，瀝青面層水平方向上部受壓，下部受拉，中性軸隨瀝青層厚度增加而下移。瀝青層越薄，層底最大拉應力越大。因此，增加瀝青層厚度可以有效提高路面防止疲勞開裂的性能。另外，不論層間連續(xù)還是光滑，均上部受壓下部受拉，連續(xù)條件下瀝青層底最大水平拉應力比光滑條件下小很多，說明正確的施工，保證界面連續(xù)對瀝青路面的疲勞耐久性起著重要作用。瀝青層內(nèi)剪應力隨深度銳減，10cm以下變得很小，因此瀝青路面剪切破壞主要發(fā)生在表

22、層。不同軸重作用下，瀝青路面豎向應力的分布規(guī)律相同，并且豎向應力隨軸重增加發(fā)生顯著增加；隨軸重增加，瀝青層底水平拉應力增加，但瀝青層內(nèi)受壓區(qū)和受拉區(qū)的位置不隨軸重變化而改變。3.2.2 柔性基層設計標準與方法對于柔性基層的設計方法有多種，各國之間也存在著很大的差異。根據(jù)我們研究成果，對于新建道路設計可以采用我國瀝青路面設計規(guī)范（05年修訂版）或AASHTO （1993版）設計方法；對于老路加鋪層設計可采用AASHTO （1993版）或經(jīng)驗法確定。（一）新建工程設計方法 （1）我國的瀝青路面設計方法路面結(jié)構(gòu)設計采用雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀連續(xù)體系理論進行計算，高速、一級、 二級公路的路面

23、結(jié)構(gòu)設計，應以路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層層底拉應力(拉應變)及半剛性材料層的層底拉應力為設計指標，路面荷載及計算點如圖2所示。圖2 路面荷載及計算點圖示路面結(jié)構(gòu)厚度設計應滿足結(jié)構(gòu)整體承載力與抵抗瀝青層或半剛性基層、底基層疲勞開裂的要求：1) 輪隙中心處路表計算彎沉值小于或等于設計彎沉值，即： (2)2) 輪隙中心或單圓荷載中心處的層底拉應力應小于或等于容許拉應力，即： (3) a) 設計彎沉值應根據(jù)公路等級、設計年限內(nèi)累計標準當量軸次、面層和基層類型按式(4)計算確定。 (4)式中： 設計彎沉值（0.01mm）； 設計年限內(nèi)一個車道累計當量軸次(次)； 公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1

24、.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2； 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌和冷拌瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面、瀝青表面處治為1.1。 基層類型系數(shù)，根據(jù)半剛性基層或底基層上柔性結(jié)構(gòu)層總厚度按式(5)確定，當小于1.0時取1.0，當大于1.6時取1.6。 (5)式中： 為半剛性基層或底基層上柔性結(jié)構(gòu)層總厚度（cm）；b) 瀝青混凝土層、半剛性材料基層、底基層以彎拉應力為設計指標時，材料的容許拉應力應按式(6)計算： (6)式中： 路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應力(MPa); 瀝青混凝土或半剛性材料的極限抗拉強度(MPa)； 抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)。對瀝青混凝土的極限抗拉強度，系指15時的極

25、限抗拉強度；對水泥穩(wěn)定類材料系指齡期為90d的極限抗拉強度(MPa)；對二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類材料系指齡期為180d的極限抗拉強度(MPa)；對水泥粉煤灰穩(wěn)定類材料系指齡期為120d的極限抗拉強度(MPa)。對瀝青混凝土層的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù)，宜按式(7)計算： (7)對無機結(jié)合料穩(wěn)定集料類： (8)對無機結(jié)合料穩(wěn)定細粒土類： (9)c) 以路表彎沉值為設計指標時，設計參數(shù)采用抗壓回彈模量，對于瀝青混凝土試驗溫度為20；計算路表彎沉值時，抗壓回彈模量應按下式計算其設計值： (10)式中： 各試件模量的平均值(MPa)； S 各試件模量的標準差； 保證率按95%，系數(shù)取2.0。d)以瀝青層彎拉應力

26、(或拉應變)為設計指標時，應在15條件下測試瀝青混合料的抗拉強度與彎拉回彈模量，半剛性材料宜在規(guī)定齡期時測定抗拉強度與彎拉回彈模量。也可采用換算法用劈裂強度與抗壓回彈模量計算。計算彎拉應力時應考慮模量的最不利組合。因此， 在計算層底拉應力時，計算層以下各層的模量應采用式(10)；計算其模量設計值；計算層及以上各層模量應采用式(11)計算其模量設計值： (11) 式中：符號同式（10）。輪隙中心路表彎沉與層底拉應力的計算，以及交工驗收彎沉值確定與溫度修正與原規(guī)范相比并沒有變化，因此可參考原設計規(guī)范。（2）AASHTO設計方法AASHTO是美國各州公路及運輸工作者協(xié)會的簡稱，其推薦的方法是以AAS

27、HTO試驗路得到的大量的試驗結(jié)果為基礎(chǔ)的，在設計指南中主要采用經(jīng)驗性能方程作為基本模型，通過設計變量與參數(shù)來進行設計。由于AASHTO設計方法是一套系統(tǒng)的設計方法，因此本指南僅對AASHTO 1993設計指南進行簡要敘述。設計變量時間約束條件：為了充分利用可能獲得的資金，AASHTO設計指南鼓勵對交通量大的工程采用較長的分析年限，至少應包括一次大修期，因而分析年限應等于或大于工作年限。工作年限是指初建的路面結(jié)構(gòu)至需要大修以前的時間，或者兩次大修之間的年限。分析年限為任何設計策略所必須包括的時段，AASHTO建議采用較長的分析年限，因為根據(jù)壽命周期費用這樣可能更符合比較長期策略。分析年限長短的一

28、般原則如下表：分析年限長短的準則公路條件分析年限（年）公路條件分析年限（年）市區(qū)大交通量3050小交通量路面1525郊區(qū)大交通量20-50小交通量集料面層10-20 交通量：AASHTO設計方法是預計80KN累積當量單軸荷載（ESAL）為依據(jù)，以現(xiàn)時服務能力指數(shù)等效原則計算標準軸載。AASHTO軸載換算關(guān)系計算式為： (12)式中：Wx = 非標準軸載, kips W18 = 標準軸載, 18 kip (80 KN)；Lx = 單軸、雙軸或三軸軸重；L2 = 軸數(shù)；SN=結(jié)構(gòu)數(shù) （13） 式中：Pt為終端服務能力指數(shù) （14）可靠性：可靠性是在程序中加上一定程度地保證率以確保各種設計方案可以持

29、續(xù)整個分析期的方法。下表提供了不同功能等級AASHTO推薦的可靠性水平。不同功能等級所推薦的可靠度水平功能分類推薦的可靠性水平城市道路郊區(qū)道路州際道路和其他快速道路85-99.980-99.5主干道80-9975-95集散道路80-9575-95地方道路50-8050-80環(huán)境影響：環(huán)境可以通過幾種途徑影響路面的使用性能，在AASHTO設計指南中詳細論述了環(huán)境造成服務能力損失的量化方法。服務能力：最基本的服務能力的量度標準是現(xiàn)有路面耐用性指數(shù)PSI，其值在0（完全破壞道路）到5（完好道路）范圍內(nèi)變化。對主要公路的設計建議取指數(shù)為2.5或者更高，對交通量小的公路為2.0。有效土基回彈模量路基土的

30、彈性模量試驗（AASHTO T274）應選擇能模擬主要濕度季節(jié)的有代表性的應力和濕度狀況樣本進行，季節(jié)彈性模量值可通過與土壤特性的關(guān)系來確定。確定季節(jié)彈性模量的目的是為了量化道路每個季節(jié)的相對損傷并將其作為整個設計的一部分，然后建立一種有效的土基彈性模量，相當于所有季節(jié)性模量的總和影響。確定有效土基模量的方法詳細見AASHTO設計指南（1993）附錄。結(jié)構(gòu)數(shù)結(jié)構(gòu)數(shù)為層厚、層位系數(shù)和排水系數(shù)的函數(shù)，其表達式為： （15）式中：層位系數(shù)； 層厚； 排水系數(shù)。層位系數(shù)用于度量某種材料作為路面的結(jié)構(gòu)組成部分，單位厚度具有的相對功能。層位系數(shù)可由試驗路或附屬路段來確定，或根據(jù)試驗確定材料回彈模量通過計算

31、確定層位系數(shù)。排水系數(shù)是根據(jù)基層和底基層的排水質(zhì)量與實際含水量，對層位系數(shù)進行修整的系數(shù)，其取值一般可根據(jù)AASHTO設計指南中提供的建議表格查取。設計方程式AASHTO設計方程式是根據(jù)AASHTO試驗路的成果，考慮到土基和氣候條件與試驗路的不同，通過理論和經(jīng)驗對比進行修整。其基本設計方程式為：(16)式中：土基有效回彈模量(MPa)； 在時間t末時的服務能力；當考慮到不同可靠度水平時，在計算方程式中需加入建立于可靠性的正態(tài)偏移，上面公式可修正為： （17）式中：給定可靠性R的正態(tài)偏移，可通過AASHTO設計指南查到； 標準離差。上式為AASHTO柔性路面設計指南的最終設計方程式，其求解可通過

32、諾模圖或AASHTO計算機程序進行。（二）舊路改建工程設計方法 （1）我國的舊路加鋪層設計方法由于我國的舊路加鋪層設計方法目前還不是很完善，因此，此處不推薦應用我國的設計方法。（2）AASTHO舊路加鋪層設計方法AASHTO設計指南有很完善的加鋪層設計方法，其設計方法是基于剩余壽命概念。其建議用非破損測試作為加鋪層修復工作的一部分，現(xiàn)場評定土基和各層的模量及結(jié)構(gòu)承載能力。對于已加鋪的路面，舊路面的結(jié)構(gòu)能力為加鋪之前作用的荷載以及加鋪后作用的荷載的函數(shù)，其基本方程式為： (18)式中：加鋪層所需結(jié)構(gòu)能力； 加鋪路面承受交通所需總結(jié)構(gòu)能力； 剩余壽命系數(shù)； 舊路面在加鋪前的有效結(jié)構(gòu)能力。然后確定舊

33、路的有效承載能力，即舊路的剩余壽命。確定加鋪路面后的荷載作用重復次數(shù)，其與新路設計基本一致，只需調(diào)查加鋪當年的交通量和軸載數(shù)，利用現(xiàn)行路面設計規(guī)范中的軸載換算公式，算出加鋪當年的日平均標準軸載作用次數(shù)，則可算出加鋪后路面使用期末當量標準軸載作用總次數(shù)。另外，在舊路面加鋪層設計前，應預估加鋪路面下次加鋪時的剩余壽命，這樣可以反算加鋪路面在下次加鋪前已承受的當量標準軸次。剩余壽命系數(shù)是一項用于舊路面有效結(jié)構(gòu)能力的修正系數(shù)，它實際反映加鋪年限內(nèi)的加權(quán)有效能力，即舊路面剩余壽命在加鋪后對加鋪路面壽命的貢獻。故加鋪路面下次加鋪前承受的當量標準軸次由兩部分組成，見下式： (19)式中：Ny加鋪路面在下次加

34、鋪前承受的當量標準軸次。 Nyx加鋪路面在下次加鋪前瀝青混凝土加鋪層承受當量標準軸次； Nxy加鋪路面在下次加鋪前舊路面承受當量標準軸次；算出加鋪層所能提供的有效當量標準軸次后，利用瀝青路面疲勞準則，以雙層彈性體系為計算力學模型，按新建路面設計中的相關(guān)方法進行厚度設計。利用補強公式算出的厚度，采取不同的施工對策。3.2.3 經(jīng)驗推薦值在LSPM層厚度設計時，可以參考以往的經(jīng)驗厚度，根據(jù)這幾年的研究和應用給出的經(jīng)驗厚度為8-18cm。8cm是考慮了混合料最小層厚與最大公稱尺寸之間的關(guān)系，18cm則是考慮作為一層壓實所能達到的最大厚度。常用的厚度為8-12cm。3.3 排水設計由于LSPM兼有排水

35、功能，因此還需要根據(jù)路面排水技術(shù)要求進行驗證排水能力，其應該滿足排水設計能力。按公路排水設計規(guī)范(JTJ018-97)的規(guī)定，根據(jù)瀝青路面的表面水設計滲入率Ia、路面寬度、瀝青排水層的橫坡為2%，確定排水基層的有效厚度，由下式可以計算排水基層所要求的滲透系數(shù)，但要注意此式要求的滲透系數(shù)試驗室測定是按照我國規(guī)范進行的。 （20）LSPM的排水性能對結(jié)構(gòu)設計也有一定的影響，對于路面排水規(guī)范規(guī)定：滲入水在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的最大滲流時間，冰凍地區(qū)不應超過1h，其他地區(qū)不應超過2h（重交通時）4h（輕交通時）。地區(qū)材料的排水性能由滲透系數(shù)確定，其滲流速度可以根據(jù)達西定律進行計算，如下式。 (21)其中：k材料

36、的滲透系數(shù)；i水頭梯度排水層的厚度應該視需要排泄的滲入水水量和所選透水材料的滲透系數(shù)而定，因此根據(jù)排水要求也可以計算出排水基層所需要的有效厚度。由于整個基層都是采用LSPM，可不設縱向集水溝和集水管以及橫向出水管，滲入基層內(nèi)部的水分將通過整個路肩進行排出，為此需對路肩進行特殊設計，可以采用碎石路肩或在硬路肩設置碎石盲溝。路肩設計采用碎石路肩時，LSPM基層與碎石路肩相連，碎石路肩上鋪砌水泥混凝土板以利于基層的排水。碎石路肩采用級配碎石，要求自原路面以下開始填筑，厚度要大于基層厚度，級配碎石采用軋制碎石，級配要求如下表。碎石路肩級配要求通過下列篩孔的質(zhì)量百分率（%）液限%28塑性指數(shù)%26.5m

37、m），現(xiàn)行瀝青混合料試驗規(guī)程對于大于26.5mm的粗粒式瀝青混合料，可以采用替代法。由于采用小粒徑石料代替大粒徑石料的方法會改變原有的級配規(guī)律，造成試驗的系統(tǒng)誤差。根據(jù)目前國內(nèi)外對成型方法的研究基礎(chǔ)，可以采用的方法有大型馬歇爾法、振動成型法和旋轉(zhuǎn)壓實儀體積法設計等，但是到目前為止都尚無完善的設計體系。馬歇爾方法在我國應用比較普遍，也比較容易接受，但是由于大瀝青瀝青混合料粗骨料相對更多、骨架結(jié)構(gòu)形成較好，如果采用大型馬歇爾法則必定會造成大量石料被擊碎，從而影響了試驗的準確性，另外也不如旋轉(zhuǎn)壓實儀能夠更好的模擬現(xiàn)場壓實情況。旋轉(zhuǎn)壓實儀被SHRP選作用來高級路面的設計與評價，我國有部分研究機構(gòu)已經(jīng)引

38、進，但是由于其價格昂貴，設計理念比較新穎，國內(nèi)施工單位根本不具備條件。根據(jù)課題研究成型方法要根據(jù)現(xiàn)有條件可以采用大馬歇爾法與旋轉(zhuǎn)壓實儀法，考慮目前施工單位配備旋轉(zhuǎn)壓實儀困難很大，在設計時應對兩種方法進行對比，現(xiàn)場仍以大馬歇爾法為準。擊實次數(shù)112次可作為大型馬歇爾擊實成型的標準擊實次數(shù)。 大馬歇爾與標準馬歇爾擊實參數(shù)表參數(shù)標準馬歇爾大馬歇爾試件直徑(mm)101.6152.4試件標準高度(mm)63.595.25錘重(kg)4.5310.2落錘高度(mm)457457擊實次數(shù)75112對Superpave旋轉(zhuǎn)壓實儀法成型，根據(jù)交通量的要求，按重交通量要求選取初始壓實次數(shù)為8次，設計壓實次數(shù)選擇

39、為20、50、75與100次?？紤]到路面的實際受力情況，以及目前所采用的重型壓路機，壓實軸向荷載仍采用為600KPa。結(jié)果分析表明隨壓實次數(shù)的增加試件的密度一直在增加，但增加的幅度逐漸減小，這說明混合料已經(jīng)逐漸被壓實，這也說明對重載交通采用100次作為設計壓實次數(shù)是正確可行的。4.4 體積指標測定體積指標主要是指密度的測定與空隙率的計算，密度的測定采用實測法和計算法，實測法為二次封蠟法，首先采用橡皮泥將試件表面大空隙填平，然后稱重，將橡皮泥填充的體積作為試件的體積，然后進行封蠟測定水中重，通過計算就可以測定試件的密度；計算法為直接采用游標卡尺測量試件的直徑和高度計算試件的體積，然后根據(jù)試件的重

40、量可以直接計算試件的密度。兩種方法都存在一定的缺陷，計算法比較簡單直接，但是由于試件表面?zhèn)让娑疾⒉皇鞘忠?guī)則，而且由于粗集料含量大邊角容易破損，直接造成計算體積的不準確，誤差較大；實測法相對來講誤差較小，但也存在一定的人為誤差，特別是在封橡皮泥時不同的人對表面空隙掌握的尺度不一樣，另外測定起來也比較麻煩，所以在測定時最好為同一人。目前國際上對于空隙率較大混合料密度測定比較先進的方法是CoreLok法，Corelok是美國InstroTek測量儀器設備公司生產(chǎn)的一種專門用于測量瀝青混合料及其砂石原材料密度的自動真空封裝設備，是目前瀝青及瀝青混合料密度測試最先進的測試儀器，被美國NCAT（美國國家

41、瀝青中心）指定為專用密度測試設備，在美國已經(jīng)得到廣泛應用。Corelok密度檢測完全滿足ASTM D6752及ASTM D6857規(guī)范要求。與其他瀝青混合料密度測試設備比較，其特點為：對試樣形狀無要求、多功能、全自動、快速、準確及再現(xiàn)性好等。Corelok能準確測試大空隙率瀝青混合料的密度，如OGFC、LSPM、透水性路面瀝青混合料等，是傳統(tǒng)的測試方法無法匹及的。根據(jù)對三種密度測試方法的對比研究可得到一些結(jié)論：三種密度中二次封蠟法密度最大，計算法密度最小，CoreLok法居中；CoreLok法密度變化較為平緩，而計算法與二次封蠟法密度變化較大，從另一方面反映了這兩種方法誤差較大，受人為因素的影

42、響較大，相對而言CoreLok法較為準確；這三種方法的變化較大并沒有一定的相關(guān)性，當然由于試件較少還不能完全認定。綜合分析在設計時采用CoreLok法密度較為合適，但是受儀器的限制目前國內(nèi)還比較少，因此在施工現(xiàn)場宜采用計算法或二次封蠟法，在設計時應對比CoreLok法找出其關(guān)系。密度的測定還包括最大理論密度的測試，最大相對密度可以采用真空實測法和計算法，按照公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）規(guī)定，對于普通瀝青混合料可以采用實測法，對于改性瀝青混合料由于比較難以分散應采用計算法。對LSPM一般采用MAC-70#改性瀝青或SBS改性瀝青粘度較大，因此采用計算法。計算法采用集料有效

43、相對密度，有效相對密度宜直接由礦料的合成毛體積相對密度與合成表觀相對密度按式(22)計算確定，其中瀝青吸收系數(shù)C值根據(jù)材料的吸水率由式(23)求得，材料的合成吸水率按式(24)計算。 (22) (23) (24)4.5 最佳瀝青含量確定縱觀國內(nèi)外對排水性大孔隙瀝青混合料最佳瀝青用量確定的方法，主要都是經(jīng)驗方法。根據(jù)課題研究，最佳瀝青含量的確定應采用瀝青膜厚度、設計空隙率并綜合析漏與飛散試驗方法確定。由于LSPM具有排水功能，其空隙中有自由水的存在，為了滿足水穩(wěn)定性的要求使得混合料具有好的耐久性，那么混合料應當具有足夠的瀝青膜厚度。瀝青膜厚度可以通過瀝青含量與集料表面積來計算，瀝青含量應當采用有

44、效瀝青含量，考慮到有效瀝青含量的計算比較麻煩，當集料吸水率較小時可以采用瀝青含量。集料表面積的計算可根據(jù)美國AI給出的經(jīng)驗公式估算，公式如下： （25）式中：Pi分別為I級篩孔的通過率(%)。綜合密級配瀝青混凝土以及SMA混合料的水穩(wěn)定性研究，以及課題研究，對LSPM要求瀝青膜厚度為12um。 析漏試驗和飛散試驗是確定透水性瀝青混合料最佳瀝青用量的兩項必不可少的試驗。通過析漏試驗可以確定保證瀝青不產(chǎn)生流淌的最大瀝青用量；通過飛散試驗可以確定透水性瀝青混合料不發(fā)生嚴重飛散的最小瀝青用量。根據(jù)這兩個瀝青用量就可以確定透水性瀝青混合料的瀝青用量范圍，在此范圍內(nèi)再參考設計試件體積指標與瀝青膜要求的結(jié)果，選擇合適的瀝青用量作為最佳瀝青用量。為了保證瀝青不產(chǎn)生流淌，對于LSPM由于最大粒徑較大，考慮施工中的離析等因素，對LSPM要求析漏質(zhì)量損失不大于0.2%；為了保證混合料不發(fā)生松散，飛散試驗的質(zhì)量損失不能大于20%。綜合分析，LSPM技術(shù)指標要求匯總?cè)缦拢篖SPM大馬歇爾試驗配合比設計技術(shù)標準 試驗指標單位LSPM公