國外瀝青路面設計簡介

1、國外瀝青路面結構設計國外瀝青路面結構設計 簡簡 介介長安大學長安大學戴經梁戴經梁 國外瀝青路面結構設計簡介國外瀝青路面結構設計簡介 豐富我國現(xiàn)有路面結構類型的必要性豐富我國現(xiàn)有路面結構類型的必要性 永久性瀝青路面簡介永久性瀝青路面簡介 國外瀝青路面結構設計方法介紹國外瀝青路面結構設計方法介紹 CBR設計法設計法(加州承載比法加州承載比法) 美國各州公路工作者協(xié)會美國各州公路工作者協(xié)會(AASHTO)設計法設計法 shell(殼牌殼牌 )設計法設計法 豐富我國現(xiàn)有路面結構類型的必要性豐富我國現(xiàn)有路面結構類型的必要性 我國高速公路路面的早期損壞嚴重：我國高速公路路面的早期損壞嚴重： 瀝青路面建成不

2、久，當年或者瀝青路面建成不久，當年或者23年后，瀝青路面就年后，瀝青路面就發(fā)生不同程度的開裂、車轍、坑槽等早期損壞。發(fā)生不同程度的開裂、車轍、坑槽等早期損壞。 另外的早期損壞是指所修建的路面普遍達不到路面的設另外的早期損壞是指所修建的路面普遍達不到路面的設計年限。路面的大修經常是計年限。路面的大修經常是“開膛破肚開膛破肚”式的。式的。 張春賢部長張春賢部長 在全國交通工作會議上指出在全國交通工作會議上指出 “要有針對性地引進國外成熟的技術、標準和規(guī)要有針對性地引進國外成熟的技術、標準和規(guī)范。科研成果是實踐經驗的總結，是人類文明的結晶，范?？蒲谐晒菍嵺`經驗的總結，是人類文明的結晶，我們要善于借

3、鑒一切先進的科研成果。在公路建設和管我們要善于借鑒一切先進的科研成果。在公路建設和管理領域、國與國之間理領域、國與國之間 的技術問題及解決方法具有很多的技術問題及解決方法具有很多共性。發(fā)達國家研究早、實踐早、積累了豐富的經驗，共性。發(fā)達國家研究早、實踐早、積累了豐富的經驗，許多技術、標準和規(guī)范屬于政府所有，沒有知識產權的許多技術、標準和規(guī)范屬于政府所有，沒有知識產權的障礙，我們要把技術引進作為公路交通實現(xiàn)新的跨越式障礙，我們要把技術引進作為公路交通實現(xiàn)新的跨越式發(fā)展的重要手段發(fā)展的重要手段” 202040403030404020204040202040403030404040403030404

4、030305050設計設計年限年限澳大澳大利亞利亞加拿大加拿大日本日本南非南非法國法國英國英國德國德國美國美國（AASHTOAASHTO9393）國家國家 國外瀝青路面結構的設計年限國外瀝青路面結構的設計年限 部分國家使用的主要瀝青路面結構部分國家使用的主要瀝青路面結構 中國中國加拿大加拿大德國德國日本日本（中、輕（中、輕交通）交通）美國美國( (貧水泥混凝土貧水泥混凝土) )（中、輕（中、輕交通）交通）英國英國( (水穩(wěn)碎石水穩(wěn)碎石) )法國法國薄瀝青層薄瀝青層 厚厚粒料基層粒料基層厚瀝青層厚瀝青層下臥底基層下臥底基層半剛性基層半剛性基層混合式混合式全厚式全厚式粒料基層粒料基層主要路面結構主

5、要路面結構國家國家俄羅斯俄羅斯法國法國比利時比利時諾丁漢大學諾丁漢大學南非南非日本日本澳大利亞澳大利亞SHELL補強補強AI路表路表彎沉彎沉永久變形永久變形粒料層剪粒料層剪切應力切應力路基頂面路基頂面壓應變壓應變穩(wěn)定粒料穩(wěn)定粒料層拉應力層拉應力瀝青層瀝青層疲勞疲勞機構機構 部分國家或單位采用的設計指標部分國家或單位采用的設計指標國外常見瀝青路面結構組成國外常見瀝青路面結構組成國外常見瀝青路面結構組成國外常見瀝青路面結構組成 永久性瀝青路面永久性瀝青路面永久性瀝青路面產生的背景永久性永久性瀝青路面的特點路面的特點永久性瀝青路面經濟性永久性瀝青路面經濟性永久性瀝青路面對結構層材料的要求永久性瀝青路

6、面對結構層材料的要求永久性瀝青路面設計方法永久性瀝青路面設計方法永久性瀝青路面產生的背景永久性瀝青路面產生的背景 重載交通對歐洲瀝青路面的挑戰(zhàn)重載交通對歐洲瀝青路面的挑戰(zhàn) 軸載增加和重載交通量的快速增長；軸載增加和重載交通量的快速增長； 慢速交通產生了更大的路面應力；慢速交通產生了更大的路面應力； 高壓輪胎引起作用應力的增加；高壓輪胎引起作用應力的增加； 道路磨光加速。道路磨光加速。永久性路面的特點永久性路面的特點 在總費用上：初期建設費很高，日常養(yǎng)護費和使用費較少，在總費用上：初期建設費很高，日常養(yǎng)護費和使用費較少，總費用效益比最大總費用效益比最大 在設計年限上：至少在設計年限上：至少40年

7、年 在損壞模式上：路面的損壞只發(fā)生在表面層，如表面開裂，在損壞模式上：路面的損壞只發(fā)生在表面層，如表面開裂，不存在結構性破壞不存在結構性破壞 在養(yǎng)護維修上：只需要日常養(yǎng)護，不需要進行結構性大修在養(yǎng)護維修上：只需要日常養(yǎng)護，不需要進行結構性大修瀝青路面周期費用經濟分析瀝青路面周期費用經濟分析永久性瀝青路面經濟性永久性瀝青路面經濟性 永久性路面能夠承受更大的交通量和更重的交通永久性路面能夠承受更大的交通量和更重的交通荷載，雖然其初期建設費用較高，但是如果評價整個使荷載，雖然其初期建設費用較高，但是如果評價整個使用周期的總費用，永久性路面較傳統(tǒng)的瀝青路面更經濟，用周期的總費用，永久性路面較傳統(tǒng)的瀝青

8、路面更經濟，降低了使用周期內的維修費用，同時極大降低了道路使降低了使用周期內的維修費用，同時極大降低了道路使用者的使用費用（交通延誤及事故費用）。用者的使用費用（交通延誤及事故費用）。最大拉應變路面基礎（路面基礎（Pavement Foundation）高模量抗車轍材料（聯(lián)結層）柔性抗疲勞材料 3 - 4”（HMA基層） 1.5 - 3” SMA, OGFC 或 Superpave （表面層 ） 4”to6”高壓應力區(qū) 永久性瀝青路面對結構層材料的要求永久性瀝青路面對結構層材料的要求 要求面層應具有足夠的抗車轍能力、抗?jié)B性及抗磨耗要求面層應具有足夠的抗車轍能力、抗?jié)B性及抗磨耗性能；性能； 要求

9、中間層（聯(lián)結層）具有較強的抗車轍性能；要求中間層（聯(lián)結層）具有較強的抗車轍性能； 要求基層具有足夠的抗疲勞及耐久性能。要求基層具有足夠的抗疲勞及耐久性能。 要求路面結構的基礎可以為路面結構的鋪筑提供穩(wěn)定要求路面結構的基礎可以為路面結構的鋪筑提供穩(wěn)定的施工平臺，其在服務期內的性能指標不會隨季節(jié)的的施工平臺，其在服務期內的性能指標不會隨季節(jié)的改變而發(fā)生較大的變化。改變而發(fā)生較大的變化。 瀝青路面較厚瀝青路面較厚 = 應變較小應變較小 應變低于疲勞閾值應變低于疲勞閾值 = 疲勞壽命無限長疲勞壽命無限長壓應變壓應變拉應變拉應變應變應變疲勞壽命疲勞壽命疲勞壽命疲勞壽命無限長無限長瀝青基層的抗疲勞性能瀝青

10、基層的抗疲勞性能 有效瀝青含量較高的混合料有效瀝青含量較高的混合料= 混合料具有較高的應變能力混合料具有較高的應變能力 改性瀝青改性瀝青 =混合料具有較高的應變能力混合料具有較高的應變能力疲勞壽命疲勞壽命應應變變高瀝青含量高瀝青含量低瀝青含量低瀝青含量疲勞壽命疲勞壽命無限長無限長瀝青基層的抗疲勞性能瀝青基層的抗疲勞性能 影響永久性路面抗車轍性能的因素影響永久性路面抗車轍性能的因素 集料級配集料級配； 瀝青等級及改性劑的添加；瀝青等級及改性劑的添加； 施工過程中混合料的密度（空隙率）；施工過程中混合料的密度（空隙率）； 選擇適宜的表面層材料。選擇適宜的表面層材料。 瀝青層厚度瀝青層厚度 (mm)

11、車車轍轍率率(mm/msa)01002003004000.11101001000車轍率與瀝青層厚度的關系車轍率與瀝青層厚度的關系永久性瀝青路面設計永久性瀝青路面設計方法方法路面力學模型路面力學模型材料性能指標材料性能指標(模量值模量值)路面反應路面反應 (應力、應變等）應力、應變等） 轉換函數(shù)轉換函數(shù)路面壽命是路面壽命是否滿足要求？否滿足要求？最終設計最終設計面層底部大于面層底部大于70 meme的的拉應拉應變出現(xiàn)的可能性最??；變出現(xiàn)的可能性最小；路基頂部大于路基頂部大于 200 meme的的壓壓應變出現(xiàn)的可能性最小；應變出現(xiàn)的可能性最小；永久性路面設計永久性路面設計標準標準標準當量軸載標準當

12、量軸載限制彎拉應變限制彎拉應變 70meme限制豎向壓應變限制豎向壓應變 8”)路基路基 永久性路面設計目標永久性路面設計目標 反復彎曲反復彎曲產生疲勞開裂產生疲勞開裂反復反復變形變形產生車轍產生車轍HMA路基路基 國外瀝青路面設計方法介紹國外瀝青路面設計方法介紹CBR 設計法設計法 AASHTO 設計法設計法 SHELL設計法設計法 CBRCBR設計法設計法 該方法是上世紀二十年代美國加州使用的一種方法。該方法是上世紀二十年代美國加州使用的一種方法。該法根據多年實測結果得到一條土基承載值與路面總厚該法根據多年實測結果得到一條土基承載值與路面總厚度的關系曲線。而土基的承載值用標準碎石承載能力的

13、度的關系曲線。而土基的承載值用標準碎石承載能力的百分比（稱為加州承載比，記為百分比（稱為加州承載比，記為CBR值）表示。所以值）表示。所以這種方法也稱為這種方法也稱為CBR法。提出的法。提出的CBR指標指標已被作為路已被作為路面材料的一種參數(shù)指標得到了廣泛應用。面材料的一種參數(shù)指標得到了廣泛應用。 AASHTOAASHTO方法方法 AASHTO法提出了路面現(xiàn)時服務能力指數(shù)法提出了路面現(xiàn)時服務能力指數(shù)PSI的概念，的概念，以反映路面狀況與質量的指標。通過對相同路段的主以反映路面狀況與質量的指標。通過對相同路段的主觀評價與客觀評價，建立了觀評價與客觀評價，建立了PSI與路面狀況的關系。與路面狀況的

14、關系。 AASHTO設計方法提出以使用年限末的路面現(xiàn)時服務設計方法提出以使用年限末的路面現(xiàn)時服務能力指數(shù)能力指數(shù)Pt作為設計控制標準，使路面結構設計和路作為設計控制標準，使路面結構設計和路面使用期末的性能聯(lián)系起來。面使用期末的性能聯(lián)系起來。 路面現(xiàn)時服務能力指數(shù)PSI（路面耐用性指數(shù)）PSI=5.03-1.91lg式中：式中： 兩邊輪跡帶上的平均坡度變化 C已發(fā)展成網裂者m2/92.9m2 P修補面積m2/92.9m2 車轍深度cm AASHTO1972AASHTO1972版版 結構數(shù)結構數(shù)表示路面結構強弱的指標，反映了路面表示路面結構強弱的指標，反映了路面各結構層層位、材料及厚度與路面結構強

15、度之間對應關各結構層層位、材料及厚度與路面結構強度之間對應關系系 D1瀝青面層厚度； 1熱拌瀝青混凝土0.44 D2基層厚度； 2級配碎石0.14 D3底基層厚度； 3天然沙礫0.11 車輛的當量換算車輛的當量換算按耐用性指數(shù)按耐用性指數(shù)P=2.5P=2.5等效原則，提等效原則，提出了各種單軸和雙軸換算為出了各種單軸和雙軸換算為1818千磅（千磅（80KN80KN）單軸荷載的換）單軸荷載的換算系數(shù)（標準軸載）算系數(shù)（標準軸載） 1 1基本設計條件基本設計條件 最終耐用性指數(shù)，主要干線公路最終耐用性指數(shù)，主要干線公路p=2.5p=2.5 輕交通公路輕交通公路 p=2.0p=2.0 設計交通量設計

16、交通量 設計期（設計期（2020年）換算為年）換算為1818千磅軸載累計作用千磅軸載累計作用次數(shù)次數(shù)AASHTO1972AASHTO1972版設計版設計法法2路面結構數(shù)確定路面結構數(shù)確定 路面設計方程路面設計方程 C0道路試驗中平均起始耐用性指數(shù)，4.2 C1道路試驗中最終耐用性指數(shù)，1.5 P設計的最終耐用性指數(shù)，主干道2.5 次要公路2.03 3路面結構厚度確定路面結構厚度確定 由由 根據得到幾種路面結構組根據得到幾種路面結構組合，最后根據地區(qū)條件、施工條件及經濟分析確定路面結構合，最后根據地區(qū)條件、施工條件及經濟分析確定路面結構路面設計方程路面設計方程+2.32lgM+2.32lgMR

17、R-8.7-8.7 式中：式中： ZR保證率系數(shù) S0估計交通量的標準差，一般為0.40.5 最初耐用性指數(shù)4.2 最終耐用性指數(shù)2.0（低交通）、2.5（主干道）AASHTOAASHTO19861986版版 MR有效路基土回彈模量有效路基土回彈模量 按下列方法加權處理按下列方法加權處理 1 1劃分季節(jié)段（一般按月劃分）劃分季節(jié)段（一般按月劃分） 2 2計算每月模量的損壞值計算每月模量的損壞值34根據平均損壞值根據平均損壞值 反算反算M Mr r?？紤]路面排水的結構數(shù)考慮路面排水的結構數(shù)SN= AASHT086AASHT086版給出了未處治的材料的版給出了未處治的材料的m m值（值（m m值為

18、值為0.4-1.40.4-1.4，排水質量越好，浸水時間越短，排水質量越好，浸水時間越短，m m值越大）值越大） AASHT086 AASHT086版的路面設計過程中，還增加了路面膨脹版的路面設計過程中，還增加了路面膨脹與凍脹和分期修建的考慮。與凍脹和分期修建的考慮。路基膨脹或凍脹考慮路基膨脹或凍脹考慮路基膨脹或凍脹造成路基膨脹或凍脹造成PSI的損失。的損失。 每一個特定地區(qū)給出了膨脹或凍脹造成的每一個特定地區(qū)給出了膨脹或凍脹造成的PSI損失隨時間的變化曲損失隨時間的變化曲線（線（PSISVt PSIFH t ）設計方法：設計方法：估計路面使用年限（年）估計路面使用年限（年） 查圖得出相應查圖

19、得出相應 PSI SV、FH 從設從設計總服務能力損失計總服務能力損失(PSI ）中扣除）中扣除 PSISV、FH，得到完全由，得到完全由交通荷載引起的交通荷載引起的PSITR PSIIR查查AASHTO路面設計圖得到路面設計圖得到累計交通量（累計交通量（ESAL） 根據交通量隨時間變化圖得到允許的使根據交通量隨時間變化圖得到允許的使用年限用年限 ,與初始估計的使用年限相比，兩者相差與初始估計的使用年限相比，兩者相差1年則可，否年則可，否則重新計算，直至收斂。則重新計算，直至收斂。 分期修建：分期修建： 關鍵是根據總可靠度的要求，分別計算分期修建的可靠度。關鍵是根據總可靠度的要求，分別計算分期

20、修建的可靠度。 例如：總可靠度為例如：總可靠度為95%，則每一期的可靠度為，則每一期的可靠度為 AASHTOAASHTO設計指南存在問題設計指南存在問題 AASHTOAASHTO試驗路沒有包括路面的維修改造內容。試驗路沒有包括路面的維修改造內容。 AASHTOAASHTO試驗路是在特定的一個地點鋪筑的，預測氣候試驗路是在特定的一個地點鋪筑的，預測氣候條件對路面使用性能的影響是困難的。條件對路面使用性能的影響是困難的。 AASHTOAASHTO試驗路是在一種相同的路基條件下鋪筑的，很試驗路是在一種相同的路基條件下鋪筑的，很難預測路基情況對路面使用性能的影響。難預測路基情況對路面使用性能的影響。

21、AASHTOAASHTO試驗路的基層材料基本上都是粒料基層，所以試驗路的基層材料基本上都是粒料基層，所以指南沒有包括其他基層。指南沒有包括其他基層。 AASHTO設計指南存在問題設計指南存在問題 AASHTO試驗路試驗用的車輛是試驗路試驗用的車輛是20世紀世紀50年代后年代后期的車輛，與現(xiàn)在情況相比，在軸重、軸的形式、輪期的車輛，與現(xiàn)在情況相比，在軸重、軸的形式、輪胎尺寸和花紋等方面都顯得太陳舊了。胎尺寸和花紋等方面都顯得太陳舊了。 路面結構設計方法、路面材料、施工方法都代表當時路面結構設計方法、路面材料、施工方法都代表當時的水平，已經顯得落后了。例如試驗路沒有完善的排的水平，已經顯得落后了。

22、例如試驗路沒有完善的排水設施。水設施。 AASHTO試驗路只進行了兩年，設計指南關于設計試驗路只進行了兩年，設計指南關于設計壽命的計算也是推算得到的，沒有考慮路面受氣候影壽命的計算也是推算得到的，沒有考慮路面受氣候影響發(fā)生老化的情況。響發(fā)生老化的情況。 AASHTO設計指南存在問題設計指南存在問題 當時試驗路使用的車輛軸載與現(xiàn)在的車輛有很大不同，當時試驗路使用的車輛軸載與現(xiàn)在的車輛有很大不同，道路試驗時使用這種汽車行駛了一百萬次，僅相當于現(xiàn)道路試驗時使用這種汽車行駛了一百萬次，僅相當于現(xiàn)在一年左右交通量的作用?，F(xiàn)在使用的設計方法的基礎在一年左右交通量的作用?，F(xiàn)在使用的設計方法的基礎是由當時試驗

23、數(shù)據回歸分析得到的計算式，利用這些公是由當時試驗數(shù)據回歸分析得到的計算式，利用這些公式預測現(xiàn)在的交通量的作用，只能是對回歸分析的結果式預測現(xiàn)在的交通量的作用，只能是對回歸分析的結果外延，其結果很可能是設計不足或者設計過分外延，其結果很可能是設計不足或者設計過分。 AASHTO設計指南存在問題設計指南存在問題 當時的設計方法是把路面的使用性能建立在與路面厚度當時的設計方法是把路面的使用性能建立在與路面厚度的關系上?？墒怯性S多路面損壞并不能簡單地歸結為厚的關系上。可是有許多路面損壞并不能簡單地歸結為厚度問題，例如車轍、低溫開裂等，經常是需要維修的原度問題，例如車轍、低溫開裂等，經常是需要維修的原因

24、。因。AASHTO試驗路設計方法的核心是以路面使用性試驗路設計方法的核心是以路面使用性能作為基礎，而路面使用性能將舒適性列為首要因素。能作為基礎，而路面使用性能將舒適性列為首要因素。實際上路面維修并不都是行車舒適性不足引起的，還有實際上路面維修并不都是行車舒適性不足引起的，還有其他諸多路面損壞情況。其他諸多路面損壞情況。AASHTO（200 x修訂版）的修訂要點修訂版）的修訂要點 對瀝青路面、水泥混凝土路面、復合路面提供一個通對瀝青路面、水泥混凝土路面、復合路面提供一個通用的設計方法；反映了交通、氣候環(huán)境、路基、可靠性用的設計方法；反映了交通、氣候環(huán)境、路基、可靠性的共同的設計要求。的共同的設

25、計要求。 適用于新建和重建路面的結構設計，設計項目包括計適用于新建和重建路面的結構設計，設計項目包括計算路面結構各層的厚度、重建的方法、地下排水設施、算路面結構各層的厚度、重建的方法、地下排水設施、路基改善等等。路基改善等等。 將使用周期效益成本分析的方法作為該設計方法的一將使用周期效益成本分析的方法作為該設計方法的一個子程序個子程序。 AASHTO（2002修訂版）的內容修訂版）的內容 以力學以力學-經驗設計為基礎，提供能夠模擬各地不同設計經驗設計為基礎，提供能夠模擬各地不同設計條件的路面結構設計方法；條件的路面結構設計方法； 提供給設計人員一系列方便實用的計算機軟件及相關提供給設計人員一系

26、列方便實用的計算機軟件及相關的資料；的資料； 提供為掌握設計指南及計算機軟件的培訓計劃和教材；提供為掌握設計指南及計算機軟件的培訓計劃和教材； 提供新設計指南推廣應用的戰(zhàn)略措施。提供新設計指南推廣應用的戰(zhàn)略措施。 交通量交通量分析分析路基路基氣候氣候材料性能材料性能更改設計更改設計初步設計初步設計否否滿足性滿足性能標準能標準？累計損傷累計損傷損傷預估模型損傷預估模型輸入輸入分析分析施工可行性研究施工可行性研究方案比選方案比選壽命周期內壽命周期內經濟分析經濟分析確定方案確定方案方案選擇方案選擇是是路面力學響應模型路面力學響應模型AASHTOAASHTO力學力學經驗設計方法流程圖經驗設計方法流程圖

27、1 1輸入參數(shù)輸入參數(shù) 交通量：考慮了各類貨車的軸載類型和出現(xiàn)頻交通量：考慮了各類貨車的軸載類型和出現(xiàn)頻率及其交通量的增長率。率及其交通量的增長率。 材料：實測或按經驗公式得到瀝青混合料的動材料：實測或按經驗公式得到瀝青混合料的動彈模及無結合料基層與路基的彈性模量。彈模及無結合料基層與路基的彈性模量。 氣候：路面處于不同氣候條件（溫度、濕氣候：路面處于不同氣候條件（溫度、濕度），荷載對路面造成的損傷是不相同的，其破壞程度），荷載對路面造成的損傷是不相同的，其破壞程度按度按MinerMiner累計損傷原理計算。累計損傷原理計算。AASHT0200XAASHT0200X版設計方法版設計方法例如疲勞

28、損傷例如疲勞損傷式中：式中： k不同水平的荷載 i時間（季節(jié)） ni第k級荷載在i季節(jié)段作用的累計次數(shù) 在i季節(jié)段，按疲勞公式計算所得結構層所能承受的最大疲勞 作用次數(shù) 路基：Mr有效路基土回彈模量kmktitiNnDI11)(e2 2損壞預估模型損壞預估模型 損壞類型：永久變形（車轍）、疲勞開裂、溫度開裂、損壞類型：永久變形（車轍）、疲勞開裂、溫度開裂、平整度平整度(1)(1)永久變形（車轍）預測模型永久變形（車轍）預測模型 路面總車轍量路面總車轍量PD=PDAC+PDGB+PDSG瀝青層車轍計算模型瀝青層車轍計算模型 式中：式中： 回彈應變 T溫度（F） 累計塑性應變 N荷載作用次數(shù)K K

29、1 1考慮瀝青層總厚度考慮瀝青層總厚度haha與計算點深度與計算點深度z z的系數(shù)的系數(shù)粒料層或路基車轍模型粒料層或路基車轍模型 式中：式中： 粒料層或路基在標準軸載作用下，N次后的塑性變形( in) N荷載重復作用次數(shù) z 實驗室的回彈應變 h h層厚（in） 由力學模型得到的平均豎向回彈應變 材料屬性參數(shù) UB 修正系數(shù)，粒料層2.0，路基8（2 2）疲勞開裂預測模型疲勞開裂預測模型 瀝青混合料疲勞方程瀝青混合料疲勞方程式中： C瀝青體積率Vb和空隙率Va的系數(shù)， C=10C=10M MM=4.84 E 瀝青混合料的動彈模（MPA） 瀝青層底的彎拉應變 K1開裂形式的修正系數(shù) 自下而上開裂

30、而上開裂 （Buttou-Up CrackButtou-Up Crack） 瀝青層厚度自上而下開裂（自上而下開裂（Top-Down Crack）(3)溫度開裂預測模型溫度開裂預測模型 溫度開裂預估模型建立分五步進行溫度開裂預估模型建立分五步進行: : 瀝青混合料性能試驗（蠕變柔度通用曲線及瀝青混合料性能試驗（蠕變柔度通用曲線及1010間接拉伸強度）間接拉伸強度） 計算降溫過程中瀝青層內不同時刻、不同位置的溫度應力計算降溫過程中瀝青層內不同時刻、不同位置的溫度應力 計算裂縫尖端應力強度因子計算裂縫尖端應力強度因子 應用斷裂力學應用斷裂力學ParisParis定律建立裂縫定律建立裂縫 擴度模型擴度

31、模型 開裂量預估模型開裂量預估模型 通過野外標定得到溫度裂縫數(shù)量與開通過野外標定得到溫度裂縫數(shù)量與開裂量之間的關系裂量之間的關系（4）平整度（）平整度（IRI）預測模型）預測模型 路面平整度很大程度上受車轍、車轍深度和疲勞開裂的影響，其它一些破壞，例如坑洞、網裂、縱向裂縫等對平整度也都有影響。預測平整度（IRI）的模型按不同類型基層而不一樣。例如：瀝青穩(wěn)定基層例如：瀝青穩(wěn)定基層 IRI= IRI0 +0.0099947(Age)+0.00051(FI)+0.00235(FC)T+18.36+0.9694(p)H式中：式中： IRI0初始IRI（m/km） Age使用年限（年） FI年冰凍指數(shù)平

32、均值 （ day） (FC)T輪跡處的疲勞裂縫數(shù)量（占整個車道的百分數(shù)） (TCs)H高嚴重度的橫向裂縫的平均間距（m） (P)H高嚴重度的坑洞的面積（占整個車道的百分數(shù)） Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法 Shell Shell石油公司提出的一套瀝青路面的設計方法石油公司提出的一套瀝青路面的設計方法 路面結構分三層：路基、基層和瀝青層路面結構分三層：路基、基層和瀝青層 設計壽命：標準軸載（設計壽命：標準軸載（ 、單軸雙輪、壓應力、單軸雙輪、壓應力 接地半徑接地半徑 ）在設計年限內的累計使用次數(shù)）在設計年限內的累計使用次數(shù) 設計標準：瀝青層底面的容許拉應變（控制路面開裂）、路設計標準

33、：瀝青層底面的容許拉應變（控制路面開裂）、路 基頂面的容許壓應變（控制路面的車轍）應滿足路面設計壽命的基頂面的容許壓應變（控制路面的車轍）應滿足路面設計壽命的要求要求 Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法 ShellShell方法設計步驟：方法設計步驟： 1 1、初擬瀝青層厚度、初擬瀝青層厚度 2 2、由月平均氣溫（、由月平均氣溫（MMATMMAT）計算加權年平均氣溫（）計算加權年平均氣溫（W- W- MAATMAAT） 3 3、確定路面的設計壽命、確定路面的設計壽命 4 4、確定瀝青的勁度、確定瀝青的勁度 5 5、確定瀝青混合料的勁度、確定瀝青混合料的勁度 Shell（殼牌）設計方法（

34、殼牌）設計方法 6 6、確定路基及基層動態(tài)模量、確定路基及基層動態(tài)模量 7 7、確定路面結構模型、確定路面結構模型 8 8、BISARBISAR程序計算路面應變及壽命程序計算路面應變及壽命 9 9、根據設計壽命確定路面結構層厚度、根據設計壽命確定路面結構層厚度 1010、瀝青層車轍深度的預測、瀝青層車轍深度的預測 Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法 一、初擬瀝青層的厚度一、初擬瀝青層的厚度 通常初擬瀝青層厚度為通常初擬瀝青層厚度為0.05-0.6m0.05-0.6m 二、確定月平均氣溫二、確定月平均氣溫(MMAT(MMAT）、加權年平均氣溫（）、加權年平均氣溫（W-MAATW-MAAT

35、）及瀝青混合料的有效溫度及瀝青混合料的有效溫度（T Tmixmix）。）。MMATMMAT很容易從氣象資料很容易從氣象資料中找到。中找到。 根據每個月的根據每個月的MMATMMAT查查溫度加權系數(shù)曲線溫度加權系數(shù)曲線得到加權系得到加權系數(shù)數(shù) 根據根據1212個月的平均加權系數(shù)再查個月的平均加權系數(shù)再查溫度加權系數(shù)曲溫度加權系數(shù)曲線線得加權年平均氣溫（得加權年平均氣溫（W-MAATW-MAAT） Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法 根據加權年平均氣溫（根據加權年平均氣溫（W-MAATW-MAAT）及瀝青層厚度查）及瀝青層厚度查W-W-MAATMAAT同瀝青混合料有效溫度（同瀝青混合料有效

36、溫度（T Tmixmix）諾模圖）諾模圖得到瀝青混合得到瀝青混合料的有效溫度料的有效溫度T Tmixmix。 三、確定路面的設計壽命三、確定路面的設計壽命 每天每車道各軸載組的軸次換算為標準軸載的換算系每天每車道各軸載組的軸次換算為標準軸載的換算系數(shù)按下式計算：數(shù)按下式計算： 繼而計算每個車道在設計年限內標準軸載的累計使用繼而計算每個車道在設計年限內標準軸載的累計使用次數(shù)次數(shù)路面的設計壽命路面的設計壽命 Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法四、瀝青勁度模量四、瀝青勁度模量S Sbitbit 按照按照Van der PoelVan der Poel諾模圖諾模圖確定瀝青的勁度模量確定瀝青的勁

37、度模量S Sbitbit 查閱參數(shù)查閱參數(shù) 1 1、瀝青的溫度，即瀝青混合料的有效溫度、瀝青的溫度，即瀝青混合料的有效溫度T Tmixmix 2 2、軟化點溫度、軟化點溫度T TR&BR&B 3 3、針入度指數(shù)、針入度指數(shù)PIPI 4 4、加載時間、加載時間t t（一般取（一般取0.020.02秒秒; ;反映車輛的行駛速度）反映車輛的行駛速度） Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法五、瀝青混合料的勁度模量五、瀝青混合料的勁度模量SmixSmix 瀝青混合料的勁度模量瀝青混合料的勁度模量SmixSmix與瀝青的勁度模量與瀝青的勁度模量SbitSbit及混合料的體積組成（結合料的體積比及混合

38、料的體積組成（結合料的體積比VbitVbit與礦料體積與礦料體積比比VaggVagg）有關。）有關。 根據瀝青勁度模量根據瀝青勁度模量SbitSbit、結合料的體積比、結合料的體積比VbitVbit 及礦料體積比及礦料體積比VaggVagg查查瀝青混合料勁度模量瀝青混合料勁度模量SmixSmix諾諾 得到瀝青混合料的勁度模量得到瀝青混合料的勁度模量SmixSmix Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法六、確定路基、基層的動態(tài)模量六、確定路基、基層的動態(tài)模量 路基的動態(tài)模量路基的動態(tài)模量E E3 3可通過現(xiàn)場動態(tài)彎沉（可通過現(xiàn)場動態(tài)彎沉（FWDFWD）測定。）測定。也可以根據也可以根據CB

39、RCBR、承載板試驗的回彈模量查、承載板試驗的回彈模量查路基及無機路基及無機結合料層動態(tài)模量諾模圖結合料層動態(tài)模量諾模圖確定確定 基層、底基層的動態(tài)模量基層、底基層的動態(tài)模量E E2 2可根據路基的動態(tài)模量可根據路基的動態(tài)模量E E3 3、無機結合料層的總厚度無機結合料層的總厚度h h2 2按下列經驗公式確定按下列經驗公式確定 （2k42k4） Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法七、確定路面結構模型七、確定路面結構模型 1 1、路面結構模型為彈性三層體系（瀝青層、路面結構模型為彈性三層體系（瀝青層、無機結合料基層及路基）無機結合料基層及路基） 2 2、計算標準軸載作用下，瀝青層底部和路

40、基、計算標準軸載作用下，瀝青層底部和路基頂部的輪中心下和輪隙中心下的應力、應變值頂部的輪中心下和輪隙中心下的應力、應變值 Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法八、八、BISARBISAR程序計算路面應變及壽命程序計算路面應變及壽命 BISAR BISAR程序可以計算上述路面結構模型在標準軸程序可以計算上述路面結構模型在標準軸 載作用載作用下，瀝青層底部和路基頂面的輪中心下及輪隙中心下的應下，瀝青層底部和路基頂面的輪中心下及輪隙中心下的應變值（變值（ fatfat、subsub） 1 1、瀝青層的應變與疲勞壽命、瀝青層的應變與疲勞壽命 ShallShall為可采用下列關系式，并給出相應的為

41、可采用下列關系式，并給出相應的疲勞諾模疲勞諾模圖圖 Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法其中：其中： 瀝青的體積比瀝青的體積比 瀝青混合料的勁度瀝青混合料的勁度 疲勞損壞時，疲勞應變的作用次數(shù)疲勞損壞時，疲勞應變的作用次數(shù)根據本式或疲勞諾模圖根據本式或疲勞諾模圖 2 . 036. 0)()()8 . 1856. 0(fatmixbitfatNSVefatbitmixfatfatbitmixfatNVSVSN、ee Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法2 2、路基的應變及路面壽命、路基的應變及路面壽命 在標準軸載作用下，路基容許壓變在標準軸載作用下，路基容許壓變sub與荷載重復作用與

42、荷載重復作用次數(shù)次數(shù)N N的關系，根據的關系，根據AASHOAASHO的實驗結果獲得：的實驗結果獲得： 當當PSIPSI降到降到2.52.5時時 上述關系來自現(xiàn)場實測，因此車輛橫向分布影響已上述關系來自現(xiàn)場實測，因此車輛橫向分布影響已考慮考慮subNe028. 0 Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法九、根據計算壽命確定路面結構層厚度九、根據計算壽命確定路面結構層厚度 BISARBISAR程序會根據初擬路面結構及厚度，計算路基及瀝青程序會根據初擬路面結構及厚度，計算路基及瀝青層的應變，并換算成路面壽命，同設計壽命相比較，誤差層的應變，并換算成路面壽命，同設計壽命相比較，誤差小于小于5%.

43、5%.初擬厚度即為結構層設計厚度，否則，程序會自初擬厚度即為結構層設計厚度，否則，程序會自動變更厚度，再次計算，直至滿足要求為止動變更厚度，再次計算，直至滿足要求為止 Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法十、瀝青層車轍深度預測十、瀝青層車轍深度預測 1 1、瀝青層亞層劃分、瀝青層亞層劃分 一般將瀝青層劃分為三亞層：一般將瀝青層劃分為三亞層： 按照瀝青層的實際組合劃分亞層按照瀝青層的實際組合劃分亞層 2 2、瀝青的有效粘度、瀝青的有效粘度 根據月平均氣溫根據月平均氣溫MMATMMAT、瀝青亞層厚度、瀝青亞層厚度 查查瀝青層的月有效溫度或瀝青層的月有效溫度或年有效溫度同年有效溫度同MMATM

44、MAT或或W-MAATW-MAAT的關系諾模圖的關系諾模圖求瀝青亞層月有效溫度求瀝青亞層月有效溫度 （T Tmeffmeff）1-i1-i Shell（殼牌）設計方法（殼牌）設計方法 查查Van Der Poel Van Der Poel 諾模圖，得到瀝青勁度諾模圖，得到瀝青勁度S Sbitbit并根并根 據牛頓定律：據牛頓定律： 得到該亞層瀝青的月有效粘度（得到該亞層瀝青的月有效粘度（VISCVISCmeffmeff）1-i 1-i 通過取通過取1212個月瀝青有效粘度的倒數(shù)的平均值，便可個月瀝青有效粘度的倒數(shù)的平均值，便可得到該亞層的年瀝青有效粘度（得到該亞層的年瀝青有效粘度（VISCVISCyeffyeff）1-i 1-i 再根據再根據Van Der Poel Van Der Poel 諾模圖，便可以由（諾模圖，便可以由（VISCVISCyeffyeff）1-1-i i 求得相應年