几种沥青路面设计方法研究

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触 压 力 相 同 情 况 下 ,路 面产 生 的 车 辙 量 不 同 的 现 象 。作 为 理 论 法 的 典
型代表 , 该方法没有考虑湿度 ( ) 水 对路面设计的影响 。
3 Al 法
该设计 法与S el hl 方法类 似 ,也把路 面看成 多层 弹性体 系 ,各层材 料以弹性模量和泊松 比表征 ( 沥青混合料以动态模量表征 ,粒料以回弹 模量表征 )。AI 吸收 了各国有关路 面设计 的重大科研成果 ,并加 以 法 外延 ,考虑了沥青混 合料的粘弹性 特性及粒料 的非线性 。当沥青层较 薄 ( 度 为 7 —0 r ) 厚 6 10n 、交通 量 较 小 时 , 方 法 的设 计 结 果 较 为 保 守 ;当 m 该 交通量较大 而沥青混凝土厚度 又较大时 ,设 计结果较为接 近实际 。所 以 ,该方 法强调采用较厚的沥青混凝土层 。 4 S P R AV 设计 法 U E P E 1 8 年 ,美 国启动了历时5 、投资 1 亿 美元的 S 97 年 . 5 HRP( t tgc Sr e i a Hih a sac Po rm)计 划 ,以改善美 国道 路的使用性 和耐久 g w y Reerh rga 性 。S R H P计划 的主要 目的为 :进一 步研究确 定影 响路面使用 性能 的 沥 青混合 料特 性及 沥青 胶结料 的物 理化 学特 性 ;研究 在基 于使 用性
2 Sh l法 el
该 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 的基 于力 学分 析的设 计方 法 ,S el 把路 面 当作 一种 多层线 弹性 hl 法 体 , 各层 材料以动态模量/ 劲度表征 ,以厚度 、 模量Ei 和泊松 比i 表示 路面特征 。S el hl 设计法 考虑 了两项 主要标准 和两项次要标 准。两项主 要设 计标准是沥青层底 面的水平拉应 变r 和路 基顶面 的竖 向压应变z 。 两项 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 。本方法 设计过 程简单 ,容易 操作 。在考虑 温度影 响时 ,提 出 了加 权 年平均温度 概念 , 虑了一年不 同时期 的温度对材 料特性 的影 响程 考 度。但本 方法对路 面模型作 了许 多假定 ,和实 际情 况有一 定的差 异 , 并且 设计方法 的完善需 依赖 于力学理 论的 发展 ,S DM车 辙预估 模型 P 无法说 明使用改性 沥青对减少新建路 面车辙 的效果 。轴载 的换算 以等 量 的轮胎接触 压力为基 础 ,因此 ,无法 解释轴 载不 同、构型不 同而接

是按照路 面的使用性 能进行路 面和材料 的设 计 ,以达到路面抗 车辙 、
抗 疲 劳 、抗 低 温 的 目的 ,并 同 时 考 虑 老 化 、水 损 坏 以及 黏 附 性 损 失 。
S ER A 的路 面设计模 型包括4 UP P VE 个基本 部分 :1)材料性 能模 型 :
参 考文 献 【 王虎盛, 1 1 殷伟 . 长寿命 沥青路 面设计方 法研究 [ _ 东公路 , 0 ,5 J华 J 2 90 . 0 【1 2胡佳佳 . 国外沥青路 面设计方 法 和指标综 述l. J湖南交 通科技,08 4 J 20 , . 0
L 幸 蔫 霸
工 程 科 学
几种 沥青路 面设 计方法研 究
兰瑞文 ,付传文
( 江西赣州 市公 路管理局兴 国分局 ,江西赣州 32 0 4 4 0)
摘 要 对几种 沥青路面 的设计方法进 行研究 ,以期 Leabharlann 加 完善 的沥青路 面设 计方法 。
关 键词 公路 ;沥青路面 ;设 计 中图分 类号 U 1.1 文献 标识 码 A 文章 编号 17 —6 1( 1)3—0 10 4627 639 7一2 0 104— l 0 0
近 年来 ,我 国公路 沥青路 面 ,特别是 承受重载交通 的高速公路 沥 青路 面早期 损坏严重 。除施工质量 和超载原 因之外 , 计规范 的不 合 设 理也是主要因素之一 。下面对几种沥青路面设计方法进行 分析。
1 H 0法
现为AA H O S T 。该设计方法产生 于】 5 9 8—16 年间的A S 0 92 A H 道路试 验 ,是一个产生 了重大影响 的设 计方法 。A S 设 计法第一 次提 出了 A HO 路面现时服务能 力指数P I S的概念 , 提出 了轴载换 算的概念 和公 式 , 考 虑了路面 的可靠 度 。它 以使用年限末 的路面服 务能力指数P 作为设计 t 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 。 这些思 想对后来世 界各 国的设 计思想产生 了很大 的影响 。 该设计方 法是依 但 据 短期试验 结果得 出的 , 试验 时选用 的路 面材 料十分有 限 , 路基 土类 型少 , 环境 因素单 一 。研究结果 由试验 时两年 的加速试验外延至 1 一 0 O 2 年 ,未考虑环境 和荷载综合作用导致的P I S损失 。试 验时选用的试验车 队车 型 及 轴 型 固 定 ,和 实 际 情 况 中 的 混 合 交 通 情 况 不 一 致 。 由 于 仅 以 S N表示路面结构 ,确定 厚度时在考虑施工 时的最 小压实度 和最小 经济 厚度 的同时 ,还需要 大量的经验 ,导 致了结构设计 结果不唯一 ,各层 次之 间存在可替换 关系 ,难 以真正保证路 面 的使 用寿命 。 鉴于该设计 方法 的诸多不 足 , 了2 0 修订 版 。修订 的指导 思想 是 : 有 02 采用力学一 经 验法 ,设计 中引入各 种力 学一 经验模 型 ;主要 设计 参数采用多级输 入 ; 提供一套完整的设计软件 。
能 的 没 计 规 范 中所 需 要 的 试 验 标 准 和 规 范 。S ER AVE 指 导 思 想 UP P 的
通过模 拟 一定 交通 和环 境荷 载下 的室 内加 速试 验 ,得 到材料 的非 线 性 、 弹性 、塑性等特 性 。所得 出的部分 材料 特性直接用 于路 面损坏 粘 预测 ,或用于估计其 他的材料特性 。2)环境影响模型 :S E A UP RP VE 的环境模型 实际上只是指 路面 的温度 模型 。该模 型有 两方面 的作 用 : 是估计路 面的最高 、最 低温度 以选择合适 的结合料 ;另一个作用 是 计 算路面不 同深度 的温度 ,作为 混合料 的试 验温度 。3)路 面反应模 型 :用 于计算路 面各 层在交通轴 载作用和环境影 响下的应力与应变 。 4 路 面损 坏模 型 :对于新建的路面有 三个损坏预测模 型 : 温开裂 , ) 低 疲 劳开裂和永 久变形 ( 车辙 S E P VE UP R A 的路 面非荷载开 裂模型 即 低温开裂 模型 中,假设混 合料为低 温粘 弹性 ,利用 了流变力学 中的一 维 Ma wel x l 本构 方程 。低温开 裂扩展模 型应用P r 规 则得 出。对于路 ai s 面 的疲 劳 开 裂 和 永 久 变形 ,所 用 的 反 应 模 型 以 二 维 非 线 性 有 限 元 程 序 为基础 ,并且采用 四节点平 面单元 和轴 对称分析 ,以减少 叠代次数 。 S ER A 分析 设计体 系给 出了基于使用性 能 的路 面设计方 法。该 UP P VE 方法以流变学理论 为基 础 ,应用Maw l x el 模型模 拟材料特性。它制定 了 路面损坏标 准 ,通过损坏 预测模型把材料设计 和路面结构设计联 系起 来 ,体现 了基 于使用性能 的基本设计思想 。与传统路面设计 方法不同 的是 ,S P R A E 结构参 数作为 材料设计 的基础 ,以材料设计 作 UE PV将 为路面设 计的最终归宿 。 Wi zk M. 等 公布 了对 s P RP E t a w. c u E AV 的全 面评价。评价认 为 , S E AVE的设 计 软件 和加 速路 面试 验 中仅考 虑 了一种 单 轴构 型 UP RP ( . S 、单轮 、平均轮压 为05 Mp 8 t AL 2E . 6 a),大多数普通的车辆构型则 无 法应 用其分 析结果 。方 法给 出了路用性能 的控制标准 ,但未能给 出 疲 劳裂 缝扩展和 车辙 增长过程 的模 式 ,因而无法解 释不同结构组合对 损坏 发展 的影 响。对模 型的评价有 如下结论 :1 )非荷 载模型 经过使 用 和评价 , 应 良好 , 反 但依 旧存在着 不足 ,如 : 采用 的温度膨 胀系数 偏大一 个数量级 , 且研究 中假定温 度膨胀 系数值 不随温度 的变化而变 化, 而试验 结果 却表 明温度膨胀 系数为温度 的函数 , 且其变 化对低温 开裂 的预测结果有很 大的影响 。材 料层温度为一 0 1 ℃,一 0 2 ℃时计算得 到 的蠕 变应变太 小 ,并且过 高估计 了混 合料 的可塑性 。 研究 结果不适 用于改性沥青 。2)对路面 的性能 预测模 型研究评价认为 ,存在着许 多 不足之 处 ,甚 至存在严 重 的问题 ,需要 进一 步改进 。3)与荷 载有关 的损坏预测模 型 中许多 问题 是 由材料特性模 型和有关 的试验 方法引起 的 。4)需要开展新 的现场标定和验证 以修正 、 改进 和扩充这些模型 。 除 了W ica W . 指 出 的 述 不 足 外 ,S E AV 可 能 还 存 tz kM. 等 UP RP E 在着其他一些 整体上 的问题 , 待进一步研究 和验证 。归纳起 来有如 有 下 几 个 方 面 :1) S P 导 思 想 是 建 立 基 于路 面 使 用 性 能 的 方 法 , HR 指 实际上 ,S P R AV U E P E的主要指标 和标准都 仅是建立 在流变学基础 上 的 。沥 青 和沥青混 合 料的 流变学 指标 是否 反映 了路面 的使用 性能 ? 或者说S E P VE中使 用的流 变学 指标是 否 比传统 的指标 更恰 当地 UP R A 反 映了路 面的使 用性能 ?迄今 为止这个 问题并 没有得 到的证实 。2) SPRA U E P VE的结 合 料 规 范 中 ,温 度 级 差 是 6 ,可 能 太 大 。3)在 考 ℃ 虑 环境 因素时 , 仅考虑 了温度 的影响 , 较少考 虑湿度对 材料和结 构特 性 的影响 ,而后者 的影响可 能更大 。4)修 正系数 ( 换系数 )S 中 转 F 考 虑的 因素过于 简单 ,所 考虑 的因素甚 至不是最 主要 的因素 。5)沥 青混 合料 的体积设计 法对重交 通或特重交通路 面的适用性或优越性 值 得进一 步研究 。6 )除S P R A E U E P V 之外 , 目 的路面设计实际上 只是 前 路 面厚度 设计 。厚 度设 计一 般考 虑两 个 内容 ,一 是路 面总厚 度 的控 制 ,所采 用的控制指标 是路基顶 面的压应 变 ;二是 面层 厚度的控制 , 在基 于力 学 的设计方 法 中采用 面层 底 面的弯 拉疲 劳应变 作为 指标控 制 。实际上 ,面层厚度 的确定一 般是按 照经验进行 的。