沥青路面结构设计方法要点 凌天清 教授 重庆交通大学.

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1 沥青路面结构设计方法要点 凌天清 教授 重庆交通大学

2 内容提要 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 97设计规范的设计指标与标准 现行沥青路面设计指标体系的不足 2

3 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 路面设计规范（草案）(1958)-交通部公路总局 公路路面设计规范(1966)-交通部
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 公路柔性路面设计规范(1978)-交通部公路局 公路柔性路面设计规范(JTJ )-交通部 公路沥青路面设计规范(JTJ )-交通部 公路沥青路面设计规范(JTG D )-交通部 公路路面设计规范(1966)-交通部 路面设计规范（草案）(1958)-交通部公路总局 3

4 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.1 58版《路面设计规范（草案）》 设计理论:单圆均布荷载作用下弹性半空间理论
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 版《路面设计规范（草案）》 设计理论:单圆均布荷载作用下弹性半空间理论 设计指标:相对弯沉 设计标准:设计模量 综合模量Ee 4

5 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.2 66版《公路路面设计规范》 设计理论、设计指标和设计标准均未变化； 纠正了一个公式的错误；
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 版《公路路面设计规范》 设计理论、设计指标和设计标准均未变化； 纠正了一个公式的错误； 调整了 值和安全系数的计算公式 5

6 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.3 78版《公路柔性路面设计规范》（1/2） 设计理论:双圆垂直均布荷载作用下双层弹性体系理论
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.3 78版《公路柔性路面设计规范》（1/2） 设计理论:双圆垂直均布荷载作用下双层弹性体系理论 设计指标:双轮轮隙中心路表容许弯沉 设计标准:实际弯沉 A1为路面类型系数 6

7 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.3 78版《公路柔性路面设计规范》（2/2） 轴载换算方法—疲劳等效原则
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.3 78版《公路柔性路面设计规范》（2/2） 轴载换算方法—疲劳等效原则 多层体系换算为双层体系的方法——弯沉等效 提出了公路自然区划 初步建立了我国柔性路面设计体系 7

8 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.4 86版《公路柔性路面设计规范》 设计理论:双圆垂直均布荷载作用下三层弹性体系理论
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.4 86版《公路柔性路面设计规范》 设计理论:双圆垂直均布荷载作用下三层弹性体系理论 设计指标:双轮轮隙中心路表容许弯沉值 设计标准:实际弯沉 验算指标:容许拉应力 考虑了不同的层间接触状态 建立了多层体系换算为三层体系的方法

9 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.5 97版《公路沥青路面设计规范》 设计理论:双圆垂直均布荷载下多层弹性连续体系理论
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 版《公路沥青路面设计规范》 设计理论:双圆垂直均布荷载下多层弹性连续体系理论 设计指标:双轮轮隙中心路表设计弯沉值 设计标准:实际弯沉 ——修正了综合弯沉修正系数 验算指标:容许拉应力 重新建立了沥青面层和半刚性基层的轴载换算方法 建立以弹性层状体系理论为基础的补强设计方法

10 1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 1.6 2006版《公路沥青路面设计规范》 设计理论、设计指标和设计标准均未变化
1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 版《公路沥青路面设计规范》 设计理论、设计指标和设计标准均未变化 （基层类型系数采用插值技术取值） 调整了材料参数的取值方法和推荐值 我国已经颁布6部规范一直沿用了路表弯沉的设计指标，原因是该指标反映了结构综合刚度，具有可检测性。

11 2 97设计规范的设计指标与标准 规范存在的不足 三层体系与实际路面结构不符，层间滑动假设与实际状态不符、作为设计控制指标的容许弯沉不起控制作用； 原设计标准相对大量采用的半刚性基层沥青路面结构而言明显偏低； 设计参数与设计状态相矛盾，无法进行竣工验收； 三参数补强设计经验方法与改扩建工程的实际不符； 提出弯沉综合修正系数的前提条件发生了变化。 11

12 2 97设计规范的设计指标与标准 2.2 沥青路面设计计算力学模型的完善 力学理论的发展已使得多层体系的求解成为可能——传递矩阵法
2 97设计规范的设计指标与标准 2.2 沥青路面设计计算力学模型的完善 力学理论的发展已使得多层体系的求解成为可能——传递矩阵法 计算机技术的发展使得多层体系理论的数值求解成为可能 施工技术的进步保证了路面结构层之间不会产生相对位移 ——建立了多层完全连续弹性体系的计算模型 12 12

13 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （1）容许弯沉的调查
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （1）容许弯沉的调查 分别调查了吉林、山东、山西、四川、湖南、湖北、西藏、江西、黑龙江、天津、上海九省两市计60多个路段两万多个测点弯沉调查。 调查路段大多为使用了三年以上未经罩面，并开始出现局部结构性破坏的高速公路、一级公路、二级公路的半刚性基层沥青路面。 13 13

14 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （2）调查路段的分类 路况 等级 路 面 外 观 描 述 好 I
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （2）调查路段的分类 路况 等级 路 面 外 观 描 述 好 I 平整无裂缝或只有平均间距12～15m以上的细横缝(缝宽3.0mm以下) 中 II 基本平整，有平均间距小于12～15m的较宽横缝或不规则的纵、横缝或局部出现网状裂缝。 差 III 有明显变形，横缝和纵缝联成间距1.5～2m以上的块状裂缝或间距为10～50cm的网状裂缝和龟裂。 14 14

15 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （3）测点的分类 路况 等级 路 面 外 观 描 述 好 I
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （3）测点的分类 路况 等级 路 面 外 观 描 述 好 I 测点附近半径大于1m的范围内无任何可见的结构性破坏。 中 II 测点不落在开裂部位，但在半径小于1m的范围内有裂缝。 差 III 测点正好位于纵、横缝缝边或半径大于1m的龟裂缝中心。 15

16 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （4）极限标准的选择(极限状态设计法与极限强度设计法)
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （4）极限标准的选择(极限状态设计法与极限强度设计法) 开始破损状与完全破损状态之间的中间状态为极限状态，并以此作为决定容许弯沉的依据。 16 16

17 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （5）数据处理
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （5）数据处理 若路段只有I 类点,表明路段尚未破坏,不纳入统计； 若路段只有III类点,表明路段完全破坏,不纳入统计； I类路段剔除III类点： III类路段剔除I类点： II类路段： 17

18 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （6）数据修正 季节修正和温度修正 结构类型和公路等级修正
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （6）数据修正 季节修正和温度修正 结构类型和公路等级修正 路面等级 结构类型 高速公路 1.00 沥青混凝土 一级公路 沥青碎石(上拌下贯) 1/1.10 二级公路 沥青表处 1/1.20 18

19 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （7）容许弯沉的回归
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （7）容许弯沉的回归 统一换算为标准状态：不利季节，轴载100KN、路面标准温度为20℃、一级公路沥青混凝土路面。 半刚性基层沥青路面： 19

20 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （8）路面结构类型系数的验证（沥青混凝土路面、沥青碎石路面、沥青表处路面，以沥青碎石路面为例） 20

21 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （9）公路等级系数的验证（一级公路、二级公路，以二级公路为例）
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （9）公路等级系数的验证（一级公路、二级公路，以二级公路为例） 21

22 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （10）柔性基层沥青路面弯沉的验证 22

23 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （11）超载因素影响考虑
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （11）超载因素影响考虑 考虑当时我国公路上各类车辆普遍超载的现象，通过交通资料计算所得的累计标准轴次少于实际累计标准轴次，将容许弯沉曲线向右平移一段距离，及公式右端乘以1.1，且将回归方程指数调整为0.2，得到： :公路等级系数， :面层结构系数 :基层类型系数 23

24 2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （12）容许弯沉的各类修正系数 高速公路 一级公路 二级公路
2 97设计规范的设计指标与标准 2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 （12）容许弯沉的各类修正系数 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 1.0 1.1 1.2 沥青混凝土路面 沥青碎石、沥青贯入、沥青上拌下贯路面 沥青表面处路面 半刚性基层 柔性基层 1.6 24

25 2 97设计规范的设计指标与标准 2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (1)以容许弯沉为设计状态所存在的主要问题
2 97设计规范的设计指标与标准 2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (1)以容许弯沉为设计状态所存在的主要问题 路面的计算弯沉值与容许弯沉值处于不同的工作状态 ——容许弯沉值对应路面损伤至极限状态时的弯沉值， 而计算弯沉值为路面无损伤状态时的弯沉值。 对路面竣工后是否满足设计要求无法进行检验 极限强度设计法和极限状态设计法概念混淆。 设计状态的概念 25

26 2 97设计规范的设计指标与标准 2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (2)半刚性基层沥青路面弯沉变化资料的收集与处理
2 97设计规范的设计指标与标准 2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (2)半刚性基层沥青路面弯沉变化资料的收集与处理 共收集32个路段(1条高速公路、 19条一级公路和12条二级公路)历年路表弯沉值，进行弯沉变化规律的研究。 为排除复杂因素的影响，提出了相对弯沉的概念，相对弯沉值等于某一时段实测弯沉值与竣工验收弯沉值之比。 所有弯沉值同时换算为不利季节、温度20℃条件下的弯沉值。 26

27 2 97设计规范的设计指标与标准 2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (3)半刚性基层沥青路面弯沉变化规律 27

28 2 97设计规范的设计指标与标准 2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (4)以设计弯沉为控制指标的设计弯沉计算公式 设计弯沉值：
2 97设计规范的设计指标与标准 2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (4)以设计弯沉为控制指标的设计弯沉计算公式 相对弯沉变化系数的逐年变化表 年 序 1 2 3 4 5 6 7 8 实测值 1.340 1.00 0.890 0.960 1.20 1.260 - 1.294 1.30 回归值 1.338 0.877 0.981 1.180 1.274 1.291 1.297 1.302 设计弯沉值： 其中， 为基层类型系数，对半刚性基层取1，对柔性基层取1.6 28

29 2 97设计规范的设计指标与标准 2.5 弯沉综合修正系数
2 97设计规范的设计指标与标准 2.5 弯沉综合修正系数 收集了七段试验路49种路面结构，根据七条试验路的相关资料，进行了理论弯沉和实测弯沉的回归，得到弯沉综合修正系数的回归方程： ——土基回弹模量对设计厚度影响不大 按 重新进行回归，得到： 14个省市、48条公路、71种路面结构的验算表明：所提出的弯沉综合修正系数是合理的。 29

30 2 97设计规范的设计指标与标准 2.6 轴载换算方法 97规范中设计弯沉计算与沥青层层底拉应力验算时，轴载换算公式为：
2 97设计规范的设计指标与标准 2.6 轴载换算方法 97规范中设计弯沉计算与沥青层层底拉应力验算时，轴载换算公式为： ——式中指数按疲劳等效原则，由沥青混合料疲劳方程得到 半刚性基层层底拉应力验算时，轴载换算公式为： ——式中指数按疲劳等效原则，由半刚性基层材料疲劳方程得到 30

31 2 97设计规范的设计指标与标准 2.7 强度结构系数 沥青面层抗拉强度结构系数为： ——式中指数由沥青混合料疲劳方程得到
2 97设计规范的设计指标与标准 2.7 强度结构系数 沥青面层抗拉强度结构系数为： ——式中指数由沥青混合料疲劳方程得到 稳定粒料类和稳定土类基层的抗拉强度结构系数分别为： ——式中指数由21组疲劳试验和重庆环道疲劳试验结果回归得到 31

32 (曾提出过适用于改建的弯沉综合修正系数)
2 97设计规范的设计指标与标准 2.8 改建路面设计 建立弹性理论体系为基础的理论设计方法，形成与新建路面统一的设计方法,统一了标准轴载,采用BZZ-100； 用弯沉测定结果反算原路面当量回弹模量的方法，替代原承载板试验确定当量回弹模量的方法； —— 参照水泥路面确定土基与基层综合模量方法提出 (曾提出过适用于改建的弯沉综合修正系数) 32

33 3 现行设计指标体系的不足(1/2) (1)沥青路面结构破坏源缺乏统一的认识。 (2)沥青混合料破坏强度理论缺乏深入认识。
3 现行设计指标体系的不足(1/2) (1)沥青路面结构破坏源缺乏统一的认识。 (2)沥青混合料破坏强度理论缺乏深入认识。 (3)在现行沥青路面结构设计和轴载换算中尚未考虑混合料疲劳损伤的非线性效应。 33

34 3 现行设计指标体系的不足(2/2) (4)剪切破坏是沥青路面一种主要破坏形式，但现行规范设计指标和验算指标却未加以考虑。
3 现行设计指标体系的不足(2/2) (4)剪切破坏是沥青路面一种主要破坏形式，但现行规范设计指标和验算指标却未加以考虑。 (5)路面实际受力状态和材料试验加载模式的不一致。 (6)设计规范修订的周期过长，与我国高速公路的发展现状存在一定的不相适应。 (7)综合弯沉修正系数F存在明显不足。 34

35 谢 谢