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1、公路2003年3月第3期HIGHWAYMar.2003No.3文章編號:0451-0712(2003)03-0018-07中圖分類號:U416.217.02文獻標識碼:A對國外瀝青路面設(shè)計指標的評述(連載一)姚祖康(同濟大學(xué)上海市200092)摘要:在簡要介紹國外經(jīng)驗法和力學(xué)～經(jīng)驗法兩大類設(shè)計方法后,著重對力學(xué)～經(jīng)驗法中控制疲勞開裂、永久變形和溫縮斷裂等損壞的各項設(shè)計指標的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀進行了評述。關(guān)鍵詞:瀝青路面;設(shè)計方法;設(shè)計指標;應(yīng)用現(xiàn)狀1設(shè)計方法戰(zhàn)期間被美國陸軍工程兵部隊所采用,目前仍作為國外的瀝青路面設(shè)計方法,可分為經(jīng)驗法和力聯(lián)邦
2、航空局(FAA)的機場瀝青路面設(shè)計方法。日本學(xué)～經(jīng)驗法兩大類。的瀝青路面設(shè)計方法也是以CBR法為基礎(chǔ)制定的。經(jīng)驗法主要通過對試驗路或使用道路的實驗觀CBR法對世界各國影響最廣泛的是,采用CBR測,建立路面結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)層組合、厚度和材料性質(zhì))、試驗方法和指標值表征路基土和路面材料(粒料)的荷載(軸載大小和作用次數(shù))和路面性能三者間的經(jīng)力學(xué)性質(zhì)。CBR試驗法是一種模擬野外路基土承載驗關(guān)系。最為著名的經(jīng)驗設(shè)計方法有美國加州承載板試驗的室內(nèi)小型試驗,它通過貫入試驗測定路基比(CBR)法和美國各州公路和運輸工作者協(xié)會土抵抗側(cè)向位移的能力。然而,它僅是一
3、種經(jīng)驗性的(AASHTO)法。指標。即便Porter本人也認為,CBR值并不是材料力學(xué)～經(jīng)驗法首先分析路面結(jié)構(gòu)在荷載和環(huán)境承載力的直接度量指標,它與彈性變形量的關(guān)系很作用下的力學(xué)反應(yīng)量(應(yīng)力、應(yīng)變、位移),利用在力小。而路基土應(yīng)工作在彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)下,因?qū)W反應(yīng)量與路面性能(各種損壞模式)之間建立的性而,路面結(jié)構(gòu)設(shè)計對路基土的抗剪強度并無直接興能模型,按設(shè)計要求設(shè)計路面結(jié)構(gòu)。從20世紀60年趣,更關(guān)心的是路基土的回彈性質(zhì)(回彈模量)及其[1]代初開始,各國科技人員致力于研制和實施瀝青路在重復(fù)荷載作用下的塑性應(yīng)變。面的力學(xué)～經(jīng)驗設(shè)計法,著
4、名的有美國瀝青協(xié)會1.1.2AASHTO法(AI)法和殼牌(Shell)法。AASHTO法是在AASHO試驗路的基礎(chǔ)上建1.1經(jīng)驗法立的。整理試驗路的試驗觀測數(shù)據(jù),得到了路面結(jié)構(gòu)1.1.1CBR法～軸載～使用性能三者間的經(jīng)驗關(guān)系式。路面結(jié)構(gòu)CBR法以CBR值作為路基土和路面材料(主中的路基土采用回彈模量表征其性質(zhì);路面結(jié)構(gòu)層要是粒料)的性質(zhì)指標。通過對已損壞或使用良好的按各層材料性質(zhì)的不同轉(zhuǎn)換為用一個結(jié)構(gòu)數(shù)(SN)路面的調(diào)查和CBR測定,建立起路基土CBR～輪表征。AASHTO方法的最大特點是采用現(xiàn)時服務(wù)載～路面結(jié)構(gòu)層厚度(以粒料層總厚度表
5、征)三者間能力指數(shù)(PSI)作為路面使用性能的度量指標。的經(jīng)驗關(guān)系。利用此關(guān)系曲線,可以按設(shè)計輪載和路PSI是一個由評分小組進行主觀評定后得到的指基土CBR值確定所需的路面層總厚度。路面各結(jié)構(gòu)標,它與路面實際狀況(平整度、裂縫、車轍、修補)之層次的厚度,按各層材料的CBR值進行當(dāng)量厚度換間建立經(jīng)驗關(guān)系式。不同軸載的作用,按等效損壞算。不同輪載的作用按等彎沉的原則換算為設(shè)計輪(PSI)的原則進行轉(zhuǎn)換。載的當(dāng)量作用。路面使用性能指標PSI,主要受平整度的影響,CBR法是美國加州工程師Porter在1929年提與裂縫、車轍、修補等損壞的關(guān)系很小。
6、因此,這是一出的,后來雖然加州放棄使用此法,但在二次世界大項反映路面功能性能的指標,而不是表征路面結(jié)構(gòu)收稿日期:2003-01-212003年第3期姚祖康:對國外瀝青路面設(shè)計指標的評述(連載一)—19—性損壞的指標。此外,這個方法源于一條試驗路的數(shù)據(jù),僅反映一種路基土和一種環(huán)境條件,推廣應(yīng)用于其它地區(qū)或國家時便存在著很大的局限性。但AASHO試驗路的測定數(shù)據(jù)得到了良好的整理和保存,為許多力學(xué)～經(jīng)驗法的設(shè)計指標和參數(shù)驗證提供了豐富的依據(jù)。1.2力學(xué)～經(jīng)驗法在第一屆瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計國際會議(1962)上,殼牌公司的Peattie和Dormon分
7、別提出了力學(xué)[2,3]～經(jīng)驗法設(shè)計瀝青路面的框架:以彈性層狀體系(三層)代表路面結(jié)構(gòu),計算分析圓形均布輪載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)各特征點的應(yīng)力、應(yīng)變和位移值,以瀝青面層的疲勞開裂以及路基土和粒料層的過量永久變形圖1三層彈性體系和設(shè)計指標作為瀝青路面的主要損壞模式,選用面層底面在荷特性、損壞(疲勞、車轍、低溫斷裂)特性、軸載作用、載重復(fù)作用下的拉應(yīng)變以及路基頂面的壓應(yīng)力或壓環(huán)境(溫度和濕度)影響等方面取得了豐碩的結(jié)果。應(yīng)變作為設(shè)計指標。這一設(shè)計框架成為隨后進行并[4]在第四屆(1977)和第五屆(1982)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計完成的Shell設(shè)計方法的雛形
8、。圖1所示為Shell國際會議上,各國分別提出了十余種以力學(xué)～經(jīng)驗法采用的三層彈性體系路面模型。法為基礎(chǔ)的設(shè)計方法,表1列示了其中6種設(shè)計方隨后20余年內(nèi),各國研究人員對力學(xué)～經(jīng)
