对国外沥青路面设计指标的评述.doc

对国外沥青路面设计指标的评述对国外沥青路面设计指标的评述.txt明骚易躲，暗贱难防。佛祖曰：你俩就是大傻B！当白天又一次把黑夜按翻在床上的时候，太阳就出生了对我国沥青路面现行设计指标的评述 Post By：2008-9-22 8:36:00 只看该作者 对我国沥青路面现行设计指标的评述姚祖康同济大学上海市200092摘要：本文在回顾我国历版沥青路面设计规范中设计指标的演变后，分析了现行规范中路表弯沉和拉应力设计指标存在的问题。关键词：路面；沥青路面；设计；设计指标1历史回顾建国以来，交通部分别于1958、1966、1978、1986和1997年制定和发布了不同版本的公路柔性路面设计规范，现对这些设计规范中所采用的设计指标作一简单的回顾。1.11958年版1958年版的公路柔性路面设计规范，基本上沿用了前苏联1954年柔性路面设计须知的设计方法，以极限相对弯沉(垂直位移)k(=lk/D)作为设计指标。其中，D为荷载作用面积当量圆的直径，lk为路面处于极限状况时在荷载作用圆中心处的路表极限弯沉值。按伊万诺夫等的论述，路面出现破坏的极限状况在下列3种情况下发生1：(1)路面弯沉使其底面出现张拉断裂(出现在路面厚度相对值h/D很小时)；(2)路面在荷载作用下出现锥形贯穿(出现在h/D较大时)；(3)路面表面出现行车所不允许的不平整度(出现在h/D很小时)。依据试验路的荷载试验结果，伊万诺夫等提出了确定极限相对弯沉的经验关系式，其使用范围为：路面形变模量与路基形变模量的比值E1/E0=315；h/D=0.52.0。同时，为高级、次高级、过渡式和改善土等4种路面规定了相应的极限相对弯沉指标值(适用于E1/E0=10，h/D=0.75)1。我国1958年版规范基本上采用了这一指标值。伊万诺夫等认为，不论是静载一次作用，还是重复荷载多次作用，达到破坏状况时的极限相对弯沉值是相同的。因而，可以按相对变形的累积规律，由极限相对弯沉值推算一次作用的容许相对弯沉值。前苏联的设计方法采用均质体弹性理论，单圆荷载，近似弯沉计算公式，以包含塑性变形在内的形变模量(采用承载板法测定)表征路基土和路面材料的力学性质。1.21966年版1966年版的公路柔性路面设计规范主要修正了1958年版规范的弯沉计算公式，并提出了中国气候分区及路基和路面材料计算参数值表，但对设计标准和设计指标值未做变动，仍沿用1958年版规范的规定。1.31978年版由于贝克曼梁式弯沉仪的出现和广泛应用，1978年版规范改为以容许弯沉作为设计指标2。容许弯沉是路面达到破坏状况时双轮轮隙中点的路表回弹弯沉值。20世纪70年代，在18个省市开展了大规模的沥青路面调查和弯沉测定工作。调查测定时，按路表外观特征将沥青路面划分为5个等级(划分标准见表1)，并把第四级视为路面已达到损坏状况，以第四级路面的弯沉值的低限(第三级和第四级路面弯沉的交界面)作为路面处于破坏临界状态的划界标准4，这时的弯沉值即为容许弯沉值。整理弯沉测定和轴载调查资料，得到了容许弯沉值的经验关系式：式中：N?为路面达到破坏临界状态时的标准轴载累计作用次数；A1为与路面类型有关的系数，见表2。弯沉调查和测定主要在沥青贯入、沥青碎石和沥青表面处治类路面上进行。沥青混凝土路面的调查测定数据不多，主要依据上海、哈尔滨和武汉的城市道路路面调查测定数据汇总得到。中级粒料路面没有进行调查测定，是依据前两类面层的系数值推延得出的。1.41986年版1986年版的公路柔性路面设计规范增加了沥青混凝土面层或整体性材料基层的弯拉应力验算指标面层或基层底面的弯拉应力不应大于面层或基层材料的容许弯拉应力(即重复荷载作用下的疲劳强度)。沥青混凝土的抗弯拉强度采用15时的梁试件测定结果，初期强度低的半刚性材料的抗弯拉强度采用6个月龄期，其它半刚性材料采用3个月龄期的梁试件测定结果3。该规范仍以路表容许弯沉值作为主要设计指标，但对容许弯沉公式中的系数作了修改，并增加了公路等级系数A2：规范认为20世纪70年代的弯沉测定主要是在三级公路和少量城市道路路面上进行，不适应高等级公路和交通量增大的情况。规范参照了城市道路设计规范中主干道沥青混凝土路面的容许弯沉值(以北京市的弯沉调查测定数据为主)，以此作为一级公路沥青混凝土路面的容许弯沉值，在此基础上考虑到不同公路等级的使用要求差异，增加了公路等级系数A24，见表3。与1978年规范相比，各级公路路面的容许弯沉值均有所减小：高速公路减小32%，一级公路减小20%，二级公路减小12%，三、四级公路减小3%4%4。也即，各级公路路面的设计标准均不同程度地有所提高。1.51997年版1997年版的公路沥青路面设计规范仍采用1986年版的沥青混凝土面层或整体性材料基层的弯拉应力验算指标，但将材料的抗弯拉强度改为劈裂强度。而路表弯沉仍是主要设计指标，但以设计弯沉替代容许弯沉，并对弯沉公式中的系数作了修改，增加了基层类型系数5。容许弯沉是路面处于临界破坏状态时的弯沉值，而设计弯沉则是该路面在使用初期时的弯沉值。依据使用期间弯沉值变化规律的观测数据(观测期最长为8年)，规范采用竣工后第一年不利季节的弯沉值作为设计弯沉值，以开放交通46年的路面弯沉值作为容许弯沉值，两者相比后近似地取设计弯沉值比容许弯沉值小20%5。规范整理了20世纪90年代在八省一市进行的弯沉测定资料，得到了新的弯沉公式，其中增加了基层类型系数，以考虑基层的差别5。式中：A3为基层类型系数，见表4与1986年版规范的路表弯沉指标相比，除了设计弯沉值比容许弯沉值降低20%以外，1997年版规范的路表弯沉指标值，对于半刚性基层沥青路面而言还要降低34%，即设计标准更加提高了，而对于柔性基层沥青路面来说则相差很小(提高了4.7%)。2路表弯沉指标纵观建国以来的各版设计规范，在设计方法和指标方面的思想是一脉相承的，都以路表弯沉作为主要设计指标。路表弯沉是路面整体结构(包括路基)在荷载作用下的竖向位移量，它反映了路面整体结构的抗变形能力，即路面整体结构的总刚度。因而，它一方面是一项总体性的和综合性的指标，另一方面是一项反映变形属性的指标。在荷载轻、交通量小，即路面等级低、结构单一的情况下，采用路表弯沉作为路面结构设计的指标，不失为一种简便的对策，不会给设计带来矛盾或不协调的结果。然而，对于承受重载的高等级路面来说，路面结构层组合和材料类型都可选用不同的方案，呈现出多样化。这时，再采用路表弯沉作为主要设计指标，便暴露出它的不足，并会得到矛盾或不协调的设计结果。下面，对此作一简单的分析。2.1弯沉指标的非唯一性对于同一种路面结构(相同的结构层组合和材料类型)，路表弯沉值的大小可以反映出路面结构的抗变形能力，路表弯沉值小的路面结构具有较大的承载能力和较长的使用寿命。因而，可依据相同的破坏标准判断其承载能力(标准轴载重复作用次数)。但对于不同种类的路面结构(不同的结构层组合和材料类型)，路表弯沉值大的路面结构，其承载能力或使用寿命并不一定会比路表弯沉值小的路面结构差；反之，亦然。因而，不能仅依据这一指标值判断出路面结构的承载能力，或者比较出不同路面结构的承载能力的高低。对于这一特性，规范的修订者也意识到了，因此，才出现了各版规范中路表弯沉公式的不断修正：一方面修正公式中的常数项，另一方面增加公式中的系数项。前者随着轴载变重、路面等级提高和路面结构变厚而不断减小，即设计标准不断提高。后者则随着路面