澳大利亚路面设计规范

1 第第一一篇篇 澳澳大大利利亚亚路路面面设设计计规规范范 第第一一章章 简简介介 1 1 应应用用范范围围 1 无结合料粒料的柔性路面 2 有一层或多层的半刚性材料的柔性路面 3 刚性路面 4 柔性路面加铺设计 5 适用于主要由荷载引起破坏的路面 由环境因素引起的路 面破坏应另外考虑 6 路面施工水平一般的情况 7 未加表面层的材料不适应 8 不含刚性路面沥青加铺层 本规范内容包括 路基评价 路面材料评价 交通荷载分析和 结构设计等 本规范建议作为设计指南使用 而不是作为一种强制性的标准 或限制 1 2 本本规规范范用用途途 1 常规道路交通条件下的柔性路面设计 或专门荷载条件的 柔性路面设计 2 使用者根据自己的需要按特定条件做出设计图表 3 柔性路面加铺设计 4 刚性路面设计 附录 A 给出了本规范术语 下一章给出了路面设计系统及组成 元件 2 第第二二章章 路路面面设设计计系系统统 2 1 概概述述 路面设计目的 确定最经济的路面组成及厚度 满足预计交通 荷载行驶 具有相应的服务水平 设计者应充分了解材料 交通 当地环境及相互作用 能预测 任何路面结构组合 的性能 并了解所设计道路应有的服务水平 路面设计的复杂与简单取决于模型简化程度与 设计资料的充 分性 本规范包含两套设计系统 1 新建路面设计 2 柔性路面加铺层设计 但它们的基本理论 与其它工程设计是相类似的 2 2 新新路路面面设设计计 设计框架见图 1 2 1 可能有些因素被忽略或有些因素与其他 因素合并考虑 但本图简单轻便地示出了输入变量 分析方法与决 定设计方案之间的关系 施工工艺因素 养护因素 第 3 章 环境因素 第 4 章 路基评价 第 5 章 路基材料 第 6 章 设计交通荷载 第 5 章 结构设计 1 柔性路面 第 8 章 2 刚性路面 第 9 章 3 加铺层 第 10 章 设计比较 第 11 章 设计结果反馈 第 12 章 设计方法完善 图 1 2 1 设计框架图 3 2 2 1 输输入入变变量量 1 设计交通量 轴载数 轴载分布 荷载值与轮胎压力 除考虑目前交通量外 设计期内轴载数量与组成的变化也应充 分考虑 2 路基与路面材料 设计者应具有知识 用来表征承载能力的强度与刚度参数 温度 湿度 时间与破坏累积对参数的影响 路面破坏方式与荷载 应力或应变 对路面损坏作用的量化 见表 1 2 1 破坏准则 路面损坏发生时的极限应变或极限应力 表 1 2 1 柔性路面损失模式 损坏模式可能原因受影响的材料 车辙材料压实与推挤 除半刚性材料外的所有材 料 开裂 特重荷载 一次 常规荷载多次 温度升降往复收缩 沥青 半刚性材料 不平整度 密实度变化 材料特性 所有材料 其中某些知识应用于设计过程中的理论计算 如弹性模量 用 于计算荷载路面应力与应变 破坏准则用于确定路面发生破坏的条件 4 目前出现了一些用于分析不平整度的模型 考虑材料性质差异 层厚等 可见第 8 章 对于沥青砂砾或水泥砂砾 其破坏准则较复杂 P22 详见 第 5 6 章 3 环境因素 可以测量由温度 湿度改变所引起的材料特性变化 设计中用 的参数应考虑使用期内的水 温度状况 由于实际情况复杂多变 一般将某种不利环境特征化 作为设计中的使用参数 环境因素对 材料的影响程度 与材料有关 与交通荷载分布也有关 详见第4 章 4 施工与养护因素 施工与养护 次于施工 对路面结构选型也有影响 施工水平 压实度 养生 摊铺设备类型和排水状况 也有关 详见第 3 章 2 2 2 初初始始路路面面结结构构选选择择 在设计时要先初拟一个路面结构 其确定应基于经验判断或一个简单的设计程序 设计人员应考 虑本地区的路面结构使用经验与设计实际任务 如果一个简单的设计程序认为是足够的 则设计任务完成 无 需进行以下步骤 因为接下来的设计工作 分析 损坏预测和设计 修正 应谨慎使用 第八章给出了某些设计参数条件下的设计图表 如果设计任务 中的参数与图表的不同 则可根据最近似的参数初选路面结构 然 后再分析 得到一个更合适的路面结构 2 2 3 结结构构分分析析 目的是计算拟定路面结构中的临界应力或应变 在结构分析中 一般将路面结构处理为层状体系 每层处理为 弹性或粘弹性 均质或有变化 目的是理论分析与实际准则的统一 5 荷载类型可从单个垂直均布荷载 到多个任意方向和非均布荷 载 荷载值与车辆速度有关 必须注意的是 本分析方法对所输入数据有一定范围限制 本规范的分析方法与目前澳大利亚 Australian Member Authorities 所存在的路面材料与路面性能的认识程度相一致 本规 范方法所得设计结果与目前经验相一致 详见第8 章 2 2 4 损损坏坏预预测测 路面分析结果用于估计路面使用寿命 大多数路面或路基破坏 准则是一个公式 应力水平或应变水平 与达到路面或材料破坏极 限时的重复作用次数 路面由多种材料构成 每种材料破坏形式是不同的 如对于粒 料类沥青路面 其寿命期取决于永久变形 第一次 超限 但有一 种特例是半刚性基层材料 尽管半刚性基层一般较早地出现裂缝 但承载能力还是足够的 这类路面破坏通常是取决于其上的结构层 的破坏 如果路面只承受 同样的荷载 则疲劳寿命很容易计算 即从极 限应力 应变 重复作用关系就可以得到 但实际远非如此 如荷 载类型 大小等变化 因此疲劳寿命计算很复杂 一般有两种方法 处理 一是等效换算 等效指相同的路面损坏程度 等效方法可 以通过特殊设计的试验路观测 也可以根据性能准则进行理论推导 第二种方法 即通常所说的 Miner 假定 非原文 2 2 5 迭迭代代 如果初拟路面结构未通过 则要调整参数重新计算 厚度增加 模量 改变材料等 至满足要求 计算满足要求只是得到一个可选方案 应设计其他不同结构组 合的方案 进行比选 以最经济或其他原则最终确定 详见第11 章 6 2 3 罩罩面面设设计计 2 3 1 概概述述 设计流程图见 1 2 2 原则上说 加铺层设计与新路面设计没有区别 都考虑交通 材料 环境 分析 破坏分析和方案比选 主要在于正确评价现有 路面的问题及解决 罩面设计包括 现有路面状况评价 罩面 使用期内的交通与环境因素 确定路面所需补选的强度 使用期 及可能导致的损坏 考虑可用的克服路面缺陷的材料 潜在的破坏模式 承载 力和设计参数 确定路面厚度 特征弯沉与弯沉曲 率评价 设计交通荷 载评价 允许弯沉与弯沉 曲率值 确定加铺层厚度 图 1 2 2 路面加铺层设计流程图 2 3 2 现现有有路路面面评评价价 可通过取样 现场测试 或指定强度参数的方法来分析荷载作 用引起的地路面响应 或采用无损检测的方法 如弯沉测试 分析弯沉测试数据的方 法与数据量的调查方法有关 目前新的测试设备有Deflector graph FWD 可测弯沉盆的 BB 等 从而可以更好地预测路面性 7 能 弯沉测试与分析方法可详见第 10 章 罩面设计的目的是预测永久变形不超过允许值的路面可承受的 交通荷载 对于路面而言 是保证沥青面层不会疲劳开裂 在预测 中还应该考虑路面 路基温度与湿度条件的影响 2 2 3 现现有有路路面面需需要要 问问题题与与解解决决 分分析析 现有路面 需要 可通过调查来分析 测试可以得到更充分的数 据 更多的测试与实验可以使现有路面缺陷和需要的分析更充分可 靠 因此 弯沉测试有条件时要尽量做 弯沉测试结果 无论是每个测点的最大弯沉 还是可反映路表 弯沉盆形状的数据 都与路面性能准则有关 这些性能准则多是基 于经验的 但可以由理论计算得到 或由层状弹性体系理论 在 工程实践中 一段路面的弯沉值是变化的 反映路面性能受诸多因 素影响的特点 采用统计方法 使用弯沉特征值可以反应某一段路 的情况 这说明罩面设计 时是以一定概率来达到设计要求的 最通常的设计准则是弯沉与达到路面临界破坏条件时的标准轴 载重复作用次数相关 最简单直观的经验关系 认为某一特定路面 结构所有损坏的综合作用可以用荷载作用于路面的一种响应来预测 但最近的研究倾向于采用不同的破坏模式 如果弯沉测量值超过了 破坏准则的允许值 则表明现有路面结构无法满足设计的交通荷载 应该采取某些措施 如采用粒料或沥青层罩面补强或改建 采用附 加排水设施与封层的方法也可能是有效的 2 3 4 加加铺铺层层厚厚度度确确定定 与以下因素有关 加铺材料 所需增加的强度 按性能准则要求 辅助工作 如排水 可以采用基于试验路观测的经验公式 但不幸的是目前资料较 8 少 可靠数据有限 本规范提供了Member Authorities 的设计公 式 同时使用材料刚度进行了理论分析预测 两者可以得到相符的 结果 但罩面设计还要对排水改善效果进行估计 无论是基于经验 或理论分析 用多个性能准则评价现有路面及确定罩面厚度时 设计结果是 所有准则的最小设计厚度 如果由于其他因素限制 如标高 无法 采用设计厚度 而采用较小厚度时 必须进行方案比较 即采用薄 罩面层的好处与完全改建的比较 旧路评价与罩面设计 可以参考第 10 章 第第三三章章 施施工工与与养养护护影影响响 3 1 稳稳定定技技术术 当存在适合的设备与专门技术时 可采用稳定技术 无机结合 料稳定 好处有 增加了路基路面的强度和均匀性 提高了抗水侵入性 提供了后序工作的施工工作面 MAASRA 1986 对稳定 改善 土与粒料提供了全面的资料 在路面设计中 用 CBR 反应土基特性时 对路基稳定土并不 能总认为 CBR 15 半刚性材料缺点是收缩开裂 尤其是在无机结合料较多时 研究表明 如果底基层与基层都是半刚性材料时 开裂会增加不 平整度 但发展较慢 如果只有基层是稳定材料 底基层强度较低 裂缝处受水侵入影响后 很容易会发生迅速的损坏 防止反射裂缝可采用 125 150mm 的沥青混合料或粒料层 在 施工时 沥青层摊铺可延迟一周以上的时间 从而等基层裂缝发生 后再铺 9 第第四四章章 环环境境因因素素 4 1 概概述述 本规范主要适用于由于荷载所引起的路面损坏的设计 尽管在 前面提到了环境引起的应力 但由于环境所引起的路面损坏不在本 规范内讨论 对路面性能影响显著的环境因素 湿度 温度 冻融在本规范中未考虑 因为不存在于澳大利亚 4 2 湿湿度度 路面的湿度对路面性能有重要影响 路基与无结合料材料的刚 度与强度与材料的湿度状况有直接关系 详可参见 NAASRA 1983 设计阶段应考虑如下因素 降水 蒸发 面层渗水性 水位 地下 路面各层渗水性 路肩是否密封 路槽式或者全宽式路面 影响路面湿度变化的因素 a 路 堑 基两侧的渗流 b 地下水向上渗入 c 路面表面与路肩水的渗入 10 d 湿度差异与温度差异所导致的湿度传导 无论是水或水蒸气 e 路面各结构层渗透性的差异 渗透性低结构层容易导致含水 量过高或者饱和 其中 a b c 可以通过路基设计 调整 和路面排水来解决 当 路基受到静水压力时 即正的孔隙水压 排水是有效的 对于细粒 土路基一般在最佳含水量以上到达湿度平衡 且不易排除水分 图 1 4 1 示出了路基路面内湿度的影响因素 图略 路基内湿度变化的改变将导致材料两个变化 一是体积 二是 湿度 改变程度取决于路基土的性质和湿度改变的范围 膨胀土的 问题见本章末 路基湿度变化对强度与刚度的作用应在设计参数中考虑 一般 是设计期内的最高含水量时的参数 CBR 或模量 设计时应尽可 能地估计实际的含水量 路基强度 刚度 水稳性应在设计时进行评价 总的说 对砂粒土 湿度改变对土的体积 强度影响不大 对于粉土 湿度改变对土的体积影响较小 但对强度影响 较大 对于粘土 湿度改变对土的体积影响很大 若原土含水量 在最佳含水量附近时 则强度与刚度也会差异增大 在路基土压实到要求密实度时 湿度变化导致的体积变化是最 小的 施工土时的初始含水量对以后湿度变化引起的体积变化也有 影响 平衡含水量 EMC 定义为施工后 路面下的路基在各种因素影响时内部湿度达到 平衡 水份迁移平衡 时的含水量 平衡状态受以下因素影响 土的类型 水位 11 压实时土的含水量 对于非饱和土 有两种方式量化土中水的含量 水与土的重量比或体积比 根据土中水的能量状态 如土的负压吸收 毛细作用 等 对于工程应用 建议采用第一种方式表达土中水的含量 即重 量比 使用第二种方式则需要转换关系 此公式的建立较复杂 本 规范未提供此 方法 可见参考文献如 NAASRA OECO 等 路基内部的湿度状态较稳定 但边侧1 5m 内则易变化 可能 超过 EMC 而达到临界含水量 从而对于外侧行车道有影响 有鉴于此 设计中应采用一些措施来处理路肩 边坡含水量大 于路基内含水量的问题 否则 或措施不充分 就应采用 DMC 设 计含水量 进行设计 DMC EMC DMC 确定可见第五章 4 3 温温度度 对于沥青路面 温度对路面性能有重要影响 在低温时 沥青混合料硬而脆 高温时则软 粘弹 本规范没 有考虑永久变形的失效模式 为沥青混合料设计考虑 对沥青面 层 主要考虑弯曲疲劳开裂 日温度或季节温度情况对路面承载能力有重要影响 如果交通 多发生于晚上低温时 则薄沥青面层的路面就会很大程度地降低使 用寿命 与交通量白天多时比 交通与温度变化的相互作用应在 设计中考虑 可见第 6 章与第 8 章 温度对半刚性类材料与混凝土特性也有重要影响 在施工时 如果高温 干燥 则这些材料的极限强度与疲劳寿命都会有明显削 弱 12 第第五五章章 路路基基评评价价 5 1 概概述述 路基 支持作用 是确定路面的厚度 组合和性能的重要因素 路基强度与路基施工因素与使用期内的状况密切相关 土的类型 密度和湿度对路基强度有重要影响 路基评价的目的是提供一个合理的路基设计值 5 2 参参数数 CBR 值 用于柔性 刚性路面 弹性参数 用于柔性路面 反应系数 K 用于刚性路面 表 5 1 略 5 3 确确定定路路基基强强度度时时的的考考虑虑因因素素 施工工序 压实含水量与密实状态 设计期内的路基含水量 路基变异性 路基下的软弱层对路面厚度 的影响 a 土方施工顺序 在施工时 对路基填料进行适当评价是必要的 部分略 b 压实含水量与密实状态 相对密度与压实含水量变化对路基的影响可见表 1 5 1 1 5 2 1 5 3 c 使用期内含水量 第 4 章所述环境因素会引起路基内含水量变化 表 1 5 1 1 5 2 1 5 3 的结果也表明了含水量变化对路基强度的影响 13 季节因素或偶然因素及受水影响的路基都应在设计中考虑 d 变异性 路基不均匀本质上是不可避免的 应在设计中予以反应 表 1 5 1 粘土 PI 30 路基 R 值 未浸水4 天浸水 压实含水量 DMC 密度 压实含水量 DMC 密度 0 9 1 0 1 050 9 1 0 1 05 1 05MD D 1 00MD D 0 95MD D 4 0 3 5 3 0 3 5 3 0 2 5 2 5 2 0 2 0 1 05MD D 1 00MD D 0 95MD D 0 9 0 6 1 0 1 5 0 4 0 6 1 0 表 1 5 2 粘土 PI6000MPa 适用性好 因此其他情况只能作为参考关系 22 6 3 2 4 推荐值 半刚性材料模量的影响因素主要是结合料含量和密实度 表 1 6 4 给出了推荐值 但其中不能反应这两个因素的影响 因此 应用时必须小心 6 3 3 疲劳特性 参见表 1 6 5 6 3 3 1 直接测试 弯曲试验 抗拉试验与三轴试验 根据路面的实际受力状态 一般认为前两种较好 第一种最好 疲劳测试一般在大于 0 5 倍极限应力或极限应变下进行 这样 材料会表现为明显的疲劳开裂破坏 在双对数坐标系下 为线性关 系 测试应力 极限应力 重复加载次数 6 3 3 2 相关关系 静态测试可用于估计疲劳寿命 研究表明 对于常用材料和 常用剂量的半刚性材料 大约 50 的极限应变对应于 100 万次荷 载作用 在没有其他资料可参考时 可用此关系来估计疲劳寿命 但应谨慎使用 6 3 3 3 已公开发表的关系 见图 1 6 1 给出了不同模量时的疲劳关系 主要来自于国外 故应用时应注意 分为三个阶段 一种是2000MPa 如天然砂砾稳 定 开级配稳定碎石 第二种是5000MPa 的高质级配碎石 基层 性质的天然砂砾 第三种是 1 万 MPa 的普通混凝土 碾压混凝土 23 28 天抗压强度为 5 7MPa 所有这些值是在最大干密度条件下得到 的 6 3 4 疲疲劳劳特特性性 影响因素 材料强度 模量 密度 湿度 拌合充分性 开裂 6 3 4 1 强度与模量 刚度和强度增加会使允许的重复荷载作用次数 减少 在给定应 变条件下 但一般是高强材料的疲劳寿命长 因为荷载引起的应 力应变也小 6 3 4 2 干密度与含水量 一般情况 含水量非最优 密度下降 疲劳寿命下降 6 3 4 3 拌和充分性 不充分会导致有缺陷 在缺少添加剂的地方 导致应力集中 疲劳寿命降低 采用 厂拌 反对路拌 可延长寿命 6 3 4 4 开裂 温度和干缩应力会引起开裂 从而导致有效模量降低 水的浸 入局部软化或唧泥 引起路面寿命降低 施工过程与养生会明显地 影响裂缝发生率与严重程度 应予以注意 6 4 沥沥青青混混合合料料 6 4 1 简介 疲坏模式 由于 稳定性不足 的永久变形与疲劳开裂 24 施工因素 压实水平与均匀性 沥青拌和与摊铺 对混合料有 重要影响 6 4 2 E 影响因素 见表 1 6 2 1 沥青等级与含量 沥青基质与炼制过程对沥青混合料模量的 感温性及加载速率有直接影响 2 空隙率增大 一般稳定度降低 刚度下降 6 4 3 模量与泊松比 确定 6 4 3 1 方法 1 实验测试条件应与使用的荷载与温度条件一致 2 SHELL 方法 考虑温度与荷载作用 3 根据所发表的文献论证选用 6 4 3 2 实验测试方法 见表 1 6 3 a 按指定压实水平压实 b 尺寸 2 5 倍最大粒径 避免局部应力集中 c 200 次预压 d 温度与应力水平 应变 与实际使用条件相似 6 4 3 3 SHELL 方法 此方法无法测定泊松比 根据 Van der Poel 诺漠图 1 6 6 参数 加载时间 1 V 温度 T800pen 100g 5s 80mm 与 PI PI 表明温度敏感性 PI 与 T800pen 可由表 6 8 确定 拌和 摊铺过程会导致沥青硬化与感温性下降 旋转薄膜烘箱 25 RTFO 实验可对此问题分析 注意表 6 8 中 PI 和粘性参数为经过 RTFO 测试后的数据 Van Poel 诺谟图用于估计沥青劲度 Bonnaure 建立的诺漠图 见 图 1 6 7 用于计算混合料的模量 6 4 4 1 混合料刚度的作用 刚度影响因素可见 6 4 2 这些因素与疲劳寿命的关系可见表 1 6 9 在给定应变水平的条件下 混合料刚度越大 疲劳寿命越短 表 1 6 9 沥青混合料疲劳寿命影响因素 因素 增加 应力控制方式应变控制方式 沥青指数增加减小 最佳沥青用量 到达前增加增加 到达后减小增加 空隙率 减小减小 集料 增加减小 温度增加增加 加载速率增加减小 6 4 4 2 荷载谱的影响 若每种荷载 大小和类型已知 产生的应力与这种荷载的数量 已知 则可计算疲劳寿命 否则应采取一些假定 可参见第8 部 26 分 对特殊荷载 疲劳寿命需特别分析 若路面设计需要很高的可 靠度 则需要一个特殊的疲劳实验来估计其疲劳寿命 荷载大小 速度 组合 荷载横向分布与裂缝扩展与实验条件等因素都会影响 试验结果 实验结果可能与现场相差数十倍 6 4 4 3 温度变化 疲劳寿命与材料刚度有关 而刚度与温度又有关 因此温度变 化对疲劳寿命有显著影响 如在低温时的疲劳寿命与高温时显著不 同 温度对疲劳寿命影响与荷载大小 沥青层厚度 路面组成等有关 考虑不同温度时的荷载作用次数 本规范提出了一个路面寿命系数 的概念 从而可以考虑所设计道路的实际温度条件 此系数可以直 接用于第 8 章的设计图表 为了反映温度变化所引起应力的疲劳 采用 Miner 假定是合适的 6 4 5 确定混合料疲劳特性 6 4 5 1 通过测试或查文献资料 6 4 5 2 测试实验 a 弯曲实验 试验 三点加载简支梁 试件 制备或从路面切割 尺寸 横截面 50mm 50mm 推荐 考虑不同温度 多组试验 加载频率 不超过100 分 应变控制范围 10 4 10 3 计算结果 根据简单弯曲梁理论计算 b 间接拉伸 劈裂试验 简单 易用 也是重复加载 与我国规范相同 27 6 4 5 3 发表的经验公式 选用发表的经验公式时 应注意以下因素 混合料类型 控制应力还是应变 4 6 推荐的疲劳关系是由 SHELL 公司提出的 1978 选用原 因为 控制应变测试 适用于澳大利亚与薄层沥青路面 允许裂缝扩展 考虑了荷载在横断面的的分布形式 考虑了一定范围的混合料组成 温度与荷载条件 允许在疲劳寿命期内有一定开裂 适用于澳大利亚 关系式为 5 36 0 08 1 856 0 6918 mix B S V N VB 沥青体积含量 6 4 7 永久变形 沥青混合料的永久变形多源于沥青混合料的稳定性不足 采用 经验法设计沥青混合料可以改善 在高温 低速 刹车减速与加速 的地方 更容易产生车辙 如果使用莫尔一库仑理论来考虑沥青混合料稳定性 其影响因 素可参照图 1 6 9 影响因素的作用关系可见表 1 6 10 表 1 6 10 永久变形影响因素 因素 增加 抗变形能力 集料表面粗糙度增加 28 集料间接触压力增加 沥青含量减少 集料 增加 棱角增加 沥青粘度增加 时间增加 温度减少 加载建度增加 6 4 8 SAMI 应变缓解薄膜夹层 在澳大利亚 SAMIS 越来越引起人们的重视 其优点有 减少反射裂缝 防止水的浸入 对 SAMI 弹性参数研究较少 Coetzz 等研究认为 20 50MPa 加 载 0 02 0 05s 21 或 7MPa 加载 0 02 0 05s 24 在 NSW 州试验路面分析中 建议对 20 橡胶沥青 SAMI 取 7 5MPa 25 SBS 改性沥青 SAMI 为 5MPa SAMI 的有效厚度很 难确定 但基于经验 认为 SAMI 厚度 MM 在数值上等于每平米 橡胶沥青的数量 6 5 混混凝凝土土 略略 表 1 6 1 路面材料种类与特性 项目无结合料粒料半刚性材料沥青混合料 水泥混凝 29 土 材料 类型 级配碎石 天然砂砾 碎石土 沥青稳定材料 化学改善材料 无机结合料改善 材料 石灰稳定材料 水泥稳定材料 二灰稳定材料 矿渣稳定材料 沥青混凝土 沥青混合料 水泥混凝 土 力学 特性 集料嵌锁的抗剪 强度 无抗拉强度 抗剪强度与化 学粘结 有明 显抗拉强度 温度敏感性 内摩阻力与 粘结力 明 显的抗拉强 度 化学反应 粘结 明 显的抗剪 强度 破坏 模式 剪切变形 压密变形 松散 开裂 水的侵蚀 唧泥 疲劳开裂 过载开疲 永久变形 开裂 收缩 疲劳 基层浸 蚀 设计 参数 E 各向异性E E 弯曲强度 抗压强度 性能 准则 材料技术要求疲劳关系疲劳关系 疲劳关系 混凝土强 度 表 1 6 2 各因素 增加 对刚度影响 30 因素 无结合料粒 料 半刚性材料沥青混合料水泥混凝土 粗集料棱角增增增增 密度增增增增 压实 含水 量 存在最优值存在最优值 应力水平增不变不变不变 水泥含量增增 时间不变增增增 开裂情况减减减 拌和 充分性 增增增 沥青含量最优值 31 1 6 4 a 弹弹性性参参数数推推荐荐值值 无结合料粒料 材料类别 高质量碎石 基层用砂砾 底基层 砂砾 水泥稳定材料 特性 位于粒 料材料 以上 半刚性 材料上 位于粒 料材料 以上 半刚性 材料上 位于粒 料材料 以上 半刚性 材料上 2 3 水稳 碎石 4 5 水稳天 然砂砾 基 层用 4 5 水稳天 然砂砾 底基 层 模量范围 垂直模量 典型模量值 各向异性度 泊松比范围 垂直水 平 常用泊松比 150 550 5002 350 2 0 25 0 4 0 35 200 700 5002 350 2 0 25 0 4 0 35 150 500 4002 300 2 0 25 0 4 0 35 200 500 4002 300 2 0 25 0 4 0 35 150 400 3002 250 2 0 25 0 4 0 35 150 450 3002 250 2 0 25 0 4 0 35 3000 8000 5000 1 0 1 0 3 0 2 3000 7000 5000 1 0 1 0 3 0 2 1500 3000 2000 1 0 1 0 3 0 2 32 按公式 1 v E f 不要求 f 见 CIRCLY 手 册 沥青面层下的垂直模 量 见表 6 7同上 1 除水泥外 其他无机结合料稳定材料需要测试确定 2 压实用改善方法 其他值为标准方法 3 水平模量 垂直模量 各向异性度 33 1 6 4 b 沥沥青青混混合合料料弹弹性性参参数数建建议议值值 地区NSWVICQLDSAWATAS 性质 T 101 25 40 10 25 4010 25 4010 25 4010 25 4010 25 40 垂直模量 范 围 6300 17400 2400 7700 230 1100 2300 4000 7800 15600 5800 8800 2100 2600 6500 17300 2100 6300 220 1900 11800 23600 3800 10200 700 3000 7700 14300 360 1700 1100 1850 750 2080 260 540 垂直模量 620 880 178006000 1570113003000 870 126001370 790012800 2500 370 各向异性度111111111111111111 泊松比范围 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 0 35 0 5 34 泊松比典型 值 0 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 4 注 1 T 表示温度 2 垂直 水平泊松比 3 对沥青层材料参数 f 在 CIRCCY 手册中 不需要 4 加载速率与 20km h 车速相对应 35 表 1 6 6 无结合料材料顶层垂直模量 加权平均温度 上层材料 20 25 30 25mm 沥青 层 50mm 沥青层 100mm 沥青层 150mm 沥青层 水稳材料 5001 350 3501 250 2101 150 2101 150 2101 150 5001 350 5001 350 3501 250 2101 150 2101 150 5001 350 5001 350 5001 350 3501 250 2101 150 1 材料压实方法使用改善方法 表 1 6 7 无机结合料材料测试条件推荐范围 垂直轴向应力水平侧向应力 P 0 98P 0 92P 0 79P 0 66P 0 83P 0 57P 0 36P 0 17P 0 07P 注 1 P 表示轮胎 路面接触应力 2 本表数值参考使用 36 第第七七章章 交交通通 7 1 概概述述 本部分交通评价适用于柔性路面 刚性路面和罩面设计 确 定设计交通与交通数据类型 设计的路面类型所采用设计方法有 关 交通荷载以下三个方面对路面性能有重要影响 通过的轴数 轴载值 轴载组成 对于路面设计 主要考虑较重车辆对路面性能的影响 小汽 车和轻载汽车一般不考虑 除非它们影响到路面通行能力 7 1 1 轴载类型与等效 不同轴载对路面的破坏效应取决于轴间距 每轴轮胎数 轴 载大小与悬挂系统 对于设计目的 主要考虑以下四种轴载类型 单轮组单轴 双轮组单轴 双轮组双轴 双轮组三轴 标准轴载定义为双轮组单轮 8 2t 不同轴载对路面的相同 损坏作用可参见表 1 7 1 对于非表 1 7 1 中的轴载 其等效换算公式为 EXP 中轴载表 实际轴载 达到同样损坏等效轴载 1 7 37 EXP 的数值与路面类型有关 若被换算轴载为标准轴载 指 数可考虑取为 4 双轴另一种情况是一轴为双轮组 另一轴为单轮组 这时可 考虑换算为双轮组双轴 两者之间存在1 2 倍的换算关系 当双轴荷载的两轴间距较大时 大于 2 4m 可以认为是两根同 样荷载的单轴 柔性路面设计对 twin steer axles 可换算为 1 5 倍双轮组双轴 类的轴载 表 1 7 1 引起等效损坏的轴载 轴载类 型 单轴单 轮 单轴双 轮 双轴双 轮 三轴双 轮 荷载 KN 5380135181 7 1 2 设计车道 在设计中 虽然不同车道受到的交通荷载作用情况是不同的 但通常路 面结构是相同的 按承受大多数载重汽车的车道设计路面 称为设计车道 7 2 设设计计期期限限 设计期限表述为路面需要修复时的使用年限 主要设计年限 为 新建粒料类路面 20 25 年 38 新建刚性路面 20 40 年 沥青类罩面 10 15 年 粒料类罩面 10 20 年 对设计年限影响有以下几个因素 养护策略 费用 其他因素 如交通通行能力的限制 7 3 交交通通增增长长率率 根据交通调查 大多数情况下 交通量按几何级数逐渐增加 在整个使用期或达到某一阶段 如道路允许通行能力 对于整个 设计期内按几何级数增长的交通量 总交通量按表1 7 2 计算 即第一年交通量乘以表中数值 表 1 7 2 累积增长率 GF 增长率 设计年限 0246810 5 10 15 20 25 30 35 5 10 15 20 25 30 35 5 2 10 9 17 3 24 3 32 0 40 6 50 0 5 4 12 0 20 0 29 8 41 6 56 1 73 7 5 6 13 2 23 3 36 8 54 9 79 1 111 4 5 9 14 5 27 2 45 8 73 1 113 3 172 3 6 1 15 9 31 8 57 3 98 3 164 5 271 0 39 404060 495 0154 8259 1442 6 确定设计期 估计交通增长率 计算设计交通量 估计初始交通量 图 1 7 1 确定设计交通量的方法 7 4 确确定定设设计计交交通通量量的的方方法法 方法取决于交通资料类型与采用的设计程序 理想的交通资料应包括各轴载类型中每种轴的大小与数目 但通常这些难于做到 需要进一步的路况调查 本规范方法可换 算以下三种交通数据 按轴载类型与大小提供的初始年平均的轴载数 第一类交 通荷载数据 按轴载类型的初始年平均的轴载数 第二类交通荷载数据 初始年平均日交通量与载重车百分比 第三类交通荷载数 据 表 1 7 3 给出了不同路面类型与交通数据的轴载换算方法 表 1 7 3 交通设计荷载确定方法 设计路面交通数据类型 40 类型 第一类交通 数据 第二类交通 数据 第三类交通 数据 特殊 荷载 含有半刚性 材料的柔性 路面 7 5 1 与附录 E 方法 1 7 5 2 与附录 E 方法 2 7 5 3 与附录 E 方法 3 7 5 4 无结合料粒 料类柔性 路面 7 6 1 与附录 E 方法 4 7 6 2 与附录 E 方法 2 7 6 3 与附录 E 方法 3 7 6 4 刚性路面7 7 17 7 1 柔性路面 加铺层 7 6 1 与附录 E 方法 4 7 6 2 与附录 E 方法 2 7 6 3 与附录 E 方法 3 7 5 包包含含一一层层或或两两层层半半刚刚性性层层的的柔柔性性路路面面 7 5 1 第一种交通数据 由于沥青混合料 水泥稳定材料和路基都有不同的失效模式 因此需要有三种轴载换算关系来计算设计交通量 在沥青面层产生等效疲劳破坏的标准轴载数NSA 在路基产生等效疲劳破坏的标准轴载数NSS 在半刚性材料产生等效疲劳破坏的标准轴载数NSC 初始年平均日轴载 NSA NSS NSC 按附录 E 的 1 方法计 算设计标准轴载数 则使用期内的设计交通量 沥青层 NSA 365 GF 沥青层 NSS 365 GF 半刚性材料 NSC 365 GF 41 其中 GF 是表 1 7 2 中的累积增长率 计算结果用于路面设计 程序表 1 8 1 中的第 10 15 16 步 7 5 2 第二类交通数据换算 NSA NSS NSC按 7 5 1 定义 根据交通数据资料 按附录 E 的方法 2 计算等效年平均日等效标准轴载数NE 则 NSA 1 1NE NSS 1 1NE NSC 20 0NE 其中的常数是按数据表 1 8 3 的交通荷载组成 按附录 E 方 法 1 计算得到的 如果使用其他交通组成模型 可用7 5 1 部分 的方法 设计交通荷载为 沥青层 NSA 365 GF 沥青层 NSS 365 GF 半刚性材料 NSC 365 GF 其中 GF 是表 1 7 2 中的累积增长率 计算结果用于路面设计 程序表 1 8 1 中的第 10 15 16 步 7 5 3 第三类交通数据 按附录 E 方法 3 计算年平均等效轴载数 NE 则 NSA 1 1NE NSS 1 1NE NSC 20 0NE 设计交通荷载为 沥青层 NSA 365 GF 沥青层 NSS 365 GF 半刚性材料 NSC 365 GF 42 其中 GF 是表 1 7 2 中的累积增长率 计算结果用于路面设计 程序表 1 8 1 中的第 10 15 16 步 7 5 4 特殊荷载 本部分目的在于分析每种类型与大小的轴载所引起的损坏效 应 并使用 Miner 假定来估计总的疲劳损坏 7 5 4 1 荷载谱 对路面使用期内每一种可能的荷载类型与日作用次数进行估 计 用 Ncij 表示 I 表示轴载类型 j 表示类型的荷载大小 7 5 4 2 交通增长 可考虑以下两者之一 a 假定使用期内 不同类型及同一类型不同大小的轴载具有 相同的增长率 b 假定有不同的增长率 7 5 4 3 设计交通量 设计期内总的轴载作用次数 NNGF ijcjij 365 Nij 用于表 1 8 1 中的第 10 15 第 16 步 荷载大小与组成类型还用于表 1 8 1 的第 11a 步与第 13a 步 7 6 粒粒料料类类柔柔性性路路面面与与路路面面加加铺铺层层的的设设计计交交通通量量 7 6 1 第一种交通荷载数据 按附录 E 方法 4 计算年平均日等效标准轴载 NE 则设计交 通量为 NE 365 GF GF 按表 1 7 2 此值用于设计程序 8 3 部分设计参数与 10 4 5 部分的加铺层 43 设计 7 6 2 第二种交通荷载数据 按附录 E 方法 2 计算 NE 则设计交通量为 NE 365 GF 此值用于设计程序 8 3 部分设计参数与 10 4 5 部分的加铺层 设计 7 6 3 第三种交通荷载数据 按附录 E 方法 3 计算 NE 则设计交通量为 NE 365 GF 此值用于设计程序 8 3 部分设计参数与 10 4 5 部分的加铺层 设计 7 6 4 特殊荷载 对于粒料组成的柔性路面 特殊荷载条件下不宜使用8 3 部 分设计 而应使用 8 2 部分的力学程序 交通荷载按 7 5 4 部分 7 7 刚刚性性路路面面 略略 7 8 路路面面初初始始条条件件与与末末期期状状态态 8 1 节设计程序是基于设计使用期末路面的不平整度不超过 150counts km 假定初始的不平整度约为 50 km 对于修建不久的路面 其初始不平整度也可以通过测量得到 为了提供设计人员选择使用期路面状况与路面初始条件的灵活性 在进行设计前允许对设计交通量进行一些修改 为了确定修正的交通量 可根据修正前的交通量数值与图 1 7 2 来确定 假定设计交通量为 106 且估计期末状态不平整度 是初始不平整度的 4 倍 则由图可得修正后的设计交通量为 4 105 修正方式只是适用于路基应变准则控制设计时的情况 本规 范推荐的不同级别道路的末期不平整度见表1 7 4 44 7 9 提提高高可可靠靠度度时时修修正正设设计计交交通通量量 由于对交通荷载的次数 类型与大小估计的 不准及材料 的 变异性 按材料特性与交通量平均值设计得到路面结构有提前破 坏的可能 本规范考虑此了问题 解决方案是采用一个保守的设计方案 简单的方法是将设计交通量增大 使所得路面结构可以承受 更多的荷载作用 建议某些情况下可以采用 4 倍的设计荷载进行路面设计 另 一个引起路面失效的主要的不确定因素是实际的作用于路面的荷 载值 如果能够得到动荷载作用条件下荷载值 则此因素所引起 路面提前失效的可能性大大减小 刚性路面的此问题可参见 9 3 6 部分 表 1 7 4 路面末期不平整度 道路等级末期不平整度 counts km 1 2110 3 6150 4 5 7 8 9175 45 第第八八章章 新新建建柔柔性性路路面面设设计计 8 1 概概况况 本规范方法本质上是力学法 除此以外 对粒料类薄沥青路 面提供一种澳大利亚经验公式 能得到与力学法一致的结果 本规范给出了一些给定设计参数条件下的设计图表 路面设计厚度应考虑施工的最小要求 尤其是在半刚性材料 类路面时 8 2 力力学学程程序序 本规范提出的设计程序可广泛地用于多种路面类型 多种 荷载型式与荷载组成 图 1 8 1 给出了设计流程图 其中包括 设计参数确定 材料 交通 环境等 初拟路面结构 分析计算 确定此路面结构可以承受的交通荷载 与设计交通量比较判断是否满足要求 输入设计参数见第 3 章 第 7 章 设计程序基于交通荷载作用下的弹性层状体系分析 典型路 面模型可见图 1 8 2 设计模型中考虑如下假定 1 路面材料被认为是均质 弹性 各向同性 路基与粒料除 外 2 线弹性理论及应用计算机程序 CIRCLY 3 路基与路面的主要破坏发生于 沥青层 底层水平方向拉应变 无结合料粒料 不考虑 半刚性材料 层底水平拉应变 路基 顶面垂直压应变 46 4 标准轴载为双轮组单轮 8 2t 对柔性路面 路面的临界 荷位为一轮载中心线以下及两轮中心线以下 另一端轮载作用被 忽略 5 双轮荷载 均布 垂直 双圆 轮距33cm 见图 1 8 2 6 轮压定为 550 700Kpa 7 可考虑其他荷载 如车轮急转 加速 刹车减速等 CIRCLY 可处理这些特殊情况 8 无结合料粒料不承受拉应力 表 1 8 1 a b c 明确地给出了设计过程与步骤 8 2 1 拟定初始结构 结构层 组合 厚度 8 2 2 粒料材料弹性参数 由于粒料材料模量与应力水平有关 其模量一般沿深度方向 减少 使用有限元法的迭代分析可以得到准确的结果 但不便于 设计使用 本规范中的 CIRCLY 程序将粒料层分为几个子层 每 层模量按下述方法确定 1 对于粒料层位于半刚性层上方 则无需划分子结构层 可以近第 6 章的方法确定粒料模量 2 对于路基上的粒料层 需要划分子层 每层厚度5cm 15cm 相邻两层模量比不超过 2 表 1 8 2 给出了一些划分方案 在确定划分层数以后 模量比 R 按以下公式计算 n E E R 1 路基 层顶 根据已知的路基模量 可以依次计算每一层的模量 3 对于每一子层 其他材料参数为 EH 0 5EV 见第 6 1 章 FV EV 1 VV 见 CIRCLY 手册 47 8 3 粒粒料料类类路路面面 加加薄薄沥沥青青表表面面层层 此类路面沥青表面层小于 25mm 设计程序见 8 3 力学程 序也可以用于此类路面设计 但对普通荷载一般无法反应其优势 8 3 1 路面厚度确定由图 1 8 4 8 3 2 路面组合 总的路面厚度可由基层和一定数目的底基层构成 底基层厚 度与其设计 CBR 值有关 如 CBR 值小于 30 则可以按路基材 料与图 1 8 4 确定其厚度 如果底基层设计 CBR 30 则需要提供一个最小的基层厚度 最小基层厚度可按图 1 8 4 确定 8 4 设设计计图图表表 根据本规范方法 给定一些设计参数 可以得出一些柔性路 面设计图表 8 4 1 输入参数值 i 设计期限 本图表适用常规范围的设计期限 ii 轴载分布 见表 1 8 3 a 与表 1 8 4 b 为澳大利亚常用交通荷载类型与 轴载值 iii 材料特性 沥青混合料一般按 2800MPa 计算 对于全厚式沥青路面 其模量可见表 1 8 4 温度 车速 粒料的弹性参数可见图 1 8 2 2 表 1 8 5 给出了被设计的路 面结构类型 对于粒料类沥青路面 为考虑温度与交通荷载的作用 可以 用路面寿命系数 附录 B 修正 但此系数不适用于半刚性路面 iv 设计参数见表 1 8 6 设计者用时应注意适用范围 48 8 5 半半刚刚性性材材料料类类的的路路面面性性能能 对于半刚性材料 设计准则是按疲劳开裂考虑的 实际上 如果这些裂缝不反射到面层 开裂的半刚性基层仍是有足够的承 载能力 因此 这时可认为路面仍是可以使用的 前提是把半刚 性材料作为粒料类路面来考虑 裂缝使用阶段对轻交通道路设计有重要影响 表1 8 7 给出 了这两个寿命因素的考虑方法 开裂后使用阶段 半刚性路面性能与半刚性材料的抗水侵蚀 能力有重要关系 层间条件对半刚性基层类路面性能也有重要影响 推荐在层 间洒布沥青材料与水泥浆 对增强层间结粘非常有效 在力学设 计程序中可以考虑这些层间条件 8 6 利利用用设设计计图图表表设设计计示示例例 见见附附录录 G 8 7 使使用用力力学学程程序序的的设设计计示示例例 见见附附录录 H 养护与施工 因素 第 3 章 环 境 第 4 章 路基评价 第 5 章 路面材料 第 6 章 交 通 第 7 章 初拟路面结构 路面分析 性能准则 第 6 章 接受 设计比较 第 11 章 设计反馈 第 12 章 NO YES 图 1 8 1 柔性路面设计程序 49 路基 CBR 评价 第 5 章 交通量预测 第 7 章 交通量修正 第 7 章 确定基本路面厚度 8 3 1 节 考虑当地筑 路材料 选择初始 路面结构 每种路面材 料厚度符合 要求 保证基层 最小厚度 确定设计方案 路面材料 CBR 值评价 修改设计 NO YES 图 1 8 3 粒料类柔性路面 薄沥青面层 设计 50 表 1 8 1 力学设计程序 a 设计参数 序号步骤参考章节 1初拟路面结构8 2 2 确定路基参数 EV EH 0 5EV VV VH F EV E 1 VV 5 3确定粒料层 最上子层 的设计参数6 2 与 6 4 4确定其他粒料子层参数8 2 2 5确定半刚性材料弹性参数6 3 6确定沥青混合料弹性参数6 4 7确定路基应变准则5 9 8确定半刚性材料疲劳准则6 3 9确定沥青混合料疲劳参数6 4 10确定每种损坏模式的等效标准轴载数7 5 10a特殊荷载换算7 5 b 分析 序号步骤 11 荷载参数 双圆 每个 40KN 垂直均布 轮压 550 700KPa