AASHTO柔性路面设计方案

..专业.专注.AASHTO美国各州大路及运输工作者协会〔AASHTO〕50AASHTO19611984~19851986年出版了现行指南。AASHTO试验地点气候温顺，年降水量约为864mm(34in)。平均冰冻深度约为711mm(28in)A-6A-7，排水条件不良，CBR2~4。一、设计变量11.3.311.3.4〔一〕时间约束工作年限，如下所述。1、工作年限期费用和其它工程上的考虑。2、分析年限2011.13分析年限长短的准则 表11.13大路条件

〕30~5020~50

大路条件小交通量路面

〔年〕15~2510~20〔二〕交通〔EALF〕6.4ESAL6.136.16ESALESALESAL〔三〕牢靠度10.211.14功能等级建议的牢靠度水平功能等级建议的牢靠度水平州际或其它高速大路功能等级建议的牢靠度水平功能等级建议的牢靠度水平州际或其它高速大路主要干线市区85~99.980~99郊区80~99.975~95集散道路地方线市区80~9550~80郊区75~9550~80AASHTO(1986)性路面承受0.45，对刚性路面承受0.35。这些相当于方差为0.2025和0.1225，10.12当考虑分期修建时，各时期的牢靠度组合起来必需满足总的牢靠度：R=〔R期

〕1/n总95%，各期的牢靠度必需为〔0.95〕1/297.5%。〔四〕环境影响AASHTO问题严峻，且没有作特别的调正，应当计算分析年限内效劳力量的降低量，并且加到由累积交通荷载要求力量上去。图11.23所示为某一地区效劳力量随时间降低的曲线。环境引起的降低量为膨胀和冻胀两者降低量的总和。此13外形说明，随着因环境产生的效劳力量降低量的增加，增长率随之减小。这对于分期修建是有利的，由于大局部降低发生在前期，而在后期可以以少量的附加降低量予以调正。AASHTOG。〔五〕效劳力量化值△PSI。初始效劳力量指数为路面类型和施工质量的函数。依据AASHTO4.2，4.5。最终效劳力量取指数为2.5或更高的值，对交通量小的大路为2.0。对于较次要的大路，2.0AASHTO气候条件与试验路不同，通过理论和阅历对此作了修正。(一)最初的方程式AASHTOHRB1962：G=β〔logW-logρ〕tβ=0.40

t0.081(L1

L)3.232(SN1)5.19L3.232logρ=5.93+9.36log(SN+1)-4.79log(L+L)+4.33logL1 2 2式中Gt

—时间为t时效劳力量损失量与p=1.5时可能的损失量之比的对数，tG=logt[(4.2-p)/(4.2-1.5)],4.2tt线外形；

变化的曲ρ—设计与荷载变量的函数，如式〔11.31〕pt荷载作用次数，由式〔11.29〕可以看出，当p=1.5,ρ=W

为1.5时预期的t tWttpt—在时间t末时的效劳力量；L1—单轴或双轴组荷载(kip)SN—路面构造数，用下式计算：SN=aD+aD+aD11 22 33DD1 2 3 1 2 3面层、基层和底基层的厚度。单轴荷载，方法大为简化。将式(11.29)、(11.30)和(11.31)L=18L=1，可得如下方程：logW

19.36log(SN1)0.20

2log[(4.2pt

)/(4.21.5)]

〔11.33〕t18

0.41094/(SN1)5.19Wt18

t80kNpt

为最终效劳指数。式20.7MPa(3000psi)的柔性路面。对于其它土基和环境条件，式(11.33)修正为logW

9.36log(SN1)0.20

log[(4.2pt

)/(4.21.5)]

2.32logM

8.07t18

0.41094/(SN1)5.19 R(11.34)MR

M=20.7MPa(3000psi(11.34)R与式(11.33)一样。假设考虑当地的降水和排水条件，式(11.32)修正为SN=aD+aDm+aDm11 222 333m2

为基层的排水系数，和m3

为底基层的排水系数。式(11.34)为性能方程式，它给出了PSI使降至pt

80kN(18kip)单轴荷载

18 t18由于式(11.34W必18Wt18

Z11.24RlogW logWZ 18R S0

t18 (11.36)ZR

0

ZR

10.1由表11.15更为便利。不同牢靠度水平的标准正态偏移 表11.15牢靠度〔%〕标准正态偏移〔Z〕牢靠度〔%〕标准正态偏移〔Z〕RR500.00093-1.47660-0.25394-1.55570-0.25495-1.64575-0.67496-1.75180-0.84197-1.88185-1.03798-2.05490-1.28299-2.32791-1.34099.9-3.09092-1.40599.99-3.750将式(11.34)和(11.36)合并，并以△PSI代换(4.2-p)得tlogW=ZS+9.36log(SN+1)-0.2018 R0

log[PSI/(4.21.5)]

2.32logMR

8.070.41094/(SN1)5.19式(11.37)11.25(11.37)的诺谟11.10W=5×106，R=95%,S=0.35,M=34.5MPa(5000psi),和△PSI=1.9，用图18 0 R11.25SN。解：如图11.25中箭头所示，由R=95%开头，通过S=0.35,W=5×106、0 18RSN=5.0。SN(11.37)SNW为要求的未知数，应用式(11.37)较为准确。1811.11R=95%,SN=5,S0=0.35,M=34.5MPa(5000psi),△PSI=1.9，用式(11.37)RW18解：对R=95%，由表11.15,Z=-1.645。由式(11.37)，logWR

=-1.645×180.35+9.36log(5+1)-0.2+log(1.9/2.7)/[0.4+1094/(6)5.19]+2.32log(5000)

=5.18×106，该值与前例中的5×106吻合。18三、有效路基土回弹模量有效路基土回弹模量相当于实际季节模量值产生同样损伤的当量模量。下面介绍计算柔性路面相对损伤uf

的方程式和计算MR

的方法。〔一〕相对损伤由式(11.37)，MR

W的影响可用下式表示：18logW=logC-log(1.18×108M-2.32)18 R其中C为式(11.37)中除最终两项之外的总和。式(11.38)可写成：CW 18 1.18108M

2.32RT用下式表示：W

W T(1.18108M

2.32)r C/(1.18108M

2.32) C RRWnTTDn WT

/n W 1n(1.1810

2.32)T 8T 8i1

C/(1.18108M

2.32) CnR

Rii1令式(11.40)与(11.41)式相等，得1.18108M2.32R

ni1

(1.18108M 2.32)Ri式(11.42)可用于确定用季节模量MRi

表示的有效路基回弹模量M。虽然系数R1.18×108可以消去，使方程式简化，AASHTOufu=1.18×108M-2.32f R〔二〕有效路基土回弹模量的计算11.26(11.43)以及图uf非破损弯沉测试来确定。DAMAMAAT7.2oC(45oF)31MPa(4500psi)时，12伤可由竖向刻度得到，或由式(11.43)25.30面。平均相对损伤=25.30/12=2.11，相当于有效路基回弹模量为15.2MPa(2200psi)。只能用式(11.43)计算。仅五月份损伤约占65%。这就是为什么所得模量15.2MPa(2200psi)31.1MPa(4500psi)小很多的缘由。构造数为层厚、层位系数和排水系数的函数，可用式(11.35)计算。〔一〕层位系数ai

的相对功能。层位系数可由试验路或附属路段，如同AASHO7.16量的方法与材料的种类有关。除了劲度大的材料如HMA和稳定处理基层可以用重复荷载间接拉伸试验(ASTMD-4123)进展试验之外，全部其他材料可以应用回弹模量试验方法(AASHTOT274)进展试验。确定回弹模量的方法已在7.1M

EEER1、沥青混凝土面层

1 2 321oC(70oF)时回弹模量的关系曲线的层位系数应当慎重，由于承受这样大的模量将增加温度和疲乏开裂的可能性。AASHOHMA的层位系数a1

为0.44，该值相当于回弹模量为 3.1Gpa(450000psi)。2、未处理的和稳定处理的基层7.15数a。以下方程也可代替图7.15a)用于依据回弹模量E确定未处理基层的2 2a：2a=0.249(logE)-0.9772 2207MPa(30000psi)。如式(3.8)所示，未处理粒状材料的回弹模量与应力状态θ有关，重写成：E=KθK22 1K1

2

0.5~0.7的基层材料，KK1 2

AASHOT274以用表11.16中所列的数值。未处理基层材料常用K和K 表11.161 2水分状况水分状况K K1 2干6000~100000.5~0.7潮湿4000~60000.5~0.7湿2000~40000.5~0.7基层的回弹模量不仅是K1

Kθ2θ值示于11.17KKθ，也可用式〔11.45〕E1 2 2沥青混凝土厚路基土回弹模量〔psi〕沥青混凝土厚路基土回弹模量〔psi〕沥青混凝土厚路基土回弹模量〔psi〕沥青混凝土厚路基土回弹模量〔psi〕度(in)度(in)30007500150003000750001500022025304~6510152~41015206555粒料底基层7.16aaE下式表示：

3 3 3a=0.227(logE)-0.8393 3104MPa(15000psiKK1 2

值也可用回弹模量试验(AASHTO T274)确定，或者由表11.18计算得到。AASHO道路试KKθE示于表11.19。1 2 3粒料底基层常用k1和k2值 表11.18水分状况水分状况k k1 2干6000~80000.4~0.6潮湿4000~60000.4~0.6湿1500~40000.4~0.6水分状况k1k应力状态5水分状况k1k应力状态57.510潮湿54000.6141831809021497湿46000.6120821541018312〔二〕排水系数对于粒料基层和底基层，应当依据排水的质量和实际的含水量，承受排m2

和m，修正层位系数，如式(11.35)示。在AASHTO道路试验现场，3这些排水系数均等于1，如式(11.32)所示。表11.20所式为建议用于柔性路面未处理基层和底基层材料的排水系和主要的排水条件。柔性路面未处理基层和底基层的排水系数 表11.20排水质量路面构造含水量接近饱和状态的时间百分数等级水排解时间 小于1% 1~5%5~25%25%优2h 1.40~1.35 1.35~1.251.30~1.201.20好1d 1.35~1.25 1.25~1.151.15~1.001.00良1周 1.25~1.15 1.15~1.051.00~0.800.80差1月 1.15~1.05 1.05~0.950.80~0.600.60很差永不排干 1.05~0.95 0.95~0.751.75~0.400.40来源：引自AASHTO(1986)SN得按式(11.35)SNSN。应留意，式(11.35)并不是只有一个唯一解。可以有很多种层厚的组合，因此必需考虑投资的效益，以假设HMAHMA〔一〕最小厚度从交通的角度考虑，为了稳定起见，也要求承受某些最小厚度。表11.21于当地的实践和条件，假设需要，这些值是可以转变的。沥青面层和粒料基层的最小厚度 表11.21〔ESAL〕沥青混凝土粒料基层交通〔ESAL〕沥青混凝土粒料基层500001.04500001~20000003.0650001~1500002.042000001~70000003.56150001~5000002.5470000004.06〔二〕一般方法厚度设计方法通常由顶部开头，如图11.28所示，并详述如下：六、分期修建13假设效劳力量的降低只是由于交通荷载所引起的，工作年限与W有关，1811.25(11.37)确说明。11.13标准离差s 0.35，初始效劳力量p 4.3，最终效劳力量p2.5，有效路0 0 t基土回弹模量m 35MPa〔5000psi由于膨胀和冻胀两者产生的PSI如R11.23W 101061.03Y18 或Y77.9log(

W18 1)10106解：首先假设Y=13年。由图11.23因环境影响产生的PSI0.73，因交通作用产生的PSI4.32.50.731.07 。由式〔11.37〕或图11.25W18

1.6106〔11.51Y=0.5913Y135.19.011.23，因环境影响产生PSI0.59，因交通作用产生的PSI4.32.50.591.21。由式〔11.37〕或图11.25,W18

2.1106。由式〔11.51，Y=6.5Y=(9+6.5)/2=7.711.23PSI52因交通作用产生的PSI4.32.50.521.28。由式〔11.37〕11.25,W18

2.4106〔11.51〕,Y=7.37.7期。因此，使用期=〔7.7+7.3〕/2=7.5七、与地沥青学会法比较AASHTO60%—87.5%31MPa〔4500psi15.2MPa〔2200psi，由AASHTO60%—87.5%AASHTO20.7MPa〔3000psi31MPa〔4500psi。AASHTOR=95%，标准离差S0.45，效劳力量损失0PSI1.7HMA的层位系数0.44。这些用于主要大路设计是合1适的。11.22AASHTOHMAHMA127、254381mm〔5、1015i，构造11.11面三刀种方法吻合很好。地沥青学会法所得的厚度比AASHTO法所得值薄12.7mm25.4mm〔0.5～1in。AASHTO法和AI11.22AASHTOAI〔in〕SNESALHMA(in)5.02.252004.510.04.43600009.015.06.6680000014.0和各抗拉构造层的容许应力一起打印出来。美国AASHTO沥青路面厚度设计方法这是美国各州大路与运输官员协会〔AASHTO〕AASHTO果而制订的方法[4]一、设计标准和设计考虑〔PSI〕作为衡量路面使用性能法确定。AASHTOPSI5.031.91lg(1SV)0.01CP1.38RD2svCHLOEC—m2/92.9m2P—m2/92.9m27.62mPSI0

约为4.2〔设想为中等施工水平的典型状态PSI0大路〕或2.0〔次要大路。

约为2.5〔主要能期。使用性内路面效劳力量指数的变化量：PSIPSI PSI0 tPSI值。AASHTOAASHTOPSI同路面构造数SN和标准轴载80KN 作用次数N

的阅历关系式：18lgN

9.36lg(SN1)0.20

lg PSI 4.21.52.32lgE 8.07s18 0.4

1094(SN1)5.19

SE ZPs相应的牢靠指标；交通预估和使用性能预估和使用性能预估的总标准差；SN——路面构造数，SNaD1 1

aD2

aD3 3h,h1 2

,h——分别沥青面层、基层和垫层的厚度〔in.，lin=2.54cm；3，，1 2 3

——与各构造层材料类型和性质有关的层位系数；——路基土的有效回弹模量〔psi，lpsi=6.895KN/m2。se为便于设计，依据上述公式绘制了诺谟图〔参见文献[4]在设计方法中，还考虑了以下几个方面：环境对PSI的影响——主要考虑冻胀和膨胀性粘土使效劳力量变化量降低的影响；路面构造的排水条件——主要反映在路面构造数SN中，SNaD1 1

aDm2 2

aDm3 3

〔4-1-15〕式中：m2

和m——相应为基层和垫层的排水系数。3二、设计参数1、使用性能期和分析期设计使用性能是指路面构造修建初期的效劳水平衰变到需进展改建的的路面进展大修的年限、初期修建所能供给的资金、寿命周期费用待。析期可参照以下范围：〔1〕大交通量城市道路——30～50〔2〕大交通量大路——20～50低交通量有铺面的道路——15～25低交通量粒料外表——10～20年。2、交通标准轴载：80kN〔18klbf〕单轴荷载。2-1-2换算系数算成标准轴载数。各类货车当量轴载系数：在有称重设备时，将采集到的各类货车的轴〔2-1-4例如。分析期内设计车道的标准轴数，按下式计算：N (ADT)18

i1

(TT)f ffpi fi d l g(ADT)0——初始年的双向平均日交通量；n——货车类型数；T i类货车在日交通量中所占的比例；piT i类货车的当量轴载系数；fifd0.50.3～0.7范围内；fl——车道系数，随每个方向的车道数而异，1个车道时，系数0.6～0.8;40.5～0.75。fg——分析期内交通增长系数，[(1y)t1]365fg 〔4-1-17〕yt——分析期〔年；y——分析期内交通年平均增长率。3．牢靠度参数1-4-31-4-1总标准差S 按AASHTO试验路的误差分析z结果，建议承受0.45。值。4．路基土有效回弹模量一年内不同时期〔每个月或每半个月〕测定的路基土回弹模量值E按s，它们对路面效劳力量的相对操作程度，分别赐予相应权系数f，求职平均损伤后，可得到路基土的有效回弹模量值E。其过程如表4-1-21所示。表se中第2行为各月的路基土回弹模量值，第3行为按下式估算的对路面效劳能ufu 1.18108Ef

2.32 〔4-1-18〕s叠加各月的相对损伤，除以月数后，可得到平均损伤uf

。列于表未行。由此平均值，再利用式〔4-1-18E。seff/n=3.72/12=0.31f fE=34.8MPa(PSI)se月份123456789101112E 20202540407070707070402000s0000000000000000000000U ...010151515113131313135101三、构造数与构造层厚度选取能。1、层位系数a〔如弹性模量或回弹模量〕有关的试验曲线或关系式确定。密级配沥青混凝土面层的层位系数a——可按它与该材料在68F1时的弹性〔回弹〕模量Eac

的关系曲线〔图4-1-3查取。沥青处治基层的层次系数a

—可按它与该材料的弹性〔回弹〕模量E2 bs或马歇尔稳定度的关系，查图4-1-4确定。水泥处治基层的层位系数a2

——可按它该材料的弹性〔回弹〕模量Ebs7b4-1-5粒料基层的层位系数a的关系，由下式确定：

〔回弹E〔psi〕2 bsa 0.249lg 0.977 〔4-1-19〕2 bsa——可按它与该材料的弹性〔回弹〕模量E(psi)3 sb的关系，由下式确定：a0.249lgE3 sb

0.839 〔4-1-20〕排水系数——基层和垫层的排水系数m2

和m34-1-224-1-23确定。排水系数mm与路面几个饱水状态和排水质量的关系2 34-1-22排水质量路面构造含水量接近饱和状态的时间百分比等级小于1% 1~5%5~25%25%极好1.40~1.35 1.35~1.251.30~1.201.20优1.35~1.25 1.25~1.151.15~1.001.00良1.25~1.15 1.15~1.051.00~0.800.80差1.15~1.05 1.05~0.950.80~0.600.60很差1.05~0.95 0.95~0.751.75~0.400.40来源：引自AASHTO(1986)构造层厚度选取最小厚度的规定——沥青面层和粒料基层的最小厚度〔cm4-1-24最小厚度规定表4-1-24标准轴数标准轴数沥青混凝土粒料基层标准轴数沥青混凝土粒料基层500002.5410.16500001~20000007.621