《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》编制说明

《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》编制

说明

一、工作概况

1任务来源

2018年，党中央国务院决定高质量、高标准建设雄安新区，交通运输部批

准雄安新区开展交通强国建设试点。2019年，国家发布的《交通强国建设纲要》

指出从2021年到本世纪中叶分两个阶段推进交通强国建设：到2035年基本建成

交通强国，到本世纪中叶全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国。

2020年6月，交通运输部印发《关于河北雄安新区开展智能出行城市等交通强

国建设试点工作的意见》，将河北雄安新区列入了第一批交通强国建设试点单

位，提成了绿色交通、平安百年品质工等建设要求。《京津冀暨雄安新区交通

建设2020年工作要点》中明确提出要在荣乌新线河北段、京德高速公路河北段

推进永久路面试点。荣乌新线和京德高速作为《河北雄安新区规划纲要》中“四

纵三横”区域高速公路网的重要组成部分，也肩负着创造雄安质量的任务。因

此围绕雄安新区永久路面工程开展沥青路面耐久性与可靠性技术研究，形成可

复制可推广的雄安方案、雄安标准具有重大意义。在此背景下，针对路面施工

变异性大与质量不稳定的问题，目前我国与道路可靠性设计直接相关的参考规

范仅有《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)，该规范由于覆

盖面广，难以对沥青路面结构的可靠性评价提供精细化指导。因此，针对我国

沥青路面特点的多指标可靠度评价工作显得尤为迫切。而目前我国各省份尚无

针对沥青路面结构特点的多指标可靠度评价技术规范。

2制定背景

从1935年我国在南京修建第一条沥青试验路开始，到1998年标志我国进

入建设高等级公路(一级公路、高速公路)新阶段的沈大高速建成通车，再到2000

年后我国高速公路建设迎来发展的高峰期。以半刚性基层结构为主，刚性基层

和柔性基层等其它结构为辅的高速公路沥青路面工程已经广泛实施，基于此我

国交通基础设施在建设技术、装备、管理方面也积累了丰富的实践经验。针

对现有沥青路面病害“早发、易发、多发”的现况，充分考虑沥青路面修筑过

程中材料和施工环节的随机性，将设计参数的概率特性引入路面结构的设计和

分析中，缩小定值型设计法与实际生产过程中的差异，这为科学的设计和评估

沥青路面结构性能指明了方向。

已有研究中关于可靠度的计算模型主要有：应力-抗力模型、疲劳分析模

型、服务性指数模型和AASHTO中可靠度设计系数性能模型、交通量疲劳破

坏模型和模糊数学模型等，关于可靠度的计算方法主要有：蒙特卡洛抽样、一

次二阶矩法、JC法、直接积分法等；这些模型及方法各有优缺点，但应力-抗

力模型和蒙特卡罗法是公认的较为准确的路面结构可靠度分析方法，这为科学

的设计和评估沥青路面结构性能提供了理论基础。

鉴于路面基础设施的耐久性与可靠性问题贯穿于路面结构设计与使用的

全过程且影响因素众多，我国关于柔性路面结构可靠性的探索研究始于上世纪

八十年代且一直持续至今。自1991年4月至1995年9月交通部部级科技项目

“沥青路面结构的可靠性研究”立题并研究以后，我国沥青路面设计规范得到了

极大发展。随着研究的不断深入，我国沥青路面设计关键指标先后经过多次改

进优化：1986年我国的《公路沥青路面设计规范》采用路表弯沉为设计指标,

层底拉应力为验算指标。1997年的规范中用以劈裂强度替代弯拉强度,并修正

设计弯沉指标值。相比1986版的规范，97版新增的设计弯沉值比容许弯沉值

降低20%,此外,半刚性材料的模量也提高了近2倍。2006年的规范对层底拉应

力指标进行了修改,体现在材料参数的改变,还建议用材料的弯拉强度验证以提

高准确性，此时弯沉计算时需要的模量较之前提高2-3倍。但2017年的规范

摒弃使用几十年的设计指标弯沉，并取消垫层的说法，采用沥青层层底拉应变、

路基顶面压应变、基层层底拉应力等新的设计指标开展路面结构分层设计。因

此，过去相当长的一段时间里围绕弯沉和层底拉应力指标的沥青路面可靠度分

析研究难以适应现行沥青路面结构设计规范要求，而现行沥青路面多指标设计

规范下疲劳等指标的可靠度分析鲜有报道。

道路工程幅员广，加之我国地质条件差异大等特点，控制沥青路面的施工

变异性和提高路面结构的可靠性一直是道路领域的难点；而与可靠度设计相关

的规范我国仅有《公路工程结构可靠性设计统一标准》(JTG2120-2020)，因为

公路工程的设计范围广，难以对沥青路面结构的可靠性评价提供精细化指导。

综上，针对我国沥青路面特点规范的开展多指标可靠度评价工作显得尤为迫切，

而目前我国各省份尚无针对沥青路面结构特点的多指标可靠度评价技术规范。

为此，本课题依托河北交通投资集团有限公司《半刚性基层永久性沥青路

面可靠度评价研究》科技项目，聚焦目前沥青路面使用寿命评价方面缺少规范

的结构可靠性评价方法，立足河北雄安新区北京新机场至德州高速公路京冀界

至津石高速段(以下简称：京德高速)工程，从沥青路面的材料、结构、施工和

交通量等参数的变异性着手，通过统计数学模型、开展室内外试验和铺设试验

路段验证等手段，获得了沥青路面结构设计参数的施工变异性规律，采用多指

标方法对河北地区修建半刚性基层沥青路面结构的工后可靠性能开展了系统

研究，建立了基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价方法。

课题研究先后历时3年，已通过室内外系统试验验证并成功应用于京德高

速沥青路面结构的工后可靠性评价，实际检验的效果优良，技术较好的保障了

雄安新区沥青路面建设的耐久性与可靠性。

3起草单位

河北交通投资集团有限公司、河北雄安京德高速公路有限公司、重庆交通

大学、河北交通职业技术学院、四川省交通建设集团有限责任公司、西南科技

大学。

4起草过程

4.1起草阶段

4.1.1成立标准制定工作组：根据《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可

靠度评价规程》编制需求，重庆交通大学、河北交通职业技术学院和西南科技

大学等机构相关专家于2023年1月25日成立标准制定工作组。

4.1.2确定工作计划：标准项目于2023年10月26日通过中国国际科技促进

会标准化工作委员会及相关专家技术审核，进行立项公示，项目计划编号为

【2023】中科促标字第1010号。立项后标准制定工作组于2023年10月27日召开

线上工作会议，工作组全体成员参会，会议讨论确定标准编制工作具体内容、

时间安排、分工等，最终确定标准制定工作计划。

4.1.3查询国内外相关标准和文献资料：根据工作计划，标准制定工作组

分组进行国内外沥青路面多指标可靠度标准、评价标准等相关标准及文献资料

系统梳理，汇总当前研究的主要进展及不足，为标准制定提供资料支撑。

4.1.4形成标准草案：根据工作计划及分工安排，在系统参考、学习已有

标准及相关文献资料基础上，标准制定工作组完成《基于蒙特卡洛法的沥青路

面多指标可靠度评价规程》各部分内容，并于2023年11月10日汇总形成标准草

案。

4.1.5形成标准讨论稿和编制说明：根据工作计划，由各参与单位主要负

责人基于编制原则，对《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》

草案进行整体完善，于2023年11月12日形成标准讨论稿和编制说明。

4.1.6形成标准征求意见稿和编制说明：根据工作计划，为推动《基于蒙

特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》标准制定工作加快进行、尽快形

成标准的讨论稿及编制说明，标准制定工作组于2023年11月14日在重庆组织召

开标准制定工作会议，会议期间对标准讨论稿进行认真研讨，随后对标准讨论

稿进行修改完善，于2023年11月16日形成标准征求意见稿和标准编制说明。

4.2征求意见阶段

2023年11月23日，本标准由中国国际科促会标准化工作委员会在全国团体

标准信息平台面向社会进行公开征求意见，同时由编制工作组向相关单位进行

定向征求意见。

截止12月23日，通过线上征求意见途径共征得意见0条。

4.3审查阶段

标准编制组根据征得的意见，结合标准制定的实际情况，对标准文本进行

仔细校核与修改，形成标准送审稿，计划于2024年1月底，由中国国际科技促

进会标准化工作委员会组织召开线上标准评审会，对标准进行审查。

4.4报批阶段

二、标准编制内容

1规划建设内容

1.1目标及实施计划

为适应沥青路面发展的需要，提高沥青路面工程质量、使用性能与预期寿

命，制定基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程，规范沥青路面结

构多指标可靠度评价的方法，通过沥青路面结构多指标可靠度评价，从而准确

的掌握路沥青路面结构的可靠水平，明确降低路面结构施工变异性控制指标，

为提高路面结构体系可靠度指明方向。

1.2建设领域

沥青路面多指标可靠度的评价应该以沥青路面施工建设全过程为基础，基

于路面施工过程中结构参数及材料参数的变异性水平和样本数据的统计模型，

采用蒙特卡洛抽样模拟，从沥青路面结构面层的疲劳开裂、基层的疲劳开裂和

路基顶面的永久变形三方面进行沥青路面多指标可靠度的评价，经综合分析得

到沥青路面结构体系的可靠度。

1.2.1沥青路面多指标可靠度评价模型的影响因素

沥青路面结构施工过程中工地实验室的抽样数据繁多，但许多指标是基于

材料和施工过程规范性控制的检验参数，这些指标的变异性水平大多难以关联

到结构层面的可靠度评价模型中，因此部分施工规范性控制因素可以剔除，主

要分析可靠度目标模型：沥青路面结构面层的疲劳开裂、基层的疲劳开裂和路

基顶面的永久变形中影响因素变异性水平。对可靠度目标模型中部分施工现场

不具备直接测量条件的因素，可通过规定现场取样等措施开展室内实验研究因

素的变异性。

1.2.1.1无机结合料稳定类材料的弹性模量

无机结合料稳定类材料弹性模量随机特性的样本应采用施工中取料成型

或现场钻芯取样的试件进行单轴压缩试验测试，测试方法和数据处理应符合

《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)和《公路沥青路面

设计规范》（JTGD50-2017）的有关规定。

1.2.1.2沥青混合料的动态压缩模量

沥青混合料动态压缩模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场

钻芯取样的试件进行测试，测试规程应符合《公路沥青路面设计规范》（JTG

D50-2017）第5.5.11条的技术规定。

1.2.1.3路基回弹模量

路基回弹模量随机特性的样本应采用现场测试或室内实验，测试规程应符

合《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）中第3章一般路基的规定和实验方

法。

1.2.2施工数据的取样方法

对河北雄安京德高速和荣乌新线高速沥青路面在建工程的6个标段开展调

查，研究结果发现：随着科技的进步和智能检测技术在道路工程中的应用，沥

青路面部分结构及材料参数的取样方式灵活，部分检测技术已经突破传统规范

的限制且具有高效、准确的优势，例如：路面结构厚度的雷达测厚技术等。因

沥青路面结构可靠度分析评价模型需要基于大样本统计特征，许多无损检测方

法为丰富可靠度评价模型的样本库奠定了坚实基础，但数据取样的合理性仍需

满足相关规范要求。

1.2.2.1厚度的样本

路面各结构层厚度随机特性的样本应采用钻芯取样试件或路面雷达进行

测试，测试方法和数据处理应符合《公路工程质量检验评定标准》（JTG

F80/1-2017）规定。

1.2.2.2沥青饱和度的样本

沥青饱和度随机特性的样本应采用施工中马歇尔试验测试分析得到，

测试规程应符合�《�公�路沥青路面施工技术规范》(JTGF40)的有关技术规定。

1.2.3变异性的描述方法

通过河北雄安京德高速和荣乌新线高速沥青路面在建工程的调研结果，规

定了可靠度目标模型中影响参数的施工变异性关键统计指标包括：样本的最大

值、最小值、均值、标准差和变异系数等

1.2.3.1厚度变异性的确定

路面各结构层厚度随机特性的样本应采用钻芯取样试件或路面雷达进行

测试，测试方法和数据处理应符合《公路工程质量检验评定标准》（JTG

F80/1-2017）规定，统计分析各结构层厚度均值u、最大值Hmax、最小值Hmin、

标准差δ和变异系数Cv，通过假设检验确定各结构层厚度的分布模型。

1.2.3.2模量变异性的确定

无机结合料稳定类材料弹性模量随机特性的样本应采用施工中取料成型

或现场钻芯取样的试件进行单轴压缩试验测试，测试方法和数据处理应符合

《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)和《公路沥青路面

设计规范》（JTGD50-2017）的有关规定。

沥青混合料动态压缩模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场

钻芯取样的试件进行测试，测试规程应符合《公路沥青路面设计规范》（JTG

D50-2017）第5.5.11条的技术规定。

路基回弹模量随机特性的样本应采用现场测试或室内实验，测试规程应符

合《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）中第3章一般路基的规定和实验方

法。

最后，由结构层模量的样本值统计最大值Emax、最小值Emin、均值u、标准

差δ和变异系数Cv，用假设检验确定各结构层模量参数的分布模型。

1.2.3.3弯拉强度变异性的确定

无机结合料稳定类材料弯拉强度随机特性的样本应采用施工中取料成型

试件进行测试，测试规程应符合《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》

(JTGE51-2009)第5章和《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）第5.4.5

条的技术规定，统计无机结合料层弯拉强度样本值的均值u、最大值Rmax、最小

值Rmin、标准差δ和变异系数Cv，通过假设检验确定无机结合料层弯拉强度的

分布模型。

1.2.3.4沥青饱和度变异性的确定

沥青饱和度随机特性的样本应采用施工中马歇尔试验测试分析得到，

测试规程应符合�《�公�路沥青路面施工技术规范》(JTGF40)的有关技术规定。

统计沥青层沥青饱和度样本值的均值u、最大值VFAmax、最小值VFAmin、标准差

δ和变异系数Cv，通过假设检验确定沥青层沥青饱和度的分布模型。

1.2.4环境参数

环境参数极具复杂性，现行沥青路面设计规范中对温度和冻土区环境参数

等采用典型作用水平的代表效应值来评价，因此在沥青路面多指标可靠度评价

过程中，为了降低沥青路面可靠度评价的复杂性和提高评价过程的可执行性，

规定环境参数的效应仍采用相关规范的要求进行描述。

1.2.4.1温度调整系数

本标准中温度作用的影响采用温度调整系数等效代替，其中沥青混合料层

疲劳、无机结合料稳定层疲劳和路基竖向压应变指标中的温度调整系数应符合

《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录G的技术规定。

1.2.4.2季节性冻土地区调整系数

本标准中冻土地区效应的影响采用季节性冻土地区调整系数等效代替，其

中沥青混合料层疲劳和无机结合料稳定层疲劳指标中的季节性冻土地区调整

系数应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）表B.1.1的技术规定。

1.3交通荷载参数

1.3.1交通数据调查

沥青路面的交通数据调查应包括交通量及年平均增长率、方向系数、车道

系数、车辆类型组成、轴组组成和轴重等。

沥青路面的初期交通量及其他参数可参照可行性研究报告等有关交通量

预测资料，结合当地交通观测站的观测和统计资料，或通过实地设立站点进行

观测和统计。交通数据调查应满足《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）

附录A的规定。

1.3.2交通量变异性的确定

(1)现场交通量观测资料可以获得时，根据取得的各阶段沥青路面现场交

通量历史资料，统计“年平均日交通量AADTT”、“年平均增长率γ%”和“方

向系数DDF”等各项交通量参数的变异系数及分布模型，然后分别对交通量参

数进行蒙特卡洛抽样，按照《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录

A中式A.4.2计算沥青路面交通量累计当量轴次的变异性。

(2)现场交通量的观测资料难以获得时，交通量参数可参考路面设计文件

的交通量和采用《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录A中的历史

数据或经验数据，按照《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录A中

式A.4.2计算设计使用年限内面层、基层和路基结构的交通量累计当量轴次，最

后根据当地经验值或经济发展水平确定沥青路面交通量累计当量轴次的变异

性。

1.4.1分布模型

统计得到沥青路面结构各层的厚度ℎ、模量、沥青混合料的沥青饱和度

VFA、无机结合料稳定类材料的弯拉强度�和路基��顶面的回弹模量等参数的

分布模型后，因为工程质量把控和监督，�实�际工程参数的分布模型�与0得到的数

学统计模型存在偏差，例如：数学模型中极大值和负值等情况完全不符合工程

参数的实际情况。因此应该对统计得到的参数分布模型开展优化，得到更加贴

合实际沥青路面工程参量的随机特性概率分布模型。

1.4.2蒙特卡洛截断分布随机数产生方法

为修正数学概率分布模型和沥青路面实际工程参量随机特性模型的误差。

使用概率等效方法引入截断分布理论a,将正态或对数正态等分布模

−−

型左侧的负值或右侧的无穷大值摒弃，�以�,真�,实b准;�确的描述工程参量随机特性。

蒙特卡洛截断分布随机数产生方法实施如下：

n

路面结构极限状态函数g(x)含有维随机变量x=x1,x2....,xn，其失效区域

i

Fx:g(x)0，若xi(i1,...,n)相互独立且服从均值为标准差为i的截断正态或

对数正态分布，a、b分别为随机变量截断下界和截断上界，则xi的概率密度函

（;）

数,,a,bxi和累积分布函数a,如下：

−−

�(�,�,b;��)a,

其他−−

�

（�(�,�）,b;�)

0​​​​​​​​​​

−−2

=��,�;��1.4.2−1

​​​​​​​​​​  �<��<�​​

��

0​​​​​�<�​（）

a,−−2−−2

−−

��,�;��−��,�;�

�(�,�,b;��)=−−2−−2�≤�<�​​​1.4.2−2​

��,�;�−��,�;�

222

b

;​1​​​​;​​;为正则​化常�≤数�，​使​的在区

Ki=f(,xi)dxi=F(,b)F(,a)xia,

a−−

�

�(�,�,b;�)

、、、

间[a，b]的累积概率为1。式中fF分别为xi母分布的概率密度函数、累积

分布函数、均值和方差。

x

设p为[0,1]上服从均匀分布的随机数，则指定范围正态分布随机数i的产

生方式如下：

（

p=a,−−2−−2

−−��,�;��−��,�;�

−−2−−2

）�(�,�,�;��)=��,�;�−��,�;�1.4.2−

−1−−2−−2−−2

3��=�(�,�;�(�,�;�)+�×((�(�,�;�)−

​​​​​−−

=,（2）

�(�,�;�))) 

−1−−

Ψ（(�,�,��;�)  ）（1.4.2−4）​​

y

若随机变量y服从对数正态分布，其均值为，变异系数为1.4.2，−则5xlni

𝑢����i≪�≪�myvyi​​

1

为正态分布，的均值为22，标准差为2，由式

xiux=ln(1vy)xlnmy1vy()

1.4.2−3

xi

至()产生xi的随机数后，截断正态分布随机数为yi=e。

1.42..21−沥5青路面可靠度的分析与评价

2.1.1路面结构参数随机性

沥青路面结构参量在施工中的随机特性采用图1所示的模特卡罗法对参量

分布模型进行随机抽样模拟。

图1基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度计算流程图

2.1.2路面结构极限功能函数的构建

沥青混合料层疲劳、无机结合料稳定层疲劳和路基顶面竖向压应变与交通

量的极限状态功能函数应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附

录B的技术规定。

2.1.2.1沥青混合料层疲劳极限状态功能函数

15.96−0.29�−113.9711.582.72

�1=6.32×10×��×��×��1×()×()(𝑉�)−��1

式中：����

——面层设计年限内车道上的当量轴载累计作用次数，按本规范第6.1

条规�定�1确定。

——目标可靠指标，根据公路等级按本规范表1取值；

�——季节性冻土地区调整系数；

��——疲劳加载模式系数，按式（7.1.1-2）计算；

�

�（）

−0.853.33

0.430.024ℎ�−5.41

1+0.3��𝑉��

��=0.024ℎ�−5.41​​​​​​

——沥青混合料层厚1度+�（mm）；

ℎ�——沥青混合料20℃时的动态压缩模量(MPa)；

�V�FA——沥青混合料的计算结构层沥青饱和度(%)；

——温度调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）

附录��G1的技术要求;

——沥青混合料层层底拉应变()，应符合《公路沥青路面设计规范》

−6

（JT��GD50-2017）第6.2.2条的技术规10定并按式(B.1.1-3)计算。

2.1.2.2无机结合料稳定层疲劳极限状态功能函数

��

�−�×+𝐾−0.57×�

−1��

式中：�2=��×��2×10−��2

——基层设计年限内车道的当量轴载累计作用次数，按本规范第6.1条

规定确��定2。

——季节性冻土地区调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTG

D50-�20�17）表B.1.1的技术要求;

——温度调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）

��2

附录G的技术要求;

——无机结合料稳定类材料的弯拉强度(MPa)；

�m�，n——疲劳试验回归参数；

——现场综合修正系数，不同类型无机结合料稳定材料的应符合《公

路沥青𝐾路面设计规范》（JTGD50-2017）式(B.2.1-2)的要求;𝐾

，——分别为沥青混合料层和计算点以上无机结合料稳定层厚度；

ℎ�——ℎ�目标可靠指标，根据公路等级按本规范表1取值；

�——无机结合料稳定层的层底拉应力(MPa)，应符合《公路沥青路面设

计规范��》（JTGD50-2017）第6.2.2条的技术规定并按式(B.2.1-3)计算。

2.1.2.3路基顶面竖向压应变极限状态功能函数

4−0.1�−0.21

式中：3�3�4�

�=1.25×10×(�×�)−�

——路基设计使用年限内车道的当量轴载累计作用次数，按本规范第

6.1条�规�4定确定。

——目标可靠指标，根据公路等级按本规范表1取值；

�——温度调整系数，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）

附录�G�的3技术要求;

——实测路基顶面压应变(10-6)，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTG

D50-�2�017）第6.2.2条的技术规定并按式(B.4.2)计算。

2.1.3沥青路面结构的失效概率

2.1.3.1蒙特卡洛抽样次数

蒙特卡洛法一般要求抽样次数(i=1、2、3)，抽样次数大致为

10000-20000次。为提高可靠度大样�本�≥抽1样0效0/率��，计算过程中可绘制失效概率

曲线PfNfail/Ni，由失效概率曲线的稳定收敛结果确定蒙特卡洛抽样次数。

2.1.3.2失效概率计算��

结构层失效概率：

��

a,a,

−−−−

��=...�[�(�)] �(�,�,b;�)��=�(�,�,b;�)��​​

式中：��

为功能函数g(x）0的失效区域。

��

为统计结构失效次数的示性函数，、、

1   ��<0  

���� =(i=123)

；其中为�沥�青路面结构极限功能函数。0   ��≥0

N次蒙1特卡洛抽样计算中沥青路面结构各层失效概率的无偏估计值为

�pf

�

1

���=�[�(•)]=���​​

式中：��=1

i=1、2、3对应的pf1为沥青路面面层失效概率；pf2为沥青路面基层失效概

率；pf3沥青路面路基失效概率。

因此，沥青路面结构各层的可靠度为1pfi。

2.1.3.3路面结构多指标可靠度

沥青路面结构符合串联系统结构的可靠度分析原理：多指标可靠度分析中，

面层、基层和路基任一层结构失效均会导致路面结构体系失效。因此，沥青路

面结构多指标系统的可靠度为(1pfi)min。

三、标准编制原则、主要内容及其确定依据，修订标准时，还包括

修订前后技术内容的对比

1标准的编写原则

（1）一致性原则

保持与国家法律法规和部门规章的一致性。标准化建设应符合《安全生产

法》、《公路水运工程安全生产监督管理办法》等相关国家法律法规和部门规章

的总体要求。

保持与行业技术标准的一致性。标准化建设与《公路工程结构可靠性设计

统一标准》(JTG2120-2020)、《公路沥青路面设计规范》（JTG-D50-2017）、《公

路路基设计规范》（JTGD30-2015）等现有规范保持一致，本规范主要针对沥

青路面结构可靠度评价环节，提出了沥青路面结构多指标可靠度评价中施工变

异性分析和可靠度计算方法的要求和程序。

（2）适用性原则

标准编制过程中,前往河北地区开展了广泛调研，同时充分考虑我国西南、

沿海等地区不同省市的情况，执行过程中应以案为例，结合实际工程的施工变

异性分析路面结构的可靠度。

（3）操作性原则

对于条款的主语表述问题，适用于各从业单位的，可不明确主语对象，仅

适用部分从业单位的，要明确主语对象。标准中相关表述统一，如:沥青面层

可靠度、基层可靠度等术语表述应一致，避免前后矛盾。

2提出本标准的依据

2.1按照GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结

构和起草规则》要求进行编写。

2.2参照相关法律、法规和规定，在编制过程中着重考虑了科学性、适用

性、协调性、规范性和实用性。

2.3相关技术规范

2.3.1国家标准

公路路基设计规范（JTGD30-2015）

公路路基施工技术规范（JTG/T3610-2019）

公路路基路面现场测试规程（JTG3450-2019）

公路工程路面基层施工技术规范（JTJ034-2018）

公路工程无机结合料稳定材料试验规程（JTGE51-2009）

公路沥青路面设计规范（JTG-D50-2017）

公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）

公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE20-2011）

公路工程结构可靠性设计统一标准（JTG2120-2020）

公路工程质量检验评定标准（JTG-F80/1-2017）

2.3.2相关政策文件

《河北雄安新区总体规划（2018—2035年）的批复》（国函〔2018〕159

号）

《交通强国建设纲要》（国务院公报〔2019〕第28号）

《交通运输部关于开展交通强国建设试点工作的通知》（交规划函〔2019〕

859号）

3主要内容

《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》提供了沥青路面多

指标可靠度的分析流程、评价指标与评价方法等内容。通过广泛调查研究，认

真总结实践经验，参考国内外相关评价体系和标准，从沥青路面结构面层的疲

劳开裂、基层的疲劳开裂和路基顶面的永久变形三个评价指标角度出发，制定

系统、具备可操作性的评价方法，为指导和规范沥青路面可靠度评价提供参考。

本技术指南可归纳为五个部分：

第一部分是范围，规定了标准的主要内容与适用范围。

第二部分是规范性引用文件，列举了构成本文件必不可少的引用文件。

第三部分是术语和定义，对本标准出现的术语进行定义，说明了这些术语

在本标准中的内涵。

第四部分是本标准的核心部分，包括第4章到第7章，明确了沥青路面多指

标可靠度设计原则、沥青路面参数的变异性和沥青路面可靠度的分析与评价方

法。

第五部分是附录。

4实际应用效果

无

四、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、

社会效益和生态效益

1试验验证的分析

本技术指南方法前期已成功应用于河北雄安京德高速沥青路面结构的工

后可靠性评价，实际检验的评价结果优良。试验验证的分析如下：通过跟踪河

北京德高速和荣乌新线高速新建项目施工过程，采集了路面结构各层厚度和路

基模量等关键设计参数施工环节的大量数据，实测和统计相结合，根据数理统

计方法分析了各施工参数的变异性和离散水平。其中，上面层、中面层、下面

层、上基层和下基层厚度分别为H1~H5，模量分别为E1~E5，路床模量E0，中面

层沥青饱和度VFA和底基层弯拉强度R1等关键可靠度计算输入参数如下表1所

示，其中，路面材料泊松比均为0.25，路基土泊松比为0.4。

表1路面结构关键输入参数的随机特性

参数均值变异系数参数区间分布

E1/MPa975010%[8000.0,12000.0]对数正态

H1/cm44%[3.6,4.3]正态

E2/MPa1350010%[9000.0,14500.0]对数正态

H2/cm83%[7.6,8.4]正态

E3/MPa900010%[7000.0,13500.0]对数正态

H3/cm123%[11.6,12.4]正态

E4/MPa1150015%[9000.0,14000.0]对数正态

H4/cm363%[34.7,37.3]正态

E5/MPa850015%[7000.0,10000.0]对数正态

H5/cm183%[17.4,18.7]正态

E0/MPa14030%[37.0,199.0]正态

VFA/%72.73%[68.6,76.8]正态

R1/MPa1.210%[0.9,1.5]正态

同时，统计了2021年6月—12月，京德高速沿线大兴机场、永清空港、永

清花都、霸州东、文安北、文安西、大留镇等7个收费站进站和出站口的2类~11

类车的交通数据。将车道系数、方向系数和年平均交通量增长率等参数的变异

性考虑在累计当量轴次中，按照永久路面40年使用年限计算出面层、基层和路

基的交通量累计当量轴次如下表2所示。

表3京德高速40年交通量的累计当量轴次

结构层位面层基层路基

累计当量轴次/107次4.914218.0139.134

按照本技术指南，计算出在实际交通荷载情况下，京德高速面层疲劳和路

基压应变指标的可靠度为100%；在累计当量轴次变异水平为0.1~0.3时，基层

疲劳可靠度为95.2%~98.7%，其中变异系数越大，路面结构可靠度越低。因此，

按照本技术指南方案分析得出，路面系统最易损坏的结构层为水泥稳定碎石基

层，这也和目前半刚性基层沥青路面结构的易发生反射裂缝开裂损坏形式相符，

该分析得到了具体工程的实际可靠度性能，并为道路后期养护指明了方向。

2综述报告

高速公路在施工和运营过程中存在许多不确定性因素，其可靠性问题尤为

突出。定值法设计若以较大裕度保证可靠性，则不满足经济性要求，若裕度较

低则又不能满足安全性要求，将可靠度理念引入到路面结构设计和评估中可以

实现安全性和经济性的统一。因此，围绕《公路沥青路面设计规范》(JTG

D50-2017)中的多个控制指标开展沥青路面结构可靠度研究十分必要。

关于结构可靠度的国内外研究进展中，早在1947年，美国学者

A.M.Freudental在《结构安全度》中提出应该将概率论理念引入到结构的安全

评价中，由此开启了工程领域结构可靠性研究。20世纪60年代，美国加州公路

局和沥青研究所在编制沥青路面设计规范时考虑了路面结构材料的随机性和

变异性，首次将可靠度理念引入到沥青路面设计中。

此后，国外关于路面结构可靠度开展了大量研究，1971年A.C.Leme等对沥

青路面结构可靠度进行了定义，指出沥青路面结构的使用年限内需要考虑路面

结构的可靠性与经济性，结合数学原理，介绍了将蒙特卡罗法和马尔科夫模式

用于沥青路面可靠性计算的方法。1972年Dater等指出基于可靠性的结构优化设

计可以平衡初始成本和可靠性成本，建议在路面结构使用期中开展可靠性计算

和研究。同年，美国德克萨斯州的沥青路面结构设计方法中引入可靠度理论，

将可靠度设计方法与实际工程相结合并把可靠度理念应用于路面结构设计。

1990年Y.T.Chou基于前期实验研究得到了不同变异水平下路面结构可靠度与

疲劳寿命的关系，结合弹性层状体系设计了可靠度计算程序，进一步推动了可

靠度研究成果在实际工程项目中应用。2011年RajbongshiP认为在使用寿命期间

路面材料会随着车辆荷载反复作用发生劣化，材料累积疲劳损伤随着载荷重复

次数增加呈非线性增加，从而导致沥青路面刚度降低。因此，路面设计时有必

要开展非线性累积疲劳损伤的可靠性分析。2014年RajbongshiP基于可靠性的成

本效益设计方法构建了沥青路面结构设计厚度指标与疲劳和车辙失效模式的

关系。以沥青层和粒料层厚度参数作为设计变量，得到了不同厚度组合设计方

案的成本效益，通过单纯形法优化技术设计了成本最低的求解方案。2016年

DinegdaeYH认为路面结构可靠度分析不仅要考虑输入变量对路面性能预测的

影响，还应结合概率不确定性量化分析路面结构设计参数变异性对总体方差的

影响。为此，结合佛罗里达开裂模型的荷载和阻力系数设计(LRFD)程序，用一

阶可靠性方法开展了可靠性计算并制定了局部安全系数。2018年ThyagarajanS、

MuhunthanB等指出新形势下路面结构可靠度分析要点在于：结合力学-经验路

面设计指南(MEPDG)不仅要对路面预测结果进行误差评估，还要结合长期路面

使用性能(LTPP)路段观察损坏进行对比分析。并对比分析了蒙特卡洛法、超拉

丁立方体模拟法和罗森布莱斯2k+1点估计法用于路面结构可靠度分析的可执

行性优缺点，并指出超拉丁立方体方法能有效替代计算密集型蒙特卡罗方法。

2019年HanZ等认为最佳时间间隔的预防性维护不仅能使路面达到预期的性能

水平，还能提供节约维护预算成本效益的方法。并基于可靠性理念应用四阶矩

法设计了一种确定柔性路面最佳预防性维护间隔的框架，结合灵敏度分析法分

析了最佳预防性维护间隔与预防性维护成本的关系，最后指出：新建路面的最

佳预防性维护间隔大约为7年。

国内关于路面结构可靠度的研究始于二十世纪八十年代初，并且相关工作

首先是对水泥混凝土路面进行了可靠性设计研究。在“六五”、“七五”和“八

五”的科技攻关中，也均把沥青路面列为重点研究课题，而我国路面结构可靠

度的大规模研究始于1991年，主要研究成果聚集在上世纪90年代末和本世纪初。

1991年4月，交通部对“沥青路面结构的可靠性研究”项目进行立项，1995年

通过验收鉴定，取得了如下重要成果：①统计给出了沥青路面结构设计中结构

参数与交通参数累计当量轴次的变异系数范围和概率分布类型；②研究了多种

计算沥青路面可靠度的方法，并确定了使用蒙特卡洛法计算路面结构可靠度的

方法；③推导了沥青路面理论弯沉和最大弯拉应力的显式公式；2002年贡金鑫

等对结构可靠性基本理论和方法、结构可靠度的蒙特卡洛模拟方法、结构承载

能力与正常使用极限状态的可靠度、结构体系可靠度等方面进行了综述，分析

了一次二阶矩方法、二次二阶矩方法和蒙特卡罗法等用于结构可靠度分析的特

点，并对体系可靠度串、并联方法进行了阐述。2003年杨晓丰等认为考虑结构

和材料不均匀性引起的路面结构力学性能差异更符合工程设计要求，并指出：

基于弯沉指标的可靠度分析模型和弯拉应力指标的可靠度模型极限状态函数

一样。2008年徐旭等以弯沉指标建立极限状态方程，利用有限元软件ANSYS

分析了建模、网格和结构设计参数变异性对沥青路面结构可靠度的影响，分析

表明：土基模量的变异性对弯沉指标的可靠度影响最显著。通过对比多层弹性

层状体系应力计算程序，说明有限元软件ANSYS计算沥青路面结构可靠度具有

精度高、计算简便的特点。2010年李跃军等分析了高速和一级公路、二、三和

四级公路的路基回弹模量变异性对路面结构可靠度的影响，并结合不同道路等

级的目标可靠度划分了路基变异系数范围，最后提出了基于可靠度指标的路基

均匀性(优、中、差)评价等级。2015年石福周等针对寒区道路的温度裂缝和水

损害等病害形式，结合室内冻融循环试验分析了沥青混合料的性能，用一次二

阶矩法求解了路面结构强度可靠度的功能函数，分析了冻融循环次数和冻融循

环变异系数对路面结构强度可靠度的影响规律。同年，司伟等[26]也结合冻融

循环试验，利用蒙特卡洛模拟方法对路面结构强度可靠度方程进行求解，分析

了冻融作用对路面结构承载能力可靠度的影响规律。

2016年王昊采用MonteCarlo法分析了基层模量变异性对弯沉和底基层层

底拉应力指标可靠度的影响规律，研究指出同时满足弯沉和底基层层底拉应力

指标95%以上可靠度的基层与底基层施工模量变异系数应小于16%。同年，潘

峥嵘基于正交试验对比分析了半刚性基层和柔性基层两种长寿命路面结构厚

度和模量以及土基回弹模量的变异性对路表的弯沉、路基顶面压应变和沥青层

层底拉应变的影响。结果表明：土基回弹模量对弯沉具有显著影响，沥青层底

拉应变和土基顶面压应变的显著影响因素为面层厚度和基层回弹模量。裴建中

等综述了沥青路面结构可靠度的概率分析模型、不确定性影响因素和可靠度计

算方法等研究，指出一次二阶矩法能满足沥青路面结构可靠度的计算要求，并

分析了路面可靠度现有研究的不足和未来建议研究的重点。2017年马士宾等以

弯沉、半刚性基层层底弯拉应力和路基顶压应变为极限函数利用ANSYS软件分

析了交通量、路面厚度、弹性模量和车辆荷载等因素对路面结构可靠度的影响。

指出以弯沉作为控制指标时，路面结构满足设计要求的概率最低，增大路基回

弹模量和基层厚度能有效提高半刚性基层沥青路面的可靠性。2018年刘俊卿等

基于路表弯沉指标将模糊数学理论与可靠度分析相结合，推导了路面结构模糊

可靠度计算模式，并结合实际工程验证。结果表明：模糊可靠度常低于传统可

靠度，模糊可靠度分析削弱了外界因素变异性对可靠度的影响。同年，马士宾

等基于荷载疲劳应力和温度疲劳应力指标对旧沥青路面加铺水泥混凝土层结

构的可靠性开展了加铺层厚度、设计弯拉强度和当量回弹模量等5个指标变异

性影响分析，建立了各指标变异性与结构可靠度的模型。同年，王浩等使用当

量厚度法分析了沥青路面结构可靠度，把多种材料、多种形式的路面结构当量

为热拌沥青混合料来设计，从而得到路面当量换算系数，结合有限元工具对沥

青路面系统可靠度进行分析。2020年杨聪利基于《公路沥青路面设计规范》

(JTGD50-2017)的结构验算指标设计了沥青路面结构可靠度软件框架，结合无

机结合料稳定层疲劳开裂指标，建立了路面结构设计参数和交通参数的均值和

变异系