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1、沥青路面 设计指标和参数 研究成果介绍,2008.4,沥青路面设计指标和参数 研究成果介绍,概述 路面结构组合 路面损坏模型 路面设计参数 路面设计指南 研究成果和建议,一、概述,研究概况现行设计指标和参数研究方案, 研究目的建立适合我国特点、且与国际融合的沥青路面设计指标、参数和方法，为沥青设计规范修订工作提供依据。,研究概况 前言, 成果一览,构建设计指标体系,沥青层疲劳 无机结合料稳定层疲劳 路基永久变形 沥青层永久变形 沥青层低温开裂共5个指标,成果一览,提出设计参数,路基和粒料层回弹模量路基回弹模量调整系数 沥青混合料动态压缩模量 无机结合料弹性模量共4个参数,成果一览,研究总报告
2、分题研究报告 12个 设计指南,1 沥青路面的温度场和沥青面层的当量温度系数研究 2 沥青混合料动态模量研究 3 沥青层疲劳开裂预估模型研究 4 沥青混合料和沥青面层抗永久变形预估 5 无机结合料稳定类基层模量及衰变规律 6 无机结合料稳定类基层疲劳损坏预估模型,分题报告,7 路基与粒料层动态模量参数研究 8 路基湿度状况及模量调整系数研究 9 路基和粒料层抗永久变形性能预估 10 沥青面层低温缩裂研究 11 沥青路面结构设计指标的协调与平衡 12 加速加载试验验证,2. 现行设计指标和参数, 路表回弹弯沉 ls和ld 计算弯沉值和容许弯沉值（0.01mm）Ne 设计车道的标准轴载（100kN
3、）累计当量 轴次 Ac、As、Ab公路等级、面层类型和基层类型系数, 层底拉应力计算点的层底拉应力（MPa） 材料容许拉应力和劈裂强度（MPa） ks材料疲劳应力系数；a系数，沥青层0.09、无机结合料稳定粒料0.35、无机结合料稳定土0.45；b系数，沥青层0.22，半刚性层0.11, 材料参数* 路基模量：承载板法* 无机结合料稳定材料：压缩模量和劈裂强度* 沥青混合料：15C或20C压缩模量15C劈裂强度 环境参数* 温度对沥青混合料性质的影响 未考虑* 湿度对模量的影响 未考虑,结构设计控制指标路表弯沉 路表弯沉为综合性、表观性指标，具有非唯一性，无法包容各种损坏，难以协调各单项损坏指
4、标 柔性基层沥青路面的指标和参数有待补充 材料性质指标和测试方法未反映其力学特性应力依赖性、温度依赖性和湿度依赖性,存在问题,3. 研究方案,遵循力学-经验法 针对不同损坏的多指标体系 建模以室内试验为主，ALF试验验证和修正 当量损坏法分析 材料参数选用力学指标和科学试验方法测定 参数采集按三层次要求 以国内外的前沿水平为基础,二、路面结构组合,结构组合方案结构损坏类型,1. 结构组合方案,材料类型沥青结合料类热拌沥青混合料、SMA、OGFC、 沥青贯入碎 石、沥青表面处治无机结合料类水泥或石灰-粉煤灰或石灰稳定碎石、砾石或土粒料类级配碎石、级配砾石、填隙碎石、未筛分碎石、天然砂砾,、,粒料
5、类基层,沥青类基层,无机结合料类基层,2. 结构损坏类型,开裂类沥青层疲劳开裂无机结合料稳定层疲劳开裂沥青面层低温缩裂沥青面层反射裂缝 变形类沥青层永久变形粒料层和路基永久变形,结构损坏类型,三、路面损坏模型,沥青层疲劳开裂 无机结合料层疲劳开裂 沥青层低温缩裂 沥青层永久变形 路基永久变形,路面损坏模型, 分析国内外已有模型，比选出合适的模型模式 和自变量 制定标准试验方法 室内试验和试验路（ALF）试验， 标定模型参数 长期使用性能观测资料和设计实践 经验积累，逐步验证和修正模型参数,路面损坏模型 沥青层疲劳开裂,室内疲劳试验（弯曲，常应变，618组） 应变，SO 弯曲劲度模量，VFA沥青
6、饱和度弯曲模量转换压缩模量(Christensen)（31组试件）,应变控制加载模式 适于厚度 5cm 应力控制加载模式 适于厚度 20cm介于上述两种情况之间用Sigmoidal曲线过渡。模式系数MF模式系数，应力控制MF=-1,应变控制MF=+1；A劲度模量下降（），应力变化（）；B劲度模量下降（），应变变化（）。分析464个路面结构建立模式系数回归公式。,损坏模型 沥青层疲劳开裂,路面损坏模型 沥青层疲劳开裂,模式系数（MF）疲劳关系式,路面损坏模型 沥青层疲劳开裂 ALF验证试验,损坏模型 沥青层疲劳开裂,ALF验证k1=1.368，k2= 5.790 轴载修正（160kN100kN）
7、轴载系数 6.554 横向分布修正横向分布系数 2.03 疲劳开裂模型,损坏模型 无机结合料稳定层疲劳开裂,室内疲劳试验（弯曲，147根试件） 室内疲劳开裂模型,损坏模型 无机结合料稳定层疲劳开裂,损坏模型 沥青层低温缩裂,沥青低温性能指标低温延度、低温针入度、当量脆点 * 低温蠕变劲度（弯曲梁流变仪BBR）（路面最低温度加10C ） S0.35* 断裂应变（直接拉伸DT）（路面最低温度加10C ） 1%临界开裂温度低于路面最低温度* 为借鉴AASHTO沥青规范,损坏模型 沥青层低温缩裂 基质沥青低温性能指标验证路段调查和测试,损坏模型 沥青层低温缩裂,沥青层低温开裂量预估（Hass & Ha
8、jek)I裂缝指数，h层厚，a路龄，S劲度，J路基类型，T温度验证路段沥青面层低温开裂量观测与预估,损坏模型 沥青层永久变形,抗永久变形性能马歇尔试验（稳定度，流值）三轴压缩试验（，）三轴静蠕变试验（流动时间）三轴重复加载蠕变试验（流动数）定高度重复单剪试验（G*，）轮辙仪试验（动稳定度） 车辙控制 车辙量预估混合料控制指标,损坏模型 沥青层永久变形,轮辙试验方法 指标 相对辙深PRD（轮辙深/试件厚），%蠕变率CS（蠕变速率的倒数），次/mm 试验时间1小时，以最后15min时段的曲线斜率计算蠕变率 试验温度60C 轮载接触压力0.7MPa 空隙率 7%1%（密级配），5.5%0.5%（SM
9、A）,损坏模型 沥青层永久变形,永久变形预估模型 轮辙深度模型(Shami) 基于APA轮辙仪试验rd-辙深，T-温度，p-压力，N-次数，h-层厚，k1-修正系数，0为标准条件 标定参数试验3种普通混合料，4种改性混合料，3种轮压，24C70C，551个样本 ，标定出系数,损坏模型 沥青层永久变形 ALF验证试验,损坏模型 沥青层永久变形 ALF验证试验,损坏模型 沥青层永久变形,模型指数修正a = 2.636, b = 2.550, c = 0.500, d=1 加载次数换算 1.089 辙深换算1.04 速度换算,损坏模型 沥青层永久变形 容许车辙深15mm 沥青混合料轮辙试验相对辙深（
10、%）要求（不大于 ） （长大纵坡要求值为平坡的0.6倍）,损坏模型 沥青层永久变形 相对辙深与蠕变率经验关系（117个样本） 沥青混合料轮辙试验蠕变率（次/mm）要求（不小于） （长大纵坡要求值为平坡的0.6倍）,损坏模型 沥青层永久变形,重复加载三轴蠕变试验围压应力138kPa，轴向应力700kPa，45C（普通），50C（改性） 流动数预估模型4种混合料，3种温度，3种轴向应力永久变形预估模型 ALF 验证,损坏模型 路基土和粒料层永久变形,土和粒料永久变形模型 动三轴试验 路基和粒料层永久变形模型 分层应变总和法 路基顶面压应变控制模型安定(shake-down)理论概念 应力水平低时，
11、永久变形累积速率随作用次数增加而逐渐减缓，并趋向稳定，最终达到平衡状态。,损坏模型 路基和粒料层永久变形,土和粒料永久变形模型* 3种土、3种含水量、2种压实度、3种偏应力、1种围压应力，重复加载10000次，162次试验* 4种粒料、3种含水量、1种压实度、3种偏应力、3种围压应力，重复加载10000次，72次试验* 永久变形关系式（Tseng&Lytton),损坏模型 路基和粒料层永久变形,土和粒料永久变形模型试验参数与性质指标关系（土）p，r塑性应变和弹性应变,w含水量，Er回弹模量试验参数与性质指标关系（粒料）,损坏模型 路基和粒料层永久变形控制,路基和粒料层永久变形分层应变总和法p(
12、N)作用N 次总变形，n分层数，hii层厚，pi(N)i层作用N 次的永久变形永久变形经验模型（常用路面结构）得到各回归系数k、af回归系数,损坏模型 路基和粒料层永久变形,路基顶面压应变控制模型* 处于临界损坏状况的薄沥青路面结构70年代弯沉调查：无明显变形、较多 纵横向裂缝或局部网裂AASHO：PSI=2.5AI：车辙深12.7mm* 反算路基顶面压应变，统计累计轴次,损坏模型 路基和粒料层永久变形,路基顶面容许压应变模型,四 、路面设计参数,材料性质参数* 路基土和粒料层回弹模量* 沥青混合料动态模量* 无机结合料稳定类材料弹性模量和弯拉强度* 沥青低温弯曲蠕变劲度、直接拉伸断裂性质*
13、沥青混合料低温间接拉伸蠕变柔量和抗拉强度 环境参数 * 路基湿度* 沥青层温度,设计参数,材料性质参数层次按项目重要性、工程规模和投资量划分不同层次第一层次：按标准试验方法实测确定提供标准试验方法第二层次：利用与其他材料性质参数关联的回归关系式确定提供经验关系模型第三层次: 参照代表值或由经验确定提供参考值表,设计参数,路基土和粒料层回弹模量动态三轴仪标准试验方法* 试件尺寸、试件制备和预加载条件* 应力水平（各种路面结构应力状况分析）* 加载序列 土和粒料回弹模量本构模型（NCHRP模量预估模型）主应力之和，oct八面体剪应力，pa参照应力，为100kPa，k1、k2、k3参数 回弹模量测试
14、* 2种土、3种含水量、2种压实度* 3种级配碎石、3种含水量、1种压实度,设计参数 路基土和粒料层回弹模量,SHH4: CL (A-7-6) GSH190: CL (A-7-6) 压实度=91,设计参数,路基土和粒料层回弹模量基于物性参数的三参数经验模型土粒料,设计参数,路基土和粒料层回弹模量当量回弹模量 按弯沉等效原则转换，确定当量模量和应力水平 路基土和粒料层当量回弹模量参考值交通等级、路面结构、粒料和土类型粒料层当量回弹模量参考值范围（MPa）,设计参数,路基土和粒料层回弹模量路基土和粒料层当量回弹模量参考值路基当量回弹模量参考值范围（MPa）,设计参数 路基湿度,路基湿度指标饱和度 质量含水量路基湿度类型干燥类，地下水位低，气候因素控制（湿度指数TMI）Ryy年水的径流量，DFyy年的水不足量，PEyy年的潜在蒸发量潮湿类，地下水位控制中湿类，兼有二者影响,
