美國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介

崔燦

(衡水市公路勘測(cè)設(shè)計(jì)所)

1 設(shè)計(jì)變量

(1)時(shí)間約束。為了充分發(fā)揮投資效益，AASHTO設(shè)計(jì)指南鼓勵(lì)對(duì)交通量大的工程采用較長(zhǎng)的分析年限。

(2)交通。設(shè)計(jì)方法以預(yù)計(jì)的80kN(18kip)累計(jì)當(dāng)量單軸荷載(ESAL)為根據(jù)，并考慮交通量的逐年增長(zhǎng)系數(shù)和車道分布系數(shù)。若路面設(shè)計(jì)采用的分析年限內(nèi)沒(méi)有任何大修或重新罩面，則取整個(gè)分析年限的總累計(jì)軸載ESAL作為設(shè)計(jì)依據(jù)，若考慮分期修建，在分析年限內(nèi)預(yù)期要進(jìn)行大修或重新罩面，則需要繪制累計(jì)軸載數(shù)ESAL隨時(shí)間變化的曲線，由此得到任意時(shí)段的ESAL值。

(3)可靠度。可靠度設(shè)計(jì)是將某種可靠程度納入設(shè)計(jì)過(guò)程的方法，以確保各種設(shè)計(jì)方案在分析年限內(nèi)一直有效的可靠概率。設(shè)計(jì)所用的可靠度水平隨交通量、交通疏散的難度和公眾對(duì)預(yù)期效率的增加而提高。表1提供了不同功能等級(jí)道路所建議的可靠度水平。

表1 對(duì)不同功能等級(jí)道路提供的可靠度水平

分析年限至少包括一次大修期，因而應(yīng)等于或大于工作年限。

工作年限是指新建路面結(jié)構(gòu)至需要大修以前的時(shí)間，或者是兩次大修之間的時(shí)間，這相當(dāng)于新建、重建或經(jīng)過(guò)大修的路面結(jié)構(gòu)，由其初始服務(wù)能力開始損壞，至最終服務(wù)能力所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。工作年限的選定應(yīng)充分考慮路面的功能等級(jí)、養(yǎng)護(hù)維修的類型和水平、初次修建的資金、壽命周期費(fèi)用等因素。

分析年限為設(shè)計(jì)方案所包括的時(shí)段，它可以大于工作年限或與工作年限相同。通常由于種種原因，分析年限可能要考慮分期修建或計(jì)劃大修在內(nèi)。根據(jù)壽命周期費(fèi)用分析，采用較長(zhǎng)的分析年限更符合比較長(zhǎng)期的策略。分析年限劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2所示。

表2 分析年限劃分標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用于可靠度設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)離差對(duì)柔性路面采用0.45，對(duì)剛性路面采用0.35，這相當(dāng)于方差為0.2025和0.1225。

當(dāng)考慮分期修建時(shí)，各時(shí)期的可靠度組合起來(lái)必須滿足總的可靠度，即

式中:n為期數(shù)，如預(yù)計(jì)分兩期修建，要求總的可靠度為95%，則各期的可靠度必須為(0.95)1/2，即97.5%。

2 修正方程式

(1)土基與環(huán)境修正式(14－53)僅適用于AASHO道路試驗(yàn)段的土基狀況，即有效土基回彈模量為20.7MPa (3000psi)的柔性路面。對(duì)于其他土基及環(huán)境條件，經(jīng)修正為式(1)，即

式中:MR為路基土有效回彈模量。

(2)降水，排水條件修正?？紤]到當(dāng)?shù)亟邓?、排水條件與試驗(yàn)路的差異，通過(guò)式(3)作修正。

式中:m2為基層的排水系數(shù);m3為底基層的排水系數(shù)。

(3)可靠度保證率修正。按式(3)計(jì)算，使PSI降至Pt的80kN單軸軸載通行次數(shù)W18等于Wtl8，設(shè)計(jì)的可靠度僅為50%，因?yàn)樵撌街兴械淖兞烤鶠槠骄?，為了達(dá)到要求的可靠度水底平，W18必須小于Wtl8一個(gè)正態(tài)偏移ZR，如圖1所示，即

圖1 基于ESAL的設(shè)計(jì)可靠度

式中:ZR為給定可靠度R的正態(tài)偏移，由表3查得;S0為標(biāo)準(zhǔn)離差。

將式(2)與式(3)合并，并以剩余耐用性指數(shù)△PSI代換(4.2－Pt)，可得到經(jīng)各種修正之后的設(shè)計(jì)方程式: