柔性路面設計方法

宋 楊

(黑龍江省公路勘察設計院,黑龍江 哈爾濱 150080)

1 AASHTO路面結構設計方法

牙買加當地采用《AASHTO路面結構設計1993版》中的柔性路面設計方法，設計方法如下：

(1)性能方程中各參數存在對應關系，為迭代方程，需要不斷試算SN，ZR和S0以滿足要求。

log10Wt18=ZR×S0+9.36×log10(SN+1)-

2.32×log10MR-8.07

(1)

其中，Wt18—營運期交通量；ZR—為給定可靠性的正態偏移；R—可靠性；S0—全局標準差；MR—有效的路床頂材料回彈模量；ΔPSI—路面服務能力指數；SN—路面的設計結構序列。

公式中涉及到的幾個參數的意義分別為

①W18預測交通量

(2)

②R可靠性

可靠性是考慮設計中各種確定性的參數，可以根據道路等級查詢。

③S0全局標準差

根據正態分布的統計學原理，性能方程中所有性能參數均為均值，即設計可靠度為50%的值。為了得到較高的指定的可靠度，則W18必須小于Wt18一個正態偏移ZR。

即，

(3)

④MR有效的路床頂材料回彈模量，即中國規范中路基回彈模量

路基回彈模量可以通過試驗確定，如不具備試驗條件，可以通過標準CBR值，R-value，以及土的各種指數估計。

⑤ΔPSI路面服務能力指數

路面服務能力代表路面服務于特定的交通種類(小汽車及卡車)的能力。采用現狀服務指數(PSI)作為主要衡量指標，PSI的范圍從0(無法使用的道路)到5(完美道路)。

ΔPSI=P0-Pt

(4)

Pt—終極服務指數，基于道路重建，改造，或重新鋪面之前的最低PSI指數。

P0=初始服務指數，根據AASHTO道路試驗。

(2)根據設計結構數及其他參數迭代求得需要的層厚；

(3)確定結構序列SN

SN=a1D1+a2D2ms+a3D3m3

(5)

其中，a1,a2,a3—路面各層層位系數；D1,D2,D3—分別代表面層，基層和底基層的實際層厚；m2,m3—分別代表基層和底基層的排水系數。

2 中標公路瀝青路面設計方法

中國規范中采用理論方法計算路面厚度，計算步驟如下：

(1)首先進行累計當量軸載換算，這一點與美國規范類似。

瀝青層需以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力作為驗算指標。驗算瀝青層的彎沉和層底拉應力時，各車型交通量按公式(6)換算成標準軸載P的當量軸次N

(6)

N—以彎沉值和瀝青層底拉應力作為計算指標時換算成標準軸載的當量軸次(次/d);ni—各種車型的軸載作用次數(次/d);P—標準軸載(KN);pi—被換算車型的各級軸載(KN);C1—軸載系數;C2—輪組系數;K—被換算車型的軸載級別。

(2)彎沉計算及層底拉應力計算

計算彎沉值應不大于于設計彎沉值ld。層底拉應力應不大于容許拉應力σR。

路表彎沉值計算公式如下，

(7)

式中：

ls—路表計算彎沉值(0.01 mm)；F—彎沉綜合修正系數；p,δ—標準車型所對應的輪胎接地壓強(MPa)和當量圓半徑(cm)；αc—理論彎沉系數；E0—土基抗壓回彈模量值(MPa)；E1—面層抗壓回彈模量(MPa)。

層底最大拉應力計算方法如下，

(8)

其他符號意義同前式。

(3)三層體系計算法

中國規范中路面計算具體操作時常采用三層體系法。因為實際路面設計時存在上面層，下面層，上基層，下基層，底基層等多層材料，為了計算可行將多層體系換算成三層體系。

計算路表彎沉值時，h1，E1,E2,En不變，把第二層及其以下各層按下式換算模量為E2，當量層厚度為H而構成三層體系。H的換算公式如下。

(9)

層底拉應力計算時，換算方法類似。僅僅是層底拉應力計算當量層的位置不一樣導致換算方法略有差別。