沥青路面设计指标和参数研究

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1、沥青路面设计指标和参数研究报告简本现行规范的结构设计方法，以路表回弹弯沉值、沥青面层和半刚性层的层底拉应力作为控制路面结构总体刚度（承载能力）以及沥青层和半刚性层疲劳开裂损坏的设计指标。采用静态测试方法确定路基土和路面材料的模量值，以劈裂试验方法确定路面材料的强度值，并且未考虑温度和湿度变化对参数值的影响。这样的设计指标和参数值，不能如实反映路面结构的损坏现象和机理，也不能正确反映土和材料的力学性状。为了改善现行沥青路面结构设计的指标和参数，2005年初交通部立项开展研究，计划提出新的设计指标和相应的设计参数。拟订沥青路面新指标和参数体系时，依据下述原则考虑：（1）仍遵循力学-经验法的基本思路

2、；（2）针对层状复合结构和损坏类型多样化的特点，采用多设计指标体系，各指标分别控制对应的损坏类型；（3）设计基准期内路面的累计损伤仍采用当量损坏法分析；（4）对设计参数的采集要求分为三个层次，分别规定不同精细或准确程度的方法；（5）材料性质参数应能反映行车荷载和环境因素对其性状的影响，并采用科学的试验方法测定；（6）各种损坏模型的建立以室内试验为基础，室外验证和修正以路面加速加载试验（ALF）为主；（7）在现有国内外前沿水平的基础上建立设计指标和参数的基本框架体系。1.结构层组合方案和损坏类型沥青路面可以按基层材料类型的不同分为三大类结构层组合方案：（1）选用粒料做基层的粒料类基层沥青路面；（

3、2）选用沥青结合料类材料做基层的沥青类基层沥青路面；（3）选用无机结合料类材料做基层的无机结合料类基层沥青路面。而各大类中，又可以按底基层材料的不同分为粒料类底基层、无机结合料类底基层和沥青结合料类底基层三亚类。各种路面结构层组合方案具有不同的结构特性及损坏机理和形态特征。沥青路面的设计指标主要针对以下6类损坏：（1）沥青层的疲劳开裂；（2）无机结合料稳定层的疲劳开裂；（3）沥青面层的永久变形；（4）粒料层和路基的永久变形；（5）沥青面层的低温缩裂；（6）沥青面层的反射裂缝。各种沥青路面结构层组合方案在结构设计时所需考虑的损坏类型，汇总于表1。本项目研究前5项损坏，提出相应的设计指标和相关的设

4、计参数。表1各种结构层组合方案需考虑的沥青路面损坏类型路面类型沥青类基层和粒料类基层无机结合料类基层面层厚度厚中厚薄厚中厚、薄主要损坏类型永久变形（面层为主）疲劳开裂永久变形（粒料层和路基）永久变形(面层)反射裂缝(面层)次要损坏类型疲劳开裂永久变形-疲劳开裂冰冻地区低温缩裂(面层)72.沥青层疲劳损坏选用矩形小梁4点弯曲疲劳试验进行沥青混合料室内疲劳性能的研究，并制订了标准试验方法。采用常应变加载控制模式，在15°C和10Hz条件下对各种沥青混合料进行了108次疲劳试验。在吸纳国外部分疲劳试验结果的基础上，对618有效组数据进行了回归分析，建立了常应变控制模式下的室内疲劳寿命预估模型。通过各

5、4m长的3个试验段（沥青层厚度为5、10和15cm）的路面加速试验（ALF），对室内疲劳模型进行修正，引入了模式系数、轮载横向分布系数和轴载载换算系数，并标定了室内模型的系数后，得到经过验证和修正后的沥青层疲劳寿命预估模型：（1）选取了54个级配碎石基层沥青路面结构，对上述预估模型和美国力学-经验法的预估模型进行了疲劳寿命的对比分析。除了应变水平小于50με的低应变路面结构外，其他路面的预估寿命基本接近，都在同一个数量级内。3.无机结合料稳定层疲劳损坏选用水泥稳定砂砾、水泥稳定碎石、水泥稳定土和水泥-石灰稳定碎石4类常用无机结合料稳定材料，进行了147次三分点加载梁试件弯曲疲劳试验。按照Wei

6、bull分布回归得到各种混合料的7个疲劳关系式。其中，水泥稳定碎石的疲劳寿命预估模型为：（2）在试件底面有支承和试件浸水的条件下分别进行了疲劳试验，与常规疲劳试验结果相比较，受支承时试件的疲劳寿命可以增加，浸水对水泥稳定土的疲劳寿命影响很大，但对水泥稳定碎石的影响则很小。4.沥青面层低温缩裂损坏影响沥青层低温开裂的最重要的因素是沥青在低温时的蠕变劲度（或稠度）及其感温性。选用在该地区最低路面温度下不会变脆的沥青结合料是预防沥青面层低温开裂的关键。对3种基质沥青进行了各种性质指标的测定，将它们与临界开裂温度的关系进行关联分析的结果表明，我国规范采用的低温延度、低温针入度和当量脆点与临界开裂温度的

7、关联度都很小，因而，这些评价指标无法很好地表征沥青的低温性能。7对吉林和黑龙江省4条公路的12个路段进行了裂缝调查，并对回收沥青进行了BBR试验和DT试验，计算了临界开裂温度。沥青性质与开裂程度相对应的验证结果表明，蠕变劲度S、劲度曲线斜率m和断裂应变，这3项沥青低温性能指标可以有效地判别沥青层抗低温性能的优劣，其标准值（当地路面最低温度加10°C时，S<300MPa、m>0.30、破坏应变>1%