国内外路面设计原理与方法综述

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1、国内外路面设计原理与方法综述李安定1，田辉黎2，于远征3(1.交通集团咸旬管理处，陕西西安710075;2.长安大学，陕西西安710064;3.温州市交通规划设计研究院，浙江温州325000)摘要:简要介绍当前国内外路面设计原理和方法(CBＲ法、AASHTO法、SHELL法、AI法及国内方法)，对其优缺点进行分析比较;针对现行的设计方法以及在路面实践中遇到的实际问题，通过对国内外路面设计原理和方法的介绍，指出各种路面设计方法和原理存在的不足，提出一些路面设计方面的建议。关键词:路面;设计方法;综述中图分类号:U416.2文献标识码:B随着我国高速公路建设深入发展，路面在使用中

2、逐渐暴露出大量的问题，使我们不得不对现有的路面设计理论、设计方法及设计指标进行反思。实际上，目前路面大量出现的早期损坏用现行理论和规范难以做出更深的解释。路面设计方法尽管有了巨大的进步和完善，但是并未从根本摆脱经典牛顿力学的思维方法，也就是说其核心还是在确定的初始条件、边界条件、材料特性及外部作用的基础上求出确定的结构受力结果，再结合环境因素等作出修正的路面设计，假定整体可以分割成局部，然后采用隔离法对各局部进行研究，最后根据线性系统可还原性原理对路面结构组合进行设计。这种设计方法基于力学分析的范围和主要受力方式，低估了路面结构的复杂性。对于不同的路面结构使用性能变化规律认识

3、不够清楚，缺少定量的研究，因此，必须用发展的眼光对重交通路面的损坏原因和机理重新进行认识，及时掌握新条件下的新变化，通过路面的合理化设计来控制路面的主要破坏型式，从而真正达到路面设计目的。国内外路面设计方法可分为两大类［1］，柔性路面设计方法和刚性路面设计方法，其详细划分如图1所示。变和沥青层内的水平拉应变为主要设计指标，以水泥稳定类基层底面拉应力(或应变)和路表总变形为次要设计标准，以基层或底基层无机结合料材料最小模量和沥青层低温缩裂为其他次要标准进行设计，设计参数有荷载与交通、温度与湿度及材料特性。设计流程为:拟定沥青层厚度———计算沥青层的有效温度———选定材料组成——

4、—求出各层模量———计算沥青层底面的水平拉应变———计算路面的试验寿命和使用寿命———比较调整。11.1典型柔性路面SHELL设计法此方法由英荷Shell石油公司所研究提出，理论图1国内外路面设计方法此方法的优点如下:(1)在路面力学模型方面，虽然以弹性层状体系理论为基础，但考虑了材料的非线性和粘弹性特性，在研究过程中曾以非线性层状体系理论和粘弹性理论来进行对比分析，在设计中的适用性又做了大量验证工作，在理论上较为完善。较完善，有63－67－78年Shell法。此方法把路面当作一种多层线形弹性体系，其中各层材料用弹性模量E和泊松比μ表征［2］。在基本设计方法中，路面结构假定为

5、层间接触连续的三层体系，下层为路基，中间层为粒料或水泥稳定类基层和垫层，上层为沥青层，包括表面层、结合层和下面层，以路基表面垂直压应(2)电算程序功能较为齐全，可计算多种层间接触条件下的任意点的应力、应变和位移，又能考虑2014年11期(总第119期)103道路工程粒状材料的非线性。(3)在荷载图式方面，既有垂直荷载又考虑了汽车刹车、转弯时的水平力。(4)设计指标方面采用了六项标准，用于控制各种路面破坏现象。(5)设计曲线使用方便，基本不再依赖实验室试验就可进行设计。此方法的缺点如下:(1)车辙预估模型无法说明使用改性沥青对减少新建路面车辙的效果。图2AI设计方法科研成果，把

6、第七版和第八版所用的结构使用性能和(2)轴载换算以等量的轮胎接触压力为基础，(PSI)功能特性结合起来。在设计中采用了材料的因此无法解释轴载不同、构型不同而接触压力相同的情况下，路面产生的车辙量不同的现象。动态弹性模量，与实际较符。(2)未考虑各项指标的叠加效果，没有一个综合指标，仅考虑了温度对材料的影响，而未考虑湿度的影响，且当沥青较薄、交通量小时，设计结果较为保守，所以适用于较厚的混凝土层。1.3AASHTO设计方法(3)在求混合料的劲度时假定沥青劲度等于非弹性部分劲度，未考虑弹性部分。(4)道路永久变形计算方面原则正确，但计算公式忽视了路基和基层部分变形。1.2AI设计

7、方法(AASHTO)美国各州公路及运输工作者协会所1.2.1AI的发展:推荐的方法是以50年代后期和60年代初在渥太华、伊利诺伊州进行的AASHTO道路试验得到的大量试验成果为基础的。1984～1985年，路面设计委员会和顾问小组根据NCHＲP项目20－7/24的研究情况对指南作了修订和扩大，并于1986年出版了现行指南。AASHTO道路试验所得到的经验性能方程，在现行的指南中仍作为基本模型，但是进行了修正和扩大，使其能适用于美国其他地区。应注意的是，初始方程是在给定的气候条件下，针对某种特定的路面材料