瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和1瀝青路面設計指標和參數

研究成果介紹概述路面結構組合路面損壞模型路面設計參數路面設計指南研究成果和建議瀝青路面設計指標和參數

研究成果介紹概述2一、概述

研究概況現行設計指標和參數研究方案一、概述研究概況3

?

研究目的建立適合我國特點、且與國際融合的瀝青路面設計指標、參數和方法，為瀝青設計規范修訂工作提供依據。

研究概況

?前言?研究目的 研究概況

?前4?成果一覽

構建設計指標體系瀝青層疲勞無機結合料穩定層疲勞路基永久變形瀝青層永久變形瀝青層低溫開裂

共5個指標?成果一覽構建設計指標體系瀝青層疲勞5成果一覽

提出設計參數路基和粒料層回彈模量

路基回彈模量調整系數瀝青混合料動態壓縮模量無機結合料彈性模量

共4個參數成果一覽提出設計參數路基和粒料層回彈模量6成果一覽

研究總報告

分題研究報告12個設計指南成果一覽研究總報告71瀝青路面的溫度場和瀝青面層的當量溫度系數研究2瀝青混合料動態模量研究3瀝青層疲勞開裂預估模型研究4瀝青混合料和瀝青面層抗永久變形預估5無機結合料穩定類基層模量及衰變規律6無機結合料穩定類基層疲勞損壞預估模型

分題報告1瀝青路面的溫度場和瀝青面層的當量溫度系數研究分題報告87路基與粒料層動態模量參數研究8路基濕度狀況及模量調整系數研究9路基和粒料層抗永久變形性能預估10瀝青面層低溫縮裂研究11瀝青路面結構設計指標的協調與平衡12加速加載試驗驗證

7路基與粒料層動態模量參數研究92.現行設計指標和參數

■

路表回彈彎沉

ls和ld——計算彎沉值和容許彎沉值（0.01mm）

Ne——設計車道的標準軸載（100kN）累計當量軸次

Ac、As、Ab——公路等級、面層類型和基層類型系數

2.現行設計指標和參數10

■

層底拉應力

——計算點的層底拉應力（MPa）

——材料容許拉應力和劈裂強度（MPa）

ks——材料疲勞應力系數；

a——系數，瀝青層0.09、無機結合料穩定粒料0.35、無機結合料穩定土0.45；

b——系數，瀝青層0.22，半剛性層0.11

11

■材料參數

*路基模量：承載板法*無機結合料穩定材料：壓縮模量和劈裂強度*瀝青混合料：15?C或20?C壓縮模量15?C劈裂強度■

環境參數*溫度對瀝青混合料性質的影響未考慮*濕度對模量的影響未考慮

12結構設計控制指標路表彎沉路表彎沉為綜合性、表觀性指標，具有非唯一性，無法包容各種損壞，難以協調各單項損壞指標柔性基層瀝青路面的指標和參數有待補充材料性質指標和測試方法未反映其力學特性

應力依賴性、溫度依賴性和濕度依賴性

存在問題結構設計控制指標路表彎沉存在問題133.研究方案遵循力學-經驗法針對不同損壞的多指標體系建模以室內試驗為主，ALF試驗驗證和修正當量損壞法分析材料參數選用力學指標和科學試驗方法測定參數采集按三層次要求以國內外的前沿水平為基礎3.研究方案遵循力學-經驗法14二、路面結構組合

結構組合方案結構損壞類型二、路面結構組合結構組合方案151.結構組合方案

材料類型瀝青結合料類熱拌瀝青混合料、SMA、OGFC、瀝青貫入碎石、瀝青表面處治無機結合料類水泥或石灰-粉煤灰或石灰穩定碎石、礫石或土粒料類級配碎石、級配礫石、填隙碎石、未篩分碎石、天然砂礫、1.結構組合方案16

粒料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝青表面處治聯結層密級配瀝青混凝土或缺失基層基層級配碎石、填隙碎石

底基層級配碎（礫）石、填隙碎石水泥、石灰-粉煤灰或石灰穩定碎（礫）石或土墊層（季凍區）不易凍脹的粒料（細料含量小于6%~10%的礫類土）路基路床頂面模量要求50MPa、80MPa或100MPa

粒料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝17

瀝青類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝青表面處治聯結層密級配瀝青混凝土或缺失基層基層熱拌瀝青混合料

熱拌瀝青混合料、瀝青貫入碎石底基層級配碎石水泥、石灰-粉煤灰或石灰穩定碎（礫）石或土墊層（季凍區）不易凍脹的粒料（細料含量小于6%~10%的礫類土）路基路床頂面模量要求50MPa、80MPa或100MPa

瀝青類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝18

無機結合料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝青表面處治聯結層密級配瀝青混凝土或缺失基層基層水泥或石灰-粉煤灰穩定碎石底基層級配碎（礫）石、填隙碎石水泥、石灰-粉煤灰或石灰穩定碎（礫）石或土墊層（季凍區）不易凍脹的粒料（細料含量小于6%~10%的礫類土）路基路床頂面模量要求50MPa、80MPa或100MPa

無機結合料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGF192.結構損壞類型

開裂類

瀝青層疲勞開裂無機結合料穩定層疲勞開裂瀝青面層低溫縮裂

瀝青面層反射裂縫?

變形類瀝青層永久變形粒料層和路基永久變形

2.結構損壞類型

開裂類20結構損壞類型

路面類型瀝青類和粒料類基層無機結合料類基層面層厚度厚中厚薄厚中厚、薄主要損壞永久變形（面層）疲勞開裂永久變形（粒料層和路基）疲勞開裂次要損壞疲勞開裂永久變形-永久變形反射裂縫冰凍地區低溫縮裂（面層）結構損壞類型

路面類型瀝青類和粒料類基層無機結合料類基層面21三、路面損壞模型瀝青層疲勞開裂無機結合料層疲勞開裂瀝青層低溫縮裂瀝青層永久變形路基永久變形三、路面損壞模型22路面損壞模型

?分析國內外已有模型，比選出合適的模型模式和自變量

?制定標準試驗方法?室內試驗和試驗路（ALF）試驗，標定模型參數?長期使用性能觀測資料和設計實踐經驗積累，逐步驗證和修正模型參數路面損壞模型

?分析國內外已有模型，比選出合適的模23路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，常應變，618組）

ε—應變，SO─彎曲勁度模量，VFA─瀝青飽和度

彎曲模量轉換壓縮模量(Christensen)（31組試件）

路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，常應變，624

應變控制加載模式適于厚度≤5cm

應力控制加載模式適于厚度≥20cm

介于上述兩種情況之間用Sigmoidal曲線過渡。

模式系數

MF——模式系數，應力控制MF=-1,應變控制MF=+1；

A——勁度模量下降（％），應力變化（％）；

B——勁度模量下降（％），應變變化（％）。

分析464個路面結構建立模式系數回歸公式。損壞模型

瀝青層疲勞開裂應變控制加載模式25路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂模式系數（MF）疲勞關系式路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂模式系數（MF）26

路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂

ALF驗證試驗路面損壞模型

27損壞模型

瀝青層疲勞開裂ALF驗證

k1=1.368，k2=–5.790軸載修正（160kN→100kN）

軸載系數6.554橫向分布修正

橫向分布系數2.03疲勞開裂模型損壞模型

瀝青層疲勞開裂ALF驗證28損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，147根試件）室內疲勞開裂模型

混合料類型應力比樣本數疲勞關系式水泥穩定砂礫0.7,0.6,0.5515水泥穩定碎石懸浮密實19骨架密實19骨架空隙0.7,0.5514水泥穩定土0.7,0.6,0.5520二灰穩定碎石懸浮密實0.85,0.8,0.720骨架密實19損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，1429損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂30損壞模型

瀝青層低溫縮裂瀝青低溫性能指標低溫延度、低溫針入度、當量脆點*低溫蠕變勁度（彎曲梁流變儀BBR）（路面最低溫度加10?C

）S<300MPa*蠕變曲線斜率（彎曲梁流變儀BBR）（路面最低溫度加10?C

）m>0.35*斷裂應變（直接拉伸DT）（路面最低溫度加10?C

）ε>1%

臨界開裂溫度低于路面最低溫度*為借鑒AASHTO瀝青規范

損壞模型

瀝青層低溫縮裂瀝青低溫性能指標31損壞模型

瀝青層低溫縮裂

基質瀝青低溫性能指標驗證路段調查和測試路段平均縫距路齡BBR(-12?C)BBR(-18?C)DT(-12?C)DT(-18?C)臨界開裂溫度(?C)S(MPa)mS(MPa)m應變(%)應變(%)T110m6年4530.378450.242.530.46-18.2T23660.346640.252.450.31-17.9T33920.357600.242.140.45-30.1T44170.419310.272.210.64-18.7T520m2660.395500.283.210.64-27.1T62450.395460.283.420.74-25.0Y15年2940.355260.292.670.55-25.7Y22780.355220.302.750.59-26.8Y32880.355400.292.660.52-28.9T750m6年2380.435230.333.780.93-28.0D70m4年1410.403460.303.291.04-29.6X3年1310.393140.325.371.33-損壞模型

瀝青層低溫縮裂

基質瀝青低溫性能指標驗證路段調32損壞模型

瀝青層低溫縮裂瀝青層低溫開裂量預估（Hass&Hajek)I—裂縫指數，h—層厚，a—路齡，S—勁度，J—路基類型，T—溫度驗證路段瀝青面層低溫開裂量觀測與預估

路段路齡a路基J設計溫度T（?C）瀝青層厚h（cm）瀝青勁度S（MPa）預估I值觀測I值哈爾濱西環1年亞黏土-3-4017852.92.8遼源椅山-14年砂土-5-3510507.85.2遼源椅山-2165.54.4遼源椅山-3107.89.9遼源椅山-4107.87.7遼源外環-12年200.961.17遼源外環-2200.961.33遼源外環-3240.571.0遼源外環-4104.82.2通化-13年202.53.3通化-2106.33.5通化-3106.36.4通化-4106.34.5損壞模型

瀝青層低溫縮裂瀝青層低溫開裂量預估（Hass&33損壞模型

瀝青層永久變形抗永久變形性能馬歇爾試驗（穩定度，流值）三軸壓縮試驗（ｃ，φ）

三軸靜蠕變試驗（流動時間）

三軸重復加載蠕變試驗（流動數）定高度重復單剪試驗（G*，γ）

輪轍儀試驗（動穩定度）車轍控制車轍量預估混合料控制指標損壞模型

瀝青層永久變形34損壞模型

瀝青層永久變形

輪轍試驗方法指標

相對轍深PRD（輪轍深/試件厚），%

蠕變率CS（蠕變速率的倒數），次/mm試驗時間

1小時，以最后15min時段的曲線斜率計算蠕變率試驗溫度

60?C

輪載接觸壓力

0.7MPa空隙率

7%±1%（密級配），5.5%±0.5%（SMA）損壞模型

瀝青層永久變形35損壞模型

瀝青層永久變形

永久變形預估模型輪轍深度模型(Shami)

基于APA輪轍儀試驗

rd-轍深，T-溫度，p-壓力，N-次數，h-層厚，k1-修正系數，0為標準條件標定參數試驗

3種普通混合料，4種改性混合料，

3種輪壓，24?C~70?C，551個樣本，標定出系數

系數abc普通瀝青混合料2.4961.3540.484改性瀝青混合料2.6311.8590.651瀝青混合料2.5251.4420.523損壞模型

瀝青層永久變形永久變形預估36損壞模型

瀝青層永久變形

ALF驗證試驗損壞模型

瀝青層永久變形

ALF驗證試驗37損壞模型

瀝青層永久變形

ALF驗證試驗損壞模型

瀝青層永久變形

ALF驗證試驗38損壞模型

瀝青層永久變形模型指數修正

a=2.636,b=2.550,c=0.500,d=1加載次數換算

1.089轍深換算

1.04速度換算

速度820305080100換算系數1.5811.0000.8160.6320.5000.447損壞模型

瀝青層永久變形模型指數修正速度82030508039

損壞模型

瀝青層永久變形

■容許車轍深15mm

瀝青混合料輪轍試驗相對轍深（%）要求（不大于）

（長大縱坡要求值為平坡的0.6倍）交通分級(×106)距路表深度(cm)溫度分區1-1、1-2、1-3、1-411-111-2、11-3、11-4111-210~107.5（5.5）15.011.515.0>1015.0（15.0）15.015.015.030~104.5（3.0）9.06.515.0>1011.5（9.0）15.015.015.0120~103.0（3.0）4.53.57.5>106.0（6.0）11.59.015.0

40

損壞模型

瀝青層永久變形

■相對轍深與蠕變率經驗關系（117個樣本）

瀝青混合料輪轍試驗蠕變率（次/mm）要求（不小于）

（長大縱坡要求值為平坡的0.6倍）交通分級(×106)距路表深度(cm)溫度分區1-1、1-2、1-3、1-411-111-2、11-3、11-4111-210~101500（2400）600800600>10600（600）60060060030~103200（5500）12001800600>10800（1200）600600600120~105500（5500）320045001500>102100（2100）8001200600

41損壞模型

瀝青層永久變形重復加載三軸蠕變試驗圍壓應力138kPa，軸向應力700kPa，

45?C（普通），50?C（改性）流動數預估模型

4種混合料，3種溫度，3種軸向應力永久變形預估模型

ALF

驗證

損壞模型

瀝青層永久變形重復加載三軸蠕變試驗42損壞模型

路基土和粒料層永久變形土和粒料永久變形模型動三軸試驗路基和粒料層永久變形模型分層應變總和法路基頂面壓應變控制模型安定(shake-down)理論概念應力水平低時，永久變形累積速率隨作用次數增加而逐漸減緩，并趨向穩定，最終達到平衡狀態。

損壞模型

路基土和粒料層永久變形土和粒料永久變形模型43損壞模型

路基和粒料層永久變形土和粒料永久變形模型*3種土、3種含水量、2種壓實度、3種偏應力、

1種圍壓應力，重復加載10000次，162次試驗*4種粒料、3種含水量、1種壓實度、3種偏應力、

3種圍壓應力，重復加載10000次，72次試驗*永久變形關系式（Tseng&Lytton)

損壞模型

路基和粒料層永久變形土和粒料永久變形模型44損壞模型

路基和粒料層永久變形土和粒料永久變形模型試驗參數與性質指標關系（土）

εp，εr─塑性應變和彈性應變,w─含水量，Er─回彈模量試驗參數與性質指標關系（粒料）損壞模型

路基和粒料層永久變形土和粒料永久變形模型45損壞模型

路基和粒料層永久變形控制路基和粒料層永久變形分層應變總和法δp(N)─作用N次總變形，n─分層數，hi─i層厚，εpi(N)─i層作用N次的永久變形永久變形經驗模型（常用路面結構）

得到各回歸系數k、a～f—回歸系數損壞模型

路基和粒料層永久變形控制路基和粒料層永久變形46損壞模型

路基和粒料層永久變形路基頂面壓應變控制模型

*處于臨界損壞狀況的薄瀝青路面結構

70年代彎沉調查：無明顯變形、較多縱橫向裂縫或局部網裂

AASHO：PSI=2.5AI：車轍深12.7mm*反算路基頂面壓應變，統計累計軸次損壞模型

路基和粒料層永久變形路基頂面壓應變控制模型47損壞模型

路基和粒料層永久變形路基頂面容許壓應變模型損壞模型

路基和粒料層永久變形路基頂面容許壓應變模型48四、路面設計參數材料性質參數*路基土和粒料層回彈模量*瀝青混合料動態模量*無機結合料穩定類材料彈性模量和彎拉強度*瀝青低溫彎曲蠕變勁度、直接拉伸斷裂性質*瀝青混合料低溫間接拉伸蠕變柔量和抗拉強度環境參數*路基濕度*瀝青層溫度

四、路面設計參數材料性質參數49設計參數

材料性質參數層次按項目重要性、工程規模和投資量劃分不同層次第一層次：按標準試驗方法實測確定

——提供標準試驗方法

第二層次：利用與其他材料性質參數關聯的回歸關系式確定

——提供經驗關系模型第三層次:參照代表值或由經驗確定

——提供參考值表

設計參數材料性質參數層次50設計參數

路基土和粒料層回彈模量動態三軸儀標準試驗方法*試件尺寸、試件制備和預加載條件*應力水平（各種路面結構應力狀況分析）*加載序列土和粒料回彈模量本構模型（NCHRP模量預估模型）θ─主應力之和，τoct─八面體剪應力，pa─參照應力，為100kPa，

k1、k2、k3─參數回彈模量測試*2種土、3種含水量、2種壓實度*3種級配碎石、3種含水量、1種壓實度設計參數路基土和粒料層回彈模量51設計參數

路基土和粒料層回彈模量參數級配碎石土k11.15601.5941k20.68360.4917k3-0.1663-1.5545SHH4:CL(A-7-6)GSH190:CL(A-7-6)壓實度=91％設計參數

路基土和粒料層回彈模量參數級配碎石土k11.1552設計參數

路基土和粒料層回彈模量基于物性參數的三參數經驗模型

土

粒料

設計參數路基土和粒料層回彈模量53設計參數

路基土和粒料層回彈模量當量回彈模量

按彎沉等效原則轉換，確定當量模量和應力水平路基土和粒料層當量回彈模量參考值交通等級、路面結構、粒料和土類型

粒料層當量回彈模量參考值范圍（MPa）材料輕交通中等交通重交通取值范圍代表值取值范圍代表值取值范圍代表值級配碎石250~650450200~500350150~400300250~550400200~400300--180~300220180~250215180~250210級配礫石200~400300150~300250--150~250195150~220190150~200180設計參數路基土和粒料層回彈模量材料輕交通中等交通54設計參數

路基土和粒料層回彈模量路基土和粒料層當量回彈模量參考值

路基當量回彈模量參考值范圍（MPa）

土組輕交通中等交通重/特重交通取值范圍代表值取值范圍代表值取值范圍代表值礫類土110~125110105~130115110~135120土質礫95~11510595~120105100~125110砂類土90~11010095~115105100~120105土質砂60~857065~907570~9580粉質土50~756555~807060~8575粘質土50~706055~756555~8070設計參數路基土和粒料層回彈模量土組輕交通中等55設計參數

路基濕度路基濕度指標飽和度質量含水量路基濕度類型

干燥類，地下水位低，氣候因素控制（濕度指數TMI）Ry─y年水的徑流量，DFy─y年的水不足量，PEy─y年的潛在蒸發量

潮濕類，地下水位控制

中濕類，兼有二者影響

設計參數

路基濕度路基濕度指標56設計參數

路基濕度土-水特性曲線

路基常為非飽和土，其濕度與土的基質吸力密切相關。土-水特性曲線即反映兩者的關系。選用Fredlund&Xing模型

設計參數

路基濕度土-水特性曲線57設計參數

路基濕度干燥類路基

土的基質吸力hm與濕度指數TMI關系

12個路段土樣和TMI值與他人數據一起回歸標定參數設計參數

路基濕度干燥類路基58設計參數

路基濕度干燥類路基濕度預估由TMI值和土性參數→土的基質吸力→土-水特性曲線→含水量和飽和度

各土組在不同TMI值（-30~30）時的濕度預估

TMI濕度指標砂黏土質砂粉土黏土-30w(%)12.25~13.548.13~8.998.39~13.548.53~14.96Sr(%)0.78~0.860.57~0.620.56~0.760.52~0.86-10w(%)12.5~13.829.29~10.279.63~17.019.73~17.04Sr(%)0.79~0.870.65~0.710.64~0.850.59~0.9310w(%)12.63~13.9610.26~11.3410.68~18.2110.61~18.73Sr(%)0.80~0.880.71~0.790.71~0.960.64~0.9630w(%)12.69~14.0211.01~12.1711.61~18.6811.25~19.39Sr(%)0.80~0.890.77~0.850.77~0.980.68~0.98設計參數

路基濕度干燥類路基濕度預估TMI濕度指標砂黏土質59設計參數

路基濕度潮濕類路基土的基質吸力與地下水位關系

設計參數

路基濕度潮濕類路基60設計參數

路基濕度潮濕類路基濕度預估

——由地下水位高度→土的基質吸力→土-水特性曲線→含水量和飽和度

各土組的濕度預估

土組毛細上升最大高度含水量（%）飽和度（%）砂0.9m12.81~15.000.81~0.95黏土質砂0.9m12.99~14.350.90~1.00粉土3~3.36m11.17~18.920.74~0.99黏土6~8.2610.18~18.680.62~0.95設計參數

路基濕度潮濕類路基濕度預估土組毛細上升最大高度61設計參數

路基濕度中濕類路基濕度預估歸并干燥類和潮濕類路基的濕度預估值得到

各土組在不同TMI值（-30~30）時的濕度預估

TMI濕度指標砂黏土質砂粉土黏土-30w(%)12.81~15.008.56~14.358.39~18.928.53~18.68Sr(%)0.81~0.950.59~1.000.56~1.000.52~0.95-10w(%)12.81~15.009.78~14.359.63~18.929.73~18.68Sr(%)0.81~0.950.68~1.000.64~1.000.59~0.9510w(%)12.81~15.0010.80~14.3510.68~18.9210.18~18.73Sr(%)0.81~0.950.75~1.000.71~1.000.62~0.9630w(%)12.81~15.0011.59~14.3511.17~18.9210.18~19.39Sr(%)0.81~0.950.81~1.000.77~1.000.62~0.98設計參數

路基濕度中濕類路基濕度預估TMI濕度指標砂黏土質62設計參數

路基濕度非冰凍區路基回彈模量濕度調整系數（NCHRP2002)a=log（MR/MRopt）最小值，b=log（MR/MRopt）最大值

MR—濕度處于平衡狀態的回彈模量

MRopt—最佳含水量和最大干密度狀態的回彈模量12個路段的模量測試，標定參數

a=–0.6563，b=0.2548，km=6.4604設計參數

路基濕度非冰凍區路基回彈模量濕度調整系數（NCH63設計參數

路基濕度非冰凍區路基回彈模量濕度調整系數干燥類路基回彈模量濕度調整系數

潮濕類路基回彈模量濕度調整系數TMI砂黏土質砂粉土黏土-300.788~0.8711.281~1.4161.005~1.2300.730~1.604-100.748~0.8261.087~1.2010.759~0.9580.565~1.506100.728~0.8040.905~1.0000.583~0.7740.512~1.413300.718~0.7940.766~0.8470.508~0.6540.491~1.331路基層位砂黏土質砂粉土黏土路基頂面0.802~0.8870.553~0.6110.408~0.6950.531~1.461路基工作區底面0.506~0.5590.409~0.4520.399~0.6220.531~1.447設計參數

路基濕度非冰凍區路基回彈模量濕度調整系數TMI砂64設計參數

路基濕度季凍區路基回彈模量綜合調整系數

設定：*冰凍、溶解、回復、正常分別為3、1、4、4個月*冰凍期模量:10000MPa

＊溶解期模量:完全飽和＊回復期：線性插值分時段定模量值，按疲勞損傷加權總和，與最佳含水量時模量相比，確定調整系數。

設計參數

路基濕度季凍區路基回彈模量綜合調整系數65設計參數

路基濕度季凍區路基回彈模量綜合調整系數干燥類路基回彈模量綜合調整系數

潮濕類路基回彈模量綜合調整系數TMI砂黏土質砂粉土黏土-300.579~0.7270.658~0.7270.537~0.7790.596~0.954-100.584~0.7030.636~0.7030.520~0.6860.522~0.892100.577~0.6680.604~0.6680.492~0.6280.492~0.856300.573~0.6290.569~0.6290.448~0.5960.480~0.843土質類型砂黏土質砂粉土黏土綜合調整系數0.549~0.6070.453~0.5000.392~0.5870.507~0.863設計參數

路基濕度季凍區路基回彈模量綜合調整系數TMI砂黏66設計參數

無機結合料穩定材料彈性模量使用中的模量

＊試件模量（壓縮模量、彎拉模量）＊收縮開裂后模量＊衰變模量

＊疲勞破壞后模量

設計參數

無機結合料穩定材料彈性模量使用中的模量67

設計參數

無機結合料穩定材料彈性模量

■

模量衰變（水泥穩定碎石）

68設計參數

無機結合料穩定材料彈性模量

在不同疲勞損耗階段的模量折減系數

材料類型疲勞損耗20%疲勞損耗50%疲勞損耗80%水泥穩定碎石0.41~0.700.37~0.600.30~0.50水泥穩定土0.65~0.750.58~0.720.50~0.65二灰穩定類0.62~0.690.55~0.620.50~0.60設計參數

無機結合料穩定材料彈性模量

69設計參數

無機結合料穩定材料彈性模量彈性（回彈）參考值

材料類型7d抗壓強度試件模量收縮開裂后模量疲勞破壞后模量水泥穩定類3.0~6.03000~140002000~2500300~5001.5~3.02000~100001000~2000200~400二灰穩定類≥0.83000~140002000~2500300~5000.5~0.82000~100001000~2000200~400石灰穩定類≥0.82000~4000800~2000100~3000.5~0.81000~2000400~100050~200設計參數

無機結合料穩定材料彈性模量彈性（回彈）參考值材70設計參數

瀝青混合料動態模量單軸壓縮動態模量標準試驗方法試件尺寸和試件制備頻率25、10、5、1、0.5、0.1Hz

溫度10、5、20、35、50?C

簡化方法（頻率10、5、1、0.1Hz，溫度5、20、35?C）編制試驗規程比對試驗設計參數瀝青混合料動態模量71設計參數

瀝青混合料動態模量動態模量建模試驗

*

3種瀝青、3種瀝青混合料、3種瀝青含量、

3種集料公稱最大粒徑、3種空隙率、3種溫度、

3種頻率、3種應變水平，共168次試驗＊驗證試驗188次*8個影響變量，6個模量模型和2個相位角模型

設計參數瀝青混合料動態模量72設計參數模量預估模型動態模量預估模型（共6個）設計參數模量預估模型動態模量預估模型（共6個）73設計參數

瀝青混合料動態模量常用瀝青混合料動態壓縮模量參考值（MPa）*標準條件（20?C，10Hz）*瀝青混合料AC、AK、SMA（10、16、25）*瀝青AH-70、-90、-110*瀝青含量4%、5%、6%*空隙率3%、4%、5%、6%、7%

AC-16在標準條件下的動態壓縮模量參考值(MPa)

瀝青用量AH-70AH-1104%5%6%4%5%6%空隙率(%)313074~1423310027~109167690~837111032~120108461~92116489~7064412100~131729280~101027117~774710210~111157830~85246005~6537511198~121908588~93496586~71709449~102867246~78895557~6050610363~112827948~86526095~66358745~95206706~73015143~559979591~104417355~80076541~61418093~88106206~67564760~5182設計參數瀝青混合料動態模量瀝青A74

設計參數

路面溫度瀝青路面溫度場

溫度隨時間和深度的變化特征點溫度年分布頻率溫度換算系數溫度當量系數TEF（參照溫度20?C）*等效瀝青層疲勞壽命*等效無機結合料穩定層疲勞壽命*等效路基永久變形壽命溫度換算系數TCF*TEF×溫度分布頻率設計參數

路面溫度瀝青路面溫度場75

設計參數

路面溫度瀝青路面溫度場

溫度隨時間和深度的變化理論法（一維熱傳導方程，差分法求解）邊界條件（下限：一定深度處，溫度常量）邊界條件（上限：熱流理論）

q（t）=αsQs+Ql+Qc

Qc=Cc（Ta–Ts）

設計參數

路面溫度瀝青路面溫度場q（t）=αsQs76設計參數

路面溫度溫度當量系數*等效疲勞損傷和等效永久變形損傷

參照溫度20?C

TEFi=Ns/Ni溫度換算系數

*溫度當量系數與該地區溫度度分布頻率的乘積

TCF=∑（TEFi×pi）

瀝青層疲勞損壞的溫度換算系數kT1瀝青層厚(mm)大連西安北京\濟南\鄭州安陽\長沙\武漢合肥\上海\杭州福州韶關南寧廣州成都\騰沖\昆明拉薩1000.750.72~0.740.70~0.740.71~0.740.69~0.700.80~0.870.852000.84~0.860.94~1.011.06~1.151.29~1.321.42~1.461.02~1.080.62設計參數

路面溫度溫度當量系數瀝青層疲勞損壞的溫度換算系數77五、路面設計指南設計要求*在設計基準期內承受設計交通荷載和環境因素的作用*滿足預定使用性能要求（平整、抗滑、開裂、永久變形等）*規定的安全等級和目標可靠度設計內容*結構組合（性能要求、材料類型選擇、層適宜厚度、水穩性考慮、層次組合、層間結合、路肩、排水等）*材料組成要求和性質參數*設計結構的使用性能分析五、路面設計指南設計要求78設計指南瀝青層疲勞壽命預估無機結合料穩定層疲勞壽命預估

路基永久變形的壽命預估

設計指南瀝青層疲勞壽命預估79設計指南

瀝青路面結構設計框圖設計指南

瀝青路面結構設計框圖80五、研究成果與建議

1.研究成果初步構建了瀝青路面設計指標和參數的框架

●

5項設計指標*瀝青層疲勞壽命：層底拉應變*無機結合料穩定層疲勞壽命：層底拉應力*路基永久變形：基頂壓應變*瀝青層永久變形：瀝青混合料蠕變率*瀝青層低溫縮裂：瀝青蠕變勁度、m、斷裂應變、臨界開裂溫度

●

6項設計參數*路基和粒料回彈模量、回彈模量濕度調整系數*無機結合料彈性模量、模量折減（衰減）系數*瀝青混合料動態模量、溫度當量系數

五、研究成果與建議1.研究成果81改變了現行規范各項指標和參數的概念、性質、

測定方法和數值

●引入新指標

*層底拉應變、基頂壓應變、瀝青蠕變勁度、

m、斷裂應變、臨界開裂溫度●引入新參數

*重復加載回彈模量、周期加載動態模量、濕度調整系數、溫度當量系數和換算系數●制定新測試規程

*瀝青（彎曲梁流變、直接拉伸、動態剪切流變）*瀝青混合料（疲勞、輪轍、動態壓縮模量、三軸蠕變）*土和粒料（動三軸）改變了現行規范各項指標和參數的概念、性質、822.研究建議擴大材料性質參數類型代表性和試驗數據量通過試驗路段觀測和使用經驗驗證、補充和修正性能模型開展交通荷載參數研究布點設站采集溫度場數據2.研究建議83謝謝觀賞謝謝觀賞84瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和參數成果-王秉綱瀝青路面結構設計指標和85瀝青路面設計指標和參數

研究成果介紹概述路面結構組合路面損壞模型路面設計參數路面設計指南研究成果和建議瀝青路面設計指標和參數

研究成果介紹概述86一、概述

研究概況現行設計指標和參數研究方案一、概述研究概況87

?

研究目的建立適合我國特點、且與國際融合的瀝青路面設計指標、參數和方法，為瀝青設計規范修訂工作提供依據。

研究概況

?前言?研究目的 研究概況

?前88?成果一覽

構建設計指標體系瀝青層疲勞無機結合料穩定層疲勞路基永久變形瀝青層永久變形瀝青層低溫開裂

共5個指標?成果一覽構建設計指標體系瀝青層疲勞89成果一覽

提出設計參數路基和粒料層回彈模量

路基回彈模量調整系數瀝青混合料動態壓縮模量無機結合料彈性模量

共4個參數成果一覽提出設計參數路基和粒料層回彈模量90成果一覽

研究總報告

分題研究報告12個設計指南成果一覽研究總報告911瀝青路面的溫度場和瀝青面層的當量溫度系數研究2瀝青混合料動態模量研究3瀝青層疲勞開裂預估模型研究4瀝青混合料和瀝青面層抗永久變形預估5無機結合料穩定類基層模量及衰變規律6無機結合料穩定類基層疲勞損壞預估模型

分題報告1瀝青路面的溫度場和瀝青面層的當量溫度系數研究分題報告927路基與粒料層動態模量參數研究8路基濕度狀況及模量調整系數研究9路基和粒料層抗永久變形性能預估10瀝青面層低溫縮裂研究11瀝青路面結構設計指標的協調與平衡12加速加載試驗驗證

7路基與粒料層動態模量參數研究932.現行設計指標和參數

■

路表回彈彎沉

ls和ld——計算彎沉值和容許彎沉值（0.01mm）

Ne——設計車道的標準軸載（100kN）累計當量軸次

Ac、As、Ab——公路等級、面層類型和基層類型系數

2.現行設計指標和參數94

■

層底拉應力

——計算點的層底拉應力（MPa）

——材料容許拉應力和劈裂強度（MPa）

ks——材料疲勞應力系數；

a——系數，瀝青層0.09、無機結合料穩定粒料0.35、無機結合料穩定土0.45；

b——系數，瀝青層0.22，半剛性層0.11

95

■材料參數

*路基模量：承載板法*無機結合料穩定材料：壓縮模量和劈裂強度*瀝青混合料：15?C或20?C壓縮模量15?C劈裂強度■

環境參數*溫度對瀝青混合料性質的影響未考慮*濕度對模量的影響未考慮

96結構設計控制指標路表彎沉路表彎沉為綜合性、表觀性指標，具有非唯一性，無法包容各種損壞，難以協調各單項損壞指標柔性基層瀝青路面的指標和參數有待補充材料性質指標和測試方法未反映其力學特性

應力依賴性、溫度依賴性和濕度依賴性

存在問題結構設計控制指標路表彎沉存在問題973.研究方案遵循力學-經驗法針對不同損壞的多指標體系建模以室內試驗為主，ALF試驗驗證和修正當量損壞法分析材料參數選用力學指標和科學試驗方法測定參數采集按三層次要求以國內外的前沿水平為基礎3.研究方案遵循力學-經驗法98二、路面結構組合

結構組合方案結構損壞類型二、路面結構組合結構組合方案991.結構組合方案

材料類型瀝青結合料類熱拌瀝青混合料、SMA、OGFC、瀝青貫入碎石、瀝青表面處治無機結合料類水泥或石灰-粉煤灰或石灰穩定碎石、礫石或土粒料類級配碎石、級配礫石、填隙碎石、未篩分碎石、天然砂礫、1.結構組合方案100

粒料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝青表面處治聯結層密級配瀝青混凝土或缺失基層基層級配碎石、填隙碎石

底基層級配碎（礫）石、填隙碎石水泥、石灰-粉煤灰或石灰穩定碎（礫）石或土墊層（季凍區）不易凍脹的粒料（細料含量小于6%~10%的礫類土）路基路床頂面模量要求50MPa、80MPa或100MPa

粒料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝101

瀝青類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝青表面處治聯結層密級配瀝青混凝土或缺失基層基層熱拌瀝青混合料

熱拌瀝青混合料、瀝青貫入碎石底基層級配碎石水泥、石灰-粉煤灰或石灰穩定碎（礫）石或土墊層（季凍區）不易凍脹的粒料（細料含量小于6%~10%的礫類土）路基路床頂面模量要求50MPa、80MPa或100MPa

瀝青類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝102

無機結合料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGFC、瀝青表面處治聯結層密級配瀝青混凝土或缺失基層基層水泥或石灰-粉煤灰穩定碎石底基層級配碎（礫）石、填隙碎石水泥、石灰-粉煤灰或石灰穩定碎（礫）石或土墊層（季凍區）不易凍脹的粒料（細料含量小于6%~10%的礫類土）路基路床頂面模量要求50MPa、80MPa或100MPa

無機結合料類基層面層磨耗層密級配瀝青混凝土、SMA、OGF1032.結構損壞類型

開裂類

瀝青層疲勞開裂無機結合料穩定層疲勞開裂瀝青面層低溫縮裂

瀝青面層反射裂縫?

變形類瀝青層永久變形粒料層和路基永久變形

2.結構損壞類型

開裂類104結構損壞類型

路面類型瀝青類和粒料類基層無機結合料類基層面層厚度厚中厚薄厚中厚、薄主要損壞永久變形（面層）疲勞開裂永久變形（粒料層和路基）疲勞開裂次要損壞疲勞開裂永久變形-永久變形反射裂縫冰凍地區低溫縮裂（面層）結構損壞類型

路面類型瀝青類和粒料類基層無機結合料類基層面105三、路面損壞模型瀝青層疲勞開裂無機結合料層疲勞開裂瀝青層低溫縮裂瀝青層永久變形路基永久變形三、路面損壞模型106路面損壞模型

?分析國內外已有模型，比選出合適的模型模式和自變量

?制定標準試驗方法?室內試驗和試驗路（ALF）試驗，標定模型參數?長期使用性能觀測資料和設計實踐經驗積累，逐步驗證和修正模型參數路面損壞模型

?分析國內外已有模型，比選出合適的模107路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，常應變，618組）

ε—應變，SO─彎曲勁度模量，VFA─瀝青飽和度

彎曲模量轉換壓縮模量(Christensen)（31組試件）

路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，常應變，6108

應變控制加載模式適于厚度≤5cm

應力控制加載模式適于厚度≥20cm

介于上述兩種情況之間用Sigmoidal曲線過渡。

模式系數

MF——模式系數，應力控制MF=-1,應變控制MF=+1；

A——勁度模量下降（％），應力變化（％）；

B——勁度模量下降（％），應變變化（％）。

分析464個路面結構建立模式系數回歸公式。損壞模型

瀝青層疲勞開裂應變控制加載模式109路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂模式系數（MF）疲勞關系式路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂模式系數（MF）110

路面損壞模型

瀝青層疲勞開裂

ALF驗證試驗路面損壞模型

111損壞模型

瀝青層疲勞開裂ALF驗證

k1=1.368，k2=–5.790軸載修正（160kN→100kN）

軸載系數6.554橫向分布修正

橫向分布系數2.03疲勞開裂模型損壞模型

瀝青層疲勞開裂ALF驗證112損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，147根試件）室內疲勞開裂模型

混合料類型應力比樣本數疲勞關系式水泥穩定砂礫0.7,0.6,0.5515水泥穩定碎石懸浮密實19骨架密實19骨架空隙0.7,0.5514水泥穩定土0.7,0.6,0.5520二灰穩定碎石懸浮密實0.85,0.8,0.720骨架密實19損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂室內疲勞試驗（彎曲，14113損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂損壞模型

無機結合料穩定層疲勞開裂114損壞模型

瀝青層低溫縮裂瀝青低溫性能指標低溫延度、低溫針入度、當量脆點*低溫蠕變勁度（彎曲梁流變儀BBR）（路面最低溫度加10?C

）S<300MPa*蠕變曲線斜率（彎曲梁流變儀BBR）（路面最低溫度加10?C

）m>0.35*斷裂應變（直接拉伸DT）（路面最低溫度加10?C

）ε>1%

臨界開裂溫度低于路面最低溫度*為借鑒AASHTO瀝青規范

損壞模型

瀝青層低溫縮裂瀝青低溫性能指標115損壞模型

瀝青層低溫縮裂

基質瀝青低溫性能指標驗證路段調查和測試路段平均縫距路齡BBR(-12?C)BBR(-18?C)DT(-12?C)DT(-18?C)臨界開裂溫度(?C)S(MPa)mS(MPa)m應變(%)應變(%)T110m6年4530.378450.242.530.46-18.2T23660.346640.252.450.31-17.9T33920.357600.242.140.45-30.1T44170.419310.272.210.64-18.7T520m2660.395500.283.210.64-27.1T62450.395460.283.420.74-25.0Y15年2940.355260.292.670.55-25.7Y22780.355220.302.750.59-26.8Y32880.355400.292.660.52-28.9T750m6年2380.435230.333.780.93-28.0D70m4年1410.403460.303.291.04-29.6X3年131