美國瀝青路面設計方法簡介

程 銳

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

美國瀝青路面設計方法簡介

程 銳

(黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

美國各州公路及運輸工作者協會(AASHTO的方法是以20世紀50年代后期至60年代初在渥太華、伊利諾伊州進行的AASHO道路試驗所得到的大量試驗成果為基礎的。1961年第一次出版了暫行指南,后來經多次修訂,于1986年出版了現版設計指南。 AASHO道路試驗所得到的經驗性方程,在現行指南中仍作為基本模型。但是由于初始的方程是在試驗路當地特定的氣候條件下,針對某種特定路面材料和地基士推導出來的。所以經20多年來工程實踐,多次進行修訂,現行指南已能運用于美國其他地區。

美國瀝青路面;設計方法;簡介

1 設計變量

(1)時間約束。為了充分發揮投資效益, AASHTO設計指南鼓勵對交通量大的工程采用較長的分析年限。

(2)交通。設計方法以預計的80 kN(18 kip)累計當量單軸荷載(ESAL)為根據,并考慮交通量的逐年增長系數和車道分布系數。若路面設計采用的分析年限內沒有任何大修或重新罩面,則取整個分析年限的總累計軸載ESAL作為設計依據,若考慮分期修建,在分析年限內預期要進行大修或重新罩面,則需要繪制累計軸載數ESAL隨時間變化的曲線,由此得到任意時段的ESAL 值。

(3)可靠度。可靠度設計是將某種可靠程度納入設計過程的方法,以確保各種設計方案在分析年限內一直有效的可靠概率。設計所用的可靠度水平隨交通量、交通疏散的難度和公眾對預期效率 的增加而提高。表1提供了不同功能等級道路所建議的可靠度水平。

表1 對不同功能等級道路提供的可靠度水平 %

分析年限至少包括一次大修期,因而應等于或大于工作年限。

工作年限是指新建路面結構至需要大修以前的時間,或者是兩次大修之間的時間,這相當于新建、重建或經過大修的路面結構,由其初始服務能力開始損壞,至最終服務能力所經過的時間。工作年限的選定應充分考慮路面的功能等級、養護維修的類型和水平、初次修建的資金、壽命周期費用等因素。

分析年限為設計方案所包括的時段,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劃大修在內。根據壽命周期費用分析,采用較長的分析年限更符合比較長期的策略。分析年限劃分標準見表2。

表2 分析年限劃分標準 年

應用于可靠度設計的標準離差對柔性路面采用0.45,對剛性路面采用0.35,這相當于方差為0.202 5和0.122 5。

當考慮分期修建時,各時期的可靠度組合起來必須滿足總的可靠度,即

R期=(R總)1/n

(1)

式中：n為期數,如預計分兩期修建,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)土基與環境修正式(14-53)僅適用于AASHO道路試驗段的土基狀況,即有效土基回彈模量為20.7 MPa (3 000 PSI)的柔性路面。對于其他土基及環境條件,經修正為式(2) ,即

(2)

式中:MR為路基土有效回彈模量。

(2)降水,排水條件修正。考慮到當地降水、排水條件與試驗路的差異,通過式(3)作修正。

(3)

式中:m2為基層的排水系數;m3為底基層的排水系數。

(3)可靠度保證率修正。按式(3)計算,使PSI降至Pt的80 kN單軸軸載通行次數W18等于Wtl8,設計的可靠度僅為50%,因為該式中所有的變量均為平均值,為了達到要求的可靠度水底平,W18必須小于Wtl8一個正態偏移ZR,如圖1所示。

圖1 基于ESAL的設計可靠度

(4)

式中:ZR為給定可靠度R的正態偏移,由表3查得;S0為標準離差。

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

(5)

U412

C

1008-3383(2017)10-0084-01

2017-04-18