美國瀝青路面設(shè)計方法簡介

程 銳

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

美國瀝青路面設(shè)計方法簡介

程 銳

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院，黑龍江 哈爾濱 150080)

美國各州公路及運輸工作者協(xié)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(chǔ)的。1961年第一次出版了暫行指南,后來經(jīng)多次修訂,于1986年出版了現(xiàn)版設(shè)計指南。 AASHO道路試驗所得到的經(jīng)驗性方程,在現(xiàn)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?shù)靥囟ǖ臍夂驐l件下,針對某種特定路面材料和地基士推導(dǎo)出來的。所以經(jīng)20多年來工程實踐,多次進行修訂,現(xiàn)行指南已能運用于美國其他地區(qū)。

美國瀝青路面;設(shè)計方法;簡介

1 設(shè)計變量

(1)時間約束。為了充分發(fā)揮投資效益, AASHTO設(shè)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(shè)計方法以預(yù)計的80 kN(18 kip)累計當量單軸荷載(ESAL)為根據(jù),并考慮交通量的逐年增長系數(shù)和車道分布系數(shù)。若路面設(shè)計采用的分析年限內(nèi)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(shè)計依據(jù),若考慮分期修建,在分析年限內(nèi)預(yù)期要進行大修或重新罩面,則需要繪制累計軸載數(shù)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(shè)計是將某種可靠程度納入設(shè)計過程的方法,以確保各種設(shè)計方案在分析年限內(nèi)一直有效的可靠概率。設(shè)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(yù)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(yīng)等于或大于工作年限。

工作年限是指新建路面結(jié)構(gòu)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(jīng)過大修的路面結(jié)構(gòu),由其初始服務(wù)能力開始損壞,至最終服務(wù)能力所經(jīng)過的時間。工作年限的選定應(yīng)充分考慮路面的功能等級、養(yǎng)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(shè)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(nèi)。根據(jù)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(yīng)用于可靠度設(shè)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(shù),如預(yù)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(huán)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(huán)境條件,經(jīng)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?？紤]到當?shù)亟邓?、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(shù);m3為底基層的排水系數(shù)。

(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(shù)W18等于Wtl8,設(shè)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(tài)偏移ZR,如圖1所示。

圖1 基于ESAL的設(shè)計可靠度

(4)

式中:ZR為給定可靠度R的正態(tài)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(shù)△PSI代換(4.2 -Pt)，可得到經(jīng)各種修正之后的設(shè)計方程式:

(5)

U412

C

1008-3383(2017)10-0084-01

2017-04-18