1、國內外典型路面設計方法目前，國內外典型的路面設計方法分為柔性路面設計法和剛性路面設計法。典型的柔性路面設計方法分為理論法和經驗法，其中理論法包括SHELL法、AI法，前蘇聯法；經驗法包括AASHTO法、CBR法、日本設計法、英國設計法。典型的剛性路面設計方法包括AASHTO設計方法、PCA設計方法、日本設計方法、港口道路、堆場鋪面設計方法、英國港口鋪面設計方法。下面依次介紹各種設計方法的主要技術標準。1 典型柔性路面設計方法1.1 SHELL設計方法SHELL設計方法是把路面當作一種多層線形彈性體系，其中各層材料用彈性模量E和泊松比表征。在基本設計方法中，路面結構假定為層間接觸連續的三層體系，

2、下層為路基，中間層為粒料或水泥穩定類基層和墊層，上層為瀝青層，包括表面層、結合層和下面層。路面模型見圖1圖1 SHELL設路面模型SHELL設計標準包括兩項主要設計標準：路基表面垂直壓應變以及瀝青層底面的水平拉應變；兩項次要設計標準：水泥穩定類基層底面拉應力（或應變）以及路表總變形；其他次要設計標準：基層或底基層無結合料材料最小模量、瀝青層低溫縮裂。路基表面垂直壓應變的計算85%95%瀝青層底面的水平拉應變的計算系數C決定拉應變是否產生在層底C133mm， 出現在層底C133mm，h1200mm，位于h1下半部分（E2/E10.6）h1200mm，位于h1上半部分SHELL法的設計參數由荷載與

3、交通、溫度與濕度、材料特性決定，各自的計算方法如下：荷載：80KN 單軸重20KN 接地壓力P=0.6MPa 速度5060/h加荷時間0.02s軸載換算溫度建立平均溫度（年加權平均氣溫）與瀝青層溫度的關系，濕度去最不利季節參數。材料特性：路基 松散材料 取決于厚度h2和下面路基模量E3h2以mm計，2K24整體材料瀝青混合料 勁度模量 瀝青含量，瀝青勁度及混合料空隙Cv混合料剝落空隙率 Cv=VAVA+VLVA集料體積VL瀝青體積SHELL法的設計步驟可按以下步驟進行：擬定瀝青層厚度計算瀝青層的有效溫度選定材料組成，求出各層模量計算瀝青層底面的水平拉應變計算路面的試驗壽命和使用壽命比較調整SH

4、ELL法有如下優點：1在路面力學模型方面，雖然以彈性層狀體系理論為基礎，但考慮了材料的非線性和粘彈性特性，在研究過程中曾以非線性層狀體系理論和粘彈性理論來進行對比分析，對理論在設計中的適用性又做了大量驗證工作，在理論上較為完善。2電算程序功能較為齊全，可計算多種層間接觸條件下的任意點的應力、應變和位移。又能考慮粒狀材料的非線性。3在荷載圖式方面，既有垂直荷載又考慮了汽車在剎車、轉彎時的水平力。設計指標方面采用了六項標準，用于控制各種路面破壞現象。4設計曲線使用方便，基本不再依賴實驗室試驗就可進行設計。同時，SHELL法也有以下缺點：1車轍預估模型無法說明使用改性瀝青對減少新建路面車轍的效果。2

5、軸載換算以等量的輪胎接觸壓力為基礎，因此無法解釋軸載不同，構型不同而接觸壓力相同的情況下，路面產生的車轍量不同的現象。3在求混合料的勁度時假定瀝青勁度等于非彈性部分勁度，未考慮彈性部分。4道路永久變形計算方面原則正確，但計算公式忽視了路基和基層部分變形 。1.2 AI設計方法AI設計法從1955第一版開始直到1970年8月的第八版，全厚式瀝青混凝土路面的經驗設計法，主要以AASHTO道路試驗、WASHO道路試驗和一些英國試驗路的數據為依據 。1981年9月的第九版，提出了以彈性層理論及經驗的破壞準則為基礎的力學一經驗設計方法，可用于設計全厚式瀝青路面和深層高強瀝青路面。1983年進行了MS-1

6、修訂，提出了專門的設計程序CP-1 DAMA，并研制了能覆蓋二個不同溫度范圍的系列設計圖表，然而代表美國很大一部分地區的只有一張圖表。1991年又提出了MS-1第九版的修正版和新的CP-1 DAMA程序，包括了三個不同溫度區范圍的路面厚度設計。AI法的理論基礎是把路面看成多層彈性體系，各層材料以彈性模量和泊松比表征，并考慮了瀝青混合料的粘彈性和粒料的非線性等特征。設計準則有疲勞準則和永久變形準則，設計指標則為瀝青層底面的水平拉應變t和路基表面的豎向應變c。瀝青層底面拉應變按下式計算：N路面開裂時的荷載作用次數 加荷時拉應變a,b系數，根據疲勞實驗得出，修正后用于現場當采用Finn法時N18KP

7、作用時等效的單軸作用次數E*瀝青混合料的勁度模量SVa空隙率Vb瀝青體積率路基表面的垂直壓應變按下式計算：l,m系數，與設計方法有關AI法的設計參數包括荷載、溫度、土基回彈模量、瀝青混合料動態模量或回彈模量。各參數的確定方法如下：荷載：采用結構系數 SN=5 耐用指數 Pt=2.5 時情況時，計算公式如下溫度：瀝青層內月平均路面溫度z路面深度（英寸） z=1/3瀝青層厚材料特性： AC動態模量 P200通過200號篩集料的概率，取5%f加載頻率Vv空隙率 華氏70時瀝青粘度T溫度Vb瀝青用量 乳化瀝青在溫度T，硬化時間t時的模量 未處治粒料勁度模量K1,K2系數 一般取K1=800012000

8、0，K2=0.5第一應力不變量 =1/3(1+2+3) 土基勁度模量AI法的設計步驟如下：選擇材料，求得各層材料特性依據設計壽命、各層材料模量和氣溫等環境因素， 采用DAMA計算求得路面結構各層的設計厚度經濟比較最終設計AI法吸收了各國有關路面設計方法的重大科研成果，把第七版和第八版所用的結構使用性能和功能特性（PSI）結合起來。在設計中采用了材料的動態彈性模量，與實際較符。但是AI法未考慮各項指標的疊加效果，沒有一個綜合指標，僅考慮了溫度對材料的影響，而未考慮濕度的影響，且當瀝青較薄，交通量小時，設計結果較為保守，所以適用于較厚的混凝土層。1.3 AASHTO設計方法 美國各州公路工作者協會

9、AASHO所推薦的設計法，是根據20世紀50年代末60年代初在渥太華和伊利諾斯州的大規模試驗路成果得到的，AASHO設計委員會于1961年先提出暫行設計指南，現已有1972年修訂、1986年版和1993年版。AASHO 試驗路的主要成果：提出了服務能力PSI的概念、提出了ESAL的概念、提出了結構數(SN) 的概念、提出了簡化的設計回歸方程。設計變量包括：時間約束、交通、可靠度、環境影響、服務能力。AASHTO試驗路基本方程式：19721986和1993SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m31. 取E2作為Mg,由圖2確定為了保護基層所需要的結構數SN1并用下式計算層1的厚度：D1SN1a

10、12. 取E3作為Mg由圖2確定為了保護底基層所需的結構層數SN2，并用下式計算層2的厚度：D2SN2-a2D2a2m23. 根據路基土回彈模量Mg，由圖2確定結構數SN3，并用下式計算層3的厚度：D2SN3-a3D3a3m3圖2 厚度選擇AASHTO設計法的基本步驟如下：選定使用性能期和分析期計算分析期內標準軸載累計作用次數選用可靠度參數確定設計標準考慮環境的影響確定路基土的有效回彈模量確定路面各結構層的層位系數選用排水系數制定第一階段設計方案確定各結構層厚度。現行AASHTO路面設計方法的缺陷主要有以下幾點：設計方法只適合于和AASHO試驗路相同的條件，一種氣候條件，新路的修建，兩年觀測數

11、據，ESALs不超過2百萬，50年代的車輛，材料和施工條件，ESALs的換算標準采用PSI，無法采用ESALs可靠地預測路面的損壞如車轍，疲勞開裂，錯臺等，AASHO試驗路的路基模量是3000 psi，相當于6 psi 應力差. FWD反算模量遠大于3000，造成路面加鋪厚度太薄。1.4 CBR設計方法CBR設計法依據CBR實驗設計路面，CBR為測定土基和粒料基層材料相對強度的室內試驗法。CBR=試樣加載強度標準加載強度×100%CBR法通過路況調查得出路面損壞的主要原因：由于路面滲水而路基土側向移動；基層承載力不均造成的不均勻沉降；路基土與地基承載力不足而造成過大的變形。這些都是與

12、土基和面層材料壓實度和抗剪強度不足有關，為了表示其強度大小，開創了CBR試驗法，通過建立CBR值、路面厚度、荷載三者之間的關系圖從而得到CBR設計曲線。CBR法采用如下計算公式：采用圓形均布荷載時1） 美國陸軍工兵部隊公式：2） 貝爾梯公式：3） 日本竹下公式CBR法時室內有效的實驗方法之一，他較承載板實驗法更難，但是他浸水時間只有四天，不能反映實際環境因素。CBR設計曲線理論基礎保守，設計參數中無交通量大小的概念，對輪壓的大小未予以重視，沒有使用標準和損壞標準。2 典型剛性路面設計方法2.1 AASHTO設計方法AASHTO設計法的標準包括可靠度、PSI、結構特性、環境對PSI影響。服務功能

13、指數PSI設計方程：logW18=ZRSO+7.35logD+1-0.06+logPSI4.5-1.51+1.624×107D+18.46+(4.22-0.32pt)logScCdD0.75-1.132215.63JD0.75-18.43Ekk0.25AASHTO設計參數包括：交通分析、砼抗彎拉強度和彈性模量、路面排水系數、接縫傳荷系數、地基設計反應模量、可靠度水平和總標準差。設計步驟如下：1、確定各項設計參數，2、確定地基的設計反應模量K，3、面板厚度設計（如下圖）K，EcScJCdPSIDK-地基反應模量；Ec-混凝土彈性模量；EC-混凝土平均彎拉強度；J-傳荷系數；Cd-排水系

14、數；D-板厚。AASHTO設計方法引進耐久性服務指數PSI，且提出不同道路等級應有不同的設計標準，以試驗路觀測資料為基礎，建立了PSI同板厚、地基反應模量K和標準軸載作用次數的關系采用PSI為設計指標，體現了路面使用性能，設計參數全面。2.2 PCA設計方法PCA的設計標準包括以下幾個：1. 混凝土板疲勞斷裂 2. 地基和路肩材料侵蝕、沖刷C2對不設混凝土路肩的路面為0.06，對有拉桿混凝土路肩的路面為0.94。設計標準同時還考慮接縫傳荷載能力、路肩類型、貧砼基層、三聯軸影響。設計年限一般為2040年。在PCA設計方法中，需要用到貨車的日平均交通量（ADTT）和軸載分布方面的資料。荷載安全系數

15、（LSF） 對于交通不受干擾和貨車交通量大的州際公路和其他多車道公路LSF=1.2 貨車交通量中等的公路和主干道，LSF=1.1貨車交通量小的道路和住宅區街道，LSF=1.0在特殊情況可高達1.3。PCA設計方法考慮板邊中間應力產生的混凝土疲勞和板角撓度產生的地基沖刷。通常在輕型交通作用下，薄層路面設計用疲勞分析控制，而在重型交通作用下，厚層路面設計用沖刷分析控制，對于常規混合軸載重量作用下的路面，單軸荷載易于疲勞開裂，雙軸荷載易于產生沖刷破壞。分別考慮每一個荷載組，并根據累積損份量總加起來，反復驗證厚度，直至兩項損份率均小于1；還考慮了接縫類型及路肩類型影響。2.3 港口道路、堆場鋪面設計方

16、法設計原則為：混凝土板的厚度，按荷載彎拉應力不超過容許荷載彎拉應力確定；混凝土面板荷載應力采用溫克爾(Winkler)地基上中厚板理論計算。設計參數包括：荷載、土基回彈模量、混凝土鋪面設計使用年限、基層材料的回彈模量、面層材料的彈性模量、底基層材料回彈模量。混凝土鋪面設計使用年限宜取30年。土基回彈模量和各層鋪面材料回彈模量，按照現行公路柔性路面設計規范中規定的試驗方法測定。設計步驟：1、初步擬定路面結構2、設計參數計算3、荷載作用次數計算 1）選取標準荷載 根據工藝荷載條件及重復荷載作用的影響選擇 2）計算流動機械年運行次數 流動機械年運行次數的估算方式： A、通過調查分析確定。 B、經驗公

17、式估算確定。Ni=ZiWi/intZr裝運機械的裝運量擴大系數； Wi 計算的裝運機械每年分擔的貨運量數（T或TEU）； 不平穩系數，單條道路或通道取1，多條道路或通道取1.50-1.60； 輪跡重疊系數，用作跨運車通道計算，取2，其他取1； i計算裝載量（T或TEU)，為裝運機械常用起吊、載重量。裝運集裝箱時取 1 ，一次裝運二箱時取2； nt可以分流的道路、通道條數，用作集裝箱堆場通道計算時，取集裝箱堆放 條數，用作件雜貨堆場通道計算時，取2，用作散貨堆場通道計算時，根據 情況確定。4、各層厚度驗算，流動機械荷載作用情況和集裝箱荷載作用情況A、計算底基（墊）層頂面當量回彈模量Et=(1-V

18、o2)EoWcVo-土基泊松比； Eo-土基回彈模量； Wc-雙層體系表面垂直位移系數Wc； 查雙層體系表面垂直位移系數Wc諾謨圖，得Wc值。B、計算基層頂面當量回彈模量及地基綜合反應模量Et=(1-V12)Et1Wc查雙層體系表面垂直位移系數Wc諾謨圖，得Wc值。C、計算荷載彎拉應力cc=Kd×Kr××bD、計算容許荷載彎拉應力aa=K1×K2×K3×K4×fcmE、判斷計算荷載應力c與容許荷載彎拉應力a的是否滿足0.95ac1.03a，若滿足，初擬板厚可作為設計板厚，否則，重新擬定板厚。3 鋪面設計針對瀝青鋪面設計建議：1、考慮路面結構在多種綜合損壞條件下的設計控制標準；2、考慮瀝青混合料的粘彈性和粒料的非線性；3、設計中采用材料的動態彈性模量；4、考慮路面材料對動態荷載的