柔性路面结构设计方法

内容简介

本书系柔性路面设计理论及结构设计方法专著，具有较高的学术价值。本书介绍的我国柔性路面科研成果共获8项奖励，有两项获国家级奖。本书共两篇，其内容包括第一篇述评国际上有影响的柔性路面设计理论及设计方法；第二篇介绍我国柔性路面设计方法的发展，重点介绍已列入公路及域市柔性路面设计规范的新设计方法，并对有关问題一一加以论证。此外，还对半刚性基层沥青路面结构设计方法提出了设想，可供研究人员参考。本书可供公路、城市道路、林业道路、厂矿道路工程技术人员及有关院校师生参考。 曾任同济大学道路与交通工程研究所所长，现任研究员，兼任中国公路学会理事、中国土力学及地基基础工程学会理事。享受国务院特殊津贴，是我国公路届资深专家。2100433B

柔性路面设计是指适用于柔性路面结构的设计方法体系。该体系自20世纪初开始逐步形成，并日趋完善。设计内容包括路面结构组合设计;结构层厚度设计与强度验算;结构层材料组成设计等 。

柔性路面设计法始见于1901年美国麻省道路委员会第八次年会上的公式，尔后40年提出了各种设计公式，至1940年戈德贝克公式为止，均属初期的古典公式，其特点都是以轮载分布到土基上的应力大小为依据。

随着土质学、土力学的发展，40年代后，柔性路面设计转以经验法为中心，如1940年美国堪萨斯州的三轴法，哈费氏的平板试验法，1942年O.J.波特的加州承载比(CBR)法,1943年加拿大的麦克劳德法，1947年加州的维姆法,直至1950年美国陆军工兵部队发展的CBR法。而1955年的美国各州公路工作者西部协会 (WASHO)和1962年的美国各州公路工作者协会(AASHO)的道路试验,则更是近代经验法的基础 。

1943年D.M.伯米斯特发表了弹性层状体系理论，为柔性路面设计理论奠定了基础，到第二次世界大战结束，随着电子计算机的发展和测试技术的进步，把弹性层状体系理论和WASHO、AASHO试验路结果相联系，提出了完整的设计方法及其电算程序或诺模图，成为现代理论法的先声。继此，各国竞相前进，成为发展趋势。

近年来，由于大型电子计算机的普及，理论基础的完善，规划科学化、结构典型化、材料规格化、施工机械化，已有可能从规划、设计、施工直至使用作为一个整体，从最佳经济效益出发，走系统设计的方向。

柔性路面设计方法门类繁多，但基本上可分为经验法 和理论法两大类 。

柔性路面设计经验法

以道路试验及对道路所进行的观测数据为基础，设计时以不同的交通条件、土基及路面材料室内和现场试验结果为依据，结合本国实际情况，确定经验公式或设计曲线。经验法中影响最大者为 CBR设计法和AASHO设计法。

CBR设计法

加州承载比CBR试验，为测定土基和粒料基层材料相对强度的试验法。美国加州公路局1928～1929年进行道路调查,于1942年提出土基CBR值与路面厚度关系曲线，后经波特和美国陆军工兵部队的共同努力。

AASHO设计法

1962年提出,以路面使用性能降低的原因为依据，确定交通量与路面厚度的关系。设计参数有路基支承值、地区系数、80千牛标准轴载累计数，根据不同的临界状态的计算图查得路面厚度指数，再以适当的材料等效强度系数换算为实际厚度确定路面结构。

典型结构法

如德意志联邦共和国法，以本国经验为基础,吸收AASHO成果，结合本国对防冻设计的成就而成。

旧路补强设计。以旧路不利季节的弯沉测定为基础，根据补强层材料的试验路求得其补强效果，以经验公式或经验曲线决定补强厚度。加拿大、中国等国都制订过这种方法。

至于美国地沥青协会(A.I.)旧法、英国法、日本法等都是综合CBR法和AASHO法的结果，或以诺谟图表示或以公式表示。

柔性路面设计理论法

当代理论法都以弹性层状体系理论为基础，路面结构以各层材料弹性模量比值和各层厚度与荷载当量半径比值表示,并分别采用不同的泊松比,用电子计算机算得各层的应力和应变。再结合路面的疲劳试验规律和实际行车反复荷载次数间的关系,通过实践总结,制定防止损坏的标准容许应力值或应变值，使内力与外力平衡得到合理的路面结构和各层厚度。如不符合要求，则调整结构及厚度或重作材料组成设计至符合为止。故此法实际上是半理论半经验设计法 。

柔性路面设计壳牌石油公司法

1963年提出,1978年修正，以三层体系（连续、滑动、半滑动）为基础，后发展到采用多层体系BISAR程序(见路面力学计算),参考了WASHO、AASHO道路试验结果制定，采用双圆垂直荷载图式、标准轴载80千牛，特殊情况时考虑水平荷载。设计时控制土基压应变防止路面永久变形，分别控制层底拉应变或拉应力，防止沥青面层或水泥土基层的拉裂。有设计手册可用。

柔性路面设计苏联法

1972年制定，以双层体系（连续或滑动）为基础，计算中层拉应力时用三层连续体系近似诺谟图。采用单圆垂直荷载。设计时控制土基的剪力或路表弯沉值计算总厚度，控制沥青类面层和无机结合料稳定基层层底的拉应力或粒料基层剪应力防止路面开裂。有设计诺谟图可用。

美国地沥青协会(A.I.)新法。1981年利用切夫隆科研公司三层或四层连续体系的计算程序为基础，采用双圆垂直荷载，标准轴载80千牛，设计时控制层底拉应变和土基压应变。有设计手册可用。

柔性路面设计中国法

1978年制定，双层连续体系为基础，对多层用等效层法计算，采用双圆垂直荷载，标准轴载60千牛和 100千牛。设计时控制路表弯沉值计算厚度。1982年建议以三层体系(连续或滑动)为基础，多层用当量换算或n层计算程序,采用双圆垂直和水平的综合荷载、标准轴载 100千牛。除控制路表弯沉值防止路面整体损坏外，还控制层底拉应力防止路面开裂，并控制沥青类表层剪应力防止面层推挤滑移。有全套诺谟图和在袖珍电子计算机上普及使用的设计程序可用。 2100433B