《公路沥青路面设计规范》条文说明

《公路沥青路面设计规范》

JTGD 50－2004

    条 文 说 明
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

     
     
     
     
     
    2004年9月16日
    
1  总  则
    1.0.1  由于国民经济发展，带来交通量激增和重载车增多，对路面设计和施工是一个挑战。为提高路面设计水平和工程质量，减少早期损害，总结工程实践的经验教训，吸纳新的科研成果，有必要对原规范进行修订。
     
    1.0.3  路面设计工作是一个系统工程，它不是单纯地厚度计算。因原材料性质决定沥青混合料或各种基层混合料的物理力学特性，各种混合料的性质决定了各结构层的路用性能，所以，材料直接影响路面质量与耐久性。各结构层的组合与当地的气候、交通量与交通组成密切相关，合理的结构组合，使路面获得经济、耐久效果。厚度计算与材料设计参数取值直接相关，没有实测材料参数厚度计算缺乏依据。若缺原材料调查，无合理材料单价，可导致变更设计，突破投资。故设计人员应重视材料调查，选用符合技术要求，经济合理材料，防止简单地套用路面结构，把设计变成是厚度计算。
    设计工作包括以下具体内容：
    1 调查与收集有关交通量及其组成资料，积极开展轴载谱分布的调查、测试工作；
    2 收集当地气候、水文资料，了解沿线地质、路基填挖及干湿状况，通过试验或论证确定路基回弹模量；
    3 设计人员应认真做好路用各种材料的调查，并取样试验，根据试验结果选定路面各结构层所需的材料；
    4 施工图设计阶段应进行混合料的目标配合比设计，并测试、确定材料设计参数；
    5 拟定路面结构组合，采用专用程序计算厚度；
    6 对路面结构方案进行概算、技术经济比较，进行初期投资或长期成本寿命分析，提出推荐的设计方案。但是目前我国尚未建立初期投资、营运中的维修、养护费用等全过程的技术经济预估模型，希望有条件的设计、科研单位开展这方面的工作，积累资料。
    7 认真做好路面排水、路面结构内部排水和中央分隔带排水系统设计，使路面排水通畅，路面结构内部无积水滞留。
     
    1.0.4  该条文仅增加了路面设计应符合国家环境保护的有关规定，设计中应注意废弃料的处理，不能污染环境。鼓励积极开展旧沥青面层、破碎水泥混凝土板和旧基层材料的再生利用，节约资源，保护环境。
     
    1.0.5  分期修建的方案，由设计单位根据实际情况决定。
     
    1.0.6  新条文强调了设计目的不仅确定路面结构厚度，还应为行车提供快捷、舒适、安全、稳定、耐久的服务功能。现行弹性层状理论设计方法和设计指标，主要是考虑在车辆荷载的反复作用下，使路面具有相应的整体刚度（即承载能力），以及抵抗各结构层因拉应力或拉应变而产生的疲劳破坏。对于当前出现的水损害、车辙、推移、拥包等病害，用弹性层状理论尚难以得出符合实际的设计结果，故需通过沥青混合料的性能设计，合理的结构组合等因素间接地控制。沥青混合料的高温、低温、疲劳、水稳性等性能的各影响因素，有的是相互矛盾的，因此在沥青混合料设计时，应结合各地的环境条件，抓住主要矛盾，综合、全面地考虑各种性能的平衡进行设计。
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
    2  术语及符号
    2.1  术  语
    2.1.1~2.1.8  近年来，由于交通事业发展而出现了路面结构类型多样化的趋势，有必要明确各种沥青路面结构的定义，以避免路面结构概念称呼的混乱，更有针对性地开展研究工作。因此，将基层分为三种：半刚性、柔性、刚性基层。沥青路面分为半刚性基层沥青路面，柔性路面，贫混凝土路面，混合式基层路面。。
     
    2.1.16~2.1.17  原规范未明确最大粒径和公称最大粒径的定义，新规范加以明确。级配的粒径以公称最大粒径命名，如AC-13其公称最大粒径为13mm，最大粒径为16mm。
    最大粒径是指混合料中筛孔通过率为100%的最小筛孔尺寸。公称最大粒径是指混合料中筛孔通过率为90～100%的最小筛孔尺寸。
     
    2.1.24  在路面结构或混合料的设计应考虑其最不利状态。在厚度计算时应考虑路面材料、路基的回弹模量在一年的季节变化中处于强度最低的状态为最不利。对路基而言，冰冻地区系指春季冻融时期，非冰冻地区系指雨季，因各地的雨季不同，不利季节也不同，有的地区是梅雨季节最不利，有的地区是雨量大或雨期长的季节是最不利季节。
    对沥青混合料设计而言，对无冰冻地区以夏季高温状态为最不利季节；对冰冻地区以冬季低温状态为最不利季节。
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
    3   一般规定
    3.1 交通量
    3.1.1  根据《重载沥青路面设计规范》研究报告，国外资料表明“世界上采用100KN为标准轴载的国家最多，占34%；以80KN为标准轴载的国家次之，占28%；标准轴载大于100KN的国家占26%；标准轴载为60KN或90KN的国家各占6%。”由于我国采取加强行政管理措施，限制超载，仍以双轮组单轴100KN为标准轴载。特殊运煤、运建筑材料等重载车为主的公路，据调查重载、超载车多的公路，其轮胎接地压强可达0.8~1.1Mpa，相应的接地面积也有一定增加。因此，设计人员应根据实测的轮胎压力、当量圆直径资料，经论证适当提高荷载参数进行计算。
     
    3.1.2  以弯沉值为设计指标时的轴载换算公式，原规范限定在双轮组单轴重为130KN之内使用，据《重载沥青路面设计规范》研究报告，从理论计算和实际检测的结果，再次确认路面弯沉比与荷载比的b次方成正比关系，并根据ALF加速加载试验，湖北襄樊试验路，津围公路，以及用落锤式弯沉仪FWD在郑洛高速公路、八达岭高速公路的试验分析结果，当路面弯沉在20—40(0.01mm) 内，b值平均为0.93，原规范b值平均为0.87，前者比后者大6%，考虑柔性结构的弯沉值比半刚性基层大些， b值应小些，因此，轴载公式可不改变。根据研究报告，实测轴重达200KN，计算分析轴重达250KN，故将轴重适用范围可扩大至200KN。
    沥青面层以拉应力为设计指标时，b值取0.87，指数方为3.95，b值取0.93，指数方为4.22，法国柔性路面用5次方，Al美国沥青协会采用4次方计算，英国采用4次方计算，澳大利亚采用5次方，日本采用4次方，因此，我们推荐与弯沉等效相同用4.35次方。
    当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时, 轴载系数公式未变，仍以8次方计算。关于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时，如何进行轴载换算？用拉应力等效模式的轴载换算公式，对贫混凝土基层疲劳方程做的工作不多，从长安大学的研究结果得知，贫混凝土的疲劳方程如下式推导，轴载换算为12.79次方。
    Ks=σs/σr=0.513Ne0.0677
    根据国外资料可知，法国为12次方，澳大利亚对稳定类的指数也为12次方，因此本规范建议贫砼基层采用指数为12次方计算。
     
    3.1.3  路面设计年限是指路面完工开始营运起，在正常养护和维修、罩面的条件下至路面服务性能下降到需大修时的时间，原规范一般规定为6~15年。但与国外相比，我国规定的设计年限较短。根据国外资料，路面设计中有设计年限和分析年限之分，设计年限的概念与我国相同，分析年限是用于进行长期性能、寿命评价用。如美国AASHTO设计法，分析年限对交通量大的城市道路为30~50年，交通量大的郊区道路为20~50年；对交通量小的城市道路为15~25年，交通量小的砂砾路面为10~20年。设计年限一般为10~20年。英国、法国、德国、南非设计年限一般为20年。澳大利亚设计年限为20~40年，加铺罩面为10~20年。日本的设计年限，从疲劳开裂出发为20年，但是，管理者可根据交通情况、环境、路面寿命成本效益，可用稍长或稍短的设计年限。因此，新规范在原有基础上对特殊情况可适当延长设计年限。对改、扩工程，因公路等级和工程规模不同，由各省市根据具体情况，确定设计年限。
     
    3.1.4  新建公路根据《工程可行性研究报告》提供的交通量OD调查资料，可得到多年各种汽车交通量(自然车辆数)构成，即小客车、小型货车、大客车、中型货车、大型货车、拖挂车等各种车型组成的比例，以及预估第一年或设计年末的日平均汽车交通量。设计时应对各种车型的轴重分布情况进行调查，可不考虑小客车，小货车，中客车，主要调查大客车，中货车、大型货车，拖挂车等的数量与轴重分布情况，并应根据交通载重的实际情况，计入空载、满载、超载等因素，更真实地预估设计交通量。
    对改建工程可根据有代表性的月、日、时的实测轴载谱，或调查的各类型车的轴载分布资料，可将单轴大于或等于25KN的各种车辆分别按轴重每10KN分级排列，按本节规定计算前、后轴的轴重换算系数αi，并考虑轮组系数C1和轴数系数C2影响。
     
    3.1.8  增加交通量等级的原因：
    1 路面厚度计算中采用设计年限内一个车道累计当量标准轴次Ne作为依据，但是，累计当量标准轴次它不能完全反映车辆荷载对路面产生车辙、平整度、耐磨抗滑等性能指标的直接作用，则难以用累计当量标准轴次建立直接相关性。
    2 在材料与混合料的设计、结构设计等方面，一般均考虑公路等级的关联，但从有关调查资料分析可知，同一公路等级的交通量及组成却大不相同。这样造成对交通量小的高速公路的技术要求过高，而对交通量很大的二级公路的技术要求却偏低，因此，有必要根据国内交通的实际情况，在考虑公路等级的同时，也考虑交通量等级。
    3 国外交通量的分级，多采用日平均货车或大型车分级，如澳大利亚、法国、德国、日本等，也有用累计当量轴次(万次)进行交通量分级，如美国沥青协会AI、南非等，一般分为四至七级或更多。我国过去多以累计当量轴次(万次)表征交通量的大小，鉴于考虑多种性能指标，以及对材料、混合料的设计、结构设计等方面技术要求，有必要增加以汽车为主的划分交通量等级方法。根据国家干线公路交通调查资料划分等级为七级，经综合分析，考虑我国汽车交通量构成比例、国道交通量和高速公路上(中型标准车)的分级，将我国交通量划分为五级，分为特轻、轻、中、重、特重交通等级。因我国地域大、东西南北地域的经济发展极不平衡，交通量分布相差也很大，因此划为五级是合理的。
    3.2  对路用材料的技术要求
    3.2.1 沥青标号和沥青技术指标的选择与工程所在地的气候密切相关。一般情况下宜按公路沥青路面施工技术规范选择划分气候区、选择沥青标号。
    由于最热月份每天最高气温的平均值表征的气温低于最热月份连续七天的最高气温平均值，而车辙最容易在最热的几天发生。因此，有的地区在选择沥青标号和沥青技术指标时，参考了美国Superpave的PG分级方法，用历年最高月气温中连续七天高温的平均值和98%保证率，并考虑气温与路面温度的相关关系，计算路面最高温度，以此选择沥青高温技术指标。同时以历年极限最低气温选择低温技术指标。该方法己在部分省中使用。附录B提供部分地区1960年至2000年累计的气象资料整理，供使用。当连续七天高温的平均值小于30℃的地区可视为凉区；当平均值为30℃~35℃的地区为温区；当平均值大于35℃的地区为热区。各地可根据气温资料，建立与路面下2cm深处的温度与当地的气候、地理参数等建立相关关系，预估路面最高温度。
    气候区划为热区，对夏季持续高温较长,或重载车较多的高速公路，可选用稠度高、60℃粘度大的沥青；对气候区划为凉区，宜选用稠度较低、低温延度较大的沥青。
    当沥青层为二至三层