6.1.2 沥青路面厚度设计
我国沥青路面设计方法采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论,以路表面的回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性及刚性材料基层底面弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。设计完成后,路面结构的路表弯沉和各结构层底弯拉应力均应满足设计指标要求。
1.路面设计年限
路面设计年限应根据经济、交通发展情况及该公路在公路网中的地位,考虑环境和投资条件综合确定。若有特殊使用要求,可适当调整。设计年限是一个计算累计标准当量轴次的基准年限,不等于使用年限或路面的使用寿命。
2.标准轴载及当量轴次换算
在路面设计时使用累计当量轴次的概念。但由于路面行驶的车辆类型很多,它们的轴载也不相同,必须选取一种标准轴载,并将各级轴载换算为标准轴载,从而计算设计年限内作用于路面的累计当量轴次。各国都根据本国国情确定标准轴载,我国路面设计以双轮组单轴轴载100 kN为标准轴载,用BZZ-100表示。当把各种轴载换算为标准轴载时,为使换算前后轴载对路面的作用达到相同的效果,应遵循两项原则:第一,换算以达到相同的临界状态为标准;第二,对某一种交通组成,不论以何种轴载的标准进行轴载换算,由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相同的。根据此轴载换算原则,建立轴载换算计算公式。
3.设计年限内设计车道上累计当量标准轴次
设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴载Ne按式(6.4)计算:
式中:Ne为设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴载,次/车道;t为设计年限,年;N1为路面营运第一年双向日平均当量轴次,次/日;γ为设计年限内交通量的平均年增长率,%;η为车道系数。
4.交通等级
路面结构在设计年限内承担交通荷载的繁重程度以交通等级来划分。我国交通量根据规定划分为轻交通、中等交通、重交通、特重交通4个等级。设计时,分别根据累计当量轴次Ne(次/车道)或每车道路、每日大客车及中型以上各种货车交通量Nn(辆/(d·车道))来划分交通等级。最后,取两种方法得出的较高的交通等级作为设计交通等级。
5.沥青路面设计指标
我国现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)中规定:高速、一级、二级公路的路面结构设计,以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标;三级、四级公路的路面结构,以路表面设计弯沉值为设计指标。有条件时,宜对重载交通路面进行沥青混合料的抗剪切强度的检验。
6.设计参数
在应用弹性层状体系理论进行路面结构计算时,必须确定路基土和路面各层材料的弹性模量值。工程上,通常采用承载板试验或弯沉测定的方法确定路基土和路面材料回弹模量值,并将这种回弹模量作为弹性模量。
(1)路基回弹模量值。路基回弹模量是路面结构设计的重要参数,它的取值不同会直接影响路表弯沉和各层内力的计算结果。在进行新建公路初步设计时,路基回弹模量设计值宜根据查表(或现有公路调查)、现场实测、室内试验法等方法进行确定。当路基建成后,应在不利季节的路基最不利状况下实测各路段路基回弹模量代表值,以检验是否符合设计值的要求。
(2)材料设计参数。路面材料的设计参数包括材料的回弹模量值和材料的弯拉强度值。我国现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)规定,沥青路面结构按路表弯沉值和容许层底弯拉应力两个指标控制设计厚度。无论采用哪项控制指标设计厚度,各结构层回弹模量均采用抗压回弹模量,并且应考虑路面结构层回弹模量的不利组合,即按照抗压回弹模量的设计值取用。