重载车辆对天津市干线公路沥青路面的量化破损分析研究 146页

ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第—所现代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５工程硕士学位论文建筑与土木工程领域：作者姓名：＾３指导教师：翌＿＾企业导师：刘宝昌天津大学研究生院２０１６年１１月 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的，研究成果除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学份或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。！？学位论文作者签名丨＞勺：６ｆ签字日期：＞年／月日学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数椐库讲行袷索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字闩期：年ｐ月夕日签字日期年，Ｘ月５日 重载车辆对天津市干线公路沥青路面的量化破损分析研究QuantitativeanalysisontheasphaltpavementdeteriorationofheavyvehiclesinTianjintrunkhighway工程领域：建筑与土木工程作者姓名：梁飞指导教师：郑刚企业导师：刘宝昌天津大学建筑工程学院二零一六年十一月 摘要在国民经济发展的推动下，我国的公路交通运输事业发展迅速。天津市作为渤海经济圈的中心城市及重要的港口城市，客货运交通日益增加。同时随着沿海经济的发展和对外程度的不断加深，港口的货运量快速增加，陆地交通运输的需求也急剧加大，因此面临的超重、超载频率不断提升，致使天津市的很多道路过早的出现裂缝、车辙、坑槽、拥包等损坏，道路正常使用年限缩短。所以，在今后的道路设计中，要重点考虑超载、超重给路面带来损坏，提升道路服务水平和使用寿命。本文对于上述提出的现实性问题，从实际入手。实地调查天津地区的多条有代表性的道路使用情况，分析了其车辆的构成并对轴载进行统计，对车辆施加的荷载有了清楚地认识。然后利用路面结构软件，详细的分析了半刚性基层沥青路面在轴载条件下的力学响应。对影响道路的各项参数进行了细致的分析，得到了不同参数的作用效果和影响程度。分析确定了路面结构、交通轴载状况、可能的路面破损之间的相关关系，进而研究相应的沥青路面破损预防与处治对策。然后结合本地调查交通的结果提出了适应天津地区的重载条件下沥青路面的设计结构形式。为以后本地区道路建设提供了宝贵的建议，为在重载交通环境下提高沥青路面的使用寿命提供了现实意义。关键词：沥青路面、重载、结构、组合设计、力学响应I ABSTRACTDrivenbythedevelopmentofnationaleconomy,China"shighwaytransportationhasdevelopedrapidly.TianjinisthecentercityoftheBohaieconomiccircleandtheimportantportcity,passengerandfreighttransportationisincreasingdaybyday.Atthesametimewiththecoastaleconomicdevelopmentandthedegreeofexternaldeepening,therapidincreaseintheportcargo,landtransportdemandhasincreaseddramatically,ResultinginTianjin,alotofroadsprematurelycracks,rut,pit,crowdedbagandotherdamage,shortenthenormallifeoftheroad.Sotheoverweighandoverloadfrequencyisrising.Therefore,inthefutureroaddesign,weshouldfocusonoverloadingandoverweighttobringdamagetotheroad,toenhanceroadservicelevelsandservicelife.Inviewoftheabovementionedpracticalproblems,therepresentativeroadusageinTianjinareaisinvestigated,andthecompositionofthevehicleandtheaxleloadstatisticisanalyzedinthispaper,whichhasaclearunderstandingoftheloadimposedbythevehicle.Thenthemechanicalresponseofsemi-rigidbaseasphaltpavementunderaxleloadwasanalyzedusingpavementstructuresoftware.Theinfluenceparametersoftheroadwereanalyzedindetail,andtheeffectandinfluencedegreeofdifferentparameterswereobtained.Therelationshipbetweenpavementstructure,trafficaxleloadconditionandpossiblepavementbreakagewasanalyzed,andthecorrespondingcountermeasuresforasphaltpavementdamagepreventionandtreatmentwerestudied.Thenthedesignstructureofasphaltpavementunderheavyloadisputforwardaccordingtotheresultoflocalinvestigation.thevaluableadviceforthefutureroadconstructionintheregionisprovidedinthepaper.Whichprovidespracticalsignificanceforimprovingtheservicelifeofasphaltpavementinheavytrafficenvironment.KEYWORDS:Asphaltpavement,Heavyload,Structure,Combineddesign,MechanicalresponseII 目录第1章绪论.........................................................11.1研究背景....................................................11.1.1问题的提出.............................................11.1.2研究的目的与意义.......................................21.2国内外研究现状..............................................21.2.1国外研究现状...........................................31.2.2国内研究现状...........................................41.3本文研究的主要内容..........................................5第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析.........................72.1车辆的分类..................................................72.2轴载调查仪器与路段选择......................................92.3轴载调查结果与分析.........................................102.3.1天津市海滨大道中段....................................112.3.2309国道武安→邯郸段与307国道鹿泉→石家庄............272.3.3津围公路宝坻段........................................412.3.4津蓟高速公路..........................................422.4轮胎充气压力和接地压强的调查与分析.........................442.5本章小结...................................................48第3章重载条件下沥青路面力学响应分析..............................493.1路面结构计算方法...........................................493.1.1Bisar软件的介绍......................................493.1.2计算荷载形式..........................................503.1.3采用的路面结构形式....................................513.2路面结构参数敏感性分析.....................................513.2.1沥青面层厚度与模量影响分析............................513.2.2沥青面层剪应力分析....................................603.2.3沥青面层层底拉应力影响分析............................653.2.4半刚性基层厚度与模量影响分析..........................733.3不同土基模量对沥青路面结构影响分析.........................853.3.1不同土基模量对路表弯沉的影响..........................85 3.3.2不同土基模量对基层及底基层拉应力的影响................863.4重载交通作用下路面结构的力学响应...........................873.4.1重载交通作用下的路表弯沉分析..........................873.4.2重载交通作用下的层底拉应力及拉应变分析................883.4.3重载交通作用下的剪应力分析............................903.5本章小结...................................................90第4章重载交通沥青路面使用寿命分析................................934.1概述.......................................................934.1.1我国沥青路面的特点....................................934.1.2沥青路面使用寿命的主要评价指标........................934.2沥青路面使用寿命的主要影响因素.............................944.2.1行车荷载对沥青路面使用寿命的影响......................944.2.2路面结构的厚度........................................944.2.3土基模量..............................................954.2.4环境因素..............................................954.3重载交通沥青路面的使用寿命分析方法.........................954.3.1分析指标与原则........................................954.3.2计算参数..............................................974.4重载交通沥青路面的使用寿命计算及结果分析...................984.4.1轴载对沥青路面使用寿命的影响..........................984.4.2面层厚度对沥青路面使用寿命的影响.....................1014.4.3面层模量对沥青路面使用寿命的影响.....................1034.4.4底基层厚度对沥青路面使用寿命的影响...................1054.4.5底基层模量对沥青路面使用寿命的影响...................1064.4.6基层厚度对沥青路面使用寿命的影响.....................1084.4.7基层模量对沥青路面使用寿命的影响.....................1104.4.8土基模量对沥青路面使用寿命的影响.....................1114.5重载交通沥青路面的破损模型................................1134.5.1沥青路面使用寿命的预测模型...........................1134.5.2超载造成的破损预测模型...............................1144.6本章小结..................................................115第5章重载交通下沥青路面结构组合设计.............................1175.1路面结构组合设计的原则....................................1175.2重载交通沥青路面材料的选择................................118 5.2.1面层材料的选择.......................................1185.2.2基层材料的选择.......................................1195.2.3垫层的选定...........................................1205.2.4土基回弹模量的选定...................................1205.3重载交通沥青路面材料的设计参数............................1215.4重载交通沥青路面结构的推荐................................1225.5重载交通沥青路面的设计步骤................................1225.5.1本文重载交通的含义...................................1225.5.2重载交通沥青路面的设计步骤...........................1235.5.3重载交通沥青路面的设计流程图.........................1235.6天津市重载交通沥青路面的典型结构..........................1255.6.1土基回弹模量的等级划分...............................1255.6.2交通等级的划分.......................................1255.6.3典型结构推荐.........................................1265.7本章小结..................................................131第6章结论.......................................................134参考文献..........................................................135致谢..............................................................137 第1章绪论第1章绪论1.1研究背景1.1.1问题的提出“八五”以来，随着现代化进程的加快，我国的公路工程事业取得了快速的发展。根据国家统计局的统计表示，截止到2015年底，全国已建成通车的公路总里程已达到457万公里，而其中高速公路已建成通车总里程达到了12万公里[1]，分别比2012年末增长7.8%、24.7%，干线公路里程达到了65万公里。公路事业的高速发展极大地提高了国家的竞争实力，促进了我国经济社会的发展。虽然我国公路建设事业保持着高速发展，但是相比某些发达国家的发展水平而言还不够完善，我国公路的建设依然任重而道远。公路事业的发展在在推动了国民经济和公路运输事业的发展的同时，也改变了公路运输结构。近些年来，干线公路运输不仅交通流量在快速增长，同时车辆的平均轴载质量也在不断增大。包括大、中型货运车辆在内的重载车辆在我国的运输车辆中占得比例不断增加，特别是大幅度超限运输车辆日益显著增加，通过调查天津、辽宁、山东等一些重要港口城市的车辆运营情况，车辆的最大超载率超过300%，某些路段上行驶的轴重大于10吨的重型货车，其超载比例高达80%。天津作为环渤海地区的的经济文化中心，快速发展的社会经济也促进了道路交通的发展。经过多年的道路建设，天津市的道路水平有了很大的改善，但是作为港口城市，大、中型货运车辆在天津市的运输车辆中所占比例比例较大，货运车辆重载、超载运输问题也十分严重，在超载的车辆中，有至少一半以上的货运车辆通过加高车身挡板、加强车底钢板弹簧等非法改装方式达到货运量增加的目的。由于汽车运输行业中重载和超载现象越来越普遍，很多道路过早的出现大面积网状裂缝、车辙、坑槽、拥包等损坏，致使投入巨额资金修建的公路道路正常使用年限大大缩短，增加了维修次数和维修费用，而且每次维修都必须封闭交通，这样不仅阻碍了交通运输的发展，还造成了道路建设资源的浪费以及环境的破坏，同时影响了正在运行车辆行使的舒适性及通行能力。由于重载车辆特别是超载车辆的轴重高，惯性更大，制动距离更长，更易发生侧翻、爆胎等交通事故，1 第1章绪论[2]十分不利于行车安全。据统计，因车辆超载造成人员伤亡、车辆破损以及公路破坏，给国家和人民的财产造成了巨额损失。1.1.2研究的目的与意义在道路运行的过程中造成沥青路面早期损坏、实际使用年限低于设计年限的原因有很多，中、大型车及超重型车运输在公路运输中占的比例越来越大是其原因之一。而且因为不同的道路采用的路基路面结构形式以及设计方法不同，受力情况也十分复杂，现行的道路路面设计理论，尚没有完全成熟的轴载计算方法来应对重载交通。为了避免因重载直接导致路面因抗车辙能力的不足而产生的早期破坏，减少正常道路维护过程中的工作量，降低经济损失，增加道路的运营周期，提高行车的安全和公路网的基本运行能力，因此有必要对重载车辆对沥青路面的量化破损进行研究与分析。本文通过对天津市海滨大道中段道路、309国道、津蓟高速公路等道路的轴载（载重）情况以及轮胎充气压力和接地压强调查，重点分析了车辆轴载谱分布图，调查结果分析表明货车重超载现象严重,最大轴载接近达到额定轴载的3倍,重载、超载问题已成为我国沥青路面破损的最主要原因之一。同时总结出了轴载、接地面积、接地压强的相关关系，综合确定了轮胎接地面积计算公式，有助于精确计算沥青路面不同轴载情况下的接地面积[3]，并在此基础上对路面结构进行力学分析，为在重载交通环境下提高沥青路面的使用寿命提供了现实意义。1.2国内外研究现状我国将国际统称的重任务交通“HeavyDutyTraffic”译为重载交通，是指道路运营过程中的车辆累计当量标准轴次/累计交通量的比值远超于正常水平，道路的寿命比设计年限过早衰退的现象。车辆超载是个世界各地都存在的普遍现象，交通流量与车辆的平均轴重大幅度的增加，导致对路面结构与功能的影响日益严重，重载交通也一直是国内外道路交通专家学者主要的研究对象之一。在美国、德国等一些发达国家，重载交通作为一种重要的交通形式，在健全的国家轴载管理机制及规范下逐渐向多轴化、大型化、集装箱化方向发展，其特性基本能由累计当量标准轴次反映出来[4]，因此可以用某个临界值来界定。在我国，由于在轴载管理的法规机制相比发达国家并不完善，重载交通除了指车辆轴载的重型化外，还通常包括车辆超限超载的含义。重载交通沥青路面的破损分析研究主要是针对大中型货运交通而言的，由于小汽车及小型货车对道路造成损坏的程度相对较小，可以不作为考虑的重点。2 第1章绪论1.2.1国外研究现状重载交通对沥青路面的破坏是个世界性的难题，对此国外专家学者针对重载沥青路面也进行了许多的研究试验。总体来说，国外对重载交通所研究的内容主要包括结构组合设计和新型材料设计两个方面，其中结构组合设计的研究主要是将不同汽车轴载转换成统一标准的问题。1955～1961年，美国各州公路工作者协会（AASHTO）通过研究在不同汽车重载条件下沥青路面破损情况的变化，提出了能够反映汽车重载与道路路面之间损坏关系的“四次方法则”，即车辆对路面的破坏作用与车辆轴重的n次方成正比。此外，AASHTO还以大型环道试验路为研究基础，以实际检测数据为依托，经过系统分析后提出了基于概率统计形式的可靠度设计方法，它能够求解不同轴数和轴载的车辆类型的等效换算系数，这个轴载换算方法至今依然是世界上大部分路面结构组合设计方法的基础。美国联邦公路管理局(FHWA)针对重载车辆交通量较高的公路上进行了为高等级公路路面提供设计依据的研究，提出了减少公路路面养护次数的设计指标和设计方法[5]；法国研究人员通过大型环道试验研究了公路车辙与车辆轴载的关系，并给出了相应的回归方程；南非作为发展中国家，早在70年代就开始了针对车辆轴载对道路路用性能的影响关系的研究，其利用动态称重系统对大量道路车辆负载情况进行调查发现，由于道路设计完成通车后的实际交通流量并不准确，导致路面结构层设计厚度偏低，道路可承受平均轴载重量较小，这极大地影响了路面的使用寿命，造成了路面的提前出现破损。除此之外，南非还基于力学分析对重载交通路面进行了多项实验研究，在20世纪90年代，南非已经得出一个公式来计算超重载荷和多轴类型的等效损伤因子（EDFS）。同样地，通过材料设计解决重载交通问题也是各国研究者非常重视的一项研究内容。80年代末，美国沥青技术研究中心(NCAT)通过对实际监测调查以及室内研究实验，为了避免沥青路面在重载条件下产生车辙，材料设计时采用大粒径碎石含量高、碎石规格破碎面多、细集料为基质砂、稍低饱和度的沥青混合料，同时还开发了一套设计方法和试验设备。1987年，美国举行了一次关于由高压轮胎引起道路车辙问题的专题研讨会，他们认为车辆载荷的增加和轮胎压力的增加必然导致路面车辙的增加，为了避免路面出现车辙等损害，需要选择适当的路面材料和配合比、完善施工工艺、加强施工管理。为了应对沥青路面破坏的交通繁忙，国外研究人员开发了大量适用于重载交通条件的沥青路面新材料，如特殊聚合物纤维，高模量沥青混合料，硬沥青，抗车辙添加剂，高粘度沥青，使道路路用性能得到了显着提高。3 第1章绪论1.2.2国内研究现状在我国，近些年年重载交通引起的道路损坏问题引起了广泛关注，国内一大批道路研究人员对重载交通路面的破损进行了一系列研究分析，得出了很多有意义的结果，为解决重载交通造成的路面损坏问题做出了贡献。2005年6月，由我国交通运输部立项，中国工程院的沙庆林院士主持，长沙理工大学承担，开展了题目为“重载交通长寿命半刚性沥青路面关键技术的研究”的西部交通建设科研项目，并于2007年在秦皇岛建成专门的试验道路进行研究。该项目以重载交通高速公路的半刚性基层沥青路面为研究对象，进行了大量的研究实验，取得多项重大研究成果，为解决目前我国重载交通高速公路沥青路面普遍存在的早期损坏问题奠定了理论基础，为重载交通高速公路的建设提供了技术支持。东南大学的胡昌斌、黄晓明等人以国内几条重要的高等级公路为观察实验对象，经过现场检测及室内研究的分析，总结了几种高等级沥青路面在重载交通条件下的几种典型的早期破损形式，并重点分析了重载交通的特点和早期损坏的原因，并提出了相应的解决办法和预防措施，为我国高等级公路在重载交通条件下的路面设计提供了参考。朱天同、曹亚东等人从沥青路面材料设计方面入手，设计出了针对重载交通的改性沥青，并对这种改性沥青进行了大量的路用性能试验，证明其在高温抗车辙能力、低温抗裂性及抗疲劳能力等方面相比普通沥青更有优势，更能适应重载条件，受环境影响较少，这项研究为我国重载交通问题的解决提供了新思路[6]。西南交通大学的艾长发、邱延峻等人利用三维空间有限元分析的方法，通过现场测量重载条件下沥青路面的弯沉值，分析了各结构层的应力状况和特点，解释了重载交通条件下沥青路面出现早期病害的的破坏机理。综上所述，虽然国内外已经对重载交通对沥青路面的破坏的理论研究进行了很多有益的探讨，也取得了很多科研成果。但是总体来说，研究人员所用的研究系统并不完善，研究的角度往往比较单一，因为影响道路损坏的原因是多方面、多因素的，路面是否能够应对重载交通的影响，跟路面的组合设计，结构层设计以及路面材料的选择都有着密不可分的关系。同时，由于我国的气候条件、交通设施状况、交通组成与国外并不相同，超限、超载现象也十分严重，当进行重载交通的研究时采用的试验方法、路面设计标准也应有所改变，不能照搬照抄国外的研究成果和设计控制指标，必须要基于我国的交通现状开展研究。所以，开展重载车辆对公路沥青的量化破损分析研究对为解决我国现有的重载交通问题具有十分重要的意义。4 第1章绪论1.3本文研究的主要内容本课题结合沥青路面的破损实验，基于不同荷载作用下的力学响应规律，研究分析轴载与路面破损程度之间的内在联系，以及确定路面结构、交通轴载状况、可能的路面破损之间的相关关系，进而研究相应的沥青路面破损预防与处治对策。主要研究内容如下：（1）高等级公路轴载（载重）情况调查与分析。（2）路面破损的影响参数分析与有限元计算。（3）不同轴重货车通过对路面各层结构材料破损的试验研究。（4）超载车辆的轴载换算公式研究。（5）不同载重货车通过一次所消耗的路面受用寿命的确定及超载率对路面使用寿命降低系数的确定。（6）重载交通的沥青路面结构组合。5 第1章绪论6 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析2.1车辆的分类功能和载重是大多数交通量调查的主要调查对象。在《公路工程技术标准》（JTGB012003）中，车辆被分为小客车、中型车、大型车和拖挂车四类。就沥青路面来说，沥青路面损坏的主要成因是作用在路面上的轮压。因此本次交通调查根据货车轴载对路面的损坏程度来对车辆进行分类。在我国，单轴单轮、单轴双轮、双联轴双轮和三联轴双轮是几种常见的车辆轴型，如图2.1所示。图2.1货车常见轴型示意图根据不同的轴轮类型将车辆分成以下九种车辆类型：A单轴单轮+单轴双轮；B单轴单轮+双轴双轮整车；C单轴单轮+单轴双轮～双轴双轮四轴半挂车；D单轴单轮+双轴双轮—单轴双轮+单轴双轮五轴全挂车；E单轴单轮+单轴双轮～单轴单轮+单轴单轮四轴全挂车；F单轴单轮+单轴双轮～三轴双轮五轴半挂车；G单轴单轮+双轴双轮～双轴双轮五轴半挂车；H单轴单轮+双轴双轮～三轴双轮6[7]轴半挂车；I单轴单轮+单轴单轮～双轴双轮四轴整车等9种车型。如图2.2所示。路面结构设计通常以轴重为依据展开，过重的轮压极易造成路面的损坏。在国内外的相关研究中，轴载小于2.5t的车辆一般不作考虑，因为它们对路面的影响可以忽略不计。所以，在本研究中对单轴单轮+单轴单轮的小型货车不再进行详细调查，仅对中型及以上货车展开轴载称重调查。7 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析A单轴单轮+单轴单轮B单轴单轮+双轴双轮整车C单轴单轮+单轴双轮～双轴双轮四轴半挂车D单轴单轮+双轴双轮—单轴双轮+单轴双轮五轴全挂车8 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析F单轴单轮+单轴双轮～三轴双轮五轴半挂车H单轴单轮+双轴双轮～三轴双轮6轴半挂车I单轴单轮+单轴单轮+双轴双轮四轴车图2.2几种载重汽车的图片2.2轴载调查仪器与路段选择本次轴载调查根据不同的调查路段，应用了不同的调查仪器，主要以其为：SYS型移动式电子汽车衡、动态称重设备（WIM）、SM2000S轴重自动检测系统、地磅等设备。SM2000S轴重自动检测系统、移动电子汽车衡、数字化动态称重设备均可以量测货车的车重与轴重，地磅可以量测汽车的整体重量，通过车辆结构的分析以及相同车型数字化动态称重设备的数据比较，很容易计算出车辆的不同轴重。9 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析图2.3数字化动态称重设备图2.4移动电子汽车衡交通量调查选用24小时不间断调查的方法，时间选在非节假日、天气良好的情况下进行。本课题的主要研究目的是确定重载、超载交通对沥青路面的破损规律，因此，本次轴载调查路段选择了重车较多的路段进行调查分析，同时兼顾称重设备的分布与应用便利。主要调查路段如下：表2.1主要调查路段道路名称海滨大道中段309国道307国道路段名称双向武安→邯郸鹿泉→石家庄2.3轴载调查结果与分析轴载的大小不同，则路面结构的损坏程度不同。轴载越大，路面的承载能力和强度就无法和路面结构的需求相匹配，路面的破坏程度就越高。所以，仅仅研究设计年限内的总车辆数远远不够，各级轴载所占比例也很重要。根据交通部《超限运输车辆行驶公路管理规定》，我国道路车辆允许最大质量见表2.2。10 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析表2.2我国道路车辆允许最大质量轴载质量（吨）总质量（吨）轴型每侧单轮胎每侧双轮胎单车40单轴610半挂、全挂车40双联轴1018集装箱半挂车46三联轴1222就我国的公路现状而言，货车超载和超限屡见不鲜，轴重超过35吨的也时有发生，这大大缩短了沥青路面的使用寿命。2.3.1天津市海滨大道中段海滨大道上的货车主要有散装货车和集装箱货车两种形式。为了更深入了解此路段的轴载组成和重量，以求为路面结构设计提供更充足的设计依据，对上述主要车型进行了高等级公路调查。轴载调查检测站位于4号主站内，海河大桥收费站南口，利用CL102B便携式超限超载汽车轴重仪分别对不同轴型货车每轴进行称重。按照每一种车型的组成比例，抽样样本量得以确定。通过实际轴载的检测可以看出，小客车的各轴轴载不大，对路面结构损伤作用十分微小，可以忽略不计；中客车、大客车和二轴四轮的交通量非常小，也可将其忽略。因此，本次轴载调查只针对三轴以上的货车进行随机抽样。几种主要的车型轴载调查结果分述如下。（1）B型车（单轴单轮+双轴双轮）的轴载轴载谱调查B型车前轴的轴型为单轴单轮，后轴为双联轴，前轴的轴载调查结果如表2.3和图2.5所示。表2.3B型车车前轴轴载调查结果轴重范围(吨)数量比例<324.8%3～437.1%4～51126.2%5～6819.0%6～71126.2%7～849.5%>837.1%合计42100.0%11 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析30252015百分比（%）1050<33～44～55～66～77～8>8轴重（t）图2.5B型车前轴的轴载谱表2.3和图2.5表明：4～7吨之间B型车的前轴轴重最为集中，所占比例为71.4%，其余轴重范围呈均匀分布状态。表2.2给出了我国道路车辆允许的最大质量，通过和表2.2的对比可以看出，三B型车前轴轴重大于6吨的比例达48.2%，超载情况约占据半壁江山。B型车中轴和后轴的轴载调查结果如表2.4和图2.6所示。表2.4B型车中轴和后轴的轴载调查结果中轴后轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<1049.5%<8511.9%10～1249.5%8～1049.5%12～14716.7%10～121331.0%14～161023.8%12～14819.0%16～181228.6%14～16819.0%>18511.9%>1649.5%合计42100.0%合计42100.0%12 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析30252015百分比（%）1050<1010～1212～1414～1616～18>18轴重（t）a）B型车中轴轴载谱3530252015百分比（%）1050<88～1010～1212～1414～16>16轴重（t）b）B型车后轴轴载谱图2.6B型车中轴和后轴的轴载谱由表2.4和图2.6可以得到，B型车中轴的轴重主要集中在12～18吨之间，占69.1％，其超限比例高达90.5％，可见超载现象十分严重。中轴的轴载谱峰值为16-18吨，占28.6％。后轴的轴载谱中，10～12吨之间后轴轴载所占的比例最大，为31％；其次后轴轴重主要集中在10-16吨之间，占69％，其轴载超限比例为78.6％。（2）C型车（单轴单轮+单轴双轮～双轴双轮四轴半挂车）的轴载谱调查C型车的轴载谱调查结果如2.5和图2.7所示。13 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析表2.5C型车的轴载调查结果前轴第二根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例2～31955.9%<625.9%3～41338.2%6～825.9%>425.9%8～1038.8%10～121235.3%12～14823.5%14～1638.8%>16411.8%合计34100.0%合计34100.0%第三根轴第四根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<1025.9%<1025.9%10～121235.3%10～121544.1%12～141029.4%12～141029.4%14～16617.6%14～16514.7%>16411.8%>1625.9%合计34100.0%合计34100.0%60504030百分比（%）201002～33～4>4轴重（t）a）C型车前轴的轴载谱14 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析3530252015百分比（%）1050<66～88～1010～1212～1414～16>16轴重（t）b）C型车第二根轴的轴载谱403530252015百分比（%）1050<1010～1212～1414～16>16轴重（t）c）C型车第三轴的轴载谱454035302520百分比（%）151050<1010～1212～1414～16>16轴重（t）d）C型车第四轴的轴载谱图2.7C型车的轴载谱15 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析由图2.7中车辆轴载谱的分布可以看出，由于前轴是导向轴，轴重大多数都分布在在2～4吨之间，占94.1%，超过4吨的仅占少数。而在图2.7b）中，第二根轴的轴载谱在10～12吨处有一个明显的峰值点，占总数的35.3%，整个轴载谱近似于偏正态分布，最大轴重达到18.47吨。第三轴的轴重在10～12吨处数量最多，有12个，占总数的35.3%。第四轴的轴载谱在10～12吨之间存在峰值，占44.1%，大多轴重分布在10~16吨之间，比例高达88.2%，整个轴载谱近似于偏正态分布，其超限比例为93.2%。（3）F型车（单轴单轮+单轴双轮～三轴双轮五轴半挂车）的轴载谱调查F型车的轴载谱调查结果如2.6和图2.8所示。表2.6F型车的轴载调查结果前轴第二根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<425.0%<1025.0%4～51537.5%10～121332.5%5～6410.0%12～14512.5%6～7922.5%14～161025.0%7～8615.0%16～18615.0%>8410.0%18～20410.0%合计40100.0%合计40100.0%第三根轴第四根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<1025.0%<10512.5%10～15922.5%10～15512.5%15～201127.5%15～201127.5%20～251537.5%20～251332.5%>2537.5%>25615.0%合计40100.0%合计40100.0%第五根轴轴重范围（吨）数量比例<10512.5%10～15615.0%15～201025.0%16 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析20～251230.0%>25717.5%合计40100.0%403530252015百分比（%）1050<44～55～66～77～8>8轴重（t）a）F型车第一根轴的轴载谱3530252015百分比（%）1050<1010～1212～1414～1616～1818～20轴重（t）b）F型车第二根轴的轴载谱17 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析403530252015百分比（%）1050<1010～1515～2020～25>25轴重（t）c）F型车第三根轴的轴载谱3530252015百分比（%）1050<1010～1515～2020～25>25轴重（t）d）F型车第四根轴的轴载谱18 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析3530252015百分比（%）1050<1010～1515～2020～25>25轴重（t）e）F型车第五根轴的轴载谱图2.8F型车的轴载谱由轴载谱分布可以得出，F型车的前轴轴载谱峰值出现在4～5吨，占37.5%；其次在6~7吨之间比例达到了22.5%；整个轴载谱中，轴重主要集中在4～8吨之间，占85%，其超限比例为47.5%。第二轴的轴载谱中可以看到一个较为明显的峰值点，为10～12吨，占32.5%。所占比例次高的是处于14～16吨之间的轴重，占25%；其余吨位的轴载分布差别不大，其超载比例为95%左右。第三轴的轴重主要集中在10～25吨的范围内，比例之和达到87.5%，轴重大于10吨的比例高达95%。第四轴轴载谱可以看出百分之六十的轴重主要集中在15～25吨的范围内，大于25吨以上的仍有15%之高，属于严重超限。大于10吨的比例高达87.5%，最大轴载达到27.5吨。第五轴轴重在15～25吨之间分布较多，占62.5%，大于25吨以上的占不小的比例，为17.5%，属于严重超限。（4）H型车（单轴单轮+双轴双轮～三轴双轮6轴半挂车）的轴载谱调查H型车的轴载谱调查结果如2.7和图2.9所示。表2.7H型车的轴载调查结果前轴第二根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<537.0%<524.7%5～637.0%5～10511.6%6～7716.3%10～1537.0%7～81023.3%15～201227.9%8～91125.6%20～251841.9%9～10511.6%>2537.0%19 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析前轴第二根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例>1049.3%合计43100.0%合计43100.0%第三根轴第四根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<512.3%<512.3%5～1024.7%5～1012.3%10～15614.0%10～15614.0%15～201227.9%15～20614.0%20～252046.5%20～251023.3%>2524.7%25～301637.2%>3037.0%合计43100.0%合计43100.0%第五根轴第六根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<512.3%<512.3%5～1012.3%5～1012.3%10～15614.0%10～15614.0%15～20614.0%15～20614.0%20～251023.3%20～251023.3%25～301637.2%25～301637.2%>3037.0%>3037.0%合计43100.0%合计43100.0%20 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析30252015百分比（%）1050<55～66～77～88～99～10>10轴重（t）a）H型车第一根轴的轴载谱454035302520百分比（%）151050<55～1010～1515～2020～25>25轴重（t）b）H型车第二根轴的轴载谱21 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析50454035302520百分比（%）151050<55～1010～1515～2020～25>25轴重（t）c）H型车第三根轴的轴载谱4035302520百分比（%）151050<55～1010～1515～2020～2525～30>30轴重（t）d）H型车第四根轴的轴载谱22 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析4035302520百分比（%）151050<55～1010～1515～2020～2525～30>30轴重（t）e）H型车第五根轴的轴载谱4035302520百分比（%）151050<55～1010～1515～2020～2525～30>30轴重（t）f）H型车第六根轴的轴载谱图2.9H型车的轴载谱通过表2.7和图2.9发现，H型车的轴载超限现象较为严重。H型车的前轴轴重主要集中在8～9吨之间，占总数的25.6%，前轴轴重集中分布在6～10吨的范围内，比例达76.7%，其超限比例高达86%。第二轴的轴重的峰值在15～25吨，占69.8%，其余吨位轴重车辆所占比例不大，同时分布也相对均匀。第三轴的轴重的峰值为10～25吨，比例为88.4%，同时在20～25吨之间存在一个显著峰值点，比例为46.5%，其超限比例达93%。第四、五、六三轴的轴载谱有同样的峰值点，即25～30吨，所占比例均为37.2%。23 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析（4）I型车（单轴单轮+单轴单轮+双轴双轮四轴车）的轴载谱调查I型车的轴载谱调查结果如表2.8和图2.10所示。表2.8H型车的轴载调查结果前轴第二根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<539.4%<6412.5%5～7515.6%6～8515.6%7～9825.0%8～10412.5%9～111134.4%10～121134.4%>11515.6%12～14618.8%>1426.3%合计32100.0%合计32100.0%第三根轴第四根轴轴重范围（吨）数量比例轴重范围（吨）数量比例<1039.4%<1013.1%10～15721.9%10～15412.5%15～20412.5%15～20721.9%20～251237.5%20～251546.9%>25618.8%>25515.6%合计32100.0%合计32100.0%403530252015百分比（%）1050<55～77～99～11>11轴重（t）a）I型车前轴的轴载谱24 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析403530252015百分比（%）1050<66～88～1010～1212～14>14轴重（t）b）I型车第二根轴的轴载谱403530252015百分比（%）1050<1010～1515～2020～25>25轴重（t）c）I型车第三根轴的轴载谱25 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析50454035302520百分比（%）151050<1010～1515～2020～25>25轴重（t）d）I型车第四根轴的轴载谱图2.10I型车的轴载谱I型车前轴的轴载谱近似于偏正态分布，在9～11吨处有一个明显的峰值点，占34.4%；整个轴载谱中，轴重主要集中在5～11吨之间，占75%，该范围以外几个吨位的轴载分布比较平均。第二轴的轴载谱中，峰值点为10～12吨，所占比例为34.4%，其超限比例为87.5%。第三轴的轴重分布在10～25吨之间的轴重比例达到了71.8%，同时在20～25吨达到了最高，约占37.5%；还有18.8%的轴载超过了25吨，也是一个不小的比例；整个轴载谱中，第三轴超限比例达90.6%。第四轴的轴载谱中，轴重集中分布在10～25吨的范围内，比例为46.9%，在20～25吨达到峰值，占总数的46.9%，其超限比例达96.9%。综合本次调查的结果可以发现，由于该调查路段的货车多以运输矿物料、建材、煤炭为主，过多的全车超载分配到各轴的轴重中，导致各个轴的轴重远远超过我国道路运输部门所规定的各轴、各轮型的轴重上限。调查得到的各轴型车辆单轴、双（三）联轴轴重最大值如表2.9、表2.10所示。表2.9各轴型车辆单轴轴重最大值车型轴序轴重最大值（吨）车型轴序轴重最大值（吨）第一轴8.65第一轴7.26第二轴19.04第二轴18.47BC第三轴19.31第三轴21.93第四轴20.1第一轴12.6第一轴10.71FH第二轴15.93第二轴23.9226 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析车型轴序轴重最大值（吨）车型轴序轴重最大值（吨）第三轴25.12第三轴23.25第四轴27.52第四轴26.50第五轴27.52第五轴26.50第六轴26.50第一轴11.36第二轴15.52I第三轴30.81第四轴29.63表2.10各轴型车辆双（三）联轴轴重最大值车型双联轴最大值（吨）三联轴最大值（吨）B38.16--C41.25--I56.62--F--67.12、3轴46.91--H4、5、6轴--78.64由于大多数车型前轴为导向轴，不承担过多的轴载，仅起到支撑的作用，所以前轴轴重对于路面结构的损坏影响不大，而各车型后轴的双联轴，三联轴都或多或少存在超限的现象，超限率大多在90%以上，很大程度地损坏了路面的原有结构。也正因为如此，路面结构的过早损坏无法满足道路设计年限的需求，给道路的设计和养护工作都提出了很大的难度。2.3.2309国道武安→邯郸段与307国道鹿泉→石家庄2009年11月15日～2009年11月25日课题组分别在309国道武安→邯郸段与307国道鹿泉→石家庄进行了连续2天的交通量与轴载调查，计算平均值得到交通量调查结果见表2.3（该数据为公路单侧数据）。表2.11309国道与307国道分车型交通量统计表（单位：辆/日）调查路段309国道307国道车型备注武安→邯郸鹿泉→石家庄小型客车12031082中型客车258201大型客车5349A28724227 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析调查路段309国道307国道车型备注武安→邯郸鹿泉→石家庄B238214C159126D133116E4933F9779G4331H8268合计26022241货车数量/所占比例1088/0.41909/0.42应用移动式电子汽车衡对调查路段的满载货车进行轴重检测，并计算轴重平均值与标准差，舍弃其中的不合理值（G3S范围之外的数据），得到每类轴型的测定数据如表2.12所示。表2.12各种轴型车辆轴重检测数目车型ABCDEFGH路段名称309国道10291786925553633武安→邯郸307国道9889725821503227鹿泉→石家庄（1）A型车（单轴单轮+单轴双轮）的轴载谱分析309国道武安→邯郸段和307国道鹿泉→石家庄段B型车分别检测102和98辆，其每根轴轴载谱分布见图2.11。28 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析3025国道30920国道30715百分比（%）10502～33～44～55～66～77～88～99～1010～11轴重（t）a）A型车第一根轴的轴载谱1412国道309国道3071086百分比（%）4208～99～1010～1111～1212～1313～1414～1515～1616～1718～1919～2020～2121～22轴重（t）b）A型车第二根轴的轴载谱图2.11A型车轴载谱A型车辆轴载分布接近于正态分布，在前轴轴载谱中，5～6吨为峰值点，超限轴数量约占40%。车辆的主要承重轴为后轴，两条调查路段超限轴数量分别为89.5%和86.1%，轴载谱峰值集中在15～17吨与12～15吨之间，轴载大于18吨的轴分别占15.4%和14.3%，最大单轴轴重则达到21.6吨，是额定限值的2.2倍。（2）B型车（单轴单轮+双轴双轮）的轴载谱分析29 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析309国道武安→邯郸段和307国道鹿泉→石家庄段B型车分别检测91和85辆，其每根轴轴载谱分布见图2.12。2520国道309国道3071510百分比（%）502～33～44～55～66～77～88～99～1010～11轴重（t）a）B型车第一根轴的轴载谱2018国道30916国道3071412108百分比（%）6420＜1818～2020～2222～2424～2626～2828～3030～3232～3434～3636～3838～4040～4242～4444～4646～4848～50轴重（t）b）B型车后轴的轴载谱（双联轴）图2.12B型车的轴载谱根据B型车的轴载谱，4～8吨是B型车前轴的轴重主要分布范围，超限轴数量超过了40%。后轴承担车辆的主要重量，每根轴都存在严重的超限现象，有15%以上的后轴轴载超过了36吨。双联轴轴载的最大值为47.8吨，大大超出了额定限值的要求。30 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析（3）C型车（单轴单轮+单轴双轮～双轴双轮四轴半挂车）的轴载谱分析C型车的轴载谱调查结果如图2.13所示。2520国道309国道3071510百分比（%）502～33～44～55～66～77～88～99～1010～11轴重（t）a）C型车第一根轴的轴载谱1614国道30912国道3071086百分比（%）4202～44～66～88～1010～1212～1414～1616～1818～2020～2222～24轴重（t）b）C型车第二根轴的轴载谱31 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析1412国道309国道3071086百分比（%）42018～2020～2222～2424～2626～2828～3030～3232～3434～3636～3838～4040～4242～4444～4646～4848～5050～5252～54轴重（t）c）C型车第三轴的轴载谱（双联轴）图2.13C型车的轴载谱根据车辆轴载谱的分布情况，前轴主要起到导向的作用，承重压力不大，所以前轴的超限幅度不太严重，超限轴数量约为38%。后轴承担车辆的主要重量，存在严重的超限现象，第一根后轴的超限比例在61%～64%之间，轴重的最大值高达22.6吨，比额定限值的两倍还要多；第二根后轴为车辆的主要承重轴，超限严重，最大轴重是额定限值的2.9倍，数值达到了52.7吨。（4）D型车（单轴单轮+双轴双轮—单轴双轮+单轴双轮五轴全挂车）的轴载谱分析D型车的轴载谱调查结果如图2.14所示。32 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析454035国道309国道307302520百分比（%）1510502～33～44～55～66～77～88～9轴重（t）a）D型车第一根轴的轴载谱2824国道309国道307201612百分比（%）840＜1818～2020～2222～2424～2626～2828～3030～3232～34轴重（t）b）D型车第二根轴的轴载谱（双联轴）33 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析4035国道309国道307302520百分比（%）1510506～77～88～99～1010～1111～1212～1313～14轴重（t）c）D型车第三根轴的轴载谱3228国道309国道307242016百分比（%）128406～77～88～99～1010～1111～1212～1313～14轴重（t）d）D型车第四根轴的轴载谱图2.14D型车的轴载谱D型车的每根轴轴载分布都可以近似于正态分布，均存在明显的峰值点。前轴轴载谱的峰值点为4～6吨，13%的轴载有超出额定限值的情况；第二根轴承担车辆的主要重量，超过90%的数量超载。后两根轴承担挂车的重量，单轴双轮，超限轴所占百分比分别为40%、60%左右，在9～10吨、10～12吨处出现了明显的轴载谱峰值。34 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析（5）E型车（单轴单轮+单轴双轮—单轴单轮+单轴单轮四轴全挂车）的轴载谱分析E型车的轴载谱调查结果如图2.15所示。454035国道309国道307302520百分比（%）1510501～22～33～44～55～6轴重（t）a）E型车第一根轴的轴载谱4036国道30932国道30728242016百分比（%）128409～1010～1111～1212～1313～1414～1515～1616～17轴重（t）b）E型车第二根轴的轴载谱35 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析3530国道30925国道3072015百分比（%）10503～44～55～66～77～88～99～10轴重（t）c）E型车第三根轴的轴载谱3530国道30925国道3072015百分比（%）10503～44～55～66～77～88～99～10轴重（t）d）E型车第四根轴的轴载谱图2.15E型车的轴载谱在该路段上E型车数量不多，导致轴载调查样本较少，所以在轴载谱呈离散状态。前轴主要起到导向的作用，承重压力不大，所以前轴没有超载的现象，2～3吨为前轴轴载的峰值点；第二根轴为单轴双轮组，承担车辆的主要重量，存在严重的超限现象，超载比例超过了90%，13～14吨处存在明显的峰值点，轴重的36 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析最大值为16.8吨；后两根轴承担挂车的重量，单轴单轮，40%、35%左右数量的轴载都超出了额定限值。（6）F型车（单轴单轮+单轴双轮～三轴双轮五轴半挂车）的轴载谱分析F型车的轴载谱调查结果如图2.16所示。3025国道309国道3072015百分比（%）10504～55～66～77～88～99～10轴重（t）a）F型车第一根轴的轴载谱282420国道30916国道30712百分比（%）8408～1010～1212～1414～1616～1818～2020～2222～24轴重（t）b）F型车第二根轴的轴载谱37 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析2018国道30916国道307141210百分比（%）86420＜2222～2525～2828～3131～3434～3737～4040～4343～4646～4949～5252～55轴重（t）c）F型车第三根轴（三联轴）的轴载谱图2.16F型车的轴载谱根据车辆轴载谱的分布情况，F型车存在严重的超限现象，前轴轴载谱在8～9吨有明显的峰值点；而第一根后轴的最高点在16～18吨之间，轴重的最大值高达23.8吨，比额定限值的两倍还要多；第二根后轴（三联轴）为车辆的主要承重轴，超限严重，最大轴重是额定限值的2.5倍，数值达到了54.7吨。（7）G型车（单轴单轮+双轴双轮～双轴双轮五轴半挂车）的轴载谱分析G型车的轴载谱调查结果如图2.17所示。454035国道309国道307302520百分比（%）1510502～33～44～55～66～77～8轴重（t）a）G型车第一根轴的轴载谱38 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析30国道30925国道3072015百分比（%）105014～1616～1818～2020～2222～2424～2626～2828～3030～3232～3434～36轴重（t）b）G型车第二根轴的轴载谱（双联轴）2018国道30916国道3071412108百分比（%）6420＜1818～2222～2525～2828～3131～3434～3737～4040～4343～4646～4949～52轴重（t）c）G型车第三根轴的轴载谱（双联轴）图2.17G型车的轴载谱根据车辆轴载谱的分布情况，前轴主要起到导向的作用，承重压力不大，所以前轴的超限幅度不太严重，比例为13%；后轴承担车辆的主要重量，存在严重的超限现象，超限比例超过了90%，轴重（双联轴）的最大值高达51吨，比额定限值的两倍还要多。（8）H型车（单轴单轮+双轴双轮～三轴双轮6轴半挂车）的轴载谱分析H型车的轴载谱调查结果如图2.18所示。39 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析454035国道309国道307302520百分比（%）1510502～33～44～55～66～77～88～9轴重（t）a）H型车第一根轴的轴载谱2016国道309国道307128百分比（%）40＜1818～2020～2222～2424～2626～2828～3030～3232～3434～3636～38轴重（t）b）H型车第二根轴的轴载谱（双联轴）40 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析1816国道30914国道30712108百分比（%）6420＜2222～2525～2828～3131～3434～3737～4040～4343～4646～4949～5252～55轴重（t）c）H型车第三根轴的轴载谱（双联轴）图2.18H型车的轴载谱根据车辆轴载谱的分布情况，H型车存在严重的超限现象。前轴主要起到导向的作用，承重压力不大，超限轴比例为30%，在5～6吨处存在明显的峰值。后轴承担车辆的主要重量，存在严重的超限现象，超载比例约为95%。第一根后轴轴载大多数分布在26～34吨的范围内，大约3%的轴载超过了36吨，轴重（双联轴）的最大值高达37.5吨，比额定限值的两倍还要多；第二根后轴轴载大多数分布在34～43吨的范围内，大约5%的轴载超过了52吨，最大轴重是额定限值的2.45倍，数值达到了54吨。2.3.3津围公路宝坻段课题组在详细调查了309国道武安→邯郸段与307国道鹿泉→石家庄段的轴载情况之后。对津围公路的满载货车典型轴载形式进行了调查，整理分析得到典型轴载谱如下。161412108百分比（%）64207～88～99～1010～1111～1212～1313～1414～1515～1616～1718～1919～2020～2121～2222～23轴重（t）图2.19单轴双轮轴载谱41 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析2824201612百分比（%）84014～1616～1818～2020～2222～2424～2626～2828～3030～3232～34轴重（t）图2.20双轴双轮轴载谱（双联轴）2018161412108百分比（%）642016～1919～2222～2525～2828～3131～3434～3737～4040～4343～4646～4949～5252～55轴重（t）图2.21三轴双轮轴载谱（三联轴）从津围公路的轴载谱可知，车辆超载现象普遍，后轴为单轴双轮组的车辆超载率为78.1%，其中13吨以上的轴载约占61.4%，轴谱峰值出现在14～15吨之间。双联轴的超载率超过80%。三联轴峰值出现在31～34吨之间，最大轴重达到52.6吨，是额定限值的2.39倍，小于额定轴载（22t）的轴数只占22.5%。2.3.4津蓟高速公路通过查阅津蓟高速公路的收费数据，结合前面轴载调查建立的动态自动称重系统所测车重、前轴重、后轴重之间的相关关系式，推算出典型货车轴载谱如下。42 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析22201816141210百分比（%）864206～76～77～88～99～1010～1111～1212～1313～1414～1515～1616～1718～1919～2020～2121～22轴重（t）图2.22单轴双轮轴载谱2824201612百分比（%）84010～1212～1414～1616～1818～2020～2222～2424～2626～2828～3030～3232～34轴重（t）图2.23双轴双轮轴载谱（双联轴）2824201612百分比（%）840＜1616～1919～2222～2525～2828～3131～3434～3737～4040～4343～4646～4949～52轴重（t）图2.24三轴双轮轴载谱（三联轴）从津蓟高速公路的轴载谱可以看出，津蓟高速公路上行驶的车辆超载情况明显小于津围公路，双轴双轮超载轴数为36.8%，而这一数字在津围公路上是80.5%，这可能是高速公路计重收费措施其道路一定的限制超载作用。43 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析通过轴载调查可以发现，我国公路上行驶的货车超载现象十分普遍，超载数值很大，超载是造成沥青路面破损的主要原因之一。《规范》中的累计当量轴次换算是在正常装载情况下进行的，而实际的车辆装载与标准有较大的出入，这样在进行沥青路面设计时就需要通过实际的轴载调查，由所得数据来换算轴载。另外，《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）中的轴载换算公式只适用于不超过13吨的单轴轴载，本课题将根据实际调查的轴载情况，进行公式改善。2.4轮胎充气压力和接地压强的调查与分析对不同路段的轴载调查发现，货运企业和个人为了获得运输利润最大化，货车超载现象严重，这些车辆大多经过了车辆的改装处理，增加了弹簧钢板，更换高强轮胎。为了明确重载车辆轮胎对路面的实际荷载作用特性，深入了解车辆轮压下路面结构的力学响应，深刻理解轮胎充气压力显得尤为重要。因此，本课题实际调查了重载车辆轮胎的实际充气压力和接地面积，从而得出轮胎接地压强的实际值。在调查中，轮胎充气压力的测定采用压力表来实现，而测量货车单侧[8]各轴的接地面积依靠坐标纸来进行，最终用来计算轮胎的接地压强。部分类型车辆的轮胎接地图形如图2.25～图2.27所示。第一轴（1/3）第二轴（2/3）第三轴（3/3）图2.25B型车（三轴车）轮胎接地面积图示44 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析第一轴（1/4）第二轴（2/4）第三轴（3/4）第四轴（4/4）图2.26C型车（四轴车）轮胎接地面积图示第一轴（1/6）第二轴（2/6）第三轴（3/6）第四轴（4/6）第五轴（5/6）第六轴（6/6）图2.27H型车（六轴半挂车）轮胎接地面积图示45 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析在表2.13～2.18中，给出了几种主要类型车辆的轮胎充气压力和接地面积的调查结果。表2.13B型车（三轴车）轮胎充气压力和接地面积（单侧）空载满载轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力接地压强22序（KN）（cm）（MPa）（MPa）序（KN）（cm）（MPa）（MPa）138.2269.00.80.71175.3388.11.050.97246.4341.20.80.682191.4929.11.281.03345.1341.70.870.663191.2928.21.281.03表2.14C型车（四轴半挂车）轮胎充气压力和接地面积（单侧）空载满载轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力接地压强22序（KN）（cm）（MPa）（MPa）序（KN）（cm）（MPa）（MPa）123.5192.60.710.61173.1373.00.990.98251.8327.80.880.792183.2925.31.050.99373.2397.81.020.923219.1969.51.171.13456.7354.40.900.804195.3957.41.051.02表2.15I型车（四轴车）轮胎充气压力和接地面积（单侧）空载满载轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力接地压强22序（KN）（cm）（MPa）（MPa）序（KN）（cm）（MPa）（MPa）156.5310.41.030.91183.6413.91.251.01260.4324.70.960.932101.6493.21.111.03359.1314.41.000.943224.5993.41.281.134101.5492.71.081.034236.81066.71.191.1146 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析表2.16F型车（五轴半挂车）轮胎充气压力和接地面积（单侧）空载满载轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力接地压强22序（KN）（cm）（MPa）（MPa）序（KN）（cm）（MPa）（MPa）133.8238.00.770.71155.3341.40.850.81244.8290.90.890.772156.8739.61.091.06339.6271.20.980.733205.3950.51.141.08441.6281.10.810.744158.4740.21.141.07541.6281.10.810.745158.4740.21.151.07表2.17G型车（五轴半挂车）轮胎充气压力和接地面积（单侧）空载满载轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力接地压强22序（KN）（cm）（MPa）（MPa）序（KN）（cm）（MPa）（MPa）130.1221.30.830.68191.5476.61.010.96237.2262.00.930.712194.6944.71.421.03345.2262.81.020.863234.31115.71.441.05437.6254.10.830.744214.1964.41.411.11537.6254.10.830.745214.1955.81.421.12表2.18H型车（六轴半挂车）轮胎充气压力和接地面积（单侧）空载满载轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力接地压强22序（KN）（cm）（MPa）（MPa）序（KN）（cm）（MPa）（MPa）154.3335.20.850.81181.2427.40.990.95256.0341.50.940.822230.51077.11.081.07356.0341.50.960.823208.7966.21.101.08448.2321.31.020.754220.81003.61.121.10548.2325.71.030.745220.81003.61.121.10648.2321.31.020.756220.81003.61.131.1047 第2章高等级公路轴载（载重）情况调查与分析以上几种主要类型车辆的轮胎充气压力和接地压强的调查数据表明：所有空载车辆的轮胎充气压力都超过了0.7MPa，车辆轮胎充气压力大于1.0MPa的约占总数的30%，而约53%的空载车辆轮胎接地压强大于0.7MPa；在对于满载车辆的调查中发现，所有的轮胎充气压力都在0.7MPa以上，大于1.0MPa的满载车辆轮胎充气压力超过80%，高达95.3%的满载车辆轮胎接地压强大于0.7MPa，也就是说几乎全部超出了规范中所规定标准限值（0.7MPa）。由此可见重载交通的车辆轮压都很大，货车的重载超载问题严重，这就要求在路面设计中要引起足够的重视，结合交通现状来寻求改善重载交通超载的措施。2.5本章小结（1）实地调查测试了多条干线公路的行驶车辆的轴载情况，绘出了多条道路的轴载谱，调查结果分析表明货车重超载现象严重，最大轴载接近达到额定轴载的3倍，重超在问题已成为我国沥青路面破损的最主要原因之一。（2）调查了几种主要类型车辆轮胎的实际充气压力、接地压强，调查结果表明所有空载车辆的轮胎充气压力都超过了0.7MPa，车辆轮胎充气压力大于1.0MPa的约占总数的30%，而约53%的空载车辆轮胎接地压强大于0.7MPa；在对于满载车辆的调查中发现，所有的轮胎充气压力都在0.7MPa以上，大于1.0MPa的满载车辆轮胎充气压力超过80%，高达95.3%的满载车辆轮胎接地压强大于0.7MPa，也就是说几乎全部超出了规范中所规定标准限值（0.7MPa）。48 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析第3章重载条件下沥青路面力学响应分析路面结构体系的组成非常复杂，通常路面是在无限深的地基上的一个大面积的层状结构。其中，构成路面结构的材料种类很多，相应的特性也就多种多样，所以精确地分析路面结构体系比较困难。在现有的规范条件下，本论文主要是通过分析重载交通在常用的重载路面结构下的力学响应，从而得到各项因素的影响效果，提出改善重载交通沥青路面结构的参数指导。3.1路面结构计算方法3.1.1Bisar软件的介绍1967年荷兰阿姆斯特丹(Amsterdam)的壳牌研究工作(SHELL)开发出Bisar软件，其至今发展到Bisar3.0。这种程序是根据多层弹性层状体系理论编制的，[9]理论上依据为英、荷合资的SHELL公司的(SHELL)设计法。设计法属于力学一经验法，这种设计方法相对比较客观、完善。SHELL设计法的力学假设：1、把路面结构当作一种多层线性弹性体系，其中材料用弹性模量和泊松比表征；2、材料假定为均质的和各向同性的；3、荷载一个圆面或几个圆面上作用均布的垂直和(或)水平荷载(对于一般的设计方法采用一种标准的双轮荷载)；4、层间采用完全连续。其力学图式如图3.1.1所示。49 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析Yrrrrrh1E1h2E2Xhn-1En-11.5r图3.1.1弹性层状体系计算图式Bisar程序功能全面，可以计算任何点的应力、位移、应变，通过系统的分析处理可以清楚地知道各种应力、应变的作用方向。路面结构是多层的，层与层之间的接触条件不同，可能连续，也可能产生滑动，该软件可以计算很多情况下的部分摩阻力。由于结构是多种材料组成，性质更加复杂，因此材料的非线性也得到了很好地考量。SHELL设计法是根据多层弹性体系理论进行计算设计的，所以本文采用解析法的Bisar程序对路面进行结构分析和计算，通过这种方法得到理论上的解。3.1.2计算荷载形式Bisar软件中，荷载的形式采用圆形均布荷载进行计算，轮胎的接触力p用[10]轮胎内压力代替。当量圆的半径δ可以通过一下公式(1-1)求出。Pp（1-1）式中：P——车轮上的荷载，kN；p——轮胎接触压力，kPa；——接触面当量圆半径，m。轮胎与地面的接触面积和轮胎压力的关系由公式（1-2）确定。A.00072P180（1-2）2式中：A——轮胎接地面积（cm）；P——轮胎压力（N）。车辆在现实的行驶中，轮胎与地面接触面积是随着荷载的变化而变化的。通50 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析过以上两个公式可以计算出相应的轴重、轮压和接地面积。下表即为具体参数。表3.1.1轴重与轮压、轮胎接地面积轴重（KN）1001201401601802002202402接地面积（cm）360396432468504540576612当量圆半径（cm）10.7011.2311.7312.1712.2113.1113.5413.96轮压（MPa）0.6940.7580.8100.8550.8930.9260.9550.9803.1.3采用的路面结构形式Bisar结构分析程序，通过路面结构力学响应研究各层模量和厚度等参数，来获得各项因素对路面结构的作用效果，为结构设计提供指导意见。路面的结构使用同一种形式，这样能更好的反映出路面各结构参数在路面设计中对各项指标的影响。结构形式见表3.1.2，其他数值均符合规范。表3.1.2路面结构20℃(15℃)厚度劈裂强度层次材料名称抗压模量泊松比（cm）（MPa）(MPa)1细粒式沥青混凝土AC—1341400(2000)0.251.42中粒式沥青混凝土AC—2061200(1800)0.251.03粗粒式沥青混凝土AC—2581000(1200)0.250.845%水泥稳定碎石2015000.250.554%水泥稳定碎石2014000.250.46二灰土207500.250.257土基---400.35---3.2路面结构参数敏感性分析我国现行《公路沥青路面设计规范》(JTGD50一2006)是以设计弯沉值为路面整体刚度的控制指标。然后计算各级公路面层、基层的拉应力是否满足容许值。路面在力的作用下发生各种破坏：表面变形过大、结构层剪切或拉裂。所以通过结构层的力学响应，可以分析各层应力的实际状态和各层的应力特点，以此达到路面设计的目的。3.2.1沥青面层厚度与模量影响分析1.沥青路面路表弯沉分析51 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析车辆在行驶过程中对路面挤压产的竖向变形即为路表弯沉。路面结构是由多层组成的，所以路表弯沉的产生是各层和土基共同的作用结果。该项指标更容易[11]反映路面承载力的质量。车辆行驶过程中受到竖向力和水平力。在进行分析计算的时候需要把这两种力同时考虑进来，这样的分析更接近实际的情况。本文中水平力系数拟定为f=0.3，在这种情况下考虑路表弯沉中各个结构层的影响作用和各项参数的影响规律。在荷载方面，标准轴载100KN为基础，荷载使用双圆均布荷载，然后对于当量圆半径的选择为R=10.70cm，行车方向拟定为X。我国现行规范中，双轮组车辆荷载作用下，路面整体抗变形能力采用轮系中心处弯沉进行表示。所以，在计算分析中路面的位移情况就用轮系中心处的弯沉进行表征。应力计算点位置为两轮轮隙中心A点，坐标为(0，0)。集体的坐标如图3.2.1所示。YA(0,0)X1.5r图3.2.1弯沉点计算点位图表3.2.1不同上面层厚度与模量的路表弯沉路表弯沉路表弯沉上面层厚度（cm）上面层模量（MPa）（0.01mm）（0.01mm）436.77120036.97536.39130036.87636.00140036.77735.62150036.68------160036.5952 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析37y=-0.384x+37.15536.536路表弯沉（0.01mm）35.5路表弯沉(0.01mm)354567上面层厚度(cm)图3.2.2不同上面层厚度的路表弯沉37y=-0.095x+37.06136.936.836.7路表弯沉（0.01mm）36.636.5路表弯沉(0.01mm)36.436.312001300140015001600上面层模量(MPa)图3.2.3不同上面层模量的路表弯沉表3.2.2不同中面层厚度与模量的路表弯沉路表弯沉路表弯沉中面层厚度（cm）中面层模量（MPa）（0.01mm）（0.01mm）636.77100037.10736.43110036.93836.08120036.77935.75130036.631035.42140036.5053 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析37y=-0.338x+37.10436.536路表弯沉（0.01mm）35.5路表弯沉(0.01mm)3534.5678910中面层厚度(cm)图3.2.4不同中面层厚度的路表弯沉37.2y=-0.15x+37.2363736.836.6路表弯沉（0.01mm）36.4路表弯沉(0.01mm)36.23610001100120013001400中面层模量(MPa)图3.2.5不同中面层模量的路表弯沉表3.2.3不同下面层厚度与模量的路表弯沉路表弯沉路表弯沉下面层厚度（cm）下面层模量（MPa）（0.01mm）（0.01mm）836.7780037.42936.2290037.071035.94100036.771135.66110036.521235.40120036.2954 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析37y=-0.33x+36.98836.536路表弯沉（0.01mm）35.5路表弯沉(0.01mm)3534.589101112下面层厚度(cm)图3.2.6不同下面层厚度的路表弯沉38y=-0.281x+37.65737.537路表弯沉（0.01mm）36.5路表弯沉(0.01mm)3635.5800900100011001200下面层模量(MPa)图3.2.7不同下面层模量的路表弯沉表3.2.4不同上基层厚度与模量的路表弯沉路表弯沉路表弯沉上基层厚度（cm）上基层模量（MPa）（0.01mm）（0.01mm）1041.39100038.311538.92120037.572036.77140037.012534.89160036.563033.22180036.1955 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析42y=-2.037x+43.149403836路表弯沉（0.01mm）34路表弯沉(0.01mm)32301015202530上基层厚度(cm)图3.2.8不同上基层厚度的路表弯沉38.5y=-0.525x+38.7033837.537路表弯沉（0.01mm）36.5路表弯沉(0.01mm)3635.510001200140016001800上基层模量(MPa)图3.2.9不同上基层模量的路表弯沉表3.2.5不同下基层厚度与模量的路表弯沉路表弯沉路表弯沉下基层厚度（cm）下基层模量（MPa）（0.01mm）（0.01mm）1041.29100037.631538.88120037.152036.77140036.772534.92160036.453033.29180036.1856 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析42y=-1.996x+43.018403836路表弯沉（0.01mm）34路表弯沉(0.01mm)32301015202530下基层厚度(cm)图3.2.10不同下基层厚度的路表弯沉38y=-0.36x+37.91637.537路表弯沉（0.01mm）36.5路表弯沉(0.01mm)3635.510001200140016001800下基层模量(MPa)图3.2.11不同下基层模量的路表弯沉表3.2.6不同底基层厚度与模量的路表弯沉路表弯沉路表弯沉底基层厚度（cm）底基层模量（MPa）（0.01mm）（0.01mm）2036.7760037.522535.3165037.253033.9770037.013532.7575036.774031.6380036.5557 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析38y=-1.284x+37.9383634路表弯沉（0.01mm）32路表弯沉(0.01mm)302025303540底基层厚度(cm)图3.2.12不同底基层厚度的路表弯沉38y=-0.242x+37.74637.537路表弯沉（0.01mm）36.5路表弯沉(0.01mm)36600650700750800底基层模量(MPa)图3.2.13不同底基层模量的路表弯沉表3.2.7不同土基模量的路表弯沉路表弯沉土基模量（MPa）△（0.01mm）3043.67---4036.776.905032.274.506029.043.237026.622.428024.711.919023.171.5410021.891.2811020.811.0812019.880.9313019.080.8014018.370.7115017.750.6258 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析502y=0.2055x-4.7571x+46.048454035路表弯沉（0.01mm）3025路表弯沉(0.01mm)201530405060708090100110120130140150土基模量(MPa)图3.2.14不同土基模量的路表弯沉通过图3.2.2～图3.2.14可以发现：影响路表弯沉的各项因素和弯沉值得变化是相反的，即增大结构层的厚度、模量或者土基模量可以减小弯沉值。同时可以从图3.2.14中弯沉变化曲线知道土的模量对弯沉值的影响最大。但是土基模量的影响是由限度的，即当土基模量达到一定程度后对弯沉值的影响变小。通过以上分析可知对路表弯沉的影响因素有十几种，但是对各个因素逐条分析会很繁琐，实验的数量也会相当庞大。因此，为了使分析更加简单快捷，同时不至于影响结果，将上、中、下面层视作一个整体，同时将上、下基层看做一个整体，这样分析起来更加方便。采用的路面结构形式见下表3.2.8。表3.2.8正交分析采用的路面结构厚度抗压模量层次材料名称泊松比（cm）(MPa)1沥青混凝土1812000.252水泥稳定碎石4015000.253二灰土207500.254土基---400.35在方案的比选中，需要多方面的考量，不可以利用单一的指标进行分析。正交分析法可以有效地解决单一因素的问题，以便更好地选出合适的方案。按照模量进行分析，假如面层、基层、底基层、土基各项的模量中，随便取出两个都没有交互作用。通过三种水平的正交表进行分析上述4个影响因子的作用，可以使计算量显著减少，具体见3.2.9(L9)。表3.2.9因子、水平表水平因子12359 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析面层模量100012001400A(MPa)基层模量130015001700B(MPa)底基层模量600700800C(MPa)土基模量506070D(MPa)表3.2.10路表弯沉正交计算结果面层模量基层模量底基层模量土基模量路表弯沉序号A(MPa)B(MPa)C(MPa)D(MPa)(0.01mm)1111134.212122229.623133326.224212329.545223131.636231228.507313228.508321326.039332130.61T1j90.0592.2588.7496.45T2j89.6787.2889.7786.62T3j85.1485.3386.3581.79M1j30.0230.7529.5832.15M2j29.8929.0929.9228.87M3j27.7428.4428.2827.26Rj1.142.311.644.89通过以上的实验结果可以得到各结构层模量在路表弯沉中所起的作用大小，具体结果：土基模量最大，基层模量次之，底基层模量更小，面层模量最小。这个结果和上面关系式进行比较，发现同斜率K表现的情况一致。即斜率越大，影响的效果越大。对图3.2.2~图3.2.14中的斜率进行分析，可以得到新的结论：土的模量影响最大，各层厚度对弯沉的影响影响大于该层模量的影响。3.2.2沥青面层剪应力分析沥青路面的破坏形式有多种，其中重载主要会导致路面车辙和疲劳开裂。面层的破坏方式有很多，有的直接是从面层底部开始开裂，有的是从面层表面开始破坏开裂的。我们在对重载条件下沥青路面发生的疲劳裂缝进行观察分析，发生[12]开裂的情况属于第一种破坏形式的居多。所以，通过这个调查结果可以发现重载条件下，沥青路面的疲劳破坏除了是由于结构层底部的拉应力导致的，更可能是由于沥青面层收到较大的竖向力，发生剪切引起的，在实际设计中更应给与足够的认识。相对于车辙的产生，就比较明确：在道路通车的前期，路面的强度没60 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析达到较大强度并且路面的压实程度不能在施工中达到最密实，因此车辆荷载使路面进一步压实，引起车辙；重载条件下，路面受到的竖向荷载过大，产生剪切力，[13]使路面上层结构的材料发生塑性流动，产生车辙。综合上述两种损坏情况发现，剪应力在重载对沥青路面破坏中起很大的作用，应该重点分析研究。沥青路面受到的力包括水平作用力和竖向作用力，而沥青面层在最上层，直接受到两种力的作用。因此，剪应力的作用影响最大的结构层是面层，所以重点分析面层。由于发生形变后力的计算比较复杂，为简化计算，现在将应力的计算位置设定在与车辆行驶方向平行，和圆心的距离为0.0963处，对应A坐标为(0.0963，0.1605)，计算改变面层和基层的厚度和模量时，剪应力的大小和面层不同位置深度的关系。YA0.9rX1.5r图3.2.15剪应力计算点位图为便于计算，减少参数变量，采用表3.2.8的简化路面结构形式。表3.2.11不同面层模量的面层剪应力和深度关系表(MPa)深度面层模量(MPa)(cm)800900100011001200130014001500160000.22940.23140.23340.23530.23720.23910.2410.24280.244620.27530.27460.27390.27340.27290.27250.27210.27180.271640.2720.27170.27150.27140.27130.27130.27130.27140.271560.24520.24510.24510.24520.24530.24550.24570.24590.246280.21640.21640.21650.21660.21680.21710.21740.21770.218100.18990.18980.18990.19010.19030.19050.19080.19120.1915120.16670.16660.16660.16670.16690.16710.16740.16770.168140.14730.1470.14690.14690.14690.14710.14720.14740.1477160.13160.13110.13080.13050.13030.13020.13020.13030.1303180.12010.11910.11830.11750.11690.11650.11610.11580.115661 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0-200.10.20.3800KN-4900KN-61000KN-81100KN-101200KN-12深度（cm）1300KN-141400KN-161500KN-18-20剪应力（MPa）图3.2.16不同面层模量的面层剪应力沿深度分布图表3.2.12不同面层厚度的面层剪应力和深度关系表(MPa)深度面层厚度(cm)(cm)161820222400.23750.23720.2370.23680.236520.27220.27290.27340.27380.274140.27040.27130.2720.27260.273160.24430.24530.24610.24680.247380.21590.21680.21760.21830.2189100.18960.19030.1910.19170.1922120.16660.16690.16740.1680.1686140.14740.14690.14720.14770.1481160.1320.13030.13010.13040.130818---0.11690.11590.11580.116120------0.10430.13070.103722---------0.09360.093324------------0.084562 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0-200.050.10.150.20.250.3-4-6-8面层厚度16(cm)-10面层厚度18(cm)-12面层厚度20(cm)-14深度(cm)-16面层厚度22(cm)-18面层厚度24(cm)-20-22-24-26剪应力(MPa)图3.2.17不同面层厚度的面层剪应力沿深度分布图表3.2.13不同基层模量的面层剪应力和深度关系表(MPa)深度基层模量(MPa)(cm)1000120014001600200000.24430.24090.23830.23630.233220.27270.27270.27280.27300.273440.27320.27230.27160.27110.270660.24830.24680.24570.24490.243980.22040.21680.21730.21640.2151100.19400.19210.19080.18980.1885120.17040.16860.16740.16650.1653140.14990.14830.14730.14660.1458160.13210.13110.13050.13020.1300180.11690.11660.11680.11720.11820-200.10.20.3-4-61000MPa-81200MPa-101400MPa-121600MPa深度（cm）-142000MPa-16-18-20基层模量（MPa）图3.2.18不同基层模量的面层剪应力沿深度分布图63 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析表3.2.14不同基层厚度的面层剪应力和深度关系表(MPa)深度基层厚度(cm)(cm)3540455000.23920.23720.23570.234420.2720.27290.27370.274440.27050.27130.27210.272860.24450.24530.24610.246780.2160.21680.21760.2183100.18950.19030.1910.1917120.16620.16690.16760.1683140.14630.14690.14760.1482160.12990.13030.13090.1314180.11660.11690.11740.11780-200.10.20.3-4-635cm-840cm-1045cm-12深度（cm）50cm-14-16-18-20剪应力（MPa）图3.2.19不同基层厚度的面层剪应力沿深度分布图由图3.2.16～图3.2.19可以得出：(1)剪应力的深度的关系:随着深度的增加剪应力首先增加然后减小，剪应力的最大值大约在路面表面2～3cm，所以在路面表面以下3cm深度范围内受到剪应力的作用最强，损坏最大，发生剪切破坏的几率最高。因此，应努力提高面层的抗剪应力的能力，可以使用一些改性沥青。(2)剪应力随深度的变化，不管面层或者基层厚度怎样调整，其趋势是基本一样的。同时通过观察发现，厚度在增加的情况下，剪应力的最大值有所增加。(3)从表3.2.16和表3.2.19可以看出，在厚度发生改变的情况下，改变相同的量时，对面层剪应力的影响较大的面层厚度改变。可以看出，面层厚度的改变对面层剪应力的影响更敏感。因此，路面设计时，应该重点考虑面层的厚度。64 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析(4)对于模量的分析，剪应力随着深度变化，不管是面层还是基层模量改变，其趋势是一致的。同时，剪应力的变化和模量的变化是相反的，即模量减小，剪应力增加。但面层模量变化对面层内剪应力改变影响较为明显。(5)通过表3.2.16可以总结出：如果使面层的剪应力减小，并且达到一定的效果，面层的模量的确定非常关键。通过观测分析发现，路面面层表面以下4cm范围内，面层的模量影响较大，即模量越大，剪应力越小。所以为确保抗剪切破坏应该增加面层模量。在4cm深度处以下5cm范围，剪应力最小时，材料的模量范围主要在900~1100MPa，所以对于面层材料的模量选定，可以在满足这个范围中合理选取。3.2.3沥青面层层底拉应力影响分析根据上述介绍，现在假定水平力系数的大小为f=0.3，在这个条件下考虑各层模量和厚度同面层的层底拉应力的关系。计算时模型的结构和各项的参数使用上述表3.1.2的数据。点位置的选择如图3.2.20.选的四个点的坐标分别是A(0，0)、B(0，0.0535)、C(0，0.107)、D(0，0.1605)，通过计算取其中的最大值视为面层层底拉应力YABCDX1.5r图3.2.20沥青层层底拉应力计算点位图表3.2.15上面层模量与沥青层层底拉应力的对应（MPa）上面层模量ABCDMax(Mpa)1200-0.0465-0.0492-0.0542-0.0595-0.05951300-0.0458-0.0484-0.0533-0.0550-0.05501500-0.0443-0.0468-0.0515-0.0532-0.05321600-0.0437-0.0461-0.0507-0.0524-0.052465 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析-0.0451200130015001600-0.05y=0.0023x-0.0608Max-0.055线性(Max)-0.06沥青层层底拉应力(MPa)-0.065上面层模量(MPa)图3.2.21上面层模量与沥青层层底拉应力的对应表3.2.16上面层厚度与沥青层层底拉应力的对应（MPa）上面层厚度ABCDMax(cm)4-0.0450-0.0476-0.0524-0.0541-0.05415-0.0418-0.0439-0.0477-0.049-0.0496-0.0389-0.0406-0.0436-0.0445-0.04457-0.0362-0.0375-0.0400-0.0406-0.0406-0.03)4567-0.035MPa(y=0.0045x-0.0583-0.04Max-0.045线性(Max)-0.05沥青层层底拉应力-0.055-0.06上面层厚度(cm)图3.2.22上面层厚度与沥青层层底拉应力的对应表3.2.17中面层模量与沥青层层底拉应力的对应（MPa）中面层模量ABCDMax(Mpa)1000-0.0467-0.0494-0.0544-0.0562-0.05621100-0.0458-0.0484-0.0534-0.0551-0.05511200-0.0450-0.0476-0.0524-0.0541-0.05411300-0.0443-0.0468-0.0515-0.0531-0.053166 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析-0.051)1000110012001300-0.052MPa(y=0.001x-0.0572-0.053Max-0.054线性(Max)-0.055沥青层层底拉应力-0.056-0.057中面层模量(MPa)图3.2.23中面层模量与沥青层层底拉应力的对应表3.2.18中面层厚度与沥青层层底拉应力的对应（MPa）中面层厚度(cm)ABCDMax6-0.045-0.0476-0.0524-0.0541-0.05417-0.0421-0.0442-0.048-0.0493-0.04938-0.0394-0.0411-0.0442-0.0451-0.04519-0.0369-0.0382-0.0407-0.0414-0.0414-0.03)6789-0.035MPa(y=0.0042x-0.0581-0.04Max-0.045线性(Max)-0.05沥青层层底拉应力-0.055-0.06中面层厚度(cm)图3.2.24中面层厚度与沥青层层底拉应力的对应表3.2.19下面层模量与沥青层层底拉应力的对应（MPa）下面层模量ABCDMax(Mpa)800-0.0525-0.0560-0.0625-0.0647-0.0647900-0.0488-0.0518-0.0575-0.0595-0.05951000-0.0450-0.0476-0.0524-0.0541-0.05411100-0.0413-0.0433-0.0472-0.0486-0.04861200-0.0375-0.0390-0.0419-0.0430-0.043067 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析-0.03)800900100011001200MPa(-0.04y=0.0054x-0.0703Max-0.05线性(Max)-0.06沥青层层底拉应力-0.07下面层模量(MPa)图3.2.25下面层模量与沥青层层底拉应力的对应表3.2.20下面层厚度与沥青层层底拉应力的对应（MPa）下面层厚度ABCDMax(cm)8-0.0450-0.0476-0.0524-0.0541-0.05419-0.0424-0.0444-0.0483-0.0496-0.049610-0.0399-0.0416-0.0447-0.0456-0.045611-0.0376-0.0390-0.0415-0.0421-0.042112-0.0354-0.0365-0.0385-0.039-0.0390-0.03)89101112-0.035MPay=0.0038x-0.0574(-0.04Max-0.045线性(Max)-0.05沥青层层底拉应力-0.055-0.06下面层厚度(cm)图3.2.26不同下面层厚度的沥青层层底拉应力由图3.2.21~图3.2.26可以得出，面层层底拉应力的变化同面层的模量和厚度变化是相反的，即面层模量和厚度减小时，面层层底拉应力反而增大。同时可以发现，厚度的变化对层底拉应力的影响大于模量的变化所带来的影响。同理，分析基层时，可以将基层视为一个整体，这样更容易得到基层模量和厚度变化给层底拉应力带来的影响。可以将下表3.1.2的路面基层结构，视为抗压模量1500MPa，厚40cm的一个整体。68 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析表3.2.21基层模量与沥青层层底拉应力的对应（MPa）基层模量ABCDMax(Mpa)1000-0.0151-0.0149-0.0146-0.0147-0.01511400-0.0429-0.0451-0.0490-0.0504-0.05041600-0.0517-0.0546-0.0602-0.0621-0.06211800-0.0584-0.0620-0.0689-0.0712-0.07122200-0.0678-0.0725-0.0814-0.0846-0.0846010001400160018002200-0.02y=-0.016x-0.0087-0.04Max线性(Max)-0.06`-0.08沥青层层底拉应力(MPa)-0.1基层模量(MPa)图3.2.27基层模量与沥青层层底拉应力的对应表3.2.22基层厚度与沥青层层底拉应力的对应（MPa）基层厚度ABCDMax(cm)30-0.0496-0.0521-0.0569-0.0585-0.058535-0.0488-0.0513-0.0561-0.0577-0.057740-0.0476-0.0502-0.055-0.0566-0.056645-0.0463-0.0488-0.0537-0.0554-0.055450-0.0450-0.0475-0.0524-0.0541-0.0541-0.051-0.0523035404550-0.053y=0.0011x-0.0598-0.054-0.055Max-0.056线性(Max)-0.057-0.058沥青层层底拉应力(MPa)-0.059-0.06基层厚度(cm)图3.2.28基层厚度与沥青层层底拉应力的对应69 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析通过图3.2.27和图3.2.28能够得到：基层厚度的变化和面层层底拉应力的变化是相反的，即厚度增加，面层层底拉应力反而减小。表3.2.23底基层模量与沥青层层底拉的对应（MPa）底基层模量ABCDMax(Mpa)700-0.0477-0.0503-0.0551-0.0568-0.0568800-0.0475-0.0500-0.0549-0.0565-0.05651000-0.0471-0.0496-0.0544-0.0561-0.05611200-0.0468-0.0493-0.0541-0.0558-0.05581600-0.0463-0.0488-0.0537-0.0554-0.0554-0.0545700800100012001600-0.055y=0.0004x-0.0572-0.0555Max线性(Max)-0.056-0.0565沥青层层底拉应力(MPa)-0.057底基层模量(MPa)图3.2.29底基层模量与沥青层层底拉应力的对应表3.2.24底基层厚度与沥青层层底拉应力的对应（MPa）底基层厚度ABCDMax(cm)20-0.0476-0.0502-0.055-0.0566-0.056625-0.0464-0.0489-0.0538-0.0555-0.055530-0.0452-0.0478-0.0526-0.0543-0.054335-0.0442-0.0467-0.0516-0.0533-0.053340-0.0432-0.0458-0.0506-0.0524-0.052470 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析-0.052025303540-0.052y=0.0011x-0.0576Max-0.054线性(Max)-0.056沥青层层底拉应力(MPa)-0.058底基层厚度(cm)图3.2.30底基层厚度与沥青层层底拉应力的对应通过图3.2.29和图3.2.30可以得到：沥青层底拉应力的变化和底基层厚度与模量的变化是相反的，即底基层厚度和模量减小时，层底拉应力反而增大。同时还可以看出，厚度的变化对层底拉应力的影响大于模量变化带来的影响。表3.2.25土基模量与沥青层层底拉应力的对应（MPa）土基模量ABCDMax(Mpa)40-0.0475-0.0500-0.0547-0.0562-0.056255-0.0452-0.0478-0.0526-0.0543-0.054360-0.0446-0.0471-0.0519-0.0536-0.053680-0.0425-0.0450-0.0498-0.0515-0.0515100-0.0409-0.0434-0.0482-0.0499-0.0499120-0.0396-0.0421-0.0470-0.0487-0.0487-0.04440556080100120-0.046y=0.0015x-0.0576-0.048-0.05Max-0.052线性(Max)-0.054沥青层层底拉应力(MPa)-0.056-0.058土基模量(MPa)图3.2.31土基模量与沥青层层底拉应力的对应通过图3.2.31可以得到：沥青层底拉应力和土基模量变化相反，即土基模量减小时，层底拉应力增加。71 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析将以上的结论进行总结分析：通过比较沥青层底拉应力同各种厚度和模量的关系图，面层的厚度和基层的模量变化时，层底拉应力的变化幅度最大。即这两个因素对层底拉应力起主要的影响作用。下面考虑面层厚度和基层模量这两个关键的因素对层底拉应力的作用关系。分析所用的结构模型和各项参数见下表3.2.26。表3.2.26路面结构形式抗压回弹模量路面结构层位厚度(cm)泊松比(MPa)沥青混凝土面层?15000.25水泥稳定类基层40？0.25二灰土底基层207500.25土基--400.35表3.2.27面层厚度和基层模量与面层层底拉应力的关系(MPa)基层模量面层厚度(cm)(Mpa)468101214161820-0.0-0.0-0.00.000.000.000.000.130.076000573028300661934046284803545-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.00.030.01100014612831131098308310671050657446-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0140021252126211120822041198919315661726-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0180026562843298530983193269344443163478-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.022003099346337644023425944894688628746860.1540.1680.05101201460010001400180022001618面层层底拉应力(MPa)-0.0520-0.1基层模量(MPa)图3.2.32基层模量与面层层底拉应力的关系72 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.150.16000.0510001400018004681012141618202200面层层底拉应力(MPa)-0.05-0.1面层厚度(cm)图3.2.33基层厚度和面层层底拉应力的对应由图3.2.32与图3.2.33可以得出以下结论：①当面层厚度一定时，基层模量简小时，面层层底拉应力反而增大；②当面层的厚度确定在一定的范围（18—20cm）内时，基层模量发生改变时，层底拉应力的变化比较明显。因此，面层的厚度按照提供的指导意见确定后，需要重点考虑基层模量的大小，这样设计出来的道路更能提供优质的通车环境。3.2.4半刚性基层厚度与模量影响分析路面的面层直接受到外部荷载的作用，但是路面结构重力的主要承担层是基层，基层的作用就尤为重要。同时，通过调查一些高等级道路发现，路面破坏相当比例的原因是基层的破坏。所以，优质路面的建设还与基层好坏息息相关。基层的种类有多种，包括刚性基层、半刚性基层和柔性基层，现在考虑半刚性基层路面的设计。通过上述的实验可以明确到考虑的因素包括：基层的厚度和[14]模量、底基层的厚度和模量、土基的模量等。现在采用同上述实验中一样的正交分析法计算。路面的模型和参数按照下表3.2.28，然后分别取下列四个点进行计算A(0，0)B(0，0.0535)，C(0，0.107)D(0，0.1605)。计算时需要算出基层的层底拉应力和底基层的层底拉应力，将两者进行比较，取其中的较大值，然后再比较四个选取的点位所得的较大值，最大的值即为层底拉应力的最值。计算模型如下图3.2.34。表3.2.28半刚性基层厚度与模量影响分析采用的路面结构形式路面结构层位厚度(cm)抗压回弹模量(MPa)泊松比沥青混凝土面层1812000.25水泥稳定类基层4015000.25二灰土底基层207500.2573 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析路面结构层位厚度(cm)抗压回弹模量(MPa)泊松比土基---400.35YABCDX1.5r图3.2.34基层、底基层层底拉应力计算点位图表3.2.29基层厚度与基层层底拉应力的对应(MPa)基层厚度(cm)ABCDMax350.08210.08160.08010.07780.0821400.07410.07370.07250.07050.0741450.06710.06670.06570.06410.0671500.06090.06060.05980.05850.06090.085y=-0.0014x+0.13110.080.0750.07Max0.065线性(Max)0.06基层层底拉应力(MPa)0.0550.05303540455055基层厚度(cm)图3.2.35基层厚度与基层层底拉应力的对应表3.2.30基层厚度与底基层层底拉应力的对应(MPa)基层厚度(cm)ABCDMax350.0710.07070.06970.0680.071400.06230.0620.06110.05980.0623450.0550.05470.0540.05290.055500.04880.04860.04810.04710.048874 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.075y=-0.0015x+0.12210.070.0650.06Max0.055线性(Max)0.050.045底基层层底拉应力(MPa)0.04303540455055基层厚度(cm)图3.2.36基层厚度与底基层层底拉应力的对应表3.2.31基层模量与基层、底基层层底拉应力的对应(MPa)底基层层底拉应力基层模量(MPa)基层层底拉应力(Max)(Max)10000.04740.068315000.07410.062320000.09690.057625000.11670.05380.13y=5E-05x+0.0030.120.110.10.09基层层底拉应力(Max)0.08线性(基层层底拉应力(Max))0.07`0.06基层层底拉应力(MPa)0.050.0450010001500200025003000基层模量(MPa)图3.2.37基层模量与基层层底拉应力的对应75 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.070.068y=-1E-05x+0.07740.0660.064底基层层底拉应力0.062(Max)0.06线性(底基层层底拉应0.058力(Max))0.0560.054底基层层底拉应力(MPa)0.0520.0550010001500200025003000基层模量(MPa)图3.2.38基层模量与底基层层底拉应力的对应表3.2.32底基层厚度与基层、底基层层底拉应力的对应(MPa)底基层厚度底基层层底拉应力基层层底拉应力(Max)(cm)(Max)200.07410.0623300.05610.0512400.04550.0426500.03890.03580.080.075y=-0.0012x+0.09430.070.065基层层底拉应力(Max)0.060.055线性(基层层底拉应力0.05(Max))0.0450.04基层层底拉应力(MPa)0.0350.03102030405060底基层厚度(cm)图3.2.39底基层厚度同基层层底拉应力的对应76 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.0650.06y=-0.0009x+0.07880.055底基层层底拉应力0.05(Max)0.045线性(底基层层底拉应力(Max))0.040.035底基层层底拉应力(MPa)0.03102030405060底基层厚度(cm)图3.2.40底基层厚度与底基层层底拉应力的对应表3.2.33底基层模量与基层、底基层层底拉应力的对应(MPa)底基层模量基层层底拉应力底基层层底拉应力(Mpa)(Max)(Max)7000.07750.05927500.07410.06238000.07080.06528500.06770.0689000.06480.07060.0780.0760.074y=-6E-05x+0.1219基层层底拉应力(Max)0.0720.07线性(基层层底拉应力(Max))0.068基层层底拉应力(MPa)0.0660.0646007008009001000底基层模量(MPa)图3.2.41底基层模量与基层层底拉应力的对应77 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.072y=6E-05x+0.01950.070.068底基层层底拉应力0.066(Max)0.064线性(底基层层底拉应力(Max))0.0620.06底基层层底拉应力(MPa)0.0586007008009001000底基层模量(MPa)图3.2.42底基层模量与底基层层底拉应力的对应表3.2.34土基模量与基层、底基层层底拉应力的对应(MPa)土基模量基层层底拉应力底基层层底拉应力(Mpa)(Max)(Max)400.07410.0623700.06440.05151000.05830.04431300.05380.03880.08y=-0.0002x+0.08160.0750.07基层层底拉应力(Max)0.065线性(基层层底拉应力0.06(Max))基层层底拉应力(MPa)0.0550.05050100150土基模量(MPa)图3.2.43土基层模量与基层层底拉应力的对应78 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.065y=-0.0003x+0.07120.060.055底基层层底拉应力0.05(Max)0.045线性(底基层层底拉应力(Max))0.040.035底基层层底拉应力(MPa)0.03050100150土基模量(MPa)图3.2.44土基层模量与底基层层底拉应力的对应通过图3.2.35到图3.2.44能够得出：基层和底基层层底拉应力与基层和底基层的厚度变化相反，基层和底基层的厚度减小时，基层和底基层的层底拉应力增大。相对于模量的变化：基层的模量增大时，基层的层底拉应力也随着增大，但是底基层的层底拉应力却减小。土基的模量增大时，基层和底基层的层底拉应力减小。然后对基层厚度和模量进行研究，分析这两项因素的变化对基层和底基层层底拉应力带来的影响。表3.2.35路面结构及结构参数表抗压回弹模量路面结构层位厚度(cm)泊松比(MPa)沥青混凝土面层1812000.25水泥稳定类基层？？0.25二灰土底基层207500.25土基---400.35表3.2.36基层厚度与基层层底拉应力的对应(MPa)基层厚度(cm)基层层底拉应力(Mpa)203040506000.02580.02440.02240.02028000.04660.04080.03530.030610000.06650.05620.04740.0401基层模量（Mpa)13000.09460.07780.06390.053115000.11230.09110.07410.060917000.12920.10380.08360.068279 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.140.120.1基层厚度20cm0.08基层厚度30cm0.06基层厚度40cm基层厚度50cm0.04基层层底拉应力(MPa)0.0206008001000130015001700基层模量(MPa)图3.2.45基层模量与基层层底拉应力的对应0.140.12基层模量600Mpa0.1基层模量800Mpa0.08基层模量1000Mpa0.06基层模量1300Mpa基层模量1500Mpa0.04基层模量1700Mpa基层层底拉应力(MPa)0.02020304050基层厚度(cm)图3.2.46基层厚度与基层层底拉应力的对应表3.2.37基层厚度与底基层层底拉应力的对应(MPa)基层厚度(cm)底基层层底拉应力(Mpa)203040506000.12490.09530.0750.06058000.12090.09140.07140.057110000.11770.08810.06830.0543基层模量（Mpa)13000.11360.0840.06450.050815000.11130.08170.06230.048817000.10920.07960.06030.04780 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.140.120.1基层厚度20cm0.08基层厚度30cm0.06基层厚度40cm基层厚度50cm0.040.02底基层层底拉应力(MPa)06008001000130015001700基层模量(MPa)图3.2.47基层模量与底基层层底拉应力的对应0.140.12基层模量600Mpa0.1基层模量800Mpa0.08基层模量1000Mpa0.06基层模量1300Mpa基层模量1500Mpa0.04基层模量1700Mpa0.02底基层层底拉应力(MPa)020304050基层厚度(cm)图3.2.48基层厚度与底基层层底拉应力的对应从图3.2.45～图3.2.48可以看出：对基层层底拉应力来说，当基层的模量一定时，基层层底拉应力和基层厚度变化相反。当基层的厚度一定时，基层的层底拉应力和基层模量的变化也是相反的。同理，当基层的厚度或者模量仅仅一项变化时，对于底基层的层底拉应力的影响也符合这个规律。同理，按照相同的方法和步骤，分析底基层厚度和模量这两个影响因素对底基层层底拉应力带来的的影响。表3.2.38路面结构及结构参数表抗压回弹模量路面结构层位厚度(cm)泊松比(MPa)沥青混凝土面层1812000.25水泥稳定类基层4015000.25二灰土底基层？？0.25土基---400.3581 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析表3.2.39底基层厚度与底基层层底拉应力的对应(MPa)底基层厚度(cm)底基层层底拉应力(Mpa)202530356000.05280.04820.04400.04026500.05610.05110.04650.04257000.05920.05380.04890.0446底基层模量(Mpa)7500.06230.05640.05120.04668000.06520.05890.05340.04868500.06800.06130.05550.05049000.07060.06370.05750.05220.0750.070.0650.06底基层厚度20cm0.055底基层厚度25cm0.05底基层厚度30cm0.045底基层厚度35cm0.04底基层层底拉应力(MPa)0.0350.03600650700750800850900底基层模量(MPa)图3.2.49底基层模量与底基层层底拉应力的对应0.0750.07底基层模量600MPa0.065底基层模量650MPa0.06底基层模量700MPa0.055底基层模量750MPa0.05底基层模量800MPa0.045底基层模量850MPa0.04底基层模量900MPa底基层层底拉应力(MPa)0.0350.0320253035底基层厚度(cm)图3.2.50底基层厚度与底基层层底拉应力的对应从图3.2.49与图3.2.50可以看出：基层的厚度一定时，底基层的层底拉应力和底基层的模量的变化相反。当底基层的模量一定时，底基层的层底拉应力和底基层的厚度变化相反。82 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析按照上述相同的方法，研究基层厚度和模量、底基层厚度和模量、土的模量这五个因素对层底拉应力的影响关系。假定这几个因素两两之间没有相互影响的作用。采用四种水平的正交的方法，减少计算的数量，具体见下表3.2.40。表3.2.40因子、水平表序底基层模量基层厚度(cm)基层模量(MPa)底基层厚度(cm)土基模量(Mpa)号(MPa)120800207004023015002575070340200030800100450250035850130表3.2.41正交设计方案表底基层层基层层底拉试验号12345底拉应力应力(Mpa)(Mpa)1111110.05170.11592122220.08430.07983133330.09470.06094144440.10420.04865212340.01790.05146221430.06490.00117234120.08400.04398243210.11850.05979313420.01450.051110324310.04670.048611331240.07250.036212342130.09030.033313414230.01240.030014423140.03780.024115432410.06460.045216441320.08010.0365均值10.08370.02410.06730.06600.0704均值20.07130.05840.06430.07190.0657基均值30.05600.07900.07580.05990.0656层均值40.04870.09830.06180.06210.0581极差0.03500.07420.01400.01200.0123均值10.07630.06210.04740.05430.0674底均值20.03900.03840.05240.05140.0528基均值30.04230.04660.04900.04940.0313层均值40.03400.04450.04280.03650.0401极差0.04230.02370.00960.01780.0361通过正交分析得出基层和底基层层底与个因子之间的关系如下图。83 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.120.1基层厚度(cm)0.08基层模量(MPa)0.06底基层厚度(cm)底基层模量(MPa)0.04土基模量(Mpa)0.02基层层底拉应力均值(MPa)01234极差图3.2.51基层层底拉应力趋势图0.090.080.07基层厚度(cm)0.06基层模量(MPa)0.05底基层厚度(cm)0.04底基层模量(MPa)0.03土基模量(Mpa)0.020.01底基层层底拉应力均值(MPa)01234极差图3.2.52底基层层底拉应力趋势图由图3.2.51和图3.2.52可以得出以下结论：上述五个因素对基层层底拉应力的影响强度不同，具体的顺序由小到大的排列如下：底基层的模量、土基的模量、底基层的厚度、基层的厚度、基层的模量。从中可以明显地看出基层的影响更为突出。所以在路面设计时，更要全面考虑基层的设计。上述五个因素对底基层层底拉应力的影响强度不同，具体的顺序由小到大的排列如下：底基层的厚度、底基层的模量、基层的模量、土基的模量、基层的厚度。通过得出的影响关系，可以知道满足基层层底拉应力强度的同时，可以适当地提高土基模量，降低底基层的模量使其更好地满足底基层层底拉应力。84 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析3.3不同土基模量对沥青路面结构影响分析3.3.1不同土基模量对路表弯沉的影响土基模量在上述分析的多项影响因素中对路表弯沉的作用效应最突出。同[15]时，土基模量的变化直接影响着路面结构强度。然后列出土的模量和基层厚度这两项的变化对路表弯沉带来的变化效应。结构见下表3.3.1。表3.3.1路面结构及材料参数表抗压回弹模量路面结构层位厚度(cm)泊松比(MPa)沥青混凝土面层1812000.25水泥稳定类基层？15000.25二灰土底基层207500.25土基---？0.35计算结果如表3.3.2所示。表3.3.2土基模量与路表弯沉的关系路表弯沉土基模量(MPa)(0.01mm)基层厚度2535455565758595105(cm)3054.7944.4138.0733.7330.5328.0626.0924.4723.123551.3241.7135.8131.7728.8126.5324.6923.1921.944048.3039.3433.8630.0927.3225.1923.4822.0920.924545.6537.2732.1428.6226.0324.0222.4321.1220.025043.3235.4430.6227.3124.8823.0021.5020.2619.23605550基层厚度30cm45基层厚度35cm40基层厚度40cm35基层厚度45cm30基层厚度50cm路表弯沉(0.01mm)2520152535455565758595105土基模量(MPa)图3.3.1基模量于路表弯沉的关系85 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析通过图3.3.1能够明了的得到：路表弯沉的变化和土基模量的变化是相反的。土基模量增大时，路表弯沉降低。但是当土基模量增大到一定程度是，路边弯沉降低的越来越小。3.3.2不同土基模量对基层及底基层拉应力的影响对于本小节的计算，路面模型结构继续按照表3.3.1的规格，得出的各项成果如下表3.3.3和表3.3.4。表3.3.3土基模量与基层层底拉应力的对应基层层底拉应土基模量(MPa)力(MPa)基层厚度2535455565758595105(cm)300.10060.09380.08870.08460.08120.07830.07570.07340.0714350.09070.08450.07990.07610.07290.07020.06790.06580.0639400.08200.07630.07210.06860.06570.06320.06110.05910.0574450.07430.06910.06520.06210.05940.05710.05510.05340.0518500.06750.06280.05920.05630.05390.05180.05000.04830.04690.110.10.09基层厚度30cm基层厚度35cm0.08基层厚度40cm0.07基层厚度45cm0.06基层厚度50cm基层层底拉应力(MPa)0.050.042535455565758595105土基模量(MPa)图3.3.2土基模量与基层层底拉应力的对应表3.3.4土基模量与底基层层底拉应力的对应底基层层底拉土基模量(MPa)应力(MPa)86 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析底基层层底拉土基模量(MPa)应力(MPa)基层厚2535455565758595105度(cm)300.09310.08500.07870.07360.06920.06540.06210.05900.0563350.08080.07390.06850.06410.06030.05710.05420.05150.0492400.07070.06470.06010.05620.05300.05010.04760.04530.0433450.06230.05710.05300.04970.04680.04440.04210.04010.0383500.05530.05070.04710.04420.04170.03950.03750.03580.03420.10.090.08基层厚度30cm基层厚度35cm0.07基层厚度40cm0.06基层厚度45cm0.05基层厚度50cm0.04底基层层底拉应力(MPa)0.032535455565758595105土基模量(MPa)图3.3.3土基模量与底基层层底拉应力的对应通过图3.3.2和图3.3.3能够得到：①仅仅考虑土基模量一个因素的影响时，土基模量增加，基层和底基层的层底拉应力会减小。但是土基模量变化时，底基层层底拉应力变化幅度更加大。②仅仅考虑基层厚度时，基层厚度增加，基层和底基层的层底拉应力减小。3.4重载交通作用下路面结构的力学响应3.4.1重载交通作用下的路表弯沉分析交通荷载和路面结构参数参照表3.1.1和表3.1.2。计算图式参照图3.2.1。表3.4.1不同轴重下的路表弯沉轴重（KN）轮隙弯沉（0.01mm）中心点弯沉（0.01mm）10036.7741.7712043.6349.3514050.3856.7916057.1064.1687 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析轴重（KN）轮隙弯沉（0.01mm）中心点弯沉（0.01mm）18064.2072.1120070.2878.4222076.8185.4524083.2792.37100908070轮隙弯沉（0.01mm）60中心点弯沉（0.01mm）50弯沉值(0.01mm)4030100120140160180200220240轴重(KN)图3.4.1路表弯沉与轴载关系图通过上述图3.4.1能够得到，路表弯沉在不同的位置是不同的，在轮胎和路面接触的中心处，路表弯沉最大。当较多的车辆超载时，路面受到的应力变大，使得实际的弯沉超出设计的弯沉，导致路面结构层变形过大，产生的弯拉应力过大，路面破坏。3.4.2重载交通作用下的层底拉应力及拉应变分析根据上述的方法进行本小节的计算，路面的模型使用同表3.1.2一样的结构。同时，把两个基层看成一个整体进行验算。表3.4.2不同轴重下的层底拉应力轴重(KN)100120140160180200220240结构层位上面层层底-0.1433-0.5502-0.1866-0.2066-0.2325-0.2434-0.2614-0.2787中面层层底-0.0518-0.0727-0.0776-0.0904-0.1018-0.1158-0.1282-0.1404下面层层底-0.0476-0.1003-0.0635-0.0711-0.0801-0.0854-0.0925-0.0993基层层底拉0.07390.09560.10150.01150.12930.14100.15380.1663底基层层底0.06230.07890.08600.09760.10980.12040.13160.142688 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析0.20.150.10.05上面层层底0中面层层底-0.05100120140160180200220240下面层层底-0.1基层层底拉-0.15底基层层底层底拉应力(MPa)-0.2-0.25-0.3-0.35轴重(KN)图3.4.2轴重与层底拉应力关系图表3.4.3不同轴重下的层底拉应变（10-5）轴重(KN)100120140160180200220240结构层位上面层层底-5.175-3.785-7.662-8.874-9.968-11.2-12.3-13.39中面层层底3.58417.172.9542.5072.8171.3120.72030.0762下面层层底2.2577.4072.2472.1562.4191.7701.5551.298基层层底拉4.2285.4065.8126.5877.4098.0898.8279.553底基层层底6.5638.1789.08610.3311.6212.7713.9815.17201510上面层层底5中面层层底下面层层底0基层层底拉层底拉应变100120140160180200220240底基层层底-5-10-15轴重(KN)图3.4.3轴重与层底拉应变关系图通过上述图3.4.2和图3.4.3能够得到，当轴重增加时，面层层底的应变和拉应力降低，然而基层的变化和面层的变化恰恰相反。同时，由于基层所处的位置，使其发挥着很重要的作用，基层也是主要的承重层。所以当车辆轴重增加时，底基层层底应变的变化更加突出。所以面对超重车辆，应该及时拦截限制，这样才能延长路面的使用寿命。89 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析3.4.3重载交通作用下的剪应力分析表3.4.4不同轴重下的面层剪应力值轴重(KN)纵向深度100120140160180200220240(cm）00.25070.27520.29640.31660.35420.34630.35990.3717-20.27820.30030.31790.33420.37340.3530.36090.3664-40.27140.29700.31860.33890.37890.36580.37740.3870-60.24590.27150.29350.31420.35140.34350.35620.3673-80.21440.23830.25920.27890.31210.30810.32090.3323100.18290.20450.22370.24190.27080.26970.28210.2934-120.16070.18110.19940.21680.24280.24450.25690.2684-140.14140.16020.17730.19370.21700.22040.23250.2437-160.12570.14320.15930.17480.19590.20060.21240.2235-180.11360.13020.14550.16030.17980.18570.19740.20841510100KN5120KN140KN0160KN00.10.20.30.40.5-5180KN深度(cm)200KN-10220KN-15240KN-20剪应力(MPa)图3.4.4不同轴重下的面层剪应力值通过图3.4.4能够得到，标准荷载和实际超载车辆的轴重相比较还是有较大差距。轴重增大时，面层的剪应力变大。因此，要严格治理超载。公路实际行驶的车辆的轴轮类型是不相同的，其最大荷载造成的路面弯沉、层底拉应力和应变与标准轴载引起的效应相比，破坏程度更加强烈。所以，超重车辆应该早发现并疏导。3.5本章小结车辆在行驶过程中给路面的作用包括水平和竖直两个方向。本章节，使用Bisar程序，分析了半刚性沥青路面的力学响应，通过控制各项变量，逐条分析，得到各个因素对路面结构的影响程度，具体的成果如下：90 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析对于路面表面弯沉来说，通过上述分析可以对各项因素影响的程度由小到大的排序：上面层模量、中面层模量、底基层模量、下面层模量、下面层厚度、中面层厚度、下基层模量、上面层厚度、上基层模量、底基层厚度、下基层厚度、上基层厚度、土基模量。2．对于面层的剪应力方面来讲，面层的厚度增大时，剪应力也跟着增大。这时候应该适当地提高面层和基层的模量，控制基层的厚度。3．对于面层层底拉应力方面来讲，基层厚度和模量的变化带来的影响更大，其他的各项因素的作用程度差不多。因此，在设计时需要慎重考虑基层的模量，这样才能更好地满足基层承重和底基层层底拉应力的需要。4．对于底基层层底拉应力方面考虑，基层厚度和土基模量的影响更大。因此可以通过提高土基模量和减小底基层模量的方法相互结合平衡，进行设计。5．对于土基模量的作用效应可知，土基模量的变化和基层、底基层层底拉应力的变化是相反的。6．通过对路面结构在不同的轴重下所表现的响应进行总结，轴重增加时，弯沉跟着增加，面层层底拉应力和基层拉应变出现相反的变化。所以，在公路运营过程中要严格控制超载车辆的行驶，保证道路更好地服务能力。91 第3章重载条件下沥青路面力学响应分析92 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析第4章重载交通沥青路面使用寿命分析4.1概述4.1.1我国沥青路面的特点由于我国的气候条件和交通组成成分与国外并不相同，汽车超限超载现象也十分普遍。相比国外的柔性基层路面结构，我国大部分高等级路面主要采用承载能力更强的半刚性基层材料。由于这种路面结构具有很多优势，目前在我国已广泛应用于高等级公路和城市道路，成为一种主要的结构形式。很早之前，国内外研究人员就对半刚性路面的强度发展规律、强度机理、路用性能等进行了广泛的研究。近年来，随着公路运输的重载化，高等级公路上出现的重超载车辆较多，传统的半刚性基层沥青路面出现了较多的病害问题，稳定碎石柔性基层沥青路面作为一种新型的路面结构在我国逐渐推广开来。我国沥青路面设计方法采用双圆垂直均匀分布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表面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弯[16]拉应力作为设计指标进行路面结构层厚度计算。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准，路面才能达到设计的使用寿命。由于路面出现疲劳损坏一般首先发生在基层或者底基层，所以对于沥青路面的使用寿命分析中,疲劳破坏的分析着重于半刚性基层的疲劳寿命分析。4.1.2沥青路面使用寿命的主要评价指标路面的使用寿命是指路面结构在车辆和自然因素的反复作用下，使用性能逐步下降，路面结构逐渐出现破坏，最终导致无法满足使用性能的要求所达到的时间。为了了解和掌握路面使用性能的变化情况，以便及时采取相应的养护和改建措施，延缓其衰变或者恢复其性能，必须定期对路面的使用寿命进行评价。路表弯沉值是评价沥青路面使用寿命的重要指标。不同的路面结构具有不同的路表弯沉值，因而，不能单独从最大弯沉值大小来判断路面结构的剩余使用寿命。同时，路面结构的承载能力会在使用过程中逐渐下降。反映在弯沉值变化上，则表现为路段的代表弯沉值随时间和轴载作用次数的增加而逐渐增长。随着弯沉93 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析值的不断增长，路面逐渐出现车辙变形和裂缝等损坏现象，路面的使用寿命逐渐减少。所以要评价路面的使用寿命，除了要知道由测定得到的代表弯沉值外，还需知道路面结构类型、路面损坏状况以及调查测定之前路面已承受的标准轴载作[17]用次数。气温、降水量等自然条件也是影响沥青路面使用寿命的重要因素，由此衍生出来的高温稳定性、低温抗裂性以及水稳定性等也经常作为路面使用寿命的评价指标。综上所述，我国的沥青路面设计和使用寿命计算分析中，弯沉指标是最常用的一个。但是，同时也要综合考虑各方面因素的影响，选取尽可能全面的评价指标，最终得到的结果才能更准确，公路的养护与管理才能及时采取相应的养护、修补和改建措施，节省人力、物力资源。4.2沥青路面使用寿命的主要影响因素路面结构由多层不同材料组成，沥青路面的使用性能既包括行车舒适性、行车安全、运行经济性等功能性能，也包括结构承载力、弯沉值等结果性能，本文路面使用寿命的分析从结构性能出发来进行。路面结构的在设计使用年限内在车辆和自然因素的反复作用下，其使用寿命受到气候条件、行车荷载、路面材料本身等多种因素的影响。4.2.1行车荷载对沥青路面使用寿命的影响行车荷载是引起沥青路面破损的最直接原因，沥青路面在行车荷载的长时间、多次数的作用下最终会产生破坏。特别地，公路在重载交通条件下对路面的使用寿命的影响很大。第二章的分析结果表明，轴载越大，其对沥青路面结构的破坏程度越大。在相同的路面结构条件下，随着轴载的增加，基层层底拉应力和路面弯沉值也在不断增大，从而导[18]致沥青路面半刚性基层或底基层材料发生疲劳破坏或路表弯沉过大的现象。特别是在超限、超载的情况下，会显著降低沥青路面的使用寿命，使路面过早出现损坏现象。4.2.2路面结构的厚度计算分析表明，路面结构层的厚度决定了在相同条件下各结构层的受力状态。如面层厚度较大时，半刚性沥青路面结构中的面层一般只受到压应力作用，基层受到拉应力作用，一般疲劳破坏首先发生在基层或底基层，随后疲劳裂缝发射到面层中产生路面开裂；面层厚度较小时，面层可能直接受到拉应力的作用，94 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析进而可能发生疲劳破坏；同时，面层厚度较小时，基层或底基层当中产生的弯拉应力会相应增大，这会促使其发生疲劳开裂，进而形成裂缝向上反射或因基层或底基层承载能力降低而增加面层受力，从而产生破坏。4.2.3土基模量坚实而稳定的路基是保证路面承载能力的基础，土基模量值是路基或底基整体刚度和承载能力的综合表征参数。经过计算分析表明，在相同汽车荷载作用下，随着土基模量的增加，沥青路面结构的基层层底拉应力和路表弯沉值均会减小，[19]从而使得整体路面结构的使用寿命增加。4.2.4环境因素路面结构在其设计使用年限内始终受到环境因素的影响，如温度对沥青路面的影响显著。车辙试验和疲劳试验数据表明，沥青混合料在高温条件下的动稳定度较高，车辙变形量较大；同时，在不同温度条件下沥青混合料的疲劳特性也会有比较明显的变化，从而对沥青路面的使用寿命产生明显影响。4.3重载交通沥青路面的使用寿命分析方法4.3.1分析指标与原则本文主要从路表弯沉值和疲劳寿命两个指标进行沥青路面的使用寿命分析。计算分析表明，一般情况下沥青混合料面层受到压应力的作用，不会产生疲劳破坏或者其疲劳寿命远大于基层及底基层材料的疲劳寿命，因此，采用路表弯沉值进行疲劳寿命分析。对于基层和底基层材料，在荷载作用下层底会受到拉应力作用，故此，应用《规范》公式和疲劳试验修正方程来计算基层基地基层材料的疲劳寿命。路面结构的总寿命采用路表弯沉计算值和基层疲劳计算值之间的最小值。路表弯沉值可以按照下式计算：2pl1000F（4.3.1）ScE1.038.036lSE0F.163（4.3.2）2000p式中：l——修正弯沉值（0.01mm）；Sp、——轮胎接地压强（MPa）和当量圆半径（cm）；95 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析——理论弯沉系数；cF——弯沉综合修正系数；E——土基回弹模量（MPa）。0弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。2.0l600NAAA（4.3.3）decSb式中：l——设计弯沉值（0.01mm），计算中采用修正弯沉值l；dSN——设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次/车道）；eA——公路等级系数，高速公路、一级公路取1.0；cA——路面类型系数，沥青混凝土面层取1.0；SA——路面结构类型系数，半刚性基层取1.0，柔性基层取1.6。b联立式（8.3.1）和（8.3.3），得：5半刚性基层沥青路面：N600（4.3.4）eld5柔性基层沥青路面：N6006.1（4.3.5）eld根据《公路沥青路面设计规范》，在进行半刚性材料基层、底基层层底拉应力验算时，结构层底面计算点的拉应力应小于或等于该层材料的容许拉应力，R即：（4.3.6）mRsp（4.3.7）RKS式中：——结构层底面计算点的拉应力（MPa）；m——路面结构层的容许拉应力（MPa）；R——对水泥稳定类材料为龄期90d的劈裂强度（MPa），对二灰稳定类、sp石灰稳定类材料为龄期180d的劈裂强度（MPa）；96 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析K——抗拉强度结构系数。S.011对无机结合料稳定集料类：K.035N/A（4.3.8）Sec.011对无机结合料稳定细粒土类：K.045N/A（4.3.9）Sec令，综合得出：mR.011sp对无机结合料稳定集料类：NA（4.3.10）ec.035m.011sp对无机结合料稳定细粒土类：NA（4.3.11）ec.045m同时，基层与底基层使用寿命的计算还参考疲劳试验的修正方程进行。4.3.2计算参数本文为考察重载交通对沥青路面的寿命影响，选用天津市高速公路最为常用的两种结构进行分析，一种是典型的半刚性基层沥青路面结构（采用第七章中的结构形式及计算参数），另一种是沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构。为了简化计算过程，将路面面层汇总为一层，半刚性基层、底基层也汇总为一层。两种路面结构的计算参数如表4.1所示。表4.1路面结构及计算参数厚度20℃(15℃)抗压模路面类型层次材料名称泊松比（cm）量(MPa)1沥青混凝土181200(1800)0.252水泥稳定碎石4015000.25半刚性基层沥青路面3二灰土207500.254土基--400.351沥青混凝土181200(1800)0.252沥青稳定碎石101200(1400)0.25柔性基层沥3水泥稳定碎石3515000.25青路面4二灰土157500.255土基--400.3597 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析4.4重载交通沥青路面的使用寿命计算及结果分析汽车轴载、沥青路面面层厚度与模量、基层或底基层厚度与模量、土基回弹模量等参数均会对沥青路面使用寿命的影响产生影响，我们首先只取一种参数作为变量，其余参数保持恒定不变，分别计算轴载、厚度、模量等参数对沥青路面使用寿命的影响规律。4.4.1轴载对沥青路面使用寿命的影响本文以单轴双轮组为例，按照表4.1给出的路面结构及计算参数，计算不同轴载作用对沥青混凝土路面的使用寿命的影响。首先计算出轴载分别为100KN、120KN、140KN、160KN、180KN、200KN、220KN和240KN时的路表弯沉值和各层层底拉应力，如表4.2和表4.3所示。表4.2不同轴载下半刚性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力轴载(KN)100120140160180200220240理论弯沉36.7743.6350.3857.1064.2070.2876.8183.27（0.01mm）修正弯沉17.2020.9024.6928.6333.6636.5140.5844.69（0.01mm）面层层底拉应力-0.0476-0.1003-0.0635-0.0711-0.0801-0.0854-0.0925-0.0993（MPa）基层层底拉应力0.07390.09560.10150.01150.12930.14100.15380.1663（MPa）底基层层底拉应0.06230.07890.08600.09760.10980.12040.13160.1426力（MPa）表4.3不同轴载下柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力轴载(KN)100120140160180200220240理论弯沉35.9142.6049.2255.7862.7168.6475.0481.36（0.01mm）修正弯沉16.5520.1123.7827.5732.4135.1539.0843.05（0.01mm）面层层底拉应力-0.02679-0.03371-0.04083-0.04797-0.05410-0.06282-0.07025-0.07769（MPa）上基层层底拉应-0.01829-0.022-0.0257-0.02941-0.03309-0.03679-0.04047-0.04412力（MPa）下基层层底拉应0.077540.09230.10680.12120.13630.14920.16290.1764力（MPa）底基层层底拉应0.059360.070720.081930.093060.10460.11470.12530.1358力（MPa）98 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析分析不同轴载情况下两种路面结构的受力计算结果可以看出，沥青混凝土面层在计算范围内受到压应力的作用，在基层或底基层出现疲劳开裂之前不会产生疲劳破坏，因此，在进行使用寿命计算时应该重点以路表弯沉值来计算面层寿命，以层底拉应力来计算基层及底基层材料的疲劳寿命。根据式（4.3.4）、（4.3.5）、（4.3.10）和（4.3.11）以及本研究的疲劳试验结果，计算出不同轴载下的沥青路面疲劳寿命如表4.4和表4.5所示。表4.4不同轴载下半刚性基层沥青路面的疲劳寿命轴载(KN)100120140160180200220240路面寿命（次）5.17E+071.95E+078.48E+064.04E+061.80E+061.20E+067.07E+054.36E+05基层寿命（次）1.21E+121.17E+116.78E+102.68E+197.50E+093.41E+091.55E+097.61E+08底基层寿命4.35E+085.08E+072.32E+077.35E+062.52E+061.09E+064.85E+052.34E+05（次）采用值（次）5.17E+071.95E+078.48E+064.04E+061.80E+061.09E+064.85E+052.34E+05表4.5不同轴载下柔性基层沥青路面的疲劳寿命轴载(KN)100120140160180200220240路面寿命（次）6.57E+082.48E+081.07E+085.12E+072.28E+071.52E+078.95E+065.51E+06下基层寿命7.84E+111.61E+114.27E+101.35E+104.65E+092.04E+099.19E+084.45E+08（次）底基层寿命6.75E+081.37E+083.61E+071.13E+073.91E+061.69E+067.58E+053.65E+05（次）采用值（次）6.57E+081.37E+083.61E+071.13E+073.91E+061.69E+067.58E+053.65E+05表4.4和表4.5的使用寿命计算结果表明：（1）沥青路面的使用寿命受到轴载的显著影响，随着所加轴载的增大，路面格结构层的使用寿命显著降低。表中数据表明，轴载为240KN的车辆对沥青混凝土路面造成的使用寿命的损害是轴载为100KN的车辆的119倍，可见重载（特别是超载）运输是造成沥青路面过早出现破损的主要因素之一。（2）以计算实例的沥青路面结构为例，半刚性基层的疲劳寿命明显大于半刚性底基层材料，相差可达数千倍，这主要是二灰土的强度明显小于水泥稳定碎石的缘故，因此在进行重载交通沥青路面结构组合设计时，应选用强度较高的底基层材料。（3）对于路面结构层厚度基本相当的条件下，半刚性基层材料沥青路面的使用寿命明显下于柔性基层沥青路面，可见在上基层铺筑沥青稳定碎石柔性基层有助于减少半刚性基层材料的缺点，提高重载交通沥青路面结构的使用寿命。99 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析（4）在轴载小于200KN时，半刚性基层沥青路面的使用寿命基本上受路表弯沉指标的控制，而当轴载大于或等于200KN时，底基层的疲劳寿命会小于弯沉控制的面层寿命，对路面结构整体使用寿命起到控制作用，因此，提高底基层材料的强度和抗疲劳性能是应对重载交通时需要考虑的一点。根据表4.4和表4.5中的计算数据，绘出轴载与沥青路面使用寿命的关系曲线，如图4.1和图4.2所示。6.0E+075.0E+074.0E+073.0E+072.0E+07使用寿命（次）1.0E+070.0E+00100120140160180200220240260轴载（KN）图4.1半刚性基层沥青路面轴载～使用寿命关系曲线7.0E+086.0E+085.0E+084.0E+083.0E+08使用寿命（次）2.0E+081.0E+080.0E+00100120140160180200220240260轴载（KN）图4.2柔性基层沥青路面轴载～使用寿命关系曲线100 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析从图4.1和图4.2可以更加直观地看出，沥青路面的使用寿命会随轴载的增加而显著下降，两者之间近似服从乘幂关系，基于最小方差法对轴载与使用寿命关系进行回归分析，得出轴载～使用寿命关系函数如表4.6所示。沥青路面轴载～使用寿命的双对数关系曲线如图4.3所示。表4.6轴载～使用寿命关系函数回归结果路面类型对数形式乘幂形式2R.60559半刚性基层沥青路面lgNe19.891.60559lgPNe.77776E19P0.9937.85812柔性基层沥青路面lgNe25.973.85812lgPNe.94047E25P0.99999.0半刚性基层柔性基层8.07.0lgNe6.05.01.92.02.12.22.32.4lgP图4.3沥青路面轴载～使用寿命的双对数关系曲线4.4.2面层厚度对沥青路面使用寿命的影响以单轴双轮组轴载P=100KN为例，按照表4.1给出的路面结构及计算参数，保证其他参数不变的条件下，只改变沥青面层厚度，以证明面层厚度与路面使用寿命的关系。经过计算，可以得出不同面层厚度条件下沥青路面的各结构层层底拉应力和路表弯沉值，如表4.7和表4.8所示。表4.7不同面层厚度时半刚性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力面层厚度(cm)1416182022理论弯沉（0.01mm）37.7437.0136.3135.6535.01修正弯沉（0.01mm）17.9317.3816.8516.3615.89101 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析面层层底拉应力（MPa）-0.05947-0.05-0.04224-0.03583-0.0305基层层底拉应力（MPa）0.080270.077090.074060.071190.06847底基层层底拉应力（MPa）0.068770.06540.062260.059330.05659表4.8不同面层厚度时柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力面层厚度(cm)1416182022理论弯沉（0.01mm）37.3436.6135.9135.2434.6修正弯沉（0.01mm）17.6317.0816.5516.0615.59面层层底拉应力（MPa）-0.04334-0.03401-0.02679-0.02118-0.01676上基层层底拉应力（MPa）-0.02627-0.02196-0.01829-0.01516-0.01247下基层层底拉应力（MPa）0.084290.080820.077540.074460.0715底基层层底拉应力（MPa）0.065570.062350.059360.056570.05396从表4.7和表4.8两种路面结构的受力计算结果可以看出，沥青混凝土面层和柔性基层在计算范围内受到压应力的作用，在基层或底基层产生疲劳开裂之前不会出现疲劳破坏。同时，随着面层厚度的增加，路表弯沉值和基层、底基层层底拉应力均会相应减小。分别计算出不同面层厚度时沥青路面的疲劳寿命见下表。表4.9不同面层厚度时半刚性基层沥青路面的疲劳寿命面层厚度(cm)1416182022路面寿命（次）4.19E+074.91E+075.72E+076.64E+077.68E+07基层寿命（次）5.72E+118.26E+111.19E+121.70E+122.43E+12底基层寿命（次）1.77E+082.80E+084.38E+086.78E+081.04E+09采用值（次）4.19E+074.91E+075.72E+076.64E+077.68E+07表4.10不同面层厚度时柔性基层沥青路面的疲劳寿命面层厚度(cm)1416182022路面寿命（次）4.79E+085.62E+086.56E+087.64E+088.85E+08下基层寿命（次）3.67E+115.38E+117.84E+111.13E+121.64E+12底基层寿命（次）2.73E+084.32E+086.75E+081.05E+091.61E+09采用值（次）2.73E+084.32E+086.56E+087.64E+088.85E+08102 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析从表4.9和表4.10可以看出，不同面层厚度条件下使用寿命的控制参数有所不同，如柔性基层沥青路面在面层厚度小于16cm时，底基层的疲劳寿命会对路面结构的使用寿命起到控制作用，而其他情况下均是路表弯沉值在其控制作用。基于最小方差法对面层厚度与使用寿命关系进行回归分析，得出面层厚度～使用寿命关系函数及面层厚度影响系数函数如表4.11所示。表4.11面层厚度～使用寿命关系函数回归结果路面类型Ne～H关系影响系数C1～H关系7.00757H.00757H18半刚性基层沥青路面Ne.1458810eC1.09953e7.01461H.01461H18柔性基层沥青路面Ne.399410eC1.08449e4.4.3面层模量对沥青路面使用寿命的影响以单轴双轮组轴载P=100KN为例，按照表4.1给出的路面结构及计算参数，保证其他参数不变的条件下，只改变改变面层模量，计算不同面层厚度下沥青路面结构的使用寿命，以考察面层厚度对沥青路面的使用寿命的影响。不同面层模量时沥青路面的路表弯沉值和各层层底拉应力，如表4.12和表4.13所示。表4.12不同面层模量时半刚性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力面层模量(MPa)10001200140016001800理论弯沉（0.01mm）37.3336.3135.4934.7934.2修正弯沉（0.01mm）17.6216.8516.2415.7315.30面层层底拉应力（MPa）-0.05282-0.04224-0.03113-0.01971-0.00813基层层底拉应力（MPa）0.075180.074060.073120.072310.0716底基层层底拉应力（MPa）0.064130.062260.06070.059360.05821表4.13不同面层模量时柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力面层厚度(MPa)10001200140016001800理论弯沉（0.01mm）36.9335.9135.0734.3733.78修正弯沉（0.01mm）17.3216.5515.9315.4215.00面层层底拉应力（MPa）-0.03943-0.02679-0.01384-0.000766-0.01229上基层层底拉应力（MPa）-0.0224-0.01829-0.01496-0.01221-0.0099103 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析面层厚度(MPa)10001200140016001800下基层层底拉应力（MPa）0.079010.077540.076320.075270.07436底基层层底拉应力（MPa）0.06110.059360.057910.056680.05561从表4.12和表4.13的受力计算结果可以看出，沥青混凝土面层和柔性基层在计算范围内受到压应力的作用。随着面层模量的增加，路表弯沉值和基层、底基层层底拉应力均会减小。沥青路面的疲劳寿命计算结果见表4.14和表4.15。表4.14不同面层模量时半刚性基层沥青路面的疲劳寿命面层厚度(MPa)10001200140016001800路面寿命（次）4.58E+075.72E+076.88E+078.08E+079.27E+07基层寿命（次）1.04E+121.19E+121.34E+121.48E+121.62E+12底基层寿命（次）3.34E+084.38E+085.51E+086.75E+088.07E+08采用值（次）4.58E+075.72E+076.88E+078.08E+079.27E+07表4.15不同面层模量时柔性基层沥青路面的疲劳寿命面层厚度(MPa)10001200140016001800路面寿命（次）5.24E+086.56E+087.94E+089.34E+081.07E+09下基层寿命（次）6.61E+117.84E+119.05E+111.03E+121.15E+12底基层寿命（次）5.19E+086.75E+088.45E+081.03E+091.22E+09采用值（次）5.19E+086.56E+087.94E+089.34E+081.07E+09从表4.14和表4.15可以看出，沥青路面使用寿命会随模量的增大而增加，但力学计算表明，随着面层模量的增大，面层层底的压应力减小，过大的模量值可能会使得面层受拉，进而产生疲劳破损。分析表明，计算范围内沥青路面的使用寿命会随面层模量的增大而线性增加，基于最小方差法对面层模量与使用寿命关系进行回归分析，得出面层模量～使用寿命关系函数及面层模量影响系数函数如表4.16所示。表4.16面层模量～使用寿命关系函数回归结果路面类型Ne～E关系影响系数C2～E关系半刚性基层沥青473Ne.5875910E.1319310C2.10310E1200.10016路面104 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析路面类型Ne～E关系影响系数C2～E关系柔性基层沥青路583Ne.6943510E.1764110C2.10610E1200.1001面4.4.4底基层厚度对沥青路面使用寿命的影响不同底基层厚度情况下，半刚性基层沥青路面与柔性基层沥青路面的路表弯沉与受力情况计算结果如表4.17和表4.18所示。表4.17同底基层厚度时半刚性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力底基层厚度(cm)15202530理论弯沉（0.01mm）37.8836.3134.8733.54修正弯沉（0.01mm）18.0416.8515.7914.83面层层底拉应力（MPa）-0.04376-0.04224-0.04079-0.03942基层层底拉应力（MPa）0.08780.074060.063820.05607底基层层底拉应力（MPa）0.068670.062260.056420.05122表4.18不同底基层层厚度时柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力底基层厚度(cm)15202530理论弯沉（0.01mm）35.9134.5733.3332.18修正弯沉（0.01mm）16.5515.5714.6813.87面层层底拉应力（MPa）-0.02679-0.02535-0.02399-0.0227上基层层底拉应力（MPa）-0.01829-0.01849-0.0185-0.01837下基层层底拉应力（MPa）0.077540.065930.057130.05037底基层层底拉应力（MPa）0.059360.054250.049520.04526不同底基层厚度情况下沥青路面的疲劳寿命计算结果见表4.19和表4.20。表4.19不同底基层厚度时半刚性基层沥青路面的疲劳寿命底基层厚度(cm)15202530路面寿命（次）4.07E+075.72E+077.93E+071.09E+08105 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析底基层厚度(cm)15202530基层寿命（次）2.53E+111.19E+124.60E+121.49E+13底基层寿命（次）1.80E+084.38E+081.07E+092.58E+09采用值（次）4.07E+075.72E+077.93E+071.09E+08表4.20不同底基层厚度时柔性基层沥青路面的疲劳寿命底基层厚度(cm)15202530路面寿命（次）6.56E+088.92E+081.20E+091.59E+09下基层寿命（次）7.84E+113.42E+121.26E+133.96E+13底基层寿命（次）6.75E+081.53E+093.51E+097.95E+09采用值（次）6.56E+088.92E+081.20E+091.59E+09可见，随着底基层厚度的增加，沥青路面的使用寿命也会明显增大，底基层厚度从15cm提高到30cm，半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面的使用寿命分别提高了2.678倍和2.424倍。基于最小方差法对底基层厚度与使用寿命关系进行回归分析，得出底基层厚度～使用寿命关系函数及底基层厚度影响系数函数如表4.21所示。表4.21底基层厚度～使用寿命关系函数回归结果路面类型Ne～H关系影响系数C3～H关系7.00656H.00656H20半刚性基层沥青路面Ne.1529310eC3.09937e8.00591H.00591H15柔性基层沥青路面Ne.2722210eC3.10063e4.4.5底基层模量对沥青路面使用寿命的影响其他计算参数不变，不同底基层模量情况下，半刚性基层沥青路面与柔性基层沥青路面的路表弯沉与受力情况计算结果如表4.22和表4.23所示。表4.22不同底基层模量时半刚性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力底基层模量(MPa)600700750800900理论弯沉（0.01mm）37.0536.5536.3336.135.69修正弯沉（0.01mm）17.4117.0316.8716.6916.39面层层底拉应力（MPa）-0.04274-0.04239-0.04224-0.0421-0.04184106 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析底基层模量(MPa)600700750800900基层层底拉应力（MPa）0.08520.077540.074170.070790.0648底基层层底拉应力（MPa）0.052780.059240.062210.065160.07063表4.23不同底基层模量时柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力底基层模量(MPa)600700750800900理论弯沉（0.01mm）36.4336.0735.9635.7535.44修正弯沉（0.01mm）16.9416.6716.5916.4316.20面层层底拉应力（MPa）-0.02721-0.02692-0.0268-0.02667-0.02645上基层层底拉应力（MPa）-0.01785-0.01815-0.01829-0.01843-0.01869下基层层底拉应力（MPa）0.085980.080210.077620.075020.07032底基层层底拉应力（MPa）0.049760.056280.059310.062330.06797从表4.22和表4.23的计算结果可知，随着底基层模量的增大，底基层层底弯拉应力将会增大，路表弯沉值和基层层底拉应力将会减小，沥青路面的使用寿命将受到底基层材料疲劳破坏的更大影响。不同底基层模量情况下沥青路面的疲劳寿命计算结果见表4.24和表4.25。表4.24不同底基层模量时半刚性基层沥青路面的疲劳寿命底基层模量(MPa)600700750800900路面寿命（次）4.86E+075.43E+075.70E+076.00E+076.58E+07基层寿命（次）3.33E+117.84E+111.17E+121.79E+124.01E+12底基层寿命（次）1.96E+096.88E+084.41E+082.89E+081.39E+08采用值（次）4.86E+075.43E+075.70E+076.00E+076.58E+07表4.25不同底基层模量时柔性基层沥青路面的疲劳寿命底基层模量(MPa)600700750800900路面寿命（次）5.84E+086.33E+086.49E+086.80E+087.30E+08下基层寿命（次）3.06E+115.76E+117.76E+111.06E+121.91E+12底基层寿命（次）3.36E+091.10E+096.80E+084.33E+081.97E+08107 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析底基层模量(MPa)600700750800900采用值（次）5.84E+086.33E+086.49E+084.33E+081.97E+08从疲劳寿命计算结果可以看出，半刚性基层和底基层材料的使用寿命会随底基层的模量增大而减小，而面层使用寿命会随底基层材料的模量增大而增大，因此在进行路面设计时需要综合选定底基层材料的强度与刚度值。基于最小方差法对底基层模量与使用寿命关系进行回归分析，得出底基层模量～使用寿命关系函数及底基层模量影响系数函数如表4.26所示。表4.26底基层模量～使用寿命关系函数回归结果路面类型Ne～E1关系47半刚性基层沥青路面Ne.5706410E1.14324103279柔性基层沥青路面Ne.8985510E1.1211710E1.3443910路面类型影响系数C4～E1关系3半刚性基层沥青路面C.100210E750.100264152柔性基层沥青路面C.1384810E750.00021E750.09084114.4.6基层厚度对沥青路面使用寿命的影响其他计算参数不变，不同半刚性基层厚度情况下，半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面的路表弯沉与受力情况计算结果如表4.27和表4.28所示。表4.27不同基层厚度时半刚性性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力半刚性基层厚度（cm）3540455055理论弯沉（0.01mm）38.4636.3134.4432.7831.31修正弯沉（0.01mm）18.4916.8515.4714.2913.27面层层底拉应力（MPa）-0.04363-0.04224-0.04068-0.0391-0.03756基层层底拉应力（MPa）0.082040.074060.067050.060890.05554底基层层底拉应力（MPa）0.071030.062260.054960.048820.04364表4.28不同基层厚度时柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力半刚性基层厚度（cm）3540455055理论弯沉（0.01mm）36.2934.4632.8331.3930.1108 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析半刚性基层厚度（cm）3540455055修正弯沉（0.01mm）16.8415.4914.3213.3212.45面层层底拉应力（MPa）-0.02711-0.02549-0.02386-0.02229-0.02081上基层层底拉应力（MPa）-0.01803-0.01903-0.01944-0.01948-0.01928下基层层底拉应力（MPa）0.079180.071450.064730.058870.05374底基层层底拉应力（MPa）0.060890.053750.047760.042690.03836随着半刚性基层厚度的增加，路表弯沉和基层与底基层层底拉应力均会减小，从35cm至55cm，两种路面底基层层底拉应力分别减小了38.6%和37.0%。不同半刚性基层厚度时，沥青路面的使用寿命计算结果见表4.29和表4.30。表4.29不同基层厚度时半刚性基层沥青路面的疲劳寿命基层厚度（MPa）3540455055路面寿命（次）3.60E+075.72E+078.77E+071.31E+081.89E+08基层寿命（次）4.69E+111.19E+122.94E+127.05E+121.63E+13底基层寿命（次）1.32E+084.38E+081.36E+093.99E+091.11E+10采用值（次）3.60E+075.72E+078.77E+071.31E+081.89E+08表4.30不同基层厚度时柔性基层沥青路面的疲劳寿命基层厚度（MPa）3540455055路面寿命（次）6.03E+089.15E+081.35E+091.94E+092.72E+09下基层寿命（次）6.48E+111.65E+124.05E+129.59E+122.20E+13底基层寿命（次）5.36E+081.66E+094.87E+091.35E+103.57E+10采用值（次）5.36E+089.15E+081.35E+091.94E+092.72E+09基于最小方差法对基层厚度与使用寿命关系进行回归分析，得出基层厚度～使用寿命关系函数及基层厚度影响系数函数如表4.31所示。表4.31基层厚度～使用寿命关系函数回归结果路面类型Ne～h关系影响系数C5～h关系6.00828h.00828h40半刚性基层沥青路面Ne.2045210eC5.09824e7.00801h.00801h35柔性基层沥青路面Ne.3496210eC5.10769e109 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析4.4.7基层模量对沥青路面使用寿命的影响其他计算参数不变，不同半刚性基层模量情况下，半刚性基层沥青路面与柔性基层沥青路面的路表弯沉与受力情况计算结果如表4.32和表4.33所示。表4.32不同基层模量时半刚性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力基层模量(MPa)11001300150017001900理论弯沉（0.01mm）38.2237.1636.3135.634.99修正弯沉（0.01mm）18.3017.4916.8516.3215.87面层层底拉应力（MPa）-0.01452-0.03046-0.04224-0.05121-0.0582基层层底拉应力（MPa）0.031280.036390.041120.045540.04967底基层层底拉应力（MPa）0.046030.044840.043670.042550.04149表4.33不同基层模量时柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力基层模量(MPa)11001300150017001900理论弯沉（0.01mm）37.3636.5635.9135.3634.89修正弯沉（0.01mm）17.6417.0416.5516.1515.80面层层底拉应力（MPa）-0.02122-0.02443-0.02679-0.02856-0.0299上基层层底拉应力（MPa）0.005495-0.00795-0.01829-0.02647-0.03307下基层层底拉应力（MPa）0.058160.06820.077540.08630.09453底基层层底拉应力（MPa）0.063990.061540.059360.057390.05561从表4.32和表4.33的计算结果可以已看出，随着半刚性基层材料模量的增大，基层层底拉应力会随之增大，而路表弯沉与底基层层底拉应力将会减小。同时，当半刚性基层模量为较小时（1100MPa）柔性基层材料层底将会受到拉应力作用，不过拉应力值很小。不同半刚性基层模量情况下沥青路面的疲劳寿命计算结果，如表4.34和表4.35。表4.34不同基层模量时半刚性基层沥青路面的疲劳寿命基层模量(MPa)11001300150017001900路面寿命（次）3.79E+074.75E+075.72E+076.71E+077.71E+07基层寿命（次）3.01E+157.60E+142.50E+149.89E+134.49E+13110 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析基层模量(MPa)11001300150017001900底基层寿命（次）6.82E+098.65E+091.10E+101.39E+101.75E+10采用值（次）3.79E+074.75E+075.72E+076.71E+077.71E+07表4.35不同基层模量时柔性基层沥青路面的疲劳寿命基层模量(MPa)11001300150017001900路面寿命（次）4.77E+085.68E+086.56E+087.43E+088.28E+08下基层寿命（次）1.07E+132.52E+127.84E+112.96E+111.29E+11底基层寿命（次）3.41E+084.86E+086.75E+089.18E+081.22E+09采用值（次）3.41E+084.86E+086.56E+087.43E+088.28E+08从疲劳寿命计算结果可以看出，半刚性基层的使用寿命会随基层的模量增大而减小，而面层与底基层的使用寿命会随底基层材料的模量增大而增大。基于最小方差法对基层模量与使用寿命关系进行回归分析，得出基层模量～使用寿命关系函数及基层模量影响系数函数如表4.36所示。表4.36半刚性基层模量～使用寿命关系函数回归结果路面类型Ne～E2关系影响系数C6～E2关系半刚性基层沥474N.4910710E.1629710C.858110E1500.10024e262青路面柔性基层沥青584N.6151110E.3117410C.937410E1500.09971e262路面4.4.8土基模量对沥青路面使用寿命的影响其他计算参数不变，不同土基模量情况下，半刚性基层沥青路面与柔性基层沥青路面的路表弯沉与受力情况计算结果如表4.37和表4.38所示。表4.37不同土基模量时半刚性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力土基模量（MPa）4050607080理论弯沉（0.01mm）36.3131.8228.6126.1924.29修正弯沉（0.01mm）16.8515.5014.5213.7713.18面层层底拉应力（MPa）-0.04224-0.04025-0.03863-0.03727-0.03611基层层底拉应力（MPa）0.074060.070220.067090.064420.06211底基层层底拉应力（MPa）0.062260.058060.054550.051510.04883111 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析表4.38不同土基模量时柔性基层沥青路面的路表弯沉与层底拉应力土基模量（MPa）4050607080理论弯沉（0.01mm）35.9131.5128.3726.0124.15修正弯沉（0.01mm）16.5515.2614.3213.6213.05面层层底拉应力（MPa）-0.02679-0.02477-0.02312-0.02174-0.02056上基层层底拉应力（MPa）-0.01829-0.01736-0.01662-0.01599-0.01545下基层层底拉应力（MPa）0.077540.073260.069720.066710.06409底基层层底拉应力（MPa）0.059360.055470.05220.049360.04686随着土基模量的增加，路表弯沉值、基层与底基层层底弯拉应力均会减小，土基模量从40MPa升高至80MPa时，两种路面结构的路表弯沉分别减小了21.78%和21.15%，底基层层底拉应力分别减小了21.57%和21.06。可见，设法提高土基的强度也是应对重载交通的一种有效措施。其它参数不变，分别计算不同土基模量情况下半刚性基层沥青路面和柔性基层沥青路面的使用寿命，结果详见表4.39和表4.40。表4.39不同土基模量时半刚性基层沥青路面的疲劳寿命基层模量(MPa)4050607080路面寿命（次）5.72E+078.68E+071.21E+081.57E+081.96E+08基层寿命（次）1.19E+121.93E+122.92E+124.23E+125.89E+12底基层寿命（次）4.38E+088.26E+081.46E+092.45E+093.98E+09采用值（次）5.72E+078.68E+071.21E+081.57E+081.96E+08表4.40不同土基模量时柔性基层沥青路面的疲劳寿命基层模量(MPa)4050607080路面寿命（次）6.56E+089.85E+081.35E+091.74E+092.15E+09下基层寿命（次）7.84E+111.31E+122.06E+123.08E+124.43E+12底基层寿命（次）6.75E+081.25E+092.17E+093.61E+095.79E+09采用值（次）6.56E+089.85E+081.35E+091.74E+092.15E+09沥青路面的使用寿命计算结果表明，增大土基模量可以显著提高路面的使用寿命，土基模量值从40MPa升高至80MPa时，两种路面结构的使用寿命分别提高了了3.43倍和3.28倍。112 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析基于最小方差法对土基模量与使用寿命关系进行回归分析，得出土基模量～使用寿命关系函数及土基模量影响系数函数如表4.36所示。表4.36土基模量～使用寿命关系函数回归结果路面类型Ne～E0关系影响系数C7～E0关系4.17766半刚性基层沥青路面Ne.8249910E0C7.00607E040.094396.17141柔性基层沥青路面Ne.1193510E0C7.00571E040.095734.5重载交通沥青路面的破损模型4.5.1沥青路面使用寿命的预测模型沥青路面结构是由不同性质的材料组成的层状体系，沥青路面的使用寿命会受到轴载、沥青混凝土面层厚度、模量、基层厚度与模量、土基模量等参数的影响，其使用寿命是这些参数综合作用的结果，前面我们分别计算了轴载、面层厚度、模量、基层厚度及模量、土基模量等指标对路面使用寿命的影响规律，并计算出了个参数的影响系数，综合各个参数，沥青路面结构的使用寿命评估预测公式可由下式表示。NCCCCCCCfP（4.5.1）e1234567式中：N——沥青路面的使用寿命（次）；eC，C，C，C，C，C，C——分别为路面结构层厚度及模量对1234567使用寿命的影响系数；fP——轴载～使用寿命函数。我们分别将上面计算得到的系数C，C，C，C，C，C，C以及不同轴1234567载下的使用寿命函数代入式（8.5.1）即可得沥青路面使用寿命预测公式如下：对于半刚性基层沥青路面：.00757H18.00656H20N.09953e.000103E1200.10016.09937ee3.00828h404.100210E750.10026.09824e.858110E1500.100241219.60559.00607E40.09439.7777610P019.06056934.7556910P.000103E.02344.100210E.02511.858110E.0284812.00757H.00656H.00828h.59866.00607E.14787e0（4.5.2）113 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析对于柔性基层沥青路面：.01461H18.00591H15N.08449e.000106E1200.1001.10063ee52.00801h35.1384810E750.00021E750.0908.10769e11425.85812.937410E1500.09971.00571E40.09573.9404710P2025.8581252.861110P.000106E.0271.00187E.1384810E.53065114.01461H.00591H.00801h.63198.937410E.0409.00571E.13267e20（4.5.3）上两式中：N——设计年限内每车道的累计达当量轴次（次/车道）；eH、E——面层的厚度（cm）与模量（MPa）；H、E——底基层的厚度（cm）与模量（MPa）；1h、E2——基层的厚度（cm）与模量（MPa）；E0——土基的模量（MPa）；P——轴载（KN）。4.5.2超载造成的破损预测模型如果当标准轴载为P时，沥青路面的容许荷载作用次数为N，当轴载增加Sall到PPP时，沥青路面的容许荷载作用次数降低为N。则，由荷载增量P（超S载）引起的沥青路面使用寿命降低率可由下式表示：NL1（4.5.4）LNNall式中：L——由于超载P造成的沥青路面使用寿命降底率；LNN——标准轴载作用下的沥青路面使用寿命；allN——超载P时沥青路面的使用寿命。按照表8.1所给出的路面结构及材料参数，根据式（4.5.4）计算出不同超载情况下半刚性基层沥青路面的使用寿命降低率，如表4.37所示。表4.37不同轴载下半刚性基层沥青路面的使用寿命降低率超载率（%）020406080100使用寿命降低率（%）0.0062.2883.5992.1896.5197.89114 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析表4.37的计算结果再次表明了重（超）载对沥青路面的危害，当超载60%时，沥青路面的使用寿命降低率超过了90%。超载P的车辆通过一次造成的沥青路面使用寿命降低系数计算公式可由式（4.5.5）计算。11F（4.5.5）NNall假设某公路全长为L，沥青路面造价为M，则基于路面破损费用补偿的超载车辆通过一次所需额外缴纳的罚款金额可按下式计算。SFLM（4.5.6）式中：S——超载的罚款数量（元）；L——公路的里程长度（km）；M——公路造价（元/km）；F——超载引起的沥青路面使用寿命降低系数。4.6本章小结（1）分析了我国沥青路面的结构特点。（2）分析了沥青路面使用寿命的影响因素。（3）系统计算分析了沥青面层厚度、模量，基层厚度、模量，底基层厚度、模量，土基模量、轴载等因素对沥青路面使用寿命的影响规律，给出了各因素的影响系数计算公式。（4）推导出了沥青路面使用寿命的预测计算公式。（5）给出了沥青路面的破损破模型。115 第4章重载交通沥青路面使用寿命分析116 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计第5章重载交通下沥青路面结构组合设计根据对目前重载道路使用的调查结果和分析，重载交通路面损坏类型主要有车辙、网裂和坑槽等。另外，通过研究重载沥青路面破坏的作用机理可以发现，轴重越大，路面的路表弯沉、层底弯拉应力随之增加，对路面的破坏作用也越大，[20]所以说重载路面上的损坏要比一般路面严重得多。正因如此，重载情况下的沥青路面设计要充分考虑轴载的因素，更科学合理地进行路面结构组合设计。在重载交通道路路面结构设计中，路面结构组合设计尤为重要。沥青路面结构组合设计主要是给出一种在设计年限内结合实际的环境并能满足预想的交通荷载需求的沥青路面结构组合。就重载交通沥青路面结构组合设计而言，作用在路面上的荷载和重载路面的损坏机理是设计要着重考虑的因素。路面结构组合设计旨在既能够满足环境和外界荷载等因素的要求，同时能够最大限度地发挥各结构层的功能，还要确保经济性和技术可行性。5.1路面结构组合设计的原则沥青路面的结构层主要有两个功能：一是承载，即路面结构要满足实际的汽[21]车荷载和自身的压力；二是使用功能。使用功能是指沥青路面要尽可能平整，给驾驶员提供舒适安全的行车环境。路面结构组合设计的差异，会导致在使用性能和经济上的差异。结合理论基础和实际情况，路面结构的组合设计并不是层数越多厚度越大，就是好的路面结构组合设计。因此，路面结构应当遵循以下几个原则：（1）依照道路等级和交通量来选择各层的材料类型和厚度在开始结构组合设计的工作之前，必须要对设计道路的实际情况有详尽的了解，这其中包括设计道路的等级、设计道路的交通繁重程度等。公路面层和基层的等级随着道路等级、交通量和轴载的增大而提高。（2）符合相关规范中各结构层的功能要求沥青路面的面层和外界环境直接接触，也直接承受汽车荷载的作用，同时面层必须平整，以确保行车的安全性、舒适性。所以，面层要满足荷载作用和稳定性双重的要求。基层部分承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并将力扩散到下面的垫层和土基之中去。基层应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力117 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计的能力。基层表面虽不直接供车辆行驶，但仍要有较好的平整度，这是保证面层平整性的基本条件。垫层的主要功能是调节土基和面层的环境，来帮助面层和基[22]层尽可能小的受到温度和湿度的影响。（3）满足各结构层的荷载需求作用在路面上的行车荷载通常既有竖向压力，还包括横向压力。路面在竖向压力的作用下，深度越是向下，各结构层内部产生的应力和应变越小。路面面层直接承受横向压力，并传递到各结构层。另外，路面面层还要承受车辆轮胎的磨损。在路面结构组合设计中，各结构层的强度和刚度应当符合从上到下依次递减的规律，从而最大程度的发挥各结构层的承载功能，又能保证路面结构层设计的经济性。（4）考虑自然因素对路面结构的影响沥青路面结构组合设计应当充分考虑实际的自然环境现状。不同的土基类型、不同的气候环境，都应当采取相应的措施来将路面结构受自然影响的损害降到最低。例如在一些气候潮湿的南方城市，为了避免基层和土基之间水分无法扩[23]散，应选用沥青贯入碎石等水稳性好的基层。在季节性冰冻地区，为防止路基发生冻胀，路面结构还要考虑防冻层厚度的设计。（5）考虑路面结构层的施工条件沥青路面施工过程中存在最小厚度的概念，小于最小厚度的设计无法在实际施工中实现。因此，路面结构层的层数要尽可能合理，既要符合沿深度递减的规律，还要考虑实际情况，以便施工。5.2重载交通沥青路面材料的选择5.2.1面层材料的选择（1）表面层重载交通沥青路面的面层通常包括表面层、中面层和下面层三层。表面层的设计要满足平整，抗滑和噪音小的要求，以确保车辆可以安全、舒适、高效地行驶，同时还要避免噪音污染。针对表面层的设计要求，表面层应该采用针入度偏大的沥青。这种沥青具有较强的抗变形能力，还具有优良的水稳性和抗温度裂缝能力，可以确保路面的平[24]整度，满足重载交通路面的荷载需求。另外，重载交通沥青路面还应该采用强度大的集料和吸附能力强的结合料，如改性沥青。118 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计通过变轮压车辙试验、疲劳试验等一系列试验可知，表面层可以选用细粒式密级配沥青混凝土和沥青马蹄脂碎石，如SMA-13、改性沥青AC-13、改性沥青AC-16或改性沥青AC-13C、改性沥青AC-16C。（2）中面层力学响应分析表明，中面层极易产生剪切形变和严重辙槽等损害。所以，中面层主要要起到抗永久变形或抗辙槽的作用，另外中面层还要有很强的抗水破坏能力。为满足要求，中面层选用改性沥青AC-20或改性沥青AC-20C。（3）下面层通过力学分析可以发现，底面层主要受到较大的剪应力作用。因此底面层的主要以抵抗形变和辙槽等损害。就半刚性基层沥青路面而言，半刚性基层反射裂缝或多或少会影响到下面[25]层，因此下面层应具有良好的骨架结构，水稳定性、高温稳定性和低温稳定性。为满足要求，下面层可以选用粗粒式沥青混凝土AC-25。5.2.2基层材料的选择在上一章的分析中，不同轴载作用下得到了不同的力学响应结果。作为沥青路面的承重层，基层主要承受来自路面的竖直力。基层主要有以下几个方面的作用：（1）传递车辆的垂直力到下面的垫层和土基中去；（2）增加路面结构的整体刚度，以求避免面层出现裂缝等现象；（3）减轻土基湿度和温度方面对面层的直接影响；（4）保证面层的平整度，为面层的施工提供便捷。结合基层的上述作用，基层材料的选用应保证基层具备以下的性质：（1）足够的强度与刚度沥青路面下的基层承担主要的重量，基层应该能够支撑起路面结构，在设计服务年限内不产生过大变形和疲劳破坏。另外。基层的强度和刚度要与面层的强度和刚度协调，避免出现某一层断层或有过大形变的现象。（2）水稳定性好和抗冻性能好沥青路面难以避免雨水渗入到基层当中，所以要求基层材料具有良好的水稳定性。对于季节性冰冻地区，毛细水上升、雨于水下渗等可能使基层中含有部分水分，为避免产生冻胀和翻浆现象，以及引起的强度下降，水稳性和抗冻性是基层[26]应当具备的十分重要的性能。119 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计（3）收缩性小基层材料收缩会使半刚性基层材料产生裂缝，降低其强度、刚度和抗疲劳性能，进而裂缝反射到面层使面层开裂，所以基层材料的干缩系数和温缩系数均应比较小。按照设置位置基层还可分为上基层、下基层和底基层。力学分析计算和使用寿命计算结果表明，路面结构体系中半刚性基层和底基层一般受拉应力作用，会产生疲劳破坏，进而底基层或基层带裂缝工作，强度和刚度减小，进而使得上层材料也产生破坏。本文的计算实例中，疲劳破坏一般发生在二灰土底基层，因此对于重载交通沥青路面的底基层材料应选用强度较高、疲劳性能好的材料。通过上述的研究，基层材料推荐选用水泥稳定碎石或密级配沥青稳定碎石（ATB-25或ATB-30）+水泥稳定碎石。考虑到重载的作用，重载作用下的沥青路面底基层材料推荐采用石灰粉煤灰稳定碎石或水泥稳定碎石，而在交通量小的情况下，采用石灰粉煤灰或石灰土即可。5.2.3垫层的选定在垫层的设置方面，重载交通和其他情况下的道路没有太大区别。实际上，垫层的设置通常和交通量的大小没有关系。设置垫层一般会出现在以下的情形：（1）在一些排水不好的路段，为了避免地下水对基层和面层的侵蚀，需要设置排水垫层；（2）在季节性冰冻地区，为防止路基发生冻胀，路面结构还要考虑防冻层厚度的设计，需要设置防冻垫层；（3）在一些路床为细粒土的路段，基层有可能受到影响，需要设置反滤垫层。垫层可选用级配碎石等粒料垫层，或石灰土垫层。5.2.4土基回弹模量的选定土基的性质直接关系到沥青路面结构的使用性能和使用寿命。在沥青路面结构设计上，土基回弹模量是一个十分重要的参数，它的数值也直接参与到了沥青路面结构组合设计的计算中。通常情况下，土基回弹模量应该超过30MPa；而在交通量较大或者特大的情况下，土基回弹模量的大小应当不小于40MPa。结合实际条件，要尽可能选择合理的施工工艺，确保达到要求。120 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计5.3重载交通沥青路面材料的设计参数由第四章的计算分析表明，一般情况下沥青混合料面层受到压应力的作用，即使在重载条件下，路面有可能受到拉应力的作用，但是其数值相比基层和底基层所受拉应力较小。所以，在重载条件下沥青路面面层材料设计参数模量的取值可以仍按《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）的推荐取值，具体如表5.1所示。沥青路面的基层和底基层随着行车荷载的增大，所承受的剪应力不断增加。[27]同时，由于半刚性材料的在受力过程中是非线性的。所以，需要对《规范》的模量推荐取值进行适当减小。通过对实验结果的对比分析，重载交通沥青路面常用材料设计参数具体可以按照表5.2所示选用。表5.1沥青混合料的设计参数抗压模量（MPa）15℃劈裂强度材料名称备注20℃15℃（MPa）密级配1200～16001800～22001.2～1.6AC-10、AC-13细粒式沥青混凝土开级配700～10001000～14000.6～1.0OGFC沥青马蹄脂碎石1200～16001600～20001.4～1.9SMA中粒式沥青混凝土1000～14001600～20000.8～1.2AC-16、AC-20密级配粗粒式沥青混凝土800～12001000～14000.6～1.0AC-25密级配1000～14001200～16000.6～1.0ATB-25、ATB-35沥青碎石基层半开级配600～800——AM-25、AM-40表5.2重载交通沥青路面常用材料设计参数抗压回弹模量（MPa）劈裂强度材料名称配合比规范值推荐值（MPa）水泥稳定碎石5%～6%1300～17001050～15500.4～0.6石灰粉煤灰稳定碎石8：17：751300～17001050～14500.5～0.8石灰粉煤灰稳定土10：30：60600～900500～7800.2～0.3121 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计5.4重载交通沥青路面结构的推荐通过前述的试验研究以及重载条件下沥青路面结构体系的力学计算分析得知，重载交通道路沥青路面应具有以下性能：路面要有足够的结构承载能力，能够承受预定的损坏状况或者使用寿命年限之前的行车荷载作用次数。沥青路面面层应该具有良好的抗滑性能，以保障道路的交通安全。（3）沥青路面半刚性基层或底基层应具有很好的抗剪能力，以减少反射裂缝的产生，导致路面开裂损坏。（4）沥青混合料应该具有良好的疲劳特性，以免路面出现疲劳破坏，产生裂缝。根据以上研究分析结果，结合天津市高等级公路沥青路面的设计使用习惯，根据原材料供应近距离原则，推荐的重载交通沥青路面合理路面结构组合形式如图5.1所示。图5.1推荐路面结构示意图5.5重载交通沥青路面的设计步骤5.5.1本文重载交通的含义本文所指的重载交通不等同于《公路沥青路面设计规范》中所说的“重交通”，《规范中》重交通与轻交通指的是设计年限内累计当量轴次大小的区分。本文所说的重交通一方面是指设计年限内累计当量轴次大，同时还特指行驶在沥青路面[28]上的车辆轴载大、超载严重等现象，即单次通过对路面造成很多破损的情况。概括起来符合以下条件：（1）道路为主要干线公路，大件货物运输或大型车辆较多。122 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计（2）设计的道路上实际通行的车辆中有部分车辆本身较重或者超重，在数量上表现为单轴轴重大于13t。按照同样的规则，双轴轴重大于26t。5.5.2重载交通沥青路面的设计步骤结合上述几个章节的研究分析，现在简单的总结沥青路面在重载条件下的设计程序：（1）对设计路段进行交通调查去设计路段进行实地的调查分析，记录交通的构成，超载情况、交通量和交通量近几年的变化趋势、轴载的大小以及车道的分配系数等等。收集完这些数据，首先需要做的是检查现在的交通环境是否适用重载交通的条件。在满足的情况下，进行数据处理，生成需要的设计文件，进行下一步的计算。否则，不能按照重载交通设计。（2）拟定路面结构在满足规范的前提下，根据上述推荐的路面结构，实地调查工程地质和建设公路时所使用的材料的具体情况。同时结合现在实际运营中公路的设计结构和使用情况，综合权衡，初步给出路面的设计结构。（3）确定材料参数通过实地的踏勘，选取代表性的样本，进行试验，确定设计时各项参数的使用值。（4）按疲劳设计标准计算路面结构厚度根据现有的规范要求，使用设计弯沉值作为路面刚度的检测指标，通过这个控制条件，计算设计路面的结构层的厚度，同时还要检验各结构层的层底拉应力[29]是否满足要求。（5）最大轴载的应力验算实际车辆运行中的荷载可能与设计中有较大的偏差，根据实际可能出现的荷载，使用极限强度作为检测标准，检验基层层底拉拉应力是否符合条件。（6）进行经济技术比较对同一荷载条件下的路面设计，至少拟定2个以上的结构组合设计方案，最基本的要符合使用的要求，然后比较技术的可行性和稳定性等技术上的问题，最后对比经济上的投资以及对将来经济的带动作用，选出最好的方案。5.5.3重载交通沥青路面的设计流程图通过上述的介绍程序，现在可以列出重载交通条件下，沥青路面的设计步骤过程见下图5.2。123 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计图5.2重载交通沥青路面设计流程图124 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计5.6天津市重载交通沥青路面的典型结构5.6.1土基回弹模量的等级划分坚实的路基是保证路面稳定的基础，第三章和第四章的分析计算表明，土基回弹模量值对沥青路面结构的受力和变形具有显著的影响。其他条件不变的情况下，沥青路面的弯沉的变化和土基模量的变化是相反的。土基模量增大时，道路的使用周期也跟着增加。这样，在进行路面设计时，土基回弹模量取值的大小会[30]给路面结构厚度带来最为直接紧密的影响。根据本文对重载条件下对各结构层带来的影响可以读土基模量进行分级，这样更好地为设计服务，分级遵循的原则如下：（1）首先要满足最小的要求，取值不能小于40MPa，假如原来的路基不能满足要求时，必须对路基进行处理，满足条件后再进行下一步的施工。（2）土基模量的改变会引起基层厚度的改变，现在通过分析得到，土基模量的每改变一个等级时，基层厚度受到的影响深度大约4cm。结合上述土基模量分级的规则，在天津地区沥青路面设计中，可以按照下表5.3对土基模量进行划分。表5.3土基回弹模量的等级划分等级S1S2S3S4土基回弹模量值40≤E0＜4545≤E0＜5050≤E0＜5555≤E0＜60（MPa）5.6.2交通等级的划分结合上面章节对天津地区交通情况的调查分析，同时参照有关的道路设计规[31]范。现在可以根据路面的厚度变化，进行分级，即厚度变化10cm为一个单位进行划分，具体见下表5.4。表5.4交通量的等级划分等级累计当量轴次（次/车道）备注6F1＜3×1066F23×10～8×1067F38×10～1.2×1077F41.2×10～2.5×10125 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计等级累计当量轴次（次/车道）备注77F52.5×10～6×1078F66×10～1×1088F71×10～5×1089F85×10～1×105.6.3典型结构推荐[32]通过上述对重载沥青路面设计的各个程序的介绍和两种等级的划分，现在利用软件进行计算，能够初步得到重载条件下沥青路面的结构，具体见下边表5.5。表5.5部分沥青路面典型结构汇总表6交通量等级F1（＜3×10）土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土66661基层水泥稳定碎石18181818底基层二灰土或石灰土2018171566交通量等级F2（3×10～8×10）土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土66661水泥稳定碎石18181818基层水泥稳定碎石或二灰碎20181818石底基层二灰土或石灰土2020181567交通量等级F3（8×10～1.2×10）126 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土5555粗粒式沥青混凝土66661水泥稳定碎石18181818基层水泥稳定碎石或二灰碎18181818石底基层二灰土20181715细粒式沥青混凝土4444面层粗粒式沥青混凝土88882水泥稳定碎石18181818基层水泥稳定碎石或二灰碎18182020石底基层二灰土3530201877交通量等级F4（1.2×10～2.5×10）土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土6666粗粒式沥青混凝土88881水泥稳定碎石18181818基层水泥稳定碎石或二灰碎20181818石底基层二灰土40403530细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土66662ATB-2510101010基层水泥稳定碎石18181818127 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计水泥稳定碎石或二灰碎20181818石底基层二灰土4040353077交通量等级F5（2.5×10～6×10）土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土6666粗粒式沥青混凝土88881水泥稳定碎石18181818基层水泥稳定碎石或二灰碎18181818石二灰碎石18181818底基层二灰土35302520细粒式沥青混凝土4444面层粗粒式沥青混凝土8888ATB-25121212122基层水泥稳定碎石18181818水泥稳定碎石或二灰碎18181818石二灰碎石20201818底基层二灰土3025252078交通量等级F6（6×10～1×10）土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土66661粗粒式沥青混凝土8888基层水泥稳定碎石18181818128 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计水泥稳定碎石或二灰碎18181818石二灰碎石18181818底基层二灰土45403530细粒式沥青混凝土4444面层粗粒式沥青混凝土8888ATB-25121212122基层水泥稳定碎石18181818水泥稳定碎石或二灰碎18181818石二灰碎石20201818底基层二灰土4035323088交通量等级F7（1×10～5×10）土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土6666粗粒式沥青混凝土88881水泥稳定碎石18181818基层水泥稳定碎石或二灰碎18181818石二灰碎石18181818底基层二灰土55504540细粒式沥青混凝土4444面层粗粒式沥青混凝土8888ATB-30151515152基层水泥稳定碎石18181818水泥稳定碎石或二灰碎18181818石底基层二灰碎石18181818129 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计二灰土5045403589交通量等级F8（5×10～1×10）土基模量等级结构层名序号材料名称称S1S2S3S4细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土6666粗粒式沥青混凝土8888水泥稳定碎石181818181基层水泥稳定碎石18181818水泥稳定碎石或二灰碎18181818石二灰碎石18181818底基层二灰土50454035细粒式沥青混凝土4444面层中粒式沥青混凝土6666粗粒式沥青混凝土8888ATB-30121212122水泥稳定碎石18181818基层水泥稳定碎石18181818水泥稳定碎石或二灰碎18181818石二灰碎石18181818底基层二灰土35302520细粒式沥青混凝土4444面层粗粒式沥青混凝土88883水泥混凝土25252525基层水泥稳定碎石20201818水泥稳定碎石或二灰碎20202020石130 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计底基层二灰土504540355.7本章小结（1）根据重载交通沥青路面的结构特点，给出了适合于重载交通沥青路面设计的设计原则。（2）通过控制各项因素变量，结合实际的力学响应，确定了各项参数在沥青路面设计中的影响关系。（3）结合重载环境下路面的实际运行条件和各项参数的作用，可以得到重载条件下路面的合理结构形式。（4）利用对天津本地区的交通调查和分析，给出了天津重载条件下比较适合的沥青路面的结构形式。131 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计132 第6章结论第6章结论当前，我国公路交通量巨大，超载情况严重。在路面结构设计中未能充分地反映实际情况，并且地区之间交通量的差异明显。本论文以天津市公路交通重载车辆为研究对象，结合之前研究的成果，分析了重载条件下对路面的作用情况。具体的成果为：（1）通过实地调查，对多条典型路段轴载情况进行统计和分析，绘出了多条道路的轴载谱。同时，调查了货车轮胎的充气压力、接地压强，发现调查路段满载车辆接地压强几乎全部超过规范限定值。通过此次调查得出的结果更接近天津地区的实际情况，在路面设计中更具有代表性。（2）通过结构软件和正交分析的方法，进行研究半刚性基层沥青路面在受到外界特定轴载条件时，产生的力学响应。能够知道：轴重增加，路表弯沉也跟着增加，并且增加的趋势成正相关，同时基层的拉应力和拉应变却随之减小。（3）全面地分析了沥青路面使用寿命的影响因素和各因素对沥青路面使用寿命的影响规律，给出了各因素的影响系数计算公式。推导出了重载交通中沥青路面使用寿命的预测计算公式。（4）根据重载交通沥青路面的结构特点，结合力学分析计算，分析了各项参数的选择要求，推荐了几种适合于重载交通的路面结构形式。并根据这次调查统计的结果初步给出了天津市重载交通沥青路面典型结构形式。133 第5章重载交通下沥青路面结构组合设计134 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致谢致谢本文是在我的导师郑刚教授的悉心指导下完成的。在论文编写过程中，郑老师以其严谨的治学态度、忘我的工作精神、渊博的知识深深的影响着我，给予了我莫大的帮助和支持，衷心感谢郑老师。承蒙郑老师的指导，我将终生难忘，在此向导师致以崇高的敬意！感谢帮助过我的刘宝昌、高春雷等同事，给予了我极大的帮助和支持，正是他们的帮助和支持使我在课题中遇到的问题得以顺利解决，论文得以顺利完成。感谢我的家人，是他们在我的学习过程中提供了精神上的坚强后盾。最后，感谢评阅本论文和出席论文答辩会的各位专家和教授，感谢大家在百忙之中给予我的批评和指教。梁飞2016年11月137 天津大学工程硕士学位论文■麗圓