沥青路面设计标准比较

沥青路面设计标准比较在广泛调研的根底上，对标分析了海峡两岸沥青路面的设计理念、设计流程和关键参数，归纳和总结了两岸沥青路面设计异同。主要结论为:闽台两岸沥青路面设计开展历程不同，台湾地区的高等级沥青路面设计方法与大陆?公路沥青路面设计标准?较为近似，而低等级沥青路面设计方法那么存在一定区别;转换轴载基准后，采用?公路沥青路面设计标准?进行沥青路面设计，可同时满足闽台两岸沥青路面设计要求。关键词:沥青路面;设计标准比较;轴载;闽台两地道路工程是以道路为对象而进行的规划、设计、施工、养护与管理工作的全过程及其所从事的工程实体，是一项重要基建工程，对社会经济开展影响重大。道路工程标准是由国家、地区或协会等机构制定和批准的工程相关文件，对道路工程活动或相关结果规定了规那么、导那么或阀值，实现道路工程最正确全寿命效能。道路工程标准具有时效性，综合反映了工程材料、环境、设计与施工、用路人偏好等一系列区域特征。研究并比较不同区域与新旧工程标准可加强专业认识，提出一些对现有标准的改进建议1，并可分析专业的未来趋势，更好地与国际工程工程接轨。本研究基于?关于进一步加快平潭开放开发的意见?，福建省政府强调要继续推进平潭开放开发取得新成效，全力推动与台湾深度融合，扩大与台湾经济、文化、社会的交流合作，实施“一岛两标，即大陆标准和台湾地区标准在平潭岛内包容共存、互认互通，增强台湾同胞的民族认同感和归属感，实现海峡两岸融合开展。基此，开展闽台两岸沥青路面设计标准比较研究，具有重要的现实需求和工程应用价值。比较海峡两岸建设公路里程数，福建省已全面赶超台湾地区，但福建省公路约75%以上属于水泥面层与半刚性基层路面，而台湾地区95%以上属于沥青面层与柔性基层路面。不同路面结构，实质上反映了两地路面设计的工程理念差异。鉴于沥青路面能较好满足行车舒适性与平安性的综合需求，本研究针对闽台沥青路面设计标准，通过资料搜集与系统性调研的方法，广泛搜集海峡两岸沥青路面设计标准、案例、文献等资料，获得海峡两岸沥青路面设计标准相关根底资料。通过比照获取的资料，比照分析海峡两岸沥青路面设计标准，并提出一套可容纳两岸标准的系统流程。1海峡两岸沥青路面设计标准概况11福建省沥青路面设计标准概况福建省沥青路面设计标准的开展，从早期的?公路柔性路面设计标准?(JTJ01486)5、?公路沥青路面设计标准?(JTJ01497)6、?公路沥青路面设计标准?(JTGD502022)7到?公路沥青路面设计标准?(JTGD502022)8。新标准的意见稿在2022提出后，受到许多路面专家的讨论与建议，相较旧标准，对沥青路面厚度计算方法和设计参数等进行了修订。其中重要差异如下9:(1)明确了路面结构层和功能层的概念。新标准路面结构层里没有垫层这一说法，明确参加柔性基层和水泥混凝土基层，路面结构层就由3局部组成:面层、基层和底基层，旧标准的垫层，归类为功能层或路基处置层。(2)设计引入可靠度设计方法。(3)调整了交通荷载等级的划分方法，用设计使用年限内累计的大客车和货车交通量来确定;调整了交通荷载分级(五级)，增加了极重交通等级，以路面设计期内累计货车和客车交通量划分交通荷载等级。(4)标准轴载依然为单轴双轮100kN，但轴载换算方法进行了很大调整。新标准轴载换算，考虑车辆满载和非满载情况，使其更加贴近实际。(5)最大的变动是沥青路面设计指标，舍弃了使用几十年的设计弯沉，而采用基于多指标的设计方法。设计指标包括与路面使用性能相关的沥青混合料疲劳开裂、无机结合料稳定层疲劳开裂、沥青混合料永久变形、路基顶面竖向压应变等;使用力学指标替代旧标准设计弯沉，并将弯沉值检核纳入验收条件;而且，不同的路面结构类型的设计指标不同，比方:对于常见的半刚性基层沥青路面，设计指标为半刚性基层疲劳开裂和沥青面层永久变形，和不同结构类型的力学特性相关。对于半刚性基层沥青路面，沥青面层主要承受压力，不会出现疲劳开裂，故没有必要验算面层。具体验算时，计算各结构层疲劳寿命不能小于承受的累计当量轴次。路基顶面竖向压应变对于半刚性基层沥青路面而言，不是设计指标，但路基顶面竖向压应变是路基的设计指标，与路基设计标准统一。(6)沥青路面结构类型调整为4种:无机结合料稳定类基层沥青路面(半刚性基层沥青路面)、粒料类基层沥青路面(柔性基层沥青路面)、沥青结合料类基层沥青路面(柔性基层沥青路面)和水泥混凝土基层沥青路面(刚性基层沥青路面)。路面工程师可依据区域特性进行更多的路面结构选择，进行效益与本钱的优化。(7)基层材料厚度，标准提出要根据最大公称粒径确定最小压实厚度。相较2022年旧标准，新标准考量了施工过程，是较成熟的设计意见。(8)不同交通等级提出了不同的粘层材料要求。(9)材料设计参数确实定，分为3个水平。就不同等级、不同要求与不同本钱投入的路面有不同的设计可靠度，更适合管理。(10)对路基顶面回弹模量提出要求，与路基设计标准对应起来，优化了路基平衡湿度状态下的动模量。(11)无机结合料稳定类材料跟?公路路面基层施工技术细那么?一致。(12)明确提出了沥青面层各层的最大公称粒径要求，针对路面夏季常见的车辙病害，引入了沥青贯入度指标，增加了沥青混合料贯入强度要求。(13)路面结构计算时，沥青层参数是动态压缩模量。(14)新标准在粒料层材料中引用模量湿度调整系数概念，对于特定的材料进行结构验算时，需乘以对应的调整系数。12台湾地区沥青路面设计标准概况台湾土地面积小，气候较一致，经费有限，主要使用美国柔性铺面设计方法，并或依标准调整设计参数，以沥青协会AI、AASHTO及加州三大系统为主轴，但以最新版本为准10。台湾地区道路主管机关多达数十个机构，使用设计方法差异性极大，主要单位使用设计方法简述如下11:高速公路局:中山高速公路兴建时采用美国加州方法1968年版及AIMS11969年版方法，近年拓宽工程那么采用AASHTO1993年与2022年版为主、AIMS11991年版方法为辅，并研拟采用大粒径沥青混凝土材料。(1)新建工程局:以AASHTO1993年与2022年版为主，积极研发沥青马蹄脂混凝土与再生沥青混凝土等材料，并且严格进行工地执行材料试验相关作业程序掌控。(2)公路总局:早期以美国加州1995年方法为主，并于1997年函示各等级道路必须符合各结构层最小厚度需求。加铺设计方法那么采用AASHTO1993与AIMS171983年版为主。(3)台北市及高雄市政府:早期以AIMS11991年版者居多，近十年以AASHTO新版为主。市区道路刨除或加铺，许多路面工程未作设计分析，仅用厚度控制。(4)台湾地区路面设计轴重是80kN，典型结构如表1所示。新建高等级路面(高速公路)是以AASH-TO铺面设计标准2022年版为主，新建与加铺低等级路面(省县道等级)的设计标准还是以AASHTO铺面设计标准1993为主。AASHTO路面设计方法是在20世纪50年代美国AASHO试验路成果的根底上提出的路面设计指南。AASHTO于1961提出柔性路面设计概要，1972年出版第一版?AASHTO路面中期设计指南?，虽然从1986年和1993年历经屡次修改，但AASHTO路面设计标准2022年版已经推行18年。AASHTO路面设计标准2022年版与1993年版相比路面主要构造详见表1，归纳有如下优点12:(1)可以模拟荷载条件变化对路面的影响;(2)可以对现实中实际存在和使用的材料与其将来的使用性能建立联系;(3)在预测路面使用性能时能考虑材料老化的影响;(4)路面结构设计性能预估与沥青混合料性能评价联系起来;(5)可以预估环境因素对路面性能的影响。2海峡两岸沥青路面设计标准比照分析以福建省目前?沥青路面设计标准?(JTGD502022)与台湾地区目前新建路面工程AASHTO路面设计标准2022与1993进行比对:(1)台湾地区新建道路路面设计输入参数比较，台湾地区新版设计需要输入5065个参数(不同等级输入参数不同)，大约是旧版标准的3倍，就设计本钱来说，新标准大于旧标准。(2)台湾地区车辆荷重标准是80kN，与福建省100kN不同。台湾地区在低等级路面上仍采用等值当量轴重ESAL计算，但在高等级路面使用轴载谱。福建省使用JTGD502022，那么是运用轴载谱折算ESAL。(3)比较设计使用年限，JTGD502022与2022都是一级公路15年，二级公路12年，34级公路610年。但AASHTO1993标准是建议高速公路(相当于1级公路)2050年。2022年版本没有明确指定设计使用年限，但一般设计使用年限那么超过20年(路面使用效能高于最低水准20年)。就设计效劳水准比较，福建省的设计较保守，可能因素是福建省交通荷重较大。(4)比较设计指标，JTGD502022是以沥青混合料疲劳开裂、无机结合料稳定层疲劳开裂、沥青混合料永久变形、路基顶面竖向压应变需满足设计门槛值(因平潭没有路基冻结低温问题，所以低温条件不纳入考虑)。AASHTO1993以路面效劳指数(PSI)介于4.2与2.5(高等级路面)为使用标准，其中PSI是裂缝、平整度、坑洞的函数。AASHTO2022年版那么是预估使用年限的平整度、裂缝与车辙，假设预估值满足使用者要求那么满足适用性。两岸路面设计主要差异可参考表2。3整合海峡两岸沥青路面设计流程探讨整合海峡两岸沥青路面设计流程前，需先分析设计参数的差异。台湾地区高等级路面设计方法的设计输入参数，主要有交通资料、气候资料及路面结构和材料参数。考虑到设计信息收集的复杂性和本钱问题，对所有路面设计都提供完全详尽的信息是不现实的。因此，设计指南采用分级的方法，允许设计人员根据工程的重要性和可用的信息灵活地选择设计输入1314。基此，设计参数分3个等级的输入:(1)等级1:要求对工程中使用的具体材料的参数进行详细试验。例如，对沥青混合料进行复杂的动态模量试验。其设计一般用于试验研究路段或重载交通道路。等级1设计通常具有最高的设计可靠度。(2)等级2:用于常规路面设计。虽然材料参数仍然作为关键输入，但不要求直接进行材料参数的复杂试验，而是进行相对简单的标准试验，通过材料参数和其它标准试验参数建立的关系式确定。例如，加州承载比(CB)、级配、塑性指数和含水量等参数与回弹模量的关系式。等级2设计具有中等的设计可靠度。(3)等级3:该等级的材料参数取值为缺省值，即LTPP材料数据库中典型材料值。等级3具有最低水平的设计可靠度，通常用于低交通道路的设计。具体到某一工程或地区，设计人员可以混合和搭配不同设计等级进行输入。例如，设计人员可以选择等级2输入土基回弹模量，因为当地土基力学特性很容易用其它试验(如CB试验)进行确定，通过CB试验，再结合CB值与回弹模量关系式计算得到需要的输入参数。如果缺乏详细的试验数据，也可以用等级3的缺省值进行设计。这种方法也适用于其它非材料的参数输入，例如环境数据、交通量及轴载等。(1)交通资料输入:台湾地区高等级路面设计方法跟以往路面设计方法重要区别，即交通资料的输入。以往路面设计法，通常都将交通荷载换算成当量单轴轴载(ESAL)，而台湾地区高等级路面设计方法要求有详尽的交通资料输人，即:根本交通信息(双向年平均日货车量、设计方向车道数、设计车道货车比例及行车速度等)，交通量调整系数(月调整系数、车辆等级分布、小时分布系数及交通增长率等)，轴载谱，及其它交通信息如平均车轴数、轴构造、轴距及轮胎气压等。AASHTO1993标准相比，多了轴载谱数据的搜集与计算。(2)气候资料输入:台湾地区高等级路面设计方法另一个特征，即有效地考虑了气候环境条件对路面材料特性的影响。该设计方法可在TB网站导入80多个气象站长达数十年的气象数据(气温、降雨量、风速、日照率、相对湿度等)。如果所选的工程附近没有气象站资料，该设计方法还可以根据工程所处的经度、纬度以及地下水水位信息，由周边多达6个软件自带气象站数据自动生成所需的气候资料输入文件。(3)路面结构及材料参数输入:台湾地区高等级路面设计方法，要求输入预设的路面结构以及各层材料的设计参数。道路材料包含:沥青混合料、水泥混合料、稳定基层材料、粒状基层材料、路基材料及地下岩石层等。道路材料的性能参数主要包含:道路响应计算所需的参数(材料模量、泊松比等);性能转换方程所需参数(抗拉强度、蠕变柔度及断裂模量等)以及环境模型所需材料参数(路表短波吸收率、温度传导系数及粒状材料塑性指数等)。(4)气候及荷载导致材料特性的改变:不管采用何种输入等级，环境改变引起的路面材料和土基材料特性的变化，用增强综合气候模型(EICM)模拟。EICM采用气候数据库，确定气候变化对某一种特定材料特性的影响。用降雨和温度模拟影响路基土回弹模量的季节变化条件，以便确定一年中不同时间段的土基承载力。粒料基层、底基层和土基材料还表现出应力依赖的特征。细粒土如粉土和粘性土，通常是应力软化的材料，随着应力水平的提高，土的承载力降低。像沙子和砂砾这样的材料，通常是应力硬化材料，当应力水平提高时，其承载能力随着提高。沥青混凝土的特性最复杂，动态模量是沥青混凝土首要的输入参数。通过动态模量试验、沥青胶结料剪切模量和相位角试验，得到一条时间和温度与材料性能关系的主曲线。主曲线是在标准试验温度为21条件下得到的，在试验温度范围内可以根据需要进行转换，以代表其它温度条件。设计指南中，沥青混凝土材料试验，考虑了沥青材料在初始施工阶段拌和、摊铺时的短期老化以及路面使用后的长期老化。根据预估的路面损坏(例如温度开裂)及其发生的时间计算路面不平整度的开展趋势。对沥青混凝土材料特性的描述，主要利用沥青材料加载频率(时间)温度叠置原理建立的主曲线和位移系数，以表征沥青混合料劲度模量的频率(时间)和温度依赖性。通过主曲线和位移系数，设计程序可对沥青材料进行粘弹性分析，最后根据粘弹分析结果，结合损坏预估函数，计算得到路面损伤。台湾地区高等级路面设计方法，柔性路面设计所考虑的结构损坏包括:永久变形(或车辙)、由下而上疲劳裂缝(或龟裂)、由上而下疲劳裂缝(或纵向裂缝)、化学稳定层疲劳损坏及温度裂缝。柔性路面设计需考虑路面平整度(国际平整度指标)。这些路面性能的设计指标那么由各部门根据当地情况自行确定。台湾高等级路面标准与福建省JTGD50都是使用动态材料参数，相关检验标准与仪器设备一致，相对于台湾较低等级路面使用标准的材料要求是静态材料参数，动态材料参数更能表征路面材料的温度与动态荷载性质。重要材料参数与要求如下。动态剪切系数模量(G):采用动态剪切流变仪(DS)，60，10rad/s(约为159HZ)试验确定，G*=max/rmax。沥青劲度模量(St):采用弯曲量流变仪(BB)，10，加载180s确定的劲度模量值，St300MPa，m03。开级配沥青混合料厚度不宜小于集料公称最大粒径的20倍。基于前述海峡两岸路面设计标准比较，主要差异在标准荷重。JTGD50与台湾高等级路面设计标准对于天候、环境与材料几乎是相同，掌握高等级路面设计参数、低等级路面参数都可以获得。基于一岛两规的要求，路面设计流程如图1所示，所获得的路面结构设计能满足海峡两岸路面设计标准要求。4结论本研究通过闽台两岸路面设计标准的比较，具体分析了福建省现行路面设计标准JTGD502022、台湾高等级路面设计标准与台湾低等级路面设计标准的差异。研究认为:在设计架构的主要差异是设计使用年限与满足设计指标。比较输入参数数目，台湾高等级路面设计标准最多，JTGD502022次之，台湾低等级路面设计标准最少，最多相比最少的参数数量大约3倍。交通荷载的差异，是标准轴重、轴重累计方式、需要的设计参数。混合料材料的差异，是JTGD502022与台湾高等级路面设计标准使用动态材料参数，台湾低等级路面设计标准是使用静态材料参数。设计环境变数的3个标准一致。基于上述结论，研究认为:要同时符合海峡两岸路面标准的设计流程，建议流程以福建省JTGD502022为主，先使用JTGD502022满足设计要求后，再基于修正轴载将100kN转换成80kN，将材料与环境参数输入台湾沥青路面设计流程，检核设计使用年限内的平整度、裂缝与车辙指标是否满足。