式中：hm——基质吸力（kPa） ； y——计算点与地下水位之间的距离（cm） ； γw——水的密度（g/cm3） 。
利用基质吸力和土的物性指标 wPI（0.075mm 筛通过率 P0.075 与塑性指数 PI 的乘积）或 D60（通过率为 60%时的粒径） ，可以由土-水特性曲线确定土的 饱和度。 ⑶气候因素控制类路基的平衡湿度 以 Thornthwaite 的湿度指标（简称 TMI）表征气候因素特性，可以在路基 湿度与气候因素之间建立良好的相关关系。 100 R y − 60 DFy TMI y = （4-2） PE y 式中：Ry——y 年的水径流量（cm） ； DFy ——y 年的水不足量（cm） ； PEy ——y 年的潜在蒸散量（cm） 。 凌建明课题组计算了全国 400 个气象站点的 TMI 值，并按所在地的公路自 然区划归并后，得到各公路自然区划的 TMI 值变动范围。利用凌建明课题组简 化的 Perera 关系式，可进一步计算得到各类土的基质吸力，并结合土-水特性曲 线得到相应的饱和度、体积含水率和质量含水率。
图 4-1 标准工作状态下沥青层永久变形有效温度全国等值线图
5. 材料性质参数
5.1 沥青混合料动态模量
5
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
张肖宁课题组在考察分析诸多影响因素的基础上，选取了 8 个影响变量， 进行了 168 次动态模量测试和 188 次验证试验。在此基础上，建立了 6 个取用 不同影响变量的沥青混合料动态模量预估模型，其中，含有沥青含量和空隙率 变量的 3 个多元非线性动态模量预估模型，与试验实测数据的拟合效果最好。 利用所建立的沥青混合料动态模量预估模型，给出了我国常用沥青混合料 在 20°C 和 10 Hz 标准条件下，采用不同沥青类型、沥青用量和空隙率的动态模 量参考值。 王林课题组对密级配沥青碎石 ATB 和开级配（透水性）沥青碎石 LSPM 进 行了压缩动态模量试验， 分析得到不同空隙率下 ATB 和 LSPM 在试验温度 20℃、 加载频率 10Hz 时的压缩动态模量值，由此建立动态模量和空隙率的相关关系 式： ATB： E = 16364 − 899.3va （R2=0.887） （5-1） LSPM： E = 18100 − 579.9va （R2=0.322） （5-2）
1. 路面结构层组合和损坏类型
按基层材料类型，将沥青路面结构层组合方案归纳成以下四类： （1）选用无机结合料类材料做基层的沥青路面； （2）选用沥青结合料类材料做基层的沥青路面； （3）选用无结合料类材料做基层的沥青路面； （4）以热拌沥青混合料做磨耗层和水泥混凝土做下面层的复合式路面。 前三类沥青路面结构组合方案所需考虑的损坏类型，汇总于表 1-1。 表 1-1 前三类沥青路面所需考虑的损坏类型
4
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
⑷兼受地下水和气候因素影响的路基平衡湿度 路基工作区的上部，按土类和该地的 TMI 值确定其平衡湿度。路基工作区 的下部，按土类和离地下水位的距离确定其平衡湿度。采用加权方法确定此类 路基的平衡湿度。
公路等级 高速 一级 二级 特重冻区 （冰冻指数≥2800ºC·日） Ⅲ级 Ⅳ级 重冻区 中冻区 （冰冻指数<2800~2000 ºC·日） （冰冻指数<2000~800 ºC·日） Ⅰ级或Ⅱ级 Ⅰ级 Ⅱ级或Ⅲ级 Ⅰ级或Ⅱ级 Ⅲ级或Ⅳ级 Ⅱ级或Ⅲ级
2.2 设计可靠度
参照美国力学经验法路面设计指南规定的路面结构的设计可靠度以及水泥 混凝土路面设计规范，提出表 2-2 所示的各级公路沥青路面的设计可靠度。 表 2-2 沥青路面结构设计可靠度
3. 交通荷载作用
3.1 交通调查分析
⑴车辆分类 赵延庆课题组对江苏、山西等省公路车辆进行类型调查后，提出了基于车 辆整体构成和轴型组合的新的车辆分类方法，共分为 11 类。 ⑵车道分配系数 在对 4 省 25 条公路现场摄像分析的基础上，赵延庆课题组提出的货车交通 量车道分配系数如表 3-1 所示。 表 3-1 货车交通量的车道分配系数
目标可靠度
结构层组合 结构性能分析
材料设计 材料性能测试
沥青层疲劳
半刚性层疲劳
路基永久变形
沥青层永久变形
沥青低温
使用性能标准
否 否
符合？
是
选定路面结构组合和混合料组成
图 2-1 新建沥青路面结构设计流程
2
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
2. 使用性能标准、设计寿命和设计可靠度
2.1 使用性能标准
⑴沥青结合料类结构层疲劳损坏 张肖宁课题组提出采用轮迹带开裂率 10%和裂缝密度 1.0m/m2 两种疲劳损 坏标准，并认为二者具有较好的对等关系。 ⑵无机结合料类结构层疲劳损坏 由于无机结合料类结构层主要用作基层或底基层，属于隐蔽工程，很难确 定结构层顶面开裂的出现和开裂量的发展。因此，结构层疲劳性能的分析，暂 且采用室内疲劳试验建立的预估模型。
4.2 沥青层当量温度
⑴沥青层的温度场 谈至明课题组基于对 5 地温度场共计 200 万组数据的观测分析，依据一维 热传导偏微分方程和路表热流函数，求解得到沥青路面的温度场，建立了沥青 层表面日最高温度和日最低温度估算模型。 ⑵沥青层的温度当量系数 谈至明课题组依据损伤等效原则，推演了沥青结合料类结构层疲劳和永久 变形以及无机结合料类结构层疲劳三种情况下的沥青层等效温度计算式，并按 全国 95 个地区的沥青层温度分布频谱提出了相应的沥青层等效温度。图 4-1 所 示为标准工作状态下沥青层（18cm 厚）永久变形等效温度全国等值线图。 参照不同地区各沥青层厚度的等效温度，可以计算得到相应路面结构的设 计轴载作用次数 NTi，再按参照温度计算该路面结构的设计轴载作用次数 NTs， 而后得到相应的温度当量系数。
现行规范的结构设计方法，以路表回弹弯沉值、沥青面层和无机结合料层 的层底拉应力作为控制路面结构总体刚度以及沥青层和半刚性层疲劳开裂损坏 的设计指标。采用静态测试方法确定路基土和路面材料的模量值，以劈裂试验 方法确定路面材料的强度值，并且未考虑温度和湿度变化对参数值的影响。这 样的设计指标和参数值，不能如实反映路面结构的损坏现象和机理，也不能正 确反映土和材料的力学性状。 为了改善现行的沥青路面结构设计方法，2004 年交通运输部西部办开始 立项开展研究，计划提出新的沥青路面结构设计方法。此研究共经历了两个阶 段，2004~2007 和 2009~2011。本报告为第二阶段研究项目的总结，但也综合反 映前阶段的相关成果。 构建基于多指标的设计方法体系时，依据下述原则考虑：⑴仍遵循力学经验法的基本思路；⑵针对层状复合结构和损坏类型多样化的特点，采用多设 计指标体系，各指标分别控制对应的损坏类型；⑶设计基准期内路面的累计损 伤仍采用当量损坏法分析；⑷对设计参数的采集要求分为三个层次，分别规定 不同精细或准确程度的方法；⑸材料性质参数应能反映行车荷载和环境因素对 其性状的影响，并采用科学的试验方法测定；⑹各种损坏模型的建立以室内试 验为基础，室外验证和修正以路面加速加载试验（ALF）和部分长期性能观测 数据为主；⑺路面力学响应，仍利用弹性层状体系理论和相应的解析解程序进 行分析。
类型 面层厚度 (mm) 主要损坏 次要损坏 季冻地区 沥青结合料类和无结合料类基层 厚 中厚 薄 (<150~>50) (≥150) (≤50) 面层永久变形 沥青层疲劳开裂 永久变形 沥青层疲劳开裂 沥青层永久变形 面层低温缩裂 无机结合料类基层 厚 中厚、薄 (<150) (≥150) 面层永久变形 基层疲劳开裂 面层反射裂缝 面层反射裂缝
损坏控 制指标 轮-轴 型 系数 沥青结合料类结构层底面 拉应变 单轮 双联轴 三联轴 路基顶面压应变 单轮 双联轴 三联轴 无机结合料类结构层底面 拉应力 单轮 双联轴 三联轴
a1
4.5
a2
1.6
a2
2.0
a1
2.3
a2
2.0
a2
3.9
a1
8.6
a2
1.3
a2
2.4
3

PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
交通部西部交通建设科技项目 交通编号： 单位编号： 分 类 号：
合同号：2008 318 000 99 密级：
基于多指标的沥青路面结构设计 方法研究 （总报告简本）
中交路桥技术有限公司 2012 年 3 月
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
5.2 无机结合料类材料弹性模量和强度
⑴弹性模量 王林课题组采用 4 种试验方法对石灰-粉煤灰稳定碎石进行了弹性模量测定 对比，以欧洲标准为基础制定了无机结合料压缩弹性模量试验规程（单调加载、 中间段量测应变） 。对山东滨州长深试验路的石灰-粉煤灰稳定碎石基层沥青路 面结构进行了现场 FWD 测定，对比反算模量与室内测试模量，无机结合料层 结构层的弹性模量约为试件弹性模量的 0.503 和 0.598。 ⑵强度 王林课题组利用石灰- 粉煤灰稳定碎石 的弯拉强度和抗压 强度测定 数据建 立了关系式，前者约为后者的 20%。
3.2 轴重调查分析
⑴轴重分布（轴载谱） 轴重分级的级位按轴型的不同分别取为：前轴 2.5kN、单轴 4.5kN、双联轴 9.0kN 和三联轴 13.5kN。 通过对 10 余省份的动态称重数据分析，赵延庆课题组提出能反映我国整体 交通情况的轴载谱典型值。 ⑵轴重当量换算 赵延庆课题组对 216 个由粒料基层沥青路面结构和 162 个无机结合料基层 沥青路面结构，计算分析了以单轴-双轮组（100kPa）为设计轴重时各个路面结 构相应的轮组系数和轴型系数，其平均值列示于表 3-2。 表 3-2 轮组系数和轴型系数平均值
4. 环境因素影响