为158N/mm（沿宽度） 麦克丹姆路面芯样
。
No stone larger than will enter a man’s mouth should go into a road. 不能将比人的口大的 石料用于筑路。
4、沥青路面的发展
焦油麦克丹姆路面
Ø 1848 年建于诺丁汉姆郊外，1854年法国，186 6年美国。 Ø 焦油含量一般为6%，空隙率为17%。 Ø 碎石集料2mm 的通过率约为20%，磨耗层的厚 度约为50mm。
Ø 不同设计体系当量换算原则，比较其合理性和优缺 点。
拟安排的课程论文题目
Ø 定义材料特性的主要指标有哪些？如何确定？ Ø 如何比较经验设计体系和力学经验设计体系？ Ø 我国刚性路面设计的基本程序。 Ø 旧路评价的主要内容，加铺层设计思路。
一、路面发展历史
Ø 道路是指对公众开放的，供客货车辆、行人和牲 畜行走的路线。 Ø 路面是道路上修筑的一个坚硬光滑的表面，是直 接承受行驶车辆的作用，是道路工程的重要组成部
时期
第三阶段（80年代）
典型结构
主要特点 破坏模式
减缓了反射裂缝、有较好的排水性 沥青层疲劳破坏严重 沥青碎石向沥青混凝土发展 基层进入高强度大模量误区（路面评价采用强度系数）
技术导向
时期
第四阶段（90年代）
典型结构
主要特点 破坏模式 技术导向
解决沥青层疲劳问题 反射裂缝严重、排水问题未解决（水稳定性不足） 追求较高的以平整度、 抗滑指标为代表的使用性能要求
现代经验法：1946年，AASHO（美国各州道路协会，今
为AASHTO）---开展了足尺试验，建立了以使用性能为
基础的经验设计法，提出了PSI（现时服务能力指数）标
准，将车辙、裂缝、平整度使用指标与路面结构数（S N）、材料与荷载间建立了设计模型与诺谟图，使设计更 为合理。
力学--经验法：1943年Burmister发表了弹性层状理论，
Ø 南方多雨地区，城市道路大量修建，修建质量不高 Ø 不注意养护，早期损坏现象严重，缺少有效的维修措 施，急需有效的养护维修措施
二、沥青路面结构设计方法的发展
经典理论法 经典经验法 现代经验法
力学-经验 法
经典理论法：1901年，美国麻省建立了第一个路面设计
公式，主要以理论公式为主。以轮载分布到土基顶面的应 力大小为依据，目的在于防止土基出现剪切破坏，采用的 分析根据是简单的静力平衡原理。
• 1891 年，第一条真正的刚性路面开始施工，采用
现场拌合，并采用1.5 m 的方形模板摊铺。
水泥混凝土路面的发展
水泥混凝土路面性能的改进
Ø 1930年，加气混凝土的发展，提高了PCC路面的抗 冻能力。 Ø 30 年代后期，在PCC 路面与土基间设置一个不会发
生唧泥和脱空的基层，材料为沙砾、碎石或炉渣。
典型的泰尔福特路面结构
泰尔福特路面特点
Ø 路面结构总厚度约为350-450mm。 Ø 底层用100mm 宽、75 -180mm 高的大石块修筑 。 Ø 上面铺筑两层最大尺寸为65mm 的碎石层，两层 总厚度150-250mm。 Ø 最上面铺筑40mm 厚的磨耗层。
Ø 可以承担的荷载强度大约为88N/mm（沿宽度）。
分，可以使道路更加舒适和耐久。
1、古代的道路(石板）
现存的古罗马道路
中国宋代以来的道路（广州）
罗马道路的路面结构
罗马道路的路面结构
Ø 面层：用平滑的多边形砌
块铺筑而成，缝隙用石灰
砂浆灌注。 Ø 基层：石灰稳定沙砾。 Ø 下基层：石灰稳定碎石。 Ø 垫层：石灰砂浆粘接的片 石垫层。
2、泰尔福特（Telford）路面
设计、材料设计。
结构设计
就是选择适宜的材料、合理地设置结构层的空间位 置，保证所设计的路面结构在设计使用年限内能够 有效地承受车轮荷载和自然因素的作用，实现设计
寿命，并提供高质量的服务品质，降低维修和养护
费用。
厚度设计
路面结构层厚度计算是在对交通因素、环境因素和 车轮荷载因素等充分认识的基础上，运用经验的或 理论的方法计算路面各结构层的适宜厚度。
5、水泥混凝土路面的发展
Ø 水泥混凝土作为一项专利技术（Portland Cement Concrete — PCC）出现于1824年。 Ø 直到19 世纪后期才开始用于道路工程。
Portland Cement Concrete？
水泥混凝土路面的发展
水泥混凝土路面的起源
• 1889 年美国人George W. Bartholomew提议在 美国的俄亥俄州Bellefontaine 市修建第一条水泥 混凝土路面。
课程主要内容
Ø 刚性路面设计 Ø 加铺层设计：旧路评价、加铺层设计 Ø 路面结构非确定性分析和可靠度概念 Ø 设计路面的概念和方法 Ø 设计材料的概念和方法
拟安排的课程论文题目
Ø 路面结构通常受哪些因素影响？比较合理的设计程 序是怎样的？
Ø 通过诺模图的形式定量指出路面结构的受力状态， 变化幅度，影响因素（荷载、层厚、模量比、层间 结合、环境变化（水土温）等）。 Ø 刚性路面中的应力构成及影响因素分析。
2、我国沥青路面设计方法 的发展第二阶段
Ø 20世纪80年代中后期，新设备、新技术、新材料 、新工艺不断地应用，新的名词不断涌现（OGFC 、SMA、PE、SBS、PG、Superpave 等）。 Ø 路面结构设计体系、思想、观念、方法并没有发生
大的发展和变化。
Ø 道路建设、养护维修成本高。
我国二级公路与高速公路典型路面结构
沥青路面的发展
Warren沥青混凝土路面
Ø 1901-1903年，Warren以HMA(Hot-Mix Asphalt Mixture)铺装材料和工艺过程为主要内容申报了专利 。 Ø 专利涉及HMA、沥青胶结料、旧路加铺罩面等技术
。
Ø 含有6%的沥青含量，以及通过适宜的集料级配得到
沥青路面的发展
沥青面的发展
Topeka沥青混凝土路面特点 “Topeka mix”含约30% 的级配碎石（12.5 mm 筛孔 通过量为100%），砂的用量为58 -62%（2.00 m
m -0.075 mm），矿粉填料的用量为8 -12%（10
0%通过0.075 mm 筛孔），沥青用量为：7.5 -9.5 %。
时期
第五阶段（2000年以后）
典型结构
主要特点 破坏模式 技术导向
通过材料设计解决路面功能问题； 通过组合设计解决排水与反射裂缝问题 有待检验 柔性基层备受关注
7、我国水泥混凝土路面的现状
Ø 50、60年代修筑数量很少
Ø 70年代大量修建水泥混凝土路面（沥青供应不足）
Ø 80年代以后得到了较快的发展
路面结构设计原理
王端宜教授/博导 tcdywang@
课程要求的基础知识
Ø 土和道路材料方面的相关知识 Ø 路基和路面的相关知识 Ø 结构分析和设计方面的知识 Ø 计算机操作方面的能力
主要参考书
Ø 《路面分析与设计》黄仰贤 著 Ø 《路面设计原理》 华工道路工程研究所 Ø 《高等级公路半刚性基层沥青路面》 沙庆林编著 Ø 《公路沥青路面设计规范》交通部 Ø 《公路水泥混凝土路面施工规范》交通部
3、我国沥青路面设计方法 的发展第三阶段
Ø 20世纪90年代，开展了沥青路面结构优化设计和 可靠度分析的研究。 Ø 结构优化原则：
u 保证路面使用寿命；
u 符合当地高速公路工程特点和实际；
u 适应施工机械化作业、加快工程进度； u 经济合理地利用当地材料资源，降低工程造价。
沥青路面的发展
拌合式路面
Ø 在路床上摊铺集料； Ø 洒布沥青结合料； Ø 用圆盘耙和犁现场拌和沥青和集料； Ø 碾压沥青混合料（压路机下的路面不出现位移）； Ø 在碾压成型的磨耗层上面撒布细集料并做成封层。
沥青路面的发展
薄层沥青路面（sheet asphalt pavements）
Ø 磨耗层：由沥青和砂拌制而成，厚度40 -50 mm ； Ø 联结层：由沥青和碎石拌成，厚度40 mm； Ø 基层：水泥混凝土或经破碎的旧路面，厚度：轻型 交通100 mm、重型交通150 mm。
经典经验法：1929年，美国公路管理局提出了土的道路
工程分类法（PRA分类法），同年加州道路局开创了路基 土与粒料材料加州承载比（CBR）的相对强度试验法。以 解决土基强度为核心的设计方法，采用路基土分类、承载 板试验、室内承载比试验或三轴试验确定土基强度，然后
根据经验确定不同强度土基所需要的路面结构厚度。
材料设计
材料设计过程应该是根据路面结构对材料的强度、 刚度和稳定性的要求，提出适宜的材料种类，规格 和配比。
存在的问题
存在的问题
Ø 路面结构设计时机械套用经验结构（全国一个模式 ）；
Ø 厚度计算时，由于参数输入具有非常大的随意性， 沥青路面理论设计体系的厚度计算在某种意义上成 为了数字“游戏”； Ø 材料设计与路面结构要求相脱节，不管交通荷载水 平、环境因素差异，统统采用相同的材料设计评价 方法和指标。
为沥青路面设计的理论分析方法奠定了基础，1963年壳
牌石油公司提出SHELL设计方法。
力学--经验法新法：温度场与湿度场的耦合的粘弹层状
体系理论与可靠度指标；建立材料、结构与工艺一体化设 计系统。
力学--经验法由力学和经验两部分组成，材料和结构的
理论研究成果帮助我们掌握其发展的内在规律和机理，建
典型结构
主要特点
破坏模式 技术导向
适应当时的工艺水平与经济条件
土基承载力不足 通过最小路基高度控制路基湿度状态； 控制弯沉保证最小刚度
时期
第二阶段（70-80年代）
典型结构
主要特点
破坏模式 技术导向
改善了土基工作状态，明确强基薄面设计理念