沥青大碎石设计指南.doc

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1、大粒径透水性沥青混合料柔性基层设计与施工指南山东省交通厅公路局二OO五年十二月前 言目前全国公路通车总里程已突破200万公里，其中沥青路面占了大多数，由于经济、技术等原因，以石灰稳定类和水泥稳定类为主的半刚性基层沥青路面是目前已建沥青路面的主要结构形式。半刚性基层由于其整体强度高、板体性好，使沥青路面具有较高的承载能力，而且材料容易获得，为提高我国公路交通的整体水平发挥重要作用。已建半刚性基层沥青路面经过一段时间的使用后，必须进行加铺改造，以恢复路面的使用功能，尤其当路面出现早期损害后，加铺改造往往更早。旧沥青路面常用的加铺方案是在其上铺设半刚性基层，再铺设沥青面层，此种加铺方案具有结构承载力

2、强、结构层材料设计简单等优点；但同时也存在工程量大、高程增加多，以及未能充分利用旧路面的面层材料等缺点。特别是不能避免反射裂缝及无法排水的缺陷，使加铺后的路面重新面临早期损害的可能。有专家认为在旧的沥青路面上加铺半刚性基层，由于旧路面的裂缝会反射上来，新沥青层可能比原来损坏的更快。随着对半刚性基层认识的不断深入，对其进一步扩大应用的趋势越来越受到自身弱点的制约。首先，半刚性基层的收缩裂缝及引起的反射裂缝难以避免，其次由于半刚性基层的致密性，无法排除沥青层和反射裂缝中渗入的水分，水分的积存造成基层表面的冲刷、唧浆及沥青混合料的水损害。大量研究证明，采用大粒径透水性沥青混合料能够有效的防止反射裂缝

3、的发生，并且能够排出路面结构内部的水分，避免水分对下层或沥青面层的破坏；另外大粒径透水性沥青混合料具有较高的模量和抵抗变形的能力，可以直接用于旧路补强或新建路的结构层中 。为了更好的对大粒径透水性沥青混合料进行深入研究，山东省交通厅于2001年立项对大粒径透水性沥青混合料进行研究。项目研究于2004年7月结束，并通过山东省交通厅组织的鉴定，课题研究总体上达到国际先进水平。由于大粒径透水性沥青混合料具有的优越性，在山东逐渐开始推广，并且在大修和改建工程中得到大量的应用。为了更好的为设计、监理与施工单位提供大粒径透水性沥青混合料的设计、施工与质量控制依据，根据课题研究成果，特制定本设计与施工指南。

4、关于大粒径透水性沥青混合料的研究还在继续进行，因此本指南可能存在着一些不足之处以及在使用过程中可能会遇到一些问题，请及时与编写单位联系（地址：济南市舜耕路19号山东省交通厅公路局，邮编：；济南市无影山中路38号山东省交通科学研究所，邮编：）。主编单位：山东省交通厅公路局 山东省交通科学研究所主要起草人：王松根 王 林 马士杰 房建果 毕玉峰目 录1 概述32 LSPM性能42.1 高温稳定性42.2 水稳定性52.3 疲劳性能62.4 渗透性能62.5 抵抗反射裂缝能力83 结构组合设计93.1 工程适用条件93.2 结构设计103.3 排水设计184 材料设计204.1 材料要求204.2

5、级配设计214.3 成型方法244.4 体积指标测定254.5 最佳沥青含量确定275 混合料施工与质量控制295.1 准备工作295.2 施工要求305.3 施工工艺325.4 质量控制355.5 离析控制376 质量评定标准38附录：41混合料设计实例411 概述大粒径透水性沥青混合料（Large Stone Porous asphalt Mixes，以下简称LSPM）是指混合料最大公称粒径大于26.5mm，具有一定空隙率能够将水分自由排出路面结构的沥青混合料，LSPM通常用作路面结构中的基层。这种混合料的提出是来自美国一些州的经验，美国中西部的一些州对应用了三十多年以上而运营状况相对良好

6、的一些典型路面进行了相关的调查，发现许多成功的路面其基层采用的是较大粒径的单粒径嵌挤型沥青混合料如灌入式沥青基层。因此提出以单粒径形成嵌挤为条件进行混合料的设计，从而形成开级配大粒径透水性沥青混合料(LSPM)。美国NCHRP联合攻关项目对大粒径沥青混合料也进行了相关研究，最终得到了研究报告NCHRP Report 386，但是研究报告主要是针对于大量实体工程的调查而且偏重于密级配大粒径沥青混合料，而且NCHRP Report 386对LSPM材料与结构设计并没有进行系统的研究。我们在国外研究的基础上从2001年开始进行了大量的研究和应用，并对其级配与各项技术指标进行研究，使其更符合我国具体实

7、际情况，根据研究结果与使用状况提出了本设计与施工指南，更好地指导工程实践。LSPM的设计采用了新的理念，从级配设计角度考虑，LSPM应当是一种新型的沥青混合料，通常由较大粒径（25mm-62mm）的单粒径集料形成骨架由一定量的细集料形成填充而组成的骨架型沥青混合料。LSPM设计为半开级配或者开级配。由于LSPM有着良好的排水效果，通常为半开级配（空隙率为13-18%）。它不同于一般的沥青处治碎石混合料（ATPB）基层，也不同于密级配沥青稳定碎石混合料（ATB）。沥青处治碎石(ATPB) 粗集料形成了骨架嵌挤，其基本上没有细集料填充，因此空隙率很大，一般大于18%，具有非常好的透水效果，但由于没

8、有细集料填充空隙率过大其模量较低而且耐久性较差。密级配沥青稳定碎石混合料（ATB）也具有良好的骨架结构，空隙率一般在3-6%，因此其不具有排水性能。LSPM级配经过严格设计，其形成了单一粒径骨架嵌挤，并且采用少量细集料进行填充，提高混合料模量与耐久性，在满足排水要求的前提下降低混合料的空隙率，其空隙率一般为13-18%，因此其既具有良好的排水性能又具较高模量与耐久性。研究和应用表明LSPM具有以下优点：（1）级配良好的LSPM可以抵抗较大的塑性和剪切变形，承受重载交通的作用，具有较好的抗车辙能力，提高了沥青路面的高温稳定性；特别是对于低速、重车路段，需要的持荷时间较长时，设计良好的LSPM与传

9、统的沥青混凝土相比，显示出十分明显的抗永久变形能力；（2）LSPM有着良好的排水功能，可以兼有路面排水层的功能。（3）由于LSPM有着较大的粒径和较大的空隙，它可以有效地减少反射裂缝。（4）大粒径集料的增多和矿粉用量的减少，减少比表面积，减少了沥青总用量，从而降低工程造价。（5）与通常的半刚性基层相比，提高了工程施工速度，减少了设备投入。（6）在大修改建工程中，可大大缩短封闭交通时间，社会经济效益显著。2 LSPM性能2.1 高温稳定性LSPM为单一粒径骨架嵌挤型混合料，9.5mm以上粗集料比例在70%左右，形成了完整的骨架嵌挤，因此具有良好的高温稳定性，研究表明设计更合理的LSPM是解决重载

10、交通下高温车辙问题最经济有效的途径之一。评价混合料高温稳定性的试验方法有多种，通常我们采用的方法是动稳定度试验，即车辙试验。沥青混合料车辙试验是试件在规定温度及荷载条件下，测定试验轮往返行走所形成的车辙变形速率，以变形稳定期内每产生1mm变形的行走次数即动稳定度表示。车辙试验最大的特点是能够充分模拟沥青路面上车轮行驶的实际情况，在用于试验研究时，还可以改变温度、荷载、试件尺寸、成型条件等因素，以较好的模拟路面的实际情况。由于LSPM粒径较大，一般情况下最大粒径可达到37.5mm，因此传统的5cm车辙试件厚度已不适用。对于LSPM应有最小压实厚度，当车辙试件厚度小于该厚度时粗集料之间不能形成良好

11、的骨架结构，集料之间不能互相嵌挤，此时的试验数据不能反映真实情况。根据混合料压实厚度应为最大公称粒径的34倍原则，通过大量的试验验证，表明对于LSPM车辙试验最小应采用8cm厚度，试验温度采用现行规范中规定的60。2.2 水稳定性沥青混合料在浸水条件下，由于沥青与矿料的粘附力降低，表现为混合料的整体力学强度降低。尤其对于LSPM，由于孔隙较大，沥青用量少，矿料之间的接触点比普通沥青混合料少，更应该考虑水稳定性。为了更好的保证混合料的水稳定性，对于LSPM的胶结料宜采用较高粘度的改性沥青（如MAC、SBS改性沥青），能够形成较厚的沥青膜，可使沥青膜的厚度大于12m。大量试验研究表明，LSPM具有

12、良好的水稳定性。目前各国研究水稳定性的方法各不相同，并没有统一的标准，我国通常采用的试验方法是残留稳定度与冻融劈裂强度比。对于LSPM结构由于其颗粒间的接触点明显减少，结构密实度较低，因此其马歇尔稳定度较低，甚至不容易测出，劈裂强度也明显低于密实结构的沥青混合料。目前，针对大马歇尔试件的试验方法还不完善，难以保证试验的准确性，因此，对于LSPM的水稳定性主要从保证沥青膜厚度即沥青含量来进行检验与控制。2.3 疲劳性能沥青路面的疲劳开裂也是沥青路面最主要的破坏模式之一，因而沥青混合料的疲劳性能一直受到研究人员的广泛关注。沥青路面使用期间，经受车轮荷载的反复作用，其应力或应变长期处于交迭变化状态，

13、致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定的次数以后，在荷载作用下路面内产生的应力就会超过路面结构强度下降后的结构抗力，在路面处治层底部产生疲劳开裂，在荷载继续作用下，裂缝扩展至路表面形成疲劳裂缝。LSPM为嵌挤型混合料，粗集料比例很大、沥青用量较低、空隙率较大，因此其疲劳性能要较密级配、密实型沥青混合料低，但与密级配沥青稳定碎石基层（ATB）疲劳性能相当。经验算LSPM层出现较大拉应力时，可采用以下两种方法改善结构抗疲劳性能：（1）精心进行路面结构组合设计，让LSPM层处于受压区域，基本上不出现拉应力；（2）在LSPM层下增设细粒式沥青混合料抗疲劳层。2.4 渗透性能LSPM的主要功能

14、之一是能迅速将渗入路面中的水迅速排出，因此，渗透性能是评价透水性沥青混合料最为关键的指标之一。透水性能常用渗透系数表示，但目前我国尚没有标准试验方法测定透水性沥青混合料的渗透系数。根据课题研究对于LSPM当空隙率达到13%时，混合料的渗透系数发生突变，而空隙率达到18%以后渗透系数变化不明显，一般渗透系数为从0.01cm/s到1.0cm/s之间，此时能够满足混合料排水性能的要求，而对于密级配沥青混合料即使空隙率达到10%，其渗透系数的数量级一般为10-5，这也就是说混合料的渗透性能不仅与空隙率有关，更重要是与混合料的连通空隙有关。正是基于上面的原因LSPM的设计空隙率可以定为1318%，混合料

15、渗透系数要求为大于0.01cm/s。目前我国没有渗透系数的标准测试方法，混合料渗透系数的测试可以借鉴美国ASTM标准，ASTM PS129-01规定了沥青混合料渗透系数的测试方法。ASTM标准为无侧向渗水仪，无侧向渗水仪的基本原理是让量筒里的水渗透饱水沥青混合料并记录达到预先设定水头落差位置的时间间隔，然后用达西定律计算沥青混合料的渗透系数，设备如图1。图1 渗水仪示意图其做法的主要步骤是首先将试件真空保水，然后放入试模中并充气防止水分从侧壁渗漏，在管中加水。记录渗水量在上下刻度线之间的渗水时间，当渗水量较小时取30min的渗水量。渗透系数k由式（1）计算： k （1）式中： k渗透系数，cm

16、/s， a量筒内径面积，cm2 l试件厚，cm A试件横截面积，cm2 t水头高计时刻度至低计时刻度花费时间，s h1时间t1水头高度，cm h2时间t1水头高度，cm2.5 抵抗反射裂缝能力由于作用于路面的实际荷载为运动荷载，总会经历对称加载和非对称加载过程，在交通荷载作用下导致基层或旧路面中的裂缝向沥青面层反射的主要原因裂缝尖端剪应力的奇异性。无论是对称荷载还是非对称荷载作用，裂缝尖端的应力强度因子都将随着加铺基层模量的增大而增大。沥青混合料是一种温度敏感性材料，其模量随温度的变化十分明显，因此冬季出现反射裂缝的概率远大于夏季，而且当气温下降速度和幅度都很大时，加铺层中反射裂缝的发展也很迅

17、速。LSPM由于空隙率较大、沥青含量低，因此其模量也较低，一般在400600MPa之间，远较密级配沥青混合料低。根据断裂力学分析，混合料中没有孔隙或空隙非常小时无论是对称荷载还是非对称荷载作用，裂缝尖端应力状态都有很大的奇异性，当存在较大空隙时将极大的消减了裂缝尖端的应力集中，这就说明在裂缝扩展过程中，大空隙的存在能阻碍其进一步的发展。根据以上分析，LSPM模量较低，而且空隙率较大，混合料中存在较大连通空隙，因此其具有较强的抵抗反射裂缝的能力。综合以上对LSPM性能的分析，可以得到的性能优点：（1）LSPM由于粗集料形成了完整的骨架嵌挤结构，具有较强的抵抗车辙变形能力；( 2）采用了较高粘度的

18、改性沥青，沥青膜厚度较大，具有较高的水稳定性；（3）空隙率较大，渗水系数能够满足结构排水要求，能够将渗入路面的水分迅速排水结构以外；（4）由于其模量不是非常高，而且存在大量的连通空隙，具有很高的抵抗反射裂缝能力；LSPM也具有一定的缺点，那就是其疲劳性能较密级配混合料较低，这需要通过良好的混合料设计与结构设计来改善抗疲劳性能。3 结构组合设计 3.1 工程适用条件LSPM可以应用于公路的新建工程或者沥青路面补强改造工程以及水泥混凝土路面的加铺层。1.新建路面基层LSPM作为新建路面柔性基层，可以兼有承重层、排水层的功能。通常条件下，LSPM层下需要设置封层。2.旧路改造加铺层基层对于旧路改造中

19、LSPM的应用需要对原路面进行调查与分析。由于LSPM为柔性基层，对原路面有一定的要求。首先应对原路面进行破损调查，对沥青路面按我国公路沥青路面养护技术规范（JTJ 073.2-2001）规定，沥青混凝土路面破损状况采用路面状况指数（PCI）进行评价，路面状况指数由沥青路面破损率（DR）计算得出。对水泥混凝土路面按公路水泥混凝土路面养护技术规范（JTJ 073.1-2001）规定进行调查，采用路面状况指数（PCI）和断板率(DBL)两项指标评定路面破损状况。根据对原路面的调查与评定，对原路面进行相应的处置，并根据调查结果进行合理设计。另外，还需要进行承载力调查，路面结构承载能力的测定，可分为破

20、损类和无破损类，对于旧路改造工程对原路面的要求为ET120MPa。如果原路面出现大面积的坑槽、沉陷和路基严重破损的道路，则不适宜用LSPM层直接加铺。 3.2 结构设计3.2.1 柔性基层沥青路面应力分布长期以来，普遍认为路面应力随深度消减，故在路面层状体系中应力高的上层，铺筑质量好的材料；而在应力低的下层，采用价格便宜、质量较差的材料。但多年的路面使用经验表明，依据这种思想进行路面结构组合设计并不完善。通过力学分析与课题研究，对于柔性基层沥青路面结构受力认为，沥青层内竖向压应力随深度增加迅速减小，在18cm深度左右由0.7MPa减小到0.2MPa。由此可知，上部沥青层承受主要压应力，对于沥青

21、路面车辙的形成起重要作用。国外研究成果也表明，沥青层厚度超过18cm以后，沥青路面车辙量不再随沥青层厚度的增加而增加。(2)在柔性基层沥青路面中，沥青面层水平方向上部受压，下部受拉，中性轴随沥青层厚度增加而下移。沥青层越薄，层底最大拉应力越大。因此，增加沥青层厚度可以有效提高路面防止疲劳开裂的性能。另外，不论层间连续还是光滑，均上部受压下部受拉，连续条件下沥青层底最大水平拉应力比光滑条件下小很多，说明正确的施工，保证界面连续对沥青路面的疲劳耐久性起着重要作用。沥青层内剪应力随深度锐减，10cm以下变得很小，因此沥青路面剪切破坏主要发生在表层。不同轴重作用下，沥青路面竖向应力的分布规律相同，并且

22、竖向应力随轴重增加发生显著增加；随轴重增加，沥青层底水平拉应力增加，但沥青层内受压区和受拉区的位置不随轴重变化而改变。3.2.2 柔性基层设计标准与方法对于柔性基层的设计方法有多种，各国之间也存在着很大的差异。根据我们研究成果，对于新建道路设计可以采用我国沥青路面设计规范（05年修订版）或AASHTO （1993版）设计方法；对于老路加铺层设计可采用AASHTO （1993版）或经验法确定。（一）新建工程设计方法 （1）我国的沥青路面设计方法路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算，高速、一级、 二级公路的路面结构设计，应以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层层底拉应力(

23、拉应变)及半刚性材料层的层底拉应力为设计指标，路面荷载及计算点如图2所示。图2 路面荷载及计算点图示路面结构厚度设计应满足结构整体承载力与抵抗沥青层或半刚性基层、底基层疲劳开裂的要求：1) 轮隙中心处路表计算弯沉值小于或等于设计弯沉值，即： (2)2) 轮隙中心或单圆荷载中心处的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，即： (3) a) 设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按式(4)计算确定。 (4)式中： 设计弯沉值（0.01mm）； 设计年限内一个车道累计当量轴次(次)； 公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2； 面层类型

24、系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1。 基层类型系数，根据半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度按式(5)确定，当小于1.0时取1.0，当大于1.6时取1.6。 (5)式中： 为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；b) 沥青混凝土层、半刚性材料基层、底基层以弯拉应力为设计指标时，材料的容许拉应力应按式(6)计算： (6)式中： 路面结构层材料的容许拉应力(MPa); 沥青混凝土或半刚性材料的极限抗拉强度(MPa)； 抗拉强度结构系数。对沥青混凝土的极限抗拉强度，系指15时的极限抗拉强度；对水泥稳定类材料系指龄期为90d的极限抗拉强

25、度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限抗拉强度(MPa)；对水泥粉煤灰稳定类材料系指龄期为120d的极限抗拉强度(MPa)。对沥青混凝土层的抗拉强度结构系数，宜按式(7)计算： (7)对无机结合料稳定集料类： (8)对无机结合料稳定细粒土类： (9)c) 以路表弯沉值为设计指标时，设计参数采用抗压回弹模量，对于沥青混凝土试验温度为20；计算路表弯沉值时，抗压回弹模量应按下式计算其设计值： (10)式中： 各试件模量的平均值(MPa)； S 各试件模量的标准差； 保证率按95%，系数取2.0。d)以沥青层弯拉应力(或拉应变)为设计指标时，应在15条件下测试沥青混合料的

26、抗拉强度与弯拉回弹模量，半刚性材料宜在规定龄期时测定抗拉强度与弯拉回弹模量。也可采用换算法用劈裂强度与抗压回弹模量计算。计算弯拉应力时应考虑模量的最不利组合。因此， 在计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采用式(10)；计算其模量设计值；计算层及以上各层模量应采用式(11)计算其模量设计值： (11) 式中：符号同式（10）。轮隙中心路表弯沉与层底拉应力的计算，以及交工验收弯沉值确定与温度修正与原规范相比并没有变化，因此可参考原设计规范。（2）AASHTO设计方法AASHTO是美国各州公路及运输工作者协会的简称，其推荐的方法是以AASHTO试验路得到的大量的试验结果为基础的，在设计指南中主

27、要采用经验性能方程作为基本模型，通过设计变量与参数来进行设计。由于AASHTO设计方法是一套系统的设计方法，因此本指南仅对AASHTO 1993设计指南进行简要叙述。设计变量时间约束条件：为了充分利用可能获得的资金，AASHTO设计指南鼓励对交通量大的工程采用较长的分析年限，至少应包括一次大修期，因而分析年限应等于或大于工作年限。工作年限是指初建的路面结构至需要大修以前的时间，或者两次大修之间的年限。分析年限为任何设计策略所必须包括的时段，AASHTO建议采用较长的分析年限，因为根据寿命周期费用这样可能更符合比较长期策略。分析年限长短的一般原则如下表：分析年限长短的准则公路条件分析年限（年）公

28、路条件分析年限（年）市区大交通量3050小交通量路面1525郊区大交通量20-50小交通量集料面层10-20 交通量：AASHTO设计方法是预计80KN累积当量单轴荷载（ESAL）为依据，以现时服务能力指数等效原则计算标准轴载。AASHTO轴载换算关系计算式为： (12)式中：Wx = 非标准轴载, kips W18 = 标准轴载, 18 kip (80 KN)；Lx = 单轴、双轴或三轴轴重；L2 = 轴数；SN=结构数 （13） 式中：Pt为终端服务能力指数 （14）可靠性：可靠性是在程序中加上一定程度地保证率以确保各种设计方案可以持续整个分析期的方法。下表提供了不同功能等级AASHTO推

29、荐的可靠性水平。不同功能等级所推荐的可靠度水平功能分类推荐的可靠性水平城市道路郊区道路州际道路和其他快速道路85-99.980-99.5主干道80-9975-95集散道路80-9575-95地方道路50-8050-80环境影响：环境可以通过几种途径影响路面的使用性能，在AASHTO设计指南中详细论述了环境造成服务能力损失的量化方法。服务能力：最基本的服务能力的量度标准是现有路面耐用性指数PSI，其值在0（完全破坏道路）到5（完好道路）范围内变化。对主要公路的设计建议取指数为2.5或者更高，对交通量小的公路为2.0。有效土基回弹模量路基土的弹性模量试验（AASHTO T274）应选择能模拟主要湿

30、度季节的有代表性的应力和湿度状况样本进行，季节弹性模量值可通过与土壤特性的关系来确定。确定季节弹性模量的目的是为了量化道路每个季节的相对损伤并将其作为整个设计的一部分，然后建立一种有效的土基弹性模量，相当于所有季节性模量的总和影响。确定有效土基模量的方法详细见AASHTO设计指南（1993）附录。结构数结构数为层厚、层位系数和排水系数的函数，其表达式为： （15）式中：层位系数； 层厚； 排水系数。层位系数用于度量某种材料作为路面的结构组成部分，单位厚度具有的相对功能。层位系数可由试验路或附属路段来确定，或根据试验确定材料回弹模量通过计算确定层位系数。排水系数是根据基层和底基层的排水质量与实际

31、含水量，对层位系数进行修整的系数，其取值一般可根据AASHTO设计指南中提供的建议表格查取。设计方程式AASHTO设计方程式是根据AASHTO试验路的成果，考虑到土基和气候条件与试验路的不同，通过理论和经验对比进行修整。其基本设计方程式为：(16)式中：土基有效回弹模量(MPa)； 在时间t末时的服务能力；当考虑到不同可靠度水平时，在计算方程式中需加入建立于可靠性的正态偏移，上面公式可修正为： （17）式中：给定可靠性R的正态偏移，可通过AASHTO设计指南查到； 标准离差。上式为AASHTO柔性路面设计指南的最终设计方程式，其求解可通过诺模图或AASHTO计算机程序进行。（二）旧路改建工程设

32、计方法 （1）我国的旧路加铺层设计方法由于我国的旧路加铺层设计方法目前还不是很完善，因此，此处不推荐应用我国的设计方法。（2）AASTHO旧路加铺层设计方法AASHTO设计指南有很完善的加铺层设计方法，其设计方法是基于剩余寿命概念。其建议用非破损测试作为加铺层修复工作的一部分，现场评定土基和各层的模量及结构承载能力。对于已加铺的路面，旧路面的结构能力为加铺之前作用的荷载以及加铺后作用的荷载的函数，其基本方程式为： (18)式中：加铺层所需结构能力； 加铺路面承受交通所需总结构能力； 剩余寿命系数； 旧路面在加铺前的有效结构能力。然后确定旧路的有效承载能力，即旧路的剩余寿命。确定加铺路面后的荷载

33、作用重复次数，其与新路设计基本一致，只需调查加铺当年的交通量和轴载数，利用现行路面设计规范中的轴载换算公式，算出加铺当年的日平均标准轴载作用次数，则可算出加铺后路面使用期末当量标准轴载作用总次数。另外，在旧路面加铺层设计前，应预估加铺路面下次加铺时的剩余寿命，这样可以反算加铺路面在下次加铺前已承受的当量标准轴次。剩余寿命系数是一项用于旧路面有效结构能力的修正系数，它实际反映加铺年限内的加权有效能力，即旧路面剩余寿命在加铺后对加铺路面寿命的贡献。故加铺路面下次加铺前承受的当量标准轴次由两部分组成，见下式： (19)式中：Ny加铺路面在下次加铺前承受的当量标准轴次。 Nyx加铺路面在下次加铺前沥青

34、混凝土加铺层承受当量标准轴次； Nxy加铺路面在下次加铺前旧路面承受当量标准轴次；算出加铺层所能提供的有效当量标准轴次后，利用沥青路面疲劳准则，以双层弹性体系为计算力学模型，按新建路面设计中的相关方法进行厚度设计。利用补强公式算出的厚度，采取不同的施工对策。3.2.3 经验推荐值在LSPM层厚度设计时，可以参考以往的经验厚度，根据这几年的研究和应用给出的经验厚度为8-18cm。8cm是考虑了混合料最小层厚与最大公称尺寸之间的关系，18cm则是考虑作为一层压实所能达到的最大厚度。常用的厚度为8-12cm。3.3 排水设计由于LSPM兼有排水功能，因此还需要根据路面排水技术要求进行验证排水能力，其

35、应该满足排水设计能力。按公路排水设计规范(JTJ018-97)的规定，根据沥青路面的表面水设计渗入率Ia、路面宽度、沥青排水层的横坡为2%，确定排水基层的有效厚度，由下式可以计算排水基层所要求的渗透系数，但要注意此式要求的渗透系数试验室测定是按照我国规范进行的。 （20）LSPM的排水性能对结构设计也有一定的影响，对于路面排水规范规定：渗入水在路面结构内的最大渗流时间，冰冻地区不应超过1h，其他地区不应超过2h（重交通时）4h（轻交通时）。地区材料的排水性能由渗透系数确定，其渗流速度可以根据达西定律进行计算，如下式。 (21)其中：k材料的渗透系数；i水头梯度排水层的厚度应该视需要排泄的渗入水

36、水量和所选透水材料的渗透系数而定，因此根据排水要求也可以计算出排水基层所需要的有效厚度。由于整个基层都是采用LSPM，可不设纵向集水沟和集水管以及横向出水管，渗入基层内部的水分将通过整个路肩进行排出，为此需对路肩进行特殊设计，可以采用碎石路肩或在硬路肩设置碎石盲沟。路肩设计采用碎石路肩时，LSPM基层与碎石路肩相连，碎石路肩上铺砌水泥混凝土板以利于基层的排水。碎石路肩采用级配碎石，要求自原路面以下开始填筑，厚度要大于基层厚度，级配碎石采用轧制碎石，级配要求如下表。碎石路肩级配要求通过下列筛孔的质量百分率（%）液限%28塑性指数%95040302010520.50.07510085-10068-

37、8542-6720-4010-278-205-180-15在硬路肩中设置碎石盲沟将深入路面结构中的水分通过盲沟排除路面结构以外，排水结构见图3： 盲沟中填充料采用水泥稳定单粒径碎石，碎石以上用表面层沥青混合料并与表面层厚度一样一并铺筑。横向排水管与路边泄水槽相连接，使路面内部的水份从泄水槽排出，避免路基冲刷。横向排水管横坡度5%。4 材料设计4.1 材料要求对沥青混合料的性能起着决定性作用的几个集料指标包括“认同特性”和“资源特性”。 “认同特性”是：粗细集料的棱角性、扁平细长颗粒含量、粘土含量。“资源特性”是指韧度（洛杉矶磨耗）、安定性、有害质含量。所有的矿料必须无塑性，沥青混合料中的粘土颗

38、粒成分可以引起沥青混合料的体积膨胀，在水的作用下引起沥青膜与矿料间的剥离现象。1、LSPM中粗集料起到骨架作用，粗集料的质量和其物理性能严重地影响着混合料的使用性能，因此混合料中粗集料应使用轧制的坚硬岩石。对LSPM其粗集料颗粒性状良好。细长及扁平颗粒含量不应超过15%，集料压碎值应不大于20%，粗集料与沥青应有良好的粘结力，根据目前高速公路水损害出现的频率较高，要求粗集料与沥青的粘结力为5级，小于5级时应当采取抗剥落措施，以保证混合料达到水稳定性指标要求，未列出指标应满足公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中对热拌沥青混合料集料的要求。2、细集料包括人工砂、石屑和天然砂。采用

39、反击式或锤式破碎机生产的硬质岩集料经过筛选的小于2.36mm的部分具有较好的角砾性，可以作为人工砂使用，LSPM可以使用人工砂和石屑作为细集料，但不准采用天然砂。细集料棱角性必须大于42%，砂当量值不小于65%。3、由于LSPM为透水混合料，为了提高沥青混合料的抗水损害能力，填充料宜采用干燥消石灰粉或生石灰粉，填充料技术要求可根据当地情况而定，至少应满足III级要求。 4、为了保证LSPM的耐久性，混合料需要比较厚的沥青膜，但同时必须防止混合料的析漏，因此应当采用粘度较高的沥青胶结料。根据课题研究混合料可以采用MAC-70#改性沥青或SBS改性沥青， MAC-70#改性沥青应满足下表的相关要求

40、，SBS改性沥青技术要求参考公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）。 MAC-70#改性沥青的技术要求 试验项目技术要求试验方法针入度25，100g，5s（0.1mm） 最小3560JTJ052-93延度（5cm/min,5。C）4T0605软化点，TR&B（） 最小70T0606动力粘度60，（Pa.s）最小300ASTMD4957闪点（） 最小230T0611溶解度（%） 最小99%T0607旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)后残留物T0610质量损失（%） 最大1.0%T0610针入度比25（%） 最小70%T0604注：表中常规指标现场做，其他指标可根据监理而定，动力粘度只有

41、在有条件时才要求测定，用毛细管法测定；老化试验采用旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）为准，允许采用薄膜加热试验（TFOT）代替，但必须在报告中注明，且不得作为仲裁结果。 4.2 级配设计LSPM作为基层要承受车辆荷载，另外还兼有排水功能，因此设计的混合料要形成骨架结构、空隙率要在15%左右。LSPM没有固定级配曲线，其级配与原材料的性能有关，不同的原材料其级配曲线是不一样的。结合山东省的研究成果，推荐的级配范围如下：LSPM推荐级配筛孔5237.531.526.51913.29.54.752.361.180.60.30.150.075LSPM-2510010010070-9850-8532-622

42、0-456-296-183-152-101-71-61-4LSPM-3010010090-10070-9540-7628-5819-396-296-183-152-101-71-61-4LSPM-3510075-9867-9650-8025-6015-4010-356-256-183-152-101-71-61-4在通常情况下普通石灰岩集料可以采用上表中提供的级配范围，当集料性质发生较大变化时需要对级配进行设计，设计方法可以采用NCHRP Report 386提供的方法或者采用粗骨料骨架嵌挤方法。4.2.1 NCHRP R386方法NCHRP R386采用体积填充的方法通过线性规划求解混合料的

43、级配组成。设计过程中需要输入的原始数据和条件数据主要有：期望空隙率、粉胶比要求范围、粗集料松散密度、沥青密度与最大公称尺寸。设计的一般过程如下：(1)根据测定的最粗一级集料的松散嵌挤密度和毛体积密度确定最粗一级矿料的用量；(2)根据矿料的最大粒径和空隙率要求计算有效沥青含量(13.*(Max aggregate Size(cm)/2.54)(-0. 4441) +0.57*( Air Voids -5)- Air Voids)/100）；(3)根据吸水率估算吸收沥青含量；(4)根据粉胶比的约束和矿料总和为100%的约束，通过线性规划计算程序对设计的沥青矿料级配进行循环调配，直至满意为止。(5)

44、以计算的有效沥青和吸收沥青之合作为设计沥青含量进行性能试验。NCHRP的级配设计方法通常将粗细集料分开来分别设计，尤其是粗集料的总量和各级粒径集料的比例对于LSPM的骨架作用无疑是十分重要的。此外，细集料和沥青胶浆对LSPM的路用性能也起着十分重要的作用，细集料和沥青胶浆的多少对LSPM的水稳定性能、高温性能和疲劳性能都起着显著的影响。LSPM级配的设计需要进行反复的调整，一般通过计算机程序来完成。通过NCHRP386设计方法设计大碎石混合料级配中，最粗一级集料的用量一般在50%以上，由此可以说LSPM为单一大粒径骨架嵌挤结构。4.2.2 粗集料骨架嵌挤方法根据山东省近几年使用多级嵌挤混合料的

45、经验，对“多级嵌挤密级配沥青混合料级配设计方法”进一步深入的研究，对其数学模型和嵌挤状态选择以及级配参数的取值等方面进一步拓展研究，进一步拓展该方法的适用范围。应用这种方法，通过不同的状态选择，可以根据原材料的体积性质设计出“多级嵌挤密级配沥青混合料”、沥青玛蹄指碎石混合料SMA、以及开级配沥青磨耗层OGFC和大粒径透水性沥青混合料的级配组成。本级配设计方法的设计过程中，嵌挤状态的设计是前提，大粒径混合料在级配上有其特殊性，其基本上属于大粒径骨架嵌挤。由于空隙率较大属于半开级配，因此在贝雷法设计时不需要考虑第二级和第三级填充。在进行混合料级配设计时首先应当测定各种集料的密度指标，主要有松散、捣实与振实密度、毛体积相对密度与表观相对密度。应用粗骨料骨架嵌挤方法进行混合料级配设计时，应当遵循以下过程：（1）粗细集料的划分粗细集料