5．4．1 沥青路面设计方法可分为理论法或经验法。经验法主要是通过试验路或使用性能调查、分析而得，如CBR法、AASHTO法、英国道路29号指示第1版～第3版，以及德国、法国的典型结构方法。理论法实际上是理论与经验相结合的半经验半理论法，多数是以弹性层状体系理论为基础并通过实践验证而提出的，如比利时，壳牌石油公司、英国运输部、澳大利亚、南非、美国沥青协会。也有用理论分析法与经验相结合方法，如法国、日本、美国联邦公路局等。本规范借鉴公路沥青路面设计方法采用理论法。

    目前国外及我国公路水泥路面设计都采用了可靠度设计，本规范吸收了交通部“沥青路面结构的可靠性研究”课题的科研成果在沥青路面设计中引入了可靠度设计的理念。沥青路面结构的可靠度设计是以现行的双圆均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论的力学计算和各个设计参数的变异性为基础，利用概率统计的有关理论和沥青路面的实际情况建立的一种概率型设计方法。

    《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153对结构可靠度的定义为：在规定的条件和规定的时间内完成预定功能的概率。沥青路面结构可靠度的定义为对于正常设计、正常施工和正常使用的路面结构，在路面达到规定的设计累计标准轴载作用次数的时间内，表面最大弯沉、半刚性基层层底最大拉应力、面层最大剪应力和面层底面最大拉应变分别不超过其容许值的概率。

    可靠度系数定义为抗力均值与应力均值的比值，是目标可靠度及设计参数变异水平等级和相应的变异系数的函数。在可靠度设计中，各项参数通常都选用均值作为标准值。考虑到目前路面结构设计参数取值是考虑了一定保证率的数值，已有一定的工程实践基础，在可靠度系数的推演中考虑了这些因素的影响。

5．4．2 在公路沥青路面设计规范中，结构设计指标为路表弯沉值、沥青层、半刚性材料基层的抗弯拉应力，考虑到城镇道路行车条件以及路面受力特征(交叉口、公共汽车停靠站等)，本规范增加沥青层最大剪应力和沥青层层底拉应变指标。

    在国外设计方法中，大多采用沥青层的弯拉疲劳应变，路基顶面压应变，主要是国外路面以柔性结构为主。对有半刚性基层的国家，稳定类材料结构层多采用拉应力。另外，对柔性路面结构还考虑永久变形指标，以此控制路面车辙。

    1 路表弯沉是路面结构层和路基在标准轴载作用下产生的总位移，它代表着路基路面结构的整体刚度，反映了路面和路基的承载能力大小，是车辆荷载作用下弹性层状体系理论计算的一个指标，它与路基顶面压应变有密切关系。路表回弹弯沉是路面各结构层的变形与土基回弹变形之和，且土基回弹变形占路表总回弹变形的比例一般在90％以上，因此路表回弹变形能够反映土基的工作状态，弯沉值的大小表征了路面整体刚度的弱强，即路面结构扩散荷载应力的能力。路表弯沉值可以简单地用贝克曼梁量测，操作简便，真实可靠，廉价，易于推广。而压应变指标测试很困难，且无法用于工程质量检验与旧路面承载力评价，暂不建议采用土基压应变指标。

    2 关于弯拉应变和弯拉应力指标
    沥青层层底在车辆荷载作用下产生拉应变或拉应力，在轮荷载反复作用下导致路面疲劳开裂。我国现行《公路沥青路面设计规范》JTG D50采用弯拉应力指标来控制沥青层底的疲劳破坏，而在国外的相关技术规范中，多以弯拉应变指标来控制沥青层底的疲劳破坏。目前相关理论分析结果表明，对于半刚性基层或贫混凝土基层沥青路面，基层上的沥青层无论层间连续还是滑动，可能处于压应力和拉应变状态，在重载作用下拉应变会放大，可能会出现沥青层疲劳开裂状况，另外沥青层底拉应变对柔性基层沥青路面起控制作用。因此，以沥青层底的拉应变指标来控制其疲劳破坏更为合理。鉴于此，本规范借鉴了美国沥青协会(AI)的沥青混合料疲劳方程，并根据AASHTO的研究和修正，利用最新的AASHTO沥青路面力学-经验设计方法中提出的沥青面层混合料的疲劳方程来计算沥青面层底部的容许拉应变，以控制沥青层的疲劳开裂。

    3 关于剪应力指标
    随着社会经济的发展，重车不断增多，超载越来越严重。城市道路在夏季持续高温季节交叉口进口道、公交车停靠站、弯道、匝道等路段上易出现车辙。剪切指标与沥青混合料的热稳定性密切相关，高温时沥青混合料的粘结力和内摩阻力有明显变化。根据我国气候环境考虑最不利温度情况，选择路面60℃的剪应力指标进行路表剪应力计算。

    在《城市道路设计规范》CJJ 37-1990中，是采用闭式三轴试验测定c和ф值，通过τ=C+σ_αtanφ求得抗剪强度τ，式中σ_α为破坏面上的法向应力。
       
    然后与路面可能产生的剪应力 相平衡。《城市道路设计规范》CJJ 37-1990设计方法中沥青路面剪应力验算力学概念清晰，但是使用起来太过复杂，不便于普及应用。

    国家863科技项目（2006AA11Z107）研究采用贯入试验，通过抗剪强度参数求得τ_mαx、σ₁和σ₃再辅以单轴试验，从摩尔圆求得c和ф值，以取代三轴试验。研究认为由于过去三轴试验只能求得c和ф值，而不能直接得到抗剪强度τ_m，只好按以上方法转化。贯入试验可以直接求得抗剪强度τ_R，那就可以与路面上产生的最大剪应力τ_m直接取得平衡，而无需再通过c和ф值转化了。

    规范编制组吸取了这些研究成果，进行了本次面层剪应力验算的修订编制工作。

5．4．3 沥青路面表面设计弯沉值是路表弯沉值的设计标准，它是以路面在车辆荷载反复作用下出现纵向裂缝为临界状态，以纵向网裂为破坏状态，它主要反映在车辆荷载作用下路面结构整体，包括结构层部分应力与抗力对比失衡状态时的表现特征。

    设计弯沉值与材料、路面结构类型及厚度有直接关系。在控制路基容许压应变相同的条件下，可以选择不同结构组合的路面形式，而在不同结构组合下路表弯沉值有所不同。因此以路表弯沉值为设计指标时，其设计弯沉标准必须考虑不同路面结构的影响，这个影响是通过路面结构类型系数加以考虑的。对于半刚性基层沥青路面结构与柔性基层沥青路面结构，路面结构系数取值参照公路沥青路面的设计方法；对于采用柔性结构层和半刚性基层组合而成混合式基层的路面，是从柔性向半刚性过渡的结构，设计弯沉值应介于二者之间，路面结构系数A_b可采用内插的方法处理。即半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度小于180mm时为半刚性基层结构，路面结构系数A_h为1．0；柔性结构层大于300mm，路面结构系数A_h为1．6；柔性结构层为180mm～300mm之间，路面结构系数A_b可线性内插。对于交通量较大的柔性基层沥青路面结构，目前尚处于研究阶段，缺乏工程实践经验，因此采用柔性基层沥青路面结构时，应结合国外经验和国内实际，慎重为之。

5．4．4 疲劳开裂是沥青混凝土路面破坏的主要形式。已有研究认为，重复荷载引起拉应力和剪应力，开裂首先出现在临界拉应变和拉应力发生处。临界拉应变的大小和位置取决于路面的刚度以及荷载的构成。沥青层疲劳破坏通常是以拉应变和混合料刚度(模量)为函数的模型。疲劳模型的常用数学关系为：
    

    为保证柔性基层沥青路面在设计基准期内不发生沥青层疲劳开裂，以沥青层层底拉应变为设计指标，规范组借鉴了美国AASHTO2002沥青路面设计方法和AI沥青协会的疲劳开裂预测模型(5)，建立了沥青层容许拉应变与设计基准期内累计当量轴次的关系，并根据国内外的研究成果，对公式中各回归系数进行了分析修正，得到沥青层容许拉应变预估公式。
    其中，美国规范中沥青混合料动态回弹模量的试验温度为华氏70°F，换算摄氏度为21．1℃，本规范采用了试验温度20℃。对于加载频率，考虑到10Hz的加载频率相当于路面车辆行驶速度为60km／h～65km／h，与我国现行城市道路的设计行车速度一般为40km／h～100km／h相当，故一般采用10Hz加载速率。沥青混合料动态回弹模量测定方法详见附录E。

5．4．6 单轴贯入抗剪强度试验方法的理论基础是基于单圆均布荷载作用下弹性半无限体的最大剪应力。通过力学分析得到了本试验方法的剪应力参数，并用大量的室内试验证明了本试验得到的剪切强度与三轴试验的数值和规律是一致的。
    此外，国内一些研究机构采用同轴剪切进行了沥青混合料的剪切强度测定，理论分析表明中空圆柱体沥青混合料试件的内侧面受力模式与沥青路面表面层在垂直荷载和水平荷载综合作用下的受力模式比较相近。其试验结果也与单轴贯入剪切试验和三轴剪切试验的数值和规律一致。基于试验误差的考虑，本规范以单轴贯入抗剪强度为基准，有条件的单位也可以进行同轴剪切试验，建立与单轴贯入试验的关联。

    同轴剪切试验方法如下：
    1 用旋转压实或静压法成型混合料试件，试件尺寸应符合直径150mm±2mm的要求，并在报告中注明试件成型方法，试件的密度应符合马歇尔标准密度的100％±1％。
    2 采用钻芯机对ф150mm×100mm的圆柱体试件钻芯取样，最后可得内径ф55mm外径ф150mm，高100mm的中空圆柱体试件。
    3 采用切割机对中空式圆柱体的两端进行切割，去掉多余部分，可得内径55mm±2mm，外径150mm±2mm，高50mm±2mm的中空圆柱体试件。用于同轴剪切抗剪强度试验的试件不少于3个。   
    4 按相关试验方法测定试件的密度、空隙率等各项相关的物理指标。
    5 制备同轴剪切试验试件采用环氧树脂把中空圆柱体试件粘贴在内径ф160mm，高80mm，壁厚5mm的钢筒内；然后把ф50mm×80mm的钢柱体用环氧树脂固定在中空圆柱体试件的腔体内。为了把试件粘牢，钢筒内壁是螺纹且钢柱体的外壁也是螺纹。在用环氧树脂固定时，必须确保在同一界面上试件的圆心、钢柱体的圆心和钢筒的圆心重合在一点上。

    6 将试件在60℃的烘箱中保温6h。  
    7 使试验机环境保温箱温度达到要的试验温度。
    8 将试件从烘箱中取出，立即置于压力机试验台座上，以1mm/min的加载速率均匀加载直至破坏，读取荷载峰值，准确值100N。
    9 同轴剪切得到的沥青混合料抗剪强度见式（8）。
    

    路面的剪切破坏往往是在多次承受车辆启动、制动的状况下产生的，所以要计入轴载重复作用的影响。K_r即为考虑轴载重复作用影响的抗剪强度结构系数，它与行车荷载状况有关。经调查整理，在停车站、交叉口车辆都是有准备的缓慢制动停车，K_r与该处停车站或交叉口在设计基准期内停车的当量轴载累计数及道路等级有关；而对于一般路段的偶然紧急制动时，虽然水平系数较大，但却不会出现在同一个点，故K_r计算时不考虑累计轴载的作用。

    停车站在设计基准期内的累计当量轴次N_P可按该公交站点经过的公交车班次，每班公交车每天的发车次数、该站点每年增加的班次来综合考虑。一般情况下，同一停车站处每年不会增加太多班次，可按该公交站点最多可容纳的班车次来考虑即可。统计分析设计站点所经过的公交车班次i以及每班车的每日发车班次n_i，按照公式（3．2．3-1）换算为当量轴次N_α，则设计基准期内该停车站累计当量轴次N_P=N_α×365×设计基准期(次)。

    交叉口范围内在设计基准期内的累计当量轴次N_P，可根据交叉口的红绿灯间隔时间， 以停车次数最多车道的日平均当量轴次来考虑。如某城市道路交叉口信号周期时长为t_s（s）， 某一行车道在交叉口同一位置处平均每分钟停车一次，每天按18h(6：00～24：00)考虑，统计分析不同车型日均作用次数，并根据公式（3．2．3-1）计算得到同一位置停车的单日平均当量轴次N_PD。 则设计基准期内的累计当量轴次为：
     

    该预估公式是对交叉口设计基准期内同一位置停车处的累计当量轴次的统计和预估，推荐使用实际调查数据，则更为准确、可靠。

    5．4．7 路面质量验收时，需要在路表面检测路表弯沉值。因半刚性基层的强度、刚度与龄期有关，设计厚度时采用了标准龄期的材料模量值。若在施工工程中，检测各结构层的弯沉值时，应根据检测时半刚性基层、底基层的实际龄期对应的材料模量值、施工厚度来计算各结构层的表面弯沉，以此作为计算各结构层的标准弯沉值。

     当没有BZZ-100标准车测定时，可采用其他轴载的车辆测定。若用其他非标准轴载(轴载80kN～130kN)的车辆测定时，应按照公式(10)将非标准轴载测得到弯沉值换算为标准轴载下的弯沉值。
    

    当弯沉在非不利季节测定时，应根据当地经验考虑季节影响系数K₁。

    对于季节影响系数和湿度系数，近年来未统一进行新的调研工作，各地区可根据本地区调查成果积累数据。

    路表弯沉值以20℃为测定的标准状态，当沥青面层厚度小于或等于50mm时，不需要进行温度修正；当路面温度在20℃±2℃范围内时，也不进行温度修正；其它情况下测定弯沉值均应进行温度修正。温度修正可参考以下方法进行。

    1 测定时沥青路面的平均温度按照公式(11)计算：
    
     
     温度修正系数也可以采用《公路路基路面现场测试规程》JTG E60 相应的温度修正系数方法进行确定。