一种确定水泥砼路面沥青罩面层铺装厚度的方法与流程

本发明涉及道路建设技术领域，尤其涉及一种确定水泥砼路面沥青罩面层铺装厚度的方法。

背景技术：

在现在的水泥砼路面沥青罩面设计中，无论是美国沥青协会(ai)的弯沉法、美国陆军工程师部队(coe)的不足厚度缺额法、美国aashto经验方法，还是《公路水泥混凝土路面设计规范》(jtgd40-2002)的方法都是针对路面反射裂缝的设计方法，主要控制参数为路面弯沉值和层间弯拉应力值，其并未对反应路面铺装层推移、脱落、拥包病害问题的层间抗剪强度问题作考虑，而恰恰此类问题有可能是造成众多道路病害的诱因(特别是山地城市道路)。另外在沥青铺装层结构组合设计时，规范只对所用材料、做法及厚度等方面作了指导性的说明，特别是在对厚度的控制上，只做了一个范围的推荐，并没有相对完整的理论指导水泥砼路面沥青罩面层结构设计，这给路面铺装的过早损坏埋下了隐患，将势必会对道路的耐久性带来严重的影响。因此，就有必要对水泥砼路面沥青罩面层间抗剪问题展开研究，从设计合理性的角度，针对目前加铺层由于抗剪能力不足而出现的种种问题，做出全面的分析研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种对水泥砼路面沥青罩面层间抗剪问题展开研究，从设计合理性的角度，针对目前加铺层由于抗剪能力不足而出现的种种问题，做出全面的分析研究的确定水泥砼路面沥青罩面层铺装厚度的方法。

为实现上述目的，本发明采用的一种确定水泥砼路面沥青罩面层铺装厚度的方法，包括如下步骤：

计算水泥砼路面沥青罩面剪应力，并结合弹性多层体系管理理论获取水泥砼路面沥青罩面层剪应力数据，并将得到的剪应力数据与参考数据进行比较分析；

进行室内试验，得到各层的自身抗剪强度和各层间抗剪强度的试验数据，并依据摩尔库伦准则得出罩面层抗剪包络曲线；

对比剪应力数据和和试验数据，得到基于罩面层层间抗剪强度的铺装厚度取值。

其中，在计算水泥砼路面沥青罩面剪应力中：结合沥青路面上的轴对称垂直荷载和单向水平荷载数据，得到双圆复合荷载作用下n层体系中任意点的应力、应变和位移分量。

其中，在剪应力数据与参考数据进行比较分析中：以双层体系为研究对象，并结合正常行驶和紧急制动两种载荷模式，获取剪应力空间分布规律。

其中，在剪应力数据与参考数据进行比较分析中：在获取剪应力空间分布规律后，进行层间剪应力影响因素分析；其中，影响因素有以下四种工况：面层各层厚度对面层剪应力的影响、面层表面摩擦系数对面层剪应力的影响、车辆荷载对面层剪应力的影响和层间粘结状态对面层剪应力的影响。

其中，在进行室内试验中：室内试验分为抗剪断试验和摩擦试验；其中，抗剪断试验采用快速加载法，将最大法向应力按等差级数分为4级，并分别施加于模拟路面的4个试件上；快速加载法为：先一次施加法向应力，迅速记录百分表读数，然后按预估最大剪切载荷的10％分级施加剪切载荷，荷载每施加一级后立即记录百分表读数，当加荷后引起的剪切变形超过前级变形值的1.5倍时剪切载荷减半施加，直至破坏，最后得出试验数据，且保持试验过程中法向应力不变。

其中，在抗剪断试验后，将试件取出,并将剪断后的试件合上，放入烘箱中烘烤，然后取出进行摩擦试验；其中，摩擦试验分为常温摩擦试验和高温摩擦试验；摩擦试验中的试件可为sma-13、粘结剂、c30混凝土组成的单层结构和sma-13、粘结剂、ac-16i、粘结剂、c30混凝土组成的双层结构；粘结剂为乳化沥青粘结剂或环氧树脂粘结剂。

其中，使用常温摩擦试验，并利用sma-13试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应沥青抗剪强度；

使用高温摩擦试验，并利用ac-16i试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应沥青抗剪强度；使用常温摩擦试验，并利用粘有乳化沥青粘接剂的试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应层间抗剪强度；使用常温摩擦试验，并利用粘有环氧树脂粘结剂的试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应层间抗剪强度。

其中，在进行摩擦试验后，将四种不同工况下的粘结层的破坏形式进行对比，得到抗剪强度数据。

其中，在得到抗剪强度数据后，结合双层铺装、正常行驶和紧急制动，并利用多组试样的抗剪强度确定罩面层抗剪包络曲线，然后利用罩面层抗剪包络曲线分析路面不同深度位置的剪切抗力变化趋势。

其中，在对比剪应力数据和和试验数据，得到基于罩面层层间抗剪强度的铺装厚度取值中：依据标准荷载到超载400％的不同荷载作用下，双层沥青罩面层铺装厚度由8cm～14cm，铺装沥青层与混凝土层层间抗剪强度、剪应力的大小对比，得到基于罩面层层间抗剪强度的铺装厚度取值。

本发明的有益效果体现在：通过计算水泥砼路面沥青罩面剪应力，并结合弹性多层体系管理理论获取水泥砼路面沥青罩面层剪应力数据，并将得到的剪应力数据与参考数据进行比较分析；进行室内试验，得到各层的自身抗剪强度和各层间抗剪强度的试验数据，并依据摩尔库伦准则得出罩面层抗剪包络曲线；对比剪应力数据和和试验数据，得到基于罩面层层间抗剪强度的铺装厚度取值。以此对水泥砼路面沥青罩面层间抗剪问题展开研究，从设计合理性的角度，针对目前加铺层由于抗剪能力不足而出现的种种问题，做出全面的分析研究，确定水泥砼路面沥青罩面层铺装厚度，保证加铺层的抗剪厚度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的确定水泥砼路面沥青罩面层铺装厚度的方法的整体流程图。

图2是本发明的获取水泥砼路面沥青罩面层剪应力数据的流程图。

图3是本发明的室内试验的流程图。

图4是本发明的最大剪应力值竖向分布曲线图。

图5是本发明的最大剪应力位置竖向分布曲线图。

图6是本发明的双层体系不同厚度最大剪应力随深度变化曲线图(左：正常行驶，右：紧急制动)。

图7是本发明的双层体系不同荷载状况最大剪应力随深度变化曲线图(左：正常行驶，右：紧急制动)。

图8是本发明的双层体系不同粘结状态最大剪应力随深度变化曲线图(左：正常行驶，右：紧急制动)。

图9是本发明的sma-13、ac-16i试块的竖向正应力σ与抗剪强度τ关系曲线图。

图10是本发明的改性乳化沥青、环氧树脂为粘结层，竖向正应力σ与抗剪强度τ关系曲线图。

图11是本发明的抗剪包络曲线图。

图12是本发明的双层体系抗剪包络曲线和剪应力曲线对比图。

图13是本发明的双层体系抗剪强度、剪应力随超载大小变化曲线图。

图14是本发明的从标准荷载到超载400％的不同荷载的曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图12，本发明提供了一种确定水泥砼路面沥青罩面层铺装厚度的方法，包括如下步骤：

s100：计算水泥砼路面沥青罩面剪应力，并结合弹性多层体系管理理论获取水泥砼路面沥青罩面层剪应力数据，并将得到的剪应力数据与参考数据进行比较分析；

s101：结合沥青路面上的轴对称垂直荷载和单向水平荷载数据，得到双圆复合荷载作用下n层体系中任意点的应力、应变和位移分量；

s102：以双层体系为研究对象，并结合正常行驶和紧急制动两种载荷模式，获取剪应力空间分布规律；

s103：在获取剪应力空间分布规律后，进行层间剪应力影响因素分析；

其中，对剪应力进行计算分析，并结合弹性多层体系管理理论求解沥青砼复合路面层间应力分布规律。假设各层都是由均质的各向同性的线弹性材料组成，其弹性模量和泊松比为e和μ；假设土基在水平方向和向下的深度方向均为无限，其垂直方向上的路面各层厚度均为有限，但水平方向仍为无限；假设路面上层表面作用荷载，荷载与路面表面接触形状呈现圆形，接触面上的作用力呈均匀分布；每层之间的接触面假定为完全连续(具有充分摩擦)或部分连续或完全光滑(没有摩擦阻力)。

弹性体处于平衡状态，产生应力为δ＝{δx,δyδz,δxy,δyz,δxz}^t。汽车轮载作用在沥青路面上可以分为轴对称垂直荷载及单向水平荷载的作用。当层状体系表面上作用轴对称垂直荷载时各应力、应变和位移分量也对称于对轴，因此属于空间轴对称问题，若该对称轴为z轴，则rθr＝rθr，rθz＝rzθ＝0，空间轴对称问题的变形协调方程为：

式中：称为拉普拉斯算子；θ为第一应力不变量，θ＝δr+δz+δθ，采用love应力函数求解，应力分量可表示为：

将应力分量式子带入变形协调方程和平衡微分方程式中，其中平衡微分方程式为：

微分方程式中的第一个方程自然满足，其余各方程全转化为重调和方程，即：利用汉克尔积分变换，可得到重调和方程的解为：式中：j0(ζr)为第一类零阶bessel函数；aζ,bζ,cζ,dζ为待定系数，由弹性多层体系的层间接触条件和边界条件确定。将重调和方程的解代入应力分量方程式中，可以得到各应力分量，即：

式中：

应力分量和位移分量表达式中的参数ai、bi、ci、di应按照结构体系的边界条件和层间连续条件确定。对于n层结构体系，边界条件：

τzr|z＝0＝0

层间接触条件：

[δz]i＝[δz]i+1,[τzr]i＝[τzr]i+1(fullybonded)

[δz]i＝[δz]i+1,[τzr]i＝[τzr]i+1＝0(completeunbonded)

[δz]i＝[δz]i+1,[τzr]i＝[τzr]i+1＝ki(ui+1-ui+1)(semi-bonded)

其中，k为第i层和第i+1层界面的层间结合系数，0≤k<∞(i＝1,2,...,n-1)。

对于第n层，可以按无限深处(z＝∞)由荷载产生的应力为零的边界条件，得到：

cn＝dn＝0

综上所述，对于轴对称荷载作用下的n层弹性体系，共有4n个待定系数，边界条件也共有4n个，因此，该问题可解。

当层状体系表面上作用单向水平荷载作用下的应力、应变、位移属于非轴对称课题，其基本方程采用密歇尔(michell)应力函数表示：

φ,ψ为密歇尔应力函数，它们满足柱坐标系内的二阶偏微分方程：

其中：应用hankle积分变换公式，可求得应力和位移的一般积分表达式：

式中：j1(ζr)第一类一阶bessel函数：

上述积分常数ai、bi、ci、di、ei、fi，需由定解条件确定。

上层表面的边界条件(z＝0)：

τzr(1)＝ph(r)cosθ

δz(1)＝0

对于上中层滑动、中下层连续的三层连续体系，其层间结合条件为：

当(z＝h1)时，有：

δz(1)＝δz(2),τzr(2)＝0

当(z＝h2)时，有：δz(2)＝δz(3)；τzr(2)＝τzr(3)

综上，利用上述基本理论可得双圆复合荷载作用下n层体系中任意点的应力、应变和位移分量表示为：式中上标v表示垂直荷载，上标h表示水平荷载，下标d表示双圆荷载。运用matlab编程对上述程序进行求解。

研究双层体系(sma-13+ac-16i+c30砼+土基)，考虑正常行驶和紧急制动两种荷载模式，探讨剪应力空间分布规律，进行层间剪应力影响因素分析。以标准结构为例，各层参数如下表所示：

标准结构层参数

水平方向上最大剪应力绘出了深度为10cm平面，即沥青与水泥路面层间接触面)的剪应力分布图，可知在车辆荷载作用下，在水平面上的剪应力分布呈驼峰状，最大值出现在离圆形均布荷载作用中心点荷载方向10cm处。

通过最大剪应力值竖向分布曲线和最大剪应力位置竖向分布曲线可知在竖直方向上最大剪应力位置情况，即在厚度方向，随厚度的增加最大剪应力位置约有变化，但大部分位于荷载作用方向上离圆心10cm处，其值明显减小，在接触面处有一定的突变。

在对剪应力的影响因素分析中，影响水泥砼沥青罩面路面应力分布和大小的因素主要有面层各层厚度对面层剪应力的影响、面层表面摩擦系数对面层剪应力的影响、车辆荷载对面层剪应力的影响，下面将其分为四种工况，分别讨论对剪应力分布和大小的影响。计算每个单项因素对剪应力的影响时，其余因素均设为标准状态。

工况1—面层各层厚度对面层剪应力的影响：计算基本模型和材料参数选用重庆市目前水泥砼路面沥青罩面常采用的罩面模式和材料参数。

结构层参数

双层体系sma-13为40mm，ac-16i沥青面层厚度分别为60、80、100mm时，最大剪应力沿深度方向的对比，由双层体系不同厚度最大剪应力随深度变化曲线可知：单层体系和双层体系剪应力分布规律随厚度增加变化不大，但层间剪应力的大小随厚度的增加而减小，紧急制动层间剪应力受厚度的影响小于正常行驶。

工况2—面层表面摩擦系数对面层剪应力的影响，汽车在公路上正常行驶时，车轮和地面之间的摩擦是滚动摩擦；紧急刹车时，车轮和路面之间的摩擦主要是滑动摩擦。而滚动摩擦系数要比滑动摩擦系数小得多。因此，本节只考虑紧急制动过程的滑动摩擦系数。动滑动摩擦系数一般在0.3～0.7，取0.3、0.5、0.7。

结构层参数

其中，面层摩擦系数的大小直接影响到水平荷载的大小，单层和双层体系罩面层的剪应力数值随摩擦系数的增加而增加，基本是摩擦系数增加多少倍，面层剪应力就相应增加多少倍，呈现正比例关系。

工况3—车辆荷载对面层剪应力的影响

规范规定的计算荷载为0.7mpa，按照车辆标准荷载(0.7mpa)、超载50％(1.05mpa)、超载100％(1.4mpa)三个等级进行计算，并且参照双层体系不同荷载状况最大剪应力随深度变化曲线，可知车辆荷载对面层剪应力的大小影响类似于摩擦系数，车辆荷载增加多少倍，面层剪应力也就相应增加多少倍。

工况4—层间粘结状态对面层剪应力的影响

路面实际在车辆荷载的作用下其层间结合状态在其接触面上不仅有磨阻力，而且还会产生相对水平位移，采用古德曼模型作为衡量结构层层间结合条件的尺度。古德曼(good-man)模型，就是当路面上下两层发生相对水平位移为δu时，则层间界面的剪应力为：

τ＝kδu

式中：k为层间粘结系数，n/cm3。

由上式可以看出，用层间粘结系数k来描述层间界面处的粘结状态具有明确的物理意义，当路面上下层间发生单位相对位移时,界面处的剪应力即为层间粘结系数k。显然可以看出当k值越大，说明层间粘结性越好，越趋于完全连续状态；若k值越小，说明层间粘结性越差,越趋于滑动状态。当k＝0时,层间处于完全滑动状态；当k→∞时,层间处于完全连续状态；当0<k<∞时,层间处于完全滑动与完全连续之间的结合状态。层间粘结状态分完全粘结、半滑动、完全滑动三种类型进行计算。

并且参照双层体系不同粘结状态最大剪应力随深度变化曲线，可知粘结系数的大小，对面层剪应力的分布有较大影响，粘结系数越大，面层剪应力分布越均匀，粘结系数约小，面层剪应力出现突变。

s200：进行室内试验，得到各层的自身抗剪强度和各层间抗剪强度的试验数据，并依据摩尔库伦准则得出罩面层抗剪包络曲线；

s201：采用快速加载法进行抗剪断试验；

s202：在抗剪断试验后，将试件取出,并将剪断后的试件合上，放入烘箱中烘烤，然后取出进行摩擦试验；

s203：在进行摩擦试验后，将四种不同工况下的粘结层的破坏形式进行对比，得到抗剪强度数据；

s204：在得到抗剪强度数据后，结合双层铺装、正常行驶和紧急制动，并利用多组试样的抗剪强度确定罩面层抗剪包络曲线，然后利用罩面层抗剪包络曲线分析路面不同深度位置的剪切抗力变化趋势；

其中，在水泥砼沥青罩面路面抗剪强度试验分析中主要试验数据为各种工况下的粘聚力c和摩擦角该数据可为后面的数值分析提供依据。试件制作主要用于试验模拟路面，罩面组合有单层的sma-13+粘结剂+c30砼结构和双层的sma-13+粘结剂+ac-16i+粘结剂+c30砼结构。sma-13和ac-16组合简写s-a，sma-13和水泥砼组合简写s-c，ac-16和水泥砼组合简写a-c，乳化沥青粘结剂简写e.a，环氧树脂粘结剂简写e.r。所需材料有sma-13、ac-16i、c30混凝土、一般粘结剂、环氧树脂粘结剂，所用材料级配皆在适配后选用最优级配。选用岩石直接剪切仪进行常温下的直接剪切试验，考虑低温残余强度。

为更好的模拟路面的实际状况，试件采用较大尺寸200×100×100mm。水泥原料在施工现场直接取用，sma-13和ac-16原料均来自于沥青材料供应站。首先制作水泥砼试块。采用200×200×100mm的模具成型，初凝后在其上刻槽处理，48小时拆模水养，7天后放置于露天存放3个月。之后进行沥青混合料试件成型。沥青混合料试块在水泥砼试块上采用200×200×100mm的模具高温平板震动夯锤击成型，层间粘结处涂抹改性乳化沥青或环氧树脂粘结剂，冷却后脱模常温保存。

在抗剪断试验过程中将最大法向应力按等差级数分为4级，分别施加于4个试件，为尽量保持试件的温度，本试验采用快速加载法。先一次施加法向应力，迅速记录百分表读数，然后按预估最大剪切载荷的10％分级施加剪切载荷，荷载每施加一级后立即记录百分表读数，当加荷后引起的剪切变形超过前级变形值的1.5倍时剪切载荷减半施加，直至破坏。试验过程中保持法向应力不变。抗剪断试验完成后将试件取出,将剪断后的试件合上，再次放入烘箱中烘烤至55℃，然后取出进行抗剪(摩擦)试验。

摩擦试验分为常温摩擦试验和高温摩擦试验；摩擦试验中的试件可为sma-13、粘结剂、c30混凝土组成的单层结构和sma-13、粘结剂、ac-16i、粘结剂、c30混凝土组成的双层结构；粘结剂为乳化沥青粘结剂或环氧树脂粘结剂。使用常温摩擦试验，并利用sma-13试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应沥青抗剪强度；使用高温摩擦试验，并利用ac-16i试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应沥青抗剪强度；使用常温摩擦试验，并利用粘有乳化沥青粘接剂的试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应层间抗剪强度；使用常温摩擦试验，并利用粘有环氧树脂粘结剂的试件的竖向正应力与抗剪强度的函数关系反应层间抗剪强度。其各种工况下的粘聚力c和摩擦角的统计表如下所示：

综上可知：sma-13和ac-16试块自身抗剪强度大于sma-13、ac-16、水泥砼之间抗剪强度；sma-13和ac-16之间的抗剪强度要高于它们与水泥砼之间的抗剪强度；sma-13与水泥砼之间抗剪强度小于ac-16与水泥砼之间，ac-16要比sma-13更适合与水泥砼粘结。

不同工况下粘结层破坏形式对比：水泥砼表面黑色物质为涂抹的乳化沥青粘结剂；水泥砼表面黑色物质为接触面处沥青层破坏后残留物。乳化沥青粘结层破坏主要是由于乳化粘结剂与沥青之间粘结能力不够造成，环氧树脂粘结层破坏主要是由于层间接触面处沥青层的抗剪能力不够造成。从上到下试验时的竖向压力由小变大，接触面残留大量受剪破坏的沥青混合料；竖向压力越大，水泥砼试块表面残留的沥青混合料越多，说明层间抗剪强度会因为层间接触面内摩擦角的增大而提高。

在双层铺装、正常行驶、紧急制动情况下，通过多组试样的抗剪强度确定强度包络线，分析路面不同深度位置的剪切抗力变化趋势。沥青加铺层抗剪包络线可以根据莫尔库伦准则计算，其中c根据粘聚力c和摩擦角的统计表确定其中c30砼泊松比取值为0.15，由加沥青铺层剪应力分布规律分析可以知道，沥青面层在弹性模量变化不大的情况下，其面层应力值的大小随厚度的变化很小，故厚度方向的正应力σz可近似用土力学中圆形均布荷载作用下的正应力公式查表计算。在得到抗剪强度数据后，结合双层铺装、正常行驶和紧急制动，并利用多组试样的抗剪强度确定罩面层抗剪包络曲线，然后利用罩面层抗剪包络曲线分析路面不同深度位置的剪切抗力变化趋势。并由抗剪包络曲线分析可知：沥青加铺层厚度越大，层间抗剪强度越低，厚度变化对沥青自身抗剪强度的大小影响不大，但变化幅度不大。s-a和a-c结合层抗剪强度最低，层间为沥青加铺的薄弱面。随着铺装厚度增加，水泥砼路面和沥青加铺层的抗剪强度减小，但幅度不大。紧急制动情况下的沥青层抗剪强度比正常行驶要高。

s300：对比剪应力数据和和试验数据，得到基于罩面层层间抗剪强度的铺装厚度取值。

其中，由剪应力数据和和试验数据可知：层间为沥青加铺层的薄弱面。要计算沥青加铺层的厚度，只需将水泥砼与沥青粘结层作为控制点，通过计算满足粘结层抗剪强度大于剪应力的最小厚度即可。以重庆最为常见的加铺结构为实例，看是否与目前重庆地区沥青罩面单层4cm破坏严重，双层10cm局部路段破坏严重的问题相一致，以此检验计算方法的可行性。

以重庆地区某双层体系道路铺装形式为例作说明，层间粘结剂为改性乳化沥青。通过层状理论计算出道路沿厚度方向的剪应力最大值，将剪应力曲线和抗剪包络曲线作对比，分析典型结构加铺厚度是否满足抗剪要求，体系结构参数如下：

利用体系结构参数并结合双层体系抗剪包络曲线与剪应力曲线的对比可知，超载不但增加了路面的剪应力，同时也提高了路面的抗剪强度。在正常行驶条件下，实例状况下的路面a-c面层不会出现剪切破坏。根据双层体系抗剪强度、剪应力随超载大小变化曲线可知：在超载100％的情况下，正常行驶和紧急制动下，剪应力均未超过抗剪强度包络线，但距离开始缩短，特别是紧急制动情况下的剪应力和抗剪强度已经很接近了。这说明超载对沥青面层的影响与超载量有关。正常行驶状况下，无论超载多少，都不会发生剪切破坏，但有紧急制动就不一样了，随着荷载的增加，剪应力曲线将超过抗剪强度曲线，当车辆超载100％以上后，层间将发生剪切破坏。这印证了重车比较多的路段破坏会较为严重的现象。

通过以上分析可看出计算结果可看出，按照目前4cm厚sma-13设计方法在正常行驶状态下能满足抗剪要求，但不满足紧急制动状况下的抗剪要求。4cm厚sma-13+6cm厚ac-16设计方法在正常行车时也不会出现剪切破坏的，但不满足超载100％以上的制动较多情况。

下面将通过从标准荷载到超载400％的不同荷载作用下，双层沥青罩面层铺装厚度由8cm到14cm，铺装沥青层与水泥砼层层间抗剪强度、剪应力的大小对比，提出基于层间抗剪问题考虑的铺装层厚度确定方法及取值。(假设铺设厚度h符合路面弯沉值和层间弯拉应力值要求)，根据标准载荷曲线图、超载100％曲线图、超载200％曲线图和超载400％曲线图可知，车辆正常行驶下，荷载由标准荷载到超载400％，铺装厚度4cm～14cm的层间剪应力都不会超过抗剪包络线，不会发生水平方向的剪切破坏。说明4cm～14cm的铺装厚度均可满足交通比较畅通、且平直的路段，任意车辆均可行驶。

在标准荷载作用下，车辆紧急制动，铺装厚度4cm，剪应力和抗剪强度很接近，可以考虑破坏。铺装层厚度在5cm～14cm剪应力都不会超过抗剪包络线，层间处于受剪安全状态。说明4、5cm的铺装厚度可以满足小型车和未超载中型车的任意路段(停车站、转弯处可能不满足要求)，6cm～14cm的铺装厚度可满足适度超载中型车和未超载大型车行驶的任意路段。(规定重量小于5t为小型车、5t～15t为中型车、15t以上为大型车)。

在超载100％情况下，车辆紧急制动，铺装厚度小于和等于8cm，剪应力线超过抗剪包络线，发生水平方向剪切破坏。铺装层厚度在9cm～14cm处于受剪安全状态。说明8cm的铺装厚度可满足重度超载中型车行驶的任意路段(停车站、转弯处可能不满足要求)，9cm～14cm的铺装厚度可满足中度超载大型车通行的任意路段。

在超载200％情况下，车辆紧急制动，铺装厚度小于10cm，剪应力线超过抗剪包络线，发生水平方向剪切破坏，铺装层厚度大于10cm处于受剪安全状态。说明10cm～14cm的铺装厚度可满足特别严重超载大型车通行的任意路段。

在超载400％情况下，车辆紧急制动，铺装厚度小于11cm，剪应力线超过抗剪包络线，发生水平方向剪切破坏，铺装层厚度大于11cm处于受剪安全状态。说明12cm～14cm的铺装厚度可满足所有条件车辆通行的任意路段。

综上所述：本发明主要针对水泥砼路面沥青罩面层进行分析，重在研究与罩面层层间粘结有关的控制因素。用弹性多层体系理论给出罩面层应力分布和数值大小，并给出其与相应影响因素的关系。通过室内试验，弄清罩面层层间抗剪强度大小，并依据摩尔库伦准则得出罩面层抗剪包络曲线。从设计方法的角度，利用抗力大于效应的原则提出基于罩面层层间抗剪强度的铺设厚度取值和验算方法。具体结论如下：

boussinesq弹性半空间解为基础的经典理论方法参数少、计算简单；弹性多层理论考虑了弹性模量e和泊松比μ，能体现出层间材料差异对应力的影响；有限差分法可通过软件计算，具有很好的图形表示效果。简易计算公式和有限差分法结果略微偏大，但在层间位置(15cm以上区间)五种计算方法的计算结果很接近。简易计算公式可以用来计算厚度在20cm以上位置的剪应力数值。弹性多层体系理论和有限差分法可以用于精度较高的分析计算。

利用弹性多层体系理论对sma-13、ac-16加铺材料的单层和双层体系结构形式进行剪应力计算，并且考虑的正常行驶和紧急制动两种荷载形式。计算结果表明，在水平面上的剪应力分布呈现驼峰状，最大值出现在离圆形均布荷载作用中心点偏荷载方向10cm处。在厚度方向，随厚度的增加明显减小，在接触面出有一定的突变。面层模量的变化对面层剪应力大小的影响很小，在面层模量变化不大的情况小可以忽略不计。面层厚度对面层剪应力的大小有较大的影响。面层摩擦系数、车辆荷载与面层剪应力大小成正比例关系，摩擦系数和车辆荷载增加多少倍，面层剪应力大小就增加多少倍。层间粘结系数对面层剪应力的分布有较大影响，层间粘结系数越大，剪应力分布约均匀。

试验表明，无论是剪切试验还是摩擦试验，总体来说55℃高温条件下，层间抗剪强度明显降低，相对于25℃常温条件下普遍降低了一半左右。剪切试验和摩擦试验有相同的变化趋势，摩擦试验数据普遍比剪切试验的数据降低了50％左右，但依然具有较大的抗剪能力。环氧树脂粘结剂相对于改性乳化沥青粘结剂来说，高温稳定性要好一些，而且常温和高温的抗剪强度明显提高，普遍在30％左右。环氧树脂粘结层试验结果从整体趋势上看和改性乳化沥青粘结层试验结果相似，也具有明显的摩尔库伦抗剪特征，但每种工况的抗剪强度都提升了40％左右。当层间粘结面在高温剪断后，在高温情况下摩擦面的值有变化，但变化幅度不大，c值明显减小，但不为0；在常温情况下摩擦面的值相对于破坏前有所减小，但相对于破坏后的高温情况有所增加，c值明显减小，但不为0，体现出沥青层因剪切破坏后自身具有恢复作用，其还具有不少于50％的抗剪强度。

根据试验数据得从了沥青层的抗剪包络曲线，结合对水泥砼沥青罩面层的剪应力分析结果，以重庆最常见的道路铺装形式为例作，进行了实例分析，并用flac作了可视化的验证。从分析结果来看，按照目前4cm厚sma-13设计方法在正常行驶状态下能满足抗剪要求，但不满足紧急制动状况下的抗剪要求。4cm厚sma-13+6cm厚ac-16设计方法在正常行车时也不会出现剪切破坏的，但不满足超载100％以上的制动较多情况。最后结合分析结果，提出了厚度的确定方法。可按照交通量和车型等级分单层体系5cm、双层体系8～12cm的厚度设定，必要是可设14cm的三层体系。对需要铺设小于5cm沥青面层的路段，可按实际需要采用环氧树脂粘结剂，其可以提高抗剪强度30％以上，能基本满足设计要求。对局部剪应力较大部位，可用前面的推导公式结合试验数据进行验算。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。