一种沥青路面不同层位高温设计温度确定方法与流程

本发明属于路面工程领域，涉及路面设计温度确定方法，尤其是考虑长期车辙累积、针对不同路面层位、适宜不同地区气候特征的，以便更好的作为沥青结合料选择依据的路面高温设计温度确定方法。
背景技术：
：路面设计温度的概念由美国shrp推出superpave沥青混合料设计方法提出，该方法以路用性能为分析标准，要求沥青结合料必须在不同等级的最高和最低设计温度下满足性能要求，沥青的pg高温等级即反映自身的抗车辙路用性能。针对如何确定路面设计温度，国外研究者(主要是美国和加拿大)已提出多种方法：主要有shrp温度模型、c-shrp模型、ltpp温度模型、美国威斯康辛州模型以及ltppbindv3.1的基于车辙损伤的设计温度模型。现有的设计温度模型主要考虑路面在实际使用过程中所经受的极端温度条件，是基于美国和加拿大路面温度统计模型得出的最高、最低温模型。然而尚未有基于车辙控制的且符合不同地区气候和路面温度特征的设计路面温度模型。目前，还未检索到这类方法的发明专利。经对现有技术的文献检索发现，有关路面高温设计温度确定方法主要有以下几种：(1)美国shrp研究在《developmentofshrpbinderspecification(withdiscussion)》(journaloftheassociationofasphaltpavingtechnologists，1993，62.)中采纳huber提出的路面温度场回归模型，认为高温条件下路表温度是由路表的热气流和纬度决定的，在选择沥青胶结料时，shrp以路表以下20mm处的年最高温度作为路面的高温设计温度，以纬度和历年连续7天最高气温的平均值为模型输入参数。tmax＝t20mm＝(tair(max)-0.00618lat2+0.2289lat+42.2)×0.9545-17.78式中：tmax为路面高温设计温度，℃；t20mm为路表面下20mm深处的年最高温度，℃；tair(max)为历年连续7天最高气温的平均值，℃；lat为纬度，°。(2)美国ltpp(longtermpavementperformance)研究项目于1994年启动了smp(seasonalmonitoringprogram)计划，在美国和加拿大的多个地区对路面温度和气候条件进行了大量的实测。mohseni和symons在《effectofimprovedltppacpavementtemperaturemodelsonsuperpaveperformancegrades》(transportationresearchrecordboard77thannualmeeting.washingtond.c.:trb，1998.)中以smp数据为基础提出了ltpp的路面低温和高温状况预估模型，并仍以路表以下20mm处的年最高温度作为路面高温设计温度，以纬度和历年连续7天最高气温的平均值作为输入参数计算。tmax＝54.32+0.78tair(max)-0.0025lat+15.141g(20+25)式中：tmax为路面特定深度处的年最高温度，℃；tair(max)为历年连续7天最高气温的平均值，℃；lat为纬度，°。(3)bosscher等在《therelationbetweenpavementtemperatureandweatherdata:awisconsinfieldstudytoverifythesuperpavealgorithm》(transportationresearchboard77thannualmeeting.washingtond.c.:trb，1998:1-11.)中对在美国威斯康辛州(wisconsin)特伦珀洛县(trempealeau)用不同pg分级的沥青结合料修建的6块试验路进行路面温度以及其后状况实测，提出适用于美国威斯康辛州的统计学模型，根据气象资料预估路面设计温度，仍以路表以下20mm处年最高温度作为路面高温设计温度，路表年最低温度作为路面低温设计温度，以如下所示：式中：tmax为路面高温设计温度，即路面20mm深度处的年最高温度，℃；ta(max)为历年最高气温，℃；ta-01为路面达到最低或最高温度之前24h的平均气温，℃；s-0为日太阳辐射总量，j/m2；ms-0为日最高太阳辐射强度，w/m2。(4)mohsenia等在《developmentofsuperpavehigh-temperatureperformancegrade(pg)basedonruttingdamage(withdiscussionandclosure)》(journaloftheassociationofasphaltpavingtechnologists，2005，74.)中为沥青结合料选择软件ltppbindv3.1提出了新的路面设计温度确定方法，与以往采用实测回归得到路面温度模型不同的是，该法基于车辙损伤模型确定高温设计温度，与实际温度状况关联更紧密，不会因为个别的极端温度引起高温设计温度变化，并根据经验进行温度跳级以及使用ltpp低温模型进行深度修正。pgrel＝pgd+zpgd×(cvpg/100)式中：pgd为在所选可靠度下的pg等级，℃；pgd＝48.2+14dd-0.96dd2-2rd式中：dd为平均年逐日累积(超过10℃的)最高温，(×1000℃-日数)；rd为目标车辙深度(5-13mm)；cvpg为pg等级年变异系数，％；gvpg＝0.000034(lat-20)2rd2；z为基于可靠度的标准正态分布值；pgrel为该设计可靠度下的高温设计温度。以上方法1-4都是以路面最高温度作为高温设计温度，没有考虑高温持续时间对路面产生车辙的影响；以上方法均以路表以下20mm处年最高温为路面高温设计温度，没有考虑路面温度随路面深度的变化，以此高温设计温度选择沥青对于中下层路面沥青使用造成一定浪费；除此之外，上述方法均为采用美国及加拿大的气候及路面温度实测数据建立的温度模型，在一些国内学者研究中表明并不能完全应用于不同地区气候。因此，亟需一种适用于不同地区气候特点以及路面设计的基于路面车辙预估模型的路面高温设计温度计算模型。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于路面车辙预估模型的路面高温设计温度计算模型，实现根据设计允许车辙深度确定高温设计温度，为不同路面层位确定不同的高温设计温度，且采用不同地区的气候及路面实测数据建立模型使其适宜不同地区气候，来为路面结构设计中的沥青结合料选择提供依据。为解决以往高温设计温度主要反映极限高温条件、而不能反映路面高温持续时长对车辙的影响，且在不同路面深度采用同一设计温度不利于厚沥青层、分层精准设计路面结构等不足，本方法基于路面车辙预估模型，以沥青pg高温表征沥青的抗车辙性能，通过控制实际路面温度场下产生的车辙变形达到允许车辙深度，为分层设计的路面结构确定不同层位的高温设计温度，从而实现在路面结构设计中选择具有适宜pg高温等级的沥青来控制实际产生的车辙深度。具体的说，本发明是通过以下技术方案实现的：第一步，建立沥青pg高温等级与允许车辙深度的关系模型；第二步，基于该模型建立沥青pg高温等级与允许车辙深度、路面温度场、路面深度、设计年限等参数的数据库；第三步，回归分析建立沥青pg高温等级与气候特征参数等参数的回归模型，以沥青pg高温等级作为路面高温设计温度。具体的，第一步：建立沥青pg高温等级与允许车辙深度的关系模型。基于车辙预估模型，将路面沿深度按1cm一层分成多个亚层，计算该亚层的预估车辙变形δrdi；同时，用等价温度的概念表征不同的pg高温等级(即表征沥青的抗车辙性能)，建立允许车辙深度δrd0i与沥青pg的关系，从而确定达到允许车辙深度时的轴载作用次数与沥青pg的关系；当预估车辙变形δrdi达到该亚层的允许车辙深度δrd0i时的沥青pg即为路面高温设计温度。为计算沥青面层在设计使用时间内的累积车辙变形，采用同济大学孙立军课题组提出的车辙预估模型。该模型主要采用分层变形叠加法来考虑车辙中的剪切损坏，并将材料特性、结构与材料的相互作用、温度、荷载作用频率等因素有效考虑在内。同济大学孙立军课题组提出的车辙预估模型，如式(1)所示：式中：rd为沥青层的总车辙深度，mm；n为路面结构分层数，以1cm分为一亚层；δrdi为第i亚层车辙变形，mm；n为路面结构分层数，以1cm分为一亚层；δrdi_为第i亚层车辙变形，mm；ti为第i亚层路面平均温度，℃；v为车速，km/h；ni为累积轴载作用次数；τi为第i亚层的平均剪应力，mpa；[τ]i为第i亚层抗剪强度，mpa步骤1，计算预估累积车辙变形。计算过程：根据不同地区实测路面及气候数据，采用李伊等人提出的车辙等效温度模型teff表征实际动态变化的路面温度场，作为第i亚层的路面温度场ti；采用medpg中的witczak模型计算ti条件下的每亚层的沥青面层动态模量再采用同济大学提出的路面剪应力简化计算模型，使用计算得到的e*i及假设的基层模量、垫层模量和土基模量，计算ti条件下的τi；计算设计年限内气温在0℃以上的小时数与平均每小时轴载次数的乘积作为轴载作用次数ni，则不同亚层在相同时间内的ni相同；将上述计算得出的参数代入车辙预估模型式(1)计算得出δrdi和rd。值得注意的，medpg中的witczak模型是现有技术常用模型，是本领域常用表述；李伊等人提出的等效温度模型，是现有技术已有的模型，详见同济大学提出的路面剪应力简化计算模型是现有技术已有的模型，详见《沥青路面结构行为学》，孙立军，上海：同济大学出版社，2013，为了便于理解，具体如下：等效温度模型：teff＝-0.0045d3+0.1350d2-1.413d+0.5653dd+0.0005maat·d+38.6234式中：teff为车辙等效温度，℃；d为路面深度，cm；dd为年逐时累积气温，×100℃；maat为历年年平均气温，℃。medpg中的witczak模型：α＝3.871977-0.0021ρ4+0.003958ρ38-0.00017(ρ38)2+0.00547ρ34β＝-0.603313-0.393532logηγ＝-0.313351loglogη＝a+vtslogtpr式中：e*为动态模量；f为加载频率，hz；va为孔隙率，％；vbeff为有效沥青体积含量，％；ρ200为0.075mm筛通过率，％；ρ4为4.75mmm筛累计筛余，％；ρ38为9.5mmmm筛累计筛余，％；ρ34为19mm筛累计筛余，％；tpr为路面温度，r；a，vts为回归参数，a＝16.8729，vts＝-5.882807。路面剪应力简化计算模型：为计算车辙变形，需要确定路面不同深度处不同温度条件下最大剪应力，本发明采用孙立军等提出的路面剪应力简化计算模型计算，可计算得到各深度处不同温度条件下的最大剪应力。式中：f(h)为沥青面层深度为h处的剪应力，mpa，h的单位为cm；b，c为不同路面结构参数的系数，由以下公式求得：b＝1.95k1k2k3k4k5k6式中：m1为沥青面层模量，mpa；h1为沥青面层厚度，cm；m2为基层模量，mpa；h2为基层；厚度，cmm3为垫层模量，mpa；m0为土基模量，mpa。步骤2，以预估累积车辙变形达到允许车辙深度为条件，建立允许车辙深度与沥青pg高温的函数关系。基于mohsenia提出的以下假设：不同种类(即不同pg高温等级)的沥青结合料，在其达到其pg高温温度时的沥青混合料模量相同，约为2200mpa，例如使用pg58的沥青的混合料在58℃，和使用pg64的沥青的在64℃的模量相同；在实际温度低于或者高于pg相同差值时，不同种类沥青表现出相同的感温性，从而混合料产生相似的模量变化；因此，同级配沥青混合料在其pg温度下的抗车辙性能相同；由于主要造成车辙的温度较高且接近沥青结合料的pg高温，此范围内沥青模量的感温性是较小的，以上假设对车辙变形的误差可忽略不计。因此，可以用实际路面温度与沥青pg高温的差值直接反映不同沥青的对车辙变形的影响，如式(2)所示以pg52为例，用等价温度te的概念，表征不同pg等级的沥青对产生车辙变形的影响。te＝52+δtδt＝ti-pg(2)式中：te为以pg52沥青为例的等价温度；δt为路面温度与沥青pg的差值，℃；ti为第i亚层的路面温度，此处即为车辙等效温度teff，℃；pg为沥青的高温性能分级，℃。值得注意的是，这里仅以pg52表明te的概念，在实际的模型建立过程中，是把一个温度范围的温度都进行迭代计算的。建模准备：将等价温度te作为路面温度ti代入witczak模型，建立含有变量δt的沥青混合料模量函数，记作只含自变量δt；将的及基层模量、垫层模量、土基模量代入路面剪应力简化计算模型，得到ti条件下的最大剪应力函数τ′i(δt)，只含自变量δt。建模过程：以预估累积车辙变形达到允许车辙深度为条件进行建模。1、沥青面层允许车辙深度为rd0，第i亚层的允许车辙深度为δrd0i。rd0是设计参数，取值范围参考《公路沥青路面设计规范》(jtgd50-2017)取为10-15mm。2、设第i亚层的车辙变形占沥青层总车辙变形的权重为ωi，由步骤1计算得出；且由车辙预估模型式(1)可知ωi变化只与各亚层ti及轴载作用次数ni有关。3、在同一路面温度场ti条件下，根据车辙预估模型式(1)，当δrdi＝δrd0i时，则ni＝n0i，从而可得式(3)，通过式(4)可以计算出δrd0i。δrd0i＝rd0·ωi(4)4、将δrd0i作为模型输入参数，换算公式(1)，得到第i亚层的允许车辙深度δrd0i与沥青pg高温(即由δt表征)的关系如式(5)所示；则在已知允许车辙深度rd0设计值时，可得第i亚层在ti条件下达到允许车辙深度所需的轴载作用次数函数n0i(δt)。n0i为随δt变化的函数，表征不同沥青高温等级对车辙发展的影响，即沥青pg越高，δt越小，则达到允许车辙深度所需的n0i越大。5、取值：根据车辙预估模型式(1)，当δrdi＝δrd0i时，则ni＝n0i，如式(6)所示，由此建立沥青pg高温(即由δt表征)与允许车辙深度δrd0i的关系模型，表示沥青面层的第i亚层在设计年限内达到允许车辙深度，此时对应的pg作为第i亚层基于车辙预估的路面高温设计温度。第二步：建立沥青pg高温与其他参数的数据库。基于上述模型，采用不同地区的路面温度实测数据，设定不同的设计年限和允许车辙深度，以试算的方法计算δrdi＝δrd0i时的pg高温(即求式(7)中的δt)，得到不同气候条件和设计要求下各路面深度所需的沥青pg高温，从而建立路面第i亚层pgi与ti、允许车辙深度rd0、设计年限n、亚层深度h等多个参数的数据库。表1回归计算参数步骤三：经回归分析建立符合不同地区气候特征的设计路面温度公式。1、除设计年限n、允许车辙深度rd0路面深度h等确定的与pg计算有关的参数之外，为建立符合不同地区气候特征的路面设计温度公式，需对上一步骤的数据库回归分析引入适宜的气候特征参数。因此参考以往的路面设计温度模型的气温参数，分析平均最高7日气温、年逐日累积最高温以及历年平均最高温等气温参数与pg的相关性，得到年逐日累积最高温(>0℃)这一参数与pg的相关性最好，如表2所示。该参数能使全年中更多的气温数据参与计算，削弱个别极端温度事件的影响能反映高温持续时长，能有效表达高温温度频率分布特征。因此，采用该参数作为气温指标作为自变量参与回归分析。2、参考车辙等效温度模型形式，将历年年平均气温maat纳入回归分析的自变量。3、使用以上参数，对pg进行线性回归分析，得到各参数的回归系数，回归模型如公式(8)所示，该模型预测精度较高(r2＝0.98)。thigh＝pg＝74.088-1.165rd+0.424dd-5.191d+0.507d2-0.016d3+0.016maat·d+0.410n(8)式中：thigh为路面高温设计温度；rd0为允许车辙深度，mm；dd为年逐日累积气温(>0℃)(dgree-days>0℃)，×1000℃；d为路面深度，cm；maat为历年年平均气温，℃；n为设计年限。4、在为分层设计的路面结构的不同层位选择沥青结合料时，选取面层的中位深度作为代表深度，确定路面高温设计温度thigh。值得注意的是，这里的设计年限是指在新的工程设计时，需要计算设计温度来选择沥青，那就将该工程的设计年限代入模型计算；允许车辙深度、设计年限的赋值都是根据工程设计而定。本发明的有益效果：1.本发明首次提出考量高温持续时间对路面产生车辙的影响，并充分考虑路面温度随路面深度的变化模型，以此高温设计温度分别选择沥青，从而设计中下层路面沥青使用，通过模拟结果误差较小，进而最大限度的节省成本。2.本发明解决了以往仅针对某一特定气候及路面温度实测数据建立的特定温度模型的局限，研究出可应用于不同地区气候特点以及路面设计的基于路面车辙预估模型的路面高温设计温度计算模型。3.本发明基于车辙预估模型和沥青路面结构车辙等效温度模型，建立了基于车辙预估的沥青路面高温设计温度模型，模型考虑了允许车辙深度，设计年限和路面深度和气温等因素的影响，模型精度较高。4.路面高温设计温度模型采用的气候参数为年逐日累积最高温，此参数在参与比较分析的气温参数中表现出与预估pg的相关系数最高，而且能使更多的气温数据参与，能有效表达高温温度频率分布特征。5.本发明的模型预测精度较高，回归模型预估thigh与回归分析中计算得到的pg的吻合程度如图4所示，对比分析了其他模型如ltppv3.1模型的参数dd2，均不如本发明精准度高。6.本发明研究的沥青路面不同层位高温设计温度的确定方法，突破了以往设计温度方法主要根据表面层温度场确定高温设计温度，旨在为不同面层的沥青选择进行合理的计算，为不同地区的不同面层的沥青选择提供一定的参考，进而节省大量成本。附图说明图1pg与rrd关系图2pg与dd(>0℃)相关性分析图3pg与rd相关性分析图4回归模型的预估pg与实际计算pg的比较图5中国沥青路面气候分区图(温度分区)具体实施方式下面将结合本发明实施例及其附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1一种沥青路面不同层位高温设计温度确定方法，包括以下步骤：步骤1，路面累积车辙计算，对于某施工地的路面，确定路面累积车辙的计算条件，具体的，计算选用以下常规半刚性沥青路面结构：沥青层厚18cm，半刚性基层厚40cm，级配碎石垫层厚20cm；其中沥青面层上面层厚4cm、中面层6cm，下面层8cm，以1cm分为一个亚层。在选用的常规半刚性沥青路面结构中，半刚性基层模量、垫层模量和土基模量均选用常规值，分别为11000mpa、350mpa和40mpa。沥青层抗剪强度为0.763mpa。其中，车速设定为60km/h，并设定标准轴载esals3000次每日，则一年为110万次。计算路面不同深度的路面温度，采用车辙等效温度teff表征实际的路面温度变化，即一年内0℃以上各个温度下作用的车辆荷载所形成的累积车辙与全部的车辆荷载在该温度下所形成的车辙相等，简化车辙预估。计算各亚层多年平均teff，和设计年限内气温在0℃以上的小时数参与车辙预估计算。计算混合料的动态模量和剪应力，计算首先基于以下假设：不同种类(即不同pg)的沥青结合料，在其达到pg温度时，沥青混合料模量为2200mpa，而在其他高温条件下沥青混合料模量为5000mpa，例如使用pg58的沥青的混合料在58℃，和使用pg64的沥青的在64℃的模量相同；在实际温度低于或者高于pg的差值相同时，不同种类沥青表现出相同的感温性，从而混合料产生相似的模量变化。基于这一假设，同级配沥青混合料在其pg温度下的抗车辙性能相同。由于主要造成车辙的温度较高且接近高温pg，此范围内沥青模量的感温性是较小的，以上假设对车辙变形的误差可忽略不计。因此，可以用路面温度与沥青高温pg的差值直接反映不同沥青的对车辙变形的影响。本发明以pg52为例，用等价温度te的概念，表征不同pg等级的沥青，以δt的变化在车辙预估模型中表征不同pg等级对车辙变形的影响，具体见公式(2)。在计算混合料模量时，先采用前文所述的witczak模型计算ti条件下的沥青混合料模量e*i。再等价温度te代替路面温度ti，建立含有变量δt的模量的表达式(9)，记作进一步，使用计算得到的e*i及基层模量、垫层模量和土基模量，采用上一节所述的路面剪应力简化计算模型，得到ti条件下的τi。同样地，根据公式(2)，通过e*i’建立只含有参数δt的剪应力的表达式，记作τ′i。计算设计年限内的累积车辙，在假定设计年限、平均轴载次数和车速的条件下，以及车辙等效温度模型的基本参数，根据公式(1)可以计算得到δrdi以及rd。其中轴载作用次数ni为设计年限内气温在0℃以上的小时数与平均每小时轴载次数的乘积，则不同亚层在相同时间内的ni相同，记作n。设第i亚层的车辙变形占沥青层总车辙变形的权重为ωi，ωi只与设计年限n和各亚层ti(即teffi)有关，是自变量为设计年限n、路面深度d、逐时累积气温和(>0℃)、历年年平均温度maat的函数表达式。假设沥青面层允许车辙深度为rd0，第i亚层的允许车辙深度为δrd0i。将δrd0i作为模型输入参数，通过公式(1)换算可以得到第i亚层在ti条件下达到允许车辙深度的轴载作用次数n0i的表达式。n0i为随δt变化的函数，表征不同沥青高温等级对车辙的影响，即pg越高，δt越小，达到允许车辙深度所需的n0i越大。设第i亚层的预估累积车辙δrdi与允许车辙深度δrd0i的比值为rrdi，经过公式(3)和(4)这一形式将rd无量纲化，得到rrdi与pg的关系式，当rrdi＝1时，沥青面层的第i亚层在设计年限内达到允许车辙深度，此时对应的pg作为第i亚层基于车辙预估的路面高温设计温度。以数据库中的一个站点为例，假设设计年限为15年，允许车辙深度为12mm，根据路表以下20mm处路面温度可以计算得到车辙预估的rrd与pg的变化关系如图1所示。从图1中可以看出，随着pg升高rrd下降，即沥青高温等级越高抗车辙性能越好，产生的预估车辙越小，两者变化关系呈非线性；在pg＝65.9℃时，rrd20mm＝1，则pg即为该点路表以下20mm的路面高温设计温度，在沥青选择时选择采用pg70及以上的沥青结合料。步骤2，路面高温设计温度计算方法采用smp监测计划中19个站点多年逐时气温数据，计算使用年限为8年至20年，路面深度为从路表至20cm，允许车辙深度为从10mm至20mm等多个条件下的pg。在确定pg时，用试算的方法，从pg52开始，以+0.1为步长试算，直到rrdi＝1即可结束试算，以此时的pg作为计算结果。模型参数选择，参考以往的路面设计温度模型的气温参数，分析shrp模型的采用平均最高7日气温、ltppv3.1模型采用的年逐日累积最高温(>10℃)以及历年平均最高温等气温参数与pg的相关性。结果如表2所示。其中，年逐日累积最高温(>0℃)与pg的相关性最好，如图2。因此，采用该参数作为气温指标作为自变量参与回归分析(公式8)。该参数能使全年中更多的气温数据参与计算，而不是仅有个别极端温度事件，因此能有效表达高温温度频率分布特征。表2各项气温参数与pg相关系数气温参数相关系数气温参数相关系数平均7日最高温(℃)0.60dd>10℃(×1000℃)0.62历年平均最高温(℃)0.58dd>20℃(×1000℃)0.58dd>0℃(×1000℃)0.63\\此外，参考车辙等效温度模型形式，将路面深度d和历年年平均气温maat纳入回归分析的自变量。如图3所示，允许车辙深度rd与pg呈负相关，计算得两者线性相关系数达0.69。对pg和允许车辙深度rd和年逐日累计气温dd两参数进行线性回归就能达到较高的预测精度(r2＝0.86)，因此本发明使用以上参数，对pg进行线性回归分析，得到各参数的回归系数，回归模型如公式(8)所示。该模型预测精度较高(r2＝0.9得到的83)，回归模型预估thigh与回归分析中计算得到的pg的吻合程度如图4所示。在分析中也曾尝试纳入ltppv3.1模型的参数dd2，但回归分析标准化回归系数很小且模型的预测精度几乎不发生变化，因此本发明建立的路面高温设计温度模型不考虑dd2的影响。实施例2通过不同层位高温设计温度确定具体沥青种类的选择采用常用的shrp性能测试结果，确定参与本工程可供选择的6种沥青能达到的pg等级，汇总如表3所示，下一步根据设计温度确定在该地区中不同沥青的适用性。表3试验沥青pg等级沥青种类pg分级30#pg82-1650#pg70-2270#pg64-22sbs改性沥青pg76-22橡胶沥青pg82-28路面设计温度计算方法及沥青选择建议：根据本发明专利计算不同层位的设计温度，并结合试验沥青的pg等级确定不同层位的可用沥青。以南友高速南宁段为例，南宁段纬度取为22°，道路基段沥青路面结构厚度为15cm，分为三层，上中下面层分别为4cm、5cm和6cm，以路表以下20mm、65mm、120mm分别为上中下面层的代表温度。设定工程设计年限取为15年，允许车辙深度取15mm。根据从中国气象数据网得到南宁多年平均气象数据，采用公式(10)和(12)可以计算得到各面层设计温度，如表4所示。表4项目地各面层设计温度由表4可知，该地的中面层的高温设计温度比上面层明显减小，而下面层的高温设计温度小幅减小，这符合路面结构的温度分布规律。根据试验沥青性能评价结果，南宁不同面层选择沥青建议如表5所示。表5项目地不同面层选择沥青建议层位pg要求可用沥青上面层pg82-1030#、橡胶沥青中面层pg76-1030#、sbs、橡胶沥青下面层pg70-1030#、50#、sbs、橡胶沥青pg要求路面选择的沥青的高温等级不小于pg要求的高温，低温等级不大于pg要求的低温，也就是这种沥青能耐受的高温比环境高温高，能耐受的低温比环境低温低。由表5可知，根据该地的不同层位的pg要求得到了不同的可选沥青范围，在实际工程中结合当地交通条件、沥青混合料性能以及使用沥青的经济效益作进一步选择，从而准确设计路面结构并合理降低工程成本。以往的设计温度公式只针对路面表面层，只以路表以下20mm处计算设计高温，未考虑路面结构的温度分布规律，在不同层位路面设计中都采用统一的pg要求，对于路面分层设计的中、下面层缺乏准确指导；而国内一般在路面分层设计时，直接凭借工程经验选择沥青不够准确，需进行大量沥青混合料试验；这都造成对沥青选择的限制和浪费。而采用本发明专利的新的设计温度方法，基于路面温度随深度变化的特点分层计算设计温度，得到不同层位的不同设计温度值，可为不同路面层位提供不同的沥青选择，有利于实现路面的环境适应性和更好的经济效益。实施例3我国几个典型气候区域不同面层的沥青选择参考为了进一步分析和表征我国不同气候分区的气候特点和沥青选择技术需求，本发明采用中国气象数据网的多年地面监测气象数据，按照我国的《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)提出的沥青路面使用性能气候分区，选取各个气候分区的代表地点计算路面设计温度并提出沥青选择建议。路面气候分区是根据路面设计高温、低温和雨量划分的，对应的参考指标为30年最热月平均最高气温、30年极端最低气温和30年内最大降雨量。本发明主要考虑路面温度，因此采用温度气候分区，如表6所示，沥青路面温度分区由高温和低温组合而成，第一个数字代表高温分区，第二个数字代表低温分区，数字越小气候因素越严重，该设计高温和低温指标组合将我国分为9个气候分区具体分区。路面气候分区的地理位置分布如图5所示。表6沥青路面温度分区采用本发明的路面设计温度模型，分别计算3个代表不同气候分区的地点的路面设计温度。采用上面层4cm、中面层6cm和下面层8cm的常用三层路面组合，进行不同层位设计温度计算，结果如表7和表8所示。表7不同地区不同层位高温设计温度气候分区1-32-32-4地名天津蓟县甘肃榆中贵州遵义上面层65.364.565.5中面层60.559.560.8下面层58.656.659.4表8不同地区不同层位低温设计温度气候分区1-32-32-4地名天津蓟县甘肃榆中贵州遵义上面层-20.0-24.9-4.5中面层-18.7-23.6-3.1下面层-17.3-22.0-1.7根据表7、8的路面高温和低温设计温度，以6℃量度划分，可以得到不同地区不同层位的沥青pg要求，列于表9。以本发明中试验的6种沥青为例(沥青pg等级详见实施例2)，不同地区的不同面层的推荐沥青汇总如表10所示。表9不同地区不同层位pg要求气候分区1-32-32-4地名天津蓟县甘肃榆中贵州遵义上面层pg70-22pg70-28pg70-10中面层pg64-22pg64-28pg64-10下面层pg64-22pg58-22pg64-10表10不同地区不同层位沥青选择建议由表10可知，由于橡胶沥青高温和低温性能都较好，可以在多地使用；30#沥青高温性能好而低温相对较差，可以在南方部分地区使用。本发明中的设计路面温度计算和沥青选择建议主要考虑中等交通等级范围内的沥青选择，对于重交通等级的工程，沥青选择势必有一定变化，不同交通等级条件下的路面设计温度应有一定程度提高，可以作为进一步研究方向。上述的对实施例的描述是为便于该
技术领域：
的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。当前第1页12