JP3728221B2 - Pavement life prediction method at the time of pavement design and its confirmation method - Google Patents

Description

【０００９】
さらに、最近では供用中の舗装体の寿命予測方法として、ＦＷＤ（Falling Weight Deflectometer) による路面のたわみ量の測定方法（以下、「ＦＷＤによるたわみ量測定法」という）と多層弾性理論とを組み合わせた方法が試みられている。
この方法は、多層弾性計算で求められたたわみ量と、ＦＷＤによるたわみ量測定法に基づいて測定された実測たわみ量（以下、「ＦＷＤ実測たわみ量」という）とが、互いに近似していることを利用した方法である。
すなわち、この方法はＦＷＤによるたわみ測定法に基づいて測定された路面の実測たわみ形状と多層弾性理論を用いた解析（以下、「多層弾性計算」という）とを組み合わせることにより、舗装体を構成している各層の推定弾性係数を計算し、当該各層の厚さ、推定弾性係数及びポアソン比を所与としたときに、載荷時の輪荷重によって舗装体内に発生する応力、ひずみ及び変位等の計算を行い、以後は前記と同様に、破壊規準式を用いて、アスコン層と路床のそれぞれの破壊までの許容載荷輪数を計算する方法（以下、「ＦＷＤによる舗装寿命予測方法」という）である。
【００１０】
なお、ＦＷＤによるたわみ量測定法とは、路面に直径30cmの載荷板を置き、その上に重錘を落下させて衝撃荷重（約49×10³Ｎ）を加え、このときに生じる路面のたわみ量を専用のセンサによって計測し、そのたわみ形状を求めるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、元来、２層弾性理論も多層弾性理論もブーシネスクの半無限弾性体に生じる応力の解析理論を基本とした理論解析法であるが、２層弾性理論では最下層（路床）を100cmと仮定してその算出を行っているのに対し、多層弾性理論では最下層を半無限と仮定してその算出を行っている。そのため、通常、２層弾性理論を用いた解析（以下、「２層弾性計算」という）を行う際に使用する各層の弾性係数を、多層弾性計算を行う際に使用しても、求められるたわみ量は２層弾性計算で求められたたわみ量とは異なる値となる。また、半無限層の層厚は、輪荷重、舗装構成或いは最下層（路床）の弾性係数によっても変動するものであるが、そのような点を考慮することができない多層弾性計算を使用してたわみ量を求めることは困難である。
また、前記と同様の理由により、２層弾性計算を行う際に使用する各層の弾性係数を使用して、多層弾性計算に基づいて破壊までの許容載荷輪数（舗装寿命）を算出した場合には、現実の測定値と比較すると極めて小さな値となってしまうという問題点を有している。
【００１２】
さらに、前記ＦＷＤによる舗装寿命予測方法を用いる場合には、以下のような問題点があり、容易に適用することは難しい。
イ）測定装置自体が大きく高価である。
ロ）解析業務に高度の専門的知識と経験が必要である。
ハ）算出された推定弾性係数は、ＦＷＤによるたわみ量測定法による路面のたわみ形状と多層弾性理論の組み合わせによる相対的な見かけの弾性係数を示しているにすぎず（「ＦＷＤによる舗装の非破壊試験に関する研究、丸山他、長岡技術科学大学研究報告第１０号p119〜p127、1988」参照）、解析結果による各層の推定弾性係数を、そのまま舗装体の構造設計に用いることはできない。
【００１３】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、アスファルト混合物（以下、「アスコン」という）から形成されている表層・基層を備える舗装構造において、２層弾性理論を用いて構造設計された舗装体の舗装設計時における寿命予測を行うに当たり、２層弾性理論と多層弾性理論による相違点を考慮した上で、当該多層弾性理論を使用した簡易な計算手法を提供することを目的とする。また、前記寿命予測により算出された舗装体の寿命を確認するための方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の舗装設計時における舗装寿命予測方法（以下、「舗装寿命予測方法」という）は、路床上に路盤及びアスファルト混合物から形成されている表層・基層を設けた舗装体を対象とするものであり、以下の手順を含むことを特徴としている。
（１）前記舗装体を、前記路床と、前記路盤及び前記表層・基層との上下層に区分し、２層弾性理論における Barber の近似式に基づき、
荷重条件、路床条件、環境条件、前記各層における使用材料、前記各層における層厚、及び前記各層における前記使用材料に対応した弾性係数を与えることにより、前記表層・基層の表面におけるたわみ量を算出し、前記算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るように、前記各層の使用材料及び層厚を決定する設計断面決定ステップ。
（２）前記路床、前記路盤及び前記表層・基層の各層に対し、前記設計断面決定ステップにより決定された前記各層の層厚と、前記各層における前記使用材料に対応しており、予め求められている設計用弾性係数とを与えることにより、多層弾性理論に基づき、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみと、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみと、前記表層・基層の表面におけるたわみ量とを算出し、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみに起因する舗装寿命と、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみに起因する舗装寿命とを、所与の破壊規準式から算出する舗装寿命算出ステップ。
【００１５】
ここで、本発明は、粒状路盤工法、Ｆｅ石灰工法の一態様であるリベース工法、或いは、下層路盤安定処理工法（下層路盤にセメント安定処理層や石灰安定処理層を適用する工法）等により構築された舗装体に適用可能である。
また、路盤は、上層路盤と下層路盤に区分されているものであってもよい。
さらに、前記舗装寿命は、許容載荷輪数から求めることが一般的である。
【００１６】
また、本発明の舗装寿命予測方法は、路床上に処理層を設け、その上部に路盤及びアスファルト混合物から形成されている表層・基層を設けた舗装体を対象とした、以下の手順を含むことを特徴としている。
（１）前記舗装体を、前記路床及び前記処理層と、前記路盤及び前記表層・基層との上下層に区分し、２層弾性理論における Barber の近似式に基づき、予め定められている荷重条件、路床条件、環境条件、前記各層における使用材料、前記各層における層厚、及び前記各層における前記使用材料に対応した弾性係数を与えることにより、前記表層・基層の表面におけるたわみ量を算出し、前記算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るように、前記各層の使用材料及び層厚を決定する設計断面決定ステップ。
（２）前記路床、前記処理層、前記路盤及び前記表層・基層の各層に対し、前記設計断面決定ステップにより決定された前記各層の層厚と、前記各層における前記各層における前記使用材料に対応しており、予め求められている設計用弾性係数とを与えることにより、多層弾性理論に基づく所定のコンピュータプログラムを使用して、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみと、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみと、前記表層・基層の表面におけるたわみ量とを算出し、前記表層・基層の下面に生じる引張ひずみに起因する舗装寿命と、前記路床の上面に生じる圧縮ひずみに起因する舗装寿命とを、所与の各破壊規準式に基づいて算出する舗装寿命算出ステップ。
【００１７】
ここで、本発明は、標準Ｆｅ石灰工法、Ｆｅ石灰工法の一態様であるリベースジョイント工法、セメント安定処理工法或いは石灰安定処理工法（現路床の上に、セメント安定処理工法や石灰安定処理工法による安定処理層を構築する工法）等により構築された処理層（安定処理層、置換層、拘束層等）を有する舗装体に適用可能である。
【００１８】
さらに、前記舗装寿命予測方法において、前記各層における前記使用材料に対応した前記弾性係数又は前記設計用弾性係数を、それぞれ表４及び表５に示す値の範囲内になるように設定するとともに、前記各破壊規準式を、それぞれ式（ｃ）及び式（ｄ）に示す米国アスファルト協会の破壊規準式とすることが実際の適用上においては好適である。なお、この場合には、前記各層の使用材料が、アスファルト混合物、瀝青安定処理材、粒度調整砕石、粒度調整鉱滓、クラッシャラン、Ｆｅ石灰系安定処理材、セメント系安定処理材、石灰系安定処理材、他の置換材（良質土等）であることが必要となることは勿論である。
Ｎt＝8.251×10-3×εｔ-3.291×（Ｅ／10.192）-0.854 （ｃ）
Ｎc＝1.365×10-9×εｃ-4.477 （ｄ）
Ｎt：前記表層・基層の引張ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×103Ｎ輪荷重）
Ｎc：前記路床上面の圧縮ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×103Ｎ輪荷重）
E：前記表層・基層の弾性係数（Mpa）
εｔ：前記表層・基層下面に生じる引張ひずみ（μ）
εｃ：前記路床上面に生じる圧縮ひずみ（μ）
【００１９】
【表４】

【００２０】
【表５】

【００２１】
ところで、前記設計用弾性係数は、前記表５に示すように予め既存の舗装体を対象とした検証を行うことにより求めておくことも可能である。しかし、前記設計断面決定ステップと、前記舗装寿命算出ステップとの間に、既存の舗装体を対象とし、多弾性理論に基づいて算出された舗装寿命の算出値と、前記既存の舗装体の舗装寿命の実測値とが整合（一致）するような設計用弾性係数を算出するための設計用弾性係数算出ステップを設けて求めるものであってもよい。
【００２２】
前記のとおり、同一の舗装体において、２層弾性計算を行う際に使用する各層の弾性係数と同一の値を、多層弾性計算を行う際に使用しても、求められるたわみ量は２層弾性計算で求められたたわみ量とは異なる値となってしまう。そこで、本発明では、多層弾性計算を行う際に使用するための弾性係数を設計用弾性係数と定義し、２層弾性計算を行う際に使用する弾性係数と異なる値として用いている。この設計用弾性係数は、既存の複数の舗装体を対象とし、多層弾性理論に基づいて算出された舗装寿命の算出値と、前記既存の舗装体の舗装寿命の実測値とが整合（一致）するような値を算出して、設定したものである。そのため、２層弾性計算に基づいて算出されるたわみ量と多層弾性計算に基づいて算出される応力とひずみ等の整合性が得られるようになり、２層弾性計算に基づいてたわみ量を算出し、多層弾性計算に基づいて舗装寿命を予測することができるようになる。
【００２３】
従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量に良好に対応している設計たわみ量を算出することが可能であるが舗装寿命を算出することができない２層弾性計算と、舗装寿命を算出することは可能であるが、前記ベンケルマンビーム実測たわみ量と整合したたわみ量を算出することができない多層弾性計算とを併用して、簡易に舗装体の舗装寿命を算出することができる。
【００２４】
さらに、本発明は、前記舗装寿命予測方法において、前記舗装寿命算出ステップの次に、さらに以下のステップを備えることを特徴としている。
（３）前記多層弾性理論を用いて算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、前記２層弾性理論を用いて算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量との比率である校正係数を算出する校正係数算出ステップ。
【００２５】
本発明によれば、多層弾性計算を用いて算出されたたわみ量と、２層弾性計算を用いて算出されたたわみ量との比率である校正係数を算出することにより、当該校正係数を使用して、両弾性計算により算出されたたわみ量を相互に変換することが可能となる。
ここで、多層弾性計算を用いて算出されたたわみ量はＦＷＤ実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ＦＷＤ実測たわみ量と校正係数から、２層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と、設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ＦＷＤ実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認（構造評価）を行うことが可能となる。
【００２６】
また、２層弾性計算を用いて算出されたたわみ量はベンケルマンビーム実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量と校正係数から、多層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ベンケルマンビーム実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認を行うことが可能となる。
【００２７】
さらに、前記舗装寿命予測方法により算出された舗装寿命時における前記２層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、ベンケルマンビーム実測たわみ量とを比較することにより、設計時に予測した前記舗装体の舗装寿命を検証することを特徴とする舗装寿命予測の確認方法とすることにより、容易に舗装寿命予測の確認をすることができる。
また、前記舗装寿命予測方法により算出された舗装寿命時における前記多層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量と、ＦＷＤ実測たわみ量とを比較することにより、設計時に予測した前記舗装体の舗装寿命を検証することを特徴とする舗装寿命予測の確認方法とすることにより、容易に舗装寿命予測の確認をすることができる。
【００２８】
なお、前記算出されたたわみ量と整合性が高い測定方法とは、前記のように２層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量は、ベンケルマンビーム実測たわみ量を、多層弾性理論により算出された前記表層・基層の表面におけるたわみ量は、ＦＷＤ実測たわみ量を用いることが好適である。
また、これらのたわみ量の比較は、各実測たわみ量を直接的に比較してもよく、或いは、前記校正係数を使用して、比較してもよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００３０】
以下の実施形態では、路床５（層厚h5、弾性係数E5）の上に、それぞれ順に、処理層４（層厚h4、弾性係数E4）、下層路盤３（層厚h3、弾性係数E3）、上層路盤２（層厚h2、弾性係数E2）及びアスコンから形成されている表層・基層１（層厚h1、弾性係数E1）を設けた舗装体Ｈ（図１参照）における舗装寿命予測方法について説明する。
【００３１】
なお、対象とする舗装体は、処理層を設けなくてもよく、その場合には、処理層の層厚をゼロとするとともに、当該舗装体を、路床と、路盤（上層路盤と下層路盤）及び表層・基層との上下二層に区分して、以下と同様の方法により舗装寿命予測を行うことになる。
【００３２】
図２に示すように、本発明の舗装寿命予測方法は、（１）設計断面決定ステップ、（２）舗装寿命算出ステップ、（３）校正係数算出ステップの各ステップから構成されている。
【００３３】
（１）設計断面決定ステップ
本ステップは、２層弾性計算に基づき、前記舗装体Ｈにおける各層の設計断面を決定する作業を行うステップである。
まず、設計期間を定め、荷重条件（設計交通量、累積５トン換算輪数、接地荷重、接地半径、接地圧）、路床条件（設計ＣＢＲ）及び環境条件（温度条件）を設定する（Ｓ１１）。
本発明では、設計期間は10年とするとともに、荷重条件は表６（各設計交通量の区分（Ｌ交通，Ａ交通，Ｂ交通，Ｃ交通，Ｄ交通）に対する設計期間10年における累積５トン換算輪数）及び表７（各設計交通量の区分に対する輪荷重、接地半径及び接地圧）のように定めている。
【００３４】
【表６】

【００３５】
【表７】

【００３６】
続いて、処理層４、下層路盤３、上層路盤２及び表層・基層１に対して舗装断面（使用材料、層厚）を仮定する（Ｓ１２）。
そして、各層に対して、材料物性（弾性係数）の設定を行う（Ｓ１３）。一般的に、使用する材料物性は、温度条件や材料試験の室内試験等によって求められることになるが、本発明では、舗装体のたわみ量の算定には、過去の適用実績および追跡調査を行った結果、各層において、表８に示す各使用材料に対する弾性係数を選択して使用すると最も信頼性が高いことが明らかになった。
このときに使用する弾性係数は、後記する舗装寿命算出ステップで使用する設計用弾性係数とは異なり、平板載荷試験等から推定した弾性係数に近以している値である。
なお、処理層４における安定処理材（Ｆｅ石灰安定処理材、セメント安定処理内、石灰安定処理材等）、置換材及び路床土については、弾性係数と後記設計用弾性係数をともに９．８×ＣＢＲ（Mpa）に定めている。
【００３７】
【表８】

【００３８】
次に、２層弾性計算に基づき、舗装体Ｈにおける路面のたわみ量を算出する（Ｓ１４）。
前記のように、この場合には、二層からなる地盤の沈下量を求めるBurmisterの２層弾性理論を基本として、Barberの近似式（ｅ）を用いて、路面６のたわみ量を算出する。
このとき、舗装体Ｈを、路床５及び処理層４からなる下層ｌと、下層路盤３、上層路盤２及び表層・基層１からなる上層ｕの二層に区分するとともに、路床５と処理層４の層厚の和を100cmと仮定してその計算を行う（図１（ａ）参照）。
Δ＝｛(15.3×p ×a)／Es｝×Fw （ｅ）
但し、Eu ＝((h1 × E1 ^1/3+ h2 × E2 ^1/3+ h3 ×E3^1/3)/(h1 +h2 +h3 ))³
El ＝((h4 × E4 ^1/3+ h5 × E5 ^1/3)/(h4 +h5 ))³
Fw ＝(1／Y)＋ (El／Eu) ×｛1 −(1／Y)｝
Y ＝｛1 ＋(H／a)² ×(El ／Eu)^2/3｝^1/2
ここで、Δ：路面（表層・基層表面）のたわみ量(cm)
Fw：たわみ係数
Es：路床の平均弾性係数（Mpa）
Eu：上層（上層路盤＋下層路盤＋表層・基層）の平均弾性係数 (Mpa)
El：下層の平均弾性係数(Mpa)
H：舗装厚（上層路盤厚＋下層路盤厚＋表層・基層厚）(cm)
a：車輪の接地半径(cm)
p：車輪の接地圧(Mpa)
【００３９】
そして、算出されたたわみ量が予め定められている限界たわみ量を下回るか否かを判断し、下回っている場合には舗装断面を決定する（Ｓ１５，Ｓ１６）。一方、算出されたたわみ量が限界たわみ量以上であった場合には、再度舗装断面を仮定し直して、前記と同様の作業を行うことになる。
【００４０】
（２）舗装寿命算出ステップ
本ステップは、前記舗装断面の舗装体Ｈについて、多層弾性計算により舗装寿命を算出する作業を行うものである。
【００４１】
まず、各層に対して、材料物性（弾性係数、ポアソン比）の設定を行う（Ｓ２１）。前記のとおり、同一の舗装体において、２層弾性計算を行う際に使用する各層の弾性係数と同一の値を、多層弾性計算を行う際に使用しても、求められるたわみ量は２層弾性計算で求められたたわみ量とは異なる値となってしまう。そのため、本発明では、本ステップで使用するための弾性係数を設計用弾性係数と定義し、２層弾性計算を行う際に使用する弾性係数と異なる値として用いている。
【００４２】
この設計用弾性係数は、材料試験の室内試験等によって求められる値より大きな値を設定しなければならないことが、本発明者の検証により見いだされた。そのため、本発明者は、過去の舗装の施工実績および追跡調査を行った結果を精査し、その値を表９に示す範囲に設定することにより、多層弾性計算により算出された舗装寿命と、舗装寿命の実測値との整合性が確保されるという知見を得るに至ったものである。従って、実測値に良好に対応したベンケルマンビーム実測たわみ量と整合性が得られている２層弾性計算に基づいて算出されるたわみ量と、多層弾性計算に基づいて算出される応力とひずみ等の整合性が得られることになる。
なお、実際に使用する場合には、設計用弾性係数は、表９における値のうち、前記設計断面決定ステップにより予め決定されている舗装体Ｈの各層の使用材料に応じて、最適な値を適宜選択して使用することとする。
【００４３】
また、ポアソン比は、過去の適用実績および追跡調査を行った結果、各使用材料に対し、表９に示す値を選択して使用すると最も信頼性が高いことが明らかになった。
【００４４】
【表９】

【００４５】
次に、前記舗装体Ｈについて、所与の条件の下で多層弾性計算に基づき、表層・基層１の下面に生じる引張ひずみεｔ及び引張応力と、路床５の上面に生じる圧縮ひずみεｃ及び圧縮応力と、躯体の上面に生じる圧縮ひずみεｃ’及び圧縮応力と路面６のたわみ量等（図３参照）を算出する（Ｓ２２）。
なお、躯体の上面とは、上層路盤２の上面をいうものである。
【００４６】
なお、多層弾性計算は、前記した既存のコンピュータプログラムを使用して行うこととする。入力値は、舗装体Ｈの各層の特性（層厚、層数、層間の摩擦係数）、計算の対象となる位置（路面、表層・基層の下面、路床の上面等）、材料特性（弾性係数、ポアソン比）、荷重特性（荷重の大きさ、載荷半径、接地圧）であり、出力値は、前記計算の対象となる位置の応力、ひずみ、変位量である。
但し、路床５と処理層４の層厚（h4＋h5）は無限大として計算を行うとともに（図１（ｂ）参照）、前記路床５と処理層４の平均弾性係数(E4’、Mpa)を式（ｆ）で算出するものとしている。また、多層弾性計算においては、標準荷重を５トン輪荷重（接地半径15cm，接地圧0.54Mpa）として計算している。
さらに、この平均弾性係数E4’を算出する場合には、計算の便宜上、h4＋h5＝100cmと仮定して行っている。
E4’＝((h4 × E4 ^1/3+ h5 × E5 ^1/3)/(h4 +h5 ))³ （ｆ）
【００４７】
さらに、算出された前記引張ひずみεｔと前記圧縮ひずみεｃ，εｃ’を、米国アスファルト協会の破壊規準式（ｇ）〜式（ｉ）に代入することにより、前記表層・基層１の下面に生じる引張ひずみεｔに起因する許容載荷輪荷重と、前記路床５の上面に生じる圧縮ひずみεｃ（又は、躯体の上面に生じる圧縮ひずみεｃ’）に起因する許容載荷輪荷重を算出する（Ｓ２３）。
Ｎt＝8.251×10^-3×εｔ^-3.291×（Ｅ／10.192）^-0.854 （ｇ）
Ｎc＝1.365×10^-9×εｃ^-4.477 （ｈ）
Ｎc’＝1.365×10^-9×εｃ’^-4.477 （ｉ）
Ｎt：表層・基層の引張ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×10³Ｎ輪荷重）
Ｎc：路床上面の圧縮ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×10³Ｎ輪荷重）
Ｎc’：躯体の圧縮ひずみに基づく許容載荷輪数
（49×10³Ｎ輪荷重）
E ：表層・基層の弾性係数（Mpa）
εｔ：表層・基層下面に生じる引張ひずみ（μ）
εｃ：路床上面に生じる圧縮ひずみ（μ）
εｃ’：躯体上面に生じる圧縮ひずみ（μ）
【００４８】
そして、前記式（ｇ）〜式（ｉ）で算出された許容載荷輪数と、各設計交通量の区分における設計期間の累積５トン換算輪数とを比較することにより供用年数（舗装寿命）を算出する。
【００４９】
（３）校正係数算出ステップ
本ステップは、多層弾性計算に基づいて算出された路面６のたわみ量と、前記２層弾性計算に基づいて算出された路面６のたわみ量との比率である校正係数を算出する作業を行うものであり、校正係数は式（ｊ）で示される。
校正係数＝（多層弾性理論に基づいて算出された路面のたわみ量／２層弾性理論に基づいて算出された路面のたわみ量） （ｊ）
【００５０】
このように、本発明によれば、多層弾性計算を行う際に使用するための弾性係数を設計用弾性係数と定義し、２層弾性計算を行う際に使用する平板載荷試験等から推定される値と近似している弾性係数と異なる値を設定して用いている。この設計用弾性係数は、２層弾性計算に基づいて算出されるたわみ量と多層弾性計算に基づいて算出される応力とひずみ等の整合性が得られるように、本発明者が設定したものであるため、本発明によれば、２層弾性計算に基づいてたわみ量を算出し、多層弾性計算に基づいて舗装寿命を予測することができるようになる。
従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量に良好に対応している設計たわみ量を算出することが可能であるが舗装寿命を算出することができない２層弾性理論における計算方法と、舗装寿命を算出することは可能であるが、前記ベンケルマンビーム実測たわみ量と整合したたわみ量を算出することができない多層弾性理論における計算方法を併用して、簡易に舗装体の舗装寿命を算出することができる。
【００５１】
また、本発明によれば、多層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量と、２層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量との比率である校正係数を算出することにより、当該校正係数を使用して、両弾性計算に基づいて算出されたたわみ量を相互に変換することが可能となる。
この多層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量はＦＷＤ実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ＦＷＤ実測たわみ量と校正係数から、２層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ＦＷＤ実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認を行うことが可能となる。
【００５２】
さらに、２層弾性計算に基づいて算出されたたわみ量はベンケルマンビーム実測たわみ量との整合性が高いことが確認されている。従って、ベンケルマンビーム実測たわみ量と校正係数から、多層弾性計算に基づくたわみ量を算出し、当該算出されたたわみ量と設計時におけるたわみ量とを比較することにより、ベンケルマンビーム実測たわみ量を用いた舗装体の舗装寿命の確認を行うことが可能となる。
【００５３】
以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。
特に、処理層は、Ｆｅ石灰処理層のみではなく、セメント安定処理層や石灰安定処理層等を用いることが可能である。
また、舗装寿命を算出する際の破壊規準式は、種々の算定式が存在するため、前記米国アスファルト協会式とは異なる算定式を用いるものであってもよい。
【００５４】
【実施例】
本発明の舗装寿命予測方法は種々の舗装体に適用可能であるが、以下には、路床改良を行う場合と路床改良を行わない場合とに分けて代表的な５つの舗装体Ｈ１１〜Ｈ２２（設計断面（１−１）〜（２−２））を選定し、それぞれ舗装寿命予測を行うことにする。
【００５５】
［前提条件］
以下の各実施例に関し、舗装体Ｈ１１〜Ｈ２２の構造設計時における前提条件として、設計期間は１０年、荷重条件である設計交通量はＣ交通、路床条件である設計ＣＢＲは６、環境条件である温度条件は、高温、通常及び低温の３ケースを設定している。そして、この条件下において、前記設計断面決定ステップを実施し、その結果決定された最適な舗装断面に基づき、前記舗装寿命算出ステップを適用した。
【００５６】
なお、以下に示す多層弾性計算は難解かつ複雑であることから、パーソナルコンピュータ用のプログラムである前記ＥＬＳＡを用いてその計算を行った。また、その各ステップの適用は、前記本発明の実施の形態で説明した方法に沿って行った。
【００５７】
［路床改良を行う場合］
路床改良を行う場合の実施例としては、（１−１）粒状路盤（標準Ｆｅ石灰工法を適用）を適用した舗装体Ｈ１１、（１−２）粒調砕石リベースジョイント工法（以下、「砕石リベースジョイント工法」という）を適用した舗装体Ｈ１２、（１−３）瀝青安定処理リベースジョイント工法（以下、「瀝安リベースジョイント工法」という）を適用した３種類の舗装体Ｈ１３について説明する。
【００５８】
（１−１）粒状路盤（標準Ｆｅ石灰工法を適用）を適用した舗装体
本舗装体Ｈ１１は、図４（ａ）に示すように、Ｆｅ石灰工法の開発当初から標準的に採用された舗装構成を有するものである。
すなわち、路床５の上に、それぞれ順に、Ｆｅ石灰処理土（Ｆｅ石灰処理材を土に混合したもの、ＣＢＲ＝８０％）から形成される拘束層１４（Ｆｅ石灰処理層）と、クラッシャランから形成される下層路盤１３と、粒度調整（以下、「粒調」という）砕石から形成される上層路盤１２と、加熱アスコンから形成される表層・基層１とを積層したものである。
【００５９】
設計用弾性係数は、路床５及び拘束層１４については９．８×ＣＢＲ（Mpa）、上層路盤１２及び下層路盤１３については、Ｆｅ石灰処理土を路床改良に用いているため、施工時において十分な締固めが期待できると考えられることから、表９に示す各材料の最大値（粒調砕石588Mpa、クラッシャラン196Mpa）を用いた。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
【００６０】
なお、Ｆｅ石灰系処理材（Ｆｅ石灰処理材及び粒調Ｆｅ処理材等）を使用する場合、その設計強度は通常、材令４日経過時における強度を用いることとしている。しかし、Ｆｅ石灰系処理材は材令日数に伴う強度増進特性があることから（表１０参照）、舗装体Ｈ１１の長期供用性等の性能値を評価するために、拘束層１４に対し材令１４日経過時における強度を使用した場合（ケース４）についても舗装寿命の算定を行う。但し、この場合には、拘束層１４以外の舗装各層の弾性係数は、ケース２における組み合わせを用いて計算を行うこととした（以下同様）。
【００６１】
【表１０】

【００６２】
表１１に示す算出結果によれば、舗装寿命の目安は１０年であることから、ケース３において表層・基層１の下面における舗装寿命が約１０年（９．６年）、路床上面における舗装寿命が３３年であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.655となる（図５（ａ）参照）。
【００６３】
【表１１】

【００６４】
（１−２）砕石リベースジョイント工法を適用した舗装体
本舗装体Ｈ１２は、図４（ｂ）に示すような舗装構成を有しており、前記粒状路盤の舗装体Ｈ１１における下層路盤１３に換えて、粒調Ｆｅ石灰処理材（建設廃材などの粒状材料を加えて粒度調整した不透過水層）から形成される下層路盤２３を設けることによって、前記拘束層１４及び下層路盤２３の耐水性・耐疲労特性を改善して長寿命化舗装を構築したものである。
【００６５】
設計用弾性係数は、路床５、拘束層１４及び下層路盤２３については９．８×ＣＢＲ（Mpa）、上層路盤１２については、Ｆｅ石灰処理土を路床改良に用いているため、施工時において十分な締固めが期待できると考えられることから、表９に示す各材料の最大値（粒調砕石588Mpa、クラッシャラン196Mpa）を用いた。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
なお、前記と同様に、拘束層１４に対し、材令１４日経過時における強度を使用した場合（ケース４）についても舗装寿命の算定を行うこととした。
【００６６】
表１２に示す算出結果によれば、総てのケースについて舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.790となる（図５（ｂ）参照）。
【００６７】
【表１２】

【００６８】
（１−３）瀝安リベースジョイント工法を適用した舗装体
本舗装体Ｈ１３は、図４（ｃ）に示すように、前記砕石リベースジョイント工法を適用した舗装体Ｈ１２における粒調砕石から形成される上層路盤１２に換えて、瀝青安定処理材から形成される上層路盤３２を設けた舗装構成を有している。
設計用弾性係数は、上層路盤３２は、表９に示す瀝青安定処理材の最大値である（4900Mpa）を用いること以外は、前記砕石リベースジョイント工法を適用した舗装体Ｈ１２の場合と同様である。
なお、本構造体Ｈ１３の場合、瀝青安定処理材は表層・基層１と同質の瀝青材であることから、表層・基層１の舗装寿命の算定は、上層路盤３２（瀝青安定処理材）下面において発生するひずみを用いてその算定を行った。
【００６９】
表１３に示す算出結果によれば、総てのケースについて舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.800となる（図５（ｃ）参照）。
【００７０】
【表１３】

【００７１】
［路床改良を行わない場合］
路床改良を行わない場合としては、（２−１）粒状路盤を適用した舗装体Ｈ２１、（２−２）リベース工法を適用した舗装体Ｈ２２の各ケースについて説明する。
【００７２】
（２−１）粒状路盤を適用した舗装体
本舗装体Ｈ２１は、図６（ａ）に示すように、路床５の上に、それぞれ順に、クラッシャランから形成される下層路盤１３と、粒調砕石から形成される上層路盤１２と、加熱アスコンから形成される表層・基層１とを積層したものである。
【００７３】
本舗装体Ｈ２１では、拘束層を設けておらず、また、下層路盤１３にＦｅ石灰系処理材を用いていないため十分な締囲めができないことが懸念されるが、本検討においては、十分な練固めができるものと想定し、設計用弾性係数は、表９に示す各材料の最大値（粒調砕石588Mpa，クラッシャラン196Mpa）を用いて算定を行うこととした。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
【００７４】
表１４に示す算出結果によれば、ケース２及びケース３について舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.623となる（図７（ａ）参照）。
【００７５】
【表１４】

【００７６】
（２−２）リベース工法を適用した舗装体
本舗装体Ｈ２２は、図６（ｂ）に示すように、路床５の上に拘束層を構築することなく、当該路床５の直上の下層路盤５３にのみ粒調Ｆｅ石灰処理材を適用する工法である。
本舗装体Ｈ２２の場合、上層路盤１２の粒調砕石は粒調Ｆｅ処理材上での施工となるため十分な締固めが期待できるものと考え、設計用弾性係数は表９に示す最大値（粒調砕石588Mpa）を用いて算定を行うこととした（下層路盤２３の設計弾性係数は、９．８×ＣＢＲ（Mpa））。
また、表層・基層１の弾性係数は、加熱アスコンの温度条件等を考慮して表９に示す最小値（5880Mpa、ケース１）、中間値（7840Mpa、ケース２）、最大値（9800Mpa、ケース３）の場合について算定を行うこととした。
【００７７】
なお、下層路盤２３に使用している粒調Ｆｅ石灰処理材については、材令に伴う強度増進特性があることから、前記と同様に、材令１４日経過時における強度を使用した場合（ケース４）についても舗装寿命の算定を行うこととした。
【００７８】
表１５に示す算出結果によれば、総てのケースについて舗装寿命が約１０年以上であることがわかる。
また、ケース２における多層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量と、２層弾性計算により算出された路面６におけるたわみ量を用いて校正係数を求めると0.822となる（図７（ｂ）参照）。
【００７９】
【表１５】

【００８０】
なお、本実施例に用いた各舗装体Ｈ１１〜Ｈ２２は、現在適用されているＦｅ石灰工法の代表的な舗装構成（但し、（２−１）粒状路盤を適用した舗装体Ｈ２１を除く）であることから、設計交通量の区分や設計ＣＢＲ等が異なった場合でも、各層の使用材料が同一条件であれば、前記校正係数を用いることで、設計時の舗装寿命予測の確認を行うことができる。
しかし、設計を行う舗装体について、より詳細な確認を行う必要がある場合には、設計ＣＢＲや舗装厚等を再入力して計算を行い、設計断面における校正係数を求めて、舗装寿命予測の確認を行う必要があることは言うまでもない。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、表層・基層にアスコン層を設けた舗装構造において、設計時において２層弾性理論を用いた舗装体の寿命予測を行うに当たり、２層弾性理論と多層弾性理論による相違点を考慮した上で、当該多層弾性理論を使用した簡易な計算手法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の対象とする舗装体において、２層弾性計算を行う際の概念を示す模式図であり、（ｂ）は、多層弾性計算を行う際の概念を示す模式図である。
【図２】本発明の舗装寿命予測方法を示すフロー図である。
【図３】本発明の対象とする舗装体の荷重作用時の状態を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、路床改良を行う場合の実施例の対象とする舗装体及び各ケースにおける設計用弾性係数を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、路床改良を行う場合の実施例において、路面のたわみ量（２層弾性計算による場合と多層弾性計算による場合）とアスファルト混合物の弾性係数の関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）、（ｂ）ともに、路床改良を行わない場合の実施例の対象とする舗装体及び各ケースにおける設計用弾性係数を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）ともに、路床改良を行わない場合の実施例において、路面のたわみ量（２層弾性計算による場合と多層弾性計算による場合）とアスファルト混合物の弾性係数の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｈ，Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ２１，Ｈ２２ 舗装体
１ 表層・基層
２，１２，３２ 上層路盤
３，１３，２３ 下層路盤
４ 処理層
５ 路床
６ 路面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pavement life prediction method at the time of pavement design and a confirmation method thereof.
[0002]
[Prior art]
The Fe lime construction method is a construction method characterized in that a constrained layer (stabilized soil layer) is constructed on a soft roadbed using a stabilizer composed of slaked lime and fine iron oxide (hereinafter referred to as “Fe lime”). , This constrained layer should be lightly compacted to the extent that it does not disturb the soft layer directly below, and becomes an impervious water layer, and the supporting force necessary for rolling the upper roadbed, surface layer and base layer can be obtained immediately after construction. Therefore, it is generally classified as a sandwich method.
Fe lime-treated soil using this Fe lime construction method has a long-term strength enhancement property, has high durability, has extremely high water resistance after curing, and is stable to erosion of groundwater, etc. A semi-permanent roadbed can be constructed. This Fe lime construction method has been widely used in various places in Kyushu, and the construction performance in about 40 years from 1962 to the present is about 31.78 million m²However, the effect has been proved by the fact that there is no repair due to lack of bearing capacity of the roadbed.
[0003]
The asphalt pavement design method using the Fe lime method as described above is based on the two-layer elasticity of Burmister, which determines the amount of subsidence of the ground consisting of two layers. However, because it is complicated to use Burmister's exact solution as it is, the approximate expression of Barber (below formula (e)) is used as the simple calculation method, and the surface of the surface layer / base layer (hereinafter, The design cross section of each layer is determined with the goal of being below the limit deflection (referred to as "road surface") (0.7mm for asphalt pavement and 0.35mm for concrete pavement). In addition, the various stresses generated in the ground are determined by the Boussinesq equation, which is solved for the case where a concentrated load acts vertically on the surface of a homogeneous semi-infinite elastic body.
[0004]
The amount of deflection calculated by this two-layer elasticity theory is 31.78 million m²Of pavement after in-service measured based on the method of measuring the amount of deflection of the road surface by the Benkelman beam (hereinafter referred to as “the method of measuring the amount of deflection by the Benkelman beam”) through construction management and follow-up surveys, etc. Consistency with the amount of deflection (hereinafter referred to as “bendelman beam measured deflection amount”) has been confirmed.
The deflection measurement method using the Benkelman beam measures the amount of deflection generated on the road surface due to wheel load.^ThreeUsing a load vehicle with N (5 tonf) wheel load (hereinafter referred to as “5 ton wheel load”), insert a Benkelman beam between the rear wheels and determine the amount of deflection that occurs when the load vehicle is started. It is a method of measuring.
[0005]
However, the two-layer elasticity theory cannot calculate the stress and strain (displacement) generated inside the pavement necessary for the fracture criterion used for pavement life prediction. Analysis based on the multilayer elasticity theory (hereinafter referred to as “multilayer elasticity calculation”) is required.
In other words, the multi-layer elasticity theory assumes that the material of each layer constituting the pavement is an elastic body, and using the elasticity theory, the pavement surface when an external force with circular pressure is applied to an isotropic heterogeneous semi-infinite ground Or the theory to analyze the stress, strain, displacement, etc. generated inside (Pavement Engineering, Japan Society of Civil Engineers, Earth Structure and Foundation Committee “Pavement Engineering” Editorial Committee, February 23, 1995, Japan Society of Civil Engineers) , P87-p90).
[0006]
This multi-layer elasticity theory is a known method, and at present, stress, strain and displacement generated in the pavement body when a wheel load is loaded on the pavement surface using a multi-layer elasticity theory analysis program for computers. Etc. can be calculated.
The fracture life prediction is based on the horizontal tensile strain on the lower surface of the asphalt mixture layer, which is an index of cracks resulting from fatigue of the asphalt layer obtained by the multilayer elasticity calculation, and on the road bed, which is an index of rutting due to permanent deformation of the road bed. By substituting the vertical compressive strain of the surface into each failure criterion formula, the number of loaded wheels until the failure of the asphalt mixture layer (hereinafter referred to as “ascon layer”) and the road bed can be obtained. It has become.
[0007]
In order to perform the multi-layer elasticity calculation, the programs currently available in Japan are as shown in Table 3. Even if any of these programs is used, substantially the same output is obtained for the same input. It is known that these values are consistent with the exact solution of the multilayer elasticity theory (published by Kikukawa et al., Published by Sankaidou Co., Ltd., “Latest Asphalt Pavement Technology-Recommendations for Pavement Science”).・ From A to Z- ”, issued April 10, 1996, third print, see pages 75-76).
[0008]
[Table 3]

[0009]
Furthermore, recently, as a method for predicting the life of pavements in service, a method of measuring the amount of deflection of the road surface using a FWD (Falling Weight Deflectometer) (hereinafter referred to as “a method of measuring the amount of deflection by FWD”) and the multilayer elasticity theory are combined. A method is being tried.
In this method, the deflection amount obtained by the multilayer elasticity calculation and the actual deflection amount measured based on the deflection amount measurement method by FWD (hereinafter referred to as “FWD actual deflection amount”) are approximate to each other. It is a method using.
That is, in this method, a pavement is constructed by combining the actual deflection shape of the road surface measured based on the FWD deflection measurement method and the analysis using the multilayer elasticity theory (hereinafter referred to as “multilayer elasticity calculation”). Calculate the estimated elastic modulus of each layer, and calculate the stress, strain, displacement, etc. generated in the pavement due to the wheel load at the time of loading, given the thickness, estimated elastic modulus, and Poisson's ratio of each layer After that, in the same way as described above, the method of calculating the allowable number of loaded wheels until the failure of each of the ascon layer and the roadbed using the failure criterion formula (hereinafter referred to as “pave life prediction method by FWD”). is there.
[0010]
The FWD deflection measurement method is a method of placing a loading plate with a diameter of 30 cm on the road surface, dropping a weight on it and applying an impact load (approximately 49 × 10^ThreeN) is added, the amount of deflection of the road surface generated at this time is measured by a dedicated sensor, and the deflection shape is obtained.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, both the two-layer elasticity theory and the multilayer elasticity theory are theoretical analysis methods based on the analysis theory of the stress generated in the Boussinesq semi-infinite elastic body, but in the two-layer elasticity theory, the bottom layer (roadbed) is 100cm. In the multilayer elasticity theory, the calculation is performed assuming that the lowermost layer is semi-infinite. Therefore, even if the elastic modulus of each layer used in the analysis using the two-layer elasticity theory (hereinafter referred to as “two-layer elasticity calculation”) is used in the multilayer elasticity calculation, the required deflection is usually obtained. The amount is different from the amount of deflection obtained by the two-layer elasticity calculation. In addition, the layer thickness of the semi-infinite layer varies depending on the wheel load, the pavement configuration, or the elastic modulus of the lowermost layer (roadbed). It is difficult to determine the amount of deflection.
For the same reason as above, when calculating the allowable number of loaded wheels (paving life) until failure based on the multilayer elasticity calculation using the elastic modulus of each layer used when performing the two-layer elasticity calculation Has a problem that it is extremely small compared to the actual measured value.
[0012]
Furthermore, when the pavement life prediction method using the FWD is used, there are the following problems and it is difficult to easily apply the method.
B) The measuring device itself is large and expensive.
B) Highly specialized knowledge and experience are required for analysis work.
C) The calculated estimated elastic modulus is merely a relative apparent elastic modulus based on a combination of the flexural shape of the road surface by the FWD deflection measurement method and the multilayer elasticity theory (“non-destructive pavement by FWD) Research, see Maruyama et al., Nagaoka University of Technology Research Report No. 10, p119-p127, 1988 ”), and the estimated elastic modulus of each layer based on the analysis results cannot be used as it is for structural design of pavements.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a pavement structure including a surface layer and a base layer formed from an asphalt mixture (hereinafter referred to as “ascon”), a two-layer elasticity theory is used. To provide a simple calculation method using the multilayer elasticity theory after considering the differences between the two-layer elasticity theory and the multilayer elasticity theory in predicting the life of the pavement with a structural design. Objective. Moreover, it aims at providing the method for confirming the lifetime of the pavement calculated by the said lifetime prediction.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problems, the pavement life prediction method (hereinafter referred to as “pavement life prediction method”) at the time of pavement design according to the present invention is provided with a surface layer / base layer formed from a roadbed and an asphalt mixture on a roadbed. It is intended for pavements and includes the following procedures.
  (1) The pavement is divided into upper and lower layers of the roadbed, the roadbed, and the surface layer / base layer.In Barber Approximation formula ofBased on,
loadHeavy condition,Subgrade conditions, environmental conditions,Materials used in each layer,Layer thickness in each layer, And by giving an elastic coefficient corresponding to the material used in each layer, the amount of deflection at the surface of the surface layer / base layer is calculated, and the calculated amount of deflection is less than a predetermined limit amount of deflection. Of each layerMaterials used and layer thicknessDetermine the design cross-section determination step.
  (2) For each layer of the road bed, the roadbed, and the surface layer / base layer, the layer thickness of each layer determined by the design cross-section determining step and the material used in each layer are determined in advance. Based on the multilayer elasticity theory, the tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer, the compressive strain generated on the upper surface of the road bed, and the amount of deflection on the surface of the surface layer / base layer Pavement life calculated from the given failure criterion formula, pavement life due to tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer and pavement life due to compressive strain generated on the upper surface of the roadbed Calculation step.
[0015]
Here, the present invention is constructed by a granular roadbed method, a rebase method that is one aspect of the Fe lime method, or a lower roadbed stabilization method (a method of applying a cement stable treatment layer or a lime stabilization layer to the lower roadbed) or the like It can be applied to paved bodies.
Moreover, the roadbed may be divided into an upper layer roadbed and a lower layer roadbed.
Further, the pavement life is generally obtained from the allowable number of loaded wheels.
[0016]
  Moreover, the pavement life prediction method of the present invention includes the following procedure for a pavement provided with a treatment layer on the roadbed and provided with a surface layer / base layer formed from a roadbed and an asphalt mixture on the top thereof. It is characterized by.
(1) The pavement is divided into upper and lower layers of the roadbed and the treatment layer, and the roadbed and the surface layer / base layer, and a two-layer elasticity theory.In Barber Approximation formula ofBased onLoadHeavy condition,Roadbed condition, environmental condition, Materials used in each layer,Layer thickness in each layerAnd the material used in each layerCorresponded toBy giving elastic modulus,PreviousSurface / base layer tableOn the faceThe amount of deflection in the layer is calculated, and the calculated amount of deflection is less than a predetermined limit amount of deflection.Materials used and layer thicknessDetermine the design cross-section determination step.
(2) For each layer of the road bed, the treatment layer, the roadbed, and the surface layer / base layer, the thickness of each layer determined by the design cross-section determining step and the material used in each layer in each layer By using a predetermined computer program based on the multilayer elasticity theory by giving a predetermined elastic modulus for design, the tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer and the upper surface of the road bed Pavement due to tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer, and pavement due to compressive strain generated on the upper surface of the road bed A pavement life calculation step for calculating the life based on each given failure criterion formula.
[0017]
Here, the present invention is a standard Fe lime construction method, a rebase joint construction method that is one aspect of the Fe lime construction method, a cement stabilization treatment method or a lime stabilization treatment method (on the current road floor, a cement stabilization treatment method or a lime stabilization treatment method). It is applicable to a pavement having a treatment layer (stabilization treatment layer, replacement layer, constraining layer, etc.) constructed by a construction method for constructing a stable treatment layer by the above.
[0018]
  Furthermore, in the pavement life prediction method, the elastic modulus corresponding to the material used in each layer or the elastic modulus for design is set to be within the range of values shown in Table 4 and Table 5, respectively, Each destruction criterion formula, ThatIn practice, it is preferable to use the American Asphalt Society destruction criterion formulas shown in formulas (c) and (d), respectively. In this case, the material used in each layer is asphalt mixture, bitumen stabilizing treatment material, particle size-adjusted crushed stone, particle size adjustment iron, crusheran, Fe lime-based stabilizing material, cement-based stabilizing material, lime-based stabilizing material. Of course, it is necessary to use other replacement materials (such as high-quality soil).
      Nt = 8.251 × 10-3 × εt-3.291 × (E / 10.192) -0.854 (c)
      Nc = 1.365 × 10-9 × εc-4.477 (d)
        Nt: Allowable number of loaded wheels based on the tensile strain of the surface layer / base layer
            (49 × 103N wheel load)
        Nc: allowable number of loaded wheels based on compressive strain on the upper surface of the roadbed
            (49 × 103N wheel load)
        E: Elastic modulus (Mpa) of the surface layer / base layer
      εt: Tensile strain (μ) generated on the lower surface of the surface layer / base layer
      εc: compressive strain generated on the upper surface of the roadbed (μ)
[0019]
[Table 4]

[0020]
[Table 5]

[0021]
By the way, as shown in Table 5, the elastic modulus for design can be obtained in advance by performing verification on an existing pavement. However, between the design section determination step and the pavement life calculation step, the calculated value of the pavement life calculated based on the multi-elastic theory for the existing pavement and the pavement of the existing pavement It may be obtained by providing a design elastic coefficient calculation step for calculating a design elastic coefficient that matches (matches) the measured value of the lifetime.
[0022]
As described above, even when the same elastic modulus of each layer used when performing the two-layer elasticity calculation on the same pavement is used when performing the multilayer elasticity calculation, the obtained deflection amount is the two-layer elasticity. It becomes a value different from the amount of deflection obtained by calculation. Therefore, in the present invention, the elastic coefficient used when performing the multilayer elastic calculation is defined as the elastic coefficient for design, and is used as a value different from the elastic coefficient used when performing the two-layer elastic calculation. This design elastic modulus is for multiple existing pavements, and the calculated value of pavement life calculated based on the multi-layer elasticity theory matches the measured value of the existing pavement life (match). This is the value calculated and set. Therefore, it is possible to obtain consistency between the deflection amount calculated based on the two-layer elasticity calculation and the stress and strain calculated based on the multilayer elasticity calculation, and the deflection amount is calculated based on the two-layer elasticity calculation. The pavement life can be predicted based on the multilayer elasticity calculation.
[0023]
Therefore, it is possible to calculate the amount of design deflection that corresponds well to the actual deflection amount of the Benkelman beam, but not to calculate the pavement life, and to calculate the pavement life. However, the pavement life of the pavement can be easily calculated by using together with the multilayer elasticity calculation that cannot calculate the deflection amount consistent with the actual bending amount of the Benkelman beam.
[0024]
Furthermore, the present invention is characterized in that the pavement life prediction method further comprises the following steps after the pavement life calculation step.
(3) Calibration that is a ratio between the amount of deflection at the surface / base layer surface calculated using the multilayer elasticity theory and the amount of deflection at the surface / base layer surface calculated using the two-layer elasticity theory A calibration coefficient calculation step for calculating a coefficient.
[0025]
According to the present invention, the calibration coefficient is used by calculating a calibration coefficient that is a ratio between the deflection amount calculated using the multilayer elasticity calculation and the deflection amount calculated using the two-layer elasticity calculation. Thus, it is possible to mutually convert the deflection amounts calculated by the both elasticity calculations.
Here, it has been confirmed that the amount of deflection calculated using multilayer elasticity calculation is highly consistent with the amount of deflection actually measured by FWD. Therefore, the FWD actual deflection amount is calculated by calculating the deflection amount based on the two-layer elasticity calculation from the FWD actual deflection amount and the calibration coefficient, and comparing the calculated deflection amount with the deflection amount at the time of design. It becomes possible to confirm the pavement life (structure evaluation) of the pavement.
[0026]
  Further, it has been confirmed that the amount of deflection calculated using the two-layer elasticity calculation is highly consistent with the amount of deflection actually measured by the Benkelman beam. Therefore, the deflection amount based on the multilayer elasticity calculation is calculated from the actual bending amount of the Benkelman beam and the calibration coefficient, and the calculated deflection amount andBy comparing the deflection amount at the time of design, the actual deflection amount of the Benkelman beamIt becomes possible to check the pavement life of the pavement using the.
[0027]
  Furthermore, the pavement life calculated by the pavement life prediction methodTimeThe two-layer elastic theory inIn theoryThe amount of deflection at the surface / base layer surface calculated fromBenkelman beam measured deflectionThus, the pavement life prediction can be easily confirmed by using the pavement life prediction confirming method characterized by verifying the pavement life of the pavement predicted at the time of design.
  Further, the amount of deflection on the surface of the surface layer / base layer calculated by the multilayer elasticity theory at the time of the pavement life calculated by the pavement life prediction method is compared with the amount of deflection actually measured by the FWD, which is predicted at the time of design. By using the pavement life prediction confirmation method characterized by verifying the pavement life of the pavement, the pavement life prediction can be easily confirmed.
[0028]
Note that the measurement method having high consistency with the calculated deflection amount is that the deflection amount on the surface of the surface layer / base layer calculated by the two-layer elasticity theory as described above is the bending amount measured by the Benkelman beam. It is preferable to use the FWD measured deflection amount as the deflection amount on the surface of the surface layer / base layer calculated by the elasticity theory.
In addition, these deflection amounts may be compared by directly comparing the actually measured deflection amounts or by using the calibration coefficient.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
[0030]
In the following embodiment, on the road bed 5 (layer thickness h5, elastic modulus E5), the treatment layer 4 (layer thickness h4, elastic modulus E4) and the lower layer roadbed 3 (layer thickness h3, elastic modulus E3) are sequentially arranged. About pavement life prediction method in pavement H (see Fig. 1) with upper layer base 2 (layer thickness h2, elastic modulus E2) and surface layer / base layer 1 (layer thickness h1, elastic modulus E1) made of ascon explain.
[0031]
The target pavement does not have to be provided with a treatment layer. In this case, the layer thickness of the treatment layer is zero, and the pavement is divided into a roadbed, a roadbed (upper and lower roadbeds). ) And the upper and lower layers of the surface layer and the base layer, and the pavement life prediction is performed by the same method as described below.
[0032]
As shown in FIG. 2, the pavement life prediction method of the present invention includes (1) a design section determination step, (2) a pavement life calculation step, and (3) a calibration coefficient calculation step.
[0033]
(1) Design section determination step
This step is a step of performing an operation of determining a design cross section of each layer in the pavement H based on the two-layer elasticity calculation.
First, a design period is determined, and load conditions (design traffic volume, cumulative 5-ton equivalent number of wheels, contact load, contact radius, contact pressure), road bed conditions (design CBR), and environmental conditions (temperature conditions) are set (S11). ).
In the present invention, the design period is 10 years, and the load conditions are shown in Table 6 (cumulative 5 tons in the design period 10 years for each design traffic category (L traffic, A traffic, B traffic, C traffic, D traffic). Conversion wheel number) and Table 7 (wheel load, contact radius and contact pressure for each design traffic category).
[0034]
[Table 6]

[0035]
[Table 7]

[0036]
Subsequently, a pavement cross section (material used, layer thickness) is assumed for the processing layer 4, the lower layer roadbed 3, the upper layer roadbed 2, and the surface layer / base layer 1 (S12).
Then, material properties (elastic coefficient) are set for each layer (S13). In general, the physical properties of materials used are determined by temperature conditions, laboratory tests of material tests, etc., but in the present invention, past application results and follow-up surveys are performed for the calculation of the amount of pavement deflection. As a result, it has been clarified that, in each layer, when the elastic modulus corresponding to each material used shown in Table 8 is selected and used, the reliability is highest.
The elastic coefficient used at this time is a value close to the elastic coefficient estimated from a flat plate loading test or the like, unlike the design elastic coefficient used in the pavement life calculation step described later.
In addition, for the stabilizing material (Fe lime stabilizing material, cement stabilizing material, lime stabilizing material, etc.), the replacement material, and the subgrade soil in the treatment layer 4, both the elastic modulus and the elastic modulus for design described later are 9.8. × It is defined in CBR (Mpa).
[0037]
[Table 8]

[0038]
Next, based on the two-layer elasticity calculation, the amount of road surface deflection in the paved body H is calculated (S14).
As described above, in this case, the deflection amount of the road surface 6 is calculated by using Barber's approximate equation (e) based on Burmister's two-layer elasticity theory for determining the subsidence amount of the ground composed of two layers.
At this time, the pavement H is divided into two layers, a lower layer 1 consisting of the road bed 5 and the treatment layer 4, and a lower layer roadbed 3, an upper layer roadbed 2 and an upper layer u consisting of the surface layer / base layer 1, and the treatment with the roadbed 5 The calculation is performed assuming that the sum of the layer thicknesses of the layer 4 is 100 cm (see FIG. 1A).
Δ = {(15.3 × p × a) / Es} × Fw (e)
However, Eu = ((h1 × E1 ^1/3+ h2 × E2 ^1/3+ h3 × E3^1/3) / (h1 + h2 + h3 ))^Three
El = ((h4 × E4 ^1/3+ h5 × E5 ^1/3) / (h4 + h5 ))^Three
Fw = (1 / Y) + (El / Eu) × {1− (1 / Y)}
Y = {1 + (H / a)²× (El / Eu)^2/3}^1/2
Where, Δ: Deflection amount of road surface (surface layer / base layer surface) (cm)
Fw: Deflection coefficient
Es: Average elastic modulus of roadbed (Mpa)
Eu: Average elastic modulus (Mpa) of upper layer (upper road bed + lower road bed + surface layer / base layer)
El: Average elastic modulus of the lower layer (Mpa)
H: Pavement thickness (upper layer thickness + lower layer thickness + surface layer / base layer thickness) (cm)
a: Wheel contact radius (cm)
p: Wheel contact pressure (Mpa)
[0039]
Then, it is determined whether or not the calculated deflection amount is less than a predetermined limit deflection amount. If the calculated deflection amount is lower, a pavement cross section is determined (S15, S16). On the other hand, when the calculated deflection amount is equal to or greater than the limit deflection amount, the same operation as described above is performed by assuming the pavement cross section again.
[0040]
(2) Pavement life calculation step
In this step, the pavement life of the pavement H having the pavement cross section is calculated by multilayer elasticity calculation.
[0041]
First, material properties (elastic coefficient, Poisson's ratio) are set for each layer (S21). As described above, even when the same elastic modulus of each layer used when performing the two-layer elasticity calculation on the same pavement is used when performing the multilayer elasticity calculation, the obtained deflection amount is the two-layer elasticity. It becomes a value different from the amount of deflection obtained by calculation. For this reason, in the present invention, the elastic coefficient used in this step is defined as a design elastic coefficient, and is used as a value different from the elastic coefficient used when performing the two-layer elasticity calculation.
[0042]
As a result of verification by the present inventor, it has been found that the design elastic modulus must be set to a value larger than a value obtained by a laboratory test of a material test or the like. Therefore, the present inventor carefully scrutinized past pavement construction results and results of follow-up surveys, and by setting the values within the range shown in Table 9, the pavement life calculated by the multilayer elastic calculation, and the pavement This has led to the finding that consistency with the measured value of the lifetime is ensured. Therefore, the amount of deflection calculated based on the two-layer elasticity calculation that is consistent with the measured amount of deflection of the Benkelman beam that corresponds well to the actual measurement value, the stress and strain calculated based on the multilayer elasticity calculation, etc. It is possible to obtain the consistency.
When actually used, the design elastic modulus is an optimum value according to the material used for each layer of the pavement H determined in advance in the design section determination step among the values in Table 9. Select and use as appropriate.
[0043]
In addition, as a result of past application results and follow-up surveys, it was found that the Poisson's ratio was most reliable when the values shown in Table 9 were selected and used for each material used.
[0044]
[Table 9]

[0045]
Next, for the pavement H, the tensile strain εt and tensile stress generated on the lower surface of the surface layer / base layer 1 and the compressive strain εc and compression generated on the upper surface of the road bed 5 based on multilayer elasticity calculation under given conditions. The stress, the compressive strain εc ′ generated on the upper surface of the housing, the compressive stress, the amount of deflection of the road surface 6 and the like (see FIG. 3) are calculated (S22).
In addition, the upper surface of the housing means the upper surface of the upper layer roadbed 2.
[0046]
The multilayer elasticity calculation is performed using the above-described existing computer program. Input values are the characteristics of each layer of pavement H (layer thickness, number of layers, friction coefficient between layers), calculation target position (road surface, lower surface of base layer / base layer, upper surface of road bed, etc.), material property (elasticity) Coefficient, Poisson's ratio) and load characteristics (load magnitude, loading radius, contact pressure), and output values are stress, strain and displacement at the position to be calculated.
However, the thickness (h4 + h5) of the road bed 5 and the treatment layer 4 is calculated as infinite (see FIG. 1B), and the average elastic modulus (E4 ′, Mpa) of the road bed 5 and the treatment layer 4 is calculated. Is calculated by the equation (f). In the multi-layer elasticity calculation, the standard load is calculated as a 5-ton wheel load (grounding radius 15 cm, grounding pressure 0.54 Mpa).
Further, when calculating the average elastic modulus E4 ', it is assumed that h4 + h5 = 100 cm for convenience of calculation.
E4 ’= ((h4 × E4 ^1/3+ h5 × E5 ^1/3) / (h4 + h5 ))^Three    (F)
[0047]
Furthermore, by substituting the calculated tensile strain εt and the compressive strains εc, εc ′ into the fracture criterion formulas (g) to (i) of the American Asphalt Association, the tensile force generated on the lower surface of the surface layer / base layer 1 The allowable load wheel load resulting from the allowable load wheel load caused by the strain εt and the compressive strain εc generated on the upper surface of the road bed 5 (or the compressive strain εc ′ generated on the upper surface of the frame) is calculated (S23).
Nt = 8.251 × 10^-3× εt^-3.291× (E / 10.192)^-0.854(G)
Nc = 1.365 × 10^-9× εc^-4.477   (H)
Nc ’= 1.365 × 10^-9× εc ’^-4.477      (I)
Nt: Allowable number of loaded wheels based on tensile strain of surface layer / base layer
(49x10^ThreeN-wheel load)
Nc: Allowable number of loaded wheels based on compressive strain on the upper surface of the roadbed
(49x10^ThreeN-wheel load)
Nc ': Allowable number of loaded wheels based on the compressive strain of the housing
(49x10^ThreeN-wheel load)
        E: Elastic modulus of surface layer / base layer (Mpa)
εt: Tensile strain (μ) generated on the lower surface / base layer
εc: compressive strain generated on the upper surface of the roadbed (μ)
εc ′: compressive strain generated on the upper surface of the housing (μ)
[0048]
And the service life (paving life) by comparing the allowable number of loaded wheels calculated by the above formulas (g) to (i) with the cumulative 5-ton equivalent number of wheels in the design period in each traffic category Is calculated.
[0049]
(3) Calibration coefficient calculation step
This step performs an operation of calculating a calibration coefficient that is a ratio between the deflection amount of the road surface 6 calculated based on the multilayer elasticity calculation and the deflection amount of the road surface 6 calculated based on the two-layer elasticity calculation. And the calibration coefficient is given by equation (j).
Calibration coefficient = (amount of road deflection calculated based on multilayer elasticity theory / amount of road deflection calculated based on two-layer elasticity theory) (j)
[0050]
As described above, according to the present invention, the elastic modulus for use in performing the multilayer elastic calculation is defined as the elastic modulus for design, and is estimated from the flat plate loading test used in performing the two-layer elastic calculation. A value different from the elastic modulus approximated to the value is set and used. This elastic modulus for design is set by the present inventor so as to obtain consistency between the amount of deflection calculated based on the two-layer elasticity calculation and the stress and strain calculated based on the multilayer elasticity calculation. Therefore, according to the present invention, the amount of deflection can be calculated based on the two-layer elasticity calculation, and the pavement life can be predicted based on the multilayer elasticity calculation.
Therefore, it is possible to calculate the amount of design deflection that corresponds well to the actual deflection amount of the Benkelman beam, but it is not possible to calculate the pavement life, and the calculation method in the two-layer elasticity theory, and the pavement life is calculated. Although it is possible, the pavement life of the pavement can be easily calculated by using a calculation method in the multilayer elasticity theory that cannot calculate the deflection amount consistent with the actual bending amount of the Benkelman beam.
[0051]
Further, according to the present invention, the calibration coefficient is calculated by calculating a calibration coefficient that is a ratio between the deflection amount calculated based on the multilayer elasticity calculation and the deflection amount calculated based on the two-layer elasticity calculation. By using it, it becomes possible to mutually convert the amount of deflection calculated based on both elasticity calculations.
It has been confirmed that the amount of deflection calculated based on this multilayer elasticity calculation is highly consistent with the FWD actual amount of deflection. Therefore, by calculating the deflection amount based on the two-layer elasticity calculation from the FWD actual deflection amount and the calibration coefficient, and comparing the calculated deflection amount with the deflection amount at the time of design, the pavement using the FWD actual deflection amount is calculated. It becomes possible to check the pavement life of the body.
[0052]
  Further, it has been confirmed that the amount of deflection calculated based on the two-layer elasticity calculation is highly consistent with the amount of deflection actually measured by the Benkelman beam. Therefore, the deflection amount based on the multilayer elasticity calculation is calculated from the actual bending amount of the Benkelman beam and the calibration coefficient, and the calculated deflection amount andBy comparing the deflection amount at the time of design, the actual deflection amount of the Benkelman beamIt becomes possible to check the pavement life of the pavement using the.
[0053]
Heretofore, an example of a preferred embodiment has been described for the present invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the design of each of the above-described constituent elements can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
In particular, as the treatment layer, not only the Fe lime treatment layer but also a cement stabilization treatment layer or a lime stabilization treatment layer can be used.
In addition, since there are various calculation formulas for the fracture criterion formula for calculating the pavement life, a calculation formula different from the American Asphalt Association formula may be used.
[0054]
【Example】
Although the pavement life prediction method of the present invention can be applied to various pavements, the following five typical pavements H11 to H2 are divided into cases where roadbed improvement is performed and cases where roadbed improvement is not performed. H22 (design sections (1-1) to (2-2)) will be selected and pavement life prediction will be performed respectively.
[0055]
[Prerequisites]
Regarding the following examples, as preconditions for the structural design of the paving bodies H11 to H22, the design period is 10 years, the design traffic volume as the load condition is C traffic, the design CBR as the roadbed condition is 6, and the environmental conditions As the temperature condition, three cases of high temperature, normal temperature and low temperature are set. And under this condition, the said design cross section determination step was implemented, and the said pavement lifetime calculation step was applied based on the optimal pavement cross section determined as a result.
[0056]
In addition, since the multilayer elastic calculation shown below is difficult and complicated, the calculation was performed using the ELSA which is a program for a personal computer. The application of each step was performed according to the method described in the embodiment of the present invention.
[0057]
[When improving the roadbed]
Examples of roadbed improvement include (1-1) Pavement H11 to which a granular roadbed (standard Fe lime construction method is applied), (1-2) Grain crushed stone rebase joint construction method (hereinafter referred to as “crushed stone”). The pavement body H12 to which the “rebase joint construction method” is applied, and (1-3) the three types of pavement H13 to which the bitumen stabilization treatment rebase joint construction method (hereinafter referred to as “Buan rebase joint construction method”) is applied will be described.
[0058]
(1-1) Pavement using granular roadbed (standard Fe lime method applied)
As shown in FIG. 4 (a), the pavement H11 has a pavement configuration that is standardly adopted from the beginning of the development of the Fe lime method.
That is, from the crusher orchid, a constrained layer 14 (Fe lime treatment layer) formed from Fe lime-treated soil (a mixture of Fe lime-treated material in the soil, CBR = 80%) on the road bed 5, respectively. The lower layer roadbed 13 to be formed, the upper layer roadbed 12 formed from crushed stone of particle size adjustment (hereinafter referred to as “grain tone”), and the surface layer / base layer 1 formed from heated ascon are laminated.
[0059]
The elastic modulus for design is 9.8 × CBR (Mpa) for the roadbed 5 and the constrained layer 14, and Fe lime-treated soil is used for the roadbed improvement for the upper layer roadbed 12 and the lower layer roadbed 13. Therefore, the maximum value of each material shown in Table 9 (grained crushed stone 588 Mpa, crusheran 196 Mpa) was used.
The elastic modulus of the surface layer / base layer 1 is the minimum value (5880Mpa, case 1), intermediate value (7840Mpa, case 2) and maximum value (9800Mpa, case 3) shown in Table 9 in consideration of the temperature conditions of the heated ascon. ) In the case of).
[0060]
In addition, when using a Fe lime-type processing material (Fe lime processing material, a grain-like Fe processing material, etc.), the design intensity | strength is supposed to use the intensity | strength at the time of material age 4 days progressing normally. However, since the Fe lime-based treatment material has strength enhancement characteristics with the age of the material (see Table 10), in order to evaluate performance values such as long-term serviceability of the pavement H11, the material age is restricted to the constraining layer 14. The pavement life is also calculated when the strength at 14 days is used (case 4). However, in this case, the elastic modulus of each pavement layer other than the constraining layer 14 is calculated using the combination in Case 2 (the same applies hereinafter).
[0061]
[Table 10]

[0062]
According to the calculation results shown in Table 11, since the standard pavement life is 10 years, the pavement life on the lower surface of the surface layer / base layer 1 is about 10 years (9.6 years) in the case 3, and the pavement on the upper surface of the roadbed It can be seen that the lifetime is 33 years.
Further, when the calibration coefficient is obtained by using the deflection amount in the road surface 6 calculated by the multilayer elasticity calculation in the case 2 and the deflection amount in the road surface 6 calculated by the two-layer elasticity calculation, it becomes 0.655 (see FIG. 5A). ).
[0063]
[Table 11]

[0064]
(1-2) Pavement using crushed stone rebase joint method
The pavement H12 has a pavement configuration as shown in FIG. 4B, and instead of the lower-layer roadbed 13 in the pavement H11 of the granular roadbed, a grain-like Fe lime-treated material (such as construction waste material) By providing a lower layer roadbed 23 formed from an impervious water layer whose particle size is adjusted by adding materials, the water resistance and fatigue resistance characteristics of the constrained layer 14 and the lower layer roadbed 23 are improved, and a long-life pavement is constructed. Is.
[0065]
The design elastic modulus is 9.8 × CBR (Mpa) for the roadbed 5, constrained layer 14 and lower roadbed 23, and Fe lime-treated soil is used for roadbed improvement for the upper roadbed 12; Therefore, the maximum value of each material shown in Table 9 (grained crushed stone 588 Mpa, crusheran 196 Mpa) was used.
The elastic modulus of the surface layer / base layer 1 is the minimum value (5880Mpa, case 1), intermediate value (7840Mpa, case 2) and maximum value (9800Mpa, case 3) shown in Table 9 in consideration of the temperature conditions of the heated ascon. ) In the case of).
In the same manner as described above, the pavement life was calculated for the constrained layer 14 when the strength at the age of 14 days was used (case 4).
[0066]
According to the calculation results shown in Table 12, it can be seen that the pavement life is about 10 years or more for all cases.
Further, when the calibration coefficient is obtained by using the deflection amount in the road surface 6 calculated by the multilayer elasticity calculation in the case 2 and the deflection amount in the road surface 6 calculated by the two-layer elasticity calculation, 0.790 is obtained (see FIG. 5B). ).
[0067]
[Table 12]

[0068]
(1-3) Pavement that uses the Buan rebase joint method
As shown in FIG. 4 (c), the pavement H13 is formed from a bitumen stabilization treatment material in place of the upper roadbed 12 formed from granulated crushed stone in the pavement H12 to which the crushed stone rebase joint method is applied. It has a pavement structure in which an upper roadbed 32 is provided.
The design elastic modulus is the same as in the case of the pavement H12 to which the crushed stone rebase joint method is applied, except that the upper roadbed 32 uses the maximum value of the bitumen stabilizing treatment material shown in Table 9 (4900Mpa). .
In the case of this structural body H13, the bitumen stabilizing treatment material is the same quality bituminous material as the surface layer / base layer 1, and therefore the pavement life of the surface layer / base layer 1 is calculated on the lower surface of the upper layer roadbed 32 (bitumen stabilization treatment material). The calculation was performed using the generated strain.
[0069]
According to the calculation results shown in Table 13, it can be seen that the pavement life is about 10 years or more for all cases.
Further, when the calibration coefficient is obtained by using the deflection amount in the road surface 6 calculated by the multilayer elasticity calculation in Case 2 and the deflection amount in the road surface 6 calculated by the two-layer elasticity calculation, 0.800 is obtained (see FIG. 5C). ).
[0070]
[Table 13]

[0071]
[When not improving the roadbed]
As a case where the roadbed is not improved, (2-1) each case of the pavement H21 to which the granular roadbed is applied and (2-2) the pavement H22 to which the rebase method is applied will be described.
[0072]
(2-1) Pavement using granular roadbed
As shown in FIG. 6 (a), the pavement H21 includes a lower roadbed 13 formed from a crusheran, an upper roadbed 12 formed from granulated crushed stone, and a heated ascon on the roadbed 5, respectively. The surface layer / base layer 1 formed from the above is laminated.
[0073]
In this pavement H21, there is a concern that a confining layer is not provided, and that the lower base 13 is not made of Fe lime-based treatment material, so that it cannot be sufficiently enclosed. Assuming that it can be compacted, the elastic modulus for design was calculated using the maximum values of each material shown in Table 9 (granulated stone 588Mpa, crusheran 196Mpa).
The elastic modulus of the surface layer / base layer 1 is the minimum value (5880Mpa, case 1), intermediate value (7840Mpa, case 2) and maximum value (9800Mpa, case 3) shown in Table 9 in consideration of the temperature conditions of the heated ascon. ) In the case of).
[0074]
According to the calculation results shown in Table 14, it can be seen that the pavement life of case 2 and case 3 is about 10 years or longer.
Further, when the calibration coefficient is obtained by using the deflection amount on the road surface 6 calculated by the multilayer elasticity calculation in Case 2 and the deflection amount on the road surface 6 calculated by the two-layer elasticity calculation, it becomes 0.623 (see FIG. 7A). ).
[0075]
[Table 14]

[0076]
(2-2) Pavement using the rebase method
As shown in FIG. 6 (b), the paved body H22 applies a grain-like Fe lime treatment material only to the lower layer roadbed 53 directly above the roadbed 5 without constructing a constrained layer on the roadbed 5. It is a construction method.
In the case of this pavement H22, it is considered that the granulated crushed stone of the upper layer roadbed 12 is constructed on the granular Fe treated material, so that sufficient compaction can be expected, and the design elastic modulus is the maximum value shown in Table 9 ( It was decided to perform the calculation using the crushed stone (588 Mpa) (the design elastic modulus of the lower layer subbase 23 is 9.8 × CBR (Mpa)).
The elastic modulus of the surface layer / base layer 1 is the minimum value (5880Mpa, case 1), intermediate value (7840Mpa, case 2) and maximum value (9800Mpa, case 3) shown in Table 9 in consideration of the temperature conditions of the heated ascon. ) In the case of).
[0077]
In addition, about the grain-like Fe lime processing material currently used for the lower layer subbase 23, since there is a strength enhancement characteristic accompanying material age, when the strength at the time of material age 14 days is used similarly to the above (case) For 4), the pavement life was calculated.
[0078]
According to the calculation results shown in Table 15, it can be seen that the pavement life is about 10 years or more for all cases.
Further, when the calibration coefficient is obtained by using the deflection amount in the road surface 6 calculated by the multilayer elasticity calculation in Case 2 and the deflection amount in the road surface 6 calculated by the two-layer elasticity calculation, 0.822 is obtained (see FIG. 7B). ).
[0079]
[Table 15]

[0080]
In addition, each pavement body H11-H22 used for the present Example is a typical pavement structure of the Fe lime method currently applied (however, (2-1) pavement body H21 to which a granular roadbed is applied) is excluded. Therefore, even if the design traffic classification, design CBR, etc. are different, if the materials used in each layer are the same conditions, it is possible to confirm the pavement life prediction at the time of design by using the calibration coefficient. it can.
However, if it is necessary to confirm the details of the pavement to be designed, recalculate the design CBR and pavement thickness, etc., calculate the calibration coefficient for the design cross section, and calculate the pavement life prediction. Needless to say, confirmation is required.
[0081]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the pavement structure in which an ascon layer is provided on the surface layer and the base layer, in predicting the life of the pavement using the two-layer elasticity theory at the time of design, the difference between the two-layer elasticity theory and the multilayer elasticity theory is In consideration, it is possible to provide a simple calculation method using the multilayer elasticity theory.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a schematic diagram showing a concept when performing a two-layer elasticity calculation in a pavement targeted for the present invention, and FIG. 1 (b) shows a concept when performing a multilayer elasticity calculation. It is a schematic diagram.
FIG. 2 is a flowchart showing a pavement life prediction method of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of the pavement that is the subject of the present invention when a load is applied.
FIGS. 4A to 4C are diagrams showing a design elastic coefficient in a pavement body and each case as an object of an example in the case where roadbed improvement is performed, respectively.
FIGS. 5A to 5C show road surface deflection amounts (in the case of two-layer elasticity calculation and in the case of multilayer elasticity calculation) and the elastic modulus of the asphalt mixture, respectively, in an example in which the road bed is improved. It is a graph which shows the relationship.
6 (a) and 6 (b) are diagrams showing a design elastic coefficient in a pavement body and each case as an object of an example when no roadbed improvement is performed.
7 (a) and 7 (b) both show the amount of road surface deflection (in the case of two-layer elasticity calculation and in the case of multilayer elasticity calculation) and the elastic modulus of the asphalt mixture in the example in the case where the road bed is not improved. It is a graph which shows a relationship.
[Explanation of symbols]
H, H11, H12, H13, H21, H22 Pavement
1 Surface layer / Base layer
2, 12, 32 Upper roadbed
3, 13 and 23
4 treatment layers
5 Roadbed
6 road surface

Claims (6)

A method for predicting a pavement life at the time of pavement design, characterized by including the following procedure for a pavement having a roadbed and a surface layer / base layer formed from an asphalt mixture on the roadbed.
(1) The pavement is divided into upper and lower layers of the roadbed, the roadbed and the surface layer / base layer,
Based on Barber's approximation in the two-layer elasticity theory,
By giving the elastic modulus corresponding to the load condition, the roadbed condition, the environmental condition, the material used in each layer, the layer thickness in each layer, and the material used in each layer,
Calculate the amount of deflection on the surface of the surface layer / base layer,
A design cross section determining step of determining a material to be used and a layer thickness of each layer such that the calculated deflection amount is less than a predetermined limit deflection amount;
(2) For each layer of the roadbed, the roadbed and the surface layer / base layer,
The layer thickness of each layer determined by the design cross-section determination step;
Corresponding to the material used in each of the layers, by giving a predetermined elastic modulus for design,
Based on the multilayer elasticity theory, the tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer, the compressive strain generated on the upper surface of the road bed, and the amount of deflection on the surface of the surface layer / base layer are calculated,
A pavement life calculating step of calculating a pavement life caused by a tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer and a pavement life caused by a compressive strain generated on the upper surface of the road bed from a given failure criterion formula. Prediction of pavement life at the time of pavement design, including the following procedures for a pavement with a treatment layer on the roadbed and a surface layer and base layer formed from the roadbed and asphalt mixture on the top. Method.
(1) The pavement is divided into upper and lower layers of the roadbed and the treatment layer, the roadbed and the surface layer / base layer,
Based on Barber's approximation in the two-layer elasticity theory,
By giving the elastic modulus corresponding to the load condition, the roadbed condition, the environmental condition, the material used in each layer, the layer thickness in each layer, and the material used in each layer,
Calculate the amount of deflection on the surface of the surface layer / base layer,
A design cross section determining step of determining a material to be used and a layer thickness of each layer such that the calculated deflection amount is less than a predetermined limit deflection amount;
(2) For each layer of the roadbed, the treatment layer, the roadbed, and the surface layer / base layer,
The layer thickness of each layer determined by the design cross-section determination step;
Corresponding to the material used in each of the layers, by giving a predetermined elastic modulus for design,
Based on the multilayer elasticity theory, calculate the tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer, the compressive strain generated on the upper surface of the road bed, and the amount of deflection on the surface of the surface layer / base layer,
A pavement life calculation step for calculating a pavement life caused by tensile strain generated on the lower surface of the surface layer / base layer and a pavement life caused by compressive strain generated on the upper surface of the roadbed based on each given failure criterion formula. . 3. The pavement life prediction method at the time of pavement design according to claim 1, further comprising the following steps after the pavement life calculation step.
(3) Calibration that is a ratio between the amount of deflection at the surface / base layer surface calculated using the multilayer elasticity theory and the amount of deflection at the surface / base layer surface calculated using the two-layer elasticity theory A calibration coefficient calculation step for calculating a coefficient. The elastic modulus corresponding to the material used in each layer or the elastic modulus for design is set so as to be within the range of values shown in Table 1 and Table 2, respectively, and It is set as a) and Formula (b), The pavement lifetime prediction method at the time of the pavement design of any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.

Nt = 8.251 × 10 ⁻³ × εt ^−3.291 × (E / 10.192) ^−0.854 (a)
Nc = 1.365 × 10 ⁻⁹ × εc ^−4.477 (b)
Nt: Allowable number of loaded wheels based on the tensile strain of the surface layer / base layer (49 × 10 ³ N-wheel load)
Nc: Allowable number of loaded wheels based on the compression strain on the upper surface of the roadbed (49 × 10 ³ N-wheel load)
E: Elastic modulus (Mpa) of the surface layer / base layer
εt: Tensile strain (μ) generated on the lower surface of the surface layer / base layer
εc: compressive strain generated on the upper surface of the roadbed (μ) Deflection of claims 1 to any one pavement life prediction method more calculated surface of the surface layer, the base layer to the second layer elastic theory during pavement life calculated by the at pavement design according to claim 4 A method for confirming a pavement life prediction, wherein the pavement life of the pavement predicted at the time of design is verified by comparing the amount and the amount of bending measured by the Benkelman beam . The amount of deflection on the surface of the surface layer / base layer calculated by the multilayer elasticity theory at the time of pavement life calculated by the pavement life prediction method at the time of pavement design according to any one of claims 1 to 4, A method for confirming pavement life prediction, wherein the pavement life of the pavement predicted at the time of design is verified by comparing the amount of FWD actually measured.

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