公路沥青路面设计要素分析.doc

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1、公路沥青路面设计要素分析沥青材料具有良好的施工性和路用性，对车辙、开裂、温缩等都具有较好的抵抗能力。同时，沥青路面的行车噪声小、耐老化、长期性能好等特点，使得其广泛应用于我国公路的路面工程建设中。尽管沥青路面具有较多优点，但是在我国长期实践应用中仍然发现其诸多的病害问题，例如水损害、路面开裂、局部沉陷、车辙等，这些病害的存在不仅仅有施工质量和管理养护方面的问题，设计的方法和质量也是关键影响因素[1-2]。本文探讨目前我国公路沥青路面设计的相关问题，针对设计理念、设计方法、设计指标等阐述目前存在的问题及改善措施，以提高设计人员对沥青路面路用性能和力学性能的把握，通过改善路面设计质

2、量以减少运营中的病害问题和大量不必要的管养成本。1沥青路面设计理念4学海无涯1.1存在的问题。沥青路面根据其结构受力特性可以分为刚性、柔性和半刚性路面，其中半刚性沥青路面具有良好的强度、刚度和稳定性，同时具有很好的抗压和抗剪性能，通过在下层设置刚性的混凝土基层并在上层设置沥青消耗层，因此具有很好的路用特性，在国内外的设计实践中应用最多。然而，我国近几年货物运输荷载等级和运输量都在不断增加，道路处于车辆荷载反复作用的情形下，加上环境温度等作用，半刚性沥青路面也出现了诸多病害，如开裂、唧浆、破损、沉陷等。传统的设计理念主要考虑路面结构安全性，将弯沉等设计指标控制在安全范围内，使得基

3、层拉应力低于路面开裂强度，设计使用年限往往是10~15年。但是因为实际运输荷载的不确定性，如果出现微小的裂缝问题就很容易导致路面性能快速衰减，致使实际的路面使用寿命往往只有5~8年。在这方面，国外开始提高路面设计厚度，并采用长寿命路面设计理念。1.2解决对策。从国外实践来看，1980年沥青路面设计厚度往往只有12cm，20世纪初期路面厚度发展到18cm左右，到目前路面厚度已经设计到18~30cm，长寿命沥青路面设计理念就是提高路面设计厚度。大量研究证实[3]：沥青路面存在极限拉弯应变值，在外界车轮荷载和温度荷载作用下，拉弯应变值在该范围之内时，就不会产生疲劳开裂和破坏，而只要路

4、面厚度超过一定设计值，路面底部基层的拉弯应变就会低于上述疲劳极限而不会产生开裂。首先，直接接触车轮压力的是面层结构，往往需要采用高质量的沥青混凝土，不仅要求具有良好的抗车辙、抗剥蚀和抗渗性能，还需要具有良好的材料品质，使得不能出现初始缺陷和裂缝，因为车轮作用下该区域是高应力区，很容易发生各类病害。其次，中间层是保证路面刚度的，应该具有较高的弹性模量，同时车轮作用的剪切力主要作用在该面层上，需要具有良好的抗车辙性能。底部基层是荷载作用下整个路面层产生弯沉效应最大的区域，该区域需要具有良好的抗裂性和抗疲劳性能，因此可以设计采用高柔性抗疲劳沥青混凝土，使得路面层不出现开裂，保障路面层

5、的使用寿命。长寿命沥青路面的设计理念明确，通过增加路面层厚度并在不同区域设置对应性能的沥青混凝土，从而使得整个路面层的使用寿命得到延长。在当前我国沥青路面病害问题严重、车辆超载重载问题突出的情况下，大量的沥青路面维修和更换会产生高昂的管理和养护成本，而引入长寿命沥青路面的设计理念，可以改善这一现状。2沥青路面设计方法目前，国内外沥青路面设计的方法主要有经验法和力学-经验法。经验法就是基于试验段的沥青路面进行测试分析，从而建立路面、荷载、力学性能之间的经验关系，比较成熟的经验设计方法有CBR法和AASHTO法[4]，以AASHTO方法为例，其设计基础就是通过试验路段数据观测和分析

6、建立了路面性能-荷载-路面结构的关系，通过PSI（服务能力指数）确定路面的状况，为设计提供标准。我国沥青路面设计则是在借鉴国外经验方法基础上结合我国沥青路面试验数据修正模型，总体上也是经验法。经验法的缺陷就是随着环境的变化而不能适用，而实际上环境对于路面的长期使用性能影响非常显著。力学-经验法则是根据荷载和环境参量确定路面结构性能的反应量，建立力学反应量与结构破损模式之间的关系，从而形成路面性能模型进行沥青路面设计。力学-经验法将路面结构视为多层线性弹性体系，各层材料用弹性模量和泊松比表征，设计的主要目的是通过力学分析确定沥青底面层水平拉应变和道路表面的压应变，具有两个设计表征

7、指标：底面层拉应力和道路表4学海无涯面永久变形（车辙深度）。力学-经验法目前越来越多被推广使用，但是由于路面的力学特性和实际使用性能之间缺乏明确的定量关系，根据力学分析结果直接推算路面层的受力性能缺乏合理性，这使得很多力学参数的设计控制指标不尽合理。总结而言，经验法缺乏理论基础也不具有广泛适用性，对于特殊环境和变化的沥青路面层构造，需要大量的试验进行修正才能获得较为准确的设计控制指标；力学-经验法具有理论基础，但是目前的体系没有建立全面的力学关系，且沥青路面使用性能是复杂的，通过若干个力学指