探析公路工程中瀝青路面設計相關問題

1、<p>　　探析公路工程中瀝青路面設計相關問題</p><p>　　摘要：本文就從瀝青路面設計的角度出發(fā)，對目前一些主要設計方法進行介紹和討論，并分析設計中存在的缺點和問題，給出幾點建議和解決措施，為瀝青路面的設計提供幫助，也為該路面結構的后續(xù)施工、養(yǎng)護打好基礎，提高路面質量，在路面設計中具有重要的指導意義。 </p><p>　　關鍵詞：公路；瀝青路面；設計方法 </p&

2、gt;<p>　　Abstract: This paper starts from the asphalt pavement design point of view, this article introduces and discusses some main design method, and analyze the shortcomings and problems existed in design, give

3、s some suggestions and solutions, to provide help for the design of the asphalt pavement, but also lay a good foundation for the subsequent construction, maintenance of the pavement structure, improve pavement quality, h

4、as the important guiding sense in the design of pavement. </p><p>　　Key words: highway; asphalt pavement; design method </p><p>　　中圖分類號：U415 </p><p>　　1 我國瀝青路面設計指標的分析 </p>&l

5、t;p>　　縱觀我國建國以來的各版公路柔性（瀝青）路面設計規(guī)范,在設計方法和指標方面的思想是一脈相承的,都以路表彎沉作為主要設計控制指標。但是隨著高速公路建設的不斷發(fā)展，路表彎沉指標也表現(xiàn)出諸多的局限性。 </p><p>　　1.1 高速公路瀝青路面主要破壞型式。路面設計的目標就是通過合理的設計方法使得公路在設計使用年限內能夠提供安全、舒適、快捷的服務。然而，目前我國高速公路瀝青路面普遍存在著初、早期破壞

6、，且主要破壞型式同上個世紀90年代以前輕交通狀況下相比已發(fā)生了一定的變化。高等級瀝青路面的主要破壞形式可以歸納為以下幾個方面：①由于路基不均勻沉降導致的路面下陷和開裂；②車轍破壞；③瀝青面層的水損害；④半剛性基層瀝青路面反射裂縫破壞；⑤瀝青路面的結構性破壞。因此，有必要通過路面的合理化設計來控制路面的主要破壞型式，從而真正達到路面設計的目的。 </p><p>　　1.2瀝青路面結構設計與材料設計指標的相容性。目

7、前，我國瀝青路面的結構設計與路面材料設計基本上是相脫離的。由于種種原因，路面材料的抗壓模量設計取值往往帶有很大的隨意性，同樣是水泥穩(wěn)定粒料，設計值卻差別很大，例如同屬廣東省的廣肇、佛開高速公路設計值很小，只有500Mpa，而廣珠西卻為1600MPa。對于同種材料(6%水泥穩(wěn)定碎石或石屑)在相同施工水平和要求條件下，設計取值的過大差異，對于保證路面施工質量是不易的，同時在設計上可能也是不經(jīng)濟的或是太冒險。此外，路面結構設計與材料組成設計相

8、容性較差，還表現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 路面材料強度測試中的受力模式與其在公路應用中的實際受力情形相差較遠；(2) 路面材料性能評價指標與其實際路用性能之間的對應關系不明確；(3) 結構設計階段采用的材料設計參數(shù)指標與實際施工時路面材料配合比設計、質量檢測指標不一致。 </p><p>　　2 瀝青路面的主要設計方法 </p><p>　　2.1 經(jīng)驗法。經(jīng)驗法是對以往設計投入使用的公路進

9、行實驗分析，建立路面結構、荷載、路面性能之間的關系，進行類似的設計。著名的相關經(jīng)驗設計方法有CBR法和AASHTO法。 </p><p>　　CBR法以CBR值作為性能指標，通過對路面的調查測定，建立CBR值-輪載-結構層厚度之間的經(jīng)驗關系曲線。路面總厚度可以通過CBR值和輪載來確定，而各層次的結構厚度可以通過路面材料的CBR值進行當量換算，不同的輪載按照等彎沉的換算原則進行設計輪載的確定。 </p>

10、<p>　　AASHTO法是在試驗路上進行數(shù)據(jù)的觀測，建立起路面結構-軸載-使用性能的經(jīng)驗曲線關系，路基土的性質用回彈模量表示、路面結構層按照各層結構材料性質進行轉換，用結構數(shù)SN表示。該方法以現(xiàn)時服務能力指數(shù)PSI作為性能指標，它的確定是根據(jù)路面的實時調查情況，通過建立平整度、裂縫、車轍、修補之間的經(jīng)驗關系式來確定。 </p><p>　　2.2 力學法。力學設計方法是基于經(jīng)驗的設計方法，它是將力

11、學參數(shù)與路面性能在一定的荷載和環(huán)境下建立模型關系，即將應力應變位移與路面性能建立經(jīng)驗關系曲線，然后按照要求進行路面結構的設計，著名的主要有AI法和SHELL法。力學經(jīng)驗法的框架是在第一屆瀝青路面結構設計國際會議上由殼牌公司的專家提出，經(jīng)過逐步的完善形成多種不同的設計方法。該方法是以彈性層狀體系 (三層 )代表路面結構，計算分析圓形均布輪載作用下結構內各特征點的應力、應變和位移值，以瀝青面層的疲勞開裂以及路基土和粒料層的過量永久變形作為瀝

12、青路面的主要損壞模式，選用面層底面在荷載重復作用下的拉應變以及路基頂面的壓應力或壓應變作為設計指標。 </p><p>　　2.3 我國現(xiàn)行設計方法。根據(jù)我國標準規(guī)范—《公路瀝青路面設計規(guī)范》，瀝青路面的結構設計方法如下：（1）理論基礎。我國瀝青路面設計是以殼牌石油公司SHELL提出的理論方法為基礎，該方法是將路面視為多層彈性體，用楊氏彈性模量和泊松比來表示面層材料與土基，材料性質以均質各向同性為假定，同時各層水

13、平方向取無窮大，土基以下的深度無限。 </p><p>　　荷載取值采用BZZ-100即雙輪組單軸載100kN為標準值，單輪傳壓面當量圓直徑d為21.3cm，兩輪中心距為1.5d，各層材料之間的假定接觸條件為彈性、完全連續(xù)接觸。（2）設計指標。設計指標是以彎沉值為控制指標，彎拉應力進行驗算校核。整體強度的設計控制指標用路表容許彎沉值來設計，確定設計彎沉指標。對于高速公路、一二級公路、瀝青面層等必須進行層底的抗拉驗

14、算，瀝青混合面料層的城市公路還需進行抗剪驗算。（3）參數(shù)的選取和確定。計算分析中的標準軸載采用上述理論基礎中的BZZ-100為標準值，換算公式采用林繡賢《軸載換算公式的研究》成果中表述的以軸載比表達的公式進行軸載換算，該公式的提出是以彎沉等效和底層拉應力等效為基本原則，以多層彈性理論為基礎，分析軸載和彎沉、拉應力之間的關系，并結合實際的實測情況(彎沉、疲勞試驗、直槽測試等)進行對比、驗證而提出的。表征材料剛度和強度的指標分別是材料模量和

15、抗拉應力，彎沉值、拉應力指標均用靜態(tài)抗壓回彈模量計算，抗拉強度由圓柱的劈裂試驗確定，靜態(tài)抗壓回彈模量通過抗拉強度來確定。 </p><p>　　3 存在問題及解決方法 </p><p>　　3.1設計彎沉值的確定存在不確定性。以設計彎沉值作為瀝青路面的設計指標，其計算是一般根據(jù)可研報告中的交通量、車輛比例來計算設計年限內的車道累計當量軸次，再結合公路等級、路面結構類型等計算出彎沉值。這種計

16、算在取值上缺乏定量的分析。 </p><p>　　3.2路面結構類型的選擇問題。路面結構的組合缺乏定量設計，瀝青面層的組合隨意性大、瀝青層的最小壓實厚度不同、忽視氣候條件給瀝青層面帶來的影響、路面基層設計不夠合理。目前的設計方法都是根據(jù)公路等級、氣候、材料、交通量等相關經(jīng)驗提出的結構組合及厚度，缺乏定量設計。 </p><p>　　3.3材料參數(shù)的取值問題。實際工作設計中，設計單位無法通過

17、進行路面材料測試而確定材料參數(shù)，獲得材料的第一手材料設計參數(shù)可以通過路面實施階段獲取，但是相關建設程序上不允許，設計階段的材料參數(shù)只能根據(jù)規(guī)范中的來確定，而不同地區(qū)、不同條件下的參數(shù)是不同的，規(guī)范中給定的是范圍值，這在選取上隨意性較大，同時給施工留下偷工減料的隱患，造成質量上的缺陷。 </p><p>　　3.4在設計方法中，針對環(huán)境、經(jīng)濟等因素的考慮較少，同時缺乏相應的控制指標。設計、施工環(huán)環(huán)相扣，施工是依據(jù)設

18、計進行，以上設計問題的出現(xiàn)，使得工程施工也會出現(xiàn)相應的問題，可以通過以下幾點建議來改進設計中存在的問題：（1）完善設計控制指標。針對出現(xiàn)的一些設計指標問題，相關的研究已經(jīng)非常成熟，可以通過引進相關控制指標來完善設計。例如，車轍問題，相關研究表明，路基垂直壓應變與重復荷載作用次數(shù)的關系可以控制車轍問題；水平拉應變可以很恰當?shù)姆从碁r青表層開裂的問題。另外，多考慮溫度、濕度等環(huán)境因素和經(jīng)濟因素的影響，引入相應的控制指標。通過建立設計控制指標體

19、系，來不斷完善設計。（2）材料參數(shù)的精確。靜態(tài)的模量值不能真實反映材料在各種因素作用下的性能特性，例如，路基土的回彈模量測定，通過承載板法的測定只能是靜態(tài)值，為使參數(shù)更切合實際，應采用動態(tài)彎沉儀器進行測定，使得到的結果趨于真實，符合實際。 </p><p><b>　　4 結束語 </b></p><p>　　瀝青路面設計是一項復雜的過程，為了確保瀝青路面設計質量，杜