沥青路面设计原理

沥青路面设计原理（精选十篇）

沥青路面设计原理 篇1

随着我国高速公路建设里程的增大，路面的破损也变得特别突出，许多路面急需养护维修，针对其特征进行路面养护方面的研究也显得越来越重要了。我国现行的《公路养护技术规范》由于未能突出和反映高速公路路面的破损特点，进而与路面养护对策相分离，给路面养护管理、养护资金的优先安排带来了困难，所以本文试从数学模型着手探讨提供评价效果的方法。

2. 路面使用性能评价模型的确定

2.1 综合评价模型影响参数

通过对已建成的若干高等级公路路面状况的调查[2,3,4]，沥青路面存在的主要病害有裂缝、车辙、路面不均匀沉陷、平整度较快变差和抗滑能力不足。针对上述高等级公路破坏的特点，本文选用以下五个调查指标作为模型的影响参数： (1) 路面破损中的最大裂缝率CR (%) 和最大车辙深度RD (mm) ； (2) 平整度 (mm) 或IRI； (3) 路面结构强度指数SSI (设计弯沉/实际弯沉) ； (4) 路面抗滑能力BPN或SFC。

2.1 综合评价模型的确定

本文根据组合原理，通过组合几种不同的回归模型去建立综合评价指标和路面使用性能影响参数的联系，由于在评价过程中专家采用何种模式对路面进行评价对决策者来说是不可知的，同时影响专家评分的因素很多，除了路面状况外，专家本身也对评分结果起一定的作用，这些对于决策者来说也是不可知的。所以本文采用灰色关联度来确定组合模型中各模型的权重。

3. 组合使用性能评价模型的建立

3.1 样本数据的选择

本文选用沈阳—大连高速公路的使用性能数据作为建模依据，专家组成员依据各自的主观工程经验，通过目测以及行驶感受，对各试验路段打分，作为该路段路面使用性能的主观评价等级 (R) 。

依据现场实测的数据与专家组对试验路段的评分均值R建立专家主观评分与客观实测数据之间的联系，根据经验，我们采用多元回归的方式建立统计关系。

3.2 单项模型的选取

通过分析，我们认为在专家评分过程中，各使用性能状况对评分结果的影响既不是完全独立的，也不是完全相互影响的，考虑到模型的复杂性，本文选用以下三种单项模型进行评价，以便在组合时提取更多的有用信息来提高精度。

模型1、2的意义是各使用性能指标对评分值的影响相互独立的，通过单项评分值累加得到，而模型3即加权几何平均模型的意义是各使用性能指标呈相互影响，指标之间不能相互补偿，只要一个指标值较差，无论其他指标取值多大，综合评价也很差。运用SPSS回归分析软件对表1中结果进行多元回归分析，建立评分值和各指标之间的关系，回归结果见表2。在用关联度确定各种模型的权重之前，我们先把专家评分值按从小到大的顺序进行排列，以减小误差的影响，根据此进行改进关联度和权重的计算，结果见表1:

3.3 模型分析

由权重系数即可得到组合模型评价结果，其相关系数见表1。文献[3]已经证明了规范所采用的评价方法的不足，所以这里就只和文献[3]中所采用的文法进行对比，文献[3]中采用的是线性对数模型，其相关系数只有0.873，低于本文所采用的任何一种模型，这主要是由于模型选择的单一性造成的。由表1可以看出，本文所采用组合模型的相关系数低于模型2，这是由于组合模型是针对路网中的大部分情况，适应范围广，所以局部精度要比模型1、2、3差些。

4. 实例分析

4.1 评价实例

依据评价模型的建立标准，可确定高速公路的养护维修标准为高速公路养护评价为“次”以下，即R≤2.5时，应予以养护维修。为了验证基于灰色关联度确定权重的组合模型的评价效果，我们以沈大高速公路上、下行车道的12个路段，以及西安至临潼高速公路观测段上的K13+160～K16+160段，根据左右幅及路面材料不同分别计为1#、2#、3#和4#，加上生产路段共5个路段，作为评价分析试验段，评价结果见表2。

4.2 评价结果分析

从表2中可以看出，虽然组合模型的相关系数没有模型1、2大，但从评价结果来看，组合模型的评价结果更具合理性。以K1 02～K10 3、K4 2～K4 1、K10 8～K10 7为例，模型1、2得出的结果均大于2.0，但是考虑到路面弯沉值已经下降到0.3～0.4，承载能力严重不足，所以其评分值偏小；模型3得出的结论虽均小于1，但是由于其仅是从整体考虑，忽略了单项指标的影响，加上模型数据的不足，使得其偏小甚至出现负值；组合模型综合了各模型的特点，从整体到局部考虑了路面状况，得出的结论介于模型1、2和模型3之间，结果更为可信。对于西临高速公路，除生产段以外，各指值均高于维修标准，评价结果均大于3，这和路面实际情况为良好相符。整体而言，组合模型对路面状况需要维修的路段，除抗滑不足以外，评价结果几乎都在2.5以下，符合实际情况。考虑到建模样本的大小和数据误差，建议对组合评价结果进行0.2～0.4的修正。通过上述分析可以看出，应用组合原理，通过灰色关联度来确定组合权重系数的路面使用性能评价模型比单项模型更为合理、科学。

5. 结论

⑴本文根据高等级公路路面使用性能的特点，确定合理路面使用性能影响参数；选用了三种不同模式的回归模型，从不同的思维方式去模拟专家的评分过程，最后通过组合理论，建立起以灰色关联度确定权重的组合综合评价模型。通过实例分析，本文提出的组合方法和模型在理论上是可行的，可为路面使用路养护提供有力的指导和帮助。

⑵由于本文的研究是以沈大高速公路2年的路况普查数据为基础的，评价模型必然有一定的适用范围，模型的修正将是在大量路面状况数据采集积累基础上的一个长期渐进过程。

参考文献

[1]李志刚, 邓学钧, 洪锋.高速公路沥青路面使用性能评价模型标的探讨.公路交通科技.2000, 17 (5) :15-17

[2]王茵, 胡昌斌, 才华等.高速公路沥青路面使用性能综合评价指标的研究[J].沈阳建筑工程学院学报.2000, 16 (4) :264-268

[3]胡昌斌, 王奎华, 谢康和.沈大高速公路路面使用性能综合评价模型标的研究[J].公路.2002, 5 (3) :1-7

[4]李志刚, 邓学钧, 洪锋.高速公路沥青路面使用性能评价模型标的探讨[J].公路交通科技.2000, 17 (5) :15-17

我国沥青路面结构设计分析 篇2

[b[size=5]]长沙理工大学张起森教授作客专家在线：我国沥青路面结构设计分析[/size][/b]

[size=4] 以“我国沥青路面结构设计分析”为主题，围绕“我国沥青路面破损原因，沥青结构以及沥青混合料设计和沥青技术研究”等问题，同大家进行深入交流与探讨

主持人：首先请张教授给大家介绍一下，近年来，随着我国国民经济的发展，干线公路特别是高速公路面临着巨大的交通压力，沥青路面出现了裂缝、水损害等破损现象，造成沥青路面破损的原因是多方面的，您能否从这路面设计这个方面向大家介绍一下路面破损的成因以及如何防治。

张教授：这个问题比较复杂，谈一下我自己的看法，供大家参考。目前我国有高速公路通车总里程3万多km，沥青路面占85％左右，水泥路面占15％左右，所以高速公路大部分都是沥青路面。我国在短短十几年的时间，高速公路沥青路面发展速度非常的快，但是现在路面确实还是存在一些问题，是什么原因引起的？在过去的一段时间，大家讨论很多。我想从以下方面来谈些自己的看法：

首先，我们国家刚开始建设高速公路的时候，基础比较差，当时没有规范，原规范对高速公路不适应。我们很多经验都是来自过去的低中级路面，修建高速公路的经验少，所以我们开始修建的路面，像90年代初，依据的是低中级路面的经验，当然我们也引进了一些国外的东西，像京津塘高速公路我们请的是澳大利亚专家来修的，上海沪嘉高速公路是我们自己国家修的，不过只有十八km的里程，其他如沈大高速公路、广佛高速公路，当时不叫高速公路而叫高等级公路，因为当时对高速公路有争议，所以在起步的时候，还是有些欠缺。规范、标准和试验检测设备等跟不上高速公路发展，给我们前期修建的路面带来了一些先天性的不足，比如路面厚度，一些较早修建的高速公路，对底基层的厚度重视不够，而且对它的认识也不够，有的水泥路面甚至取消了底基层。这些方面当时没有一个比较明确的规定，单纯从适应当时已有的设计指标看，可以满足要求，但是路面使用后出现了许多问题。之后，我国的高速公路吸取失败的教训，进行了总结，后期有些改进。1997年颁布的沥青路面规范，包括后来颁布的水泥路面规范，有些部分吸取了我们国家“七五”、“八五”公关项目的一些成果，为后面高速公路质量的提高打下了基础。总的来讲，我们国家高速公路发展很快，技术、设备储备不够，给我们前期修建的高速公路带来了不足。这是一个问题。

第二、设计标准与实际情况有差距。例如荷载标准，我国的设计荷载是BZZ－100，实际上，我们国家道路上行使的超载车辆很多，像京珠高速公路，有的车达到了270kN，在广韶高速公路，有的车辆也达到了170kN左右。显然，这完全超过了我们的设计标准，路面肯定无法承受。所以这个超载车辆，“超载”的问题，确实是我们国家路面面临的一个严重问题。这个问题我和美国一些专家讨论过，美国也有一些重载车，但超载车很少，美国重载车辆一般是在30％左右，但是我们国家的重载车却占到了60％、70％，甚至是70％或80％的比例，所以路面压力很大。看来这个问题要解决需根据实际的荷载来进行设计或验算。使设计的荷载标准和实际使用车辆的标准要相符。另外，在设计指标方面，也存在一些问题。比如说水泥路面是以混凝土板底弯拉应力进行控制，沥青路面主要以表面弯沉进行控制。弯沉可以反映路面整体的承载能力，但它对结构层性能的反映就比较查。水泥路面也存在指标的问题，水泥路面是一个脆性材料，它的变形是在一个很小的变形情况下开始出现断裂。是不是要像结构设计一样，以刚度来控制设计。沥青路面设计指标不完善大家讨论更多，我们现在用弯沉指标来设计，往往沥青层、基层、它的拉力问题不能控制。国外把表面的弯沉改为路基变形的控制有一定道理。我们国家过去测定的表面弯沉70％、80％都是发生在路基。但是有个问题，表面弯沉容易测定，路基弯沉很难做检测，所以怎样使用这个指标这也是一个问题？现在研究用多指标来控制路面结构，这应是今后路面设计的一个趋势，包括把剪切应力、温度收缩应力等都考虑进去。

第三、结构层材料组成的问题，包括石料的规格，石料的品质，石料的级配，这个方面现在控制得不严格。当然实验我们是做了，采用什么级配，有个要求，但实际上到现场以后，这个方面的控制就比较差，再加上我们碎石供应很乱，不像国外实现了碎石商品化，要什么样规格的碎石随时就去买，我们国家不是这样的情况，我国是一边施工，一边在沿途设置料场，给石料控制带来很大困难。希望能够早日的解决这个问题，从而提高石料的品质。再一个就是沥青，沥青供应是比较大的问题。因为我国沥青来源很多，有进口的，有国产的，进口又有很多国外的公司，国内也有很多公司生产沥青，所以往往一条路实际用的沥青品种很多。像广州的某路，它的沥青，能够达到我们规范软化点要求的，只有约50％、60％左右，有些路段甚至更低，40％、50％达不到我们国家最低的要求。因为材料结构组成不合理，造成强度相差比较大，同一个路面，可能这里强度好，那里强度差。路面湿度也有变化，这里不透水，那里透水，同一个路面的问题比较多。这些事情一方面是材料本身造成的，一方面是施工造成的。

第四、从路面结构设计来讲，防水排水系统设计得不完善。我们在表面排水方面做了一些工作，但是在路面结构的排水、路基的排水这个方面还是做得不够，所以往往在路面使用过程中，出现排水结构物堵塞等，导致路面出现沉降、开裂等问题。现在我们国家对排水的问题比较重视了，但是这方面还有继续做好的需要。

第五、施工的问题。往往我们设计一个方案，结构是什么，材料是什么等等，还有很多的指标和要求，但是路面的施工，往往跟我们的设计相差很远。比如动稳定度，我们国家高速公路目前要求，像南方地区3000到3500，但是实际上，有些只有1000多，有些方4000、5000，甚至超过10000，变化很大，这个问题除跟材料有关系外，还跟施工有关系，施工控制不严。路面施工温度可以相差三十几度，这里可能是140，那边可能是100左右，这样压实就比较困难，达不到要求。另外材料本身，施工过程中要是没控制好，容易引起离析。我们国家要求路面使用过程中孔隙率是3％－6％，有些实际做出来不到3％，甚至不到1％，大的可能超过10％，这样对我们路面的使用，带来了很多的问题。孔隙小的易泛油，产生车辙；孔隙大的易透水，产生脱粒、坑洞等。另外关于路面损坏，刚才提到开裂、水损害，应该提出在南方，中部河南、河北以及陕西，车辙破坏也是个问题，有些路使用一两年，车辙达到50、60mm，路面使用不久就要重新铣刨、罩面。

车辙在南方出现比较多，显然车辙问题跟重载、超载关系更大，另外同温度也有关系，像南方的气温，在广东，夏季路面最高的温度达到七十几度，而气温四十度左右，高了三十多度。高温把路面软化了，再加上很重的车上去，肯定要产生车辙。另外材料设计方面对这个问题考虑得还不够。如河北、山东沥青标号为70；广东、广西标号也是70。沥青标号这样全国一致是不合理的。在广东这样的高温地区，使用更硬的沥青，例如50号是完全必要的。这方面问题值得我们研究。

第六、对路面结构层构成的要求上还不是很明确，比如面层3层，现在大部分是4、6、8cm或4、5、6cm，面层十几cm，而面层、中层、下层究竟它的功能是什么呢？它们的合理厚度应为多少，对它们的要求又是什么？现在是不明确的。我国现在还没有公布的沥青路面修订规范稿，开始注意了这个问题。根据路面功能设计的概念，上面层主要是要稳定、要抗疲劳、要防水、要抗滑、要粗糙。中层主要是抗车辙，车辙是个主要的问题。到了下层，主要是疲劳的问题，当然这个概念跟我们的上层下层概念有点不同，但是在我国如果把下层理解成是基层的话，我们的基层现在是半刚性基层，恰恰抗疲劳能力是比较差的，很容易开裂。基层一开裂就形成反射裂纹，反射到路面上就容易使面层开裂，开裂以后造成了很多的问题，比如渗水等。过去我们对反射裂纹花了很多功夫取研究，但一直解决得不太好，对路面结构层的功能问题要进一步研究，弄清楚以后，对不同层次的要求指标要明确，这样才能把面层设计好。轮胎与路面的接触部分是很复杂的，接触应力对面层影响很大，过去我们对面层的材料比较重视，比如改性沥青、石料要求的规格也比较好，施工方面也比较重视，所以这一层相对来讲，承受车辆作用应力相对其他层次，显得要好一些。故目前路面主要问题并不是表现在上层，是在中下层。当然我们不是不重视面层，面层当然要抗滑，要不透水，要稳定，要抗疲劳，对采用的材料要求更高更加严格。但是我们对中、下层的要求也应明确，根据我们近来做的工作，我们建议：在南方要求上面层动稳定度要3500；中面层要3000；下层要800－1000，大长坡和弯道路段不小于1000。老的规范对上面层的要求是800。对下层的材料就没有明确要求。总之，要弄清各结构层的功能和作用，才能够对材料的要求进行控制。

第七、现在还有些新的问题要研究。沥青路面现在有一种叫top－down裂缝，即表面向下的开裂问题。现在研究的大部分是裂纹由上向下发展，反射裂纹是怎样发展等问题。但实际上，调查表明很多裂纹是从上面往下面扩展的。这种裂纹实际上对路面损害比较大，因为一开裂就在表面，表面开裂水就往下走，再加上温度应力，裂纹慢慢扩展，水就流下去，很快会污染到基层了。这个问题过去我们研究很少，在上个世纪八十年代，日本一些专家在论文里面提到过，世界上很多国家都做过调查，像英国的TRRL，他们在八十年代从现场勘测也发现这个问题。另外还有一个问题就是钢轮碾压产生的开裂。日本在八十年代做过研究，日本和加拿大有个叫做寒冷地区的路面修建技术合作项目，他们做过这个研究，钢轮碾压后，路面会产生很多的裂纹，用放大镜就可以看得见。在温度应力作用下这种应力易发展，所以对于这种裂纹我们今后要重视。现在对沥青路面存在的开裂、车辙、水损害等破损现象，经过最近几年的研究，已采取了一些措施，水损害相对要好了些。目前南方主要是车辙，北方开裂。南方有些地方因路基下沉，路基不稳定等等，也产生开裂的问题。但是这些基本不是疲劳引起的裂纹。再一个就是温度、温差的问题引起的开裂。我国路面真正目前达到疲劳设计要求的很少，路面早期损坏的主要的原因不是这个。我们讲超载，应力很大，其应力可能达到抗拉强度的0.7、0.8左右，很容易开裂。

要解决这个问题从路基来讲，要保证路基的稳定性，一些软土地区、盐渍地区的高速公路，往往达不到沉降的要求。一个月5mm，它往往达不到，为了施工的进度，就在沉降未完成的路基做路面，所以往往总承载能力没有达到要求，今后还要进行沉降。从进度跟施工质量要求方面来讲，今后应该怎样去协调，在保证质量的情况下再来谈进度，路面基本的情况才能保证。

从路面来讲，一个是结构，一是材料，要求要更严格。施工方面，如果我们路面施工比较精细，减少或尽量避免离析的发生，路面损害就会更少。有些省份引进了二次分料器，资金投入并不大，但效果很好。从车辙问题讲还是要解决沥青的问题，沥青对车辙的贡献大概有30％到40%，沥青要求粘结力和软化点达不到要求的话，它的情况会很严重，特别是高温情况下，这个问题就会更严重了。所以车辙问题要从结构，从材料组成设计方面等等方面考虑。在八十年代，我国城市道路规范中加入了抗剪指标，但是公路就一直没有加进去，主要是材料的抗剪强度问题，当时因为我们要知道抗剪强度，就要做三轴实验，三轴仪比较少，试验本身也比较复杂。另外一个方面，结构层的抗剪切能力要进行检测，比较难。所以对于抗剪指标问题就一直搁置下来了，我们对材料抗剪方面的要求，要重视起来，这样的话从各个方面来讲就比较完善了。还有一个问题就是超载，现在明明知道这条路不是我们设计的这个承载重量，实际上它跑的是一倍，甚至二倍的荷载，对这个情况怎么办？我们国家一下子要解决超载现象，可能还有困难。这个情况可以从设计方面来采取一些措施，如规定要验算荷载，以超载200甚至300的标准来验收，达不到，厚度满足不了要求，我们对路面进行加厚。当然这样投资会大一点，但从全寿命周期来综合考虑投资问题，这样做是合算的。

主持人：您刚刚提到半刚性基层路面结构，我国高速公路普通采用这种路面结构，您能否向大家介绍一下半刚性基层沥青路面结构的优缺点？半刚性基层在养护、修复中存在什么样的困难？

张教授：半刚性基层路面在我们国家无论是一般公路、还是高速公路，起到很大的作用，这个是应该进行肯定的。我国3万多km高速公路的沥青路面包括水泥路面，基层90％以上都是半刚性基层。半刚性基层在我国公路的建设发展中起了很大的作用。半刚性基层也存在一些问题，但我想要还是先讲优点：半刚性基层强度比较高，相对柔性基层来讲强度高、刚度高，作为承重结构，它是比较合适的。承载、扩散荷载，传到路基，在没开裂之前这方面性能比较好。但是半刚性基层有一个问题，就是抗拉能力相对比较小，另外它的变形能力不太好，它是比较脆的材料。它的刚度比较大，在湿度变化温度变化中所受温度应力比较大，所以在温度荷载，交通荷载，湿度变化的作用下，它容易产生裂缝，开裂以后半刚性基层性质开始变化。这些裂纹很容易形成反射，特别是后期裂纹比较多的情况下，裂纹很容易反射上去，比较短的时间就反射到上面，很多实际工程证明了这个问题。我们曾经做过光弹实验，“七五”攻关研究沥青面层最小厚度应该是多少，也就是要从反射裂纹的角度来考虑，反射裂纹反射上去要保证一定的使用时间，表面路面厚度应该是多少。我们通过光弹实验和一些力学分析确定了路面最薄厚度12cm。当然那是根据七五那个时候的交通荷载等实际情况，从技术方面我们做光弹实验，还是有点根据的。但是现在我们的交通量，在重载、超载的情况下，12cm应该会薄了一点，现在这种交通量、这种荷载下，可能不能保证我们的使用寿命。为了防止反射裂纹，实际上我们“七五”还做了一些研究，例如如采用级配碎石、土工布和应力吸收层作为中间过渡层等一些措施，到最近，差不多20年的时间，仍还在摸索。研究反射裂纹，如何来延缓它，完全防止是不可能的，怎样延长它的扩展时间，使它的裂纹反射到面上的时间比较长，保持表面比较长的时间不会开裂，在这方面做了很多的工作，也取得了一些成果，但是这个问题到现在还没有完全解决。

半刚性基层的路面，基层修建的时候会产生很多干缩、温缩裂纹，这些裂纹反射上去，造成了路面损害，这是目前对半刚性基层沥青路面大家认为它不足的地方。半刚性基层沥青路面还有一个问题，就是半刚性基层上的沥青路面厚度不能太薄。因为半刚性基层到了后期强度比较大，特别是到夏天的时候，产生上面软下面硬倒装结构，象擀面一样，很容易产生推移。所以我们过去修的像二、三级路面往往产生波浪变形。这个是半刚性基层沥青路面使用的过程中存在的一些问题。

半刚性基层沥青路面在使用的过程中，针对它的开裂，我们采取了一些措施，比如增加粗集料含量、切缝等。但是大家认为这个问题还没有完全解决。我国的半刚性路面，还有一个问题就是基层软化、甚至唧泥等问题比较明显。这是我们国家的一些经验，另外国际上，像英国，欧洲、美国，他们做了一些实验，也用过半刚性基层，也发现了它的一些问题。现在欧美一般基层不采用半刚性，它把半刚性作为底基层，放在下面，基层采用沥青稳定基层，这样比较合理一些。半刚性基层在施工过程中也发现了一些问题，比如透层油渗透比较困难，还有半刚性基层表面容易产生灰尘，产生灰尘以后如果施工的时候清理不干净，就影响了粘层与半刚性基层的粘接。另外路面开裂以后，水下去就容易损坏。半刚性基层产生问题以后，必须要把它全部挖掉才能修复，这样就有些困难。现在我们的讲半刚性基层，我的观点是我们国家要因地制宜来考虑这个问题。如果条件合适，有些地方还是可以用半刚性基层，不是一概否认这个观点。但是半刚性基层一统天下也是不对的，所以开展柔性基层的研究是完全必要的。

主持人：您在柔性基层沥青路面结构设计方面研究很深，请您给大家介绍一下与半刚性基层沥青路面相比，它有什么优缺点？

张教授：谈到柔性基层和半刚性基层相比，柔性基层包括的沥青稳定碎石、沥青混凝土还有级配碎石做的基层。但柔性基层跟半刚性基层来比，因为它是比较柔的，所以它的温度变化产生应力影响方面的情况要比半刚性基层相对要好一点。同时湿度变化影响也要小写，所以它一般不会出现反射裂缝问题。其次，从它的结构层受力来讲，柔性基层对面层的设计要好一点，半刚性基层的后期强度要好，沥青面层相对比较软，刚度小一点的，所以造成下面硬、上面软，容易产生车辙，对面层是不利。但是柔性基层模量是按照一定比例下来，模量变异性不大，一般不会有这个问题。这也是柔性基层的一个优点。再次，从层间结合情况来讲，柔性基层与沥青面层结合一般不存在问题，所以对沥青受力方面是比较有利的。另外，柔性基层抗疲劳能力要好一些。

柔性基层跟半刚性基层不一样，由于比较柔不会有反射裂缝问题，另外如把半刚性基层作底基层，中间做一个碎石基层，上面做面层，也可以缓冲反射裂纹的产生。碎石主要是抗压，它不不能受拉，他的强度与侧压力和下垫层强度有关。现在我们研究级配碎石怎么用？碎石直接放在路基上或者放在半刚性基层上，哪种结构比较合适？这个问题要研究，工程师要总结这个问题。我们国家沥青层如做得比较厚，沥青材料的价格可能是个问题。我认为级配碎石放在上面，下面半刚性底基层主要解决承重问题，承重问题解决了，沥青层厚度就减薄，不能靠整个沥青层来承载。柔性基层我们现在研究得比较少，做过一些实验，比如大粒径碎石做基层，在河南焦作了一段试验路上进行比较研究过。大粒径碎石做基层抗压、抗疲劳的能力还是可以的。大粒径基层在山东、江苏也做过很多的实验。我国目前3层的面层结构，如果下面层改做大粒径碎石基层，半刚性基层做底基层。整个沥青层的厚度也不会太厚。另外反射的问题可以通过大粒径碎石来缓冲。如果完全照现在功能设计的概念，完全以沥青层来承担应力，路面使用寿命可以达到40－50年，在这几十年里，不要动下面的层次，只要铣刨到表面层即可。韩国做了全厚式沥青路面研究，要42cm左右才能保证路面使用40－50年。42cm对于我们国家来讲造价上有一定困难。我们可能不能完全照这个来做，现在研究长寿命问题，怎样结合我们国家的实际情况，提出一个合适的结构组合？不一定要40年，我们若能保证20年、30年就很好了，经济上国家也承受得了，这里还是有很多工作要做。

我不是否定半刚性基层，有些场合、有些情况半刚性基层还是可以用的，应该用的，当然我们有些情况还是需要用柔性基层，使我国的路面结构不至于那么单一，如果半刚性基层包打天下，厚度也差不多，面层是4、6、8，基层是20、30、40，全国气侯变化那么大，交通情况、环境、地质条件变化那么大，路面到最后全部都差不多，这种情况肯定是有问题的。还有排水问题，现在我们基层可以做排水基层，解决排水的问题，采用柔性基层，可以做成排水的，上面的水下来了，从路肩可以排出去。这也是考虑柔性基层的一个优点。

主持人：您能否介绍一下我国沥青混合料组成设计的情况，目前Superpave技术在我国的应用和发展情况是怎样的？

张教授：沥青混合料组成是比较重要的问题，我们规范的混合料类型、从结构上可以看出其发展问题。我国先是采用AC，后两年采用AK，后面又采用SAC。AC用了以后，它的抗滑不够，比较光，高速公路抗滑达不到要求。AC从级配来讲，细料比较多，粗料比较少，所以最后造成混合料比较细，比较光容易冒油，也容易产生车辙。后面增加粗料，减少细料，所以就采用了AK抗滑面层。抗滑问题解决了，但是出现了孔隙率大，出现了早期的水损害，最早在河北一条高速公路上出现。当时在孔隙率这方面并没有太重视，当时只考虑粗、抗滑这方面去了，透水的问题也没有很注意。后来各个单位感觉到有问题了，又把粗料减少，细料增加，走中间路线。级配调整了，有的地方叫做AK1型或AK什么型等等，在前面加一些其他的符号，它不好把AK这个名字改掉，因为它改掉以后，审查有问题。所以在前面加一个符号，表示与AK的规范不同，级配不同。后来沙庆林沙院士就提出SAC，他还专门出了一本书。SAC针对AC、AK存在的问题：AC粗料少，AK粗料多，所以等于是粗料减少一点，细料增加一点，保证空隙率基本在我们要求的范围内，抗滑方面能够满足要求，构造深度也达到了要求，还有其它指标方面也合适，这样就提出了一个比较中性化的建议。从真正的混合料结构来讲，实际上AC是密实悬浮结构；到AK实际上我们是增加了骨架，但是孔隙多了，细料填得不够，没把孔隙填起来，AK是密实骨架孔隙结构，到SAC骨架密实结构，现在是骨架为主，细料的孔填起来，密实还有一个孔隙的要求，3－7％的要求。我们讲比较理想的是骨架间断密实结构。包括我们现在Superpave技术，实际上也是骨架密实结构。它主要靠纤维、沥青、矿粉即沥青马蹄脂，填充骨架嵌挤形成的孔隙。骨架嵌挤结构比较稳定，又不至于漏水，同时它比较粗糙，抗滑能力满足了。骨架嵌挤结构空隙多一点，光沥青还不行，还要靠纤维，把沥青矿粉稳定在那里，否则它要漏下来，不加纤维，性能就达不到要求，所以我们国家慢慢发展骨架嵌挤密实结构，当然这个是间断的不是连续的，使骨架组成的空隙大部分填充起来，又不至于透水，这是沥青混合料在我们国家发展的一个情况。当然这个结构要保证其结构稳定，除靠级配外，还要靠骨料的强度和沥青的粘度。骨料太软了，沥青太稀，结构就不稳定。

Superpave技术是美国SHARP研究的一个成果，它是1993年发布的，1993正式发布以后，应该讲在世界各国引起了比较大的反响。Superpave我感到它有些情况可能还要进一步研究。Superpave实际上有三个水平，即按LEVEL1、LEVEL2、LEVEL3，现在我们用的是LEVEL1，LEVEL2、LEVEL3包括美国都还没有实际应用，还处于研究阶段。LEVEL1实际上是一个体积设计法，各个组成部分，矿料多少、沥青多少、矿粉多少，跟我们现在的设计基本上是一样的概念，它是体积组成的参数设计。它要设一种比较合理的混合料。Superpave提出了两个东西比较引人注意，一个是级配线上设定了几个控制点，几个控制点必须要通过。另外有一个禁区，级配曲线不能进到禁区里头去，进到禁区里头的话，混合料性能比较差，且有“驼峰”的性质。控制点和禁区，各国有不同的看法，另外走禁区的下面还是上面，这也是一个问题，有的认为走下面好，有的认为走上面好，所以对禁区的问题，现在还有争论。至少他们提出了这个问题，后来他们在足尺试验中也发现了一些问题。另外一点，混合料试件成型采用“旋转压实”法，与轮胎软化作用接近。

Superpave混合料的检验指标与马歇尔也不一样，Superpave以路用性能指标确定沥青用料，即用疲劳开裂，车辙、低温抗裂来控制。另外还有一个叫做水敏感性实验，这个实验规定它的孔隙率为7％，因为他们作了很多的调查，压路机压过以后，大部分在7％左右。这与现有马歇尔试验法不一样的。

现在我们用的Superpave有一个限制，LEVEL1交通量限制在1800万次80kN标准轴载。我跟沙庆林院士讨论过这个问题。Superpave的设计要适应轻交通的情况，如果是重交通，要做LEVEL2、LEVEL3的检验。我们国家从交通情况来讲，一般要超过它的这个规定，这是存在的问题。用于LEVEL2、LEVEL3的设备，我们引进了些，江苏交科院等也买了一部分设备，但未开展广泛的工作。国内有些单位可能没有很好的注意这个问题，直接将Superpave设计用在高速公路，设计的路面出现了一些问题。现在还有一个问题，就是用马歇尔实验法进行Superpave的设计，山东做了比较系统的工作，他们认为可以。但是这个方面的问题，我们认为还要做一些更深入研究。主持人：改性沥青在中国公路建设市场的应用时间很短，但发展势头非常迅猛，您怎么看待这种发展？有人认为大量使用改性沥青可以提高路面使用质量，延长公路使用寿命，促进整个公路事业的发展，您是怎么看待这个问题？

张教授：我认为改性沥青要解决的问题，从粘结力方面，没有多少改变，这个做过很多的实验，主要解决软化点问题。普通沥青软化点大概是50左右，我们国家南方路面温度可达60、70度，就肯定要提高软化点。

另外还有一个好处就是对弹性恢复有改善，改性沥青做出来的混合料不但性能得到提高，弹性恢复比我们普通沥青混合料好。

在我国南方，气温比较高，降雨比较多、比较湿润的地方、比较热的地方，高速公路重载也比较多的，交通量比较大的路面，用改性沥青我认为还是有必要。现在有些路，使用改性沥青以后，跟不使用改性沥青做了一些比较，说明用改性沥青还是有好处的，比如京珠南高速公路，它最近要大修，它有几段，基本没有车辙，它用的就是改性沥青，同样的气侯条件、交通条件，有的路段有40、50mm车辙，甚至更深。这个说明改性沥青在这里还是起到了一定的作用。长沙到临湘的高速公路我们用的是双层改性沥青，上层下层全用，并修了12mSMA试验路，经过3年左右使用，特别是前2年的高温，路面基本上没有车辙。这条路2005年获得了詹天佑奖。当时讨论方案的时候，有些同志反对，认为没有必要，但是当时我们坚持，像京珠南高速公路重、超载比较严重的情况，用改性沥青还是比较好的。改性沥青多花一点钱，但是从全寿命费用来考虑，考虑养护费用、运输费用等其他的费用的话，还是合算的。

主持人：您在沥青减薄技术方面颇有研究，您能否给大家介绍一下我国沥青减薄技术的发展情况？以及与国外发达国家相比有什么优势和不足之处？

张教授：要看怎么看这个问题，我想不能笼统的说沥青减薄问题，现在看来，我们国家的沥青面层，它最早的4+5+6cm，后来是4+6+8cm，沥青面层从造价上讲要提高一些，建设费用要提高，但是从保证路面使用品质来讲，可能厚一点的面层，从今后的减少养护等费用来讲，可能还是划算的。不能笼统地讲沥青路面厚度的问题，广深高速公路路面32cm，用了十多年，前年我们学校参加做了一次维修，仅表面上冼刨了，车辙基本没有，冼刨以后重新铺40mm的SMA。与我们国家比较薄的路对比，修2、3年就大、中修，肯定值得借鉴。我们不一定搞30几cm，但是沥青的厚度，从经济技术几个方面综合来考虑，应该可以找到一个比较合适的厚度。现在我们采用4+5+6cm或4+6+8cm的面层厚度，应该说根据不足。

提到沥青减薄，有些叫超薄面层，最早在法国，做了1.5cm，一般2.5－5cm叫薄沥青面层，它不是整个路面结构，只是上面的一层，就是磨耗层，所以大部分是用来养护、维修的，当然现在存在一个问题，就是沥青路面结构，磨耗层要多少mm才合适？现在是4cm。当然这个磨耗层要维修，是不是可以罩面？现在养护用1、2cm的稀浆封层还有同步碎石。目前主要是水泥路面的维修问题，水泥路面上的沥青罩面层，我们国家现在做的大多是10－12cm，主要是保证沥青层的稳定问题，不至于发生推挤、剪切。印尼开发了一种超柔性沥青superflex，这是严重综合改性沥青。今年8月份我们到印尼去考察了一下，它做的路面是2－4cm，最长的用了8年9年。在雅加达市中心到港口的一条高速公路上，交通量在20万辆/天，也有超载车辆，但是没有我们国家这么严重，重载车辆为20%－30%，路面使用情况良好。最近我们买了150吨印尼这种超柔性沥青，将在广东的肇庆的旧水泥路面和半刚性基层上做试验路，我们做了3、4、5cm。目前准备工作都做好了，带天气好即可施工。如果水泥路面上沥青路面能做到3cm、4cm，用8、9年，就非常好了。现在很多的水泥路面，包括早期修的一般道路和高速公路、水泥路面上，跑了几年以后，磨的比较光，这些都存在需要罩面的问题。另外是隧道，隧道用水泥路面，修得比较光滑，容易发生交通事故，他们现在想这个问题怎么解决。沥青做厚了，净空有问题，能够做薄一点的话，既能够解决抗滑问题，又不影响车辆通行。再一个是桥面，我们很多的水泥桥面，桥的重量问题。

沥青路面设计原理 篇3

摘要：介绍了Superpave混合料的详细设计过程和检测数据。通过对设计实例的探讨，以求指导路面设计与施工。

关键词：Superpave 配合比 设计 施工 应用

0 引言

Superpave（Superior Performing Asphalt Pavements）即高性能沥青路面，它是美国公路战略研究计划(SHRP)的重要研究成果。由于采用了新的沥青混合料设计方法，其集料级配更趋于嵌挤、密实，高温稳定性好，适于交通量大和抗车辙要求高的公路。在施工确保合适空隙率的前提下，抗水害性能和抗疲劳性能也较好。本文以在江苏南通204国道海安段扩建工程的改性沥青混合料Sup20下面层配比设计为基础，对 Superpave混合料设计方法进行探讨。

1 原材料

所用1#、2#集料为浙江长兴产石灰岩，3#、4#集料为宜兴佳乐产石灰岩，沥青为泰州中海产70＃道路石油沥青，矿粉为溧阳中亚产，进行集料性质试验和沥青的密度试验。

2 设计集料结构的选择

2.1 集料筛分及配合比设计 依据Superpave设计方法，在选择设计集料结构时，首先调试选出粗、中、细三个级配，根据集料的性质算出三个级配的初始用油量。然后用初始用油量成型试件，根据试验计算出三个级配的沥青混合料在空隙率为4%时的沥青用量及相应体积性质、矿料间隙率（VMA）、饱和度（VFA）、矿粉与有效沥青之比（F/A）等。级配曲线见图1。

2.2 试验级配的评价 根据各个级配的估算沥青用量和以往经验，用4.2%的沥青用量成型试件，普通沥青混合料的拌和及成型温度由粘温曲线确定，采用旋转压实仪成型试件，设定旋转压实仪的单位压力为0.6MPa。根据交通量数据选择压实次数N最初=8次，N设计=100次，N最大=160次。根据Superpave设计标准，在进行估算用油量成型试件时，将旋转压实次数设定在N设计，本次试验为N设计=100次，依据估算沥青用量下各级配旋转压实试验结果可以得出级配1、2满足Superpave设计要求，根据经验选择级配2为设计级配。

2.3 选择设计级配的沥青用量 所谓设计沥青用量就是指在设计旋转压实次数下得到空隙率为4%的沥青用量。根据Superpave 设计方法，选择四种沥青用量，它们分别为Pb、Pb±0.5%、Pb+1%。根据经验取Pb为4.2%，因此四个沥青用量分别为：3.7%、4.2%、4.7%、5.2%，试验结果见表1。在试验时，压实次数应设定在N设计，本次N设计=100次。

根据表4中，3.7%、4.2%、4.7%、5.2%四个沥青用量的体积性质，由内插法可知沥青用量为4.2%及其对应的体积性质。

2.4 验证 在4%空隙率下得到的最佳沥青用量为4.2%，依据得到的沥青用量，成型试件，验证该沥青用量在最大压实次数N最大=160次时，对应的体积性质指标，结果汇总于表2。

2.5 设计结果 通过以上试验和分析，选定级配2为设计级配，配合比为1#:2#:3#:4#:矿粉=29.0%:32.0%:14.0%:23.5%:1.5%。其对应的混合料体积指标见表3。

2.5.1 马歇尔试验结果汇总表 依据Superpave设计方法得到的沥青混合料，采用马歇尔试验方法成型试件，得到对应的马歇尔指标，试验结果汇总于表4。

2.5.2 高温稳定性试验、水稳定性试验 为了检验Sup20沥青混合料的高温稳定性、水稳定性，按照有关规范进行了60℃车辙试验、浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂试验，均符合要求。

2.5.3 目标配合比设计结论 采用委托单位送样的集料、矿粉和70＃道路石油沥青等原材料，按照美国Sup20标准确定配合比为1#:2#:3#:4#:矿粉=29.0%:32.0%:14.0%:23.5%:1.5%，沥青用量为4.2%（油石比为4.4）。通过旋转压实与马歇尔试验验证，其空隙率、VMA、VFA（饱和度）等均能满足要求；通过车辙试验得到其动稳定度满足要求；由浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验知，该级配抗水害性能满足要求；因此本次目标配合比设计结果可作为生产配合比设计依据。

2.5.4 生产配合比调试 先对料场上进场原材料进行重新筛分，以验证目标配比结果的代表性和集料级配的稳定性。经对比，做目标配比的原材料样品与进场原材料矿料比例不变。生产设备是一台边宁霍夫4000型沥青拌和楼，设定拌和楼产量为260吨/小时，根据以往施工经验以及矿料比例，确定各冷料斗皮带转速分配比例为：1#料：2#料：3#料：4#料=42：47：28：34，再对拌和楼热料仓出料进行集料筛分试验，最后确定各料仓比例为：1#仓：2#仓：3#仓：4#仓：5#仓：矿粉=29：11：21：12：25.5：1.5。根据目标配比设计结果，分别用3.9%、4.2%、4.5%的沥青用量进行旋转压实试验，压实次数设定在N设计=100次，通过计算各项体积指标（数据略），确定最佳沥青用量仍为4.2%（油石比为4.4），并对最佳油石比进行马氏试验验证、水稳定性检验，确定为最终生产配比。经过拌和楼试拌，混合料各项试验数据均满足要求。经试铺，拌和楼出料和摊铺后现场检测各项指标均较理想。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范.（JTG F40-

2004）.

[2]中华人民共和国行业标准.公路工程沥青和沥青混合料试验规程.（JT

J052-2000）.

沥青路面设计方法 篇4

关键词：设计法,沥青路面,经验法,建议

1 简介

沥青路面设计方法最初为古典法, 后来经过不断的发展, 逐渐形成了目前被大多数国家采用的经验法和力学—经验法两大类设计法。经验法主要依赖于试验结果和实际的路面使用情况以及相关的工程经验;而力学—经验法建立力学模型, 在考虑实际的道路环境、交通荷载以及材料特性等因素之后, 把理论分析与实际经验结合起来, 计算并设计路面结构[1]。

本文简要介绍经验法中的CBR法和AASHTO法及力学—经验法中的Shell设计法和AI设计法。

2 经验法

经验法通过对试验路或使用道路的试验观测所得的大量数据结果的整理分析, 建立起荷载与路面结构以及路面性能之间经验关系, 使用此经验关系进行路面结构设计。其中最典型的两种为CBR法和AASHTO法。

2.1 CBR设计法

加州承载比CBR (California Bearing Ratio) 法, 是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。CBR法是美国加州工程师Porter在1929年提出的。CBR设计法用材料抵抗局部荷载压入变形的能力来表征材料的承载能力, 并且设定了标准碎石的承载能力为标准, 以材料的承载能力与标准碎石的承载能力的比值百分数作为CBR值。CBR值后来也被用于评定土基的强度。通过CBR试验得出路面的CBR值, 再结合路面的实际状况, 可以得到CBR值与实际交通荷载以及路面结构之间的经验关系, 并依此来进行路面结构设计[2,3]。CBR法对于后来的沥青路面设计方法最大的贡献就是提出了CBR值作为表征路基土和路面材料的力学性质的参数指标[4]。因为此方法有比较完善的图表来确定沥青路面厚度, 应用时非常便捷, 所以受到了众多工程技术人员的欢迎。美国陆军工程兵部队在二战时曾采用CBR法, 日本目前所采用的沥青路面设计方法也是参照了CBR法制定的, 而且目前CBR法仍然是美国联邦航空局 (FAA) 的机场沥青路面设计方法。但是, CBR设计法也有很大的局限性。CBR值不能直接度量材料的承载能力, 因为它没有直接的理论依据, 仅仅是一个经验性的指标。而且在实际使用中, 路基土的工作状态通常是处于弹性范围内的, 但是CBR值却不能有效的反映弹性变形[5]。

2.2 AASHTO设计法

AASHTO法是根据20世纪50年代末60年代初在渥太华和伊利若斯州进行的大规模道路试验的结果得到的。AASHTO设计委员会于1961年先提出暂行设计指南, 现已有1972年修订版, 1986年版和1993年版以及200X版。对于路基土的性质, AASH-TO法主要考虑其回弹模量。AASHTO法提出了结构数的概念, 它是反映路面结构强弱的指标, 反映了路面各结构层层位、材料及厚度与路面结构强度之间的对应关系。AASHTO法最大的贡献是首次提出了现时服务能力指数 (PSI) 的概念, 反映路面的实际状况以及使用性能。由大约5人~10人的评分小组进行评定后, 综合考虑小组的主观评价与客观评价而得到的评分, 即为PSI值, 以此来量化的反映路面的实际状况[6,7]。AASHTO法采用的设计控制标准为使用年限末的路面现时服务能力指数。AASHTO法建立了不同轴载之间的等效关系, 使轴载大小与交通量大小对路面的作用建立了合理的关系, 解决了之前设计方法中一直难以解决的交通荷载问题。提出了路面结构数SN与加权轴载通过次数N之间关系的基本方程。初步确定了不同路面层材料的结构层系数, 还引进了地区系数的概念, 给以后的设计方法提供了有益的启发。但是, PSI只能反映路面的使用性能状态, 不能准确描述路面的结构性损坏。AASHTO法没有考虑路面的维修改造内容, 而且试验当时所考虑的交通荷载也不能和现在的交通量相比[8]。

3 力学—经验法

力学—经验法首先将路面简化为理想的结构图式或力学模型, 并将行车荷载和环境因素的作用典型化, 即转化为代表值或等效当量值, 采用结构分析理论 (如层状弹性体系理论等) 和计算方法 (有限元等) , 建立起荷载作用和路面结构反应之间的计算模型和公式, 作为分析各结构设计变量对设计控制指标的依据, 按设计要求设计路面结构。而设计标准和设计参数的选取, 则是通过实际工程经验或试验路的实测数据整理、修正得来。其中最为著名的有壳 (Shell) 法和美国沥青协会 (AI) 法[6,7]。

3.1 Shell设计法

1962年, 壳牌公司提出以弹性层状体系代表路面结构, 计算分析圆形均布荷载作用下的应力、应变和位移值, 把面层底部的拉应变以及路基顶面的压应力或压应变作为设计指标, 分别控制疲劳开裂和车辙[6]。对于路面结构以及材料, Shell法所考虑的参数主要有各层的厚度, 材料的动态模量、泊松比以及体现材料粘弹性性质的劲度模量。路基动态模量可以用动态弯沉试验在现场测定, 也可以在室内通过三轴试验测定。如果受试验条件限制, 也可以用CBR试验法或承载板试验法, 并结合以往相关工程的经验进行选择。温度等环境因素的影响体现在其对沥青混合料模量的影响上[9]。取沥青层底部和路基顶部的轮中心点下方和轮际中心点下方两处为计算应力与应变的最不利位置。Shell设计法的两项控制标准分别如下:Nf=[ (0.856Vbit+Smix-0.36) /εr]5。Nf= (a/εz) 4。其中, Nf为累计标准荷载作用次数;Vbit为结合料的体积比;Smix为沥青的劲度模量。沥青层永久变形为:Δh1-i=Cm×h1-i× (Z×δ0) /Sm-i。其中, Z为应力分布系数;δ0为轴载压应力;Sm-i为第i层的劲度模量;Cm为修正系数, 在Shell路面设计手册中可以查得[10]。

3.2 AI设计法

AI即美国地沥青协会。AI设计法没有考虑水平荷载, 路面模型为双圆垂直荷载下的多层弹性体系。路基土的泊松比为0.45, 其他材料的泊松比为0.35。对于路基土和粒料材料, 考虑其回弹模量;对于沥青混合料, 则考虑其动态模量。以温度对沥青混合料劲度模量值的影响来体现环境因素的影响[6,7,11]。

与Shell法相同, AI法所采用的设计标准也是控制疲劳开裂的沥青层底部的水平拉应变和控制永久变形的土基表面的竖向压应变[12]。AI法设定沥青占总体积的11%, 空隙率为5%的混合料为标准混合料, 并给出了其疲劳方程:Nf=0.001 5 (εθ) -3.291|E*|。其中, Nf为允许荷载重复作用次数;|E*|为动态模量。非标准混合料的疲劳方程则可以根据实验室的疲劳试验结果修正为:Nf=0.001 5 (εθ) -3.291|E0.854|C。其中, C为沥青混合料的空隙率与沥青体积率的函数。C=10M。M=4.84[Vb/ (Va+Vb) -0.687 5]。控制车辙的允许荷载重复作用次数可由Nd=1.365×10-9 (εz) -4.477计算。

4 目前我国的沥青路面设计方法

目前我国的沥青路面设计采用力学—经验法, 以双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系为计算模型, 各层面之间的接触状况按照连续体系处理。在弹性层状体系理论的基础上, 以路表回弹弯沉值和整体性材料层底弯拉应力为主要设计指标。路表回弹弯沉表征了路面整体的强度与刚度特性, 整体性材料层底的弯拉应力则用来控制疲劳开裂。路表回弹弯沉的计算点选在轮隙中心点, 沥青混凝土面层和半刚性材料层底拉应力计算点的位置为单圆中心点、单圆半径的1/2点、单圆内侧边缘点以及双圆间隙中心点[13]。设计时, 首先以路表回弹弯沉作为首要指标进行设计, 然后再用沥青混凝土面层和半刚性材料层底弯拉应力来验算并加以修正。交通荷载采用重量为100 k N的双轮组单轴轴载为标准轴载。在计算中, 各层材料的模量均采用不利季节的抗压回弹模量。沥青混凝土和半刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验得到的劈裂强度。

5 建议

旧沥青混凝土路面改造设计探讨 篇5

旧沥青混凝土路面改造设计探讨

文章主要以一段公路改造设计实例来介绍旧沥青路面改造设计设计步骤,旧沥青路面加铺层的`设计原则,沥青路面前期处理方案,设计中的限制条件以及加铺方案的确定,通过对弯沉实测数据分析,选择合理的加铺方案,对同类工程改造设计具有参考价值.

作 者：高文号 GAO Wen-hao 作者单位：安徽省交通勘察设计院,安徽,合肥,230011刊 名：工程与建设英文刊名：ENGINEERING AND CONSTRUCTION年，卷(期)：200923(3)分类号：U416.217关键词：旧沥青路面 弯沉检测 结构强度 回弹模量

沥青路面结构层半刚性基层设计 篇6

【关键词】半刚性基层；沥青路面；设计

随着我国经济的发展，高等级路面特别是高速公路路面的结构、材料、设计、修筑、检测技术在不断进步和走向成熟。为适应交通量日益增加和车辆荷载逐渐增大的需要，半刚性基层成为当前的突出代表， 除少量水泥混凝土路面外， 高等级公路几乎全部采用半刚性基层。半刚性基层是指采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层。常用的半刚性基层材料有石灰稳定土类；水泥稳定土类；石灰工业废渣稳定土类基层。半刚性路面结构具有强度高、刚度大、水稳性好等优点， 与传统的柔性基层沥青表处路面， 无论是力学特性、破坏模式都存在着明显差异。

1. 结构组合方案设计、分析

1.1土基试验及设计参数的确定。

土基的强度与稳定性直接影响道路结构性能及其使用寿命 ，为此，在工程设计时应对公路拟采用的填筑材料进行一定的物理性能、静力特性试验 ，并提供该填筑材料的物理性质试验指标、常规力学试验指标、固结排水剪三轴试验的非线性变形指标。不同路基状况的土基回弹模量设计值 ， 可根据室内试验法、换算法等 ，经综合分析、论证来确定。若该土基已成型则可按《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）的规定确定。应确保土基回弹模量的设计值不低于 30MPa ， 否则应根据具体情况掺加水泥、石灰、二灰、砂砾进行处治。

1.2结构方案选择。

1.2.1面层类型选择。

面层直接经受行车荷载和气候因素的作用 ，应具有较高的强度、刚度、耐磨、不透水和高低温稳定性，并且其表面层还应具有良好的平整度和粗糙度。除承载能力外 ，半刚性路面的行驶质量或使用性能主要取决于沥青面层 ，要求沥青面层裂缝少、车辙轻、平整、抗滑性能好和经久耐用。沥青面层能否达到这些使用要求 ，与所用沥青、沥青混合料的类型和性质以及沥青面层的厚度有密切的关系 ，应该根据各种沥青混合料的特性来选择合适的面层结构。

1.2.2基层类型及材料的选择。

基层是主要承受竖直应力的承重层。基层的强弱和好坏对整个路面，特别是对沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的基层，必须具备有足够的强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性小、平整度和与面层结合良好等基本条件。国内外的经验表明：沥青路面的整体承载力完全可以通过半刚性基层材料予以满足，沥青面层仅起功能性作用。因此，当半刚性基层达到一定的厚度时，增加沥青路面的厚度对路面整体承载力提高很少。有关资料表明沥青路面厚度从9cm增加到15cm对路面整体承载力无影响。就强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性来说应使用水泥稳定粒料。

1.2.3底基层类型及材料的选择。

底基层是主要承受竖向应力的次承重层。底基层的强弱和好坏对整个路面，特别是沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的底基层，必须具备足够的强度、水稳定性、抗冲刷能力等基本条件。根据工程的实际情况和当地材料实际情况，可采用水稳碎石或级配碎石做底基层； 同时，作为半刚性基层和路基的过渡层。

2. 结构选择的基本原则

结合调查路段的路面结构和实际的使用状况，以及国内外半刚性基层沥青路面实体工程设计，半刚性基层沥青路面的承载能力主要依靠半刚性基层。因此承载能力改变时主要通过改变基层的厚度来实现。沥青面层的厚薄主要考虑道路等级交通量的影响，为此，可得出半刚性基层沥青路面典型结构沥青面层、基层、底基层厚度改变的基本原则。

（1）沥青面层总厚度控制在6～16cm。对相同交通等级，不同的路基等级，基层或底基层厚度不同；不同的交通等级，相同的土基等级要改变沥青面层的厚度。

（2）基层或底基层厚度变化尽可能考虑施工因素，即施工作业次数最小。

（3）不同的交通等级，主要改变基层或底基层的厚度，并且综合考虑造价因素。

（4）材料选择应结合当地实际，基层一般采用水泥稳定粒料，底基层则采用水泥稳定粒料或级配粒料。

3. 结论

通过实际工程的调查、测试、分析和总结，提出高等级公路半刚性基层沥青路面结构设计注意事项。（1）选择典型结构时应根据土基、交通量状况及路面使用材料确定典型结构。（2）面层宜采用中粒式沥青混凝土。（3）基层宜采用二灰碎石或水泥稳定粒料。（4）从施工最小工序数 ，公路投资最小的角度考虑 ，尽可能通过改变底基层厚度来满足结构强度要求。

参考文献

[1]《高等级公路半刚性基层沥青路面》人民交通出版社 1998.

沥青路面设计工程实例探讨 篇7

沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料, 使矿料之间的粘结力大大加强, 从而提高了混合料的强度和稳定性, 使路面的使用质量和耐久性得到提高。沥青路面表面平整、坚实、无接缝、行车平稳、舒适、噪声小;其强度可以调整, 以适应不同交通量的需要;沥青面层的透水性小, 特别是密实沥青混凝土面层的透水性很小, 能大大防止地表水进入路面基层和路基, 从而使路面的强度稳定。但这同时也使得土基和基层内的水分难以排出, 在潮湿路段如果路面结构处理不当易发生土基和基底变软, 导致路面破坏。

沥青路面设计指标建立在对路面破坏分析的基础上, 其目的是控制路面的结构性能, 以保证路面在设计使用年限内处于一定的工作状态。路面设计指标直接控制了路面结构。沥青混凝土路面的主要破坏形式可以归纳为疲劳开裂、永久变形、温度开裂3类, 但大多数设计指标主要是针对荷载疲劳开裂, 部分设计指标针对永久变形, 但不够成熟。本文结合实际工程的路面设计, 对沥青路面在设计上的一些问题进行探讨。

盘锦市新建某条汽车专用二级公路, 经调查, 沿线所在地区地下水平均埋深为2.9 m;交通量年平均增长率为7 %;沿线各种材料供应充足。

1 确定累计当量轴次

查询JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》规定的轴载换算结果表。根据设计规范, 二级公路沥青的设计年限可设为15年, 双向4车道的车道系数取值为η=0.45。交通年增长率为r=7 %。按设计弯沉值计算沥青层底拉应力中的累计当量轴次:

undefined (次)

按半刚性基层层底拉应力中的累积当量轴次:

undefined (次)

由上可见, 按设计弯沉值计算偏于安全。

2 路面参数确定

首先, 确定结构等级和面层类型。根据设计任务书的要求及交通量设计年限内累计标准轴次Ne=100～200万次/车道, 根据JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》, 二级公路路面等级为次高级路面, 面层类型为沥青混凝土。其次, 选取结构的组合与材料, 由计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为5 852 572次, 根据规范推荐结构。考虑到公路沿途有大量的碎石且有石灰供应, 路面结构面层采用沥青混凝土 (厚度约为10 cm) , 基层采用水泥碎石20 cm, 底基层采用石灰土 (厚度待定) 。

根据JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》, 二级公路可采用两层式沥青面层, 上面层采用中粒式密级配沥青混凝土 (厚度4 cm) , 下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土 (厚度6 cm) 。最后确定各层材料的抗压模量与劈裂强度。抗压模量取20 ℃时的模量, 各值均取规范给定范围中的值, 中粒式密级配沥青混凝土为1 200 MPa, 粗粒式密级配沥青混凝土为1 000 MPa, 水泥碎石为1 500 MPa, 石灰土为550 MPa。各层材料的劈裂强度, 中粒式密级配沥青混凝土为1.0 MPa, 粗粒式密级配沥青混凝土为0.8 MPa, 水泥碎石为0.5 MPa, 石灰土为0.225 MPa。该路段处于 (Ⅴ4) 区, 为砖红黏质土, 稠度1.10 Pa·s, 查规范得到二级自然区划各土组土基回弹模量参考值。查得土基回弹模量为38 MPa。

3 设计指标确定

路面弯沉值根据 (1) 式确定:

ld=600N-0.2eAcAsAb (1)

该公路为二级公路, 公路等级系数为1.1。面层是沥青混凝土, 面层类型系数为1.0, 半刚性基层, 底层总厚度>20 cm, 基层类型系数取1.0。

ld= 600×5 852 572-0.2×1.0×1.1×1.0=29.25 (mm)

各层材料的容许层底拉应力按 (2) 式计算:

σR=σsp/KS (2)

中粒式密级配沥青混凝土:

σR=1.0/2.25=0.396 8 (MPa)

粗粒式密级配沥青混凝土:σR=0.288 8 MPa

水泥碎石:σR=0.284 1 MPa

石灰土:σR=0.099 1 MPa

4 确定石灰土层的厚度

弯沉综合修整系数按 (3) 式计算:

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undefined

理论弯沉系数按 (4) 式计算:

undefined (4)

取ls=ld=29.25 mm, 则:

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将4层体系的结构按照弯沉等效换算法换算成当量3层体系。中粒式沥青混凝土作为第1层, 粗粒式沥青混凝土、水泥碎石和石灰土层作为第2层, 其余为第3层。

4.1 计算中层厚度H

由已知参数求得:undefined, 查“三层体系表面弯沉系数诺谟图”, 得:α=6.7。

再由已知参数:undefined, 查“三层体系表面弯沉系数诺谟图”, 得:K1=1.22。

由αc=αK1K2得:

undefined

查表面弯沉系数诺谟图, 得:H/δ=5.6, 所以, H=5.6×10.65=59.64 (cm)

4.2 由多层路面结构的等效换算求h4

将多层体系按照等效弯沉的原则换算为3层体系:上层为原第1层, 其厚度为h1=4 cm, 弹性模量为E1=1 200 MPa。将第2层至第 (n-1) 层作为中层, 并将其换算成第2层模量的等效厚度。最后土层作为底层。其中, 第2层厚度按 (5) 式计算:

undefined (5)

h4=38.4 cm, 这里取h4=38 cm。

5 沥青路面设计应注意的问题

(1) 对材料的低温抗裂性, 从设计的角度来看未完全体现。

(2) 沥青混合料的参数取值有一定的局限性, 其回弹模量和抗拉强度应力均是在静态作用的前提下得出的, 而实际道路行车时所受荷载是动态随机地进行的, 故与实际有较大出入。

(3) 对路面在反复荷载作用下出现的车辙问题, 不能从设计的角度加以控制。

(4) 设计弯沉值计算中所采用的基层类型系数考虑不够全面, 取值范围较单一。

6 结语

我国现行的沥青路面设计规范虽然较原规范有较大改进, 但仍需要不断完善。要弥补这些不足, 还需要进行大量的试验研究。

摘要：结合工程实例, 探讨了沥青路面设计参数和设计指标的确定, 并计算了石灰土层厚度。分析了沥青路面设计中存在的问题。

关键词：沥青路面,设计,基层

参考文献

[1]邓学均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社, 2000.

公路沥青路面设计问题探讨 篇8

我们把沥青、集料、矿粉等按照特定的比例进行配比而形成的混合物称为沥青混合材料。它的组成结构形式主要有以下几种类型:

第一, 悬浮密实型。该类型混合料黏性较强, 有很强的强度、低温性能强, 但是在很多情况下其稳定性较弱。比如A C-I材料, 其设计原理是按最大密实构造进行的, 属于连续性级配, 其不管是强度还是稳定性都较好, 由于其空隙率低、密度较强等特点被广泛地应用到中、下面层设计中, 可是其抗耐磨较低, 在高温环境下, 稳定性较差。在超载、高负荷、高温度工作环境下易出现车辙现象。

第二, 骨架空隙型。这种结构呈现的是主骨料比较高、辅料少, 使空隙不能被充分地补实, 这些特点共同构成了这种结构, 使其稳定性较高, 吸音成效突出, 多被用于磨耗层, 可是配料间的黏性较差、抗持久性较弱、抗水损害性较低。

第三, 骨架密实型。该类型的构成是以粗集料为主构架, 其他材料再进行充实填补, 其黏度、抗磨损阻力、稳定性较高, 并且其抗高温、水损害性较突出, 是相对较好的结构类型。如SM A材料是密实度较强, 抗高温、稳定性较强, 增强了对车辆负荷负担的责任, 一般比较常用于上面层的使用。

2 路面设计中的力学问题

2.1 估计土基模量

虽然在普通的基建工程、建设程序中很难做到准确的土基模量的确定, 但是在实际工程中仍然需要对其进行有效的事前估量, 虽然对其的确定受到路基填料、压实质量等方面的影响, 但是应当请相关部门对其进行研究并指导, 按照实地承载板的勘测数据进行有效的确定。

2.2 考虑地区季节系数

由于每个地区的季节系数各异, 因此应当在相关部门的领导下对施工地区进行勘测研究, 并准确地得出本地区的实际参考数据, 来指导工程的施工工作。

2.3 考虑设计中的路面指标要求

对于不同级别的路面标准, 要求的设计指标是不同的。对一、二级的路面来讲, 按沥青混凝土的拉应力以及路面回弹弯沉值等作为参考要求, 而三、四级路面的设计指标是按路表面设计弯沉值来进行的。不管哪种级别指标的设计都是以各类车型的轴载为参考的。路面结构的设计要充分考虑车辆的轴载大小, 要能适合多种车辆对道路质量的要求, 要增大其使用寿命周期。对轴载进行预估是在实地调查的层面上进行的, 在路面设计调查时已经有了一个最大的轴载数据, 可是预估的轴载要比这个数据大, 并且在设计期间对该数据的调查一定是在与实际情况相结合的基础上进行的。我们要把实地调查出来的数据按照要求的标准转换成当量周次, 以此来确定道路的交通等级。

3 交通量的有效测量

目前严重缺乏对交通量进行的有效测量数据, 资料的失真性比较严重, 很多情况下对超载和实载率的调查都没集合本地车辆的实际运行情况来测定, 带有一定的随意性。由于数据的无效性, 使得道路使用寿命的测量毫无意义。因此, 相关管理部门要加强交通量有效数据的测量工作, 加大投入, 请具有权威性的科研机构进行有效的测量和研究, 从而确保数据的准确性, 为设计部门提供有效的参考作用。

4 合理选择路面结合类型

合理地选择路面结合类型具有非常实际的作用, 是保障路面功能正常使用的基础, 在满足基本工程施工均匀性的基础上, 其强度必须要能够满足未来道路承载力的实际需求。在对面层类型进行选择时, 要依据当地的原材料、天气情况以及交通情况等来进行有效的选择, 对上、中、下面层要根据路面要求的实际情况来选择合适的沥青混合料结构。笔者认为上面层易选择SM A类型, 中、下面层易选择A C-20I、A C-16I类型。

5 沥青砼合理设计

如果沥青含量过高就会导致沥青面层出现泛油的现象, 如果油石比过大会严重地降低沥青砼的抗变形能力。混合料的设计不合理是造成这种现象的主要原因。因此现在很多设计中都采用马歇尔试验方法来进行, 该理论是将双面各级实50次所得的最大密实度的沥青用量作为最佳沥青用量。根据相关调查资料显示, 由于公路的大型车辆以及超载现象的不断发生, 使实验室的实验密实度明显地低于实际路面中的数据, 同时也会出现空隙率高于实际路面的数据。可想而知, 室内对沥青用量的测量数据肯定会高于实际路面的要求。因此, 笔者建议在对沥青用量进行合理设计时, 要加大实验的次数, 这样才能使得出的数据更有准确性。

6 路面排水问题

我们知道对沥青路面破坏较严重的就是排水问题没有得到有效的解决, 因此在路面设计中一定要考虑排水问题, 要防止水流入结构层。当出现积水时, 要及时有效地排出, 要采用暗管排水方法来防止中央分隔带处的水渗入路面结构层。在实际设计中, 我们也可以设计路面排水层或是防水层来进行有效的防水设计。

7 确保面层的压实度

就目前来看, 很多公路的面层压实度都比较差, 不是压实不匀称就是压实度不符合要求, 使沥青砼出现局部空隙较大的情况, 这样很容易造成水的流入, 会出现车辙、配料松落等情况, 笔者建议路面的上层不能出现低于97%的压实度情况, 其他两层的压实度必须高于96%。

摘要：从目前很多沥青路面的实际使用情况来看, 它们在使用一段时间后都会出现坑洼、裂缝等现象, 影响其设计的因素有很多, 笔者在多年工作实践的基础上, 通过分析目前沥青路面在设计中比较常见的问题, 提出了自己的改进措施和方法, 希望能在提高其使用年限以及服务水平等方面做出一些贡献。

关键词：路面选择,沥青砼设计,有效测量

参考文献

[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社, 2013.

[2]贾渝.论我国沥青混合材料设计方法[M].北京:中国科技技术出版社, 2013.

我国沥青路面结构设计分析 篇9

路面在使用实践中所暴露的大量问题, 使得道路工作者们不得不对现有的路面设计理论、设计方法及设计指标进行反思。实际上, 目前大量出现的路面早期损坏是现行理论和规范所难以做出更深解释的。虽说设计方法基于力学, 但分析的范围和所考虑的主要受力方式, 相对于目前复杂的荷载状况而言却过于简单。对于不同的路面结构, 对其使用性能变化规律的认识不够清楚, 更缺少定量的研究;因此, 对重交通路面的损坏原因、机理重新进行认识, 及时掌握新条件下的新变化, 通过路面的合理化设计来控制路面的主要破坏型式, 从而真正达到路面设计的目的。

1 我国公路沥青路面结构概况

回顾我国公路路面的发展历程, 对沥青路面的真正开发、研究, 及大规模设计、施工, 还是近10多年来伴随着高速公路建设而发展起来的, 设计中还有不少问题有待研究。即使是交通部制订的《公路沥青路面设计规范》也有待于结合工程实践不断完善。我国从20世纪80年代开始建设以高速公路为代表的高等级公路。1984年开始设计京津塘高速公路, 这是第一条国家批准建设的高速公路。在此之前, 我国一级公路也寥寥无几, 仅有少数几个大城市的出口路属较高等级。当时, 我国缺少设计和施工高等级公路路面的经验, 更没有高等级公路半刚性沥青路面的使用经验。因此, 设计京津塘高速公路的半刚性沥青路面结构时, 在选用沥青面层厚度方面主要受国外厚面层可减少半刚性基层反射裂缝论点的影响, 而且采用了较保守的数值。京津塘高速公路的路面结构对随后其他高速公路的半刚性沥青路面设计产生了较大影响。我国的高等级公路也有采用刚性路面的, 在刚性路面下通常也采用半刚性材料做基层。

2 半刚性基层沥青路面结构

我国高速公路上的半刚性基层沥青路面通常由半刚性材料底基层、基层和沥青面层组成。我国已开放交通的高速公路半刚性基层沥青路面, 其沥青面层厚度多数为15~16cm, 少部分为9~12cm。京津塘高速公路为18~23cm, 广深高速公路为32cm。多数分三层铺筑, 12cm厚的面层有分两层铺筑的也有分三层铺筑的, 23cm和32cm厚的面层则分四层铺筑。多数高速公路的半刚性基层厚20cm, 采用水泥稳定碎石或石灰粉煤灰稳定碎石。半刚性底基层厚25~40cm, 采用的材料有石灰土、水泥土、二灰材料层的总厚度通常不超过60cm, 最薄为40cm。迄今为止, 仅有一条高速公路采用天然砂砾或矿渣做底基层。近几年来, 有些高速公路采用二层半刚性基层, 厚36~40cm, 用一层半刚性底基层, 厚18~20cm。除严重超载和车辆多的运煤和运砂石材料等路线外, 一般没有必要采用两层半刚性基层。京津塘高速公路是一层基层和二层底基层, 己通车8年 (北京—杨村段) , 至今未发生结构性破坏, 路表loo KN轴载下的代表弯沉值仍小于0.1mm, 实际有些路段仅住0.3mm左右。半刚性基层沥青路面的总厚度变化在55~80cm (个别填土高度小、地下水位高且土质不好的路段) , 绝大多数在65~75cm之间。

3 沥青面层的合适厚度

3.1 沥青面层总厚度。

沥青面层的合适厚度是沥青路面设计中的重要问题之一。它对路面投资的大小有很大影响, 或者说它是影响沥青路面投资大小的最大因素。由于各地区的情况不同, 沥青面层的单价 (以1时面积、Icm厚计) 造价低的地区约7元, 造价高的地区约12元。1000m四车道高速公路铺面层21500m2。因此, 1000m沥青面层的单价为150500 (以7元/em计) 到258000~322500元。沥青路面不可能一劳永逸, 一般情况也不可能在设计年限内不需要加铺新面层来恢复路面的使用性能。由于材料、工艺水平、管理水平等多种原因加上受限期完成任务的影响, 从技术经济全面分析, 沥青面层9~12cm是合适厚度。

3.2 表面层的厚度。

在整个沥青面层中, 表面层的抗永久形变能力较差, 而表面层对石料的要求较高, 甚至要远运合格石料。因此, 表面层不宜厚。例如, 对于厚10c。的双层式沥青面层, 宜采用4cm中粒式表面层和6cm粗粒式底面层的结构 (即4em+6em结构) , 而不宜采用scm+scm的结构。如果远运表面层用抗滑性也可以采用3cm+7cm的结构。

4 对当前高速公路沥青路面设计与施工的建议

4.1 合理选用路面类型。

合理的路面结构类型是满足其使用功能的基础。目前我国的沥青路面都是采用半刚性基层沥青路面, 基层大多采用半刚性基层, 只要保证施工均匀性, 其强度一般能满足设计承载力的要求。

4.2 合理进行沥青用量设计。

导致沥青面层泛油的主要原因是沥青混凝土的沥青含量或油石比偏大, 油石比偏大还会使沥青混凝土的抗永久变形能力降低, 容易导致辙槽。因此, 必须采用合理的方法进行混合料的设计。目前规范中要求沥青混合料设计时采用马歇尔试验方法, 用标准马歇尔试验仪双面各击实50 (或75) 次所得的最大密实度的沥青用量即为最佳沥青用量。根据有关研究表明, 高速公路上由于重载车辆的缘故, 其路面上的沥青混凝土密实度明显大于室内采用击实试验的密实度。这样使得室内试验沥青混凝土的空隙率比路面上沥青混凝土的空隙率大, 则室内试验确定的最佳沥青用量必然大于实际路面沥青混凝土所需的最佳沥青用量。鉴于上述原因.建议高速公路沥青混凝土设计时采用双面各击实75次时所得的最佳沥青用量, 或者是采用大型马歇尔试验仪, 或许能够得到更合理的沥青混凝土配合比设计。

4.3 加强路面排水设计。

目前几乎所有高速公路沥青路面的破坏均与水直接相关, 或者说水是一个加剧沥青路面破坏的主要因素。如何快速排除路面表面层的水和防止水进入结构层, 是设计时应考虑的一个重要因素。排水设计首先是路面结构排水, 防止中央分隔带处水渗入路面结构层;对超高路段的中央分隔带处采用专门的暗管排水;必要时应采用路面排水层或防水层。

4.4 严格要求路面用材料。

使用优质沥青;优选表面抗滑层的碎石骨料, 表面层碎石与沥青的粘附等级应不低于S;保证路面材料的均匀性, 均匀性需要从碎石厂到料场进行综合保护。

4.5 保证沥青混凝土均匀性。

导致沥青混凝土不均匀性的主要原因为:矿料颗粒组成的变化, 沥青混合料拌和不均匀 (拌和时间不足) , 现场沥青混合料离析, 沥青混合料温度不一致 (摊铺机后面不同位置沥青混合料的实际温度常有明显区别, 甚至高达400℃左右) 。应在这些环节加强控制。

4.6 保证面层施工压实度。

目前我省大部分高速公路压实度不足或压实不均匀, 造成沥青混凝土局部空隙率大、水容易进入, 形成骨料局部松散脱落, 有的形成车辙。采用合理的压实工艺也是保证沥青路面质量的合格的一个重要因素。建议抗滑表层现场压实度不小于马歇尔标准密实度的98%, 中面层和底面层的压实度不小于歇尔标准密实度的97%。

4.7 处理好高填方路段和桥 (涵) 台路段。

路基的沉降必将导致路面各层的沉降, 引起路面破坏。对高填方路段应保证分层压实, 并保证至少有1年的降雨沉降后才可开始路面基层的施工;对桥 (涵) 台等不易采用压路机压实的路段, 可采用小型手扶式振动打夯机进行压实, 或者采用土工格网 (栅) 进行处理, 必要时可采用轻质填料如粉煤灰进行回填, 减少填方段的自身沉降。

4.8 加强基层施工质量基层为路面的主要承重层, 是满足路面结构功能的重要保障。

如果基层施工均匀性不好, 或者是基层养护不好, 未能达到应有的强度, 必然造成路面的破坏。加强基层施工质量主要应注意以下几个方面:保证混合料质量, 要有容易控制的准确度高的加水量装置, 保证混合料的均匀性, 尽量采用摊铺机摊铺混合料, 减少层离析, 并能提高基层平整度, 保证压实度, 注意基层的养生。

责任编辑:张雨

摘要：主要阐述我国公路沥青路面结构概况, 半刚性基层沥青路面结构, 沥青面层的合适厚度, 以及对当前高速公路沥青路面设计与施工的建议。

浅析沥青公路路基路面排水设计 篇10

随着我国经济的快速房展, 沥青公路建设进入高潮时期, 路网也在逐渐加密。排水设计日益成为民众关注的重点, 之前的排水设计作为非主体工程, 通常都被忽略, 从而造成设计施工上的缺陷, 为此公路水损坏的问题一直围绕着工程的施工阶段, 甚至成为公路破坏的主要因素, 通过对沥青路面的调查, 沥青路面主要的水损害主要有如下几点: (1) 因为排水不畅通而引起的路面积水, 路面发生坑槽, 路基的沉降, 边坡发生水毁; (2) 因为边沟设计不合理造成路基强度下降, 通道积水影响通行, 路缘带排水不良引发局部的破坏; (3) 边坡排水设施由于设计不当或者施工不当从而引起冲刷和失稳的现象。这些病害的出现, 不仅影响公路的景观, 而且还会危害到行车安全, 造成路面的早期破坏, 从而造成养护成本大大增大, 甚至会引发一些不良的社会影响。调查分析表明:目前的排水设计以及施工的设计过程过于经验化, 未引起足够的重视;排水设施的引流环节若衔接不畅的话, 很容易导致排水系统崩溃;传统的排水材料自身具有局限性, 施工过程难以得到保证。

1 排水系统存在的问题及成因

水与公路的路基路面的强度与稳定性密切相关, 排水设施设计与施工的优良与否是直接决定路面水损害的因素。影响路基路面的水, 根据其来源的不同可以分为地面水和地下水两大类。其中, 地面水主要来自大气降水以及水库水。大气降水是对公路影响最大的水源。地面水对路面结构也会产生冲刷以及渗透, 导致路基整体失稳, 导致水毁。由于路基土体中由水, 这样会使土体过湿, 导致强度下降。

沥青路面排水的目的在于迅速排除降落在路面范围之内的积水, 其过程有两个关键点, 即有效汇集雨水, 然后通过排水设施能够迅速的排除到路面范围之外, 确保路面结构能够处于在干燥状态, 除此之外, 也能保证路基范围内的土基湿度能够降低到一定的范围内, 这样不仅能够保证路基的强度, 还可以保证路基的稳定性, 这样可以减少地表水对道路结构的危害, 减少对于行车安全的威胁。

2 路面排水设施与方案

2.1 路面排水设计目的

路面排水设计是为了快速排除落在路面路基范围内的积水, 有效汇集雨水, 然后通过排水设施将雨水排到路面路基范围以外, 以确保路面路基处于干燥状态, 这样不仅能够保证路基范围内的土基湿度控制在一定范围, 也能确保路基路面具有足够的强度和稳定性, 以减少雨水对道路结构的危害, 减少对行车安全不利的影响。

2.2 排水设施

根据《公路排水设计规范》, 路面的排水系统由路面表面排水和路面内部排水两个系统组成。这两个部分在沥青路面排水过程中是不可分割的两部分。其中, 地表排水系统由路面表面排水、坡面排水和共用排水设施组成。

2.2.1 路面表面排水设施

(1) 路拱横坡。沥青路面横坡的设置是为了能够迅速排除降落到路面的水, 水在自重的作用下, 水就会流向路基边缘。

(2) 路堤拦水带。为了防止路表的降水漫流, 雨水流向路堤边坡, 从而冲刷边坡。有些工程设置了路堤拦水带。一般而言, 是将硬路肩外侧设置高于路面条状结构, 拦截, 汇聚沿路拱横坡流向边坡坡面的水, 在指定地方进行集中排放, 拦水带有三种高度, 分别是高、中和低这三种拦水带, 拦水带具体高度的选择是根据当地的降雨量以及路面坡面水流的具体情况进行选择的。

(3) 出水口。用于集中排放路面降水的设施称为出水口, 出水口也分三种形式, 分别是开口式出水口, 格栅式出水口以及组合式出水口。出水口的设施的间距要根据实际情况进行设置。

2.2.2 共用排水设施

(1) 边沟。为了汇集雨水, 排除路面, 路肩和边坡的流水, 在路基两侧设置边沟。边沟也分多种形式, 多为L形, 梯形, 蝶形, 三角形, 矩形以及U形边沟。根据形式不同, 可以分为明沟和暗沟, 边沟多用石材砌成, 边沟中部允许其他水的引入, 也不能与其他的人工沟渠合并运用。

(2) 排水沟。排水沟的水量很大, 是集合了边沟, 截水沟, 路基低洼处水汇集排至事先指定的地方的沟渠。排水沟作为引水的主要结构物, 横断面采用较大的梯形。

(3) 集水井。设置在出水口下方, 起汇集作用的隐蔽设施, 流到集水井的水被排到指定地方。

(4) 泄水槽。泄水槽一般是设置在坡面上, 将山上的水从山顶引导到坡脚泄水槽对沥青公路路基的保护作用很大。

2.2.3 沥青路面排水存在的问题以及病害

通过对研究路段的调查, 发现沥青路面排水存在的主要的问题如下: (1) 表面积水严重; (2) 泄水槽损坏严重, 从而导致边坡冲刷严重, 局部产生沉陷; (3) 排水沟受到冲刷; (4) 沥青路面内部积水。

沥青路面表面积水主要因为沥青路面所采用的可能不是透水型, 加上平整度和车辙的影响, 施工过程控制不严, 导致路面不平, 所以导致沥青路面表面积水, 然而一旦沥青路面表面积水, 就会加速沥青路面的破坏, 从而产生一种恶性循环。路面积水对于沥青路面的结构的影响也是致命的, 使用期间的裂缝导致沥青混合料松散脱落, 由于施工工艺原因产生的各种接缝, 降落在路面上的雨水如果不能及时排除, 必然会深入路面内部, 然后目前沥青路面多采用的是半刚性材料作为基层, 半刚性材料的透水性很差, 一旦水渗入面层, 最终渗入到面层和基层的接触面上, 动载作用下, 对基层材料的冲刷非常严重。这样极易导致整个沥青路面结构层崩溃。

3 排水设计

3.1 软式透水管

软式透水管具有倒滤透水作用, 一般是一种圆形。软式透水管渗水效果很强, 可以吸水, 透水, 排水等多功能于一体。能够满足工程需求。这种材料具有一定的刚度, 能够承受压力, 柔性也较大, 物理力学性质良好。透水管外面包裹着土工织物, 具有良好的反滤功能。软式透水管内部是用强力粘结剂固定支撑的, 外包了过滤层以及保护层, 构成一个整体。当土体产生沉降时, 由于软式透水管具有很大的柔性, 能够保持很好的稳定性能, 不会因为不均匀的沉降而产生破损。

3.2 覆膜透水管

由于覆膜式透水管的表面开孔率达到75%以上, 表面渗透能力极强, 这种性质克服了传统的渗透排水材料通过漫流形式排水的缺点, 这样以来可以更加快速的排除土壤中的水, 确保土基保持干燥状态, 埋设在土基中的渗透型排水设施的排水材料的表面的开孔率与排水能力呈正比, 渗透材料的表面开孔孔隙率越高, 那么其排水性能就会越好。覆膜排水材料因为其特殊的工艺成型, 其孔隙率很大, 因此在排除同样量的水的前提下, 其所需的截面是最小的。其主要特点是: (1) 抗压强度高, 耐腐蚀能力良好; (2) 柔性大; (3) 耐久性良好; (4) 轻质; (5) 综合成本低。

4 结束语

根据对沥青公路排水病害以及机理的分析, 文章归纳出重要的损坏形式和病害形式, 以及浅谈了其损坏的机理, 对排水系统以及新型的防排水的系统进行了较为深入的研究。排水设计在实际应用中也得到了初步的验证。新型的材料由于其特点能够在实际工程中得到广泛的应用。

参考文献

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