我国现行沥青路面设计方法存在问题分析

我国现行沥青路面设计方法存在问题分析

作者：叶进

来源：《房地产导刊》2014年第10期

【摘要】当前我国公路的主要路面结构类型为沥青路面设计，在我国高速公路的快速发展形势下，沥青路面设计技术以及相关的施工技术也取得了很大的改进与发展，但在实际使用过程中，仍然存在诸多问题。本文主要分析了当前我国沥青路面设计过程中存在的一些问题，并在此基础上提出了相应的优化对策。

【关键词】沥青路面；设计方法；问题；对策

随着我国高速公路的快速发展，沥青路面作为我国公路路面结构的主要类型，沥青路面的设计方法以及施工技术等方面也取得了很大的创新与突破，目前已经取得了很多极富成效的成果。据相关数据统计，沥青路面在我国现行建成的25000多公里高速公路中占到85%-90%左右，但就目前这些建成的高级沥青路面设计使用现状分析，沥青路面普遍存在早期损坏现象，其使用年限低于设计使用年限，常常会出现沉陷车辙、裂缝以及表面功能损坏等质量通病。导致这些问题的原因与路面设计、实际施工以及后期维护等诸多因素有关，其中路面设用沥青路面设计方法进行分析计是导致这些问题的源头，良好的设计方法可有效减少这些问题产生，下面主要就国内外常，结合我国现行沥青路面设计的主要方法分析其中的问题，并针对问题提出几点改进建议，以期进一步提高我国沥青路面设计水平。 1.国外几种常用路面设计方法 1.1基于力学设计方法

力学经验法主要是对路面结构在环境、荷载等作用下产生的位移、应变、应力等力学反应量进行分析，根据一定的要求，建立各种路面性能在力学反应量之间的性能模型，并设计路面结构。各国科技人员最早于20世纪60年代初开始致力研究沥青路面的力学——经验设计方法，其中壳牌（Shell）法以及美国沥青协会（AI）法最为出名。壳牌公司的Domon、Peattie在首届沥青路面结构设计国际会议中分别提出关于沥青路面设计的力学-经验法方法设计框架，路面结构主要以三层弹性层状体系为代表，计算结构内每一个特征点在圆形均布轮载作用下产生的位移值、应变值以及应力值。然而沥青路面的主要损坏模式以路基土以及粒料层的过量永久变形以及沥青面层的疲劳开裂为主，设计指标以在荷载重复作用下，路基顶面产生的压应变、压应力以及面层底面产生的拉应变为主。 1.2基于经验的设计方法

经验法主要是实验观测使用道路以及试验路段情况，建立路面性能、轴载大小和作用次数等荷载，材料性质、结构层组合及厚度等路面结构等经验关系。主要包括以下两种设计方法：

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1.2.1美国加州承载比（CRB）法。该种设计方法的路面材料以及路基土性质指标主要以CBR值为主，测定使用良好以及已经损坏路面的CBR值，建立路面结构层厚度、轮载、路基土CBR的相互经验关系曲线，然后根据设计路基土的CBR值以及轮载确定路面层总厚度。 1.2.2美国各州公路和运输工作者协会（AASHTO）法。该种方法主要以AASHO试验路为基础，将试验路的试验观测数据整理后即可得到路面使用性能、轴载、路面结构之间的经验关系。AASHTO的最大特点在于路面使用性能的度量指标以现时服务能力指数（PSI）为主，其中PSI指标是由专门的评分小组成员通过建立其与路面修补、车辙、裂缝、平整度等路面实况的经验关系式，可获得更多的路面信息，为力学——经验法提供更多的参数验证以及设计指标依据。

2.我国当前现行沥青路面结构设计方法介绍 2.1设计理论

我国现行的沥青路面结构设计模型主要参考英荷壳牌（Shell）法设计理论，将路面视为一种多层弹性体系，层面采用典型的厂拌沥青混凝土材料，采用杨氏弹性模量E表示；基层则采用典型的粒料材料，采用泊松比μ表示，材料各层的水平方向无穷大，且材料性质保持同向、同质性，土基向下方向具有无限深度。荷载的标准轴载以双轮组单轴载100KN为基准，采用BZZ-100来表示，两轮之间的中心距1.5倍作为量圆直径，量圆直径d作为单轮传压面（21.3cm）。层间符合完全连续接触条件。 2.2设计指标

我国现行沥青路面设计主要以前苏联设计方法作为设计指标，控制指标主要以设计弯沉值为基础，设计验算采用弯拉应力作为标准。路面整体强度设计控制指标——设计弯沉，主要采用路表容许弯沉值为主，利用层底抗拉应力验算一级、二级公路、高速公路、底基层、半刚性基层以及沥青面层的设计指标，若为城市路道，还应该采用剪应力指标对沥青混合料面层进行验算。

2.3设计参数

现行沥青路面设计的交通分析计算主要采用的是BZZ-100标准轴载，相关的计算公式主要遵循层底拉应力等效原则、原规范弯沉等效原则，以《轴载换算公式的研究》成果为主，结合多层弹性理论分析拉应力、弯沉与轴载P或P、d因素关系，对比分析公路上对不同轴载汽车的弯沉进行测量、直槽测试拉应变验证、疲劳试验、容许弯沉公式提出相关的设计参数。材料强度指标主要以抗拉应力为主，抗拉强度的测定主要采用圆柱体劈裂试验方式；表征材料的刚度特征指标主要以材料模量为主，主要采用静态抗压回弹模量进行计算。 3.我国现行沥青路面设计方法中存在的主要问题

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主要表现为以下几个方面：①我国现行沥青路面设计对于路面的实际使用性能考虑较少，过于关注力学特性，对于两者之间的联系缺乏定量分析。②路面结构的厚度结构设计中，很多柔性基层沥青面层疲劳寿命相对完成指标确定的路面结构寿命要高，而半刚性基层沥青面层基本上处于受压状态，因此沥青面层的疲劳开裂损伤基本上不会出现，路面结构设计控制指标只有依靠弯沉值。③现行的路面设计方法主要依靠国内外使用经验（包括交通量、气候、水文、公路等级、筑路材料等）提出相应的路面厚度以及结构组合进行设计计算，并没有定量设计路面结构组合。④材料参数选择。结构的强度并没有通过材料的强度直接反映，设计阶段和施工阶段的材料参数设计缺乏一致性；路面的实际情况与确定材料参数试验条件存在较大差距；并没有明确路面使用性能以及参数指标之间的对应关系。 4.优化我国现行沥青路面设计方法的建议 4.1制定科学的路面设计标准

应进一步完善的路面设计指标内容，整个路面设计指标体系应可以较好的反映材料特性以及沥青路面结构特性，同时还应包括对各级路面的使用性能要求以及行车荷载和环境因素作用。比如可以在现有设计指标基础上增加像可反映沥青面层疲劳开裂破坏的水平拉应变￡指标；可较好的反映路面车辙问题的指标，如重复荷载作用次数N与路基垂直压应变ε之间的关系指标。

4.2选择合理的材料参数

我国现行的沥青路面设计的材料回弹模量主要以静态下的抗压模量E为衡量标准，并不能动态反映材料的回弹模量。比如测定路基土回弹模量值，并没有采用测震仪或动态弯沉仪进行动态测量其回弹模量，利用仅仅采用承载板法测定，导致测量结果与实际设计参数有一定偏差，因此在材料参数选择方面应推荐采用动态仪进行测定。

综上所述，我国现行沥青路面设计方法上仍存在诸多不足之处，应仔细分析当前存在的问题，查找原因，积极采取相应的解决对策。同时应加强沥青路面设计的规范性、有序性，在设计实践过程中，不断反思、总结经验，提高沥青路面设计水平。 【参考文献】

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