沥青路面结构设计论文篇1

①合理连接沥青路面的不同施工结构层。按照高速公路路面结构设计，各结构层之间的接触面应为安全性连接系统。因此，借助沥青透层的应用，原本粘结力不强的内部结构沥青层与非沥青层之间将建立更紧密的结合，极大地改善了路面各结构层的整体性，也可有力避免各结构层之间出现的滑移安全隐患。②液体沥青的在结构表层出现程度不一的渗入作用后，将直接填充基层结构中的孔隙或集料间隙，使得各空隙直接封闭，避免雨水渗入存留加重基层侵蚀软化，可有效提升基层结构的稳定性。③高速公路的半刚性基层常要经碾压、洒水养生等处理，其间可致大量粉尘飞扬，可能加重细集料与粗骨料之间的不结合问题。透层的应用能够稳定浮尘，并加强粉尘与粗骨料层间的结合，降低软弱结构层的出现。④沥青透层的应用，可在基层均匀铺就防尘保护沥青层，在提高基层表面强度的同时增加抗摩擦力，避免基层结构的开裂等事故发生。

2高速公路的沥青透层施工技术应用关键要点

（1）设施准备透层施工要按工艺要求来准备合理的施工设备，提前备好试验检测仪器、液态沥青调制设备、洒布设备等物品，并对所有设施设备进行试用检验，确保设备的性能良好。（2）材料选择常规以透层油为透层材料，液体石油沥青、煤沥青、乳化沥青等都能作为透层材料，透层油的选择需参考基层类型，同时还应掌握不同透层油的性能优缺点。液体石油沥青即汽油、柴油、煤油等石油产品，经必要处理并混合沥青材料而成，属于目前沥青路面应用最广的透层油。大量理论研究与工程实践证实，只有混合沥青与石油两种化学物质才能发挥更好的渗透效果，渗透深度越大则沥青路面的生命周期越长。乳化沥青顾名思义就是固态沥青经高温乳化后形成，整个生产过程涉及更多化学原理与机械操作，因而更加复杂。煤沥青在日常工程中并不多见，原因在于煤沥青毒性较重。总的来看，三种透层油的渗透效果由高到低排位依次为：煤沥青、液体石油沥青、乳化沥青。（3）浇洒操作高速公路的路基施工完成后，路面沥青透层可选在基层上表面养护水分变干后，以计算机实现沥青机对接。当然，基层上表面的养护水分不能过于蒸发干燥，否则还需认真清扫和擦拭表面。公路路基若短时间内完成，需要积极完成异物清扫并淋洒水分进行湿润，等水分晾干后再予以透层施工。透层浇洒工作前，各种建筑构造物应要求施工人员加强安全保护。沥青路面的沥青透层洒布后，理想状态就是保持液态物质不随意流淌，且应直至渗透基层深处。

3沥青路面的透层技术应用实例分析

3.1工程实例基本情况。某高速公路第二标段全长23Km，其中公路施工工程量设计为：上面层为改性沥青马蹄脂施工；中面层为改性沥青混凝土施工；下面层为沥青混凝土施工；底基层为水泥稳定碎石施工，并设计有低剂量的水泥碎石处治层。该路段路基以整体、分离式相互结合来完成设计施工，整体路基26m宽，分离路基单幅宽13m。整条高速公路的设计车速达到100km/h。在某施工桩号处，要求在20cm水泥稳定碎石基层上表面顶面组织开展透层技术施工。该工程中所用到的沥青透层材料中，以高渗透乳化沥青作透层油，经过实验测定，该透层油完全满足JTGF40-2004规范中的质量要求。下表即为技术指标：3.2沥青路面透层施工的方法要求。（1）施工前的准备工作完成各材料的入场试验，严格落实材料的达标合规；完成施工设施设备以及机械装置的检查保养与试运行，确保配件充足、性能良好，认真确认沥青洒布车的整体情况，标定喷洒量；完成水泥稳定碎石基层上表面的清洗，先用竹帚整体清扫，后用鼓风机吹尽浮灰，最后以高压水完成冲洗。（2）透层乳化沥青的喷洒喷洒前应指定专人测定乳化沥青用量，调用智能型沥青洒布车完成一次性液态沥青的浇洒，并以人工方式补喷遗漏点，控制喷洒量，一旦出现过量情况则需要以碎石屑或砂灰粉吸油并做好碾压；喷洒透层油后注意加强现场检查，避免有车辆等机械设备行动所造成的油皮现象，而对透层油渗透深度不达标处，还需积极采取措施进行整改。（3）加强行动管制提高透层稳定性透层施工完成后的养护成型期间，现场应实施严格的行动管制，特别要求车辆与行人不得入内破坏。行动管制需要施工人员与项目管理的经理部门进行沟通并紧急协商出台行动管制方案，重点限制交通，以确保施工养护成型时间足够。施工方应在现场增设断道通知，并设反光标志进行标识。3.3沥青路面透层技术应用的质量检查检验标准。

4结束语

高速公路每日所承受的车辆荷载量十分巨大，因而需要不断提升公路整体性能，需要增加路基路面结构的稳定性。沥青路面透层施工技术的设计与施工应用，应灵活挖掘透层结构之功用，正确认清透层沥青材料的技术性能，不断由专业人员研究和探索在选材、施工应用等方面的方法，才能创造更可靠的高速公路系统。

参考文献

[1]王剑英.高速公路沥青路面透层技术功能与材料应用[J].北方经贸,2015(3):65-65.

沥青路面结构设计论文篇2

中图分类号:U416

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)18-0186-03

一、沥青路面水损坏的特性

沥青路面水损坏是一个普遍存在的问题,也决不是一个过时的话题,特别是在中国南方地区。沥青路面水损坏问题的本质是沥青与集料在静、动水压力作用下的持续粘附能力,这也是该问题的核心。沥青混合料水损坏的作用机理,主要依据是沥青对集料的粘附理论,包括力学理论、化学反应理论、表面能理论和分子定向理论。

(一)沥青特性

沥青一般带负电荷,由于含有少量羧酸和亚枫而呈弱酸性;而集料的岩性决定了集料表面电荷的性质和酸碱特性。所以,按照化学反应理论,沥青对集料的粘附性决定于集料的岩性。

(二)集料特性

某些集料过分坚硬致密,破碎后表面光滑不利于沥青粘附。潮湿的集料与沥青的粘附性大大降低。滞留在混合料内部的水分夏季遇高温会变为水蒸汽,使沥青膜从集料表面撑开。而有些吸水率稍大的集料,只要施工时彻底干燥,沥青将会被吸入集料内部一部分,反而有良好的水稳定性。集料中含有泥土对沥青混合料得水稳定性的影响很大,土壤都带有负电荷,它是强亲水物质。单从材料本身的角度而言,水渗入路面中的途径还是很多的,例如施工时集料本身是含水的,而生产混合料时又不可能完全烘干,又例如施工时由于石料本身压碎值较大或压路机振幅过大,路面表面露白,给水进入沥青与集料之间的界面提供了条件,还有开放交通后集料表面沥青的磨耗、集料本身的损失等,都造成路面内部实际上是长时间处于潮湿状态的,如果沥青与集料粘附性不良,剥落也是不可避免的。排水不良、路面渗水是我国高速公路沥青路面水损害的重要原因,但并非根本原因,根本的原因是沥青与集料的粘附性不良。要防止或减轻沥青路面水损害,最好是能提高沥青与集料的粘附性。但是,消石灰和水泥的添加不可能完全搅拌均匀,抗剥落剂的性能参差不齐,目前国内抗剥落剂的添加工艺的不成熟导致添加效果差,都给沥青与集料的粘附性留下了隐患。

因此,在改善沥青对集料粘附性的同时,对路面结构和排水进行研究改善显然是十分必要的,国内、外对透水基层、抗滑密实的上封层和排水设施等进行了研究与应用,这是疏导的方法。

二、现行设计规范对沥青路面水损坏的考虑

我国现行沥青路面设计规范针对沥青路面水损坏现象作了如下规定:

1.粗集料与沥青应具有良好的粘附性,对年平均降雨量1000mm以上的高速公路和一级公路,表面层所用集料与沥青的粘附性应达到5级;其他情况粘附性不宜低于4级。

2.当粘附性达不到要求时,应通过掺入适量的消石灰、水泥或抗剥落剂等措施,提高粘附性等级及混合料的水稳定性。

3.矿粉必须采用石灰石等碱性石料磨细的石粉,不得使用酸性岩石等其他矿物的矿粉。

4.为防止雨雪下渗,浸入基层、土基,沥青面层应选用密级配沥青混合料。当采用排水基层时,其下均应设防水层,并设置结构内部的排水系统,将雨水排除路基外。

5.为排除路面、路基中滞留的自由水,确保路面结构处于干燥或中湿状态,下列情况下的路基应设置垫层:(1)地下水位高,排水不良,路基经常处于潮湿、过湿状态的路段;(2)排水不良的土质路堑,有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段;(3)季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段,可能产生冻胀需设防冻垫层的路段;(4)基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。

6.现行沥青路面设计规范还规定沥青混合料的空隙率较大、路面渗水严重时宜设上封层。可以看出,现行规范对沥青路面水损坏的防治还停留在给出设计原则阶段,因而是粗线条的,对于中央分隔带、路缘石如何设计、路面结构组合应选用哪些类型的混合料还不够详尽,不能很好地指导建设、施工。

三、影响沥青路面水损坏的路面结构因素分析

路面结构组合和路面排水设计合理时,路面排水通畅,路面结构内部基本无积水或不至于产生动水压力,有利于沥青混合料的水稳定性,反之则不利于沥青混合料的水稳定性。

(一)路面结构组合设计

1.材料――沥青混合料类型。沥青混合料为全开式结构或密实式结构时,路面不易发生水损坏;沥青混合料为半开式结构时,路面易发生水损坏。随着公称最大粒径的增大,渗水系数将增加,所以为了做到密水,减小公称最大粒径是有效的。

施工失败时以上关于沥青混合料类型对路面水损坏的影响的分析不适用。沥青路面密实度小,则孔隙率大,路面结构内部积水,在车辆荷载作用下易产生动水压力。

2.结构组合。路面结构组合设计包括给路面不同层位选择恰当的材料类型,保证路面结构的整体承载力和水稳定性。这包括选择密实而具有良好骨架结构的沥青混合料,使得路面不至于发生表面型水损坏;选择良好的透层和粘层材料,使得路面整体强度足够,不至于发生内部型水损坏;处理好接缝,避免缝边级配离析和压实不足。

例如,近年来广泛采用的三层式沥青路面结构中,上面层普遍设计为AK类沥青混合料,是一种半开式结构,再加上施工离析等原因,路面水损坏严重,在排水不畅的桥面情况更严重;下面层普遍设计为AC-25I型,而实际使用效果该层由于施工离析严重,导致透水严重,大量发生内部型水损坏,使得路面疲劳耐久性差,有时甚至中面层AC-20I型沥青混合料也存在相同的问题。湖北省和广东省就提出将下面层设计为AC-20I型沥青混合料,这一建议显然具有进步性。但是,由于加工更小粒径的碎石工艺流程更繁杂、产量更低和单价较高等原因,这一建议一直没有得到采纳。

对于沥青面层的厚度与公称最大粒径的关系一定要引起注意,必须保证厚度不小于公称最大粒径的3倍,对SMA要求甚至更高。然而,国内一些高速公路建设忽视了这个问题,例如有些公路由于造价的原因减薄了路面结构厚度,却没有相应调整沥青混合料类型,导致两者不相匹配。厚度与公称最大粒径不相匹配一般是厚度偏薄,其后果是级配离析严重,表面缺粒严重,导致压实离析,路面渗水。相反的例子是,施工单位私自调整级配,名义是按设计混合料类型施工,实际调细级配甚至将公称最大粒径减小一个筛孔,使得上述不良现象大大减轻甚至基本消失。

由于国内长期以来注重路面平整度等原因,路面结构设计的主流一直是半刚性基层沥青路面,对于柔性基层结构使用较少,在沥青下面层和上基层之间采用碎石层作排水层的做法自然就难以实施。许多国家在水泥稳定碎石集料上面设置级配碎石层作为过渡层,以减少路面的开裂和有利于排水,成为倒装结构,如南非、法国和德国等。我们经常说有些国家也使用半刚性基层,实际上是组合式基层沥青路面。

过去较多地使用乳化沥青类、稀释沥青类材料作为透层、粘层,但实际使用效果较差,不仅层间脱空,而且水容易渗透进入路面结构,或积存在上基层表面,造成沥青路面唧浆等。稀释沥青类材料作为透层、粘层存在的问题是,我国工程建设往往工期十分紧张,特别是新建公路,有时存在作为稀释剂的煤油还没有挥发就摊铺上一层混合料,影响了路面质量。近年来较多地使用热沥青类材料作为透层、封层,层间结合加强的同时,路面结构防水能力也得到加强。

近年来越来越注重施工缝的设置,这也是结构方面的很好的考虑,例如,相邻两幅及上下层的横向接缝均应错位1m以上,上面层应采用垂直的平接缝。上、下层的纵缝应错开150mm(热接缝)或300～400mm(冷接缝)以上。这些措施有利于防止集料离析上下重叠或左右紧邻,防止形成联通的透水面积。

(二)路面排水设计

路面排水设计与沥青路面水损坏密切相关,适当的路面排水设计与路面结构设计组合可以极大地减缓路面水损坏。路面排水设计应遵循几个原则,使得路面降水尽快通过路表迳流排走,进入路面结构内部的水以尽量快的速度通过路面结构内部排水系统排走。

1.中央分隔带排水。在我国,中央分隔带植树防眩而不加封闭带来的水损坏现象一直以来没有得到改善,但近年来,一些公路特别是改扩建的公路开始将植树以外的面积采用浆砌片石等措施进行封闭。遭受抱怨的还有反滤土工布被立柱打穿,造成中央分隔带渗水,但可从设计上检查立柱尺寸是否足以穿透土工布。

2.硬路肩排水。挡水式的路缘石使路面表面排水滞留在路面上成为水坑,也妨碍了具有一定透水能力的表面层的内部积水从硬路肩排出。近年来较多采用了平放的路缘石,不至于使水滞留在路面上。

3.路面结构内部排水。挖方路段的排水往往是薄弱环节,尤其要注意边沟的深度,不仅能排路表水,还应能排结构层的水,使路面内部的水能排入边沟。路基中有地下水或裂隙水冒出时,将使路基含水量过大,承载能力严重降低,所以挖方路段的纵向排水盲沟也是很重要的。在沥青层下设置排水层,可以是级配碎石层,也可以是嵌挤良好的沥青或水泥稳定碎石(或贯入式结构层),空隙率应达到15%以上。但施工期间必须保证路面不被污染,以防止将空隙堵住。

(三)施工质量和工艺

施工质量和工艺的可靠、合理是一切设计得到体现的保证,是工程建设的生命。没有施工质量和合理的工艺作保障,任何完美的设计都只是一纸空文。

以上路面材料、结构组合和路面排水系统等几个影响因素都对沥青路面水损坏存在影响,相互之间一方面普遍存在联系,另一方面又存在相对独立性。它们是通过沥青与集料在静、动水压力作用下的持续粘附能力这一内部影响因素而相互联系的,故属于内部联系、本质联系。

四、沥青路面水损坏的室内试验研究方法简介

一般而言,沥青路面水损坏研究以沥青路面在车辆荷载和路面结构内部水的双重作用下的损坏为研究对象。没有车辆荷载的作用,动水压力无从产生;没有路面结构内部水的存在,即使有车辆荷载,也不会产生动水压力,故车辆荷载和动水压力对沥青路面的水损坏研究缺一不可。

目前,有关水对沥青混合料性能影响的研究大部分集中在分析沥青混合料的水敏感性和抗水损坏材料的开发上,而有关水的作用对沥青混合料长期性能的影响,以及路面在此条件下的疲劳寿命衰减等方面的研究工作进行得较少。

常规的描述水对沥青混合料性能影响的试验方法大致可分为两类:

一类是将未经压实的松散沥青混合料浸于水中一段时间后,主观评价或利用试验仪器检查集料裹覆沥青膜的剥蚀程度,并据此作为判定沥青混合料水稳定性的依据。这类方法以水煮法、浸水法和光电分光度法为代表,美国SHRP研究内容中还发展了一种搅动水净吸附法。目前有研究改变这类试验的试验参数如试验温度、试验时间等进行试验,取得了初步效果。

另一类评价方法是将沥青混合料试件或芯样置于一定的水浸蚀环境条件下,以某些物理力学指标的衰减程度来表征混合料的水稳定性。这类方法有马歇尔试验、冻融劈裂试验、洛特曼试验、改进的洛特曼试验以及浸水轮辄试验等。

也有过一些研究从一定角度模拟了水对沥青混合料的动态作用,如Jimenez在亚利桑那大学提出重复孔隙水压力的作用。为了能够模拟孔隙水压力,将试件浸入水中,同时施加一个能够产生35～217kPa的孔隙水压力的循环应力作用。Jimenez认为这个水压力范围与饱和状态沥青路面在车辆荷载作用下产生的孔隙水压力范围是相吻合的。

工欲善其事,必先利其器。恰当的试验方法是通向研究成功的第一步,也是关键的一步。在目前沥青路面水损坏普遍严重存在的情况下,研究有效评价沥青混合料或沥青路面水稳定性的室内试验方法,是十分有必要的,也是十分紧迫的。

五、沥青路面水损坏的现场试验研究方法

为了使沥青混合料水稳定性研究符合实际、接近实际,光凭室内试验分析是不够的,有必要在实体工程中开展现场试验研究。然而到目前为止,国内外还没有完整地提出过进行沥青路面水损坏现场试验研究的思想,已有的研究还只限于在路况调查阶段对沥青路面水损坏进行分类、归纳、统计和分析查明原因。沥青路面水损坏现场试验研究方法的提出,无疑将成为本课题研究的一个创新点。

1.比较研究不同结构组合沥青路面的水稳定性,如半刚性基层与沥青稳定基层沥青路面,又如表面层设计为AK-13A、SAC-13的和SMA-13A的进行比较,中、下面层设计为AC类结构的和FAC类的结构进行比较,层间结合采用乳化沥青的和采用热沥青的进行比较,下封层采用应力吸收层的与采用热沥青上撒布瓜米石的进行比较。比较的具体方法可以采用现场病害调查(反映表面水损坏情况),也可以采用路表弯沉检测分析(反映内部水损坏情况),既能调查得到需要的数据,又不对路面造成破坏。

2.利用TBR仪等无损检测手段检测路面结构内部实际含水情况,比较不同路面结构表面和内部排水设计的沥青路面的水稳定性,例如对是否设置排水垫层的路面进行对比,对是否封闭中央分隔带除植树以外部分的路面进行对比,对是否设置硬路肩路缘石的路面水稳定性进行对比。

3.利用动水压力测试系统,对车轮荷载作用下动水压力进行测试,为路面结构受力分析提供更多参数。

4.利用公路改扩建的机会,进行开挖试验,检验不同路面结构组合、不同路面排水设计情况时的沥青路面水稳定性。

六、结语

沥青路面水损坏涉及设计、施工和养护等众多环节,而路面结构设计的影响尤其重要。针对沥青路面水损坏的现状,显然应该从设计的角度下更多的功夫,例如现行设计规范主要从力学的角度考虑沥青路面结构承载能力,对水损坏的考虑就有很大的欠缺,没有针对路面使用性能进行设计。要想在短时间内解决路面设计方法体系显然是有不小困难的,然而,从材料的角度对沥青路面水损坏的室内、外试验研究也还很不够,特别是没有从理论上很好地解决沥青混合料水稳定性的原理,这也是沥青混合料水稳定性设计和检验的难题所在。

参考文献

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沥青路面结构设计论文篇3

随着社会经济快速发展，我国公路建设项目越来越多，沥青路面质量日益受到关注。设计是沥青路面施工的“排头兵”，是否科学合理，直接关系着沥青路面质量的优劣。为延长沥青路面使用寿命，减少养护维修费用，提出长寿命沥青路面设计。

1 长寿命沥青路面设计的本质与目标

1.1 本质

长寿命路面设计是一种新的路面设计理念。进行设计时，依然采用传统的设计理论，只在沥青层底部的弯拉疲劳应变和路基顶面压应变上做了些许调整。关于长寿命路面设计，各国对其有着不同的说法，但本质上没有区别，都可以将其本质具体表述为：沥青路面的设计使用寿命在50年以上，是一种沥青面厚度较高的柔性路面，在沥青底层开裂、车辙等质量病害防治上有着一定优势。需要定期对路面进行表面铣刨、罩面修复，就可以保证路面在设计的使用寿命期间不需进行大结构性修剪。从某一种程度上看，长寿命沥青路面设计是路面损坏模式的转变，通过长寿命路面设计，使路面损坏模式从原来的“自下而上”转变成为“自上而下”，能有效的消除传统路面存在的质量病害，利于延长并保证沥青路面使用寿命。

1.2 目标

根据以往沥青路面工程实践表明，长寿命沥青路面设计的目标主要在于三个方面：一是路面表层发生路面破坏，可以快速修复；二是不允许出现结构性破坏，如结构性损坏裂缝等；三是通过定期路面养护、修复、更换等方式，可以延长路面使用寿命，基本超过50年。

2 长寿命沥青路面设计的有关探讨

长寿命沥青路面经过实践应用以及大量研究，发现其可以有效防治传统路面的裂缝、车辙等质量，能延长并保证路面使用寿命，值得在我国大范围推广。为了做好长寿命沥青路面设计工作，作者从路面结构、结构层材料、路面厚度等方面进行分析。

2.1 长寿命沥青路面结构设计

长寿命沥青路面设计，其理论基础是力学。从力学角度看，控制好沥青底层弯拉疲劳应力，保证底层不发生弯拉疲劳开裂问题是长寿命沥青路面设计的一项重要内容。为了做到这一点，采取的力学方法是准确确定荷载作用下路面结构层的应力及应变相应，以便有效控制沥青底层弯拉疲劳应的数值。从长寿命沥青路面概念出现后，美国在这方面取得了一定成效。美国道路科研院研制出了一种基于力学的设计指南，未来可能被ASHTO所用。这一种设计指南，由Monismith提出，基本流程如图1所示。从图1可以看出来，道路路面结构受材料、交通、环境及服务性能等各个方面的影响，进行路面结构设计时要充分考虑以上因素。

目前，沥青路面的疲劳方程主要采用沥青底层弯拉应变和基顶压应变，通过这两个指标去估算沥青路面结构的使用寿命。这两个指标主要在于防治疲劳损坏上有着重要作用。沥青底层弯拉应变，能有效防治沥青底层出现疲劳破坏，是保证沥青底层使用寿命不少于路面使用寿命的基本条件。众所周知，沥青混凝土层的使用寿命受拉应变控制，通过拉应变可以了解沥青混凝土层的疲劳特性。因此，估算沥青混凝土路面使用寿命时，可以借助沥青底层弯拉应变和基顶压应变两个指标，从而获得较高的路面结构寿命。

2.2 长寿命沥青路面结构层材料设计

沥青路面材料是实现沥青路面结构性能和保证沥青路面使用寿命的关键，应根据沥青路面结构功能进行结构层材料设计，对结构层材料提出相应指标要求，以保证材料设计符合路面工程质量要求。

结合长寿命路面目标和以往工程经验，确定沥青路面结构层材料指标要求，具体是：磨耗层，具备抗老化、抗车辙、防治温度裂缝等性能，可以采用OGFC混合料、密级配混合料等；中间层，具备抗车辙，荷载传递、分散等功能，以及良好的耐久性、稳定性等性能。为保证中间层的耐久性，必须根据沥青路面设计要求选择适用的材料、骨料，或者适当增加中间层厚度。稳定性是衡量车沥青路面结构质量与使用寿命的主要标准之一，为了确保沥青路面中间层有良好的稳定性，可以配置高等级沥青，严格设计骨架结构；底层，具备抗层底弯拉应变性能，可以采用HMA基层材料。进行HMA基层材料设计时，要求底层的弯拉应变必须低于材料的疲劳极限，有助于减缓路面损坏进程，延长路面使用寿命。

在沥青路面使用中，车辙是一个比较严重的质量病害，为了有效防治这一质量问题，必须严格抗车辙材料设计，建议使用改性沥青或塑料隔栅。同时还要考虑沥青混凝土的离析现象。

2.3 长寿命沥青路面厚度设计

在长寿命沥青路面厚度计算上，可以采用荷载作用下应变的力学工具和相应方法，计算思路同传统一样，基本没有变化。长寿命沥青路面厚度计算步骤如下：

第一，首先根据沥青路面结构设计要求确定路面结构组合，以及各层厚度，具体包括底层、中间层、磨耗层。

第二，确定设计参数，具体有材料参数、路基顶面的竖向压应变等。

第三，结合相关参数及方法，计算设计荷载作用下的结构层应力、应变等情况。在计算结果符合设计要求的条件下确定厚度。若不符合，重新调整厚度，使之符合设计标准和指标要求。

在沥青层厚度计算上，TRRL提出了诺谟图，即根据沥青层的粘度和类型去调整沥青层厚度。根据TRRL研究显示，当沥青路面承受的标准轴载作用次数超过了八千次以上，额外厚度是无用的。根据这一结果，表示沥青混凝土层的厚度无需过大，只需要满足设计标准即可。

3 结束语

综上所述，长寿命沥青路面设计是一种新的公路路面设计理念和方式，其可以有效的延长公路路面使用寿命，降低公路养护维修费用。虽然同传统公路路面工程相比，长寿命沥青路面的工程造价高一些，但是从长远规划角度看，其符合我国国情和公路事业建设需求。因此，长寿命沥青路面值得在未来公路建设推广与应用，但需遵循经济适用、因地制宜原则，充分考虑地质、水分、气候等条件，科学合理进行公路沥青路面的设计工作，以保证公路路面使用寿命。

参考文献

[1]陈艳琼.长寿命沥青路面设计探讨[J].福建建材，2013（10）.

沥青路面结构设计论文篇4

当前许多沥青路面在通车时间不长就出现裂缝、车辙等早期损坏，而车辆严重超载是造成早期破坏的重要原因。为此，有必要深入研究重载交通沥青路面结构设计。本文先从重载沥青路面设计存在的问题入手，研究了重载沥青路面标准轴载、轴载换算方法，并提出适用于重载道路的沥青路面设计。

1 重载交通沥青路面设计存在的问题

我国现行路面设计方法均以常规荷载为依据，仅适用于轴重 以下的情况，而大于 时尚未提及，将现行方法用于超载路面设计，从工程结构的安全性而言是不能容许的。目前沥青路面的设计存在以下差异：

（1）轴载等效换算。规范规定，轴载等效换算公式适用 以下轴载。（2）设计标准。普通沥青路面以路表弯沉为设计指标，以层底拉应力为验算指标，并没有车辙指标。（3）材料性质。当轴载很大时，材料非线性的影响非常显著。

2 重载交通沥青路面标准轴载

2.1 重载交通标准轴重

根据重载交通调查，大部分超载车辆在12～13t之间，双联轴一般超载达到20～30t，按单轴计算，轴重在10～15t范围内，所以建议设计标准轴重取13t。

2.2 重载交通沥青路面设计标准

对于超重载道路，其半刚性基层为承重层，多采用二灰碎石或水泥稳定碎石等材料。重载沥青路面上车辙也是主要的破坏形式。建议对于重载交通，采用沥青面层的车辙和土基顶面压应变作为预防车辙破坏的设计指标。

3 重载交通沥青路面轴载换算方法研究

3.1 轴载换算方法的基本原则

不同轴载作用次数的换算应遵循等效破坏原则，即同一路面结构在不同轴载作用下达到相同的疲劳损坏。因此，以弯沉为设计指标时，应遵循弯沉等效原则。

3.2 以路表弯沉值为设计指标的轴载换算方法

路表弯沉随轴重的增加呈幂函数增长。假设轴重 作用下，路表弯沉分别为 ，可以得出：

（3.1）

现行规范可以得到设计弯沉值 的计算公式如下：

（3.2）

式中， 为公路等级系数， 为面层类型系数， 为基层类型系数。

式3.2为设计弯沉的寿命为 ，故可以得到不同轴载的设计弯沉值比为：

（3.3）

由式3.1得到不同轴载的设计弯沉值比为：

（3.4）

联立式3.3和式3.4得到：

（3.5）

式中 为弯沉等效轴载换算指数。当轴载大于 时，等效换算指数取 ；而小于 时，仍按规范取值为 。

4 重载交通沥青路面结构设计方法研究

对于超重载车辆较多的道路，按额定荷载进行路面设计，很难满足使用寿命的要求。若按最大超载设计，会使路面过厚而不经济。因此有必要在交通特性及轴载换算方法研究的基础上，系统地提出适合于重载道路的沥青路面设计方法。

4.1 设计指标

重载沥青路面设计应采用多指标体系，包括路表弯沉、整体性基层和底基层的层底拉应力。因此仍以设计弯沉值作为路面厚度设计的控制指标，以半刚性基层和底基层层底弯拉应力、土基顶面压应变和沥青面层的车辙作为检验指标，对最大轴载进行半刚性基层和底基层极限弯拉应力验算。设计弯沉仍采用下式：

（4.1）

4.2 交通参数

路面设计时，需采集交通量和轴载等数据，进行标准轴载作用次数计算。

（1）交通资料：设计使用期内设计车道的标准轴载累计作用次数 ，则有：

（4.2）

（2）使用期内年平均当量轴次增长率：首先估计一般车辆和重载车辆的增长率，来计算年平均当量轴次增长率 。

（3）标准轴载及轴载换算：对于 以下轴载，按照规范进行弯沉和弯拉应力等效轴载换算。对于 以上轴载，通过等效轴载换算公式：

（4.3）

土基顶面压应变等效轴载换算公式为：

（4.4）

弯拉应力等效轴载换算公式为：

（4.5）

车辙等效轴载换算公式为：

（4.6）

式中， 为标准轴载累计当量轴次， 为换算车型各级轴载作用次数， 为标准轴载， 为换算车型各级轴载， 和 为轴数系数， 和 为轮组系数。

4.4 重载沥青路面结构组合设计和厚度计算

需要测定土基回弹模量，对土基回弹模量乘以0.8～0.9的折减系数。通过对重载道交通特性、材料性能及使用状况分析，拟定几种结构组合供重载路面设计参考。利用弹性层状体系理论确定路面厚度，进行重载沥青路面设计。

重载路面推荐结构

4.5 设计步骤

根据前文的研究并参考规范，可归纳出重载沥青路面设计步骤为：

（1）交通资料的收集。交通资料包括：初始年日平均交通量和轴载谱、超载方式和超载规律、历年交通量及交通组成、方向分配系数、车道分配系数、轴载年平均增长率等，判断是否适用于重载路面设计方法。若适用，利用研究结果进行轴载换算及使用年限内累计标准轴次的计算，最后计算设计弯沉。

（2）收集资料，并结合原有路面的使用及破坏情况，选择适于重载道路的材料并初拟路面结构。试验测定各结构层的抗压回弹模量、劈裂强度等设计参数。

（3）根据设计弯沉值计算路面厚度，并进行半刚性基层、底基层容许弯拉应力、极限弯拉应力验算及土基顶面容许压应变和沥青面层车辙验算。若不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，然后重新进行计算。

5 结论

我国现行路面设计方法是以常规荷载为依据的，对于超重载交通，规范尚未提及，以致造成路面结构的早期破坏。在重载沥青路面结构设计中，可采用多指标体系，包括路表弯沉、整体性基层和底基层的层底拉应力等。通过重载交通路面设计方法研究，延长路面的使用寿命，大大提高通行能力。

参考文献

[1] 刘颖.重载道路路面设计方法研究.[D].[硕士论文].西安：长安大学.2001

[2] 胡昌斌，黄晓明.重载交通沥青路面典型早期破损与成因分析.[J].福建建筑.2005

[3] 王新忠.重载交通沥青路面设计方法研究.[D].[硕士论文].西安：长安大学.2005

[4] 王冀蓉.重载长寿命沥青路面设计轴载分析.[D].[硕士论文].长沙：湖南大学.2007

沥青路面结构设计论文篇5

1引言

随着我国高速公路里程数的不断增长，政府及相关部门在高速公路养护上投入的资金也越来越多，而这其中由于沥青路面使用寿命过短而造成的大修大补更是占用了大部分的养护资金。国外研究认为，只要路面不发生结构性破坏，就可以长久的使用下去。也就是说，只要维修养护及时，沥青路面可以长期使用。永久性沥青路面就是在这样的背景下应运而生。因此，如何能够将永久性沥青路面与我国高速公路有机结合就是本文的研究目的。

2我国高速公路发展现状

高等级公路成为我国经济增长和社会发展的重要条件，我国长久以来在公路建设方面投入的大量的财力。我国公路总量规模实现跨越式增长，到2010年底，全国公路通车总里程达到398.4万公里，从改革开放之初的世界第7位跃居第2位；高速公路从无到有达7.4万公里，居世界第2位。“五纵七横”国道干线网络全部建成，规模效益逐步显现。随着经济的发展，交通量、荷载急剧增长，其中重载交通量增幅很大，给我国的沥青路面带来了很大压力。

3永久性沥青路面定义

长寿命路面的设计理念最初是由欧洲国家发展提出的，欧洲称之为永久性沥青路面或耐久性沥青路面（Long-Life Asphalt Pavements,Extended Life Pavements, Long-Lasting Pavements）。美国沥青路面联盟（APA）对长寿命路面设计理念进行了发展，提出了永久性路面（Perpetual Pavement）这一概念。美国APA的定义：永久性路面是一种设计和修筑良好的沥青路面，使用寿命可超过50年，期间不需要对主要结构进行修复或者改造，仅仅需要对产生在路面顶部的损坏进行周期性维护。欧洲国家公路研究实验室论坛的长寿命路面工作组（ELLPAG）的定义：长寿命路面是一种持久的结构，可以被看成一种不会由于交通荷载、环境状况、施工质量或材料退化的影响而在路基和基层产生任何形式结构损坏的路面。欧美虽然对永久性路面定义和名称有所不同，但是基本设计理念是一样，即要求路面结构在足够长的设计年限内路用性能、耐久性较好，不会发生结构性损坏。根据现阶段的国情，永久性沥青路面必须吸收国外成熟先进的设计思想，给出我们自己的永久性沥青路面定义，明确什么是永久性沥青路面，永久性沥青路面应满足那些要求等。

4永久性沥青路面结构

永久性沥青路面的设计主要是针对重交通量道路，当然也可以适合于中、轻交通道路。永久性路面也用于旧路如水泥混凝土道路的维修和重建。典型的长寿命路面结构如下图：

图1永久性沥青路面结构

其主要特点为:

①轮载下100~150mm区域是高受力区也是各种病害(主要是轮辙)的发

生区域；

②面层为40~50mm厚的高质量沥青混凝土，需为车辆提供良好的行驶界

面，应具有足够的表面构造深度、抗车辙能力、水稳定性好的特点；

③中间层为100~175mm厚的高模量抗车辙沥青混凝土，起到连接和扩散荷载的作用，应具有高模量（刚度）、抗车辙的特点；

④HMA基层为75~100mm厚的高柔性抗疲劳沥青混凝土，应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好的特点；

⑤最大拉应变产生在HMA基层的底部，该区域最易发生疲劳破坏，该区域的拉应变，对于控制沥青混凝土层自下而上的疲劳开裂，防止路面过早出现结构

损坏具有特别重要的意义。

5永久性沥青路面国内外研究应用概况

5.1国外研究概况

自上世纪90年代以来，各国逐渐把永久性沥青路面作为研究的热点，在欧洲、美国、加拿大、澳洲和南非都有广泛的研究。

英国的Michael Nunn（1997）在世界沥青路面协会（ISAP）举办的第八届沥青路面国际会议上提交的报告称中首次提出了长寿命柔性路面的概念，并在同年的TRL 250号报告中详细论述了如何针对重载交通道路设计长寿命柔性路面。

美国沥青路面联盟（APA）的Huddelston等人首次在APA公开出刊物中使用了永久沥青路面这一概念。美国沥青路面联盟于2002年第一次系统介绍永久性沥青路面的设计概念、力学―经验设计法、路基要求和各层HMA的要求，并讨论了永久性沥青路面的性能目标和一些工程实践。美国联邦公路局（FHWA）提出了一项永久性路面计划，拟建能满足消费者安全需要，且经济效益好，并能维持较高性能的长寿命路面。

欧洲专门成立了长寿命路面研究小组，以报道欧洲的长寿命路面的研究发现为主，特别是关于设计、施工和养护等方面，研究目标是：

① 更好的理解施工和养护长寿命路面的经济可行性；

② 更好理解长寿命路面的破坏机理和路面分类；

③ 确定不发生结构破坏的路面设计、施工、评估和养护的最佳方法；

④ 概括长寿命路面概念框架中的研究需要；

⑤ 鼓励使用长寿命路面设计和养护方法。

5.2国内应用概况

近几年我国也在永久性路面应用方面做了一些尝试性的应用。2003年同济大学在广州-梧州高速云浮市境内修筑1km的试验路。试验路采用了两种路面结构，结构A为半刚性基层厚沥青层路面，磨耗层为采用4cm SBS改性沥青SMA-13，起到抗滑作用，具有足够的抗剪切能力；沥青中间层的厚度为13 cm，采用AC16-I橡胶粉改性沥青混合料；沥青基层的厚度为8 cm，采用AC25-I。沥青层的总厚度为25 cm。采用水泥稳定碎石底基层，厚度32 cm，土基的模量达到35MPa以上。结构B为柔性基层厚沥青层路面，中间层及磨耗层和结构A相同，基层厚度为15cm，沥青层的总厚度为32 cm。采用级配碎石底基层,厚度40 cm，土基的模量达到35MPa以上。

2005年，山东省公路局和美国联邦公路局、美国国家沥青研究中心等合作项目《永久性沥青路面》在滨州修筑4段永久性路面试验段，其中三种为全厚式结构，一种采用水泥稳定材料的厚沥青层。

6结论

目前我国在永久性沥青路面的研究应用才刚起步，相对研究成果较少，很多还不成熟。现阶段应综合国外研究，将重点放在路基要求、沥青层结构与材料设计、合理的设计指标和标准及寿命周期成本分析等方面。

参考文献

[1] MICHAEL NUNN，BRIANW.FERNE.Design and Assessment of Long―life Flexible Pavements.“Perpetual Bituminous Pavements”CIRCULAR of TRANSPORTATION RESEARCH.2001.

[2] 冯治安，王选仓，李国胜.长寿命路面典型结构研究、设计与施工技术.北

沥青路面结构设计论文篇6

Abstract: The asphalt concrete pavement thickness design should be based on the characteristics of the asphalt pavement, master the performance of construction materials. Layer thickness design is first to do the structural design of the road, and calculate the surface layer thickness of a good road and pavement layer tensile stress checking. During the construction, the paper briefly discusses the application of a double layer asphalt paving technology.Key words: urban road; asphalt concrete; the thickness of the surface layer; design and construction

中图分类号：U416.217 文献标识码：A

高速公路的沥青面层厚度在15-18cm之间较为合适，究竟多厚最佳，还需要进一步的理论研究和试验。柔性基层路面在我国还处于探索阶段，可以预见随着社会经济的发展，柔性基层沥青路面将成为我国一种重要的路面结构形式。相关研究认为，面层厚度的变化引起面层层底的拉应变的变化率是基层的2.3倍，面层厚度对面层底的拉应力更敏感，而面层层底的拉应变直接控制疲劳开裂，因而对柔性基层路面面层厚度的研究具有重要的现实意义。本文主要就城市道路沥青混凝土面层厚度的设计与施工谈一些粗浅观点。

一、沥青路面特点及面层施工材料要求沥青路面是采用沥青材料作结合料，粘结矿料或混合料修筑面层的路面结构。沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料作结合料，不仅增强了矿料颗粒间的粘结力、而且提高了路面的技术品质[1]，使路面具有平整、耐磨、不扬尘、不透水、耐久等特点。由于沥青材料具有弹性、粘性、塑性，在汽车通过时，震动小、噪音低、略有弹性、平稳舒适，是高级公路的主要面层。

沥青路面所用沥青的标号，应根据地区气候条件、施工季节气候、路面类型、施工方法和矿料性质尺寸等因素选用。所选用的沥青应满足道路用沥青技术标准。

矿料：沥青所用的矿料有粗集料（碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣）、细集料（天然砂、机制砂、石屑）、填料等

粗集料：沥青路面所用粗集料应洁净、干燥、无风化，而且应具有足够的强度和耐磨性以及良好的颗粒形状。粗集料的规格应满足技术标准要求。粗集料主要有碎石、轧制砾石及筛选砾石。碎石及轧制砾石是由天然石料（砾石）轧制并经筛选而得，有严格的质量要求，一般应用于交通量较的高等级路面；筛选砾石是由天然砾石筛选而得，仅适用于交通量较小的路面下层、基层或连接层的沥青混合料中使用，不宜用于防滑面层。 细集料：细集料是指粒径小于5mm的天然砂、人工砂、石屑。细集料均要求坚硬、清洁、干燥、无风化、不含杂质，并且具有适当的级配。

填料：填料一般采用石灰岩、岩浆岩或白云岩等中强基性岩石等增水性石料经磨细而得到的矿粉。矿粉应干燥、洁净、无团粒，

石灰、水泥、粉煤灰也可作为填料的一部分使用（其用量不宜超过矿料总量的2%）。但应经实验确定其属于碱性，与沥青有良好的粘结力 二、沥青路面结构设计

结构设计的一般原则

(1)因地制宜，合理选材(2)方便施工，利于养护(3)分期修建，逐步提高(4)整体考虑，综合设计(5)考虑气候因素和水温状况的影响

2．沥青路面结构组合设计

（1）根据各结构层功能组合 （2）强度组合 （3）合理的层问组合 （4）考虑自然水温条件的不利影响 （5）适当的层数和厚度

3．根据各结构层功能组合

柔性路面常用断面

4．强度组合

路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合。规范要求基层同面层之间的模量比不应小于0.35土基与基层的模量比应在0.08~0.40的范围内。

5．合理的层间组合

各结构层材料具有不同的特性，在组合时，应注意相邻层次的互相影响，采取措施限制或消除所产生的不利影响。层间结合应尽量紧密，避免产生层间滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。

考虑自然水温条件的不利影响

6．适当的层数和厚度

沥青路面通常为多层结构，为了便于施工，路面结构层的层数不宜过多。

路面结构类型的设计

路面结构也是影响裂缝的关键因素之一，例如采用15 cm厚和10 cm厚沥青混凝土分别与40 cm粒料基层结构的道路，前者裂缝相对较少。这主要是因为较厚的沥青面层在结构上强度较大，在温度拉应力作用下不易产生开裂。沥青混凝土应尽量用骨架空隙结构或骨架密实结构，当路面的结构类型相同时，砂土路基则比黏土路基产生的收缩裂缝多。在上列因素中，国内外的试验研究资料都表明，所用沥青类型、性质和用量是影响路面裂缝的最主要因素。

三、新建路面的结构层厚度计算

1．基本原则和有关规定

为了使多层次的沥青路面结构设计与计算更符合实际情况,目前我国的沥青路面设计规范采用多指标控制路面结构设计,同时把路面的结构组合、厚度计算甜可科组成设计统筹考虑,并采用多层弹性体系理论计算路面结构层厚度,对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力验算。我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条件。

路面厚度计算步骤

（1）确定单车道累计当量轴次Ne。

对选定的结构组合，拟定某一层位作为设计层层位。在拟定的路面结构中，先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。一般当采用半刚性基层、底基层结构时，可选任一层作为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。此时若求得基层厚度过厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层[3]，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。 （2）确定设计弯沉值Ld。确定路面材料设计参数。在初步设计阶段应选用沿线材料和外购材料进行配合比设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并论证地确定各层材料(沥青混合料在15°C、20°C时)的抗压回弹模量E1和劈裂强度σPS、抗拉强度结构系数Ks、容许拉应力σR。 （3）确定土基的回弹模量Eo。根据某车道累计轴次Ne、设计弯沉值Ld、各结构层的回弹模量E1与劈裂强度σPS、土基回弹模量E0、已知结构层的厚度hi等利用专用设计程序即可求得某一结构层的厚度[4]。

路面结构层拉应力验算步骤

(l)确定路面材料设计参数确定各结构层的劈裂强度σPS、容许拉应力σR，路面设计弯沉值Ld。(2)确定系数确定公路等级系数、面层类型系数、基层类型系数、路面设计年限、车道横向分配系数、交通量年增长率。(3)确定当量轴次当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，应确定相应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内一个车道上的累计当量轴次；当进行半刚性基层层底拉应力验算时应确定出相对应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内—个车道上的累计当量轴次[5]。(4)根据以上的计算参数利用专用设计程序即可完成层底拉应力验算。

四、面层施工

1．铺筑试验路段

高等级公路在施工前应铺筑试验段,铺筑试验段是不可缺少的步骤, 其它等级公路在缺乏施工经验或初次使用重大设备时,也应铺筑试验段。试验段的长度应根据试验目的确定,宜为100~200m,试验段宜在直线段上铺筑[6]。如在其它道路上铺筑时,路面结构等条件应相同。路面各层的试验可安排在不同的试验段。

要通过铺筑试验确定以下内容：

透层沥青的标号与用量、喷洒方式和温度；摊铺机的摊铺温度、速度、摊宽度、自动找平方式等操作工艺；压路机的压实顺序、碾压温度和速度及碾压遍数等压实工艺；确定松铺系数、接缝方法等；验证沥青混合料配合比设计结果,提出生产用的矿料配比和沥青用量；建立用钻孔法及核子密度仪法测定密实度的对比关系，确定粗粒式沥青混凝土或沥青碎石面层的压实标准密度；确定施工产量及作业段的长度,制订施工进度计划；全面检查材料及施工质量；确定施工组织及管理体系、人员、通讯联络及指挥方式[7]。在试验段的铺筑过程中,施工单位应认真做好记录分析,监理工程师或工程质量监督部门应监督、检查试验段的施工质量,及时与施工单位商定有关结果。

2．双层沥青摊铺

双层沥青摊铺技术是瑞典戴纳派克压实与摊铺设备有限公司推出的一项世界领先的全新工艺，其工作原理是将沥青粘接层和磨耗层同时摊铺完成，即“热＋热”摊铺工艺。这种技术的产生是摊铺设备行业的一项革命性创新，改变了传统摊铺工艺在道路施工时逐层摊铺压实的方法。

双层沥青摊铺要使用专门的双层沥青混凝土摊铺机，用两套拌合设备、运输设备把两种沥青混合料输送到摊铺机，把不同配合比、不同厚度的两层沥青混合料一次摊铺完成，然后使用一套压实设备一起碾压成型。这种施工工艺中，下面摊铺层的预压实由带压实功能的熨平板完成，两层摊铺可以共用一套运输、压实设备。

使用专门的双层摊铺机施工，简化了两套摊铺机相互干扰，能够有效避免上层摊铺施工机械对下层的影响；能够获得更好的平整度和层间粘结效果。

也可使用两台普通摊铺机，由两套运输设备分别给两台摊铺机供料，依次摊铺两层混合料，用一套压实机械将两层沥青混合料共同碾压成型。注意必须保证两层的铺筑作业紧密衔接，实现"热接热"的摊铺施工。第一层摊铺的预压实一般由配备高压实性能熨平板的摊铺机完成，预压实压实度90%以上，需要转运车配合。

传统的沥青路面铺筑方式薇单层铺筑、单层碾压成型。双层摊铺较之传统铺筑方式提高了沥青面层的层间粘结效果，抗剪度可提高60%；可减少油石比1%至2%，节省工程成本；解决了传统分层摊铺层间易污染问题，还可优化路面结构，使路面结构更合理。可有效提高公路使用寿命，而且不需要喷洒粘层油，更节能环保，节约材料和施工时间。

双层摊铺技术的引进对中国筑路行业必将产生深刻的影响，该技术是一项致力于在施工阶段全面提高质量并降低成本的新方法，不但可以提高施工效率并可以将公路使用寿命提高5～10年左右，是一项在未来几年内最值得推广的路面施工新技术。

参考文献

[1]黄芳.半柔性复合路面结构设计理论与方法研究[D].重庆交通大学,2008.

[2]蒙志军.浅析沥青路面养护技术[J].硅谷,2009,(3):89,106.

[3]李健.复合式基层沥青路面结构分析与研究[D].长沙理工大学,2009.

[4]黄宗贵.混凝土沥青路面施工技术探讨[J].黑龙江科技信息,2010,(23):319-320.

[5]高润宝.浅析沥青路面施工[J].黑龙江科技信息,2009,(36):402.

沥青路面结构设计论文篇7

关键词沥青混合料配合比，设计方法，superpave体积设计方法，比较应用

Abstract: this paper mainly discusses the traditional gradation design method and volume design method, compares the characteristics between the gradation and the way of the asphalt mixture with properties, choose the more good gradation design method.

Studies suggest that volume design method in the Superpave asphalt mixture in the water stability, the high temperature stability, friction coefficient, the structure, depth, etc shows good performance.

Keywords： asphalt mixing ratio, design method, superpave volume design method, compares the application

中图分类号： TU528文献标识码：A 文章编号：

Abstract

This paper discussed the grading of traditional design methods and design size, Comparison between the size distribution and characteristics of the asphalt mixture road performance, excellent choice of the size distribution design methods.

Study design that the volume of Superpave asphalt mixture in water stability, high temperature stability, Friction coefficient, tectonic depth has shown good performance.

Keywords ：Asphalt mixdesign ，Superpave volume ，Application design methods

前 言

现行规范中所推荐的集料级配配比属于密集配，其理论基础为泰波公式，设计原则为最大理论密度。但是这种级配经过长期实践经验证实：其粗集料未形成骨架，细集料过多，高温稳定性差，易形成车辙。随着高速公路不断发展，交通量不断增长，交通日益渠化，车辙问题已受到普遍关注，由车辙所导致的舒适与安全问题也逐渐受到重视。

目前国内热拌沥青混合料配合比设计大多采用马歇尔试验方法,而美国沥青协会出版的沥青混合料设计中规定马歇尔法仅适用于连续级配密实沥青混合料。本文通过传统设计方法与体积设计法的试验，得出了一些结论。

1．设计内容和具体方案

Superpave 设计方法是力图将试验方法与指标同沥青路面的野外性能建立起直接的联系,通过控制高温车辙、低温、疲劳开裂,以全面提高路面性能。

Superpave虽然不再直接使用Fuller公式来计算级配曲线，但仍按此公式画一条最大密度线后，以此为基础，在此线的上下设置7个控制点和一个限制区作为设计矿料级配或矿料颗粒组成曲线的依据。Superpave矿料级配组成的发表，实际上等于在美国放弃了使用近百年的传统连续级配，应该说，Superpave矿料级配设计方法没有明确的原则，属于经验性的。

Superpave并不主张用类似图上对角线的连续级配，它要求级配曲线既通过图上的7个控制点之间，又不要进入限制区。这样的级配曲线不再是连续级配，在美国通常要求级曲线处限制区的下面，并称其为粗集料级配。实际上，在美国早就不用限制区。本设计中并未考虑限制区对沥青混合料的影响，借鉴了张登良教授关于沥青混合料体积设计法的研究成果进行设计。

2．试验结果与分析

Superpave级配与AC型级配设计方法有本质的区别。superpave结构类型是骨架密实型，有良好的路用性能。AC型级配结构是悬浮密实结构。两种设计方法设计的沥青混合料VFA 、沥青用量、路用性能能否达到要求？针对这一问题对AC-16和Sup-16路用性能和体积性能对比试验。

Superpave沥青混合料与AC-16型沥青混合料，特别是AC-16F型沥青混合料相比,显著特点就是粒径明显粗化，混合料中粗集料含量较多，这种变化将从整体上影响沥青混合料的路用性能。

2.1高温稳定性的比对

sup-16与AC-16C型沥青混合料相比，稳定度并没有显著提高，主要原因分析如下：AC 型沥青混凝土, 属于典型的密实悬浮结构, 细集料胶浆多且致密, 在力学性能上表现为马歇尔稳定度较高。Superpave 沥青混合料级配中虽增加了粗集料含量, 相应的细集料胶浆比例有所下降, 降低了沥青混合料的粘结力C,因此其马歇尔稳定度没有显著的提高。

Superpave 沥青混合料虽也属连续级配，但其粗集料含量较多，故其受力效果主要依靠粗集料形成的嵌挤结构, 粘结力的作用反而不明显, 劈裂实验并不能真实反映SMA 的受力特点。这种情况下,用属劈裂性质的马歇尔试验作为评价Superpave 沥青混合料的力学强度指标是否合理, 是值得探讨的问题。

对沥青混合料而言, 高温抗车辙能力受集料级配和沥青性能影响。夏天高温

沥青胶浆变软, 损失承载力时, 对行车荷载造成的永久变形的抵抗力就主要依靠集料级配来提供。Superpave 沥青混合料中粗集料含量的增加, 有利于粗集料之间互相嵌挤锁结, 形成一定程度的空间骨架结构, 细集料胶浆只起到填充粗集料空隙作用, 即使细集料胶浆受热变软, 对高温抗车辙能力造成的影响也很小, 可以有效提高沥青混合料在行车荷载作用下抵抗塑性变形的能力, 即提高沥青混合料的高温稳定性。

2.2 水稳定性的比对

沥青混合料的水稳定性应按照规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，比较其残留稳定度和残留强度。因试验条件所限，本次设计只进行了浸水马歇尔的试验。

由表2可以看出, AC-16F型沥青混合料的水稳定性最好, 其次为密级配沥青混凝土AC-16C。从实验结果看, 虽然AC-16 C和Superpave 中粗集料含量较高, 但其水稳定性并不差。沥青混合料对水损害的抵抗能力很大程度上取决于沥青与集料的粘附性以及细集料胶浆是否充分填充了粗集料留下的空隙, 即与剩余空隙率的大小有关。沥青粘附性及填充效果越好, 水稳定性越好。在沥青与集料一致的情况下, 水稳定性就与剩余空隙率有很大关系。密级配AC-16F沥青混凝土剩余空隙率为3.1% , AC-16C 剩余空隙率为4.26% , Superpave 剩余空隙率为4.08% , 也就是说AC-16C和Superpave 在粗集料含量高的情况下同样形成了密实填充效果, 剩余空隙率小, 其相应的水稳定性就好一些。

2.3 小结

(1)Superpave 和AC-16C型沥青混合料与AC-16F型沥青混合料相比,粗集料含量显著提高。

(2)密级配沥青混合料在马歇尔稳定度、低温抗裂性等方面表现出较好的性能。

(3)AC-16C型沥青混合料和Superpave 沥青混合料在水稳定性, 高温稳定性、摩擦系数、构造深度等方面表现出较好的性能。

(4)在疲劳耐久性方面, AC-16F型沥青混合料与AC-16C型沥青混合料较好, Superpave 沥青混合料相对差一些。

(5)从总体上分析, AC-16C型沥青混合料和Superpave 沥青混合料具有较好的路用性能, 适宜做高等级公路沥青面层。

3.结 论

通过传统级配设计方法设计的沥青混合料AC-16F型、AC-16C型与体积设计法设计的Sup-16型沥青混合料制作的试件测得的各项物理力学指标分析比较得出：

Sup-16 沥青混合料在水稳定性, 高温稳定性、摩擦系数、构造深度等方面表现出较好的性能，但疲劳耐久性相对差一些。传统级配设计的沥青混合料在马歇尔稳定度、低温抗裂性等方面表现出较好的性能。相比传统级配设计法而言，体积设计法在控制沥青混合料的空隙率方面表现出了明显的优越性。

研究认为，虽然体积设计方法目前还不甚成熟，在我国现有的设备情况下,我们仍然可以学习Superpave 的精神,并结合国情加以改进。

参 考 文 献

[1] 沈金安.改性沥青与SMA路面.人民交通出版社，1999.

[2] 公路工程集料试验规程.（JTJ058-2000），中国人民共和国交通部颁布.

[3] 公路工程沥青及沥青混合料试验规程.（JTJ052-2000），中国人民共和国交通部颁布.

[4] 郑南翔.聚珍求索.人民交通出版社.2004.

[5] 苏达根.土木工程材料.高等教育出版社.2003.

沥青路面结构设计论文篇8

 

随着改革开放的步步深入，城市基础设施建设迅猛发展，特别是城市道路交通网的建设进入了一个崭新阶段。与其他类型路面相比，沥青路面具有表面平整、坚实、无接缝、振动小、桑音低、行车平稳舒适，养护维修简便等优点。多年来，机动车道基本百分之百铺筑了沥青路面，使道路总体水平有了极大改观，大幅度提高了道路能行能力，顺应了经济社会发展的形势，满足了人民群众对生活质量追求不断提高的客观要求。但是，沥青路面也存在着抗弯拉强度底、面层的温度稳定性较差等缺点。沥青路面在铺筑使用后会产生各种各样裂缝，由于路表水的浸入，裂缝两侧的路面结构层和土路基的含水量增大，致使路基和路面强度降低。随着交通量迅速增加，特别是大吨位车辆行车荷载的作用，路基、路面承受不了超载车辆荷载的作用，加快路面的裂缝产生，大大缩短沥青路面的使用寿命。为此对裂缝的形成与防治阐述如下：

一、沥青路面裂缝的形式：

就沥青路面而言，裂缝的类型可分为两大类：荷载型裂缝和非荷载型裂缝。

荷载型裂缝主要是由于路面结构受到了行车荷载作用，低部产生拉应力大于其材料的抗拉强度而产生的裂缝。这种裂缝反映在面层上，是网状的、稠密的、互相联系的裂缝。这种裂缝随着行车荷载的反复作用，使路面裂缝逐渐扩大，甚至产生变形，出现车辙或沉陷。

非荷载型裂缝主要是温缩裂缝和干缩裂缝。对温缩裂缝而言，当气温大幅度下降时，沥青面层表面的温度迅速变化，而温度向沥青面层底部传递需要一定的时间，这样沥青面层内部和底部的温度与其表面的温度存在着一个差值，从而在沥青表面产生较大的温度收缩应力。当这个应力超过沥青面层混合料的抗拉强度时，面层的表面就要开裂。随着持续低温或另一次降温的到来，在裂缝的尖端会产生较大的应力集中，使裂缝向下延伸并穿透整个沥青面层，甚至将基层拉裂。

干缩裂缝是由于半刚性基层材料的干缩而产生的反射裂缝。铺筑的半刚性基层随着混合料水分的减少要产生干缩应力。特别是刚刚铺筑的半刚性基层，水分散失的速度非常快，混合料产生的干缩应力也较大，此时基层的抗拉强度尚没有完全形成，若不能保证半刚性基层混合料的含水量，及时洒水养生，半刚性基层便会生产干缩裂缝。

二、沥青路面裂缝形成的原因：

①、设计因素：

1）路面结构设计不合理或厚度不足，路面厚度不能满足行车要求或者对路面设计年限内交通量年均增长率估计偏小，致使路面强度日趋不足，满足不了交通量迅速增长和汽车载重明显增大的需要。

2）地下管道设计深度不够，导致基层压实不平引起沥青路面的横向裂缝。

②、材料因素：

1）沥青结合料的温度稳定性差，延性低，不适应当地气候条件和行车作用，极易造成沥青路面早期裂缝。

2）沥青混合料搅拌不均或者温度过高，也是造成沥青路面裂缝的因素之一。

3）沥青混合即油石比过低；集料级配不佳，石料偏少，配合比不正确。

③、施工因素：

1）路基或基层结构强度不足，路基局部下沉，路面掰裂。博士论文，形成。

2）半刚性基层在铺建时随着混合料水分的减少产生干缩应力，形成干缩裂缝。博士论文，形成。

3）基层混合料的离析或碾压不密实及机械组合不合理，造成基层上部1-2cm细粒料上浮，形成强度较弱的薄层，在行车荷载作用下，易产生龟状裂缝。

4）半刚性基层养生不当或养生结束后，如果不及时洒铺封层或透层油，随着暴晒时间的增长产生干缩裂缝。

5）施工填土未压实，路基产生不均匀沉陷，接缝处压实未达到要求，在行车作用下形成纵向裂缝。

6）沥青混合料摊铺时间过长，其表面温度低，内部较热，用重型压路机碾压易引起路面表层切断。

7）施工接缝处理不当、碾压方式不正确易产生横向裂缝。

8）沥青混合料分幅碾压力或纵向接茬时，由于接茬处理不当造成接茬开裂。

9）对于水泥稳定类的半刚性基层，若水泥用量过大，基层的强度就高，刚性就大。基层材料与下层材料的模量比就会增加，从而增大基层底面由行车荷载而引起的拉应力，容易使底面由行车荷载而引起的拉应力，容易使基层在行车荷载的作用下开裂。

④、气候因素：

1）冬季气温下降，沥青面层或半刚性基层低温收缩易产生收缩缝或干缩裂缝，这种裂缝在路面重复荷载作用使沥青路面表面形成横向反射裂缝。

2）雨水等水的损害加剧了裂缝的产生。水分渗入到路面空隙和裂缝中，在外力作用下，导致沥青与集料之间粘结力降低并逐渐丧失粘结力。因为水分的不断侵入，在汽车车轮动态荷载的反复作用下，进入路面空隙裂缝中的水分不断产生动压力或真空负压抽吸的反复循环，水分逐渐渗入到沥青与集料的界面上，沥青膜从面料表面脱落，沥青混合料掉料、松散、开成网状裂缝并不断扩大。

三、裂缝的防治措施

1、 设计措施

1）在设计中，充分估计和预测远景交通量，适当考虑超载车辆的比例。在允许的情况下，适当提高路面结构层的标准。博士论文，形成。博士论文，形成。在设计半刚性路面结构时，优先选用抗压性能好，干缩系数和温缩系数小及抗拉强度高的半刚性材料做基层。博士论文，形成。

2）设计地下管线的埋深不能高于路面以下30cm。博士论文，形成。

2、材料措施

1）选择合适的道路材料和面层材料，进行合理的结构组织设计，确定沥青路面厚度。

2）在沥青混合料中添加石棉或木质纤维料或采用较厚的沥青面层减少或延缓由半刚性基层产生的反射裂缝。

3）面层沥青尽量选择底稠度、高延度、底含腊量的优质沥青，在满足稳定度要求的前提下，选择针入度较大的沥青，必要时可选用改性沥青：在沥青混合料中添加改性剂和木质纤维料或采用较厚的沥青面貌一新层，来减少或延缓由半刚性基层产生的反射裂缝。

4）严格控制半刚性基层碾压时的含水量，碾压成型后要及进覆盖洒水养生，确保混合料的含水量不受损失，切忌让基层直接暴晒；

5）在半刚性基层上锯缝，缝深为厚度的1/3-1/2，将缝口清扫干净后，浇灌乳沥青，并跨缝铺高玻璃纤维土工格栅，可时显减少干缩裂缝。

3、施工措施

1）填土中不得含有淤泥、腐殖土及有机物等，压实度达到规定值。

2）严把沥青混合料质量关，使沥青混合料级配最佳，矿料拌合粗细均匀一致，严格按配合比控制油石比。

3）严格控制各结构层混合料的材料质量和施工配合比，选择最佳的碾压方式，严格按操作规程科学施工。

四、结束语：

沥青路面结构设计论文篇9

中图分类号：TU535文献标识码： A 文章编号：

1 沥青路面使用现状

1.1 发展概况

我国的高速公路建设起步于 20 世纪 80 年代中叶，1988 年 10 月底上海至嘉定高速公路的建成通车，实现了我国大陆高速公路零的突破。自90年代初标志着中国高速公路开始腾飞的标志：京津塘高速公路的建成，到如今“五纵七横”路网全部建成，国家对公路投资和建设可谓不遗余力，高度重视。2005 年 1 月，国务院正式通过《国家高速公路网规划》，表示用 30 年时间建成中国的“7918”高速网络，总规模大约为 8.5 万公里。高速公路已经不但成为各地一道亮丽的风景线，而且已成为推动我国经济健康发展、持续增长的重要产业之一。

1.2损坏类型及成因

高等级沥青路面常见的破坏现象有裂缝、车辙、松散、剥落和表面磨光等。

(1) 裂缝

沥青路面出现的裂缝，按其成因不同分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种类型。裂缝是高等级公路沥青路面最主要的破坏形式。

(2) 车辙

车辙是渠化交通引起的沥青路面损坏类型之一。车辙一般是在温度较高的季节，车辆反复碾压下产生塑性流动而逐渐形成的。应指出的是，对于半刚性基层沥青路面，由于半刚性基层具有较大的刚度，路面的永久变形主要发生在沥青面层中。因此主要应从提高沥青面层材料的高温稳定性着手防治车辙。

(3) 松散剥落

产生松散剥落的原因主要是由于沥青与矿料之间的粘附性较差，在水或者冰冻作用下，沥青从矿料表面剥离所致。产生松散剥落的另一中可能性是由于施工中混合料加热温度过高，致使沥青老化失去黏性。

(4) 表面磨光

沥青路面在使用过程中，在车轮反复滚动摩擦的作用下，集料表面被逐渐磨光，有时还伴有沥青不断上翻，从而导致；表面磨光的内在因素是集料质地软弱，缺少棱角，或矿料级配不当，粗集料尺寸偏小，细料偏多，或沥青用量偏多等。

1.3路用性能

1.3.1高温稳定性

沥青混合料的高温稳定性一般指沥青路面在高温条件下受荷载作用抵抗永久变形的能力。沥青混合料的强度与刚度随温度升高而显著下降，在高温季节行车荷载的反复作用下，路面产生诸如车辙、波浪、推移、拥包以及泛油等病害。沥青混合料的高温性能受到许多因素诸如材料、设计、施工、气候及荷载等的影响。沥青路面的车辙不仅影响行车的舒适性和快速性，影响行车安全，而且产生车辙的路面维修养护特别困难，因此沥青路面必须具有良好的高温稳定性。

1.3.2 低温抗裂性

裂缝是路面的主要破坏形式。由于沥青路面在高温时变形能力较强，而低温时变形能力差，故不论哪种裂缝，以在低温时发生的居多。从低温抗裂性的要求出发，沥青路面在低温时，应具有较低的劲度和较大的抗变形能力，而且在行车荷载和其他因素的反复作用下不致产生疲劳开裂。

1.3.3 耐久性

沥青路面应具有抵抗温度、阳光、空气、水等各种气候因素作用的能力，即在这些因素的作用下，沥青路面的性质不致很快恶化——失去黏性、弹性、性质变脆，以致在行车荷载和其他因素的作用下发生碎裂，乃至沥青与矿料脱离，导致路面松散破坏。

1.3.4 水稳定性

水损害是沥青路面的常见病害。所谓水损害是指沥青路面在水或动融循环的作用下，在行车荷载的作用下，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落（剥离），沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等的损坏现象。

1.3.5 抗滑能力

现代交通车速不断提高，对路面的抗滑能力也提出更高的要求。沥青路面应具有足够的抗滑能力，以保证在最不利情况下（如路面潮湿等）车辆能够高速安全行驶，而且在外界因素作用下其抗滑能力不致很快降低。

2 沥青混合料组成结构理论及沥青混合料的结构特性

2.1 表面理论

表面理论主要是采用库仑的内摩擦理论来分析沥青混合料，其强度由两部分组成：一部分是矿质骨架的强度，表现为颗粒间的摩阻力；另一部分是沥青的胶结强度，表现为沥青与集料间的粘结力和沥青本身的粘聚力。在这两部分力中，摩阻力占优。因此，主要是从改善集料的骨架来改善沥青混合料的路用性能。但是，采用库仑理论分析问题的前提是将沥青混合料视为剪切破坏前为不变的刚塑体，而实际沥青混凝土在大量行车荷载重复作用下发生一次性大变形破坏的可能性非常小，主要是累积变形而破坏，所以表面理论主要适用于沥青混合料温度较高时评价高温稳定性情况。

2.2胶浆理论

胶浆理论认为沥青混合料是一种多级空间网状结构的分散系。第一级粗分散系，是以粗集料为分散相分散在沥青砂浆的介质中；第二级细分散系，是以细集料为分散相分散在沥青胶浆中；第三级微分散系，是以填料为分散相分散在高稠度的沥青介质中。

3 沥青混合料设计

3.1 目前沥青混合料的设计方法

沥青混合料的配合比设计主要包括两个部分，一部分为集料级配组成设计，一部分为沥青用量设计。目前沥青沥青混合料设计方法主要有马歇尔、Superpave、GTM等.

3.2 级配设计理论

目前，传统的两种级配组成理论是最大密度曲线理论和粒子干涉理论。

最大密度曲线理论由W·B·富勒提出，其计算式如下：

（4.1）

式中：P—集料在筛孔尺寸d上的通过百分率，%；

d--筛孔尺寸，mm；

--集料的最大粒径，mm。

A·N·泰波对其进行了修正，并给出了级配曲线范围的公式，公式如下：

（4.2）

沥青路面结构设计论文篇10

中图分类号：TU2文献标识码： A 文章编号：

前言：

十几年来我国公路通车里程迅猛增长，道路交通系统逐渐得到改善和加强，给我国的经济发展提供了巨大的动力和保障。但是另一方面沥青路面尤其是高速公路沥青路面的大量过早损坏却造成了很大的经济损失和不良的社会影响，已经引起了公路部门广泛的重视。

特别是近几年来新建成通车的高速公路沥青路面，往往在一年左右的时间内就产生严重的过早破坏现象。产生严重过早破坏现象的沥青面层中，既有表面层和中面层都使用了改性沥青的、表面层是改性沥青SMA的、表面层是改性沥青“高性能沥青路面”的，也有纯沥青混凝土的。它们的共同特点是，95％左右的破坏仅发生在沥青面层内。造成这种现象的原因值得我们深思。

沥青路面早期损坏的现状及原因

高速公路沥青路面的早期病害所表现出来的形态和特征是多种多样的。这是因为造成

路面破坏的原因是多方面的。有行车荷载因素，如：超载、重复加载和水平荷载等；也有环境因素，如：温度变化、湿度变化和冰冻作用等；此外还有设计、施工、采用的材料和养护管理等方面原因。同一种原因可以引起不同程度的破坏，而同一种破坏形式也可以由不同的原因所造成。根据高速公路沥青路面破坏形态、特征和原因可将路面的损坏形式分为裂缝、变形、表面损坏三大类。

对于沥青路面早期损坏的原因有很多，得到共识的主要有以下几点：

建设工期不合理

很多地区在高速公路建设工程中明显表现出建设工期不合理，当地政府领导出于各种需要，随意压缩建设工期，几乎每条高速公路都要缩短工期1／3左右。

施工质量存在问题

由于各承包商在施工过程中对施工工艺和质量的控制参差不齐，虽然业主和监理管理的要求是一样的，设计标准也是相同的，但在相同的气候和交通量的情况下，施工质量差的路段很快就会出现病害。

车辆超载

过大的交通量和过重的车辆荷载成为高速公路沥青路面早期病害形成的重要原因。目前，一些经济繁荣地区的高速公路日交通量达到数万辆，甚至数十万辆，而且载货车辆超载现象越来越普遍。根据我国沥青路面结构设计规范，以双轮单轴轴载100KN作为路面设计的标准轴载。但是实际上，超载100％的情况常有，超载200％的载货车辆也常见到。超载车辆的轮胎充气气压也已超过0.7Mpa，达到1Mpa以上。这种严重的超载现象对高速公路沥青路面造成显著的破坏。

水损害

多雨地区，水侵入路面结构内部的机会较多，行车造成的动水压力和抽吸力会使沥青薄膜剥落，并导致路面产生严重的水损害。北方冰冻地区，虽然降雨量小，但冻胀和翻浆同样会对路面造成严重破坏。

路面结构研究与设计的不足

高速公路设计问题包括从选线到路面计算的一系列工作。其中对早期病害有着决定性作用的设计工作是路面材料的配合比设计和路面的结构组成设计。尤其是路面材料的配合比设计，对沥青路面早期病害的破坏程度有着重要的影响。

现行沥青路面结构设计存在的缺陷

我国沥青路面结构设计贯穿了以路面弯沉为主要指标的设计思想，路面结构设计是以满足设计年限内允许通过预测交通量要求的路面整体刚度为目标，以提高路面结构的承载能力为主要目的，兼顾结构的抗疲劳能力的设计理念。实际上，路面结构的抗疲劳能力不是一个控制指标，路面结构的长期使用性能和维修养护的综合经济分析没有考虑周全。相关部门经过大量的调查证明目前路面的损坏（开裂）多是产生于面层的顶部，而不同于传统上控制的自下而上的开裂。实验证明，这种自上而下的开裂主要是由剪应力引起的。当通常认为较好的路面结构（即按弯沉或弯拉指标判断）按照剪切指标评价却是非常低的，这个分析揭示了我们目前对路面结构认识的一个深层次问题，实际上这也是目前我们的路面大量损坏的主要原因之一。

而从目前我们的设计理论来看设计指标单一，即以设计弯沉作为路面结构设计的惟一指标。虽然用弯拉应力来作为控制验算，但作为影响路面开列的一个主要因素剪切应力还没有得到充分考虑。在实际工作中，弯沉指标无法与多种破坏类型和破坏标准相统一，现有沥青路面的损坏与设计模式大不相同，用弯沉这一设计指标无法完全解释。路面设计的宗旨是防止在设计年限交通量反复荷载作用引起路面疲劳破坏，实际绝大部分路面是在交通量远未达到设计交通量的早期已经发生了破坏，疲劳破坏指标没有起到控制作用，设计指标失去了控制意义。路面结构设计的基本思想是路面结构的承载能力主要依靠半刚性基层，路面结构破坏就意味着是基层破坏。实际上现在许多高速公路的弯沉值都非常小，似乎路面不应该破坏，可是实际却坏了。另一方面，一旦水渗入基层、路基，弯沉有会变得很大。也就是说，路面破坏程度与路面验收时的弯沉经常不相关。

由于沥青路面弯沉设计指标的存在和指标标准不断提高，使得其它一些路面结构的实用受到了限制。国外大量成功应用的柔性基层沥青路面结构在我国无法得到应用。尽管规范中列出了柔性基层的结构形式，实际上设计指标本身就已经大大限制了柔性结构的利用和发展。同样的原因也使目前正在国内试验和推广的沥青冷再生技术受到了极大的限制。由于冷再生基层刚度介于半刚性和柔性材料之间，抗压回弹模量约为800Mpa左右，大大低于水泥稳定砂砾的中值1500MPa。当不增加半刚性基层而只采用水泥冷再生基层时弯沉将很难达到一般设计要求的指标，若想满足弯沉指标势必增加一层半刚性基层，这样就违反了水泥冷再生技术的初衷，使水泥冷再生技术失去了意义。而实际上不完全用弯沉指标控制，基层只采用水泥冷再生类型进行路面改建的却有成功的先例。

实际工作中路面材料设计参数与实际路用性能也缺乏关联。路面设计采用理论计算方法，看似很先进，实际上材料设计参数一般只是通过室内试验确定。而在实际使用过程中，其室内性能与路用性能之间并没有很好的关联性，我们的设计人员在路面结构设计过程中，一般仅通过取规范推荐的材料参数中值的简单办法进行设计，更谈不上去建立路面材料室内力学性能与野外路用性能的关系，所以其设计过程实际上只是个形式。

通过对沥青路面结构设计中存在问题分析可以看出，从设计上讲，沥青路面发生早期损坏现象是必然的。也就是说，沥青路面结构设计本身就存在矛盾，设计模型与沥青路面早期损坏模式没有形成较好的相关关系。

同样，我们目前采用的沥青混合料的设计方法与实际情况出入也较大。在做沥青配合比实验研究时，沥青混合料的马歇尔设计方法是一种经验设计法，其中的稳定度、流值和残留稳定度指标与力和变形有关，从广义来说是属于力学试验指标，但这种试验方法在力学概念、原理、模式方面都并不清楚，其边界条件、试验条件等也与实际路面有相当差距。由于这些力学指标既不能控制沥青混合料的路用性能，又不能优化沥青混合料设计，这也造成了实验室非常成功的配合比设计在实际使用中经常会出现问题。

虽然造成沥青路面结构发生早期损坏的原因是复杂的，设计理论与实际情况也存在一定的偏差，但作为沥青路面结构设计来说多方兼顾、综合考虑，还是可以解决或减少路面的早期损坏。

首先要针对不同的地区采用不同的路面结构，确保该路面结构与当地情况向适应，同时要开展路面材料室内力学性能与野外路用性能相联系的研究，确保材料的采用指标与路用指标相一致。

其次在用弯沉指标计算路面结构的同时要防止剪应力造成的面层开裂。这就要求相临层次的路面结构模量要兼容，避免层顶面产生过大的剪应力，避免剪切疲劳；同时也避免了底面产生过大的弯拉应力，避免了弯拉疲劳。

第三是保持足够的水稳性，包括强度稳定和那冲刷特性。

最后对柔性基层及沥青冷再生等新技术进行有效的研究，同过试验、试铺等方式将新技术有效的运用，并在运用中不断完善沥青路面的设计理论。

只要我们能在实践中根据目前掌握的路面结构的技术特点进行合理组合，避免在路面设计中的“重经验、轻理论，重感觉、轻实践”的现象，就可以尽量减少或避免路面结构的早期损坏，延长路面的使用寿命。

结束语：

综上，从选材、设计，到施工、养护、管理，每一个环节没有严格按照标准的要求，出现了漏洞，都可能造成早期病害。完善一个环节，就等于向路面良好的使用性能方面前进了一步。直到我们掌握各种病害的产生原因，寻求到有效的预防措施，完善相关的环节，我国的高速公路建设就会迈上一个崭新的台阶。

参考文献：

《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97

《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94）

沥青路面结构设计论文篇11

Abstract: This paper describes the structural principle, structural design and design key points based on the introduction of RCC-SMA (roller compacted concrete-Stone Mastic Asphalt) and combined the actual examples of Hangzhou Jinchang Road heavy axial load traffic pavement.

Keyword: RCC-SMA composite pavement, structural principle, structural design and, design key points

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1引言

RCC（roller compacted concrete,简称碾压混泥土）是一种含水率低，通过振动碾压施工工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。其特干硬性的材料特点和碾压成型的施工工艺特点，使碾压混泥土具有节约水泥、收缩小、施工速度快、强度高、开放交通早等技术经济上的优势。

RCC平整度差，难以形成粗糙面，在平整度、抗滑性、耐磨性等方面不能满足高等级路面设计要求。

在RCC路面上加铺SMA沥青层，修筑复合式路面结构，能有效解决RCC抗滑性、平整度、耐磨性三大难题，在弥补柔性路面刚性不足的缺点外，同样使得刚性路面具有良好的形式舒适性及美观效果。这样刚柔相济，大大改善了路面使用性能。

基于此，该结构值得在重轴载交通道路路面中推荐采用。

杭州市金昌路长约4.2km，道路宽40m，设计车速60km/h，为城市Ⅰ级主干道，道路主要为沿途钢铁厂、钢材集散市场、运河码头等企业交通服务，通行车辆基本为大吨位重轴载货运类汽车，设计路面结构采用上述RCC-SMA复合式路面。

2力学模型

RCC-AC复合式路面设计时，其路床、基层、碾压混泥土板要求均应符合《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2002)。

RCC层设计原理与水泥混凝土相同，均以荷载疲劳应力和温度疲劳应力作为控制因素。按照弹性半无限地基上的弹性薄板理论，用有限元法进行计算。

图1 路面结构力学模型

3结构设计

3.1 RCC板厚确定

在日本《碾压混凝土路面技术指南（草案）》中规定：在C级（单车道1000~3000次/日）、D级（单车道3000次/日以上）交通量公路上，RCC厚度（抗弯拉强度4.5MPa）可以取为20~23cm。

国内高速公路建设中，厚度大致为20~24cm，其中312国道RCC板厚达到了29cm。

《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中，碾压混泥土做基层时，适宜厚度约为20cm。未对其作为面层进行说明，按照设计原理，应按照3.0.4条要求，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准，来计算RCC板厚度。

根据金昌路重载交通的特点，初拟板厚为25cm，弯拉强度标准值为5.0MPa。

3.2 沥青面层厚度确定

沥青层主要功能是提高路面表面的平整度、耐磨及抗滑性能，同时沥青层能减少车轮对RCC板的冲击。减小RCC板的温度应力及便于养护和维修等。

美国在复合路面设计时，正对沥青层厚度，考虑了施工、压实时间、交通量、交通类型等因素。美国联邦公路局的调查论证结论表明，沥青层最小厚度为3.8~7.6cm。

《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中，沥青面层的厚度一般为2.2~8.0cm。

由上可见，沥青面层的厚度确定范围区间跨度较大，主要由交通流量及交通类型差异而不同。

同济大学曾四平等人在《RCC-AC路面温度荷载型断裂的有限元分析》一文中，通过对复合式路面温度场模型的研究分析，得出以下结论：增加沥青层的厚度，有助于减小裂尖的应力强度因子，但厚度超过12~14cm后，其对应力强度因子的影响变小，这时单纯靠增加沥青层厚度来减小应力强度因子，既不经济，也起不到明显的效果。

鉴于此，本次初拟沥青面层厚度为10cm，即4cmSMA-13改性沥青+6cm中粒式沥青混凝土。

4 设计关键点

4.1 RCC面板的尺寸划分

日本《碾压混凝土路面技术指南（草案）》认为，当板厚大于25cm时，接缝间距为15~20m。

为了寻求复合式路面结构中RCC面板的平面尺寸，各国都进行了一系列的物理力学性质研究。总的说来，RCC的干缩率比普通水泥混凝土减少了20~30%，且后期强度增长较大，90d的弯拉强度为28天的1.22倍。抗压强度为1.30倍，有鉴于此，RCC板的平面尺寸可较普通水泥混凝土的为大。

通过对试验路接缝和裂缝状况观察统计可知：缝距即板长为10m和15m时，一般板未裂断。在未切缝路段，自由裂缝间距平均为16m左右。

因此，横缝间距取15米。其余切缝设计与施工与普通混泥土路面相同。

5.2层间粘结设计

沥青层与RCC层间需要具有较好的抗减强度，沥青层施工时应铣刨RCC面板，使之具有粗糙的接触面，再在两层之间设置1cm厚乳化沥青夹层（粘结层）。

5.3反射裂缝控制

温度下降时，RCC板产生水平收缩变形，引起沥青层开裂，或当车轮通过接缝时，相邻板产生挠度差，使沥青层产生剪切破坏。为防止或减轻反射裂缝，在RCC和沥青层之间满铺土工布，为聚酯长丝无纺针刺土工合成材料，采用单面烧毛工艺，其技术参数见表1要求。

表1聚酯长丝无纺针刺土工合成材料技术要求

上海市公路处、同济大学在亭大一级公路试验路上，对土工布的缝铺、满铺方案进行了实验对比发现，满铺土工布对减少反射裂缝效果明显。

同样，上海市浦东市政工程建设处在沪闵路高架地面道路建设中，得出了同样的经验，及满铺300g/m²土工布对防止反射裂缝具有良好的效果。

5推荐路面结构层设计

一般道路设计时，采用双轮组单轴载100kN为标准轴载，但在车辆轮载增加时，其轴重对路面材料的破坏趋势更为明显，随着累计轴次的增加，结构内部的应力分布呈非线性增大。金昌路路面结构设计时，根据通行车辆组成，采用轴重为130kN的基准期内的累计轴次作为计算参数。

具体设计如下。

4cmSMA改性沥青混凝土表面层

乳化沥青粘层0.6kg/㎡

6cm中粒式改性沥青混凝土中面层(AC-20C型)

1cm乳化沥青粘层+300g/m²无纺土工布

25cm厚RCC碾压混凝土（铣刨RCC板面层）

20cm厚5%水泥稳定碎石

15cm厚级配碎石

≥80cm厚塘渣路基（不足处应超挖换填）。

图2 金昌路路面结构设计图

6 结语

RCC-SMA复合式面层适用于重轴载交通道路，施工前应严格按照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003)对RCC进行配合比试验。该复合式面层对施工工艺要求较高，应合理选择施工机械，规范施工。

在国外，澳大利亚Penith市将其应用于市区干道路面中；日本山阳高速公路河内至西条段修筑了9km复合式路面试验段，共11种结构类型。

国内，310国道（开封~郑州段）、西安~铜川公路、常州~溧水公路、312国道合肥~全椒段等高速公路及干线运输网中均应用碾压混凝土加铺沥青复合式路面。

实际运营显示，RCC-SMA复合式路面在重交通干线运输路线中取得了良好的使用效果。

参考文献

[1]王开凤;朱云升;王景;刘定涛;;重载交通沥青路面剪切屈服区分布规律研究[J];公路交通科技;2009年06期

[2]孙立军;谭忆秋;胡小弟;张宏超;;重载交通下沥青混合料设计方法的新思考[A];第一届全国公路科技创新高层论坛论文集公路设计与施工卷[C];2002年

[3]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 人民交通出版社,2011:5-43.

收稿日期：2013－06－18

沥青路面结构设计论文篇12

关键词:沥青路面结构;可靠性;设计方法;研究

Key words: asphalt pavement;reliability;designing method;reasearch

中图分类号:U416 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)18-0064-02

0引言

传统的柔性路面设计方法中的一些主要计算参数,如交通量、土基、结构层材料强度及模量、厚度等都是定值,由此计算得到的路面结构其输出指标如弯沉、厚度及使用寿命等也是定值。但事实上,路面结构的设计参数中大部分是随机变量。

为使柔性路面设计方法更合理、更科学、更可靠,有必要在设计方法中引入统计概念及概率概念,并能够充分考虑各设计参数的变异性或不确定性对设计结果的影响,并且可以按变异性水平和可靠性水平来设计不同等级的路面结构。

1可靠性理论及其在路面工程中的应用

1.1 可靠性分析中的蒙特卡洛模拟法可靠性分析方法实际上是一种概率分析方法。概率分析方法有许多种,如蒙特卡洛模拟法、变量变换法、网格法等。最为有效和广为所知的方法是蒙特卡洛模拟法。下面介绍利用舍选法产生随机变量x的理论样本。如果密度函数用解析或数值这两种形式的任一种表示,则可以用舍选法得到一个理论样本。舍选法的步骤如下:先求得f(x)的最大值a,然后再由(0,1)之间的均匀分布产生两个随机数,记为r1和r2,x的取值为:x=r1(u-l)+l,其中u和l是上下界值,如果r2≤f(x)/a则接受这个x的试验值,否则就舍弃它并重新做。

应用舍选法,一个很重要的问题是成功地取得一个之前所需要进行的平均试验次数(即在一次模拟试验中进行舍弃的期望次数),为此,写出以下的概率表达式:p(x在dx内发生的无穷小事件和被接受)。因此,为了得到一个可接受的值,平均需进行a(u-l)次试取。

由此可知,蒙特卡洛法也是一种抽样技术,因而也存在着抽样理论中同样的问题,即其结果也受到抽样误差的约束。所以,为了得到高精度的结果,模拟次数必须足够多。由于蒙特卡洛法算法简单,因此它是沥青路面的可靠性分析的有力工具。

1.2 沥青路面可靠性分析中的极限状态函数由沥青路面结构可靠度的定义可知,在路面可靠性分析中,涉及到两个随机变量,即路面结构预定完成的功能和实际完成的功能,当用不同的指标来反映这两个随机变量时,就有不同的极限状态函数。下面是主要的极限状态函数形式:极限状态函数为g=N-n。其中:N为路面的疲劳寿命;n为预估轴载重复作用次数;可靠度R=P(g>0)=p(N>n)。

2沥青路面参数的概率统计分析

沥青路面设计中包括三种类型的变异:①设计路段长度内的变异;②设计时采用的值和路面结构中的实际值之间的变异;③由于设计模型与实际不符而产生的变异。

影响沥青路面性能的因素非常多,其中大多数为不确定型的变量。变量之间的关系非常复杂,可能相关,也可能不相关。由于以上原因,必须要对参数进行拟合良好性检验。参数的拟合良好性检验方法有拟合度的卡方检验和拟合度的柯尔莫哥洛夫检验。

3现行沥青路面设计方法的可靠性分析

3.1 以弯沉为控制指标的沥青路面设计方法的可靠性分析路面的功能函数,即路面的极限状态方程定义为:g=N-n。其中:N路面的疲劳寿命,n预估轴载重复作用次数,其可靠度R=P(g>0)=P(N>n),式中:ls为路表实际弯沉;lR为路表容许回弹弯沉。可见,采用lR-ls和N-n两种功能函数是没有差别的。

在沥青路面的可靠性分析中,弯沉的解析解是关于路面结构层模量、结构层厚度等参数的极为复杂的隐函数。

为了对柔性路面进行可靠性分析,采用标准FORTRAN语言编制了计算机程序RELF1,该程序采用了概率分析中的蒙特卡洛模拟法,在每次模拟中,利用计算弯沉的简化公式来求三层体系路面结构双圆荷载轮隙中心点的弯沉值以及路面结构的疲劳寿命。

3.2 以基层底面弯拉应力为控制指标的沥青路面设计方法可靠性分析以基层底面弯拉应力为控制指标时疲劳方程为:

沥青路面可靠性分析中,采用的极限状态方程为g=N-n

其中:n为预估轴载重复作用次数;N为疲劳寿命。

可靠度R=P(g>0)=P(N>n),因为可靠度R=P(N>n)=P(σR>σS)。其中σS为基层底面的实际弯拉应力。所以,采用N-n和σR-σS两极限状态函数是一样的经过计算,疲劳寿命变异性对各参数变异性的敏感程度从大到小的顺序依次为:h2、P、h1、E2、E3、E1。

4我省沥青路面结构可靠性设计方法

4.1 目标可靠度的确定路面的目标可靠度是进行路面设计时作为设计依据的可靠性指标,它表示设计预期达到的结构可靠度。

由于软土地基分布较广,土基回弹模量的变异系数范围较大,并且降雨量大,雨季较长,经常出现水毁、冲刷、滑坡等道路病害。夏季气温较高,路面易产生拥包、车辙,这些因素严重地影响了道路的使用性能,降低了路面的可靠度水平。但江苏的经济发展非常快,地理位置至关重要,是我国南北贯通的枢纽,所以急需建设一批高等级的公路来满足这些要求。

4.2 沥青路面的可靠性设计方法及程序沥青路面的可靠性设计方法是以现行的双圆均布荷载作用下的弹性层状体系为基础的。

①根据道路等级和施工管理水平在推荐的可靠度水平范围内确定目标可靠度R0,施工管理水平高时,取高值,反之,则取低值。②根据设计路面所在地区的路面参数概率统计分析结果,确定路面结构随机变量的均值、变异系数及其概率分布形式。③根据交通量调查结果、沿线经济发展状况及道路等级确定累计轴载作用次数的均值及变异系数。④确定极限状态方程的形式。⑤初步拟定路面结构。⑥利用蒙特卡洛模拟法计算该路面结构的系统可靠度R。⑦若R≥R0且(ε为设计容许的误差),则该路面结构满足设计要求。⑧若R

5本研究得到的主要结论有

①采用了g=N-n作为沥青路面可靠度研究的极限状态函数;②采用蒙特卡洛法作为沥青路面可靠性研究中概率分析方法,大大缩短了蒙特卡洛模拟法的运算时间,为沥青路面可靠性研究提供了极大的方便;③利用所收集到的数据进行统计分析,得到了沥青路面各设计参数的合理的概率分布形式,以及变异系数的范围;④编制了沥青路面的可靠性分析和设计程序。

参考文献:

[1]刘沐宇,汪劭礻韦.沥青路面结构优化方法的研究[J].武汉理工大学学报,2002(4).