淺談公路瀝青路面結構設計分析與應用
摘要：針對我國瀝青路面設計理論與方法存在的問題，分析和探討美國AASHT0瀝青路面設計理論與方法，將之與我國該項工作進行對比，對提高我國瀝青路面設計水平，完善我國瀝青路面設計理論與方法。能夠起到拋磚引玉的作用。
關鍵詞：瀝青路面,設計理論與方法,AASHO,結構設計
1概述
我國現(xiàn)行公路瀝青路面設計規(guī)范基于彈性層狀體系理論。以路表彎沉作為主要設計指標，瀝青面層底面和半剛性基層底面的彎拉應力作為設計的驗算指標，并制定了相應的設計標準。這一設計指標體系是新中國成立以來歷版設計規(guī)范在以路表彎沉為控制指標的指導思想下擴充后提出的.對于常用的半剛性基層瀝青路面結構型式，瀝青層底部的彎拉應力通常不作為控制性指標，現(xiàn)有瀝青路面結構設計實際上均由路表彎沉這一指標所控制。這種設計方法主要針對半剛性基層瀝青路面結構設計，適應了我國當時的經(jīng)濟狀況，貫徹了“強基薄面穩(wěn)土基”的思想.凝聚了幾代公路技術人員的心血.對我國公路發(fā)展起到了很大的推動作用。隨著經(jīng)濟建設的高速發(fā)展和高速公路的大規(guī)模建設.交通量和軸載型式也發(fā)生了很大變化。而且超載、重載現(xiàn)象非常嚴重.路面結構的破壞形式也發(fā)生了很大變化，原有設計規(guī)范與實際脫節(jié)的情況日益嚴重。
2瀝青路面設計指標的分析
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道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，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。
1.2瀝青路面結構設計與材料設計指標的相容性
目前，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1 600MPa。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道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問 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。
3我國瀝青路面的設計理論與方法
3.1 AASHTO路面設計理論與方法
AASHT01993道路設計方法是在AASHO試驗路基礎上得到的.它在美國得到了廣泛的應用，也是目前世界上最有影響的設計方法之一。AASHT01993設計方法最突出的優(yōu)點，是其在大量試驗段現(xiàn)場試驗的基礎上總結得到。在AASHO試驗路中，共修建了288個不同結構的試驗段，若加上重復試驗段，試驗段的總數(shù)多達322個。試驗中共使用了12種不同的卡車一軸重組合，并由此得到了各種軸型及軸重的當量軸載換算系數(shù)。而在我國的道路設計方法發(fā)展過程中，則沒有經(jīng)歷過如此龐大規(guī)模的現(xiàn)場試驗驗證，這也是我國道路設計方法
的適用性受到限制的主要原因。
3.2 AASHT01993路面結構設計方法的創(chuàng)新點
AASHT01993設計方法是在20世紀50年代美國AASHO試驗路成果的基礎上提出的路面設計指南。AASHTO于1961及1962年分別提出了柔性路面與水泥混凝土路面的中期設計指南。1972年出版了第一版(AASHTO路面中期設計指南》，經(jīng)過1986年和1993年兩次修改。方正式推出(AASHTO路面設計指南》(1993)，并開始推廣應用。AASHTO1993設計方法在試驗路數(shù)據(jù)的基礎上，將耐用性指數(shù)引進路面設計方法.而且提出了不同道路等級應有不同的設計標準.使路面設計與使用要求形成密切聯(lián)系。同時建立了不同軸載間的等效關系，建立了軸載輕重與交通量多少對路面作用的合理關系，提出了路面結構數(shù)SN與軸載作用次數(shù)Ⅳ之間關系的基本設計公式。AASHTDl993設計方法中引入了可靠度的概念，充分考慮了交通、材料、環(huán)境等設計參數(shù)的變異性，設計者可以根據(jù)不同等級道路的要求，選擇合
適的可靠度水平，從而可以對設計結果有更好的把握。
4 AASHTO路面結構設計方法
如前所述。AASHT01993方法是在大量現(xiàn)場試驗路的基礎上總結得到的。所以可以認為其是一個更符合實際情況的道路設計方法�？梢蕴岣咴O計者對設計結果的把握程度。在我國引進和應用該設計方法具有重要的現(xiàn)實意義。在AASHT01993柔性路面設計方法引進和驗證的過程中，有必要開展路面結構力學設計方法的初步研究.通過路面結構多種傳感器的埋設。采集分析路面各層位的受力特點。以提出各層位材料的力學設計標準，達到路面結構和材料一體化設計。并以此為基礎.提出適用于我國交通特點的柔性路面力學設計方法。引
進應用AASHT01993設計方法。需充分考慮環(huán)境因素對路面材料及使用性能的影響，主要為溫度對瀝青混凝土和濕度對土基和粒料材料性質的影響。為此。了解路面結構內溫度和濕度的狀況及其隨時間變化的規(guī)律非常重要，有必要在路面結構內埋設溫度和濕度傳感器，對溫度和濕度進行連續(xù)的觀測。
4.1交通參數(shù)分析
車輛荷載的作用是影響路面使用壽命的關鍵因素之一，設計時，需考慮的車輛荷載作用參數(shù)主要是：設計使用期內標準軸載的累計作用次數(shù)。為此，需收集交通量和軸載調查數(shù)據(jù)，預測設計使用期內的交通增長，進行標準軸載作用次數(shù)的當量換算等交通分析。
4.2交通量軸載換算
我國現(xiàn)行《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTJOl4—97) 中規(guī)定，瀝青路面設計以雙輪組單軸載100 kN為標表3 107國道各觀察站交通量年平均增長率準軸載;當以設計彎沉為指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡軸載大于25 kN的各級軸載的作用次數(shù)，均應按規(guī)定換算成標準軸載的當量作用次數(shù)。為了對比，采用按車型進行換算和按軸載譜進行換算的兩種方法。
5廣東省典型路面結構的應用情況
根據(jù)調查，廣東省典型道路結構及其主要破壞類型見表1
表1廣東省典型道路路面結構及其主要破壞類型
6結束語
通過對我國公路瀝青路面設計指標及合理結構型式的分析，并結合國外及廣東省不同結
構型式瀝青路面使用狀況的調查結果，主要有以下結論：
(1)隨著公路建設規(guī)模的擴大和道路等級的提高，路表彎沉指標已經(jīng)無法適應當今重載交通時代路面設計的要求，必須尋求新的瀝青路面設計控制指標。
(2)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，主要表現(xiàn)在路面材料強度測試中的受力模式與其在道路應用中的實際受力情形相差較遠，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等方面。
(3)就廣東省而言，使用性能良好的高速公路瀝青路面既有組合式結構也有半剛性基層結構，而且半剛性基層材料只要應用正確還可以起到減輕低填方軟基路段工后過大沉降的問題。所以我們必須辯證地分析問題，一方面努力研究國外的路面結構，同時對現(xiàn)有的半剛性基層瀝青路面進行再認識，努力克服其一些不合理的因素，使其得到改進，更加完善。
參考文獻
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