公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方法綜述

1、<p>　　公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方法綜述</p><p>　　摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程加快， 高等級(jí)公路突飛猛進(jìn)的建設(shè)為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn), 但也出現(xiàn)了一些值得重視的問題,尤其是一些新建的高速公路, 早期結(jié)構(gòu)性破壞現(xiàn)象十分突出, 嚴(yán)重影響著公路建設(shè)的形象和交通運(yùn)輸安全。因此, 開展對(duì)公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探索具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p&g

2、t;　　關(guān)鍵詞：公路，瀝青路面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　引言：目前我國(guó)高等級(jí)公路工程發(fā)展迅速，取得了巨大的成就，但也出現(xiàn)了一些值得重視的問題，尤其是一些新建的公路，早期結(jié)構(gòu)性破壞現(xiàn)象十分突出，嚴(yán)重影響著公路建設(shè)的形象和交通運(yùn)輸安全。因此，開展對(duì)公路瀝青路而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探索具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 </p>

3、<p>　　1、瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　1.1 瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo) </p><p>　　目前，在我國(guó)公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于高速、一級(jí)和二級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)指標(biāo)為路表面回彈彎沉值和瀝青混凝土層層底拉應(yīng)力及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力；對(duì)于三級(jí)、四級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)指標(biāo)為路表面設(shè)計(jì)彎沉值。有條件時(shí)，對(duì)重載交通路面宜檢驗(yàn)瀝青混合料的抗剪切強(qiáng)度，驗(yàn)算其最大

4、剪應(yīng)力是否滿足要求。 </p><p>　　1.2 瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　目前我國(guó)現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，采用了以下標(biāo)準(zhǔn)來確定路面結(jié)構(gòu)所需的厚度：（1）路面結(jié)構(gòu)表面在雙輪荷載作用下輪隙中心處的彎沉值不大于設(shè)計(jì)彎沉值；（2）瀝青面層底面的最大拉應(yīng)力不大于該層混合料的容許拉應(yīng)力；（3）半剛性基層或底基層底面的最大拉應(yīng)力不大于該層材料的容許拉應(yīng)力。彎沉和應(yīng)力計(jì)算分析時(shí)，將路面

5、結(jié)構(gòu)看成為多層彈性體系，體系頂面作用有相當(dāng)于雙輪組P=50 kN的雙圓均布荷載，各層面間的接觸條件按完全連續(xù)處理。彎沉計(jì)算點(diǎn)的位置選在輪隙中心處。層底面拉應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)的位置選在單圓中心點(diǎn)及單圓半徑的1/2點(diǎn)和單圓內(nèi)側(cè)邊緣點(diǎn)和雙圓輪隙中心點(diǎn)，取其中的最大值作為層底最大拉應(yīng)力。 </p><p>　　2、瀝青路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定方法 </p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)彎沉值的確定 </p&g

6、t;<p>　　在瀝青里面設(shè)計(jì)中，路面結(jié)構(gòu)的整體承載能力是通過彎沉值反映出來的。回彈彎沉值小的結(jié)構(gòu)整體承載能力大，能經(jīng)受輪載的很多次重復(fù)作用才出現(xiàn)損壞；而回彈彎沉值大的結(jié)構(gòu)，在經(jīng)受輪載不多次的重復(fù)作用后，路面即呈現(xiàn)某種形態(tài)的損壞。因而，在達(dá)到相同損壞程度時(shí)，回彈彎沉值的大小同該路面結(jié)構(gòu)的累計(jì)荷載重復(fù)作用次數(shù)成反比。若能求得回彈彎沉值與使用壽命間的關(guān)系，則可依據(jù)該路面結(jié)構(gòu)所要求的使用壽命，來確定路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)控制的路表回彈彎

7、沉值。為此，就需要了解路面結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)的彎沉變化規(guī)律及其與路面結(jié)構(gòu)損壞狀態(tài)的關(guān)系。根據(jù)對(duì)已建成道路的多年實(shí)測(cè)資料分析，路表回彈彎沉值隨著時(shí)間的推移而變化。由于路面在使用期內(nèi)彎沉是變化的，使用期末的彎沉值與竣工時(shí)的彎沉值并不相同，不能直接用容許彎沉值作為竣工時(shí)驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到半剛性基層材料的設(shè)計(jì)齡期為六個(gè)月，在路面竣工后第一年不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的彎沉值比較接近，故將路面竣工后第一年不利季節(jié)的路面狀態(tài)近似假定為路面整體

8、結(jié)構(gòu)的最大剛度狀態(tài)，并取其作為路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀態(tài)。 </p><p>　　2.2 容許拉應(yīng)力的計(jì)算 </p><p>　　公路路面結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力對(duì)公路的使用壽命有直接影響，是指路面結(jié)構(gòu)在行車荷載反復(fù)作用下達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)容許的最大拉應(yīng)力。這一應(yīng)力值較一次荷載作用下的抗拉強(qiáng)度小，減小的程度同重復(fù)荷載次數(shù)及路面結(jié)構(gòu)層材料的性質(zhì)有關(guān)。對(duì)瀝青混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，系指15℃時(shí)的極限抗拉強(qiáng)

9、度；對(duì)水泥穩(wěn)定類材料，系指齡期為90d的極限抗拉強(qiáng)度；對(duì)二灰穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類的材料，系指齡期為180d的極限抗拉強(qiáng)度；對(duì)水泥粉煤灰穩(wěn)定類材料，系指120 d 的極限抗拉強(qiáng)度。 </p><p>　　3、路面實(shí)際彎沉值和層底拉應(yīng)力的計(jì)算 </p><p>　　3.1路面實(shí)際彎沉值的計(jì)算 </p><p>　　在當(dāng)前的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，彎沉值的計(jì)算一般是應(yīng)用彈性層狀

10、體系理論來求得的，但大量試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)彎沉值之間存在一定偏差。此偏差呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，當(dāng)路基剛度較低時(shí)，由前述理論公式算得的面層厚度偏大；而當(dāng)路基剛度較高時(shí)，則由理論算得的面層厚度偏薄。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要是因?yàn)槁坊访娌牧喜⒎蔷€性彈性體，而所采用的評(píng)定材料抗變形能力(Eo和 Ei)的測(cè)定方法，并不能反映它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)層內(nèi)的真實(shí)工作狀態(tài)。為使理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果相符，目前在規(guī)范中引入了一個(gè)彎沉綜合修正系數(shù)F: </p

11、><p>　　式中:l,al———分別為理論彎沉值和理論彎沉系數(shù)；ls,as———分別為實(shí)際彎沉值和實(shí)際彎沉系數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)算路面厚度時(shí)，實(shí)際彎沉值可取為設(shè)計(jì)彎沉值，由大量試驗(yàn)驗(yàn)證資料分析得知，彎沉綜合修正系數(shù) F 同實(shí)際彎沉值、土基回彈模量及輪載參數(shù)的相關(guān)關(guān)系較密切。 </p><p>　　3.2整體性材料層層底拉應(yīng)力的計(jì)算 </p><p>　　為防止瀝青層和半剛性基

12、（墊）層因?qū)拥桌瓚?yīng)力過大而產(chǎn)生疲勞開裂，設(shè)計(jì)時(shí)需驗(yàn)算瀝青層及半剛性基層底面的拉應(yīng)力值是否滿足要求。瀝青層及半剛性基層底面各計(jì)算點(diǎn)的拉應(yīng)力值，可直接由計(jì)算機(jī)軟件求得。比較計(jì)算層各計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力值，取最大值作為該層的最大拉應(yīng)力。將最大拉應(yīng)力與該層的容許拉應(yīng)力進(jìn)行比較，以判斷拉應(yīng)力是否滿足要求或據(jù)此控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。計(jì)算時(shí)注意材料參數(shù)的選擇和確定，不同材料有不同的選擇要求，具體應(yīng)用時(shí)需注意。 </p><p>　　4、路基土

13、和路面材料設(shè)計(jì)參數(shù) </p><p>　　按彈性層狀體系理論求解路表彎沉或面層和基、墊層底面的彎拉應(yīng)力應(yīng)變時(shí)，必須知道路基土和路面材料的彈性模量值。無論是路基土還是路面材料，其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系都或多或少呈現(xiàn)出非線性性質(zhì)，因而表征其關(guān)系的彈性模量值都是應(yīng)力狀態(tài)的函數(shù)。同時(shí)，它們又是材料組成、壓實(shí)狀態(tài)及環(huán)境的函數(shù)。工程上通常采用承載板試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)得到的荷載—回彈彎沉變形關(guān)系確定回彈模量值，并將它作為彈性模量。 <

14、;/p><p>　　4.1路基土回彈模量值 </p><p>　　路基土的回彈模量值，除了受加荷方式和應(yīng)力狀態(tài)等因素影響外，主要取決于土的類型和性質(zhì)，以及土的濕度和密實(shí)度。路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在最不利季節(jié)通過實(shí)測(cè)確定回彈模量值。但在路基尚未修建的情況下，往往只能通過經(jīng)驗(yàn)方法來估定。由室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果得知，路基土的回彈模量同土的性質(zhì)和狀態(tài)之間存在著下述經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： </p><p>

15、　　式中：K———土的壓實(shí)度；ω ———土的稠度；A，a，b———隨所在地區(qū)和土的類型而異的試驗(yàn)參數(shù)。 </p><p>　　通過在全國(guó)各地進(jìn)行的大量實(shí)測(cè)和分析工作，提出了各地區(qū)不同土組的 E0-K-ω 關(guān)系式。在此基礎(chǔ)上，擬訂了土基回彈模量建議值表供初步設(shè)計(jì)時(shí)參考使用。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或路基臨界高度，判斷各路段土基干濕類型，利用論證得到各路段土的平均稠度值預(yù)估土基回彈模量值。當(dāng)采用重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可將土組土基回彈模

16、量參考值提高 15%～30%。 </p><p>　　4.2路面材料回彈模量值 </p><p>　　無結(jié)合料的粒料墊層和基層的回彈模量值，可采用重復(fù)加載的三軸試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)時(shí)，須按墊層或基層所受到的實(shí)際應(yīng)力狀況施加側(cè)限應(yīng)力，以確定相應(yīng)的回彈模量值,現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中提出的常用粒料基層和墊層的回彈模量值參考范圍。無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料或土的回彈模量值，可采用圓柱體或小梁試件進(jìn)行壓縮

17、或彎曲試驗(yàn)，測(cè)定各級(jí)應(yīng)力作用下的壓縮應(yīng)變或彎拉應(yīng)變后計(jì)算確定。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　我國(guó)公路的建設(shè)事業(yè)高速發(fā)展，但瀝青路面設(shè)計(jì)技術(shù)尚需進(jìn)一步發(fā)展和完善。要使設(shè)計(jì)結(jié)果能同實(shí)際相符，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法就要能全面地反映材料、環(huán)境、荷載和土基狀況等因素對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響，所以，必須收集足夠的交通、土質(zhì)、氣象和水文資料，并在同實(shí)際工作環(huán)

18、境相符的條件下對(duì)所用材料進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，獲取可靠的材料參數(shù)。而要做到這一點(diǎn)，是非常困難的。因此，現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法都存在不完善之處，還有待隨著研究工作的深入和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，不斷地進(jìn)行修正、補(bǔ)充和完善。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 李繼紅，等.瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法探討[J], 交通標(biāo)準(zhǔn)化,2012，（10）:50-53