探析公路工程中瀝青路面設(shè)計相關(guān)問題

1、<p>　　探析公路工程中瀝青路面設(shè)計相關(guān)問題</p><p>　　摘要：本文就從瀝青路面設(shè)計的角度出發(fā)，對目前一些主要設(shè)計方法進行介紹和討論，并分析設(shè)計中存在的缺點和問題，給出幾點建議和解決措施，為瀝青路面的設(shè)計提供幫助，也為該路面結(jié)構(gòu)的后續(xù)施工、養(yǎng)護打好基礎(chǔ)，提高路面質(zhì)量，在路面設(shè)計中具有重要的指導(dǎo)意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：公路；瀝青路面；設(shè)計方法 </p&

2、gt;<p>　　Abstract: This paper starts from the asphalt pavement design point of view, this article introduces and discusses some main design method, and analyze the shortcomings and problems existed in design, give

3、s some suggestions and solutions, to provide help for the design of the asphalt pavement, but also lay a good foundation for the subsequent construction, maintenance of the pavement structure, improve pavement quality, h

4、as the important guiding sense in the design of pavement. </p><p>　　Key words: highway; asphalt pavement; design method </p><p>　　中圖分類號：U415 </p><p>　　1 我國瀝青路面設(shè)計指標(biāo)的分析 </p>&l

5、t;p>　　縱觀我國建國以來的各版公路柔性（瀝青）路面設(shè)計規(guī)范,在設(shè)計方法和指標(biāo)方面的思想是一脈相承的,都以路表彎沉作為主要設(shè)計控制指標(biāo)。但是隨著高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，路表彎沉指標(biāo)也表現(xiàn)出諸多的局限性。 </p><p>　　1.1 高速公路瀝青路面主要破壞型式。路面設(shè)計的目標(biāo)就是通過合理的設(shè)計方法使得公路在設(shè)計使用年限內(nèi)能夠提供安全、舒適、快捷的服務(wù)。然而，目前我國高速公路瀝青路面普遍存在著初、早期破壞

6、，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(dǎo)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(jié)構(gòu)性破壞。因此，有必要通過路面的合理化設(shè)計來控制路面的主要破壞型式，從而真正達到路面設(shè)計的目的。 </p><p>　　1.2瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料設(shè)計指標(biāo)的相容性。目

7、前，我國瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計與路面材料設(shè)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(shè)計取值往往帶有很大的隨意性，同樣是水泥穩(wěn)定粒料，設(shè)計值卻差別很大，例如同屬廣東省的廣肇、佛開高速公路設(shè)計值很小，只有500Mpa，而廣珠西卻為1600MPa。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(shè)計取值的過大差異，對于保證路面施工質(zhì)量是不易的，同時在設(shè)計上可能也是不經(jīng)濟的或是太冒險。此外，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料組成設(shè)計相

8、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公路應(yīng)用中的實際受力情形相差較遠；(2) 路面材料性能評價指標(biāo)與其實際路用性能之間的對應(yīng)關(guān)系不明確；(3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計階段采用的材料設(shè)計參數(shù)指標(biāo)與實際施工時路面材料配合比設(shè)計、質(zhì)量檢測指標(biāo)不一致。 </p><p>　　2 瀝青路面的主要設(shè)計方法 </p><p>　　2.1 經(jīng)驗法。經(jīng)驗法是對以往設(shè)計投入使用的公路進

9、行實驗分析，建立路面結(jié)構(gòu)、荷載、路面性能之間的關(guān)系，進行類似的設(shè)計。著名的相關(guān)經(jīng)驗設(shè)計方法有CBR法和AASHTO法。 </p><p>　　CBR法以CBR值作為性能指標(biāo)，通過對路面的調(diào)查測定，建立CBR值-輪載-結(jié)構(gòu)層厚度之間的經(jīng)驗關(guān)系曲線。路面總厚度可以通過CBR值和輪載來確定，而各層次的結(jié)構(gòu)厚度可以通過路面材料的CBR值進行當(dāng)量換算，不同的輪載按照等彎沉的換算原則進行設(shè)計輪載的確定。 </p>

10、<p>　　AASHTO法是在試驗路上進行數(shù)據(jù)的觀測，建立起路面結(jié)構(gòu)-軸載-使用性能的經(jīng)驗曲線關(guān)系，路基土的性質(zhì)用回彈模量表示、路面結(jié)構(gòu)層按照各層結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)進行轉(zhuǎn)換，用結(jié)構(gòu)數(shù)SN表示。該方法以現(xiàn)時服務(wù)能力指數(shù)PSI作為性能指標(biāo)，它的確定是根據(jù)路面的實時調(diào)查情況，通過建立平整度、裂縫、車轍、修補之間的經(jīng)驗關(guān)系式來確定。 </p><p>　　2.2 力學(xué)法。力學(xué)設(shè)計方法是基于經(jīng)驗的設(shè)計方法，它是將力

11、學(xué)參數(shù)與路面性能在一定的荷載和環(huán)境下建立模型關(guān)系，即將應(yīng)力應(yīng)變位移與路面性能建立經(jīng)驗關(guān)系曲線，然后按照要求進行路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，著名的主要有AI法和SHELL法。力學(xué)經(jīng)驗法的框架是在第一屆瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計國際會議上由殼牌公司的專家提出，經(jīng)過逐步的完善形成多種不同的設(shè)計方法。該方法是以彈性層狀體系 (三層 )代表路面結(jié)構(gòu)，計算分析圓形均布輪載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)各特征點的應(yīng)力、應(yīng)變和位移值，以瀝青面層的疲勞開裂以及路基土和粒料層的過量永久變形作為瀝

12、青路面的主要損壞模式，選用面層底面在荷載重復(fù)作用下的拉應(yīng)變以及路基頂面的壓應(yīng)力或壓應(yīng)變作為設(shè)計指標(biāo)。 </p><p>　　2.3 我國現(xiàn)行設(shè)計方法。根據(jù)我國標(biāo)準規(guī)范—《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》，瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法如下：（1）理論基礎(chǔ)。我國瀝青路面設(shè)計是以殼牌石油公司SHELL提出的理論方法為基礎(chǔ)，該方法是將路面視為多層彈性體，用楊氏彈性模量和泊松比來表示面層材料與土基，材料性質(zhì)以均質(zhì)各向同性為假定，同時各層水

13、平方向取無窮大，土基以下的深度無限。 </p><p>　　荷載取值采用BZZ-100即雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準值，單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d為21.3cm，兩輪中心距為1.5d，各層材料之間的假定接觸條件為彈性、完全連續(xù)接觸。（2）設(shè)計指標(biāo)。設(shè)計指標(biāo)是以彎沉值為控制指標(biāo)，彎拉應(yīng)力進行驗算校核。整體強度的設(shè)計控制指標(biāo)用路表容許彎沉值來設(shè)計，確定設(shè)計彎沉指標(biāo)。對于高速公路、一二級公路、瀝青面層等必須進行層底的抗拉驗

14、算，瀝青混合面料層的城市公路還需進行抗剪驗算。（3）參數(shù)的選取和確定。計算分析中的標(biāo)準軸載采用上述理論基礎(chǔ)中的BZZ-100為標(biāo)準值，換算公式采用林繡賢《軸載換算公式的研究》成果中表述的以軸載比表達的公式進行軸載換算，該公式的提出是以彎沉等效和底層拉應(yīng)力等效為基本原則，以多層彈性理論為基礎(chǔ)，分析軸載和彎沉、拉應(yīng)力之間的關(guān)系，并結(jié)合實際的實測情況(彎沉、疲勞試驗、直槽測試等)進行對比、驗證而提出的。表征材料剛度和強度的指標(biāo)分別是材料模量和

15、抗拉應(yīng)力，彎沉值、拉應(yīng)力指標(biāo)均用靜態(tài)抗壓回彈模量計算，抗拉強度由圓柱的劈裂試驗確定，靜態(tài)抗壓回彈模量通過抗拉強度來確定。 </p><p>　　3 存在問題及解決方法 </p><p>　　3.1設(shè)計彎沉值的確定存在不確定性。以設(shè)計彎沉值作為瀝青路面的設(shè)計指標(biāo)，其計算是一般根據(jù)可研報告中的交通量、車輛比例來計算設(shè)計年限內(nèi)的車道累計當(dāng)量軸次，再結(jié)合公路等級、路面結(jié)構(gòu)類型等計算出彎沉值。這種計

16、算在取值上缺乏定量的分析。 </p><p>　　3.2路面結(jié)構(gòu)類型的選擇問題。路面結(jié)構(gòu)的組合缺乏定量設(shè)計，瀝青面層的組合隨意性大、瀝青層的最小壓實厚度不同、忽視氣候條件給瀝青層面帶來的影響、路面基層設(shè)計不夠合理。目前的設(shè)計方法都是根據(jù)公路等級、氣候、材料、交通量等相關(guān)經(jīng)驗提出的結(jié)構(gòu)組合及厚度，缺乏定量設(shè)計。 </p><p>　　3.3材料參數(shù)的取值問題。實際工作設(shè)計中，設(shè)計單位無法通過

17、進行路面材料測試而確定材料參數(shù)，獲得材料的第一手材料設(shè)計參數(shù)可以通過路面實施階段獲取，但是相關(guān)建設(shè)程序上不允許，設(shè)計階段的材料參數(shù)只能根據(jù)規(guī)范中的來確定，而不同地區(qū)、不同條件下的參數(shù)是不同的，規(guī)范中給定的是范圍值，這在選取上隨意性較大，同時給施工留下偷工減料的隱患，造成質(zhì)量上的缺陷。 </p><p>　　3.4在設(shè)計方法中，針對環(huán)境、經(jīng)濟等因素的考慮較少，同時缺乏相應(yīng)的控制指標(biāo)。設(shè)計、施工環(huán)環(huán)相扣，施工是依據(jù)設(shè)

18、計進行，以上設(shè)計問題的出現(xiàn)，使得工程施工也會出現(xiàn)相應(yīng)的問題，可以通過以下幾點建議來改進設(shè)計中存在的問題：（1）完善設(shè)計控制指標(biāo)。針對出現(xiàn)的一些設(shè)計指標(biāo)問題，相關(guān)的研究已經(jīng)非常成熟，可以通過引進相關(guān)控制指標(biāo)來完善設(shè)計。例如，車轍問題，相關(guān)研究表明，路基垂直壓應(yīng)變與重復(fù)荷載作用次數(shù)的關(guān)系可以控制車轍問題；水平拉應(yīng)變可以很恰當(dāng)?shù)姆从碁r青表層開裂的問題。另外，多考慮溫度、濕度等環(huán)境因素和經(jīng)濟因素的影響，引入相應(yīng)的控制指標(biāo)。通過建立設(shè)計控制指標(biāo)體

19、系，來不斷完善設(shè)計。（2）材料參數(shù)的精確。靜態(tài)的模量值不能真實反映材料在各種因素作用下的性能特性，例如，路基土的回彈模量測定，通過承載板法的測定只能是靜態(tài)值，為使參數(shù)更切合實際，應(yīng)采用動態(tài)彎沉儀器進行測定，使得到的結(jié)果趨于真實，符合實際。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　瀝青路面設(shè)計是一項復(fù)雜的過程，為了確保瀝青路面設(shè)計質(zhì)量，杜