沥青路面设计中存在的问题分析

沥青路面设计中存在的问题分析
摘要：现阶段路面结构设计指标对路面结构破坏所主要讨论集中在指标方面与设计方法的思想都以层底拉应力大小、路表弯沉值作为主要设计指标。

但从已建成的高级沥青路面的使用情况来看，现行设计方法仍然存在许多问题。

本文阐述了我国现行沥青路面结构设计方法，并分析沥青路面设计中存在的一些问题，针对这些问题提出了几点改进措施。

关键词：沥青路面设计；缺陷；分析
1前言
随着经济持续高速的发展，国家对基础设施建设的投入也在不断增加。

作为基础设施主体的公路，绝大部分为沥青路面。

随着交通量不断加大和重载车辆不断增多，一些沥青路面在正式开放交通后不久就出现了车辙、裂缝、坑槽等不同程度的早期损害，这不仅影响了行车的安全性和舒适性，同时也将造成巨大的经济损失。

从已建成的高级沥青路面的使用情况来看，现行设计方法仍然存在许多问题。

现阶段路面结构设计指标对路面结构破坏所主要讨论集中在指标方面与设计方法的思想都以层底拉应力大小、路表弯沉值作为主要设计指标，显然这已经不能满足不断发展的交通工程对沥青路面提出的要求了。

2国内外沥青路面设计方法分析
沥青路面设计的首要任务是根据路面使用要求以及水文、气候、地质等自然条件，结合当地的实践经验，设计合理经济的路面结构以使之能够承受交通荷载和环境因素的影响，在预定的使用年限内满足耐久性、承载能力、安全性和舒适性的要求。

以沥青路面设计理论与方法的研究已有上百年的历史，设计理念的发展自经验法到力学—经验法，最终向基于性能的设计方法转变。

2.1经验法
经验法主要通过对使用道路或试验路的实测观察，建立荷载（轴载作用次数和轴载大小）、路面结构（结构层组合、厚度以及相应的材料性质）和路面使用性能三者间的经验关系。

最为常用的经验设计方法有AASHTO经验法和CBR（加州承载比）法。

其中AASHO经验法提出了轴载换算的概念和相应的换算公式，该方法综合考虑了排水条件和路面结构可靠度的影响，这些思想对后来各国的路面设计都产生了相当大的影响。

2.2力学—经验法
力学—经验法利用在路面性能（各种结构损坏模式）与力学响应之间建立的路用性能模型，按设计要求进行路面结构设计。

自20世纪60年代初，各国研究
人员致力于探索和实施沥青路面的力学—经验设计法，著名的有Shell（壳牌）法和AI法。

其中Shell法通过分析路面破坏状态提出设计标准，建立力学模型并进行力学计算，通过试验获取路面材料参数，从而得出一种完善的设计体系。

2.3基于性能的设计方法(SUPERPA VE)
基于性能的设计方法(SUPERPA VE)的指导思想主要是按照路面的使用性能进行路面结构设计和材料选择，以使路面满足高温稳定性、抗低温性能、抗疲劳性能的要求，同时考虑了水损坏、粘附性损失以及沥青胶结料老化的影响。

SUPERPA VE采用旋转压实模拟现场压路机施工，其路面设计模型由环境影响模型、材料性能模型、路面反应模型以及损坏模型4个基本部分组成。

2.4我国沥青路面设计方法
我国沥青路面设计方法是力学—经验法。

设计过程中采用的路面模型借鉴了SHELL的理论设计法，将路面视为多层弹性体系。

材料特性以泊松比和弹性模量表征，土基的回弹模量则根据查表法、现场实测法、换算法或室内试验的方法求得。

各层材料的劈裂模量和抗压回弹模量采用圆柱体试件测定。

计算路面弯沉指标时，沥青混合料用20℃时的抗压回弹模量；计算层底拉应力则采用15℃时弯拉回弹模量与抗拉强度，也可以采用混合料的抗压回弹模量与劈裂强度。

交通荷载方面以双轮组单轴载（100kN）为标准设计轴载。

轮胎的接地压强为0.70MPa，单轮当量圆的直径d=21.3cm，两轮的中心间距为1.5m。

计算路表弯沉时计算双圆均布荷载的轮隙中心点的弯沉值。

验算半刚性材料层和沥青混凝土层的层底拉应力时，须计算轮隙中心、单圆荷载中心处拉应力并取较大值。

设计标准是以2004规范中规定的层底拉应力和设计弯沉为主。

3我国现行设计方法存在的问题
通过对我国沥青路面设计方法以及沥青路面的使用情况的分析，现行设计方法仍然存在许多问题：
1．对于半刚性基层的沥青路面设计，半刚性层和沥青层的层底拉应力指标都起步到实际作用。

而对于柔性基层的沥青路面，沥青层的层底拉应力也基本起不到控制的作用。

而对于控制永久变形的方面，除了对沥青混合料提出稳定度的要求外，没有其它相应的设计指标。

因此路表弯沉成为路面设计的唯一控制指标，但这项指标反映了路面的哪种损坏类型和使用性能，其容许弯沉值的制定需要依据哪种路面损坏标准，这些问题仍然无法得到明确回答。

2．路面弯沉值是一项表观性、整体性和综合性的指标，而路面则是一种多层次的复合性结构。

对于材料类型多样和结构层组合较复杂的路面结构，采用路面弯沉值作为路面设计的主要控制指标，无法全面的反映损坏类型和路面结构的多样性，更难以协调其他单项设计指标对路面结构的共同控制。

半刚性基层底面及沥青层底面的应力状态，主要受层间接触条件和上下层的刚度比的影响，路面弯沉值对其影响不大。

因此，路面弯沉值指标只能代表路面结构的整体刚度，不
能控制基层底部以及面层底部的应力状态，更不能如实反映路面在使用过程中可能会出现的损坏类型。

3．如今我国沥青路面结构绝大部分是采用稳定型无机结合料粒料作为基层和底基层材料，路表容许弯沉值指标及设计中的相关参数主要是以这类路面结构的试验研究成果和实际使用经验作理论基础。

对于柔性基层沥青路面，尚缺少相应的试验研究和实际使用经验作为理论依托，所以说现行规范提出的相关参数值和设计指标的选择仍然有待修正和补充。

4．各项材料性质测试方法和指标不能够如实的反映材料的力学特性（如湿度依赖性、温度依赖性和应力依赖性），因而，也不能全面的建立准确的路面结构使用性能与力学响应量之间的关系模型。

5．对沥青路面的低温开裂方面和扯着问题，在设计阶段的考虑不足。

首先，从设计的角度来说，材料的低温抗裂性能不能完全体现。

其次，在沥青混合料参数的取值如抗拉强度应力和回弹模量都是在静态状态的前提下确定的，而实际道路使用过程中所受的荷载形式都是随机的、动态的，与实际的差距较大。

5解决措施
在沥青路面的设计过程中，设计指标主要针对于6类结构损坏：沥青面层的低温开裂、沥青层的疲劳开裂、沥青面层的反射裂纹、沥青层的永久变形、无机结合料稳定层的疲劳开裂、粒料层和路基的永久变形。

并在设计过程中针对于每一种结构损坏制定相应的设计指标和相关的设计参数。

对水泥稳定碎石、石灰-粉煤灰稳定碎石、水泥稳定砂砾和水泥稳定土4种混合料进行压缩回弹模量和静态弯拉回弹模量的测试，并建立相应的模量转换经验关系式。

分析比较国外各种标准试验方法的优缺点和差异性，制定出适用于我国实景情况的室内试验水平的沥青混合料的动态模量试验标准和数据整理方法。

在设计时应考虑路基图的湿度来源和变迁特点以及季节性冰冻地区对路基的影响，按照路基湿度与回弹模量值地路面结构的损伤影响，得到路基回弹模量的综合调整系数。

6结语
综上所述，我国现行的沥青路面设计有相对较大的发展，但在设计参数的选取、设计指标的运用、以及设计理念上仍需要不断的进行完善，做到具体问题具体分析，对不同的环境都要建立相应的体系。

同时也应当争取减少沥青路面设计中的盲目性和随意性，在实践的过程中不断地总结沥青路面设计的经验，以期路面设计和施工得到进一步发展与提升。

参考文献
[1] 张起森，韩春华．美国沥青路面设计方法的发展[J]．中外公路，2O02（5）．
[2] 孙红燕，王勇，陆剑卿.沥青路面设计指标探讨[J].交通标准化，2006，（9）:155-158
[3] 邓学钧．路基路面工程[M]．北京：人民交通出版社，2002．
[4] 姚祖康．对我国沥青路面现行设计指标的评述[J]．公路，2003（2）：18-25.。