浅谈沥青混凝土路面的设计

２０１１年第９期　
（总第２１１期）　
黑龙江交通科技　

ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪＩＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪＩ　
Ｎｏ．９。２０１１　

（Ｓｕｍ　Ｎｏ．２１１）　

浅谈沥青混凝土路面的设计　
孙哈男　
（哈大公路管理处）　

摘要：９１－绍了沥青路面设计的内容、路面结构设计的原则、沥青路面结构设计理论与方法以及沥青路面交　
通等级。　
关键词：沥青混凝土路面；设计；内容　
中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１１）０９—０１５４－０１　

１沥青路面设计的内容　
沥青路面设计包括原材料的调查与选择、沥青混合料配合　比以及基层材料配合比设计、各项设计参数的测试与选定、路面　结构组合设计、路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比选　等。对于高速公路和一级公路，除了行车道路面外，路面设计还　包括路缘带、匣道、硬路肩、加减速车道、紧急停车带、收费站和　服务区场面的设计，以及路面排水系统设计等。　２路面结构设计的原则　（１）路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土质　等自然条件，密切结合当地实践经验，将路基路面作为一个　整体考虑，进行综合设计。　（２）在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循“因地　制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”的原则进行　路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进，经济合理，安　全可靠的方案。　（３）应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果，　积极、慎重地运用行之有效的新材料、新工艺、新技术。　（４）路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护、自然生　态的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。　（５）为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工　厂化施工的设计方案。　（６）对于地处不良地基的路段，为了适应路基沉降、稳　定周期较长的特点，路面结构可以遵循“一次设计，分期修　建”的方案，即在路基沉降、稳定周期内（３—５年），根据交　通量增长规律，分几次修建，最终实现设计的目标，这样既造　应交通量不断增长的需要，又提高了投资效益，最终保证了　路面结构的质量达到规定要求。　３沥青路面结构设计理论与方法　世界各国的沥青路面设计方法，可分为经验法和力学一　经验法两大类。经验法主要通过对试验路或使用道路的实　验观测，建立路面结构（结构层组合、厚度和材料性质）、车　辆荷载（轴载大小和作用次数）和路面使用性能三者之间的　关系，如美国的加州承载比（ＣＢＲ）法和美国各州公路和运　输工作者协会（ＡＡＳＨＴＯ）法。力学一经验法应用力学原理　分析路面结构在荷载与环境作用下的力学响应量（应力、应　变、位移），建立力学响应量与路面使用性能之间的关系模　型，路面设计按使用要求，运用关系模型完成结构设计。我　国现行的拥青路面设计方法、美国的沥青学会（ＡＩ）法和壳　牌（ｓｈｅＵ）法均为力学一经验法。　我国现行的《公路沥青路面设计规范》（ＪＴＧ　Ｄ５０—　２００６）采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆垂直　均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉　应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转　换与轴载多次重复作用效应。　收稿日期：２０１１－０７—１ｌ　・１５４・　４沥青路面交通等级　路面结构设计的目标是要求路面结构在设计年限内满　
足预测交通量累计标准轴载通行时，具有快速、安全、稳定的　
服务功能，路面结构具有相应的承载能力，结构层的应力应　
变满足材料容许的标准。　
４．１路面设计年限　
路面设计年限的选择应根据公路等级、公路在路网中的　
功能定位、当地国民经济发展的需求以及投资条件等因素，　
经综合论证后确定。通常可参照表１选定。　
表１　各级公路沥青路面设计年限　
公路等级及其功能　设计年限（年）　
高速公路、一级公路　
＝级公路　
三级公路　
四级公路　

１５　
１２　
８　
６　
２标准轴载及轴载当量换算　
各个国家都根据本国国情确定标准轴载。我国路面设　
计以双轮组单轴载１００　ｋＮ为标准轴载。以ＢＺＺ一１００表　
示，ＢＺＺ一１００的各项参数见表２所示。　
表２标准轴载ＢＺＺ一１００各项参数　

公路行驶车辆的型号多种多样，而路面设计采用统一的　
标准轴载表示，各种车型应按规定的法则作当量换算，得到　
当量的标准轴载次数。轴载小于４０　ｋＮ的特轻轴重对结构　
的影响可以忽略不计，所以不纳入当置换算。由于不同力学　
参数的疲劳等效效应不同，我国规范规定，当量轴载换算分　
以下三种情况进行。　
（１）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，　
按式（１）完成轴载当置换算　
，Ｐ、４　３５　
Ｎ＝ｘ　Ｉ・ｃ２・　Ｉ　ｌ　（１）＿ｃ　
…　、Ｊ，　
式中：Ⅳ为标准轴载的当量轴次（次／日）；　为各种被换算　

车辆的作用次数（次／日）；Ｐ为标准轴载，ｋＮ；　为各种被换　
算车型的轴载，ｋＮ；Ｃ　为轴数系数；Ｇ２为轮组系数，双轮组　
为１，单轮组为６．４，四轮组为０．３８。　
当轴间距大于３　ｍ时，按单独的一个轴计算，此时轴数　
系数为１；当轴间距小于３　ｍ时，双轴或多轴的轴数系数按　
式（２）计算　
（下转第１５６页）　
总第２１１期　黑龙江交通科技　第９期　
（２）高温稳定性试验车辙试验是评价沥青混凝土高温　
抗车辙较直观、有效的方法。我国“八五”攻关课题提出了　
用车辙试验动稳定度作为沥青混凝土的高温性能技术指标，　
认为动稳定度越大，其高温稳定性越好。我国《公路沥青路　
面施工技术规范》（ＪＴＧ　Ｆ４０—２００４）对沥青混凝土车辙变形　
作了相关规定，标准规定对于年最高平均气温在３０℃以上　的地区，上面层动稳定度不得低于８００次／ｍｍ。半柔性复合　路面材料的车辙变形速率非常小，只有０．００１　９３　ｒａｍ／ｒａｉｎ，相　对变形指数也非常小，只有０．００７　３６，动稳定度达到２１　７２７，　远远大于普通沥青混凝土的动稳定度（其值小于１　０００）。　这表明半柔性复合沥青混凝土具有优良的高温稳定性能。　（３）水稳定性试验表１中采用浸水马歇尔试验、冻融劈　裂强度对半柔性复合沥青混凝土水稳定性进行评价。２８　ｄ　的残余稳定度大于９０％，完全符合Ｉ级雨量气候区的残留稳　定度标准（７５％）。２８　ｄ的冻融劈裂强度比为９２．４３％，说明　半柔性复合路面材料具有优良的水稳定性能。　（４）低温劈裂试验路面抗裂性能与材料低温性能指标　一直是国际道路学术界的重要研究内容。近年来很多国家　都对沥青混凝土的低温性质进行了很多研究工作，但是没有　提出统一的检验标准。我国在“八五”国家攻关专题中专门　对沥青及沥青混凝土的低温性能指标进行了研究，并提出了　建议值。我国多采用低温间接拉伸试验测定，表１中的数据　显示，破坏劲度模量和破坏拉伸应变都较小，表明其低温抗　裂性能比较理想。　（５）线收缩系数试验表１表明，在１０—２０　ｑＣ，对应的温　度收缩系数为】．２９４×】Ｏ一；而在一２Ｏ一２Ｏ℃，温度收缩系　数为０．９０２　Ｘ１０～，呈现减小的趋势。故可得到，半柔性复　合路面材料的温度收缩系数随温度的降低逐渐减小，在高温　区减小趋势较快，随温度的降低趋于缓和，这与沥青混凝土　的收缩系数变化趋势是完全一致的。　半柔性复合路面材料具有较小的线收缩系数，为（０．８—　１．５）×１０～，远小于沥青混凝土的线收缩系数，其ａ为（０．　４７～０．６６）Ｘ　１０一。所以这种路面结构由于降温引起的收缩　比较小，从而产生的温度应力较小，产生温度裂缝的可能性　不大。　３刚柔复合沥青混凝土的特点及其适应性　刚柔复合路面是由半柔性复合沥青混凝土面层取代传　
统的密级配沥青混凝土面层形成的路面结构，是一种路用性　
能介于沥青混凝土和水泥混凝土之间的新型路用材料。半　
柔性复合沥青混凝土是指在开级配的大空隙（空隙率高达　
２Ｏ一２５％）沥青混凝土母体中灌人以水泥为主要成分的特殊　
胶浆而形成的一种新型路面结构，它具有高于水泥混凝土的　
柔性和高于沥青混凝土的刚性特点，因此，称为半柔性复合　
沥青混凝土。半柔性沥青混凝土属于密实一骨架嵌挤型结　
构，它利用凝结硬化后形成强度的密实胶浆与沥青混凝土骨　
架结构共同抵抗车轮荷载的作用，因此，具有较高的承载力　
和较好的抗渗能力。同时，其高温稳定性能和抗疲劳性能在　
很大程度上优于普通沥青混凝土。又因为具有高于水泥混　
凝土的柔性，使得其低温抗裂性能和抗滑性能也都优＝Ｊ　普通　
水泥混凝土，因而没有或很少有接缝，行车平稳舒适，同时具　
有耐油污，耐酸、可着色等特性。可见，半柔性复合路面材料　
由于自身的优越性，值得在今后深入研究，并在条件成熟的　
地区加以推广应用。　

参考文献：　
［１］黄晓明，赵永利，高英．高速公路沥青路面设计理论与方法　
［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６．　
［２］邓学钧．路基路面工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４．　
［３］张大可．半柔性复合物路面结构研究［Ｍ］．重庆：重庆交通大　
学。２００７．　
［４］　黄芳．半柔性复合路面结构设计理论与方法研究研究［Ｍ］．重　
庆：重庆交通大学，２ｏｏ８．　

（上接第１５４页）　Ｃ．＝１＋１．２（ｍ—１）　（２）　式中：ｍ为轴数。　（２）当以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标　时，按式（３）完成轴载当量换算：　ｊ　／ｐ、８　ｃ　ｌ。ｃ　２　（　）　（３）　式中：Ｇ　。为轴数系数；Ｃ　为轮组系数，双轮组为１．０，单轮　组为１８．５，四轮组为０．０９０。　轴间距的划分同式（１），对于轴间距小于３　ｍ的双轴及　多轴的轴数系数按式（４）计算：　Ｃ　ｌ＝１＋２（ｍ一１）　（４）　式中：ｍ为轴数。　（３）对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时，按式　（５）完成轴载当量换算：　，Ｐ、１２　Ⅳ＝善ｃ－’Ｇ２　（　Ｊ（５）　‘＝Ｉ　～ｒ，　上述轴载换算公式，适用于单轴轴载小于或等于　１３０　ｋＮ的各种车型的轴载换算。　３设计年限累计当置标准轴载数　设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数　按　式（６）计算：　：地　．　．．，７　（６）　式中：　为设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次　（次）；￡为设计年限（年）；ⅣＩ为路面营运第一年双向日平均　当量轴次（次／日）；ｒ为设计年限内交通量平均增长率，％；卵　为与车道数有关的车辆横向分布系数，简称车道系数，见　・１５６・　表３。　
表３车道系数表　

４交通等级　
路面结构在设计年限内承担交通荷载的繁重程度以交　
通等级来划分。我国沥青路面按承担交通荷载的轻重划分　
为轻交通、中等交通、重交通和特重交通四级。路面结构选　
型、结构组合设计、结构层位的确定、路面材料的选定都应充　
分考虑沥青路面的交通等级。　
我国沥青路面交通等级的划分按两种方法进行：第一种　
方法以设计年限内一个车道通过的标准当量轴次进行划　
分；第二种方法以营运车辆中的大客车、中型货车、大型货　
车、拖挂车等车型在一个车道上的日平均车数Ｎｎ（辆／日／车　
道）进行划分，取两种方法得出的较高交通等级作为沥青路　
面交通等级。交通等级的划分标准见表４。　
表４沥青路面交通等级