路面结构影响因素及设计程序

路面结构影响因素及设计程序

（华南理工大学土木与交通学院交通运输工程专业工程硕士李聪）摘要：分析路面结构设计的影响因素，介绍路面设计的基本程序，让读者对路面结构设计有所了解。

关键词：行车荷载、交通量、沥青混凝土路面、水泥混凝土路面、标准轴载、温度应力、冻胀作用、回弹模量、设计参数

引言

随着我国经济的发展，我国的交通量日趋增大，对道路的需求量越来越大，我国道路的发展也日趋加快，目前我国总的公路通车里程达210-230多万公里，其中高速公路5万公里。而路面是道路中最重要的组成部分，路面设计的好坏直接影响道路的使用功能和年限，是道路设计中的关键。要设计好路面就要搞清楚路面结构影响因素，并采用合理的设计程序。本文着重介绍路面结构受哪些因素影响及设计程序。

一、路面结构影响因素

1.1行车荷载

汽车是路面的服务对象，同时又是使路面结构产生破坏的主要原因。

路面结构设计的车辆荷载作用参数是标准轴载的累计作用次数。路面结构设计所依据的是车道交通量，可以通过对行车道交通量乘以方向系数和车道系数后得到的。道路上通行的汽车主要为客车和大货车；实际计算中对沥青路面只将轴大于25KN的汽车计入；对于水泥路面只将大于40KN的单轴和80KN的双轴汽车计入，其他对标准轴载影响极小。我国的道路规范中均以100KN作为设计标准轴重。

轮胎压力和主轮轴轮数在刚性路面中，对路面厚度影响较大；在相同荷载条件下，路面厚度随轮胎压力增大而增大，随主轮轴轮数增多而减小。在沥青路

面中，垂直应力的大小取决于荷载轮胎压力的大小。我国的道路规范中轮胎接触压应力为0.7Mpa。

车辆对路面产生的水平力，可使路面产生波浪、拥抱、剪切破坏等。因此对沥青路面应对水平力进行盐酸，必要时设置保护层。

1.2环境因素

路面结构主要受环境因素中温度和湿度的影响。温度和湿度状况随周围自然因素的变化而变化，这些变化引起路面材料和路基土壤的强度和刚度的增加或减少。由于温度和湿度沿深度呈不均匀分布，不同深度处的体积变化是不同的。使路面结构内产生附加的内应力，即湿度和温度应力。

沥青混凝土路面在温度变化时容易产生温度裂缝，半刚性材料对于温度的湿度变化较为敏感，在其强度形成的过程中，以及运营期间会产生干缩裂缝和低温收缩裂缝，在路面交通荷载重复作用下，半刚性基层中的这种收缩裂缝会扩展到沥青面层而形成反射裂缝，影响道路美观、降低了平整度、削弱了路面整体强度，特别是开裂后渗水到基层甚至土基，降低其强度，加速路面破坏。

水泥混凝土板内温度状况的不断变化，使板发生位移和变形。板的平均温度的变化，会使板长产生一定的变化，板截面上温度的不均匀分布，会使板产生翘曲变形。当板长变化或翘曲变形受阻时，板内产生温度伸缩应力和翘曲应力。

路面受湿度影响最大的是路基，大气水、地面水、地下水、均可对路基造成影响。面层采用不透水结构时，将减少降水和蒸发对路基的影响。地下水为如离地表面较近，则路基湿度主要受地下水位控制，并随地下水位的升降而波动。当路面面层为透水性结构时，上层路基的湿度状况还将受到降水和蒸发影响。

路面设计必须考虑路基土的性质。路基应该在最佳含水量条件下压实。采用非渗透性路面表层，一般路拱横坡为2%。道路最小纵坡大于等于0.3%，能快速有效的排除路面水。还可才用透水基层将水分排出路面结构层。

冻胀作用：路面结构由上而下的降温过程，导致路基中下面的水分向上迁移，水分冻结发生体积膨胀，使得路面表面局部隆起。防冻胀的方法有：1、限制路基的冻结深度；2、置换冰冻敏感性的路基材料；3、按最不利的路基支撑条件设计路面结构；4、设置毛细水阻断层，

1.3路基

路基是路面结构的承载体，车辆荷载通过路面结构传至路基，路基的应力应变特性对路基路面结构的整体强度和刚度起着重要作用。在路面结构的变形中，路基的变形约占70~90%。

因路基破坏导致的路面破坏主要有：沥青路面的车辙和路面不平整，水泥混凝土板变和板角产生局部脱空而引起开裂，沥青面层或水泥混凝土板产生疲劳开裂

土基回弹模量是我国路面设计的重要力学参数，回弹模量取值过低，计算出的路面厚度将会过厚，造成资金的浪费。回弹模量取值过大，施工时土基回弹模量往往达不到要求，会引起路面的过早破坏。回弹模量测定方法主要有：查表法、现场实测法、室内试验法、换算法。

加固路基通常采用的方法有：1、换土；2、用水泥（石灰）或沥青结合料稳定；3、加设垫层：采用结合料稳定的或非稳定的碎石材料修筑。

二、路面设计程序

2.1采集数据

新建道路应调查以下资料，交通包括：交通量、轴载组成、年均增长率等。环境包括：气候特点、平均气温、最大温度梯度等。材料包括：料场位置、材料性能、供应条件等。水文地质包括：岩质、土质、地下水等。经济包括：概预算定额、资金来源等。当地技术设备条件，路面使用经验等。旧路改扩建时，还应调查现有旧路使用状况等。

2.2初拟路面类型和结构层组合方案

包括行车道和路肩的面层类型、各结构层类型及大致厚度、材料组成等。采用路面内部排水时，应包括排水系统布设方案、排水设施构造尺寸，对于水泥路面还应包括板块尺寸及接逢布置。

2.3各结构层混合料组成设计和相应的力学性质试验

应对各结构层混合料组成进行设计，并且进行各结构层对应的力学性质试验。

2.4选择确定有关设计参数

应确定分析期、目标可靠度、行车荷载、温度、湿度、材料等方面的设计参数。

2.5进行结构分析

对所拟定的路面结构方案进行分析，包括在荷载和环境因素作用下的应力、应变、位移；对有关设计标准的破坏量或使用性能指标值进行预估。如果不能达到预期的效果，重新修改结构层，再进行分析，直到达到预估的标准值。

2.6进行各路面结构方案的寿命周期费用分析

对每种可行的路面结构方案进行经济寿命分析并作出相应评价。

2.7综合各方面的分析和考虑，选择最终设计方案

通过综合各方面的分析和考虑，选择达到预定可靠度要求时最低费用的结构方案，作为最终设计方案。

结语

熟练掌握路面结构的影响因素及合理的设计程序，是设计合理经济路面的保证，也是正确设计路面的前提。路面结构好坏是整条道路设计好坏的关键，每个设计人员应该熟练掌握其正确的设计程序，综合考虑路面结构设计的影响因素，设计出经济、合理、耐用的路面结构。

参考文献

《路面结构设计原理》王端宜华南理工大学

《路面设计原理与方法》邓学均黄晓明人民交通出版社

《路基路面工程》邓学均张登良人民交通出版社

《公路设计手册—路面》姚祖康人民交通出版社

《公路设计百问》李嘉人民交通出版社

《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2003

《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006

《城市道路设计规范》CJJ37-90