導(dǎo)語：公路瀝青路面設(shè)計要素分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

瀝青材料具有良好的施工性和路用性，對車轍、開裂、溫縮等都具有較好的抵抗能力。同時，瀝青路面的行車噪聲小、耐老化、長期性能好等特點，使得其廣泛應(yīng)用于我國公路的路面工程建設(shè)中。盡管瀝青路面具有較多優(yōu)點，但是在我國長期實踐應(yīng)用中仍然發(fā)現(xiàn)其諸多的病害問題，例如水損害、路面開裂、局部沉陷、車轍等，這些病害的存在不僅僅有施工質(zhì)量和管理養(yǎng)護方面的問題，設(shè)計的方法和質(zhì)量也是關(guān)鍵影響因素[1-2]。本文探討目前我國公路瀝青路面設(shè)計的相關(guān)問題，針對設(shè)計理念、設(shè)計方法、設(shè)計指標(biāo)等闡述目前存在的問題及改善措施，以提高設(shè)計人員對瀝青路面路用性能和力學(xué)性能的把握，通過改善路面設(shè)計質(zhì)量以減少運營中的病害問題和大量不必要的管養(yǎng)成本。

1瀝青路面設(shè)計理念

1.1存在的問題。瀝青路面根據(jù)其結(jié)構(gòu)受力特性可以分為剛性、柔性和半剛性路面，其中半剛性瀝青路面具有良好的強度、剛度和穩(wěn)定性，同時具有很好的抗壓和抗剪性能，通過在下層設(shè)置剛性的混凝土基層并在上層設(shè)置瀝青消耗層，因此具有很好的路用特性，在國內(nèi)外的設(shè)計實踐中應(yīng)用最多。然而，我國近幾年貨物運輸荷載等級和運輸量都在不斷增加，道路處于車輛荷載反復(fù)作用的情形下，加上環(huán)境溫度等作用，半剛性瀝青路面也出現(xiàn)了諸多病害，如開裂、唧漿、破損、沉陷等。傳統(tǒng)的設(shè)計理念主要考慮路面結(jié)構(gòu)安全性，將彎沉等設(shè)計指標(biāo)控制在安全范圍內(nèi)，使得基層拉應(yīng)力低于路面開裂強度，設(shè)計使用年限往往是10~15年。但是因為實際運輸荷載的不確定性，如果出現(xiàn)微小的裂縫問題就很容易導(dǎo)致路面性能快速衰減，致使實際的路面使用壽命往往只有5~8年。在這方面，國外開始提高路面設(shè)計厚度，并采用長壽命路面設(shè)計理念。1.2解決對策。從國外實踐來看，1980年瀝青路面設(shè)計厚度往往只有12cm，20世紀(jì)初期路面厚度發(fā)展到18cm左右，到目前路面厚度已經(jīng)設(shè)計到18~30cm，長壽命瀝青路面設(shè)計理念就是提高路面設(shè)計厚度。大量研究證實[3]：瀝青路面存在極限拉彎應(yīng)變值，在外界車輪荷載和溫度荷載作用下，拉彎應(yīng)變值在該范圍之內(nèi)時，就不會產(chǎn)生疲勞開裂和破壞，而只要路面厚度超過一定設(shè)計值，路面底部基層的拉彎應(yīng)變就會低于上述疲勞極限而不會產(chǎn)生開裂。首先，直接接觸車輪壓力的是面層結(jié)構(gòu)，往往需要采用高質(zhì)量的瀝青混凝土，不僅要求具有良好的抗車轍、抗剝蝕和抗?jié)B性能，還需要具有良好的材料品質(zhì)，使得不能出現(xiàn)初始缺陷和裂縫，因為車輪作用下該區(qū)域是高應(yīng)力區(qū)，很容易發(fā)生各類病害。其次，中間層是保證路面剛度的，應(yīng)該具有較高的彈性模量，同時車輪作用的剪切力主要作用在該面層上，需要具有良好的抗車轍性能。底部基層是荷載作用下整個路面層產(chǎn)生彎沉效應(yīng)最大的區(qū)域，該區(qū)域需要具有良好的抗裂性和抗疲勞性能，因此可以設(shè)計采用高柔性抗疲勞瀝青混凝土，使得路面層不出現(xiàn)開裂，保障路面層的使用壽命。長壽命瀝青路面的設(shè)計理念明確，通過增加路面層厚度并在不同區(qū)域設(shè)置對應(yīng)性能的瀝青混凝土，從而使得整個路面層的使用壽命得到延長。在當(dāng)前我國瀝青路面病害問題嚴(yán)重、車輛超載重載問題突出的情況下，大量的瀝青路面維修和更換會產(chǎn)生高昂的管理和養(yǎng)護成本，而引入長壽命瀝青路面的設(shè)計理念，可以改善這一現(xiàn)狀。

2瀝青路面設(shè)計方法

目前，國內(nèi)外瀝青路面設(shè)計的方法主要有經(jīng)驗法和力學(xué)-經(jīng)驗法。經(jīng)驗法就是基于試驗段的瀝青路面進行測試分析，從而建立路面、荷載、力學(xué)性能之間的經(jīng)驗關(guān)系，比較成熟的經(jīng)驗設(shè)計方法有CBR法和AASHTO法[4]，以AASHTO方法為例，其設(shè)計基礎(chǔ)就是通過試驗路段數(shù)據(jù)觀測和分析建立了路面性能-荷載-路面結(jié)構(gòu)的關(guān)系，通過PSI（服務(wù)能力指數(shù)）確定路面的狀況，為設(shè)計提供標(biāo)準(zhǔn)。我國瀝青路面設(shè)計則是在借鑒國外經(jīng)驗方法基礎(chǔ)上結(jié)合我國瀝青路面試驗數(shù)據(jù)修正模型，總體上也是經(jīng)驗法。經(jīng)驗法的缺陷就是隨著環(huán)境的變化而不能適用，而實際上環(huán)境對于路面的長期使用性能影響非常顯著。力學(xué)-經(jīng)驗法則是根據(jù)荷載和環(huán)境參量確定路面結(jié)構(gòu)性能的反應(yīng)量，建立力學(xué)反應(yīng)量與結(jié)構(gòu)破損模式之間的關(guān)系，從而形成路面性能模型進行瀝青路面設(shè)計。力學(xué)-經(jīng)驗法將路面結(jié)構(gòu)視為多層線性彈性體系，各層材料用彈性模量和泊松比表征，設(shè)計的主要目的是通過力學(xué)分析確定瀝青底面層水平拉應(yīng)變和道路表面的壓應(yīng)變，具有兩個設(shè)計表征指標(biāo)：底面層拉應(yīng)力和道路表面永久變形（車轍深度）。力學(xué)-經(jīng)驗法目前越來越多被推廣使用，但是由于路面的力學(xué)特性和實際使用性能之間缺乏明確的定量關(guān)系，根據(jù)力學(xué)分析結(jié)果直接推算路面層的受力性能缺乏合理性，這使得很多力學(xué)參數(shù)的設(shè)計控制指標(biāo)不盡合理。總結(jié)而言，經(jīng)驗法缺乏理論基礎(chǔ)也不具有廣泛適用性，對于特殊環(huán)境和變化的瀝青路面層構(gòu)造，需要大量的試驗進行修正才能獲得較為準(zhǔn)確的設(shè)計控制指標(biāo)；力學(xué)-經(jīng)驗法具有理論基礎(chǔ)，但是目前的體系沒有建立全面的力學(xué)關(guān)系，且瀝青路面使用性能是復(fù)雜的，通過若干個力學(xué)指標(biāo)難以準(zhǔn)確反應(yīng)。改進的方法是將經(jīng)驗法的相關(guān)參數(shù)融入力學(xué)-經(jīng)驗法中，采用更加全面的指標(biāo)體系來衡量瀝青路面的使用性能，并改進目前的力學(xué)理論和方法。

3瀝青路面設(shè)計指標(biāo)

瀝青路面的設(shè)計指標(biāo)需要根據(jù)其破壞損傷模式進行判別。目前瀝青路面的主要破壞損傷模式有結(jié)構(gòu)性損傷和局部損傷兩種。結(jié)構(gòu)性損傷就是在車輪荷載及環(huán)境作用下的疲勞開裂和永久性變形等，疲勞開裂主要是車輪作用下基層彎沉應(yīng)變超過疲勞極限產(chǎn)生的開裂，永久變形則是長期車輪作用下路基頂面產(chǎn)生的不可恢復(fù)變形，針對這些破壞模式的主要設(shè)計指標(biāo)是彎拉應(yīng)力值。局部損傷是載重量大的車輪荷載對路面產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用，伴隨著環(huán)境作用下的路面層退化，局部損傷主要表現(xiàn)為車轍病害，針對局部損傷的設(shè)計指標(biāo)是面層剪切應(yīng)力。這些設(shè)計指標(biāo)相對比較單一。以彎沉指標(biāo)為例，僅僅通過彎沉拉應(yīng)力判斷路面是否會發(fā)生疲勞開裂是不盡合理的，實際的瀝青路面是顯著的彈塑性材料，在較大的車輪荷載作用下路面底部可能會發(fā)生彈塑性變形，而判斷是否開裂是拉應(yīng)變超過材料的極限拉應(yīng)變，而非拉應(yīng)力。因此，采用拉應(yīng)變作為控制是否開裂的標(biāo)準(zhǔn)更加合理。又如，路面剪應(yīng)力是判斷車轍病害的指標(biāo)，但是車轍問題往往受到水損害及環(huán)境溫度等影響顯著，例如高溫環(huán)境下瀝青路面的顆粒之間黏結(jié)性較低，此時重載貨車的車輪荷載作用很容易使得局部出現(xiàn)破壞，導(dǎo)致車轍病害，因此需要加入溫度等環(huán)境指標(biāo)更加合理地判斷。鑒于瀝青路面使用性能的復(fù)雜性，目前這些簡化的瀝青路面設(shè)計指標(biāo)具有一定的適用性，但是仍然不能全面地反應(yīng)瀝青路面的使用狀況，需要建立更加全面而系統(tǒng)的指標(biāo)體系判斷。

4結(jié)論

本文詳細(xì)討論了我國公路瀝青路面設(shè)計的若干問題，對設(shè)計理論、設(shè)計方法和設(shè)計指標(biāo)等存在的不足進行了深入分析，并提出了解決措施和方向，力圖提高我國瀝青路面的設(shè)計質(zhì)量。

參考文獻：

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[3]張耀將.長壽命瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)特點與設(shè)計分析[J].黑龍江交通科技，2016，39（1）：57-58.

[4]代景東.瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題的探討[J].工程與建設(shè)，2011，25（2）：210-211.

作者:周俊 單位:新疆兵團勘測設(shè)計院（集團）有限責(zé)任公司