沥青路面结构设计论文精选(九篇)
第1篇：沥青路面结构设计论文范文
为了直观地理解在沿所述结构的表面的深度方向的路面层拉伸应变的变化，使该车轮的间隙在中心处的X，Y应变沿表面结构拉伸改变映射的深度方向(见图1)。图1显示了路面结构层的X，Y拉伸应变，除了在该层的变化上是不同的，它基本上是类似的趋势。沥青层基本上与第一压缩再拉，深度越深，就越有拉应变的沥青层的底部达到最大值，并且Y向大于X向的拉伸应变。沥青路面设计时，Y向的沥青层底部张应变是控制不产生沥青面层裂缝的一个重要指标。内轮载到沥青层底拉应变的范围示于Y向三维分布(见图2)。结合上述理论，并在法国，日本等发达国家，半刚性沥青路面的沥青厚层具有优异的性能，京津塘(北京—天津—塘沽)高速公路，广深(广州—深圳)高速公路一层厚厚的沥青路面结构也取得了良好的效果。因此，厚的沥青路面结构层+半刚性基层可以达到很长的使用寿命，作为长寿命沥青路面是可行的。在国外的半刚性沥青路面调查厚沥青层的沥青厚度通常为20cm～30cm，而半刚性基层为15cm～50cm，半软质和半硬质基底基板具有相同的性能，因此，半柔性的长寿命沥青层厚度的结构在15cm～50cm，长寿命沥青路面结构见表1。采用路面结构BISAR310应力载荷的双圆均布荷载计算，按标准轴载100kN，超载30%，50%和80%分别计算负荷计算点位于圆心下直到基层双底。根据规格的半刚性限制劈裂强度，应取0．45MPa。
2常规沥青混凝土路面结构层
路面厚度是使用特殊的程序APDS97来计算，采用多层弹性连续介质理论，均布荷载作用下的双圆，以设计的路面弯沉的整体刚度指标计算设计和沥青路面和半刚性的基础，检查底板的拉伸应力，结合各结构层结构的最小厚度进行适当的调整。交通特别繁忙的特重车道路面结构如下:上层是由密级配4cmAC-13SBS改性沥青混凝土组成，中面层采用6cm中粒式密级配AC-20沥青混凝土，下面层是12cmATB-30粗粒式沥青碎石，基层为38cm水泥稳定碎石，最后为20cm水泥稳定碎石基层+30cm稳定碎石稳定土;交通繁忙的重车道路面结构如下:上层是由4cmAC-13SBS改性沥青混凝土组成，下面层采用6cm中粒致密级沥青混凝土AC-20，基层为34cm水泥稳定碎石，底基层为20cm水泥稳定碎石或30cm稳定土。
3两种路面结构经济分析
1)初始成本。参考最近的公路建设材料价格及相关的机械成本，长寿命沥青路面结构设计造价比传统一般沥青路面结构设计的造价高234．1元/m2。
2)维护成本。传统一般沥青路面结构设计寿命为15年，假设在其运营期间，更换3次上层，中间层改变2次的总成本为52元/(m2•年);而长寿命沥青路面结构设计使用年限为30年，以更换5次磨耗层，更换3次抗剪切层，更换1次联结层，费用总计为44元/m2。
3)残值。从工程经济分析的角度来看，按照1/3的初期建设成本考虑，对传统一般沥青路面结构设计剩余价值的原设计是164元/m2，长寿命沥青路面结构设计为208元/m2。
4结语
在本文中，通过传统一般沥青路面结构设计与长寿命沥青路面结构设计的技术和经济成本的比较得出结论如下:
1)这两种不同的设计方案，均可满足山西重、特重车道道路路面的技术要求。
第2篇：沥青路面结构设计论文范文
关键词：高速公路；永久性沥青路面
1引言
随着我国高速公路里程数的不断增长，政府及相关部门在高速公路养护上投入的资金也越来越多，而这其中由于沥青路面使用寿命过短而造成的大修大补更是占用了大部分的养护资金。国外研究认为，只要路面不发生结构性破坏，就可以长久的使用下去。也就是说，只要维修养护及时，沥青路面可以长期使用。永久性沥青路面就是在这样的背景下应运而生。因此，如何能够将永久性沥青路面与我国高速公路有机结合就是本文的研究目的。
2我国高速公路发展现状
高等级公路成为我国经济增长和社会发展的重要条件，我国长久以来在公路建设方面投入的大量的财力。我国公路总量规模实现跨越式增长，到2010年底，全国公路通车总里程达到398.4万公里，从改革开放之初的世界第7位跃居第2位；高速公路从无到有达7.4万公里，居世界第2位。“五纵七横”国道干线网络全部建成，规模效益逐步显现。随着经济的发展，交通量、荷载急剧增长，其中重载交通量增幅很大，给我国的沥青路面带来了很大压力。
3永久性沥青路面定义
长寿命路面的设计理念最初是由欧洲国家发展提出的，欧洲称之为永久性沥青路面或耐久性沥青路面（Long-Life Asphalt Pavements,Extended Life Pavements, Long-Lasting Pavements）。美国沥青路面联盟（APA）对长寿命路面设计理念进行了发展，提出了永久性路面（Perpetual Pavement）这一概念。美国APA的定义：永久性路面是一种设计和修筑良好的沥青路面，使用寿命可超过50年，期间不需要对主要结构进行修复或者改造，仅仅需要对产生在路面顶部的损坏进行周期性维护。欧洲国家公路研究实验室论坛的长寿命路面工作组（ELLPAG）的定义：长寿命路面是一种持久的结构，可以被看成一种不会由于交通荷载、环境状况、施工质量或材料退化的影响而在路基和基层产生任何形式结构损坏的路面。欧美虽然对永久性路面定义和名称有所不同，但是基本设计理念是一样，即要求路面结构在足够长的设计年限内路用性能、耐久性较好，不会发生结构性损坏。根据现阶段的国情，永久性沥青路面必须吸收国外成熟先进的设计思想，给出我们自己的永久性沥青路面定义，明确什么是永久性沥青路面，永久性沥青路面应满足那些要求等。
4永久性沥青路面结构
永久性沥青路面的设计主要是针对重交通量道路，当然也可以适合于中、轻交通道路。永久性路面也用于旧路如水泥混凝土道路的维修和重建。典型的长寿命路面结构如下图：
图1永久性沥青路面结构
其主要特点为:
①轮载下100~150mm区域是高受力区也是各种病害(主要是轮辙)的发
生区域；
②面层为40~50mm厚的高质量沥青混凝土，需为车辆提供良好的行驶界
面，应具有足够的表面构造深度、抗车辙能力、水稳定性好的特点；
③中间层为100~175mm厚的高模量抗车辙沥青混凝土，起到连接和扩散荷载的作用，应具有高模量（刚度）、抗车辙的特点；
④HMA基层为75~100mm厚的高柔性抗疲劳沥青混凝土，应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好的特点；
⑤最大拉应变产生在HMA基层的底部，该区域最易发生疲劳破坏，该区域的拉应变，对于控制沥青混凝土层自下而上的疲劳开裂，防止路面过早出现结构
损坏具有特别重要的意义。
5永久性沥青路面国内外研究应用概况
5.1国外研究概况
自上世纪90年代以来，各国逐渐把永久性沥青路面作为研究的热点，在欧洲、美国、加拿大、澳洲和南非都有广泛的研究。
英国的Michael Nunn（1997）在世界沥青路面协会（ISAP）举办的第八届沥青路面国际会议上提交的报告称中首次提出了长寿命柔性路面的概念，并在同年的TRL 250号报告中详细论述了如何针对重载交通道路设计长寿命柔性路面。
美国沥青路面联盟（APA）的Huddelston等人首次在APA公开出刊物中使用了永久沥青路面这一概念。美国沥青路面联盟于2002年第一次系统介绍永久性沥青路面的设计概念、力学―经验设计法、路基要求和各层HMA的要求，并讨论了永久性沥青路面的性能目标和一些工程实践。美国联邦公路局（FHWA）提出了一项永久性路面计划，拟建能满足消费者安全需要，且经济效益好，并能维持较高性能的长寿命路面。
欧洲专门成立了长寿命路面研究小组，以报道欧洲的长寿命路面的研究发现为主，特别是关于设计、施工和养护等方面，研究目标是：
① 更好的理解施工和养护长寿命路面的经济可行性；
② 更好理解长寿命路面的破坏机理和路面分类；
③ 确定不发生结构破坏的路面设计、施工、评估和养护的最佳方法；
④ 概括长寿命路面概念框架中的研究需要；
⑤ 鼓励使用长寿命路面设计和养护方法。
5.2国内应用概况
近几年我国也在永久性路面应用方面做了一些尝试性的应用。2003年同济大学在广州-梧州高速云浮市境内修筑1km的试验路。试验路采用了两种路面结构，结构A为半刚性基层厚沥青层路面，磨耗层为采用4cm SBS改性沥青SMA-13，起到抗滑作用，具有足够的抗剪切能力；沥青中间层的厚度为13 cm，采用AC16-I橡胶粉改性沥青混合料；沥青基层的厚度为8 cm，采用AC25-I。沥青层的总厚度为25 cm。采用水泥稳定碎石底基层，厚度32 cm，土基的模量达到35MPa以上。结构B为柔性基层厚沥青层路面，中间层及磨耗层和结构A相同，基层厚度为15cm，沥青层的总厚度为32 cm。采用级配碎石底基层,厚度40 cm，土基的模量达到35MPa以上。
2005年，山东省公路局和美国联邦公路局、美国国家沥青研究中心等合作项目《永久性沥青路面》在滨州修筑4段永久性路面试验段，其中三种为全厚式结构，一种采用水泥稳定材料的厚沥青层。
6结论
目前我国在永久性沥青路面的研究应用才刚起步，相对研究成果较少，很多还不成熟。现阶段应综合国外研究，将重点放在路基要求、沥青层结构与材料设计、合理的设计指标和标准及寿命周期成本分析等方面。
参考文献
[1] MICHAEL NUNN，BRIANW.FERNE.Design and Assessment of Long―life Flexible Pavements.“Perpetual Bituminous Pavements”CIRCULAR of TRANSPORTATION RESEARCH.2001.
[2] 冯治安，王选仓，李国胜.长寿命路面典型结构研究、设计与施工技术.北
京:人民交通出版社，2007.
第3篇：沥青路面结构设计论文范文
关键词:重载交通；沥青路面；疲劳寿命；组合设计
中图分类号: U416.217
1．引 言
随着公路事业的发展，车辆重型化以及速度的提高，使交通运输呈现出“大流量、重载和渠化交通”的特点。带来的负面效应是：引起实际累计标准轴载的巨增，直接导致路面出现严重的损坏，缩短了路面的预期使用寿命，降低了路面服务功能。为了发挥道路的最大经济效益，提高路面的使用寿命是重要方法，研究在重载交通作用下沥青路面如何实现长寿命更是发展方向 [1]。
2．沥青路面计算公式
路面的破坏是在正常使用情况下，行车荷载的多次反复作用引起，此时路面的破坏无明显的永久变形，路面的开裂大都表现为网状的细微开裂。设计年限内标准轴载(单轴双轮组BZZ-100)的累计当量轴次 计算公式[2] [10]:
（1）
路面整体控制指标 计算公式：
（2）
其中, 为设计年限内一个车道上累计当量轴次； 为设计年限内交通量年平均增长率； t为设计年限； 为车轮轮迹横向分布系数； 为轴数系数； 为轮组系数； 为被换算车辆的各级轴载作用次数，次/d；P 为标准轴载，kN； 为被换算车辆的各级轴载，kN；为路面设计完沉值，0.01mm； , , 分别为公路等级、路面面层类型、基层类型系数。在进行半刚性基层、底基层层底拉应力演算时轴载换算采用下式：
（3）
3．重载交通长寿命沥青路面设计分析
沥青路面结构设计理念大致分为两类，厚半刚性基层思想和厚沥青面层思想。前者在保持现有沥青面层厚度的基础上，优化其使用性能，并增强半刚性基层厚度，进一步提高路面结构承载能力，即“强基优面”；后者则是增大沥青面层厚度，基层仍然采用半刚性材料或级配碎石[4]。通过近些年我国高速公路大规模建设中出现的问题，认为增厚沥青面层是一种比较有效的防止早期破坏的方法，但由于资源的紧缺造成投资的大幅增加，而国外的全厚式沥青路面是否能直接用于我国的路面设计也未有定论。
目前，国内长寿命沥青路面主要还是针对半刚性基层沥青路面展开研究。长寿命沥青路面是一种设计理念，长寿命沥青路面绝不仅仅是增加沥青面层的厚度，实现长寿命不单是路面研究范畴，是需要综合考虑地区气候差异、路面设计、材料特性、施工工艺、养护技术及项目管理的系统工程[7]。
我国高速公路沥青路面的早期破坏有多种形式，其中对沥青路面使用性能和使用寿命影响最大的是在疲劳荷载作用下产生的结构性破坏、水破坏、车辙等。国外沥青路面同样存在早期破坏现象，只是由于气候条件和交通条件的差异，破坏的数量和严重程度有所不同。
4．重载交通对沥青路面影响实例
以黄河JN150和JN360为例，当载重超载50%，100%，150%，200%时车辆轴载参数如下：
表1超载情况下的参数
Tab1 parameter in over-loading
由计算结果可以看出，当车辆超载50%时，折算后标准轴载的作用次数约为额定载重的3倍；超载100%时，折算后标准轴载的作用次数约为额定载重的6倍～8倍，超载150%时，折算后标准轴载的作用次数约为额定载重的13倍～14倍；超载200%时，折算后标准轴载的作用次数约为额定载重的24倍～26倍。由此可见,车辆超载后，同样的交通量,路面所承受的标准轴载作用次数显著增加。
通过(1)，(3)计算，当超载30%时，高速公路路面结构使用寿命由15年降低到7.1年，一级公路路面结构的使用寿命由12年降低到5.7年，二级公路路面结构的使用寿命由12年降低到5.9年；当超载100%时，高速公路的路面结构只能使用1.4年，一级公路的路面结构只能使用1.1年，二级公路的路面结构只能使用1.2年。
通过上述分析可见，道路在实际运营过程中，车辆的超载、超限(轴载大于130kN)势必造成在运营的很短期限内就可能达到道路设计所能承受的累计当量轴次,这样道路就会很快出现疲劳裂缝、沉陷等破坏现象，降低路面的服务功能和使用寿命[3]。
5．路面设计组合分析
5.1设计目的
路面结构组合设计的目的是使路面结构在设计使用年限内能承受重载及各种自然因素的作用，而不发生结构性破坏和其它早期破坏现象，做到技术上可行、经济上合理。
5.2基于抗疲劳设计
荷载不变，路面厚度增加其路面顶部压应变、底部拉应变绝对值均减小，当底部疲劳拉应变小到一定程度则可以认为其疲劳寿命是无限的（即疲劳作用次数是无限大），所以可以为路面结构设计一个适当的厚度，使底部的拉应变减小，即可保证基层底部不发生疲劳破坏，使用足够厚的沥青层将防止疲劳开裂的发生。对于抗疲劳开裂的沥青底面层材料，增加沥青含量有助于改善混合料柔性，高沥青含量混合料有助于抵抗更高所弯拉应变，从而获得更长的疲劳寿命。
目前有研究证明，沥青混合料压实情况好可以使面层劲度显著提高，减小了拉应变，那么增大压实度以提高劲度，也可以减小混合料的脆性，在给定拉应变条件下增加其疲劳寿命。因此，对于抗疲劳层，仅仅增大沥青含量不一定能提高结构抗疲劳性能，增大沥青含量会导致混合料劲度降低[8]。
5.3基于抗变形设计
研究发现[9]：无论沥青层厚度多厚，在沥青层表面2.5cm范围内其车辙变形很小，原因在于，在沥青层表面处由于轮载产生的水平约束应力与竖向应力相当。与表面2.5cm的沥青层相比，该层下面的亚层在5～10cm范围内达到最大值这表明沥青混合料产生最大车辙区域不超过上部7.5～12.5cm深度范围，超过该深度范围只有较小的车辙增量。同时，随着沥青层厚度增大沥青层车辙的最大值减小，而沥青混合料厚度接近10cm处其车辙值最大。
采用低品质的沥青混合料时，增加其厚度并不能减小沥青面层的车辙，反而可能会增大车辙。一般来说，增大沥青面层厚度不能显著减小整个沥青层的车辙，但是会显著减小粒料基层、底基层及土基的永久变形。因此，我国的高速公路不能盲目的借鉴国外经验，增大沥青面层厚度既浪费又无益于减小车辙。
5.4基于路面耐久性设计
路面在使用过程中，在车辆动载作用下容易出现水破坏现象；在重载、超载和超重车辆作用下容易出现车辙和top-down表面开裂；随着使用年限的增长，沥青路面表面层功能会出现衰减，主要表现为平整度、抗滑性能和排水能力的下降。因此，为保持路面良好的耐久性能，沥青面层各层采用合适的沥青含量且混合料得到很好的压实，路面结构各层层间粘结完好，确保整个路面结构层成为一个整体抵抗行车荷载的作用。
第4篇：沥青路面结构设计论文范文
关键词：长寿命沥青 油田道路 结构
中图分类号：U416.217文献标识码： A 文章编号：
1、长寿命沥青路面的特点
长寿命路面（Perpetual Asphalt Pavement）的概念最早出自欧洲，是基于寿命周期内总费用最经济的原则而提出，之后在美国，长寿命路面得到进一步的完善和发展。其特点是在较长的使用期内能够提供优质、稳定的运输服务，并且维修方便。主要包括：
1.1总费用
初期修建费用很高，日常养护费用较少，总费用效益比最大，全寿命周期内费用最小。
1.2 设计年限
至少40年，美国等地提出的使用寿命为50年。
1.3 损坏模式
路面的破坏形式为功能性破坏，从上而下的顺序发展、延伸，破坏只存在于表面层。如表面开裂、表面车辙，不存在结构性破坏。
1.4 养护维修
只需要日常养护，不需要进行结构性大修。
1.5 路面结构
路面的各结构层较厚，不仅基层、垫层要厚，面层也要厚。长寿命沥青路面能有效地减少路面结构性损坏，只需要定期的表面铣刨、罩面修复就能够使路面较长的使用年限内不进行大修，延长路面的使用年限。因此，长寿命沥青路面将有效地解决油田沥青路面早期破坏严重的问题，有利于提高油田道路的使用寿命。
2、长寿命沥青路面的设计理论及设计指标
国外的长寿命路面结构工作者经过研究认为沥青路面结构层出现结构性破坏的原因为：
（1）在重复荷载作用下，结构层疲劳开裂所导致的贯穿整个结构层的裂缝；
（2）在重复荷载作用下，路基顶面产生不可恢复的压应变所导致的路面结构层永久性变形。
针对这两种导致路面结构性破坏的原因，长寿命路面研究者提出了基于路面破坏理论和力学分析的长寿命路面设计方法和指标。
2.1 疲劳极限
国外的研究认为，对于全厚式沥青结构、柔性基层结构等沥青层较厚的路面结构，其结构性裂缝是由沥青层的疲劳破坏所导致的。因此，为了防止路面结构在设计累计轴载次数内出现破坏，研究学者提出了控制沥青层疲劳极限的设计理念。
疲劳极限就是指沥青混合料存在一个弯拉应变临界点，当路面结构的弯拉应变低于此值时，沥青混合料层底就不会产生疲劳损伤，这个拉应变临界点对应的就是疲劳极限。Monostich和Long建议控制沥青混凝土层底的弯拉应变≤60με。很多学者认为改性沥青混合料的疲劳极限可以提高到100με。日本研究人员西泽认为沥青混合料的疲劳极限应小于200με。若沥青层底的弯拉应变小于该指时，则认为路面结构可以经受设计年限内的轴载作用次数，路面结构使用寿命也将超过设计年限。
因此，在长寿命沥青路面结构设计中，沥青层层底弯拉应变将作为验算指标，验算其是否满足沥青层对疲劳极限的要求。
针对半刚性基层长寿命路面结构，要求在控制沥青层疲劳破坏的同时，还应控制半刚性基层的疲劳破坏。半刚性基层材料脆性较大，对于疲劳破坏，大多属于荷载作用下的短时间断裂破坏，一般以结构层底面或层中最大拉应力作为控制疲劳寿命的临界指标。因此，决定继续沿用现行规范的半刚性基层的层底拉应力指标来控制半刚性基层底面的开裂破坏。
2.2 基顶压应变
通过对国外大量高速公路的车辙状况调查显示，当沥青结构层厚小于18cm时，车辙率较大；当沥青层厚大于18cm时，车辙速率会迅速降低。对于厚沥青层道路，车辙主要为表面车辙，集中发生在沥青层表面。这种破坏属于表面功能层损坏，可通过进一步改善设计就能保证结构良好。
但是，对于由结构层的永久变形而引起的结构性车辙破坏，主要是通过控制路基土的永久变形直接控制结构性车辙的深度。在结构层设计上，道路研究者建议采用基顶压应变作为控制路面总变形量的设计指标。美国的永久性路面建设路基土垂直压应变应小于200με，若结构层基顶压应变ε小于容许压应变εt，则认为在设计年限内路面结构不会出现结构性车辙破坏，会达到长寿命的要求。
3、基于长寿命理念的油田道路的路面材料及结构设计优化
长寿命路面的破坏主要是磨耗层自下而上的功能性破坏。所以，在路面结构设计时，应围绕该目标进行结构层设计，将上面层设计成功能层，将中下面层、基层设计为结构的承重层。
长寿命沥青路面结构由路基、HMA基层、HMA中间层和磨耗层四部分组成。
其各层位的功能及材料要求如下：
（1）轮载下100-150mm区域是高受力区域，也是各种损坏（主要是轮载）的发生区域；
（2）面层又称磨耗层，需要40-75mm高质量沥青混凝土为车辆提供良好的行驶界面；
其材料要求一般更多的是取决于当地的经验和经济条件，当考虑车辙、耐久性、透水以及磨耗等方面的原因而选择SMA时，要尽量降低混合料的现场空隙率，以保证其耐久性。对于中等交通量的道路，一般采用Super pave密级配混合料。此时须对混合料进行性能试验，例如车辙试验、抗剪试验等。对采用的胶结料，PG等级的高温部分应比工程所在地区常用胶结料至少高一个等级，低温部分的采用应保证有95%-99%的可靠度。
（3）中间层100-175mm高模量抗车辙沥青混凝土起到连接和扩散荷载的作用；须兼顾稳定性和耐久性。其稳定性可以通过粗集料间骨料的相互接触（骨架密实型级配）以及高温稳定性好的胶结材料来获得，其设计可按标准Superpave方法确定最佳沥青用量，并应进行车辙及水敏感性等性能评价试验。
（4）HMA基层75-100mm高柔性抗疲劳沥青混凝土起到消除疲劳破坏的作用，最大拉应变产生在HMA基层底部，该区域最易发生疲劳破坏，所以该层应具备柔性高、抗疲劳能力强、水温定性好等优点；最好采用整体性好的材料，同时要考虑材料的干缩和温缩性能以及良好的抗弯拉疲劳破坏的能力，和一定的抗车辙能力。
（5）路面基础不仅为沥青面层的铺筑提供良好的界面，而且对于路面的变形抗冻都是至关重要的。
因此，在长寿命路面结构设计和材料设计中，都应根据结构验算指标，并结合以上层位要求对结构层和材料进行合理的优化。
4 结论
随着路面设计施工，技术的进步、交通量的增加、轴载的加重和频繁维修带来的养护费用增加，人们越发认识到在重要交通地段修建长寿命路面的必要性。国外大量的实践也说明了修建长寿命路面的可行性和经济性，因此对油田道路建设而言，修建长寿命路面势在必行。
第5篇：沥青路面结构设计论文范文
关键词：沥青路面；设计理论与方法；AASHO；结构设计
Abstract: in view of China's asphalt road surface design theory and method, the existing problems of the analysis and discussion AASHT0 the asphalt pavement design theory and method, and the work of our country is compared, and to enhance our country's level of asphalt pavement design and perfect our asphalt road surface design theory and method. Can a view to play a valuable role.
Key words: the asphalt pavement; Design theory and method; AASHO; Structure design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1概述
我国现行公路沥青路面设计规范基于弹性层状体系理论。以路表弯沉作为主要设计指标，沥青面层底面和半刚性基层底面的弯拉应力作为设计的验算指标，并制定了相应的设计标准。这一设计指标体系是新中国成立以来历版设计规范在以路表弯沉为控制指标的指导思想下扩充后提出的．对于常用的半刚性基层沥青路面结构型式，沥青层底部的弯拉应力通常不作为控制性指标，现有沥青路面结构设计实际上均由路表弯沉这一指标所控制。这种设计方法主要针对半刚性基层沥青路面结构设计，适应了我国当时的经济状况，贯彻了“强基薄面稳土基”的思想．凝聚了几代公路技术人员的心血．对我国公路发展起到了很大的推动作用。随着经济建设的高速发展和高速公路的大规模建设．交通量和轴载型式也发生了很大变化。而且超载、重载现象非常严重．路面结构的破坏形式也发生了很大变化，原有设计规范与实际脱节的情况日益严重。
2沥青路面设计指标的分析
1．1高速公路沥青路面主要破坏型式
路面设计的目标就是通过合理的设计方法使得道路在设计使用年限内能够提供安全、舒适、快捷的服务。然而，目前我国高速公路沥青路面普遍存在着初、早期破坏，且主要破坏型式同上个世纪90年代以前轻交通状况下相比已发生了一定的变化。高等级沥青路面的主要破坏形式可以归纳为以下几个方面：①由于路基不均匀沉降导致的路面下陷和开裂；②车辙破坏；③沥青面层的水损害：④半刚性基层沥青路面反射裂缝破坏：⑤沥青路面的结构性破坏。因此．有必要通过路面的合理化设计来控制路面的主要破坏型式，从而真正达到路面设计的目的。
1．2沥青路面结构设计与材料设计指标的相容性
目前，我国沥青路面的结构设计与路面材料设计基本上是相脱离的。由于种种原因，路面材料的抗压模量设计取值往往带有很大的随意性，同样是水泥稳定粒料，设计值却差别很大，例如同属广东省的广肇、佛
开高速公路设计值很小，只有500MPa，而广珠西却为1 600MPa。对于同种材料(6％水泥稳定碎石或石屑)在相同施工水平和要求条件下，设计取值的过大差异，对于保证路面施工质量是不易的，同时在设计上可能也是不经济的或是太冒险。此外，路面结构设计与材料组成设计相容性较差，还表现在以下几个方面：
(1)路面材料强度测试中的受力模式与其在道路应用中的实际受力情形相差较远：
(2)路面材料性能评价指标与其实际路用性能之问 的对应关系不明确。
(3)结构设计阶段采用的材料设计参数指标与实际施工时路面材料配合比设计、质量检测指标不一致。
3我国沥青路面的设计理论与方法
3．1 AASHTO路面设计理论与方法
AASHT01993道路设计方法是在AASHO试验路基础上得到的．它在美国得到了广泛的应用，也是目前世界上最有影响的设计方法之一。AASHT01993设计方法最突出的优点，是其在大量试验段现场试验的基础上总结得到。在AASHO试验路中，共修建了288个不同结构的试验段，若加上重复试验段，试验段的总数多达322个。试验中共使用了12种不同的卡车一轴重组合，并由此得到了各种轴型及轴重的当量轴载换算系数。而在我国的道路设计方法发展过程中，则没有经历过如此庞大规模的现场试验验证，这也是我国道路设计方法
的适用性受到限制的主要原因。
3．2 AASHT01993路面结构设计方法的创新点
AASHT01993设计方法是在20世纪50年代美国AASHO试验路成果的基础上提出的路面设计指南。AASHTO于1961及1962年分别提出了柔性路面与水泥混凝土路面的中期设计指南。1972年出版了第一版(AASHTO路面中期设计指南》，经过1986年和1993年两次修改。方正式推出(AASHTO路面设计指南》(1993)，并开始推广应用。AASHTO1993设计方法在试验路数据的基础上，将耐用性指数引进路面设计方法．而且提出了不同道路等级应有不同的设计标准．使路面设计与使用要求形成密切联系。同时建立了不同轴载间的等效关系，建立了轴载轻重与交通量多少对路面作用的合理关系，提出了路面结构数SN与轴载作用次数Ⅳ之间关系的基本设计公式。AASHTDl993设计方法中引入了可靠度的概念，充分考虑了交通、材料、环境等设计参数的变异性，设计者可以根据不同等级道路的要求，选择合
适的可靠度水平，从而可以对设计结果有更好的把握。
4 AASHTO路面结构设计方法
如前所述。AASHT01993方法是在大量现场试验路的基础上总结得到的。所以可以认为其是一个更符合实际情况的道路设计方法。可以提高设计者对设计结果的把握程度。在我国引进和应用该设计方法具有重要的现实意义。在AASHT01993柔性路面设计方法引进和验证的过程中，有必要开展路面结构力学设计方法的初步研究．通过路面结构多种传感器的埋设。采集分析路面各层位的受力特点。以提出各层位材料的力学设计标准，达到路面结构和材料一体化设计。并以此为基础．提出适用于我国交通特点的柔性路面力学设计方法。引
进应用AASHT01993设计方法。需充分考虑环境因素对路面材料及使用性能的影响，主要为温度对沥青混凝土和湿度对土基和粒料材料性质的影响。为此。了解路面结构内温度和湿度的状况及其随时间变化的规律非常重要，有必要在路面结构内埋设温度和湿度传感器，对温度和湿度进行连续的观测。
4．1交通参数分析
车辆荷载的作用是影响路面使用寿命的关键因素之一，设计时，需考虑的车辆荷载作用参数主要是：设计使用期内标准轴载的累计作用次数。为此，需收集交通量和轴载调查数据，预测设计使用期内的交通增长，进行标准轴载作用次数的当量换算等交通分析。
4．2交通量轴载换算
我国现行《公路沥青路面设计规范》(JTJOl4―97) 中规定，沥青路面设计以双轮组单轴载100 kN为标表3 107国道各观察站交通量年平均增长率准轴载；当以设计弯沉为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25 kN的各级轴载的作用次数，均应按规定换算成标准轴载的当量作用次数。为了对比，采用按车型进行换算和按轴载谱进行换算的两种方法。
5广东省典型路面结构的应用情况
根据调查，广东省典型道路结构及其主要破坏类型见表1
表1广东省典型道路路面结构及其主要破坏类型
道路名称 基层结构类型 通车时间/年 路面主要破坏类型
广佛高速 半刚性基层 1989 龟裂、严重沉陷及结构性破坏
广深高速 （组合式基层）半刚性底基层+柔性基层 1994 表面坑槽及裂缝
广园东快速路 （组合式基层）半刚性底基层+柔性基层 2001 局部路基下沉及桥头跳车
京珠高速（粤境南段） 半刚性基层 2002 车辙
6结束语
通过对我国公路沥青路面设计指标及合理结构型式的分析，并结合国外及广东省不同结
构型式沥青路面使用状况的调查结果，主要有以下结论：
(1)随着公路建设规模的扩大和道路等级的提高，路表弯沉指标已经无法适应当今重载交通时代路面设计的要求，必须寻求新的沥青路面设计控制指标。
(2)我国沥青路面的结构设计与路面材料设计基本上是相脱离的，主要表现在路面材料强度测试中的受力模式与其在道路应用中的实际受力情形相差较远，路面材料性能评价指标与其实际路用性能之间的对应关系不明确等方面。
(3)就广东省而言，使用性能良好的高速公路沥青路面既有组合式结构也有半刚性基层结构，而且半刚性基层材料只要应用正确还可以起到减轻低填方软基路段工后过大沉降的问题。所以我们必须辩证地分析问题，一方面努力研究国外的路面结构，同时对现有的半刚性基层沥青路面进行再认识，努力克服其一些不合理的因素，使其得到改进，更加完善。
参考文献
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2．沈金安等．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策【M】．北京：人民交通出版社，2004
3．沈金安．国外沥青路面设计方法汇总【M】．北京：人民交通出版社，2004
第6篇：沥青路面结构设计论文范文
Abstract:This paper analyzes influencing factors of the old asphalt pavement maintenance and transformation, and by summing up the overlay design method in the old asphalt pavement reconstruction, discusses the overlay design method in the old asphalt pavement reconstruction, which is consistent with the status of pavement in the old city of Guangzhou, and recommends a typical structure of asphalt overlay, considering the old asphalt pavement for different usages, economic factors and so on.
关键词:市政道路;沥青路面;加铺层结构;典型
Key words: municipal roads;asphalt pavement;overlay structures;typical
中图分类号:[TU997]文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)19-0071-01
0引言
沥青路面是广州市老城区道路的主要路面结构型式。随着沥青路面的通车运营,路面经受轴载负荷和交通量反复作用,使用品质逐年下降。当路况变化达到一定限度或下降到一定水平时,需要旧沥青路面加铺改造,使路面的使用品质恢复良好状态。
1旧沥青路面加铺设计方法探讨
1.1 国内外旧沥青路面加铺设计方法目前国外有关旧沥青路面加铺沥青混凝土的设计方法大致可分为三种类型:有效厚度法、弯沉法、力学-经验法[1]。国内沥青路面补强设计方法与新建路面设计方法基本相同,以弹性层状理论为基础,首先计算原有路面的当量土基回弹模量,若单层补强时,以双层弹性体系为设计计算的力学模型,补强n-1层时以n层弹性体系为力学模型计算,只是在确定下卧层模量时的方法有所区别。
1.2 基于双层弹性体系的路面加铺层设计方法本文进行沥青路面加铺设计时使用基于双层弹性体系的路面加铺层设计方法,设计时考虑材料的非线性及旧路面破损或者其他缺陷可能对加铺层使用寿命的影响,以加铺层中出现的最大弯拉应力作为控制指标[2]。
1.2.1 设计指标的确定为了保证路面在使用期内不发生疲劳破损,最关键的是加铺层中出现的拉应力不能过大。由于加铺层底的应力大小是变化的,因此应选择最不利位置的 ,并由此反应出所需加铺层的厚度。在双层弹性体系理论下,根据对多个模量组合和不同的加铺层厚度进行分析计算,发现当加铺层厚度较大或者下卧层模量较高时,层底的的弯拉应力最大;反之,层表的弯拉应力最大。当下卧层模量和加铺层模量一定时,弯拉应力最大点的位置只与加铺层的厚度有关。
1.2.2 加铺层厚度的确定加铺层材料的容许弯拉应力与其使用期内累计轴次有直接关系。加铺层在双圆均布荷载作用下最大弯拉应力的大小和位置随层厚而变化,因此有必要对层表和层底的应力随加铺层厚变化的规律进行分析,从而确定出最大弯拉应力与层厚的关系。当加铺层厚度较小时,双圆荷载间隙中心点处的加铺层表面的弯拉应力较大,而当加铺层较厚时,双圆荷载圆心处的加铺层底的弯拉应力比较大。考虑到一般情况下进行补强设计时,加铺层厚度不会过小。因此建议采用层底作为验算的点位。
若取设计年限为七年,并取第七年末累计轴载为3000000次,根据沥青混凝土容许拉应力的计算公式可以得出该材料的容许拉应力σR:σR=σSP/KS=0.4149MPa
其中,σSP为材料15℃时的劈裂强度,此处取σSP=1MPa。当加铺层材料的弹性模量为E=1200MPa、σSP =lMPa时,加铺层厚度至少应该大于6cm。
2广州市老城区道路沥青路面改造典型结构
2.1广州市老城区道路沥青路面破损的主要特点广州市老城区的沥青路面最常见的病害类型为龟裂和沉陷,部分路段功能性破坏如麻面、脱皮和磨光等现象也较为明显。面层存在的问题主要有:
①面层孔隙率偏大,很多路段结构中没有下封层,雨水容易渗入,在行车荷载反复作用下导致水破坏。②沥青混合料中沥青用量偏高,拌合不均匀,加之广州地区气温高,以致造成泛油;沥青高温稳定性差,容易导致车辙病害。③在施工质量控制中不严格,以致麻面病害的较多发生。沙石材料的不干燥洁净,造成了上下面层之间粘结力的削弱,结合不良,造成了脱皮等病害。
基层存在的问题主要有:①基层强度普遍不足,容易产生“软弱夹层”,致使在行车荷载反复作用下基层产生疲劳破坏,并最终以龟裂的形式反映到面层上。②广州市老城区有相当一部分沥青路面是在原有旧水泥路面上加铺沥青层得到的,这些旧水泥混凝土路面上新建路面时,防止裂缝反射的措施不到位。通过以上对广州市老城区道路沥青路面病害的分析,可以得出以下结论和建议:
①对于面层:1)面层孔隙率要小,并做下封层,防止雨水渗入面层。2)防止沥青混合料中沥青用量偏高,提高沥青高温稳定性。3)施工质量控制要严,包括摊铺温度、搂耙次数等,沙石材料也要干燥洁净。
②对于基层:1)由于水泥稳定粒料类或二灰碎石等半刚性基层的抗变形能力低,干缩系数和温缩系数都较大,在广州的潮湿季节容易发生收缩开裂,在沥青路面厚度较薄时,这些裂缝会反射到面层上来,形成反射裂缝,所以应实施防治反射裂缝的措施。2)提高基层的强度。
2.2 广州市老城区道路沥青路面加铺层结构推荐通过前面对广州市老城区道路沥青路面的加铺层理论分析,并综合考虑已投入使用的不同结构加铺层使用情况及经济对比分析,推荐以下典型加铺层结构[3]。①适用于铣刨原路面部分面层后加铺层结构:原沥青砼基层+8cm AC-25C粗粒式沥青砼混合料+6cm AC-20C中粒式(改性)沥青砼混合料+4cm SMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料;②适用于挖除原路面面层后加铺层结构:原沥青砼基层+5.5%水泥稳定级配碎石+8cm AC-25C粗粒式沥青砼混合料+6cm AC-20C中粒式(改性)沥青砼混合料+ 4cm SMA-13沥青玛蹄脂碎石混合料。
参考文献:
[1]R.Hassan,Estimating dynamie loading of Pavements from surface profile properties, Road&Transport Research, Vol.10, No.3, P3-P17, 2001.
第7篇：沥青路面结构设计论文范文
【关键词】沥青路面早期损坏；结构；工艺；质量
1.概述
宁夏建成通车的某些高速公路出现早期的病害，通车2-3年的高速公路，沥青路面不同程度泛油、拥包、推移、沉陷、车辙等早期病害，致使高速公路路面服务功能降低。自治区交通运输厅对此非常重视，专题研究如何采取措施进行防范，开展了高速公路路面早期病害及耐久性应用研究，在借鉴外省区经验的基础上，编写了《高速公路沥青路面施工指南》，规范指导高速公路沥青路面的施工。本文结合参与高速公路路面施工中的认识体会，浅谈高速公路沥青路面早期病害产生的原因和改进措施。
2.宁夏高速公路路面结构情况
宁夏高速公路路面面层大致分为两种：2001年前通车的，面层分上、下两层，上面层为AK-16A，AC-16 I，SAC-16 I细粒式沥青混凝土，厚度4cm；下面层为AC-30 I粗粒式沥青混凝土，厚度8cm。基层均为石灰粉煤灰稳定砂砾和水泥稳定砂砾。2001年以后通车的，面层分上、中、下三层，上面层为AK-16A，AC-16 I，SAC-16 I细粒式沥青混凝土，厚度4cm；中面层为AC-20 I中粒式沥青混凝土， 厚度6cm，下面层为AC-25II型沥青砼，厚度6cm，。基层为石灰粉煤灰稳定砂砾和水泥稳定砂砾。目前，在建的高速公路，路面面层结构也采用三层结构，对沥青胶结料上加以改进，上面层采用性能较好的改性沥青，中、下面层采用重交沥青。
3.路面早期病害原因分析
宁夏高速公路沥青路面产生的早期病害主要有：泛油、拥包、沉陷、裂缝、推移、车辙等。
3.1泛油
包括斑状泛油和压密，轻度表现为在某段轮迹带上出现小块油斑，重者在行车道上出现连片的油块，并伴随着比较严重的车辙。首先在生产配合比设计阶段，一味追求满足规范规定的沥青用量偏高的沥青含量作为施工配合比的控制值，业主往往也要求上限控制，使得沥青用量偏高。二是在施工拌和过程中，施工单位由于矿粉用量控制不严，常有少用矿粉现象，拌和时间及拌合均匀控制不严格，沥青混合料摊铺后出现自由沥青，因此，通车后高温，随着行车的碾压，多余的沥青上浮到表面，出现斑状泛油。三是矿粉受潮，形成团快，进入烘干筒后，吸收比较多的沥青，摊铺碾压行车后，会形成斑状泛油。
3.2沉陷
分桥头沉陷和路基的局部沉陷。桥头沉陷主要出现在路基填料为砂砾土的路段，主要因为压实不足，每层填土厚度超过20 cm，又不能采用大型压实机械，造成通车后桥头沉陷。路基沉陷主要出现在高填土路段设置的运料便道口，施工时压实机械无法展开压实，又未挖台阶压实造成局部沉陷；其次填挖方结合部由于结合不好，沉降时间不一，造成局部沉陷。
3.3推移
推移常见的是桥面的沥青混凝土铺装层推移。造成桥面沥青混凝土铺装层推移的主要原因是，桥面水泥混凝土表面比较光滑，与水泥混凝土铺装层接触的是中粒式和粗粒式沥青混凝土，接触面比较小，因此摩阻力较小，产生推移。其次，水泥混凝土铺装层不重视清洗，造成水泥混凝土和沥青混凝土层间结合不好。第三，桥面设置的泄水孔高度同沥青混凝土铺装标高一致，只能排除桥梁表面的水，对通过空隙进入沥青混凝土内，积聚在水泥混凝土和沥青混凝土层间的水，无法排除，在两层间形成“剂”使得层间的结合本身就不好，增加了沥青混凝土的推移。
3.4车辙
车辙是指轮迹带上出现的辙槽。由于高速公路渠化交通和车辆荷载次数的增加，特别是四车道高速公路的行车道轮迹处由于沥青层经过行车的再压密或剪切变形而逐渐形成不同程度的车辙变形。车辙变形形成的外因是渠化交通和荷载作用次数的增加，局部路段也可能是压实不足造成压密变形形成车辙。内因是设计的沥青混凝土的高温稳定性和抗塑性变形能力差，在高温季节时的车辆荷载作用下产生横向剪切变形流动。产生车辙的主要原因主要有下几个方面：
（1）沥青混合料级配设计不佳。
（2）沥青路面面层压实不足，形成的压密车辙。
（3）沥青混合料的热稳定性不足，造成的车辙。
（4）路面结构设计方面的不合理造成车辙的出现。
3.5裂缝
主要是半刚性基层的反射裂缝。我区高速公路上普遍采用的半刚性基层沥青路面，半刚性材料经拌合、摊铺、碾压后，由于蒸发和混合料内部发生水化作用，含水量不断减少，混合料内部发生一系列物理、化学作用是半刚性体积收缩，从而产生干缩裂缝，而且这种材料还容易产生温缩裂缝，由于较薄的沥青面层无能力“阻止”而反射到路面表面，虽然对承载能力无影响，但给水提供了通道，对路面的外观和耐久性产生很大的影响，路面的使用性能也大大降低。
4.沥青混凝土路面早期病害的预防措施与对策
4.1 针对宁夏所在地区的气候分区的高温指标、低温指标及雨量指标，上面层或中面层采用的70#或改性沥青，下面层采用的90#沥青。
4.2 砂石料质量从料源抓起。轧制碎石和片石要选用无风化，无表土的清洁片石。加工的碎石至少采用二次破碎工艺，碎石料场加工必须安装除尘设备，使碎石具有良好立方体形状，针片状含量少。确保集料具有规定的料源特性和认同特性。
4.3 把好材料的进场关和储存关。进场材料要按规范和设计要求进行检验，杜绝不合格的材料进场。堆料场地也要进行硬化，避免将料场的土混入集料中。不同规格的集料要分别堆放，并设置隔离墙，以免不同规格集料混杂一起，造成配料不准或“淤料”现象。料场也要有明显标识，防止上料时装错。
4.4 优化结构组合设计。上、中、下面层的厚度宜大于等于集料最大公称粒径的2.5～3倍。面层采用沥青混凝土时，基层在投资允许的情况下，尽可能采用柔性基层（沥青稳定碎石），一般设计厚度为8～12cm。若采用半刚性基层，无机结合料的强度要适中。透层油应选择渗透比较好的乳化沥青或改性乳化沥青，采用先进的沥青洒布车撒铺透层油，保证渗透到基层的深度不小于5mm。上中面层、中下面层之间必须撒布均匀撒铺黏层油，确保层间连接。
4.5 重视材料组成设计，使上、中、下面层分别抵抗剪应力和弯拉应力。下面层采用中心控制点（最大公称粒径0.22～0.25倍处）以下颗粒，从上面通过的细型级配形成的悬浮密实结构，主要抵抗弯拉应力。上、中面层采用中心控制点以下颗粒，从下面通过的细粗型级配形成多级嵌挤密级配—骨架密实结构。0.075mm～2.36 mm之间的颗粒应采用机制砂，尽量不用或少用天然砂。确定合理的矿料间隙率（VMA）和设计空隙率，并在此条件下确定沥青用量。
4.6 严格控制沥青用量。在沥青路面的施工过程中，根据目标配合比设计的原则，认真进行设计，经过生产配合比优化调整，应根据不同层位的沥青混凝土面层需要的功能要求，谨慎确定最佳的沥青用量。在生产配合比验证阶段要严格控制沥青用量，误差控制在±0.2%，同时还要控制矿粉用量，使粉胶比控制在要求的范围内。
4.7 增加沥青与石料的黏附性。沥青与石料的黏附性不能满足规范要求，通常的做法是加抗剥落剂的方法，但抗剥落剂的长期效果如何，目前还没有足够的证明。因此，为改善沥青黏附性，应该首先考虑采用掺加消石灰或水泥代替矿粉的措施，一般消石灰粉的用量为3%，水泥用量在1%左右为宜。经实践证明，使用水泥和消石灰粉代替矿粉，能增加沥青的黏附性，而且长期适用性能或耐久性较好。
4.8 采用间歇式沥青拌和机拌制沥青混凝土。我区碎石料场比较分散，母岩的岩性和材料品种较杂，材料加工工艺、使用的加工机械和质量控制水平差异较大，材料的变异性也比较大，拌合场又设在工地现场，碎石料大都是堆在露天堆放，材料含水量受天气因素影响较大，为保证设计配合比，所以采用间歇式沥青拌合机。但拌合机的生产量要满足摊铺机连续摊铺的要求。
4.9改变摊铺方法，四车道高速公路半幅摊铺，采用两台摊铺机阶梯摊铺的方法。避免全幅摊铺造成的螺旋布料器运送混合料距离过长，造成粗细料离析和边缘温度下降多，导致温度和压实度不均。
4.10改进压实工艺，合理提高压实度，减小剩余空隙率。沥青混凝土面层摊铺后，立即进行碾压，保证沥青混凝土面层的压实度。一种类型的沥青混合料最好采用标准密度和理论密度进行双控。为保证压实质量，应确保足够的压实机械。同时要要摆正平整度与压实度的关系。不能片面追求平整度，忽视压实度。一定要在确保压实度的前提下提高平整度。
4.11 桥面铺装应单独进行设计。经过研究，沥青混凝土桥面铺装的合理厚度为6cm～11cm。根据路面结构典型设计，铺装层定为两层比较合适。为了方便施工，保证平整度和质量，铺装层两层厚度应与路面上、中面层厚度一致，满足集料最大公称粒径3倍的关系。同时，在水泥混凝土桥面铺装层上，设置防水层，降低水对沥青和石料之间的剥离和沥青层与水泥铺装层间的作用。从而，大大降低桥面车辙和推移病害。
4.12避免半刚性基层的反射裂缝。采用预切缝和铺筑土工格栅的办法可以有效避免避免反射裂缝。施工时，基层混合料摊铺后碾压完成，达到水泥终凝后立即切缝，洒铺透层油，铺筑沥青混凝土，可以封闭基层内的水分，不致过快失水，产生干缩裂缝。同时要使相邻层的模量比适当，对半刚性基层的强度进行限制，达到规范要求即可，并非越高越好。
4.13加大科技投入力度，不断引进新结构、新材料、新工艺、新方法，提高路面的设计质量和施工质量，不断探索长寿命沥青路面。
5.结论
沥青混凝土是黏弹塑性体，加上铺筑到野外，受大气环境因素的影响和频繁的车辆荷载的作用，路面的受力比较复杂。因此，我们在路面沥青混凝土的设计、施工时要引起高度重视，从原材料的质量、材料组成设计、结构组合设计、施工工艺的研究、施工设备的配备和组合等方面，做到“精心设计、精心组织、科学施工”，方可预防沥青混凝土路面的早期病害的发生，使修筑的道路在设计年限内，为用户提供良好的服务。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准，公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）[S]，北京：人民交通出版社，2004.
[2]刘中林编著.高等级公路沥青混凝土路面新技术[M]，北京：人民交通出版社，
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第8篇：沥青路面结构设计论文范文
【关键词】沥青混凝土；路面；质量控制
沥青作为路用结合料, 在世界各国得到了广泛的应用, 成为公路建设长久使用不衰的一种材料。但由于沥青材质本身的差异, 以及受设计和施工水平的影响, 沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、壅包、推移、坑槽等常见病害, 这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全, 缩短了沥青路面的使用寿命, 增加了道路的维修成本, 降低了道路的投资效益。控制沥青混凝土路面的质量必须先分析产生病害的原因。
1 沥青混凝土路面产生病害的原因
1.1 沥青质量问题
由于近几年交通基础设施作为国家重点投资, 全国各地高速公路、一级路、二级路、城市道路开工项目很多, 而建设资金又有限, 因此, 道路结构层的厚度设计、材料的采用均本着经济适用的原则, 而对交通量的变化和使用年限并没有重点研究。象高等级沥青路面, 许多省市采用的是上面层使用进口沥青, 而中面层、底面层则采用国产沥青, 有的项目干脆全部选用国产沥青。就国产沥青而言, 能达到规范要求的厂家并不多, 而且年产量十分有限,不可能满足国内大规模建设的需要。参建各方都十分清楚这一情况, 但从节省资金的角度来考虑只能勉强采取这一方法。
1.2 设计规范存在的问题
目前, 柔性路面国家设计规范仍然采用弯沉值控制, 并以黄河JN150 为标准荷载, 作为设计参数, 使用年限采用累计折合成标准荷载次数作为控制指标, 而对重型车, 特别是超重型车辆对路面结构强度的影响却没有过多过细的理论保证, 规范中的折算系数并没有考虑路面承载极限能力。虽然现在国内许多路面方面的专家也在探讨这一问题, 并有专家写文章进行论述, 但国家规范并没有修改, 设计时仍然要使用目前颁布的规范, 一次超出极限荷载的行驶将导致路面结构严重损伤, 促使路面开裂、推移和壅包, 甚至局部下陷, 导致路面破坏。而目前高等级路面上, 超重型车辆、特重型车辆随处可见, 因此对国家设计规范进行修改很有必要。
1.3 透层油、粘层油对路面的影响
为了使沥青路面与路面基层以及沥青混凝土本身层与层之间具有良好的结合性, 撒一定数量的透层油和粘层油是十分必要的。然而, 在施工当中透层油一般按1. 2 kg/ m2 撒铺, 由于目前高等级道路大部分采用二灰碎石或水泥稳定级配碎石, 渗透性能均比较差, 加上局部挤压平整度稍差, 经常有透层油窝积现象。
1.4 沥青混凝土配合比设计存在的问题
沥青混凝土配合比设计按规范要求应经过四个阶段, 即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段、生产配合比验证阶段和试拌试铺阶段, 各阶段要达到的目的都有明确的要求。在施工时, 有的单位压缩2 个~ 3 个阶段, 有的干脆凭经验进行施工, 因此, 从理论和实践来讲存在较大的偏差, 从而导致沥青混凝土内在质量存在先天不足。
另外, 由于目前国家现状所致, 高速公路工期较短加上标价偏低, 碎石料场不规范, 大多材料都由个体企业承担, 料场分散,设备落后, 材料的均质性、稳定性均有较大的差别。虽然大部分单位在开工前都取样做了筛分分析符合要求, 在施工过程中也检测并予调整配合比, 但由于变化大、差异性大, 不可能做到十分准确, 沥青含量和级配都在发生变化, 这是导致路面出现一些常见病害的原因之一。
1.5 沥青混凝土拌合温度的影响及控制
沥青混凝土拌合温度的控制, 从规范角度控制比较严格, 对石油沥青拌合出厂温度要求在120 ~ 160 之间, 而实际上有些施工单位和个别商品沥青混凝土厂家, 在拌合温度控制方面不是那么严格, 时高时低很不稳定。有的沥青混凝土到场温度近180 , 而有时不足110 , 温度过高可能导致沥青变质、没有粘性, 使沥青混凝土松散; 温度过低, 沥青混合料拌和不匀, 影响级配, 这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的一个原因。
2 沥青路面的质量控制措施
2.1 设计规范的修改
从目前的设计规范来看, 在车辆荷载等级换算方面可能有较大的偏差, 特别是应考虑特大车辆荷载对路基路面所产生的影响, 其换算关系不是简单的倍数关系。高等级公路在选材方面应有严格的标准要求, 路面结构层承载能力应适应当前和在设计年限内交通发展的需要, 不能片面追求路面的里程量, 而降低路面标准。一方面是为了省钱用国产沥青替代进口沥青, 另一方面结构层的设计偏薄, 路面基层、底基层满足不了行车荷载的作用。
从综合效益来看, 由于节省资金造成的路面破坏远比多修几公里路所产生的经济效益大得多。
2.2 优化沥青面层级配设计
AC220I合成级配设计的指导思想是减少细料的用量, 以提高沥青混合料的抗车辙性能, 级配曲线呈S 型, 粗集料偏上限, 细料紧贴下限, 钻芯取样结果表明其嵌挤作用不明显, 粗集料呈悬浮状。AC220L 比AC220I 更细, 合成级配基本走其下限, 属于悬浮密实型结构, 抗车辙能力差。AC220I 合成级配与Superpave19比较发现其合成级配设计基本走0. 45 次方最大级配线图, 并紧贴下限, 集料间空隙较少, 集料的骨架作用难以充分发挥
2.3 沥青面层混合料的摊铺施工控制
摊铺沥青混合料中面层采用走浮动式基准梁来控制摊铺厚度与纵断面高程, 并随时用水准仪跟踪检测松铺高程及压实后的高程, 同时每间隔10 m 左右对松铺厚度进行检测, 及时指导摊铺机进行调整以保证质量。沥青混合料必须匀速、连续不断地摊铺。根据所采用的沥青拌合楼生产能力及沥青摊铺机的机械性能来确定摊铺机的摊铺速度。结合路面施工的实际情况, 经分析比较, 在正常工况下拌合机的最小生产能力可达到30 t/ h, 同时可充分发挥保温罐的作用, 为保证拌合楼发挥最大效率, 又兼顾到摊铺机在施工过程中尽可能地连续运行, 根据各个层次的设计摊铺宽度和压实厚度,确定摊铺机的速度为2 m/ min~ 2. 5 m/ min; 在中面层试验段施工时采用了3 种压实组合方式进行碾压, 结果证明采用双钢轮弱振2遍强振压2 遍胶轮揉搓碾压2 遍双钢轮收光碾压2 遍组合碾压效果比较理想。在摊铺施工过程中要严把材料关与开工关, 做好施工的前场控制与后场控制, 同时要特别注意施工过程中的信息反馈。
3 结束语
进行现场取样和钻芯检测, 沥青混合料的级配、沥青用量以及压实度、现场空隙率均能达到设计要求。对沥青混凝土路面级配设计的研究, 分析了不同混合料的高温性能, 借鉴不同的设计方法优化沥青混合料的矿料级配, 改善沥青面层的抗车辙性能。以拌合楼为中心, 充分发挥拌合机的生产能力, 按已经取得的经验和制订的各工序机械设备来协调配合措施, 严密组织管理, 确保各种设备在最佳组合和最佳配合的状态下运行。
参考文献
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第9篇：沥青路面结构设计论文范文
关键词：长寿命沥青路面；结构设计；特点；原则
中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：
在我国，大规模公路网沥青混凝土路面的损坏给路面维修造成了很大压力，尤其是随着交通量的增加和路面损坏的加速，使得路面维修的费用急剧增加，对交通的影响也日益突出。为了减少路面的维修，修建长寿命路面是一个明智的选择。然而修筑这种全厚式的沥青路面还不现实，为了提高沥青混凝土路面的质量，在我国的路面实践中采用了许多新的技术，如采用SHRP沥青评价技术、Superpave的混合料设计技术、SMA路面、聚合物改性沥青和纤维改性沥青等。这些技术的应用虽然在一定程度上改善了路面质量，但路面初期损坏依然存在。因此，这里提出的长寿命沥青路面结构要结合我国长期以来修筑的半刚性基层沥青路面。在半刚性基层沥青路面结构的基础上，参照国外的研究成果和一些实验的计算结果，选取合适的设计控制指标，来进行长寿命沥青路面结构的设计。
1长寿命沥青路面特点
长寿命路面是一种性价比很高的路面，近年来越来越多地引起各国道路工作者的重视。美国沥青路面协会（APA）对长寿命路面做了大量研究并与奥本大学合作推出了长寿命路面计算程序“PerRoad 2.4”，欧洲国家成立了“长效性路面研究组”。我国一些道路工作者也在进行长寿命路面的研究。国际上，长寿命沥青路面与传统路面的不同是：（1）路面结构总厚度（路基以上部分）比用粒料基层的薄；（2）路面裂缝减少，裂缝、车辙等病害限制在面层顶部，维修方便；（3）这种路面的寿命在50年以上(是指在定期维修、罩面等养护的条件下)。它具有一个抗车辙、不透水、耐磨损的面层，一个耐久、抗车辙的联结层和一个抗疲劳、耐久的基层组成。
2长寿命沥青路面设计
各国的沥青路面设计方法，归纳起来起来可分为经验法和力学经验法两大类。所谓“经验法”是指在试验路数据基础上开发出的路面设计方法。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）、荷载（轴载大小和作用次数）和路面性能三者间的经验关系。力学经验法是将工程力学的原理应用于路面工程设计，它首先分析路面结构在荷载和环境作用下的力学反应量（应力、应变、位移），利用在力学反应量与路面性能（各种损坏模式）之间建立的性能模型，按设计要求设计路面结构。
然而，由于材料的复杂性、变异性，现有的力学法无法全面解释路面的各种行为，特别是环境行为和变异行为。因此，设计人员不得不对力学方法的结果进行经验的修正，并且随着分析、试验和计算水平的提高，力学经验方法中的经验成分会越来越少，力学分析成分越来越多。
长寿命沥青路面设计方法继承了现有设计方法的优点，而且在结构、材料设计方面更具科学性。
2.1结构设计
采用弹性层状体系理论作为理论基础。即：各层材料都是均匀的、各向同性的；土基在深度和水平方向均无限；路表同时作用垂直荷载和水平荷载；水平方向和深度方向的应力、应变和位移均为零；层间接触有完全连续、完全滑动和层间产生相对水平位移三种情况。
此外，在进行长寿命沥青路面结构的力学计算时，为保证结构的安全性、可靠性以及足够的使用寿命，需对现行规范提供的力学计算图示（双圆均布垂直荷载）进行改进，以期较好的接近真实的路面结构及荷载作用形式，能比较客观地反映路面结构中真实的力学情况。
对于相同的车辆荷载和路面结构，轮载作用力的大小和分布形式不同，在路面结构内产生的力学影响，尤其是轮载作用面附近的力学影响，会有很大的差别。作为正确描述路面结构、尤其是轮胎附近路面结构力学影响的基础和前提，就需要准确了解实际轮胎接地压力的分布形式和量值大小。
2.2结构层材料设计
按照路面结构中各结构层的功能来设置。由于长寿命沥青路面的损坏个一般只发生在沥青面层，沥青面层本身首先应具有较高的强度和稳定性，以抵抗大规模车辆荷载的重复作用引起的变形。这就要求材料的选择、混合料的设计以及性能评价试验要有针对性的进行。混合料的设计方法应当与路面破坏模式相联系，由经验设计为主转向按照路面性能进行设计为主。混合料的刚度需要根据混合料所处的层位和功能要求（车辙或疲劳）来优化选择。
沥青混合料下面层用来抵抗交通荷载作用下路面结构的弯曲疲劳，大量研究指出，高沥青含量有助于防止沥青混合料的疲劳裂缝，另一方面，路面结构有足够的厚度也可以降低路面底层的拉应变水平。
沥青混合料中间层须兼顾稳定性和耐久性。其稳定性可以通过粗集料间骨料的相互接触（骨架密实型级配）以及高温稳定性好的胶结材料来获得，其设计可按标准Superpave方法确定最佳沥青用量，并应进行车辙及水敏感性等性能评价试验。
沥青混合料表面层的材料要求一般更多的是取决于当地的经验和经济条件，当考虑车辙、耐久性、透水以及磨耗等方面的原因而选择SMA时，要尽量降低混合料的现场空隙率，以保证其耐久性。对于中等交通量的道路，一般采用Superpave密级配混合料。此时须对混合料进行性能试验，例如车辙试验等。对采用的胶结料，PG等级的高温部分应比工程所在地区常用胶结料至少高一个等级，低温部分的采用应保证有95%～99%的可靠度。
路面结构基层：长寿命沥青路面在使用期内不需要对路面进行结构性大修，这首先要求路面结构应具备足够强的基层和垫层，最好采用整体性好的材料，同时要考虑整体性材料的干缩和温缩性能以及良好的抗弯拉疲劳破坏的能力和一定的抗车辙能力。
①半刚性基层材料优点是承载力大、刚度大、模量高、板体性强、弯沉小而且投资经济，缺点是这种材料变形小，特别是温缩、干缩变形大，易开裂，属于脆性材料。
②柔性材料如级配碎石、沥青稳定碎石等等属于粘弹性材料，韧性好，有一定的自愈能力，但变形大，弯沉大，因此路面厚度也大，投资成本亦高。
③级配碎石是将一定的级配的碎石碾压而成的一种材料，由于不使用胶结料，这种材料不具有抗拉的能力，因此有时将其作为半刚性基层或者水泥路面加铺层上面的应力消散层，作为阻止反射裂缝发展的一种功能层。对于柔性路面的结构层，由于承载能力不高，级配碎石一般用于铺筑底基层，或者路基上的整平层，用以加强路基。
3长寿命沥青路面结构组合原则
长寿命沥青路面的结构组合需要考虑以下三个原则：
（1）满足长寿命路面设计指标及标准
借鉴国外长寿命沥青路面设计指标，沥青层底的弯拉应变应小于70με，而路基顶面的压应变应小于200με。为了满足长寿命沥青路面设计指标，沥青层的厚度与结构层的总体厚度都有一定要求。
根据力学计算可知，沥青层的剪切力在某一深度突变并达到最大值，然后逐渐减小。因此，沥青层的选择必须考虑最大剪应力层位，即用于这一层的沥青混合料必须具有良好的抗剪切变形的能力。
（2）结构组合与路面结构类型相匹配
根据基层的不同，长寿命路面分为半刚性基层长寿命路面与柔性基层长寿命路面。结构类型不同，受力模式及特点不同，结构层的组合要求也不同。
对于半刚性基层长寿命沥青路面而言，由于半刚性基层强度高，模量远大于沥青层，各结构层的应力应变一般均可满足长寿命路面的设计要求，因此控制半刚性基层的开裂成为关键问题。在结构组合设计时，可采用复合式沥青路面结构，或设置抗反射裂缝层都可收到良好的效果。
对于柔性基层长寿命沥青路面来说，由于沥青层底的弯拉应变和路基顶面的压应变都难以满足长寿命沥青路面的设计指标，因此，从结构组合方面考虑，不仅需要设置抗疲劳层以提高沥青路面的抗疲劳性能，而且需要设置高模量的沥青层来提高抗剪切变形的能力和减小基顶压应变。另外，需要提高土基的承载能力来减少对沥青层的要求。
（3）层间结合尽可能连续
为了提高沥青路面整体承载力，必须加强长寿命沥青路面层间结合，避免在荷载及高温作用下产生层间滑移，这是长寿命路面结构设计的重要内容。从结构组合来看，基层上应设置透层沥青，在半刚性基层上应设下封层，沥青层之间应设置粘层。
结语
结构上：采用弹性层状体系理论，在原有力学计算的基础上，需要考虑车辆超载和动荷载、以及荷载力的作用大小和分布形式对路面结构的影响。材料上，按照路面结构中各结构层的功能来设置。对于不同结构层在路面结构中所发挥的作用的不同，要求材料的选择、混合料的设计以及性能评价试验要有针对性。
参考文献：
[1]黎春源，刘明金.沥青路面早期破坏原因探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2006（9）.
