瀝青路面設(shè)計(jì)方法中存在的問題探析

索函軍

（河北廣通路橋工程有限公司，河北 邯鄲056001）

0 引言

在我國公路的路面結(jié)構(gòu)中瀝青路面非常普遍，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，瀝青路面結(jié)構(gòu)在已建成高速公路的路面結(jié)構(gòu)中占有率為85%-90%。但是根據(jù)對(duì)已建成高等級(jí)公路的瀝青路面使用情況的分析發(fā)現(xiàn)，無論是采用國外混合料配比，還是傳統(tǒng)混合料配比，瀝青路面在投入運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，均會(huì)出現(xiàn)早期破損現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的原因有很多，本文主要分析瀝青路面設(shè)計(jì)方法存在的一些缺陷，進(jìn)而提出一些建議。

1 國外瀝青路面設(shè)計(jì)方法

1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

經(jīng)驗(yàn)法主要是對(duì)試驗(yàn)路段或者運(yùn)營(yíng)中的試驗(yàn)道路進(jìn)行觀測(cè)，從而建立路基、路面、荷載與路面性能之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，其中較為成熟的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有CBR法和AASHTO法。

（1）CBR法

CBR 法主要是將CBR 數(shù)值作為檢測(cè)路基土與路面材料性能的指標(biāo)。在已經(jīng)破損的路段或使用良好的路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和CBR 檢測(cè)，從而建立起CBR-汽車荷載-路面結(jié)構(gòu)層厚度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系并繪制出三者關(guān)系曲線；通過分析該曲線，將各層材料的CBR 值進(jìn)行材料層厚度換算，進(jìn)而確定出所需的路面層厚度。

（2）AASHTO法

AASHTO法是在AASHTO試驗(yàn)路面的基礎(chǔ)上建立的瀝青路面設(shè)計(jì)方法。通過整理試驗(yàn)路段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)出路面結(jié)構(gòu)-軸載-路面使用性能的關(guān)系方程。AASHTO法最大的特征是將路面性能指標(biāo)通過PSI（現(xiàn)時(shí)服務(wù)能力指數(shù)）來表示。PSI 是由評(píng)估小組進(jìn)行綜合評(píng)定后所獲取的指標(biāo)，利用該指標(biāo)與路面情況建立經(jīng)驗(yàn)方程。雖然該方法使用的數(shù)據(jù)只是試驗(yàn)路段的數(shù)據(jù)，僅僅反映出某一種環(huán)境下的路面狀況，推廣上存在著一定的局限性，但是AASHTO 路段的檢測(cè)數(shù)據(jù)得到了很好的整理保存，為以后力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法的設(shè)計(jì)提供了豐富的數(shù)據(jù)保證。

1.2 力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法主要分析荷載和環(huán)境作用下的路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)反應(yīng)量，根據(jù)這些力學(xué)反應(yīng)量與破損模式之間的關(guān)系建立路面性能模型，進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。自20世紀(jì)60年代，各國科研人員就致力于力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的研究工作，其中較為成熟的有AI法和Shell法

在第一屆瀝青路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)國際會(huì)議中，殼牌公司兩個(gè)科研人員就提出了針對(duì)于瀝青路面設(shè)計(jì)的力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法大體框架，這一框架逐漸成為了Shell 設(shè)計(jì)法的雛形。隨后的20 年中，各國科研人員對(duì)力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行了深入研究并且取得了豐碩的成果。

2 國內(nèi)現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)要求

根據(jù)我國的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需按照下述程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 設(shè)計(jì)理論

路面模型依托于Shell 公司提出的設(shè)計(jì)理論，將路面結(jié)構(gòu)看作多層彈性材料，材料具有各項(xiàng)同性；荷載以雙輪組單軸荷載100kN 作為標(biāo)準(zhǔn)軸載；單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑D為21.3cm，雙輪中心距為1.5倍當(dāng)量圓直徑，層間完全連續(xù)接觸。

2.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

以設(shè)計(jì)彎沉值作為控制指標(biāo)，拉彎應(yīng)力作為驗(yàn)算指標(biāo)。設(shè)計(jì)彎沉中，將路表允許彎沉數(shù)值作為路面整體強(qiáng)度設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。對(duì)于高等級(jí)公路、一級(jí)和二級(jí)公路的基底層采用抗拉應(yīng)力驗(yàn)算，城市道路還要進(jìn)行面層的剪應(yīng)力驗(yàn)算。

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

在交通分析計(jì)算中，標(biāo)準(zhǔn)軸載均采用BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)，軸載換算公式推薦采用以軸載比表達(dá)的換算公式。

3 現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)方法存在的問題

（1）現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)方法主要側(cè)重力學(xué)特征，對(duì)于路面的實(shí)際使用性能考慮較少，導(dǎo)致理論與實(shí)際缺乏定量的聯(lián)系。

（2）現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法主要依托在國外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上提出的結(jié)構(gòu)組合和厚度結(jié)合，以及國內(nèi)公路等級(jí)、氣候、材料、交通量等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并不能完全符合國內(nèi)瀝青道路的運(yùn)營(yíng)情況。

（3）現(xiàn)行規(guī)范大多數(shù)建立在半剛性基層受壓模型基礎(chǔ)上，柔性基層上的瀝青面層疲勞壽命遠(yuǎn)高于路面結(jié)構(gòu)壽命，瀝青面層不會(huì)出現(xiàn)疲勞開裂，將路表設(shè)計(jì)彎沉值作為唯一控制指標(biāo)，使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不符。

（4）設(shè)計(jì)中忽略了路面材料的低溫性能，對(duì)于低溫開裂和車轍問題考慮不足。

（5）設(shè)計(jì)中沒有充分考慮環(huán)境因素、經(jīng)濟(jì)因素，從而導(dǎo)致相應(yīng)的控制指標(biāo)比較單一，無法滿足現(xiàn)代公路設(shè)計(jì)的需求。

4 對(duì)我國瀝青路面設(shè)計(jì)方法的建議

4.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

在現(xiàn)有的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，應(yīng)該適當(dāng)增加一些控制指標(biāo)，如能夠較好反映車轍問題的路基垂直壓應(yīng)變與重復(fù)荷載的關(guān)系指標(biāo)。在設(shè)計(jì)中適當(dāng)引入一些環(huán)境、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使設(shè)計(jì)方法更加趨于完善。該指標(biāo)體系不僅能夠反映出瀝青路面的結(jié)構(gòu)和材料特征，更能夠真實(shí)反映環(huán)境因素（溫度和濕度）對(duì)于各級(jí)公路瀝青路面性能的影響。

4.2 材料參數(shù)

我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中材料的回彈模量用靜態(tài)抗壓模量E代替。瀝青混合料參數(shù)在選定的過程中存在一定的局限性，其回彈模量?jī)H僅考慮了靜態(tài)下的回彈模量值，忽略了動(dòng)荷載作用下的動(dòng)態(tài)模量。此外在路表的抗滑能力方面，設(shè)計(jì)規(guī)范也未能充分體現(xiàn)。但是在實(shí)際情況中，動(dòng)態(tài)回彈模量可以通過儀器進(jìn)行測(cè)量，所以應(yīng)該適當(dāng)考慮增加動(dòng)態(tài)模量，從而使設(shè)計(jì)參數(shù)更加合理。

5 結(jié)語

綜上所述，我國現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)中雖然吸取了國內(nèi)外設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，但是在設(shè)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)用、參數(shù)選取、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上仍然需要不斷予以完善。要做到具體問題具體分析，同時(shí)結(jié)合我國公路設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，盡量減少瀝青路面設(shè)計(jì)過程的盲目性，在設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中不斷總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

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