公路瀝青路面設(shè)計(jì)要素分析.doc

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1、公路瀝青路面設(shè)計(jì)要素分析瀝青材料具有良好的施工性和路用性，對(duì)車轍、開裂、溫縮等都具有較好的抵抗能力。同時(shí)，瀝青路面的行車噪聲小、耐老化、長(zhǎng)期性能好等特點(diǎn)，使得其廣泛應(yīng)用于我國(guó)公路的路面工程建設(shè)中。盡管瀝青路面具有較多優(yōu)點(diǎn)，但是在我國(guó)長(zhǎng)期實(shí)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(hù)方面的問題，設(shè)計(jì)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(guó)公路瀝青路面設(shè)計(jì)的相關(guān)問題，針對(duì)設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)指標(biāo)等闡述目前存在的問題及改善措施，以提高設(shè)計(jì)人員對(duì)瀝青路面路用性能和力學(xué)性能的把握，通過(guò)改善路面設(shè)計(jì)質(zhì)

2、量以減少運(yùn)營(yíng)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(jì)理念4學(xué)海無(wú)涯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(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)具有很好的抗壓和抗剪性能，通過(guò)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(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)用最多。然而，我國(guó)近幾年貨物運(yùn)輸荷載等級(jí)和運(yùn)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(jì)理念主要考慮路面結(jié)構(gòu)安全性，將彎沉等設(shè)計(jì)指標(biāo)控制在安全范圍內(nèi)，使得基

3、層拉應(yīng)力低于路面開裂強(qiáng)度，設(shè)計(jì)使用年限往往是10~15年。但是因?yàn)閷?shí)際運(yùn)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(shí)際的路面使用壽命往往只有5~8年。在這方面，國(guó)外開始提高路面設(shè)計(jì)厚度，并采用長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)理念。1.2解決對(duì)策。從國(guó)外實(shí)踐來(lái)看，1980年瀝青路面設(shè)計(jì)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(jì)到18~30cm，長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)理念就是提高路面設(shè)計(jì)厚度。大量研究證實(shí)[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(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生疲勞開裂和破壞，而只要路

4、面厚度超過(guò)一定設(shè)計(jì)值，路面底部基層的拉彎應(yīng)變就會(huì)低于上述疲勞極限而不會(huì)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?yàn)檐囕喿饔孟略搮^(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(shí)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(gè)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(jì)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

5、的使用壽命。長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)理念明確，通過(guò)增加路面層厚度并在不同區(qū)域設(shè)置對(duì)應(yīng)性能的瀝青混凝土，從而使得整個(gè)路面層的使用壽命得到延長(zhǎng)。在當(dāng)前我國(guó)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(huì)產(chǎn)生高昂的管理和養(yǎng)護(hù)成本，而引入長(zhǎng)壽命瀝青路面的設(shè)計(jì)理念，可以改善這一現(xiàn)狀。2瀝青路面設(shè)計(jì)方法目前，國(guó)內(nèi)外瀝青路面設(shè)計(jì)的方法主要有經(jīng)驗(yàn)法和力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法就是基于試驗(yàn)段的瀝青路面進(jìn)行測(cè)試分析，從而建立路面、荷載、力學(xué)性能之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，比較成熟的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有CBR法和AASHTO法[4]，以AASHTO方法為例，其設(shè)計(jì)基礎(chǔ)就是通過(guò)試驗(yàn)路段數(shù)據(jù)觀測(cè)和分析

6、建立了路面性能-荷載-路面結(jié)構(gòu)的關(guān)系，通過(guò)PSI（服務(wù)能力指數(shù)）確定路面的狀況，為設(shè)計(jì)提供標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)則是在借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)方法基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)瀝青路面試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正模型，總體上也是經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法的缺陷就是隨著環(huán)境的變化而不能適用，而實(shí)際上環(huán)境對(duì)于路面的長(zhǎng)期使用性能影響非常顯著。力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行瀝青路面設(shè)計(jì)。力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)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(jì)的主要目的是通過(guò)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(gè)設(shè)計(jì)表征

7、指標(biāo)：底面層拉應(yīng)力和道路表4學(xué)海無(wú)涯面永久變形（車轍深度）。力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)法目前越來(lái)越多被推廣使用，但是由于路面的力學(xué)特性和實(shí)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(jì)控制指標(biāo)不盡合理。總結(jié)而言，經(jīng)驗(yàn)法缺乏理論基礎(chǔ)也不具有廣泛適用性，對(duì)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(yàn)進(jìn)行修正才能獲得較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)；力學(xué)-經(jīng)驗(yàn)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(guò)若干個(gè)力學(xué)指