沥青路面结构设计论文例1

1．2增加路面结构层功能性的原则沥青路面是道路施工中常见的类型，沥青这种材料的性能比较强，在设计其层面结构时，要注意提高路面的抗滑性以及耐磨性，还要提高路面结构的抗剪性以及抗拉能力。由于道路暴露在外界环境中，所以自然气候因素以及车载作用力对其质量影响比较大，如果面层材料的强度不高，粘结力不强，则会影响路面的整体质量，还会影响其功能的发挥。面层的等级越高，其承受车载的能力则越强。在城市快速路以及一级公路设计中，由于交通量比较大，所以设计人员需要增强路面结构层的功能，要选择优质的施工材料，提高混凝土面层的质量。沥青结构层一般是由细粒式沥青混凝土作为表面层，中、粗粒式沥青混凝土作为中下面层构成，既可有效防水又可保证强度，所以，优化路面结构层设计，应注意确保路面的刚度以及稳定性。

2沥青路面结构组合类型之间的影响

2．1各结构层荷载应用分布特点路面在投入使用后，其各个结构层会受到荷载作用力的影响，而且荷载的大小随道路结构层的深度而递减，在不同的层面中，需要应用不同的施工材料，这些材料的强度会随道路结构层的深度而减小。所以，在设计路面结构层时，需要以强度自上而下的递减方式进行组合，这种组合类型在沥青路面设计中应用较为广泛，而且收到了较好的效果。在对路面基层进行施工时，要充分利用施工材料，按照就近的原则多利用当地材料，这样有助于降低工程造价。在对沥青路面的组成材料以及构件进行重新组合时，要分析材料强度随深度的变化规律，当路面结构层之间的模量相差较大时，要注意控制结构层间的拉应力，如果其差值超过材料的承受范围，则可能出现沥青路面结构层断裂的问题。根据以往设计经验，土基与基层的模量之比需要控制在0．08～0．40之间，而基层与面层回弹模量之比需要控制在0．3，道路设计人员，在对沥青路面结构组合进行优化时，要避免出现拉应力过大的问题，要根据不同的结构层，选择不同的材料，只有掌握好各结构层材料变化规律，才能设计出最佳的组合方案。

2．2各结构层特性以及相互影响沥青路面结构是由多种材料构成，在不同的层面上，需要应用不同的施工材料，这样材料的强度以及影响有一定差异。在组合的过程中，要注意其相互之间的影响，消除各结构层特性的不利因素，并采用有限的措施，对结构层组合类型进行限制。在沥青混凝土道路工程中，经常会用到石灰以及水泥这类材料，其受温度影响比较大，如果施工工艺存在漏洞，会导致路面出现大量的裂缝现象，所以，设计人员需要采取有效的措施降低基层材料的收缩问题，可以增加细料含量，还可以增大结合料的剂量，从而降低反射裂缝出现的概率。设计人员可以适当增加面层厚度、设置沥青碎石缓冲层、设置应力消散层或吸收层等;在潮湿的粉土或粘性土路基上，不宜直接铺筑碎(砾)石等粗颗粒材料。必要时可在路基顶面设土工布隔离层，以防止相互掺杂而污染基层，或导致过大变形而使面层损坏。层间结合应尽量紧密，避免产生滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。沥青面层与半刚性基层或粒料层之间应设置透层沥青，根据施工条件如多层沥青层次能否连续施工、施工期内是否多雨等采取相应的层间结合措施。

沥青路面结构设计论文例2

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:

沥青路面结构设计论文例3

关键词：沥青；基层路面结构；综述

20世纪70年代之前，半刚性基层沥青路面的使用相当普遍，由于半刚性基层沥青路面存在缺点，限制了其使用和发展。后来，全厚式和柔性基层沥青路面迅速发展，成为主流。在公路运行车辆的时候，路面结构就是进行直接与车辆接触的部位, 路面结构是否耐久、是否抗滑和平整都直接影响着车辆能否高速并且安全的运行,对交通运输的经济和社会效益有着直接的影响。在路面设计理论已经有百年历史，经历了“古典法-经验法-力学法”这样的过程，目前世界上大多采用经验法和力学法两种方法。本文通过对国内外沥青路面结构设计进行分析,说明对沥青稳定基层路面结构设计进行研究的必要和可行性。

一、对国内外沥青稳定基层路面结构设计区别的探讨

主要包括对设计思想、设计寿命和指标设计的不同。

第一，设计思想。根据国外沥青稳定基层路面结构设计的理念，沥青路面至少能够使用几十年，因此应该采用比较厚的柔性路面，减少层底开裂和结构性车辙。那么即便是基层路面出现表面损坏，达到不可容忍的水平的时候，最经济、实用并且有效的方法，就是磨掉损坏的顶层，重铺沥青，此时表面材料还可以实现再利用。我国就不同，我国现行半刚性沥青稳定基层路面结构设计的思想，基础是把基层做为承重层，只要出现了弯沉超过标准，也就是说路面发生了结构性破坏，那么也就是说基层也发生了破坏。

第二，设计寿命。国外沥青稳定基层路面结构设计的使用年限取值在设计年限长短和考虑方式上都不同。在英国，年限为20年或者是40年，一般年限假定为40年，前提是要保证路面养护和维修。在德国，一般为20年，但通常只谨慎的取10年，反应了这个民族的特点。在澳大利亚，一般年限为20—25年。在日本，年限为10年，但是实际使用往往超过20—30年。在美国，由于气候和管理水平的不同，所以不做具体规定，实际上一般是10—20年。在我国，一般为15年，许多使用几年都会出现大的问题。

第三，指标设计。在国外，一般使用回路评价指标、弯沉指标和检验施工均匀性指标。主要采用力学设计方法设计，标准是土基顶面垂直压和层底弯拉应变，指标设计思想基本相同。我国一般采用基层层底拉应力以及路表弯沉，一般情况下，各层的拉应力又基本上起不了控制作用，唯一指标似乎成了表面弯沉。导致了弯沉过小，半刚性基层强度过大，道路开裂极其严重，排水困难十足，对路面造成很大的损坏。

二、目前沥青稳定基层路面结构设计综述

（一）目前国外沥青稳定基层路面结构设计综述

主要是经验法和力学-经验法。经验法是指对实验和使用道路的观察，测量，研究荷载、路面性能和结构的关系，著名的有CBR（承载比）法和AASHTO（柔性路面设计法）。而力学-经验法主要包括Shell设计法和美国地沥青协会（AI）法。力学-经验法分析路面结构在载荷以及环境下的力学响应，利用其与各种损坏模式之间性能模型，进行沥青稳定基层路面结构设计。

在英国，主要是柔性基层沥青路面设计，它的沥青稳定基层路面，是由粒料底和沥青面层青稳定基层组成的。英国TRL(Transport Research Laborator)机构，根据多年研究，提出新的HD26结构设计曲线，提高设计年限为40年，最小沥青厚度不得低过20cm。

法国一般采用半刚性的基层沥青路面，主要有两种设计方法，一种是组合结构，另一种是复合式结构。在德国，有与法国相似的半刚性基层沥青路面的结构，柔性基层沥青路面结构正是级配碎石和沥青混凝土的组合。后来由于美国全厚式路面结构的经验，德国用薄的结构层替代厚碎石层。将路面结构形式分为三层，分别是沥青、承重和沥青联层。

在日本，主要采用CBR法计算厚度，典型结构是集面层、级配碎石下基层、沥青稳定基层、未筛碎石底基层为一体，对于交通量小道路而言，沥青可以直接铺筑于级配碎石，然而对于交通量大道路，基层是沥青稳定材料。在美国，20世纪五六十年代的时候，就提出了AASHTO（柔性路面设计法），当时共有四种基层，包括碎石、水泥处治、砾石和沥青处治基层。

目前，美国主要以柔性基层沥青路面为基本路面结构，半刚性只在印第安出现，是比较少见的路面结构，尽管有些路面结构仍使用半刚性材料，但是只是作为地基层。美国的柔性基层沥青稳定基层路面结构设计形式种类很多，主打全厚式和下卧粒料基层。70年代后基本上舍弃了半刚性，而新建道路基本上全厚式和厚沥下卧粒料基层成主要沥青稳定基层路面结构设计形式。还有一种比较特殊的长寿命沥青路面。它是在20世纪末期基于年限总费原则而提出的，已经成为了世界各国路面研究热点。

（二）目前国内沥青稳定基层路面结构设计综述

我国的沥青稳定基层路面结构设计主要采用的是力学-经验法，这种路面结构主要采用了SHELL的设计方法，将路面看作多层弹性体系。以泊松和弹性模具为表面特征，可以根据查表、实测以及室内试验求得。早期研究表明，我国曾使用柔性路面设计，石灰或者柔性材料为主，但是随着社会发展，已经不能适应国内沥青路面状况，据悉，最近的几个实体工程、结构和正在建高等级公路的表明, 半刚性基层才我国沥青路面的最合适的结构, 造成很大的经济损失。同时,不同设计人员结构组合差别比较大,一条路,不同设计单位结构相差也比较大。因此, 要根据实际情况，结合设计以及施工的经验, 提出各个适合地区特性的结构,不要定向思维，盲目不知变通，对路面结构设计知识和方法也要更新很进步。

此外，也有研究表明，柔性基层才是王道。在大粒径沥青稳定碎石柔性基层方面，我国也是硕果累累，首先，开始了其设计指标和标准探讨，对指标影响因素进行了分析。其次是利用马歇尔和GTM法设计其混合料，并作出了比较。再者是证明其低温抗裂性要优于半刚性基层沥青路面。然后研究了其抗疲劳性能，预估了其疲劳寿命。最后，证明了其抵抗反射裂缝以及高温稳定性能等。

沥青稳定基层路面结构设计是涉及面广,相当值得研究的问题，我们需要不断的进行深入研究，总结其中的经验，纠正不足之处，才能逐步完善，使其更好的为我国现代化贡献。

参考文献：

[1]周利 蔡迎春 杨泽涛. 国内外沥青路面设计方法综述. 公路交通技术.2007(4):36-38.

[2]黄晓明 车同芝 张晓冰. 沥青稳定基层路面结构设计综述. 河南交通科技.1999,3(19):6-9.

[3]丁乐 王凯. 沥青稳定基层路面结构的理论研究. 山西建筑. 2009,35(3):281-283.

[4]王锡通 郑录化 吕伟民. 沥青稳定基层路面结构的研究. 浙江水利水电专科学校学报. 2006,18(3):46-48.

[5]王继东 王俊义. 沥青稳定基层路面结构的特点及其应用. 山西建筑. 2007,33(27):298-300.

沥青路面结构设计论文例4

关键词：沥青路面水损害防治

1、沥青路面水损害研究现状分析

随着沥青路面在高等级公路中广泛使用，其路面耐久性和早期破坏问题也日

益突出。调查表明，许多高速公路通车一至两年以后，甚至不到一年，其沥青面层就产生了大量麻面、松散、掉粒、卿浆、坑洞、网裂等破坏现象，结构内部剥

蚀程度相当严重。这些现象都严重削弱了沥青路面的使用性能，大大缩短了其使

用寿命，同时也带来了巨大的经济损失，阻碍了沥青路面及其应用技术的进一步

推广。在对路面早期破坏现象广泛调查的基础上，各国道路科研工作者发现，沥

青路面的早期破坏现象都与水有关，即水的破坏作用是关键因素之一。为此，开

展沥青路面水损害问题的研究很有必要。

国外发达国家早在二十个世纪60年代开始，就开始沥青路面水损害的研究。

从水损害的形成机理、影响因素，评价水损害的试验方法到水损害的控制、防治

等各个方面都进行过研究，并取得了相应的成果。但由于沥青路面水损害所涉及

的因素极其复杂，至今许多问题都没有得到很好解决，因此还在不断地研究之中。

国外在提高沥青路面水稳定性方面所做的研究工作，研究内容主要分为：对评价沥青混凝土水稳定性试验方法的研究；对混合料离析与不均匀问题的研究；对排水结构层的研究；对抗剥落剂与集料性质的研究；在粘附一剥落理论方面的研究常见的粘附理论研究等。

在我国，汽车工业起步较晚，轴载轻，高等级路面在改革开放以后才得到广泛发展，在水损害方面的认识相对滞后，理论研究起步较晚。无论是在对水损害的机理认识，还是在对防治沥青路面水损害的应用性研究方面，其深度、广度都与国外有相当大的距离。对于沥青与集料粘附性能的研究，国内多是从改善沥青在温度、老化方面的路用性能着手的，而在集料的性质对沥青与集料之间粘结性能的影响方面研究较少。

2、沥青路面水损害的原因分析

通过研究分析，本文把沥青路面产生水损害的原因只要分为以下几个方面：

（1）设计因素

随着市场经济的日渐繁荣，交通流量的结构组成发生了巨大的变化，高等级

公路的建设速度突飞猛进，这就给设计和施工周期提出了严峻考验。近年来工程

项目一旦立项就对设计周期提出了严格的时限要求，致使在勘测设计过程中外业调查不够深入、细致。如有些项目采用“边设计、边施工、边变更”的方法。近些年技术人员流动也相对频繁，且有些设计人员缺乏新技术、新工艺的学习培训和应具备的设计经验与工程实践经验，设计单位在完工后工程回访很不够，以致设计很难完全达到从实际出发、因地制宜的目的。

（2）施工管理及施工因素

这方面的因素主要是人为因素。现在公路施工人员的素质、技术良莠不齐，存在相当的差异性。有些施工队伍对公路路面施工技术更是陌生，特别是路面工程师对高速公路用沥青混凝土及沥青面层结构还缺乏应有的了解；对沥青混凝土的拌合、摊铺和压实机械设备的使用性能都不熟悉。施工的管理人员也缺乏高速公路工程实施的管理经验；在这种情况下，沥青路面难免出现一些严重的早期破坏。

（3）裂缝导致的水损害

裂缝主要分为两种：横向裂缝、纵向裂缝。横向裂缝反映在面层上主要是沥青混凝土的温缩裂缝，沥青是一种对温度变化比较敏感的粘弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，并发生收缩变形，当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，沥青路面表面就会被拉裂，并逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝。当土基含水量较高施工时未做等载或超载预压在高填土后土基出现不均匀沉降。土基施工时天气干燥，局部路堤填料土块粉碎不足，路基压实不均匀，

暗埋式构造物因构造物长度限制，路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度

不够。半填挖路基或旧路加宽路基由于填料不同或土体固结程度不同往往发生纵向裂缝。这两类裂缝都会增加沥青路面的渗水性，加快路面的水损害程度。

除了以上几个因素外，造成水损害加剧的因素还有：车辆超载、土基和基层因素等。

3、沥青路面水损害的一些防治措施

（1）完善路面的结构设计

“强基薄面”一直是我国路面结构设计的指导思想高速重载交通的发展正在

冲击着我国原有路面结构设计的方法和理论。我国的路面结构设计和材料设计的

方法是脱节的，各自独立进行，存在着严重的理论缺陷。而实际上结构设计是材

料设计的前提，材料设计是结构设计的保障与载体，二者相辅相承，密不可分。

这也是导致我国部分沥青路面产生水损害的原因之一。结构与材料设计的合理性，以及二者的统一性是从根本上减少早期破坏的前提。因此，提高路面结构和材料设计的合理性，实现结构设计与材料设计的一体化具有重大的现实意义。

（2）提高路面的排水设计系统要求，建设畅通排水系统

沥青路面应设计良好的排水系统，使路面水很快排除，做好各层排水，防止

水份从基层、垫层进入混合料中，使面层高出地下水位足够高度，确保路基稳定。

（3）加强施工阶段的管理

加强施工阶段的管理主要包括原材料的控制和施工人员的监督两个方面。

国外路面施工质量离散性很小，首先一点是材料非常标准。若材料的均匀性

差，即使试验室、试验路做出再好的结果，工程中也难以实现。因此完善管理，

严格购货合同，有效控制集料的颗粒形状、颗粒组成和力学性质才是保证混合料

的均匀性的前提之一。首先要把好招标及订货关，进货关，使用及保管关;同时材料进场后一定必须严格按规格分别堆放，并要有严格的隔离措施，避免不同规格的集料堆交错，避免人为增大集料变异性。

对施工人员的监督，可以采用施工质量动态控制的方法，随时检查施工的质量，对存在问题的地方及时更正，提高施工人员的基本素质。

（4）加大公路的养护管理

沥青路面结构设计论文例5

中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：

地方公路，作为现代地区之间重要的运输枢纽，为地方经济的发展，特别是地方交通旅游、引进外资、加强地区间的联系、促进地区间的经济发展发挥了巨大的作用。

随着地方经济的发展与增长，沥青表处路面在地方公路中夜得到了广泛的应用，但随着各地区经济的发展与繁荣，地方公路的交通量也在迅猛增长，特别是在重交通荷载、超载运输及一些不利的自然环境等因素的影响下，沥青表处路面出现了较严重的病害，导致了沥青路面使用性能下降，影响了车辆的安全和快捷行驶。

本人从事公路建设行业十多年，所承建的公路工程中多次出现过沥青表处路面的水破坏，其中多数为表面坑槽、泥唧、路基下陷，现就本人所承建的某一项目对其水毁原因及防治措施作一阐述。

该项目位于贵南县过马营镇，标段里程15KM，（K22+000-K37+000段），结构层为：厚30cm天然砂砾垫层+厚15cm索乐克基层+厚3cm沥青表处，本工程于2006年9月完工，在2007年6月初进行交工验收时，沥青路面出现不同形式的坑槽、泥唧、网裂、沥青面层与基层粘结不良等现象。

经现场参与验收人员共同讨论，认为沥青表处面层中，以上出现的水破坏为常见病害，并不能完全防止，且基层为新型材料，技术尚不完善，对出现的病害要进一步观测、研究，但对已出现的病害要及时进行维护，以保证路段行车安全和保证路面的正常使用。

以上情况说明，在通常情况下，沥青表处路面水破坏产生的主要外在因素是外界自然水、交通量及不完善的排水系统，产生水破坏的主要内在因素是由于沥青面层与下承层（基层）粘结不密实，沥青与集料的粘结不足，路面结构层的排水与防水设置和施工不当所引起。

一、无论是外在因素还是内在因素，当自然水进入沥青结构层后，无论滞留在结构层中还是各结构层之间，在受到路面交通荷载的作用下，都会对路面产生破坏，主要以以下几种形式为常见。

面层产生坑槽

因公路面层大部分直接（隧道中的路面结构除外），在降雨时，雨水直接降在路面上，若路面排水不畅，将直接渗入沥青结构层，并滞留在结构层中，影响了沥青与集料的粘结，在交通荷载的作用下，局部出现裂纹、网裂，逐渐变形松散，松散的集料在车轮的作用下被甩离原位置，从而形成坑洞，如不及时养护修补坑洞，会沿着该坑洞四周逐渐扩大，进一步破坏基层，甚至于破坏该段的整体路况。

与路线中其他构造物（桥涵、过水路面、不同材质的其他路面结构等）连接处出现形变，如泥唧、坑槽、沉陷等。

当公路穿越河沟时，为保证公路线形不发生大变化及保证原有河沟内的排水顺畅，就要在河沟之上设置某种形式的排水构造物（如：桥涵、过水路面等）；因排水构造物所以材质与沥青路面采用的材质不同，在受到气温突变和其他因素的影响下，两者发生的形变有很大的区别，由于不同的形变从而引起构造物与沥青面层接触界面出现裂缝，如不及时处理，在遇到降水时，雨水直接沿此裂缝进入结构层，水进入结构层后，同样会引起上述（1）中的情况，从而破坏该处路面结构，甚至于会对该处构造物引起破坏。

地下渗水破坏下承层，逐步扩大。

此种现象在大部分路线当中并不常见，主要出现在路线穿越地下水比较丰富的地段而没有做防治处理时，由于路基填土高度得不到保证，且路基垫层反滤处理不当，地下水沿筑路材料的毛细孔逐渐上升，软化基层，使基层的承载力下降，在路面交通荷载的作用下，直接破坏沥青路面，是路面出现坑槽、下陷等现象。

二、浅谈防治措施

依目前的技术水平来说，地方道路沥青表处路面的水破坏并不能完全防止，但可以通过加强晚上设计、施工、道路运输管理和公路养护等手段，减少延缓此种现象的发生。

合理的设计

作为柔性路面，必须根据道路的等级、交通量、该地区的气候条件及地质条件，选择合理的路基填土高度、合理的路基填筑材料、合理的路面结构型式、合理的路面厚度，可减少其水破坏。

加强施工管理、精心组织施工

在不考虑设计因素影响的情况下，由于施工管理不严格或者处治措施不当，是引起沥青表处面层水破坏的一个主要原因。

（1）、首先在路线复测时，应详细调查和记录路线段内地质水文情况，如发现有可能引起水破坏的地段地质，而设计中并无相应的处置措施时，应提出处置方案或提出设计变更，并按提出的方案和变更严格执行。

（2）、选用符合设计及规范要求的筑路材料，并在施工当中严格执行施工技术规范，使路基稳定（垫层、基层也必须严格按设计及规范要求进行施工）。

（3）、进行沥青面层施工时，首先要按设计及规范要求选购沥青和集料，并复试原材料的性能。在保证原材料合格及基层没有问题的情况下，要在基层表面喷洒透层油，该工序非常关键，将直接影响面层与基层的粘结程度，沥青洒布时以晴朗天气为良，沥青洒布的温度也要控制好，石油沥青控制在130℃-170℃为宜。沥青出锅前的软化点应根据设计和当地气候条件选择合适数据（青海海南地区一般为35.5-37.5，本项目选用36.5），沥青洒布车喷洒沥青时应保持稳定车速和喷洒量，并保持整个洒布宽度喷洒均匀，不得出现花白条。在二次撒布集料及撒布嵌缝料后，用6-8T钢筒双轮压路机由路边缘向路中心碾压，一般碾压3-4边即可，随后，为使沥青和集料更好的粘结，减少面层的孔隙率，可使用吨位较大的胶轮压路机进行碾压。因为孔隙率过大，降雨时，雨水就会渗入结构层，对结构层造成破坏，而影响沥青面层的使用，除在面层当中严格执行设计及规范标准外，路缘石的设计不合理也会造成路面排水不畅，从而破坏沥青面层。

3、加强公路运输管理和养护

在设计合理、规范施工的前提下，合理使用（加强超载管理）、及时养护（在发现水破坏初期时，应及时对水破坏范围进行维护，以免病害扩大），这样，才能最大限度的减少沥青路面的水破坏，延长沥青路面的使用寿命。

三、结束语

综上所述，地方道路沥青表处路面的水破坏并不能完全避免，但可以通过设计、施工、道路运输管理和公路养护，减少或减轻水对沥青表处路面的破坏。

参考文献：《公路路基设计规范》

《公路沥青路面设计规范》

沥青路面结构设计论文例6

引言

沥青路面具有耐高温、抗老化和平整度好等优点，且其行车噪声小、行车稳定性强，因而在公路及市政道路工程中被广泛应用。然而，随着我国经济建设的快速发展，交通运输，特别是货物运输需求越来越强，车辆超载重载问题已经成为我国普遍性的社会难题，特别是城市经济开发区域的交通。而增长的交通运输和荷载等级，对道路结构却造成了无法恢复的损伤。我国早先建设的城市道路，沥青路面层已经出现了很多严重的病害：开裂、唧浆、坑蚀、沉陷等[1]，这些病害使得：一方面，破损的沥青路面层造成行车不稳定，对车辆安全和交通集散效率造成显著影响；另一方面，每年都需要花费较多的人力和物力进行路面层的修复、替换和养护，以维持道路的使用性能，但这些养护管理工作又对城市交通、环境造成严重影响。因此，设计具有长期保障性能的沥青混凝土路面，具有迫切的需求。长期性能路面(longtermperformancepavement,LTPP)在国外已经进行了较为广泛的研究，近期也受到国内学者的关注[2,3]，长期性能路面的本质是通过科学掌握车辆和环境等荷载作用下，路面层结构的变形和受力特性，从而设计出能够抵抗荷载作用的具有长期使用效果的路面结构，满足全寿命的设计理念[4,5]。论文将分析满足长期性能的沥青混凝土路面，分析长期性路面的基本概念、设计原则；从而提出开展长期性能沥青路面设计的方法和基本指标，最后，提出要进行沥青路面的材料设计是保障长期性能沥青路面的关键。

1长期性能沥青路面

我国沥青路面的设计使用年限与道路等级相关，其中最高等级的城市快速路是15a。而长期性能沥青路面则可能是40a或50a，直接将路面的使用寿命拓展1倍。该长期性能路面的设计初衷是保证其在设计使用寿命周期内不出现结构性的损坏和破坏，因此不需要进行结构性修复或重建，但任何路面都不能保证不出现病害，长期性能沥青路面可以出现不影响结构使用的表层病害，这些病害则可以通过简单的手段进行修复，就可以继续保证其运营使用。

1.1设计理念

传统的路面设计认为：在较大的车辆荷载反复作用下，无论路面层厚度多大，都不可避免路面层出现自下而上的疲劳开裂和严重车辙，因此只要使用一定年限就会出现结构性失效而不能继续承载工作。近年来，越来越多的研究表明，沥青路面层存在一个极限的弯拉应变，当外界荷载作用在该弯拉应变范围内时，就不会产生疲劳开裂和破坏；而沥青路面厚度超过一定范围时，其底部拉弯应变就会小于上述疲劳极限，使得外界荷载作用下沥青路面层结构不会发生破坏，提高其使用寿命。但这并不代表沥青路面的面层结构在车辆和环境作用下不会发生开裂、剥蚀等病害，这些病害是由于外界环境侵蚀、车轮荷载作用和结构材料退化三重作用效果，但是这些病害可以通过简单的修复解决。从长期性能沥青路面的设计理念可以看出，其设计理念与“绿色建筑”等类似，通过前期较大的投入以提高沥青路面的整体结构性能和使用年限，以优化整个寿命周期内的沥青路面结构性能和效益。

1.2设计原则

根据长期性能沥青路面的理念，其基本力学原理可以如图1所示更详细阐述，沥青路面自上而下总体分为面层、中间层、HMA基层和路基层四个部分。首先，在车辆作用下，车轮与路面接触面以下10～15cm范围内是高受力区域，是各种面层病害发生的地方，因此设计中需要采用高质量沥青混凝土作为承载面层。其次，车轮荷载经过面层向下部结构进行有效扩散，但同时要保持与上部面层的有效连接，以免发生车辙病害，设计可选用高模量抗车辙沥青混凝土作为中间层。再则，往下达到沥青混凝土路面的最大拉弯应力区域，该区域要求混凝土具有较好的抗弯拉性能，保证不会因为抵抗性不足而导致开裂和破坏，设计可采用高柔性抗疲劳沥青混凝土，同时该层厚度须具有一定保证，以使得路面不产生自下而上的开裂和破坏。最后，路基结构支撑路面层，保证路面均匀、平整和稳定，这对于路面工程的变形、抗冻都是具有重要作用的。

2长期性能沥青路面设计方法

开展长期性能沥青路面设计，首先需要明确其可能的损伤破坏模式，其次，针对破坏情况给出设计指标和方法，设计满足长期性能要求的沥青混凝土路面。

2.1损伤破坏模式

（1）结构性损伤破坏疲劳开裂和永久变形是沥青路面的两种典型破坏模式，疲劳开裂是往复车辆荷载作用下沥青路面下层产生拉弯受力导致超过疲劳极限而开裂；永久变形则是长期的车辆荷载作用下路基顶面压应变产生的不可恢复的变形所致。长期性能沥青路面采用较大厚度的沥青面层，使得路面结构底部拉弯应力水平在材料极限范围内，从而保证了路面结构不再出现结构性损坏。这需要控制好拉弯应力的指标。（2）局部性损伤破坏虽然设计合理的路面结构层可以有效地降低或者防止路面结构损伤的发生，但是却无法避免高速度、高载重、高轮压的车轮荷载作用对路面结构层所形成的较大剪应力。长此以往，随着路面材料的退化，局部损伤则很难避免。研究表明，这种局部损伤一般仅仅在路面层表部形成，不形成完全的结构性破坏，因此可以对损伤部位进行铣刨，置换为新的混合料，以延长路面层的使用寿命。

2.2设计指标

开展长期性能路面设计，建立设计的力学指标尤为关键。设计指标是作为路面设计的指导，而该指标也反映了对长期性能路面受力机理的掌握和把控。首先，需要建立保障长期性能路面完整结构特性的整体力学指标。根据前面分析的结构性破坏机理，一般需要采用沥青混凝土面层底部弯拉应变X作为控制结构性损伤破坏的标准，采用顶部压应变Y作为控制局部损伤的标准。显然指标X是确保不产生疲劳破坏，目前的设计都是以该指标不超过沥青混凝土材料容许拉应力作为设计基础，而实际上由于破坏阶段强烈的材料非线性，拉应变是控制破坏的根本因素而非拉应力，因此，在长期性能沥青路面的设计中，应该采用拉弯应变作为设计标准。同样，顶部的压应变Y则是控制局部损伤和永久变形的基础。上述两个指标在诸多文献也有研究，Monismith和Long建议X不超过60微应变，Y不超过200微应变[6]。其次，建立面层抗剪指标进一步保证顶部面层的局部损伤。表面层沥青混凝土直接与环境接触并受车辆荷载作用，而其良好的抗剪性能可以抵抗因局部轮压荷载作用导致沥青与混合料的受力分离导致开裂和局部损伤行为，因此设计中需要考虑不均匀、超重轮载作用下，对沥青面层形成的局部剪切应变，而设计的面层抗剪指标需要在保证结构具有一定的安全储备的情况下，面层的抗剪应变。

3长期性能沥青路面的材料设计

根据长期性能沥青路面的设计指标，可以很好地确定整体沥青面层厚度及各分层厚度，而这其中难点是各层材料的选用，以相互匹配协同受力，达到长期性能的使用要求。（1）路基层稳定、均匀、高强的路基层对于路面的均匀受力和长期变形稳定具有非常重要的意义，因此对长期性能沥青路面极为重要。路基层可选用化学稳定、密实的路基和粒料，或者非稳定高强度的碎石和砂砾组成，无论使用何种，经过施工密实处理后要达到一定的刚度和强度要求。英国TRL规定路基顶面模量不小于40MPa，德国交通部则规定不小于48MPa，法国则通过规定轴载13t作用下不产生大于2mm的变形，或者承压板试验结果弹性模量不低于50MPa。因此，保证40～50MPa的路基层弹性模量是基本要求。（2）沥青HMA基层沥青HMA基层是拉弯应力承载主体，因此高沥青含量的混合料有助于抵抗疲劳开裂，设计中需要选择较高的沥青含量同时保证一定的厚度。研究表明细级配沥青混合料可以有效改善疲劳寿命。另外，沥青基层较容易受水影响，因此需要考虑湿度因素对混合料力学性能的影响，选择水稳定性强的材料进行设计。（3）HMA中间层中间层没有特殊的使用要求，但是需要具有较好的耐久性和稳定性，稳定性的基础是该中间层与顶部面层和底部基层具有很好的粘结效果，因此可以从粗骨料间的骨架结构以及采用合适的高温等级沥青获得，同时采用碎石和砂砾形成骨架。此外，中间层的高温等级应该与顶层保持一致，以使得具有良好的抗车辙效应。（4）顶部面层顶部沥青面层的要求极高，需要具备抗车辙、耐久性、抗渗、抗磨损等系列性能，长期性能沥青路面对于面层的使用寿命一般要求10a，但是对于抗车辙、抗渗等要求等级较高的地区，仍然需要谨慎设计，一般可以选择SMA密级配混合料作为面层设计。

沥青路面结构设计论文例7

0 引言

由于车辆渠道化行驶，重载车辆和轮胎压力增加，我国高等级公路沥青路面大都产生了轻重不一的车辙。车辙的出现不仅影响了路面的平整度、舒适度、而且危及行车安全。车辙是路面结构层在一定的车辆荷载作用下产生的不可恢复的塑性变形的累计。在半刚性基层沥青路面总的永久变形中，沥青面层的贡献达到80%以上。车辙的影响深度在路表下10cm范围内。车辙形成的原因，总的来说，是由于沥青混合料的抗剪强度特别是在高温情况下抗剪切强度不足所致。

1 沥青面层应力应变分析

1.1 计算理论和结构参数的选取

弹性层状体系理论和相应的计算机程序的发展为分析路面应力应变状态提供了手段。在传递车辆荷载时，路面各层的作用大小是相对的，在一定的环境和交通条件下，路面内应力应变状态取决于：①材料力学性质（动态模量、 回弹模量）；②各层结构厚度；③结构形式（材料层次相对位置，各层刚度的相对性等）。应力应变分析时，根据弹性层状体系理论，把路面结构层简化为四层体系，主要考虑主承力结构层：沥青面层、基层、底基层和路基，用基于多层弹性层状体系理论专为道路设计而编制的Bisar程序计算分析标准荷载作用下路面结构内的应力应变大小，分布规律及影响因素。

计算图式如图1所示。其中荷载为标准轴载，既考虑垂直荷载，又考虑水平荷载，水平荷载系数取f=0.02；层间采用完全连续状态。

1.2 剪应力计算和结果分析

在常温条件下，考虑水平荷载（f=0.02）作用时，对于不同计算点（A、B、C、D），沥青面层范围内，剪应力和剪应变在路表下不同深度处的大小及分量值计算结果如表2。剪应力随深度的分布曲线如图2所示。

分析以上计算结果，可得如下一些结论：

（1）在沥青面层上部，轮隙中心处剪应力较大，且随计算点位向轮隙中心移动，主剪应力方向越趋向于水平；

（2）在沥青面层下部，单圆中心处剪应力最大，且随计算点位向单圆中心移动，主剪应力方向越趋向于竖直方向。

究其原因，主要是在沥青面层上部，由于水平、垂直荷载的共同作用，沥青面层发生剪切滑移；而在沥青面层下部，水平荷载的影响变得很微弱，沥青面层主要承受垂直荷载的作用，以发生竖向的压缩变形为主，这一点可从竖向压应变沿深度分布规律中得到验证。所以沥青面层的永久变形由两部分组成，一是表面（上层）的剪切滑移，二是中下层的竖向不可恢复变形的累积。

故对于半刚性基层上9cm厚的沥青面层，为了减少或避免车辙的产生，采用两层式的沥青面层结构组合方式时，上面层和下面具体的分层位置，可根据剪应力分布来确定。在不同计算点主剪应力分布图上作最大主剪应力沿深度分布趋势线，如图2所示（用max表示），从趋势线可以看出，在路表下4cm深度处曲线有一凹点，该点的剪应力值相对较小，所以以此点作为上下面层的分界点：一方面可以避免层间连接处剪应力过大，层间抗剪强度不足而发生层间剪切滑移；另一方面也方便层间分工，进一步提出对各结构层的功能要求。

1.3 竖向压应变的计算和结果分析

沥青面层的模量和基层的抗压回弹模量是影响较薄沥青面层（h1≤10cm）结构内的竖向压应变的最主要的因素。半刚性基层有相对较大的抗压回弹模量，且受环境的影响很小。沥青混合料中作为结合料的沥青是一种温度敏感性材料，在交通量一定的情况下，温度便成为影响沥青面层抗永久变形能力的主要因素：①温度升高使材料的模量和抗剪强度降低，即沥青面层抗永久变形能力降低；②温度升高更使沥青面层处于受压状态并增大竖向压应变。

温度升高，沥青混合料的模量明显降低，沥青面层内的应力应变状态也会发生相应的变化。为了考虑温度的影响，分别取不同的E1值进行沥青面层内应力应变计算。因在同一横断面上，单圆荷载中心处（A点）的竖向压应变最大，故取此点作为计算分析点。计算结果如表3和图3所示。

从以上计算结果，可得到以下基本结论：

（1）随沥青面层模量E1的减小，面层内的竖向压应变迅速增大；

（2）对于不同的E1值，竖向压应变的峰值位置位于沥青面层的中下部。

综合沥青面层的剪应力和竖向压应变的分析还可得到，为了减小车辙，上面层的沥青混合料，在高温时应具有较高的抗剪强度和较高的抗剪切变形能力；下面层的沥青混合料，当温度升高时不会因模量值降低太多而在车辆荷载作用下产生过大的竖向压缩变形。

2 沥青混合料组成设计

路面结构应力应变分析结果表明：基于半刚性基层沥青路面结构的抗车辙变形的要求，9cm厚的沥青面层采用4cm+5cm的两层式结构组合形式，且根据两结构层的层位功能，上面层的沥青混合料应具有较高的抗剪切变形能力，下面层的沥青混合料应具有较高的抗压缩变形能力。

2.1 沥青混合料类型的选择

近年来，我国修筑的大量高等级公路在使用过程中不同程度上都存在一些沥青路面的早期损坏，如：松散、泛油、剥落和坑洞等现象。分析这些早期损坏产生原因，就沥青路面本身来说，可归结为沥青混合料抗水损害能力不足、路面压实度不够。而影响沥青混合料抗水损坏的一个致命的原因就是沥青混合料类型与路面结构层厚度不匹配，由于集料最大粒径过大，公称最大粒径的集料偏多，因而造成混合料容易离析、压实困难、空隙率偏大，导致松散、剥落和坑洞等早期损坏。根据1998年出版的Superpave施工指南的建议，作为经验法则，沥青面层厚度应等于或大于集料公称最大粒径的3倍，对于粗的混合料，这个比例还应增加。

我国《公路沥青路面施工技术规范》对有关沥青混合料选择要求及组合原则要求中提到：沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并应与压实厚度相匹配。对热拌热铺密级配沥青混合料，沥青层一层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5～3倍，对SMA和OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的2～2.5倍，以减少离析，便于压实。所以，对于4cm厚的上面层和5cm厚的下面层，分别选择公称最大粒径为13.2cm和19cm类型的混合料，如AC-13型和AC-20型沥青混合料。

解析沥青混合料强度形成机理的表面理论是采用库仑的内摩擦理论来分析沥青混合料的强度，认为它是由两部分组成的：一部分是矿质集料骨架的强度，表现为颗粒间由于嵌挤锁结而产生的摩阻力，另一部分是沥青的胶结强度，表现为沥青与集料间的粘结力和沥青本身的粘聚力。在高温状态下，沥青结合料的粘结作用大幅度下降，车辆荷载产生的强大的水平推挤力和水平剪切作用主要由矿料级配的嵌挤作用来抵抗。以集料嵌挤为主的骨架密实型沥青混合料，高温稳定性主要依靠粗集料的嵌挤作用，故一般具有较高的抗车辙能力。

2.2 沥青混合料级配设计

Superpave的集料组成是在集料的特性和质量符合其规范要求的前提下，总结了前人的理论和经验，以控制点和限制区的形式得出的，它给级配的选择提供了更大的余地。 Superpave的控制点是对粗集料进行控制，使其不离折、不推挤。是限制细集料特别是天然砂含量以防止出现“驼峰级配”，避免压实不稳定区的形成，保证集料具有适宜的矿料间隙率，减小车辙现象的产生。

贝雷法给Superpave级配骨架选择和评价提供了一个很好的思路，贝雷法对集料颗粒进行了分级细化，细集料逐级填充上一级粗颗粒形成的空隙，所需要的填料数量根据上一级集料所形成的空隙大小而定，粗细集料多级嵌挤填充以达到最大的密实度和最佳的嵌挤效果。级配组成计算的I法与传统使用的K法和西方国家采用的n法是相通的。具体表示如下：

沥青混合料集料组成中各级不同粒径d处的通过率：

Px=P0Ix （%） （1）

式中：P0DD公称最大粒径D处的通过率，以90%～100%控制；

xDD级数，x=3.32 lgD/d；

IDD通过率递减系数。

林绣贤先生给出的I=0.64～0.70的范围值，是借助于Superpave的集料级配设计法和贝雷法的检验标准而得到的，是Superpave法与贝雷法的综合而以I法的形式表示。以一式总成了两设计方法的精华，使用方便。下面就以式（1）为基础，采用变I法进行集料级配设计，其中以0.22D作为粗、细集料的分解点，对粗集料部分取I=0.65，细集料部分I=0.69，并结合实际情况进行适当调整。最终确定的集料各筛孔通过率如表4所示。

试验结果表明，两种沥青混合料均具有较高的抗车辙变形能力，完全满足规范要求，且其它路用性能如低温抗裂性、水稳性良好。由此也说明采用变I法进行集料级配设计是可行的。

3 结语

本文针对目前半刚性基层沥青路面的主要破坏形式-车辙，根据路面结构分析结果，指出沥青面层的永久变形主要由两部分组成；并依据应力应变分布规律确定了9cm厚沥青面层的合理分层位置；从结构分工角度出发，提出上下面层沥青混合料的功能和路用性能要求；按层位功能要求对沥青混合料进行了优化设计，同时验证了变I法在工程中应用的可行性。

参考文献：

[1]沈金安.沥青及沥青混合料的路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]郝培文，吴徽，张登良.不同沥青用量与级配组成对沥青混合料抗车辙性能的影响[J].西安公路交通大学学报，1998，18（3）.

沥青路面结构设计论文例8

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

沥青路面结构设计论文例9

Abstract: In recent years, many countries in the world on the old cement concrete pavement for a lot of restoration work, the main measure is the board in the old cement concrete pavement overlay asphalt surface, the actual project shows that if the action taken properly, the old cement concrete pavement joints or cracks in asphalt overlay easy to produce reflective cracking. From the viewpoint of fracture mechanics, can be considered mainly due to its internal cement concrete pavement cracks or joints as the original defect exists due to stress concentration due. Since the old cement concrete pavement cracks and joints can not withstand pulling (bending) stress and shear stress (or shear capacity is low), assumed the asphalt overlay where most of the pulling (bending) stress or shear stress in traffic loads and temperatures under repeated stress, asphalt overlay will produce reflective cracking. Asphalt overlay reflective cracking are mainly two models: shear cracks and open-type reflector reflective cracking. Therefore it is necessary to load and temperature load of the vehicle under the action of the asphalt overlay coupled stress analysis.

Key words: load and temperature; coupling stress; analysis

TU973+.21

沥青加铺层反射裂缝是在交通荷载及温度的循环作用下引起路面材料和结构疲劳损伤而逐渐发展形成的。沥青加铺层反射裂缝扩展过程经历了三个阶段：第一个阶段为起裂阶段，沥青加铺层由旧水泥混凝土路面接缝或裂缝处存在的缺陷引起; 第二个阶段为稳定扩展阶段，沥青加铺层在交通荷载和温度应力引起的应力集中点向上发展并贯穿整个沥青加铺层; 第三个阶段为破裂阶段，沥青加铺层经过一段时间的运营，尤其是在冬季加铺层表面开始出现裂缝。反射裂缝出现初期对路面的使用性能影响不大，但随着雨水或雪水的浸入，裂缝两侧的路面结构层，特别是裂缝附近的土基含水量加大，甚至饱和，造成路面结构的承载能力明显降低，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和唧泥现象，导致裂缝两侧路面面层的碎裂并出现较大的垂直相对位移，影响路面的使用性能，加速路面的破坏，缩短路面结构的使用寿命。

国内外道路工程界对防止或减缓旧水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝的措施仍在试验及探索过程中，目前采用的主要方法有以下几种，如增加沥青层厚度、设置碎石裂缝缓解层、在沥青加铺层与水泥混凝土路面板间设置土工布、土工网格、钢丝网或改性(橡胶)沥青混合料应力吸收层等防裂夹层，这些措施对防止或减缓反射裂缝具有一定的效果。

旧水泥混凝土路面上加铺沥青层及土工合成材料、改性沥青应力吸收层或特粗粒径沥青碎石等防裂夹层后，与混凝土板原有接缝或裂缝形成了复杂的复合结构，对于这种结构，目前尚无成熟的研究模型及设计方法，为研究反射裂缝产生与发展的机理，有必要对水泥混凝土路面板上的沥青加铺层内的应力状态进行力学分析。目前主要有三种方法：静力平衡法、断裂力学法和有限元法。由于断裂力学能深刻地揭示反射裂缝产生的机理，因此采用断裂力学基本原理分析沥青加铺层反射裂缝的萌生及扩展原因。但由于断裂力学求解的多为平面应力（应变）问题，且各断裂参数难以确定，对于受荷载与温度共同作用的含夹层三维加铺层路面结构体，要求得一个适用的解析公式有很大的难度。而有限元方法在工程上应用已较为广泛，它可求解任意荷载、任意边界条件的应力情况。在以往分析带路面裂缝结构体时多采用平面应变有限元模型，这与路面的实际应力应变状态有较大差异，因此、采用更符合实际情况的三维有限元模型，对沥青加铺层在车辆荷载及温度作用下的应力状态进行分析。通过力学分析研究反射裂缝产生机理，为水泥混凝土路面加铺层设计方法提供理论依据。

一 、车辆荷载与温度荷载共同作用下沥青加铺层耦合应力分析

在实际的交通及气候条件下，沥青加铺层往往处于车辆荷载与温度荷载的共同作用之下，因此有必要对车辆荷载与温度荷载耦合作用下的沥青加铺层受力状况进行研究。由于沥青混合料的松弛特性跟温度与时间有关，温度越低，作用时间越短，应力松弛效应就越低，而以下进行的耦合分析所采用的温度一般都在-10℃左右，因此，可不考虑沥青混合料的温度松弛特性。本文主要对车辆荷载与温度荷载共同作用下的普通沥青混凝土加铺层、设置土工合成材料的沥青加铺层、设置特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层的沥青加铺层这三种典型结构的耦合应力进行分析。

1.1 车辆荷载与温度荷载共同作用下普通沥青混凝土加铺层耦合应力分析

路面结构参考温度为0℃，沥青加铺层表面降温幅度分别为-5℃、-10℃、-15℃、-20℃及-25℃，车辆荷载为100KN，分别与不同的温度进行耦合作用分析。主要计算参数为： 水泥混凝土路面板的厚度hc=22cm，弹性模量Ec=30000MPa; 基础当量模量E0=100MPa; 沥青加铺层厚度ha=10cm，沥青混合料模量Ea为1200MPa计算。车辆荷载与温度耦合作用下沥青加铺层的应力介于车辆荷载应力与温度应力之间，略小于温度应力值，说明在耦合作用中温度所起的作用较大。耦合应力比温度应力略小的原因在于在降温过程中，由于温度梯度的影响，水泥混凝土路面板产生向上的翘曲变形，使接缝张开，而接缝附近车辆荷载的作用又部分抵消了混凝土板的翘曲变形，因此，沥青加铺层在车辆荷载与温度荷载的耦合作用下所产生的应力σ1、σe、τmax均小于仅由温度荷载作用的所产生的应力。

1．2 车辆荷载与温度共同作用下设置土工合成材料夹层的沥青加铺层耦合应力分析

路面结构参考温度为0℃，沥青加铺层表面降温幅度为-10℃，车辆荷载为100KN，研究不同模量的土工合成材料夹层对车辆荷载与温度荷载共同作用下加铺层的耦合应力的影响，主要计算参数为为: 土工合成材料厚度设定为0.3cm，弹性模量为10MPa～5000MPa; 水泥混凝土路面板的厚度hc=22cm，弹性模量Ec=30000MPa,基础当量模量E0=100MPa; 沥青加铺层的厚度ha=10cm、模量Ea=1200MPa。含土工合成材料夹层的沥青加铺层耦合应力比温度应力值略小，但比荷载应力值要大。当土工合成材料的模量值从10MPa增大到1000MPa时，耦合作用产生的σ1、σe、τmax急剧减少，说明该阶段土工合成材料对减少耦合应力所起的作用较大，而当土工合成材料的模量值从1000MPa增大到5000MPa时，曲线趋于平缓。耦合作用分析进一步说明了高模量的土工格栅对防止反射裂缝所起的作用要强于低模量的土工布。

1.3车辆荷载与温度荷载共同作用下设置特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层的加铺层耦合应力分析

为比较设置不同类型裂缝缓解层的沥青加铺层在车辆荷载与温度荷载共同作用下的受力状况，分别对特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层与同等厚度的普通沥青混凝土裂缝缓解层进行对比分析。路面结构参考温度为0℃，沥青加铺层表面降温-10℃，车辆荷载为100KN。计算参数为：水泥混凝土路面板的厚度hc=22cm，弹性模量Ec=30000MPa; 基础当量模量E0=100MPa; 沥青加铺层AC-13Ⅰ、AC-20Ⅰ的模量Ea=1200MPa，厚度分别为3cm及5cm; 特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层AM-40模量为600MPa，厚度为9cm。对比结构普通沥青混凝土裂缝缓解层模量为1200MPa，厚度为9cm。

在温度荷载作用下，特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层的最大主应力σ1、等效应力σe及最大剪应力τmax分别为0.589MPa、0.237MPa及0.134MPa，而在车辆荷载与温度荷载耦合作用下，σ1、σe及τmax分别为0.536MPa、0.257MPa及0.147MPa，耦合应力与温度应力值非常接近，说明在耦合作用中，温度荷载所起的作用是主要的（未考虑温度应力松弛效应）。当取厚度同为9cm的普通沥青混凝土代替这特粗粒径沥青碎石结构层时，在相同耦合荷载的作用下，最大主应力σ1、等效应力σe及最大剪应力τmax分别为0.742MPa、0.340MPa及0.192MPa，后者比前者分别增大了38.4%、32.3%及30.6%，这说明采用特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层AM-40后，其耦合应力同样小于同厚度的普通沥青混凝土的应力值。

二、 结论

（1）沥青加铺层最大主应力σ1、等效应力σe及最大剪应力τmax随降温幅度的增加而基本呈线性增长趋势。温度应力还与沥青加铺层与旧水泥混凝土路面层间接触条件有关，当降温幅度较大、层间保持连续接触时，沥青加铺层会产生很大的温度应力，有时甚至会超过车辆荷载所产生的应力。

（2）在车辆荷载或温度荷载作用下，随着沥青加铺层模量的增加，接缝处沥青加铺层σ1、σe及τmax都逐渐增大，但增加的趋势逐渐变缓。对同一种材料的沥青混合料而言，其模量随温度降低而增大，故气温越低，加铺层内的车辆荷载应力及温度应力就越大，因此，反射裂缝多在冬季产生。

（3）沥青加铺层的厚度对车辆荷载应力及温度应力都有较大的影响，一般来说，加铺层越厚，其防止或延缓反射裂缝的效果就越好。在车辆荷载的作用下，加铺层σ1、σe、τmax及接缝处的弯沉、弯沉差均随加铺层厚度的增加呈减小的趋势。在温度荷载的作用下，加铺层的σ1、σe、τmax曲线下降速率更快，说明增加沥青加铺层的厚度对减小温度应力的效果比减小车辆荷载应力的效果更为明显。

（4）在旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间设置土工合成材料夹层对减小车辆荷载应力、温度应力及耦合应力都能起到一定的效果，应力随土工合成材料模量的增加呈降低的趋势。相比较而言，土工合成材料对减少加铺层车辆荷载应力的幅度较为有限，而它对减少加铺层温度应力及耦合应力的效果相对较好。

（5）改性沥青应力吸收层具有模量低、柔性强、不易开裂的特点，是减少反射裂缝的新型材料。在车辆荷载或温度荷载的作用下，应力吸收层及沥青加铺层的σ1、σe、τmax及接缝两侧弯沉差均随加铺层厚度的增加而逐渐减小。通过对几种厚度沥青加铺层的应力分析可知，设置应力吸收层后，沥青加铺层各种应力及弯沉差均有一定程度的降低，尤其是在加铺层厚度较薄时，效果更为明显。通过设置与未设置改性沥青应力吸收层的几种加铺层结构应力对比分析可知，应力吸收层对减少车辆荷载应力及温度应力的效果是十分明显的。

（6）在旧水泥混凝土路面与沥青加铺层之间设置AM—40特粗粒径沥青碎石作为裂缝缓解层，可有效地延缓反射裂缝的产生和扩展速度。通过车辆荷载、温度荷载及耦合荷载作用下特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层与同等厚度普通沥青混凝土应力对比分析可知，特粗粒径沥青碎石加铺层的σ1、σe及τmax比同等厚度的普通沥青混凝土加铺层的应力值均有大幅度降低，说明采用特粗粒径沥青碎石裂缝缓解层AM-40后可明显改善加铺层结构的受力状况。

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沥青路面结构设计论文例10

1 道路工程技术标准

1.1 主线及地面辅道道路等级

主线（SA路）：城市I级主干路

SA路（地面辅道）：城市I级次干路

1.2 计算行车速度

主线（SA路）：50km/h

SA路（地面辅道）：40km/h

地面道路SC路：红线宽度36m，双向两车道

SA路：红线宽度60m，双向四车道

1.3 车行道宽度

小型汽车专用道：3.50m

大、小型汽车混行：3.75m

1.4 荷载等级

土基回弹模量：30Mpa

路面设计荷载：BZZ-100标准轴载

最大填土高度：从景观方面考虑，为保证立交区比较通透的视觉环境，道路最大填土高度：≤3.0m。

2 道路工程路面结构设计方案研究

2.1 道路路面结构设计原则

（1）根据国内高等级道路使用性能中存在的主要问题，路面结构设计采用“强基、薄面、稳土基”设计理论、以及全寿命成本费用理论，在路面结构设计中采用力学性能、使用性能双控指标设计，优化路面结构和材料。

（2）根据本工程初步地质条件和经济发展情况，从技术、经济角度出发，半刚性路面作为首选路面结构方案。

（3）在进行路用材料选择的过程中，应根据工程交通、气候特征、荷载大小、轮胎压力、车速、交通量等项目条件，开展针对性结构设计。

（4）设计中应根据国内高等级沥青路面初期、早期损害的现状，路面各结构层材料选择必须表现出优良的使用性能，质量稳定。

（5）沥青面层厚度应从力学性能、使用性能、施工质量三个方面综合确定。沥青面层结构厚度与混合料公称尺寸相匹配，使用结构层稳定性好、以不影响施工，具有良好的级配组成，施工时避免离析，加强路面压实质量。

（6）做好路面排水综合设计，克服高等级道路中的水破坏问题。

（7）在满通功能的前提下，选择环保、降噪路面材料，满足道路沿线的生态、环保要求。

2.2 道路路面结构材料选择

1）沥青上面层

目前常用的沥青混合料按级配类型分主要有三大类：密级配沥青混凝土（AC），开级配沥青混凝土（OGFC），间断级配沥青混凝土（SMA）不同级配类型的沥青混合料其路用性能差别较大。由分析得出，OGFC类沥青混合料抗老化性能和疲劳耐久性能较差，为改善OGFC类沥青混合料的抗老化性能和疲劳耐久性能，国外通常采用价格非常昂贵的高粘沥青拌制沥青混合料，本工程所处地区的雨水量不大，但是黄土等风沙较大，易造成OGFC的空隙堵塞，加剧路面的损坏；AC类沥青混凝土高温性能尚可，低温、水稳定性能等综合性能较好，成本较低，但抗车辙性能和抗滑性能较差；近些年来AC类沥青混合料在高等级道路路面结构中应用较为广泛，其施工质量控制也得到了较大提高。SMA沥青混合料的高温抗车辙性能和低温抗裂性能都比较好， SMA类沥青混合料的施工质量控制方面要求比较严格，其单位成本高。但具有较好抗滑性能和降噪功能，其综合技术性能最好。

综合考虑本项目引桥纵坡较大，对抗滑要求较高的特点，经技术经济指标比较，本工程主线道路均采用SMA -13作为上面层，地面辅道采用AC-13作为上面层。

2）沥青中、下面层

中面层应具有很强的高温稳定性和耐久性。因此，中层必须满足以下要求：

（1）具有很强的高温抗变形能力；

（2）具有很高的强度，以抵抗荷载的重复作用；

（3）具有很强的抗水作用能力。

下面层在一般情况下极少出现可计量的永久变形，其主要作用是具有足够的耐久性，抗疲劳性能。所以下层必须满足以下要求：

（1）具有很高的强度，以抵抗荷载的重复疲劳作用；

（2）较好的抗低温开裂性能；

（3）较好的变形协调能力和抗反射裂缝性能。

沥青混合料中面层、沥青混合料下面层力学性能和路用性能要求较上面层弱较多，在满足技术要求的基础上，从经济角度出发，选择AC类密级配沥青混凝土为中、下面层。

3）下封层

对于高等级道路增设下封层可以起到以下作用：

（1）加强沥青面层与基层之间的紧密结合，使各结构层之间不产生层间滑动，提高路面结构整体性。

（2）当基层铺筑后不能及时铺筑面层而需要通行车辆时，铺筑下封层可以避免车辆污染基层，减少基层的损坏。

（3）避免沥青面层由于孔隙过大或后期沥青面层开裂后路表水渗入路面结构而长期积滞在基层表面，造成基层冲刷、松散、和唧浆现象。

（4）避免由于层间滑动而造成底拉应力过大的不利情况。

本工程采用改性沥青应力层铺法表面处治，即为改性沥青应力吸收膜。

4）基层

用不同试验方法测得半刚性基层强度指标分歧较大；水泥碎石劈裂强度远大于二灰碎石劈裂强度。

从以上数据分析表中可以得出，无论是早期强度、力学性能，还是抗裂性能，水泥稳定类均较二灰稳定类好，长期使用情况表明，水泥稳定类路段的反射裂缝数量和比例均小于二灰稳定类。因此，本工程结合地方特性、综合经济指标，推荐水泥稳定砂砾作为本工程基层材料。

2.3 道路路面结构设计方案

1）新建道路路面结构设计

（1）主线行车道设计

上面层：4cm，SMA-13，SMA改性沥青混凝土

中面层：5cm，AC-20，中粒式沥青混凝土

下面层：7cm，AC-25，粗粒式沥青混凝土

改性沥青应力吸收膜设计：

基层：30cm，5%水泥稳定砂砾（分两层）

垫层：30cm，天然砂砾

总厚度：76cm

（2）地面辅道行车道设计

上面层：4cm，AC-13，细粒式沥青混凝土

下面层：7cm，AC-25，粒式沥青混凝土

改性沥青应力吸收膜设计：

基层：30cm，5%水泥稳定砂砾（分两层）

垫层：30cm，天然砂砾

总厚度：71cm

（3）非机动车道设计（下转第322页）

（上接第302页）面层：4.5cm，AC-13，细粒式沥青混凝土

基层：20cm，5%水泥稳定砂砾

垫层：20cm，天然砂砾

总厚度：44.5cm

（4）人行道设计

上面层：6cm，预制混凝土透水砖

下面层：3cm，M10水泥砂浆

基层：15cm，5%水泥稳定砂砾

垫层：15cm，天然砂砾

总厚度：39cm

2）改建道路路面结构设计

SC路需拓宽改建，大部分路面结构均翻挖，因此采用老路路面结构挖除，新建路面结构的方案。

（1）车行道路面结构设计

上面层：4cm，AC-13，细粒式沥青混凝土

下面层：7cm，AC-25，粗粒式沥青混凝土

（2）改性沥青应力吸收膜设计

基层：30cm，5%水泥稳定砂砾（分两层）

底基层：30cm，天然砂砾

3 结语

道路工程设计中，在对道路的路面等级、面层类型、基层类型选定后，就应考虑各结构层如何安排的问题。路面结构层的组合设计是按行车和环境因素对不同层位的要求，结合各类结构层本身的性能，进行合理的安排和设计。通过道路结构层的组合设计，使整个路面结构既能承受行车荷载和自然因素的作用，又能最大限度地发挥各结构层的效能。

【参考文献】