沥青路面设计方法及存在的问题

2014-04-16索函军

交通运输研究 2014年15期

索函军

（河北广通路桥工程有限公司，河北邯郸056001）

0 引言

沥青路面在我国公路的路面结构中非常普遍。据不完全统计，沥青路面结构在已建成高速公路的路面结构占有率为85%～90%。并且，随着高速公路网覆盖面的不断增大，沥青路面的设计水平也在不断发展，并取得了丰硕的成果。但是在已建成的高等级公路沥青路面使用过程中发现，无论是采用国外混合料配比，还是传统混合料配比，在投入运营一段时间后，沥青路面均会出现破损现象。造成这种现象的原因很多，本文主要分析沥青路面设计方法存在的一些缺陷，进而提出一些建议。

1 国外沥青路面设计方法

1.1 经验设计法

经验法主要是对试验路段或者运营中的试验道路进行观测，从而建立路基、路面、荷载与路面性能之间的经验关系。其中较为成熟的经验设计方法有CBR法和AASHTO法。

1.1.1 CBR法

CBR 法主要是将CBR 数值作为检测路基土与路面材料性能的指标。在已经破损的路段或使用良好的路面进行现场调查和CBR 检测，从而建立起CBR—汽车荷载—路面结构层厚度的经验关系，并绘制出三者的关系曲线。通过分析该曲线，将各层材料的CBR 值进行材料层厚度换算，进而确定出所需路面层的厚度。

1.1.2 AASHTO法

AASHTO法是在AASHTO试验路面的基础上建立的沥青路面设计方法。通过整理试验路段的监测数据，从而总结出路面结构—轴载—路面使用性能的关系方程。AASHTO法最显著的特征就是将路面性能指标通过PSI（现时服务能力指数）表示出来。PSI是由评估小组进行综合评定后获取的指标，利用该指标与路面情况建立出经验方程。该方法只是试验路段的数据，仅仅反映出一种环境下的路面状况，推广存在着一定的局限性，但是AASHTO路段检测数据得到了很好的整理保存，为力学-经验法的设计提供了丰富的数据保证。

1.2 力学-经验设计法

力学-经验设计法主要是分析荷载和环境作用下路面结构的力学反应量，根据这些力学反应量与破损模式之间的关系建立路面性能模型，从而设计出沥青路面结构。自上世纪60 年代，各国就致力于力学—经验设计法的研究工作，其中较为成熟的有AI法和Shell法。

在第一届沥青路面设计结构国际会议中，壳牌公司的两位科研人员提出了针对于沥青路面设计的力学—经验设计法大体框架，随后这一框架成为了Shell 设计法的雏形。在随后的20 年中，各国的科研人员对力学—经验法进行了深入研究，并且取得了丰硕成果。

2 国内现行沥青路面设计方法

根据我国的《公路沥青路面设计规范》（GTG D50—2006）的要求，沥青路面结构设计需按照以下程序进行设计。

2.1 设计理论

路面模型依托于Shell 公司提出的设计理论，将路面结构看作是多层弹性材料，该材料具有各项同性；荷载以双轮组单轴荷载100kN作为标准轴载；单轮传压面当量圆直径D为21.3cm，双轮中心距1.5倍当量圆直径，层间完全连续接触。

2.2 设计指标

以设计弯沉值作为控制指标，拉弯应力作为验算指标。在设计弯沉中，将路表允许弯沉数值作为路面整体强度设计的控制指标。对于高等级公路、一级、二级公路的基底层采用抗拉应力验算，城市道路还要进行面层的剪应力验算。

2.3 设计参数

在交通分析计算中，标准轴载均采用BZZ—100标准，轴载换算公式推荐采用以轴载比表达的换算公式。

3 沥青路面现行设计方法存在的问题

（1）现行的沥青路面设计方法主要侧重于力学特征，对于路面实际使用性能考虑的较少，导致理论与实际缺乏定量的联系。

（2）现行的设计方法主要是依托于国外使用经验提出的结构组合和厚度，结合国内公路等级、气候、材料、交通量等进行设计计算，并不能完全符合国内沥青道路的运营情况。

（3）现行的规范大多建立在半刚性基层受压模型中，柔性基层上的沥青面层疲劳寿命远高于路面结构寿命，沥青面层不会出现疲劳开裂，将路表设计弯沉值作为唯一控制指标，使路面结构设计与实际情况不符。

（4）设计中忽略了路面材料的低温性能，对于低温开裂和车辙问题考虑不足。

（5）设计中没有充分考虑到环境因素、经济因素，导致相应的控制指标比较单一，无法满足现代公路设计的需求。

4 对我国沥青路面设计方法的建议

4.1 设计标准

在现有的沥青路面设计规范中，应该适当增加一些控制指标，如能够较好反映车辙问题的路基垂直压应变与重复荷载的关系指标。在设计中适当引入一些环境、经济指标，使设计方法更趋于完善。该指标体系不仅能够反映出沥青路面的结构和材料特征，更能真实地反映出环境因素（温度和湿度）对于各级公路沥青路面性能的影响。

4.2 材料参数

我国现行的设计规范中，材料的回弹模量采用静态抗压模量E代替。但是在实际情况中，动态回弹模量也是可以通过仪器进行测量，因此，应该适当考虑增加动态模量，从而使设计参数更加合理。沥青混合料参数在选定的过程中也存在一定的局限性，其回弹模量仅考虑了静态下的回弹模量值，忽略了动荷载作用下的动态模量。此外，在路表的抗滑能力方面，设计规范中也没有能够充分体现出来。