维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第４期 （总第１５８期） 黑龙江交通科技 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｎｏ．４，２００７ （Ｓｕｍ Ｎｏ．１５８） 沥青路面主要设计方法与结构设计要点 何勇均 （深圳市市政工程设计院） 摘要：文中介绍了沥青路面的主要设计方法和沥青路面结构设计要点。 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２００７）０４—０００９－０２ 关键词：沥青路面；主要；设计方法；结构设计 中图分类号：Ｕ４１６．０２ １我国路面设计 我国现行规范的公路沥青路面设计方法一直是以静态 荷载为依据，设计指标及所用材料的设计参数多是静载条件 下得到的。 （１）理论基础 ①采用双圆垂直荷载作用下的多层弹性连续体系理论， 以设计弯沉值为结构整体刚度的设计指标，来计算路面厚 度。 ②对高速、一级和二级公路，以沥青面层，半刚性基层， 底基层进行层底拉应力验算。 （２）设计指标 ①为控制路基路面结构的总变形，防止沉陷，车辙等整 体强度不足的损坏，采用弯沉指标一路基路面结构表面在双 圆均布荷载作用下轮隙中心处的实测路表弯沉值１ ｓ小于 等于该路面容许回弹弯沉１ ｄ。 Ｚ．＝２ｅｏ－ａ ×Ｆ １ ０００Ｅｏ 设计弯沉值 ＩＤ＝６０ＯＮｅ ’２．Ａｃ．Ａｓ．Ａ６（０．Ｏ１ ｍｍ） ②为防止沥青混凝土和整体性材料基层疲劳开裂，采用 弯拉指标一沥青混凝土面层或半刚性基层底面的弯拉应力 －Ｏ 小于等于材料的容许弯拉应力Ｏ－，。 ③设计参数 荷载采用１００ ｋＮ双轮组单轴轴载为标准轴载，ＢＺＺ一 １００以设计弯沉值计算路面厚度对结构层进行层底拉应力 验算时，各层材料模量采有抗压回弹模量，沥青混凝土和半 刚性材料的抗拉强度采用劈裂试验测得的劈裂强度。 ④路基表面的竖向应变 。 ２ ＳＨＥＬＬ沥青路面设计方法 （１）理论基础 把路面当作一种多层线形弹性体系，其中各层材料用弹 性模量Ｅ和泊松比 表征。在基本设计方法中，路面结构假 定为层间接触连续的三层体系，下层为路基，中间层为粒料 或水泥稳定类基层和垫层。上层为沥青层，包括表面层、结 合层和下面层。 （２）设计标准 两项主要标准为 ①沥青层底面的水平拉应变 ，，其容许值随荷载作用次 数Ｊ『、ｒ，沥青混合料劲度以及混合料类型而变，计算公式如下 ＝ＣＮ一。・ ．式中，ｃ为系数ｃ＝ Ｅ，）为面层弹性模量。 ②路基表面的垂直压应变 ，一其容许值按下形式计算 确定。 ＝０．０２１Ｎ一“ 上式具有８５％的置信水平。若置信水平提高到９５％， 则式中０．０２１改为０．０１８。 两项次要标准为： （１）水泥稳定类基层底面的拉应力Ｏ－ 。 －Ｏ ＝ （１—０．０７５ ｇＮ） －Ｏ，一次荷载作用下材料的极限弯拉强度。 （２）道路表面的永久变形——容许车辙深度，对高速道 路为１０ Ｉｒｌｎｌ，一般道路３０ Ｉｒｌｎｌｏ （３）设计参数。 荷载采用８０ ｋＮ单轴荷载为标准轴载，双轮胎接触面以 两个半径为１０５ ｍｍ，圆心间距为３ｏ＂的圆表示，接触压力为 ０．６ ＭＰａ。环境温度变化对沥青劲度性质的影响很大，应用 程序把月平均气温转化为加权年平均气温，依据沥青层厚和 加权年平均气温可求得路面沥青层温度，路基土采用动态回 弹模量，可在现场对处于平衡湿度状态的路基土进行动态弯 沉测定后确定，粒料基层和垫层的动态模量，视材料组成情 况并参考ＣＢＲ值转换。 ３ ＡＡＳＨＯ的设计方法 ＡＡＳＨＯ设计法的基本内容是以路面耐用性的概念为依 据而定的交通量与路面厚度的关系。 （１）设计标准和设计考虑 ＡＡＳＨＯ设计法采用现时服务能力指数（ＰＳＩ）作为衡量 路面使用性能进行客观量测和主观评价相结合的方法确定。 使用性能期内路面服务能力指数的变化量 ＡＰＳＩ＝ＰＳＩｏ—ＰＳＩｔ 即作为路面设计的使用性能标准。 在设计方法中，还考虑以下几个方面。 ①环境对ＡＰＳＩ的影响——主要考虑冻胀和膨胀性粘土 使服务能力变化量降低的影响。 ②路面结构的排水条件——主要反映在路面结构数ｓＮ 中。 ＳＮ＝ａＩＤ１＋口２Ｄ２ ｌ ＋口３Ｄ３ 式中：ａ，、ａ 、ａ，为与各结构层材料类型和性质有关的层位系 数；ｒｔｈ，ｍ，为相应为基层和垫层的排水系数。 （２）设计参数 ①使用性能期和分析期：使用性能期指路面结构修建初 期的服务水平衰弯到需进行改建的终端服务水平所经历的 时段。设计人员在管理部门依据经验和政策制定的最低和 最高期限内选择。选择时考虑的因素有：道路的功能等级、 公众所能接受的路面进行大修的年限、初期修建所能提供的 资金、寿命周期费用等。 ②进行路面设计方案分析时所采用的时段称为分析期。 对于交通量大的城市高速公路可考虑较长的分析期限。在 此期限内，可考虑分期修建或安排一次改建，在进行寿命周 期分析的基础上进行长期设计方案的评价。各种道路的分 析周期可参照下列范围。 ・９・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 总第１５８期 黑龙江交通科技 第４期 ａ大交通量城市道路——３０～５０年；ｂ大交通公路一ｌ５～２５年；ｃ低交通量粒料表面一ｌ０～２０年。 凝土。当采用单层沥青混凝土或修建高等级公路时，应在其 下用单层沥青碎石联结层。为增强面层的抗疲劳抗老化性 能和防止低温开裂，本地区混合料中的沥青含量习惯比《规 ③交通采用设计期限内日平均ｌ８千磅（８０ ｋＮ）单轴荷 载的作用次数。 （３）结构数与结构层厚度选取。 结构数为层厚、层位系数和排水系数的函数，综合反映 路面结构的性能。层位系数可以通过试验路确定，或者按与 材料性质（如弹性模量或回弹模量）有关的试验曲线或关系 式确定。排水系数按路面结构在一年内可能处于饱水状态 的时间（以百分率计）以及排水的质量，查表确定。 ４沥青路面设计的依据，因地制宜地选择路层层次 范》中规定值适当增加。较厚的沥青面层对提高路面的抗 拉及抗冻裂性能无缝是有利的，但由于沥青面层材料价格较 高，所以在一般道路上可考虑面层采用最小厚度。通过加强 基、垫层来满足强度要求，以降低造价。 （２）基层：沥青路面属柔性路面，其力学强度与稳定性 主要依赖于土基与基层。对基层的要求是除具有足够的强 度和稳定性外，在寒冷地区还应具有一定的抗冻性和较好的 抗低温开裂的性能。随着重型交通的日益发展和碎石粒料 （１）根据交通特点和各结构层的功能选择路面的结构 层次。路面通常是多层结构，处于面层的材料直接承受车轮 荷载反复作用和自然因素的影响，要求由高强、耐磨、防滑、 热稳性好和不透水的材料组成，交通量越大，轴载越重，面层 材料的强度越高。基层与面层一起将车轮荷载作用传递到 土基，起承重作用，因此要有足够的强度，一定的刚度和水稳 性，同时它应具有良好的扩散应力的性能，减少半刚性基层 的反射裂缝，常在基层顶面设置沥青联结层。垫层是设置在 来源的日益减少，沥青路面下传统的粒料基层已日益不能适 应重载交通要求，以无机结合料稳定类的半刚性甚支代替粒 料基层。已被国内外接受。泥结碎石、填隙碎石、干压碎石和 手摆片石属嵌锁结构，孔隙大，在行车作用下，要重新就位， 易产生变形，因此不宜做沥青面层的基层结构，以免使路面 早期破坏。近几年来工业废渣的利用，使沥青路面下的基层 结构有了新的选择。采用粉煤灰混合料为基层材料，不但可 以变废为宝，具有一定的社会效益，而且可获得强度高、板体 性能好的效果，是较理想的基层结构。底基层则应根据因地 制宜、就地取材，经济合理的原则设置，选择稳定整体型及嵌 锁型结构。 （３）垫层：正确设置垫层对保证路面强度稳定性起到良 基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。 在水文地质不良地段，还应保证路基的稳定性。 （２）根据路基湿度及冰冻情况考虑结构组合。 路基是路面的基础，路基的干湿情况直接影响路面的工 作，对中湿及潮湿路段的沥青路面的基层应选择水稳性好的 材料，不应选择粘土作粘结料的基层，为防止路面冻害路面 好的效果。路基处于下列情况的路段应设置垫层：①地下水 位高，排水不良，路基经常处于潮湿状态的路段；②排水不良 总存度要满足最小防冻层厚度要求，按强度计算的路面部厚 度小于规定值时，应用垫支厚度补足。 （３）根据各结构层本身的结构特性进行结构组合。 各结构层材料有各自的特性，在组合时应注意相邻层次 的相互影响，相互制约，层间结合应尽量紧密，以保证结构的 的土质路垫路段；③季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、 潮湿路段；④基层可能受污染的路段，垫层材料一般选用水 稳性好的砂砾，高等级公路最好选用级配砂砾，也可采用工 业废渣作垫层材料。 路基：路基是路面的基础，稳定坚实的路基是保证路面 具有良好使用效能关键。路基必须密实，均匀稳定，必须满 整体性和应力传播的连续性，避免产生层间滑移，有利于结 构层应力和应变减少。 （４）层数和层厚要适当。 路面结构层次不宜过多。各层的厚度应考虑材料护散 应力的效果和压实机具的能力以及材料结构的稳定要求，一 般先确定面层的类型和厚度，以下各层按厚度计算进行调 整。各层厚度应满足规定的最小厚度要求。 遵循就地取材、因材设计的原则，依据上述原则便可拟 足最小填土高度的要求，尽可能采取填方路基，并保证路基 排水畅通。对不良地段在设计时应进行处理，以保证土基回 填模量不小２０ ＭＰａ的要求。 ６有关路面设计的几点建议 （１）注重结构设计，同时重视设计前的地质调查工作， 坚持因地制宜，就地取材的原则，并根据交通量大小和组成、 定出既可满足交通要求又经济合理的结构组合方案，对分期 修建的路面，应通过技术经济论证，合理设计结构层次，使前 期工程能在后期充分利用。 ５路面结构组合分析 （１）面层：常用的沥青面层有沥青混凝土、沥青碎石、沥 路段类型，水文地质等情况，合理进行结构组合设计。 （２）路面的结构设计与路面的使用寿命和建设投资密 切相关，在保证质量的前提下，应节约投资注意技术与经济 指标的统一。 （３）路面设计应与路基设计相结合。在冰冻地区的中、 潮湿路基上的路面结合设计，除应保证路面结构的力学强度 外，还必须设置防止冻胀的防冻层或设置隔离地上水泊隔离 青贯入式和沥青表处等类型。对交通量大的公路应设计沥 青混凝土面层。沥青混凝土面层宜采用双层式结构，下层采 有粗粒式或中粒式混凝土，上层有用中粒式或细粒式沥青混 （上接第８页） 层，以保证路面不遭受冻害的破坏，延长使用寿命。 收稿日期：２ｏ０７—０ｌ—ｌ２ 的浸蚀和冲刷下，块状碎屑沿坡面向下滚动。 （２）碎落的防治方法 边坡，及时填补边坡的冲沟，及时清除可能滑塌的土石方，保 持边坡的平顺；加固边坡，做好边坡的绿化防护；清除表面风 化的软质岩层，用抹面、喷浆法防护；采用土工合成材料结合 绿化、抹面或喷浆进行防护。 ２．５碎落 做好边坡排水，不使地面或地下水浸蚀路基边坡；修正 边坡。及时填补边坡的冲沟，及时清除可能滑塌的土石方，保 持边坡的平顺；加固边坡，做好边坡的绿化防护；清除表面风 化的软质岩层，用抹面、喷浆法防护；采用土工合成材料结合 绿化、抹面或喷浆进行防护；修建干砌或浆砌片石护墙。 收稿日期：２ｏ０７—０ｌ一２２ （１）碎落的原因 路堑边坡坡度较陡，岩石破碎和风化严重，在振动及水 ・１Ｏ・