沥青路面结构设计方法浅思

沥青路面结构设计方法浅思

杨红福

云南云路道桥勘察设计有限公司云南昆明650051

摘要:随着我国基础设施建设不断增加，交通运输量也在大量增加，传统沥青路面结构已经无法满足快速增长交通需求，与此同时沥青路面不同程度的病害也越来越多，使用寿命也越来越短。就目前情况而言，通过各种方式和措施对施工、后期养护等进行改善也无法起到实质作用，主要是由于是沥青路面结构设计方法针对性不强，降低设计可靠性，导致相关病害提前发生。目前，我国沥青路面在实际使用过程中出现很多问题，需要对沥青路面结构设计和方法进行研究分析，促使沥青路面使用寿命更长，更实用。

关键词：沥青路面；结构设计；方法

目前在我国沥青路面设计中，路面结构设计和材料设计组成没有很好的融合，结构设计存在问题只能通过提高材料相关性能来进行解决。而影响沥青路面结构设计因素众多，采用弹性层状理论进行沥青路面结构设计忽略了结构层材料自重、无限深处应力变化等问题，导致造成路面结构破坏的原因增多，破坏形式也无法控制。沥青路面结构层设计无法代表实际环境和荷载变化下路面情况，在路面厚度选择时，过于倚重力学设计指标（弯沉、拉应力等），没有预估路面使用过程中内外环境的复杂性，对不同的路面结构，没有清楚的认识到其性能变化规律，缺少相关研究。没有对升级改造、养护等成本、周期问题上进行充分考虑。所以，必须深入分析和研究沥青路面病害机理和原因，及时掌握环境的最新变化，对路面结构设计进行优化。

1.沥青路面结构设计方法存在的问题

当前我国沥青路面结构设计方面存在以下几个方面的问题。

1.1结构设计和材料设计没有相互融合

对沥青路面材料的选取和结构组合方式相互不协调，缺少对沥青路面使用性能和不同材料性能之间相互关系的考量，在对选取路面材料时只注重于材料本身的性能，缺乏对材料各层间的相互影响的考虑，只根据各层相应的功能特性选择材料，未充分考虑沥青路面整体性能。另外，缺乏路面性能和路面材料性能评价间的相互联系。

1.2沥青路面结构设计过于粗放

在沥青路面设计计算各类参数取用时未考虑实际材料情况，计算各类参数与实际施工分离；而且沥青路面结构使用寿命期限不仅和路面材料所受荷载有关，也和空气、湿度、温度、天气等因素有直接关系，在大部分沥青路面结构设计施工中没有充分对这些参数进行验证，对湿度、温度的影响也仅仅粗略考虑，无法保证其设计可以适应各种不同情况。造成实际施工完成沥青路面结构，其性能往往达不到设计采用的指标。

1.3路表弯沉指标具有其局限性

路表弯沉是指一定载荷作用下路面的整体结构在垂直方向所产生的位移，具有表观性和整体性，其弯沉指标是指在路面整体构造下抗变形能力的大小。路面是一种多层且具有弹性体层状结构，是采用不同类型材料组成的结构层，并将不同的结构层进行相互组合，各层机构之间具有不同的力学和几何特性，沥青结构性能的优劣和各结构层之间的整体性能有关，也取决于不同结构层性能优劣。当不同结构层之间的材料和组合选择相互不符合时，两个不同的路面结构如果具有相同的弯沉值，在材料类型和结构层组合不同会导致使用寿命和承载能力也各不相同。另外，土基的变形量决定了路表弯沉指标大小，沥青路面外部环境也对其有很大的影响，尤其是路面内部结构潮湿情况的影响。对于复杂的路面结构而言，弯沉指标无法表明所有不同种类路面结构的差异性和破坏类型，因此沥青路面相关参数设计需要进行优化。

1.4经济因素

目前，路面结构和厚度由路面结构设计方法所决定，而实际工程结构设计方案屈从于资金限制，没有充分考虑后期成本费用，其中包括使用寿命分析费用、维修成本、使用者成本等，这些成本问题会导致降低沥青路面结构的可靠性。在当下交通量日益增长的情况下，按照传统方式设计的路面结构出现的问题越来越多，随着社会经济的快速发展，沥青路面结构设计需要不断的改进和更新。

2.沥青路面结构设计方法分析

我国沥青路面结构设计方法分析如下。

2.1沥青路面结构设计理论

首先假设沥青路面结构各层材料具有相同的线弹性体，路面材料在应力变化较小时会出现弹性性质，材料的非线性特性会在应力变化较大时表现的比较明显。这一路面结构设计理论假设不完全符合实际路面材料工作情况。路面结构承载力参数选取回弹模量，可以从回弹模量可恢复角度反映出路面材料的弹性性能。在确定土基回弹量时，要参考实际情况下路基承受的压力大小，选定的回弹模量基本可以反映出路基在实际车辆作用下应力变化关系。由于路基回弹模量会随应力的变化而变化，各点的模量也会各不相同，所以确定的回弹模量是一个代表值，代表了土基整体的抗变形能力，并不能代表土基实际上个点的工作状况。在以上的设计方法中，在进行路面非线性特征设计时，要在特定的应力水平上的非线性材料当做线性弹性材料，并且要通过实验进行改进。以上沥青路面结构设计理念能够在一定程度上将材料的真实工作情况反应出来，但是其应用还具有一定的局限性。

2.2路面使用性能

为了使沥青路面具有较好的使用性能，在满足车辆要求的同时减少路面损害，路面各结构层必须要满足相关要求：第一，路基和路面各结构层组成的材料要满足一定的刚度和强度性能，在大量行车荷载的作用下，不会产生过大的应变形和位移，避免出现沉陷、滑移、开裂等现象发生；第二，路面必须具有抗滑性能，沥青路面不仅需要一定的平整度还要具有粗糙度，确保在各种环境条件下能够满足车辆行驶要求；第三，路面需要具有一定的表面平整度，路面没有较高的平整度会影响车辆行驶时的速度和舒适度，并且也会导致路面加速被破坏，另外路面平整度与路基强度、各结构材料、稳定性有关，还与路面施工质量和后期养护情况有关；第四，各结构层材料和路基都必须具有一定的稳定性，不受温度、水、冰冻等自然环境因素影响，在环境低温时不发生缩裂，在高温时不出现松散。

2.3材料组成设计

沥青材料组成包括配合比目标设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个方面。材料组成设计需要确定各材料的组成比例和沥青最佳油石比等，按照相关规定的方法需要测定试件密度，计算饱和度、间隙率、空隙率等物理指标对体积组成进行分析，测定马歇尔稳定度等物理力学特性。

结束语：

随着目前道路升级改造、养护设计不断增加，规模不断扩大的背景下，路面结构设计无法全面反映出路面实际被破坏程度，也已经无法满足现行交通量的日益增长出现的疲劳破坏。沥青路面结构设计通常是十五到二十年，但是我国沥青路面实际使用年限不足十年就要进行大中修修复，甚至有的不到三年就出现破坏现象。在我国沥青路面结构设计中，主要依靠弹性层进行结构计算，将沥青面层和基层底部弯拉应力、路面设计弯沉作为主要设计参数。针对国内沥青路面结构设计方法现状，其设计方法需要向路面设计性能发展，虽然目前路面设计构造框架处于不成熟阶段，但要从根本上解决问题，就必须舍弃目前传统模式，根据路面性能要求更深一步进行分析研究，设计出性能优良全寿命的沥青路面结构。

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