摘要：隨著交通的迅猛發(fā)展，路面的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)不斷發(fā)展，瀝青路面作為我國(guó)公路的主要結(jié)構(gòu)類型之一，其應(yīng)用發(fā)展取得了豐碩的成果。因其有著施工周期較短、便于養(yǎng)護(hù)、使用時(shí)行駛舒適、產(chǎn)生噪音小等優(yōu)點(diǎn)，在道路交通建設(shè)中受到越來(lái)越多的青睞。但是從已建瀝青路面的使用情況上來(lái)看，仍存在一些問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：公路工程論文范文,瀝青路面,設(shè)計(jì)方法

　　一、瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則

　　1.1 因地制宜，合理選材。路面各結(jié)構(gòu)層所用的材料，尤其是用量大的基層、墊層材料，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)氐奶烊徊牧稀⒓庸げ牧匣蚬�業(yè)副產(chǎn)品，以減少運(yùn)輸費(fèi)用和降低工程造價(jià)。同時(shí)，還要注意吸取和應(yīng)用當(dāng)?shù)芈访嬖O(shè)計(jì)選材的成功經(jīng)驗(yàn)。

　　1.2 方便施工、利于養(yǎng)護(hù)。選擇各結(jié)構(gòu)層時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)具設(shè)備和施工條件，在可能的條件下，應(yīng)盡量采用機(jī)械化施工。此外，還應(yīng)考慮建成通車后的養(yǎng)護(hù)問(wèn)題。特別是對(duì)于高等級(jí)公路來(lái)說(shuō)，要求平時(shí)養(yǎng)護(hù)工作量越少越好，以免影響大交通量的通行。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮使設(shè)計(jì)便于施工，利于養(yǎng)護(hù)。

　　1.3 分期修建，逐步提高交通量是確定路面等級(jí)和路面類型的最主要的因素之一，而交通量是隨時(shí)間而逐步增長(zhǎng)的。當(dāng)資金不足時(shí)，一般應(yīng)按近期使用要求進(jìn)行路面設(shè)計(jì)，先以滿足近期需要為主。以后隨著交通量的增長(zhǎng)、車型的加重和投資的增多，再逐步提高路面等級(jí)，增加路面厚度。但在建造時(shí)，必須注意使前期工程能為后期工程奠定基礎(chǔ)，即能為后期工程所充分利用。

　　1.4 整體考慮，綜合設(shè)計(jì)。在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)把土基、墊層、底基層、基層和面層都看作是一個(gè)有機(jī)的整體。按照土基穩(wěn)定、基層堅(jiān)實(shí)、面層耐久的要求，充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層的作用，合理選用路面材料，確定恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)層厚度，使路面的設(shè)計(jì)既能在整體上滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求，又能做到經(jīng)濟(jì)、合理和耐久。

　　1.5 考慮氣候因素和水溫狀況的影響。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要保證在自然因素和車輪荷載反復(fù)作用下，路面整體結(jié)構(gòu)具有足夠的水穩(wěn)性、干穩(wěn)性、冰凍穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性，因此對(duì)自然氣候和水溫狀況可能給予路面的影響要予以充分的重視。

　　二、瀝青路面的主要設(shè)計(jì)方法

　　2.1 經(jīng)驗(yàn)法。經(jīng)驗(yàn)法是對(duì)以往設(shè)計(jì)投入使用的道路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，建立路面結(jié)構(gòu)、荷載、 路面性能之間的關(guān)系，進(jìn)行類似的設(shè)計(jì)。著名的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有CBR法和AASHTO 法。CBR法以CBR值作為性能指標(biāo)，通過(guò)對(duì)路面的調(diào)查測(cè)定，建立CBR值- 輪載- 結(jié)構(gòu)層厚度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線。路面總厚度可以通過(guò)CBR 值和輪載來(lái)確定，而各層次的結(jié)構(gòu)厚度可以通過(guò)路面材料的 CBR 值進(jìn)行當(dāng)量換算，不同的輪載按照等彎沉的換算原則進(jìn)行設(shè)計(jì)輪載的確定。

　　AASHTO 法是在試驗(yàn)路上進(jìn)行數(shù)據(jù)的觀測(cè)，建立起路面結(jié)構(gòu)- 軸載- 使用性能的經(jīng)驗(yàn)曲線關(guān)系，路基土的性質(zhì)用回彈模量表示、 路面結(jié)構(gòu)層按照各層結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 用結(jié)構(gòu)數(shù)SN 表示。該方法以現(xiàn)時(shí)服務(wù)能力指數(shù) PSI 作為性能指標(biāo)，它的確定是根據(jù)路面的實(shí)時(shí)調(diào)查情況，通過(guò)建立平整度、裂縫、車轍、修補(bǔ)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式來(lái)確定。

　　2.2 力學(xué)法。力學(xué)設(shè)計(jì)方法是基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，它是將力學(xué)參數(shù)與路面性能在一定的荷載和環(huán)境下建立模型關(guān)系，即將應(yīng)力應(yīng)變位移與路面性能建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線，然后按照要求進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，著名的主要有AI法和SHELL法。力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法的框架是在第一屆瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)際會(huì)議上由殼牌公司的專家提出，經(jīng)過(guò)逐步的完善形成多種不同的設(shè)計(jì)方法。該方法是以彈性層狀體系(三層)代表路面結(jié)構(gòu)，計(jì)算分析圓形均布輪載作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)各特征點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移值，以瀝青面層的疲勞開裂以及路基土和粒料層的過(guò)量永久變形作為瀝青路面的主要損壞模式，選用面層底面在荷載重復(fù)作用下的拉應(yīng)變以及路基頂面的壓應(yīng)力或壓應(yīng)變作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　2.3 我國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法。根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范—《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法如下：

　　(1) 理論基礎(chǔ)。我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)是以殼牌石油公司 SHELL提出的理論方法為基礎(chǔ)， 該方法是將路面視為多層彈性體，用楊氏彈性模量和泊松比來(lái)表示面層材料與土基，材料性質(zhì)以均質(zhì)各向同性為假定，同時(shí)各層水平方向取無(wú)窮大，土基以下的深度無(wú)限。荷載取值采用 BZZ-100即雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)值，單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑d為21.3cm，兩輪中心距為 1.5d，各層材料之間的假定接觸條件為彈性、完全連續(xù)接觸。

　　(2)設(shè)計(jì)指標(biāo)。設(shè)計(jì)指標(biāo)是以彎沉值為控制指標(biāo)，彎拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算校核。整體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)用路表容許彎沉值來(lái)設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)彎沉指標(biāo)。對(duì)于高速公路、一二級(jí)公路、 瀝青面層等必須進(jìn)行層底的抗拉驗(yàn)算，瀝青混合面料層的城市道路還需進(jìn)行抗剪驗(yàn)算。

　　(3)參數(shù)的選取和確定。計(jì)算分析中的標(biāo)準(zhǔn)軸載采用上述理論基礎(chǔ)中的BZZ-100為標(biāo)準(zhǔn)值，換算公式采用林繡賢《軸載換算公式的研究》成果中表述的以軸載比表達(dá)的公式進(jìn)行軸載換算，該公式的提出是以彎沉等效和底層拉應(yīng)力等效為基本原則，以多層彈性理論為基礎(chǔ)，分析軸載和彎沉、拉應(yīng)力之間的關(guān)系，并結(jié)合實(shí)際的實(shí)測(cè)情況(彎沉、疲勞試驗(yàn)、直槽測(cè)試等)進(jìn)行對(duì)比、驗(yàn)證而提出的。表征材料剛度和強(qiáng)度的指標(biāo)分別是材料模量和抗拉應(yīng)力，彎沉值、拉應(yīng)力指標(biāo)均用靜態(tài)抗壓回彈模量計(jì)算，抗拉強(qiáng)度由圓柱的劈裂試驗(yàn)確定，靜態(tài)抗壓回彈模量通過(guò)抗拉強(qiáng)度來(lái)確定。

　　三、瀝青路面設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和相應(yīng)的改進(jìn)策略

　　3.1 疲勞開裂。路面材料在出現(xiàn)疲勞開裂前所能承受的荷載重復(fù)作用次數(shù)，稱為疲勞壽命。疲勞壽命的大小，除了同組成材料的特性有關(guān)外，主要取決于路面所受到的重復(fù)應(yīng)變(或應(yīng)力)級(jí)位的大小。路面設(shè)計(jì)年限內(nèi)不同荷載和溫度條件下的疲勞損耗可采用Miner(線性累加)假設(shè)予以總和。因而，根據(jù)預(yù)定設(shè)計(jì)年限內(nèi)的荷載和溫度條件以及材料的疲勞方程，可以分析設(shè)計(jì)年限末路面結(jié)構(gòu)的累計(jì)疲勞損耗，以此判斷路面是否會(huì)出現(xiàn)疲勞開裂。或者可以利用等效疲勞損耗的概念，將不同軸載和不同溫度條件下的疲勞損耗，換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載和當(dāng)量疲勞溫度的等效損耗。以疲勞開裂作為臨界狀態(tài)的設(shè)計(jì)，采用瀝青層底面的拉應(yīng)變(或拉應(yīng)力)作為指標(biāo)，以最大拉應(yīng)變不大于該層材料的容許拉應(yīng)變作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.2 車轍。車轍是各結(jié)構(gòu)層塑性變形累積的總和。半剛性基層瀝青路面車轍主要產(chǎn)生在面層。車轍深度同材料特性、環(huán)境溫度、重復(fù)應(yīng)力的大小、荷載作用次數(shù)和路基路面結(jié)構(gòu)層的剛度大小有關(guān)。車轍的出現(xiàn)，使路面平整度變差，從而影響行車質(zhì)量和安全，同時(shí)也會(huì)促使路面開裂。根據(jù)使用要求所容許的車轍深度和預(yù)期使用年限內(nèi)的荷載重復(fù)作用次數(shù)，可以限定一次荷載作用下所容許出現(xiàn)的塑性變形量。以車轍作為臨界狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法，是以荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)塑性應(yīng)變的總和不大于容許塑性變形量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有些設(shè)計(jì)方法，采用路基頂面的豎向壓縮應(yīng)變作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以控制路面車轍深度。根據(jù)路基頂面的豎向應(yīng)變同其塑性變形和路面車轍深度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，提出路基頂面的容許壓縮應(yīng)變值。

　　3.3 路面回彈彎沉。路面在一次荷載作用下的回彈彎沉值反映了路基路面結(jié)構(gòu)的整體剛度。許多試驗(yàn)觀測(cè)資料表明，它與路面的使用狀態(tài)(開裂和塑性變形量)之間存在一定的內(nèi)在關(guān)系。根據(jù)路面使用狀態(tài)和設(shè)計(jì)年限的要求，可以確定一次荷載作用下路面的容許彎沉值， 路面以回彈彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的方法，是以荷載作用下的路面回彈彎沉量作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.4 面層剪切。在垂直和水平荷載(如制動(dòng)時(shí))的共同作用下，面層結(jié)構(gòu)中的最大剪應(yīng)力不大于特定環(huán)境下(主要是溫度)材料的抗剪強(qiáng)度。

　　3.5 面層斷裂。路面受到緊急制動(dòng)所產(chǎn)生的水平力作用時(shí)，面層將受到很大的徑向拉應(yīng)力和水平向位移，從而使面層斷裂并產(chǎn)生推移。由此，可提出一項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)—— 徑向拉應(yīng)力不大于面層材料的抗拉強(qiáng)度。

　　3.6 低溫縮裂。這是一項(xiàng)同荷載因素?zé)o關(guān)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。低溫時(shí)，面層材料因收縮受阻而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力不大于該溫度時(shí)材料的抗拉強(qiáng)度。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　總之，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通建設(shè)事業(yè)蒸蒸日上，路面設(shè)計(jì)施工技術(shù)不斷發(fā)展。但瀝青路面設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的過(guò)程，為了確保瀝青路面設(shè)計(jì)質(zhì)量，杜絕后續(xù)引發(fā)相關(guān)問(wèn)題的產(chǎn)生，就必須做到各項(xiàng)程序選擇層層把關(guān)，嚴(yán)格控制。需要設(shè)計(jì)者通過(guò)不斷的總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)完善設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工。