道路改造工程中瀝青路面結構的設計

道路改造工程中瀝青路面結構的設計

王振（浙江科欣工程設計咨詢有限公司浙江杭州310015）周旭（北京市市政專業(yè)設計院股份公司浙江分公司浙江杭州310015）

王振：13656649395杭州市拱墅區(qū)祥園路37號北軟中天園218室周旭：13989826987杭州市拱墅區(qū)祥園路37號北軟中天園220室

摘要：在分析了道路改造工程中瀝青路面結構設計研究的重要性和必要性后，

根據(jù)瀝青混凝土路面使用性能設計要求，結合自我實際設計工作經(jīng)驗，對道路改造瀝青路面結構設計技術要點進行了認真分析研究。最后，研究了不同加鋪層厚度層底拉應力關系曲線圖，確保道路改造設計方案具有較高性能和經(jīng)濟效益。

關鍵詞：道路改造；瀝青路面；結構設計。

瀝青混凝土路面由于其具有行車舒適性高、噪音小、施工周期短以及養(yǎng)護方便等優(yōu)點，在新建和改造道路中得到廣泛推廣應用。但由于受投資資金、建設技術水平、設計方案、綜合養(yǎng)護水平等因素的影響，從已建的瀝青路面的使用效果來看，瀝青混凝土路面普遍存在達不到設計壽命，有些使用頻率較高的道路甚至在其投入使用后不到兩三年就需要進行大面積增改翻修，從而大大降低了道路投資和后期運營維護的社會經(jīng)濟效益。影響瀝青混凝土路面使用壽命的因素是多方面的，但也有不少工程是由設計過程中沒有充分結合工程實際情況，所采用的設計方案、結構等不合理引起，從而造成道路在實際使用過程中其性能得不到充分發(fā)揮，引起性能上的缺陷。因此，對瀝青混凝土路面結構設計過程中容易出現(xiàn)的問題進行歸納總結，并結合相應工作經(jīng)驗，提出一些改進性建議和措施對瀝青路面結構設計進行優(yōu)化，就顯得非常有工程實踐意義[1]。

1瀝青混凝土路面使用性能設計要求

在瀝青混凝土路面結構設計過程中，要使瀝青路面在實際使用過程中具有良好的使用性能以滿足道路安全舒適的行車要求，并能夠減少使用中的路面損壞量，瀝青路面結構層設計時應滿足道路路面的強度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性、平整性等性能技術指標要求。

1.1強度和剛度設計要求

瀝青混凝土路面結構在設計過程中，其結構層的材料和路基填料必須具有足

夠的強度和剛度，確保路面在設計范圍內(nèi)的行車荷載條件下不會產(chǎn)生大的變形或位移，從而有效防止或減少瀝青路面過早出現(xiàn)開裂、坑槽、滑移、沉陷等破壞問題，有效提高路面綜合使用性能水平。

1.2穩(wěn)定性和耐久性設計要求

設計路面結構層的材料和路基填料必須具有足夠的穩(wěn)定性，確保瀝青路面在設計使用年限范圍內(nèi)能夠承受溫度和水分變化、凍脹傷害、以及凍融循環(huán)作用等自然條件對路面性能的影響。

1.3路面平整性設計要求

為了提高瀝青路面的行車安全舒適性，必須確保路面具有非常良好的平整度。路面平整度不僅影響到道路的行車速度和舒適度，同時還會影響到瀝青路面結構綜合使用性能和耐久度，其主要與路面結構設計方案、各結構層的使用材料、路基填料的強度和穩(wěn)定性能等有關，同時還與道路的施工質(zhì)量和綜合養(yǎng)護情況有關。瀝青路面結構設計過程中，除了要保證路面有良好平整性外，還應具有一定的粗糙度，以確保車輛在各種氣候條件下能夠高速安全穩(wěn)定行駛。

2改造道路瀝青路面結構設計技術要點分析

道路在技術升級改造和大修過程中，合理選擇和安排設計瀝青路面結構的層次，是確保整個瀝青路面結構在設計使用年限內(nèi)承受設計行車荷載和各種自然因素綜合作用下具有良好使用性能的重要基礎保證，同時也是瀝青路面性能發(fā)揮最大化和路面結構建設施工合理經(jīng)濟化的重要技術支撐。瀝青路面面層由于在使用過程中會直接承受行車和各種自然因素的反復循環(huán)作用，必須要求其具有非常良好的高強度(抗拉和抗剪切)、耐磨耗、耐久性、抗滑性、熱穩(wěn)性、以及不透水性,因此，實際道路改造設計過程中，通常選用粘結力較強的結合料和強度較高的集料作為路面的面層材料。從大量設計經(jīng)驗和道路建設實踐可知，改造道路瀝青面層通常可以分為單層、雙層、甚至三層等結構，其中雙層結構又可以分為表面層和下面層；三層結構又可以分為表面層、中面層、以及下面層。瀝青路面表面層應具有非常良好的平整密實度、抗滑耐磨性、以及抗裂耐久性；中面層和下面層應具有非常良好的高溫抗車轍性、抗剪切性、密實度、以及不透水性，同時下面層還應具有非常良好的耐疲勞開裂性能。瀝青路面表面層的類型結構及性能水平應與道路的等級、使用性能要求、以及交通等級等技術指標相匹配[2]。瀝青路

面基層主要承受由面層向下傳遞的車輛豎向荷載作用力，并將其擴散到瀝青路面墊層或土基中，因此，路面基層必須具有足夠大的強度和剛度，以確保高速行車安全和行車舒適性要求�；鶎討�根據(jù)工程實際情況，結合當?shù)卦�材料、交通運輸量、運輸負荷類型、氣候地質(zhì)條件、筑路原材料、以及路基水文等條件進行綜合考慮，選擇技術安全合理、節(jié)能經(jīng)濟的瀝青路面結構層。瀝青路面結構組合和優(yōu)化設計是一項經(jīng)驗性、技術性均比較強的綜合性工作，除了要有豐富的設計知識體系外，還要有非常強的實際道路改造設計、施工建設等實踐經(jīng)驗，確保路面具有非常良好的綜合使用性能水平。

2.1嚴謹進行瀝青面層結構組合和優(yōu)化設計

從大量道路改造過程實際設計方案、應用效果可知，結合道路實際交通量而言，如城市支路如果技術能夠滿足，從經(jīng)濟性方面來看，可以采用單層設計結構；對于城市次干路及以上等級的道路通常應采取雙層設計結構，對于交通量特別大、性能等級要求較高的主干路和快速路則應采取三層設計結構。對于城市主干路而言，在交通量、性能技術要求非常相近的情況下，有的設計人員采用兩層式結構，有的則采用三層式結構，兩者間的厚度相差在3cm以上，使得工程施工建設完成后要么偏薄，路面容易發(fā)生早期損壞等不利現(xiàn)象；要么偏厚，從而大大降低工程總體投資經(jīng)濟效益水平。因此，在路面結構形式設計過程中，要充分結合工程實際及鄰近地區(qū)相應工程的成功經(jīng)驗，嚴謹進行瀝青面層結構組合和優(yōu)化設計，杜絕隨意性設計等造成工程投資的大量浪費和為后期運營埋下巨大安全隱患。

2.2要重視最小壓實厚度

在路面瀝青層厚度的擬定過程中，要重視最小壓實厚度對路面性能的影響，從而確保設計方案中各層瀝青混合料在實際施工中，能夠形成均勻而壓實穩(wěn)定的結構層次。從道路改造相關技術規(guī)范和標準要求可知，瀝青路面各層設計厚度不宜小于3倍混合料的公稱最大粒徑要求。但在實際設計過程中，很多沒有達到上述技術指標要求，如當瀝青層設計為12cm時，上面層通常設計成5cm中粒式AC-16，而下面層則設計成7cm粗粒式AC-25，這樣的設計方案就不能滿足“3倍”技術指標要求。因此，在實際結構層厚度設計過程中，要嚴格按照相關技術規(guī)范要求設計各層厚度。

2.3設計科學合理的路面基層結構

在路面基層厚度設計時，不僅要滿足瀝青路面結構整體強度要求，還應考慮施工過程中分層壓實的效果。如設計中經(jīng)常出現(xiàn)25cm厚的一層基層，這樣厚的一層基層在實際施工過程中難度較大，難以壓實。若分為12cm+13cm兩層結構則單層會太薄，導致基層在施工過程中產(chǎn)生過大的拉應力而出現(xiàn)開裂等不利情況，因此，在實際設計過程中，應設計科學合理的路面基層結構[3]。

3瀝青層底拉應力驗算設計要點

由于路面瀝青層底拉應力驗算計算相當繁瑣，很多工程在實際設計過程中沒有進行嚴格的加鋪層層底拉應變的驗算。在結合很多實際設計工作經(jīng)驗，并結合相應工程設計經(jīng)驗結果，分析總結得到不同加鋪層厚度層底拉應力關系如圖1所示：

圖1不同加鋪層厚度層底拉應力關系曲線圖

從圖1可知，將需要改造的道路勘測一個整體，通過相應的計算公式可以得到不同厚度的當量回彈模量（注：路面瀝青層的模量按15℃計算，統(tǒng)一取值為1600MPa，則可以獲得加鋪瀝青面層不同厚度的底拉應力。在實際設計過程中，按照圖1即可以查得在不同地基模量和不同層厚情況下，瀝青路面層底的拉應力大小，從而確保瀝青路面具有較高性能水平。

4結束語

舊道路進行技術升級改造和大修設計過程中，要綜合考慮道路網(wǎng)絡規(guī)劃及其改造技術標準要求等各個方面。在瀝青路面結構組合和優(yōu)化設計過程中，要充分

結合當?shù)卦�材料、交通運輸量、運輸負荷類型、氣候地質(zhì)條件、筑路原材料、以及路基水文等條件進行綜合考慮，選擇技術安全合理、節(jié)能經(jīng)濟的瀝青路面結構層設計方案，確保道路改造設計方案具有較高性能和經(jīng)濟水平。

參考文獻

[1]中華人民共和國行業(yè)標準.公路瀝青路面設計規(guī)范JTJ014-97[S].人民交通出版社,1997.

[2]吳文陽.高速公路瀝青路面結構設計分析與建議[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,201*(5):182-183.

[3]亮,穆雪野.公路改擴建中瀝青舊路面的性能評價指標研究[J].工程技術,201*(17):83.

擴展閱讀：瀝青路面結構層設計問題分析

瀝青路面結構層設計問題分析

摘要：隨著我國公路建設的迅速發(fā)展及技術的進步,對公路工程質(zhì)量的要求也逐步提高，本文從路面設計交通荷載、軸載換算方法、路面結構層設計參數(shù)等進行了分析。關鍵詞：瀝青路面設計

由于瀝青砼路面較水泥砼路面具有平整、無接縫、行車舒適、耐磨、噪聲低、施工期短、養(yǎng)護維修簡便等眾多優(yōu)點,因此在講究品質(zhì)的現(xiàn)階段,瀝青砼路面日益成為公路和城市市政道路路面結構的選擇,在進行路面結構設計時同時必須確定路面結構的材料參數(shù)，路面結構的材料參數(shù)主要包括路面結構層的幾何參數(shù)、力學參數(shù)，如泊松比、模量等，以確保路面結構設計合理。一、交通荷載1．輪壓和標準軸載

利用氣壓表對車輛現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)貨車壓力普遍超過0．7mpa，對于軸載超過10t的輪胎，胎壓一般在0.8～1.1mpa范圍內(nèi)，而且隨著軸重增加，胎壓也增大。交通部公路科研所《重載交通瀝青路面軸載換算研究總報告》表明，根據(jù)實際接地面積計算出來的輪胎接地壓力與輪胎內(nèi)壓并不相等。當輪胎內(nèi)壓較低時，接地壓力比輪胎內(nèi)壓高；當輪胎內(nèi)壓較高時，接地壓力低于輪胎內(nèi)壓。隨著輪胎荷載的提高，在輪胎內(nèi)壓大于0.7mpa時，試驗的各級荷載作用下的輪胎內(nèi)壓均比接地壓力大。輪胎內(nèi)壓與接地壓力的差值和輪胎的

剛度有關，而輪胎剛度與輪胎的材料和其構造有關，在路面結構設計中，為安全起見，一般以輪胎內(nèi)壓代替接地壓力。

由于作用在路面的設計荷載千變?nèi)f化，一般選用一種軸載作為路面結構設計的標準車載，其他各種車載按照一定的原則換算成標準軸載。而標準軸載一般要求對路面的響應較大、同時又能反映本國公路運輸運營車輛的總體軸載水平。為了統(tǒng)一設計標準和便于交通管理，各個國家對標準軸載均有明確的規(guī)定。我國根據(jù)公路運輸運營車輛的實際，公路與城市道路有關路面設計規(guī)范中均以100kn作為設計標準軸重。

接地壓力和設計標準軸重是荷載設計的兩個最基本的參數(shù)。當量圓形的半徑r確定:

r=(p/(π×p))1/2=(100×103/(3.14×0.7×106))1/2=21.30cm輪胎壓力大小對路面厚度的影響很大。計算表明，在結構相同的剛性路面中，輪胎壓力增大70kpa，需增加板厚約0.5cm。主輪軸型式對路面厚度影響較大。計算表明，若車輛總質(zhì)量不變，主輪軸為單輪時的路面厚度為100％，則主輪軸為雙輪時路面厚度為80％，主輪軸為雙軸雙輪時路面厚度為60％。統(tǒng)計分析得出：兩輪中心距為1.5d。2.車道系數(shù)

輪跡橫向分布系數(shù)應用到路面設計以前，還應分析一下荷載作用下，輪跡以外一定范圍內(nèi)的路面結構中所引起的不同程度的疲勞損壞。計算表明，對于國內(nèi)典型瀝青路面結構，在輪跡外50cm距離

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