我國現行瀝青路面設計方法存在問題分析

【摘要】當前我國公路的主要路面結構類型為瀝青路面設計，在我國高速公路的快速發展形勢下，瀝青路面設計技術以及相關的施工技術也取得了很大的改進與發展，但在實際使用過程中，仍然存在諸多問題。本文主要分析了當前我國瀝青路面設計過程中存在的一些問題，并在此基礎上提出了相應的優化對策。

【關鍵詞】瀝青路面；設計方法；問題；對策

隨著我國高速公路的快速發展，瀝青路面作為我國公路路面結構的主要類型，瀝青路面的設計方法以及施工技術等方面也取得了很大的創新與突破，目前已經取得了很多極富成效的成果。據相關數據統計，瀝青路面在我國現行建成的25000多公里高速公路中占到85%-90%左右，但就目前這些建成的高級瀝青路面設計使用現狀分析，瀝青路面普遍存在早期損壞現象，其使用年限低于設計使用年限，常常會出現沉陷車轍、裂縫以及表面功能損壞等質量通病。導致這些問題的原因與路面設計、實際施工以及后期維護等諸多因素有關，其中路面設用瀝青路面設計方法進行分析計是導致這些問題的源頭，良好的設計方法可有效減少這些問題產生，下面主要就國內外常，結合我國現行瀝青路面設計的主要方法分析其中的問題，并針對問題提出幾點改進建議，以期進一步提高我國瀝青路面設計水平。

1.國外幾種常用路面設計方法

1.1基于力學設計方法

力學經驗法主要是對路面結構在環境、荷載等作用下產生的位移、應變、應力等力學反應量進行分析，根據一定的要求，建立各種路面性能在力學反應量之間的性能模型，并設計路面結構。各國科技人員最早于20世紀60年代初開始致力研究瀝青路面的力學——經驗設計方法，其中殼牌（Shell）法以及美國瀝青協會（AI）法最為出名。殼牌公司的Domon、Peattie在首屆瀝青路面結構設計國際會議中分別提出關于瀝青路面設計的力學-經驗法方法設計框架，路面結構主要以三層彈性層狀體系為代表，計算結構內每一個特征點在圓形均布輪載作用下產生的位移值、應變值以及應力值。然而瀝青路面的主要損壞模式以路基土以及粒料層的過量永久變形以及瀝青面層的疲勞開裂為主，設計指標以在荷載重復作用下，路基頂面產生的壓應變、壓應力以及面層底面產生的拉應變為主。

1.2基于經驗的設計方法

經驗法主要是實驗觀測使用道路以及試驗路段情況，建立路面性能、軸載大小和作用次數等荷載，材料性質、結構層組合及厚度等路面結構等經驗關系。主要包括以下兩種設計方法：

1.2.1美國加州承載比（CRB）法。該種設計方法的路面材料以及路基土性質指標主要以CBR值為主，測定使用良好以及已經損壞路面的CBR值，建立路面結構層厚度、輪載、路基土CBR的相互經驗關系曲線，然后根據設計路基土的CBR值以及輪載確定路面層總厚度。

1.2.2美國各州公路和運輸工作者協會（AASHTO）法。該種方法主要以AASHO試驗路為基礎，將試驗路的試驗觀測數據整理后即可得到路面使用性能、軸載、路面結構之間的經驗關系。AASHTO的最大特點在于路面使用性能的度量指標以現時服務能力指數（PSI）為主，其中PSI指標是由專門的評分小組成員通過建立其與路面修補、車轍、裂縫、平整度等路面實況的經驗關系式，可獲得更多的路面信息，為力學——經驗法提供更多的參數驗證以及設計指標依據。

2.我國當前現行瀝青路面結構設計方法介紹

2.1設計理論

我國現行的瀝青路面結構設計模型主要參考英荷殼牌（Shell）法設計理論，將路面視為一種多層彈性體系，層面采用典型的廠拌瀝青混凝土材料，采用楊氏彈性模量E表示；基層則采用典型的粒料材料，采用泊松比μ表示，材料各層的水平方向無窮大，且材料性質保持同向、同質性，土基向下方向具有無限深度。荷載的標準軸載以雙輪組單軸載100KN為基準，采用BZZ-100來表示，兩輪之間的中心距1.5倍作為量圓直徑，量圓直徑d作為單輪傳壓面（21.3cm）。層間符合完全連續接觸條件。

2.2設計指標

我國現行瀝青路面設計主要以前蘇聯設計方法作為設計指標，控制指標主要以設計彎沉值為基礎，設計驗算采用彎拉應力作為標準。路面整體強度設計控制指標——設計彎沉，主要采用路表容許彎沉值為主，利用層底抗拉應力驗算一級、二級公路、高速公路、底基層、半剛性基層以及瀝青面層的設計指標，若為城市路道，還應該采用剪應力指標對瀝青混合料面層進行驗算。

2.3設計參數

現行瀝青路面設計的交通分析計算主要采用的是BZZ-100標準軸載，相關的計算公式主要遵循層底拉應力等效原則、原規范彎沉等效原則，以《軸載換算公式的研究》成果為主，結合多層彈性理論分析拉應力、彎沉與軸載P或P、d因素關系，對比分析公路上對不同軸載汽車的彎沉進行測量、直槽測試拉應變驗證、疲勞試驗、容許彎沉公式提出相關的設計參數。材料強度指標主要以抗拉應力為主，抗拉強度的測定主要采用圓柱體劈裂試驗方式；表征材料的剛度特征指標主要以材料模量為主，主要采用靜態抗壓回彈模量進行計算。

3.我國現行瀝青路面設計方法中存在的主要問題

主要表現為以下幾個方面：①我國現行瀝青路面設計對于路面的實際使用性能考慮較少，過于關注力學特性，對于兩者之間的聯系缺乏定量分析。②路面結構的厚度結構設計中，很多柔性基層瀝青面層疲勞壽命相對完成指標確定的路面結構壽命要高，而半剛性基層瀝青面層基本上處于受壓狀態，因此瀝青面層的疲勞開裂損傷基本上不會出現，路面結構設計控制指標只有依靠彎沉值。③現行的路面設計方法主要依靠國內外使用經驗（包括交通量、氣候、水文、公路等級、筑路材料等）提出相應的路面厚度以及結構組合進行設計計算，并沒有定量設計路面結構組合。④材料參數選擇。結構的強度并沒有通過材料的強度直接反映，設計階段和施工階段的材料參數設計缺乏一致性；路面的實際情況與確定材料參數試驗條件存在較大差距；并沒有明確路面使用性能以及參數指標之間的對應關系。

4.優化我國現行瀝青路面設計方法的建議

4.1制定科學的路面設計標準

應進一步完善的路面設計指標內容，整個路面設計指標體系應可以較好的反映材料特性以及瀝青路面結構特性，同時還應包括對各級路面的使用性能要求以及行車荷載和環境因素作用。比如可以在現有設計指標基礎上增加像可反映瀝青面層疲勞開裂破壞的水平拉應變￡指標；可較好的反映路面車轍問題的指標，如重復荷載作用次數N與路基垂直壓應變ε之間的關系指標。

4.2選擇合理的材料參數

我國現行的瀝青路面設計的材料回彈模量主要以靜態下的抗壓模量E為衡量標準，并不能動態反映材料的回彈模量。比如測定路基土回彈模量值，并沒有采用測震儀或動態彎沉儀進行動態測量其回彈模量，利用僅僅采用承載板法測定，導致測量結果與實際設計參數有一定偏差，因此在材料參數選擇方面應推薦采用動態儀進行測定。

綜上所述，我國現行瀝青路面設計方法上仍存在諸多不足之處，應仔細分析當前存在的問題，查找原因，積極采取相應的解決對策。同時應加強瀝青路面設計的規范性、有序性，在設計實踐過程中，不斷反思、總結經驗，提高瀝青路面設計水平。

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