不同設計方法下瀝青路面疲勞壽命對比

郭少華

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，人們的生活水平得到了較大的提高，相應的需求也有所增加，交通出行需求就是最為基本的需求之一，為了更好的滿足人們的這類需求，近幾年，關于橋梁道路工程的建設正在積極的開展，而隨著路橋項目數量的不斷增多，人們也越來越重視瀝青路面結構的設計，因為瀝青路面結構的設計往往關系著最終路面的使用壽命以及疲勞性能，而不同的設計方法具有不同的特點，針對國內外不同設計方法下的瀝青路面疲勞壽命就有必要進行分析。

關鍵詞：瀝青路面；疲勞壽命；對比；設計方法

事實上，在瀝青路面施工之前，都會進行其路面結構的選擇，尤其要進行合理的設計，以預估其瀝青路面結構的疲勞性能等，從而更好的保證瀝青路面施工的質量，滿足路橋施工的要求。而設計防范的選擇就顯得極為關鍵，不同的設計方法具有很大的不同，國內外的設計方法就有有著很多的不同點，而具體的預估效果還是值得進行對比研究的，通過科學的對比，為設計方法的改進提供有效的參考，同時也能更好的優化路面結構，保證其路面疲勞性能良好。

1 我國瀝青路面設計方法與殼牌設計方法的對比分析

實際上，在瀝青路面的設計方法上，國內外有些不同，以殼牌設計方法為例，這種設計方法就較為成熟，經過有關研究表明，其路面結構設計與路面性能的性慣性較好。而我國的瀝青設計方法也在不斷的完善過程中，對于這兩種設計方法而言，就有必要進行對此分析。

1.1 設計理論

針對我國瀝青路面設計和殼牌設計方法而言，設計理論上就有著很大的不同。首先，就我國的瀝青設計方法而言，最早誕生于上個世界的六十年代，后來也經過多次的補充和完善，最終初步構成了靜態設計參數以及靜態設計理論為基礎的瀝青路面設計體系。主要是按照一定的原則進行相關彎沉值的計算。而就殼牌設計方法而言，它也起源較早，是人們研究下的成果，與我國的設計理論不一樣，它主要依據的是經驗設計法，后來也經過不斷的修訂，現階段比較常用的就是力學經驗設計法，主要考慮了變形、不平整度等可靠度等問題。

1.2 設計指標

在設計指標上，我國的瀝青路面設計方法與殼牌設計方法也有所不同。前者的設計方法主要是以路表的彎沉以及層底的應變等參數為設計指標，其設計彎沉則是其整體的路面剛度指標，對于后續路面設計工作的開展起到一定的指導作用。就我國的設計中的指標而言，它主要考慮的是路面結構的強度以及穩定性能等，按照現行的路面設計方法進行路面的設計，能夠取得一定的設計效果，但是在惡劣條件下也容易出現一些問題。而針對后者的設計方法而言，它主要是以瀝青層底彎拉應變和土基頂面壓應變為基本的設計指標，通過建立一些的關系式，能夠更好的反映出路面結構的性能。

1.3 材料設計參數

在材料設計參數上，我國現行設計方法與殼牌設計方法也存在一些不同之處。實際上，可以說材料參數對于路面的設計起著極為關鍵的作用，是重要的參數之一，而材料的模量則是路面結構中的重要材料參數，基本代表著其材料剛度的特性指標。所以，在實際進行結構設計的過程中，必須要加強對于瀝青路面結構性能的研究，已確定材料最終的模量值。而針對本文中的國內外設計方法而言，其中材料參數的主要區別就在于其材料測試的具體方法上。一般而言，我國設計中都是采用靜態試驗方法，而殼牌設計方法則主要采用動態的測試方法來進行測量，最終反映出瀝青路面材料的性能。

1.4 性能評估

本文中的國內外兩種設計方法的不同之處還體現在性能評估上，這也是關鍵的部分。針對我國設計方法而言，往往是通過其整體結構層層底拉應力來進行驗算，從而驗證其結構性能，而殼牌設計方法的應用往往有一定的預估模型，通過輸入各種參數來進行預估，從而加以裂縫深度以及疲勞壽命等方面的預估驗算，最終通過軟件來觀看其路面性能等。

2 不同設計方法下瀝青路面疲勞壽命對比

依托某高速公路耐久性試驗路工程，對三種結構型式瀝青路面進行力學計算，應用國內外設計方法對比分析其疲勞壽命，并結合多年跟蹤觀測結果，以探索最佳的耐久性瀝青路面結構型式。

2.1 計算模型及參數

（1）計算模型。采用的雙圓均布荷載，作用半徑為10.65cm，荷載圓中心間距31.95cm，荷載0.707MPa.路面結構力學響應計算采用BISAR3.0軟件，假設層間完全連續。（2）計算參數。高速公路長壽命試驗路項目共鋪筑三種結構試驗路，長度分別為951.5，1037，969m.其中，結構一基層為加強型半剛性基層；結構二為碾壓混凝土（RCC）基層；結構三為倒裝式半剛性基層。

2.2 力學響應分析

以路表彎沉、瀝青層底拉應力及基層底拉應力為設計指標；國外以殼牌設計方法為代表的柔性路面設計法以瀝青層底拉應變、土基表面壓應變為設計指標.針對以上規范，分別提取其設計指標在路表或關鍵層底沿橫斷面方向的30個數值，借助origin軟件繪制圖像。

2.3 計算結果對比分析

（1）我國2017版規范。本節僅分析三種結構瀝青層的永久變形量，給出了瀝青混合料永久變形量驗算公式，將BISAR計算得到的各分層豎向壓應力計算結果代入公式，得到永久變形量見表1。

（2）殼牌設計法。殼牌設計方法指標為瀝青層底彎拉應變和土基頂面壓應變，瀝青層底最大彎拉應變和土基頂面最大壓應變計算結果見表2。

2.4 疲勞壽命

（1）按照我國規范驗算。通過彎沉值反算得到的疲勞壽命顯著大于通過基層底拉應力反算得到的疲勞壽命。按照取最小值，三種結構的疲勞壽命大小順序：結構一>結構二>結構三，且結構一和結構二疲勞壽命數量級大于結構三；按照我國新版規范設計理論，根據基層底最大拉應力驗算得到的結果將與相同，不同之處在于增加了瀝青層永久變形量，根據計算結果，可得三種結構的疲勞壽命大小順序仍然為：結構一>結構二>結構三。（2）按照殼牌設計法驗算。按照疲勞壽命取最小值原則，三種結構的疲勞壽命大小順序：結構一>結構二>結構三。對比我國規范與殼牌設計法的疲勞壽命計算結果，預估結果大小順序一致.因殼牌設計法主要針對于柔性路面，其計算結果普遍小于我國規范計算結果。

3 結束語

隨著時代的不斷向前發展，各個領域都獲得了較大的發展，我國交通道路事業也取得了一定的進步，這與道路工程的建設有著密不可分的關系。而瀝青路面作為常見的路面類型之一，其路面結構的選擇以及設計方法的應用都是人們關心的重點，本文主要以某高度公路的試驗路面的三種路面結構為依托，運用我國設計方法以及殼牌設計法進行預估，并進行路面疲勞壽命對比分析，實際結果可知，預估的結果大致一樣，這些設計方法值得被人們加以借鑒，選擇改性型半剛性基層和碾壓混凝土基層瀝青路面疲勞性能更好。

參考文獻

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