几种新型沥青路面结构在我国高等级公路上的应用

第一届全国公路科技创新高层论坛论文集新技术新材料与新设备卷

王旭东

交通部公路科学研究所，北京，100088

内容摘要本文将介绍交通部公路所近几年来在我国高等级公路的建设和养护过程中研究开发的一些新型沥青路面结构。在这些路面结构的研究过程中，科研人员借鉴了国外最新的沥青路面设计思想，在各有关建设单位的大力支持下，大胆实践，经过几年的实际使用考验，认为是成功的。

这些路面结构包括用于改善济青高速公路抗滑性能的超薄沥青混凝土路面结构；在河北京沪高速公路上铺设的六种低噪音路面结构；在广东广珠东线高速公路上采用的薄面层水泥混凝土罩面技术；以及改性沥青防水层技术等。

这些新路面结构的使用成功，为我国沥青路面的结构设计和材料设计提供了新的设计思想，如果能推广使用将大大改善我国目前高等级沥青路面的使用品质，降低工程造价，具有十分显著的社会和经济效益。

关键词超薄沥青混凝土、低噪音路面、加铺、钢桥罩面、改性沥青防水层

0. 前言

随着我国沥青路面结构和材料设计研究的逐渐深入，发现现有的沥青路面设计方法难以满足路面工程建设和养护方面的需求，如：桥面沥青混凝土的铺装还有待进一步完善；旧路面的沥青混凝土罩面还未有一套成熟的方案；已建和在建的高等级公路沥青面层普遍偏厚；沥青路面，特别是沥青混凝土面层的设计还主要局限于结构承载能力的设计，对于其使用功能的设计还远远不够。这都限制了我国高等级公路沥青路面技术的发展。

面对这些问题交通部公路科研所的科研人员突破一些传统观念的束缚，在各有关建设和管理单位的大力支持下，借鉴国外最新的研究成果，结合我国的实际情况，采用新的设计思想和方法，研究了一些适合我国高等级公路沥青路面的新型路面结构，并经过几年的应用考验，证明是成功的。具体包括：

1）、超薄沥青混凝土抗滑表层

2）、低噪音沥青路面

3）、水泥混凝土路面上的沥青混凝土罩面技术

4）、改性沥青防水层技术

5）、钢桥面沥青混凝土铺装技术

本文将结合试验路或实体工程的情况，对以上这些技术进行简要的介绍，供国内有关专家借鉴、参考。

1. 关于超薄沥青混凝土抗滑表层

超薄沥青混凝土首先产生于七十年代后期的法国，用于沥青路面抗滑性能的恢复。后来也用于新建路面的修筑。这种路面具有构造深度大，抗滑性能好，行车噪音低，同时由于厚度较薄，造价低，适宜于路面养护维修。故自产生以后，欧美许多国家纷纷采用，如：英国、美国等。

一般来说，国际上通常称沥青混凝土铺装层厚度为2～2.5cm为超薄沥青混凝土，厚度为3cm为薄层沥青混凝土。超薄沥青混凝土厚度比较薄，因此混合料的粒径比较小，但同时又要要求有较好

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的构造深度和抗滑性能，两者之间看似有一些矛盾，尤其是密实型的混合料。所以混合料的级配需要专门研究。

我国的超薄沥青混凝土路面的研究起步比较晚。在九十年代中后期，北京、广州等地的城市道路先后采用埃索改性沥青铺设了超薄沥青混凝土路面的试验路段。而此时，混和料的级配为了满足构造深度的要求，一般采用现行规范中Ⅱ型级配。这种级配由于空隙率较大，其稳定性不好，因此实际的使用效果并不十分理想。

九十年代后期，交通部公路所采用断级配密实型的混和料级配原理研究超薄沥青混和料，先后在济青高速公路和河北京沪高速公路铺设了试验路段，并经过了一年多的考验。

济青高速公路是九十年代初期建成通车的，经过多年的使用，行车道上的抗滑性能严重衰减，影响了行车的安全。为此，采用超薄沥青混凝土罩面以改善行车道的抗滑性能。铺设的试验路采用两种改性沥青和两种级配（UTAC10（断）和UTAC10（完全断））。试验路于2000年5月建成通车。建成后先后于2000年5月、9月、11月和2001年9月四次测定路面的构造深度，结果见图1。每年的9月份刚好是当地夏季刚过。图中第一段为完全断级配和壳牌改性沥青，第二段为断级配和壳牌改性沥青，第三段为断级配和国产改性沥青，第四段为完全断级配和国产改性沥青。

图1、试验段四次构造深度检测结果对比图

从图中看出，竣工后和第一年夏季后，四个试验段的变化情况基本一致，总的来看四个试验段的构造深度差不多，具体分析，构造深度从大到小依次为：第一段、第二段、第三段、第四段。此时构造深度的大小主要是由当时的施工水平决定的。

第一年冬季（11月份）和第二年夏季再检测，四个试验段的构造深度变化开始显现出来：第二段和第三段的构造深度明显大于相同油石比下完全断级配的第一段和第四段。第二段和第三段都是断级配，但第三段的油石比比第二段略低，所以第三段构造深度最大。此时的构造深度大小则主要是由沥青混合料本身抗滑耐久性决定的。

应该说，经过两年多的使用四个试验段的构造深度的变化与建设初期相比都比较稳定，至少还残留88%的构造深度，与国际上50%再罩面的标准相比，还可以使用多年。特别是，由于路面经使用

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后形成了新的构造纹理，第二、三、四段的构造深度甚至大于建设初期。

2. 关于低噪音沥青路面

近年来世界上众多国家为降低公路交通噪声采取了许多措施。欧洲经济共同体（European Economic Community）规定路面噪音的允许范围从1974年的不大于91dB（A）降低到1990年的84dB （A）。因此，低噪声沥青路面引起了十分广泛的兴趣和重视，并且在应用中取得了良好效果。低噪声路面从沥青混凝土结构上分，可分为两大类：一是多空隙沥青混凝土，二是小粒径超薄沥青混凝土。

从声学角度讲，轮胎与路面摩擦产生噪声后，为减少噪声的等级一方面通过路面表面的构造深度和空隙吸收噪声，另一方面通过路表面的纹理（单位面积内表面的构造数量）反射噪声，消耗噪声的能量。这也正是多空隙沥青混凝土和超薄沥青混凝土能够减少噪声的主要机理，特别是超薄沥青混凝土，由于颗粒小，相同面积下，表面的纹理多，降噪效果十分明显。

目前，国内已有少数研究单位、高等院校开展了多空隙沥青混凝土和超薄沥青混凝土的研究。如1988年交通部公路科学研究所与河北省交通合作在正定试验路上铺筑了100米的OGFC16试验路，同济大学于1996年在浙江萧山等地铺设了多空隙降噪试验路段（4400m2），北京市政和广州市政分别在北京和广州铺设了超薄沥青混凝土试验路段（埃索改性沥青），交通部公路科学研究所与济青高速公路管理局和山东省交通科学研究所合作于1999～2000年济青高速公路上铺设了超薄沥青混凝土，近8000m2（两种级配、两种改性沥青）。

表1为河北省京沪高速公路减噪试验路段的路面结构。共有六种不同结构的低噪声路面。沥青面层的总厚度为15cm。结构一、二、三为超薄沥青混凝土，摊铺厚度只有2.5cm，结构一为开级配磨耗层（又称多孔隙沥青混凝土），设计孔隙率18%～20%，结构二、三为密实型沥青混凝土，最大粒径分别为9.5mm和4.75mm。结构四、五为一般的三层路面结构，结构六为两层路面结构。同时为了改善路面结构使用的耐久性，由表中看出，各个结构均设置改性沥青防水层。结构一至三设置在中面层下面，结构四至六设置在上面层下面。此外，在结构一至三中采用PAC20（多孔隙沥青混凝土，设计孔隙率20%～25%）作为路面结构内部的排水结构层。这样对于结构一，实际上是一个双层透水路面结构型式。

表1、河北省减噪试验路路面结构

结构上面层防水层中面层防水层下面层

一 2.5cmOGFC10 5cmPAC20 有 7.5cmSAC25

二 2.5cmUTAC10 5cmPAC20 有 7.5cmSAC25

三 2.5cmUTAC6 5cmPAC20 有 7.5cmSAC25

四 4cmOGFC16 有 5cmSAC20 6cmSAC25

五 4cmSAC13 有 5cmSAC20 6cmSAC25

六 6cmSAC16 有9cmSAC25

表2为使用1年后，减噪试验路噪音水平的测定结果，测试车采用两厢富康车。采用两种不同的车速80km/h和120km/h。表中（1）、（2）栏为两次平行测试的平均值，平行测试的误差不超过1dB。表中（3）、（4）栏为6种试验路面结构与AC16相比的噪声降低水平。（5）栏为相应的降低噪声的平均值。（6）栏为2000年12月第一次检测结果。（7）栏为两次噪声检测，噪音降低的变化值。

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表2、2001年10月减噪路面测试及分析数据 80KM/H 120KM/H

80KM/H 120KM/H 平均第一次变化情况路面类型（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）

AC16 82.6 89.4 - - - - -

OGFC16 79.3 84.4 3.3 5 4.15 5.05 17.82%

SAC13 77.8 83.3 4.8 6.1 5.45 5.10 -6.86%

SAC16 80.3 86.7 2.3 2.7 2.5 2.62 4.76%

UTAC6 76.2 81.4 6.4 8 7.2 7.63 5.57%

UTAC10 78.6 83.4 4 6 5 6.80 26.47%

OGFC10 77.1 81.8 5.5 7.6 6.55 9.68 32.30%

从表2数据看出，6种结构第一年的减噪水平从2.62～9.68dB ，经过一年的使用后，噪声降低范围为：2.5～7.2dB 。从（7）栏六种路面类型减噪能力变化情况看（这是衡量这6种路面型式减躁耐久性的指标），除SAC13的减噪能力略有提高外，其余5种都有不同程度的降低，尤以OGFC10变化最大，减躁能力降低约1/3，其次为UTAC10和OGFC16，UTAC6和SAC16变化较小。

综合6种路面减躁能力和减躁水平的耐久性两个指标，6种路面形式减躁效果最好的是：UTAC6；最差的是SAC16；OGFC10和OGFC16如果不能及时清孔处理，其减噪能力衰减过快，未来发展的趋势暂无法预料；SAC13减噪的水平比较稳定，是一种比较理想的减噪路面型式；UTAC10的噪声变化较为奇怪，其减噪能力的衰减幅度之大出乎意料。

通过对河北省低噪声沥青路面试验段中6种不同材料组成形式的沥青混合料的减噪效果的分析比较，认为从路面材料角度对汽车行驶噪音影响的因素有：混合料的最大粒径、孔隙率和构造深度，相比较而言，前两个因素影响最大。从减噪的效果和减噪的耐久性综合而言，适合我国的低噪声沥青路面的结构结构型式为：细粒式、多碎石、密实型沥青混合料。

3．关于沥青混凝土罩面技术

随着我国公路建设的需要，许多早期建设的水泥混凝土路面产生了多种早起破坏现象，要求在上加铺沥青混凝土面层，以改善其使用性能。这在我国南方，特别是广东、浙江、湖南、广西、湖北等省尤为普遍。

在水泥混凝土面板上加铺沥青混凝土面层，原理上讲类似于复合式路面的设计，但由于原有混凝土路面都是经过多年的使用，混凝土板产生了许多破损，如：断板、错台、沉陷、啃边等；另一方面，经过长时间的使用原有混凝土板下的基层和路基状态发生了变化，如：由于雨水的浸泡和行车荷载的作用导致路面承载能力下降、路基沉陷等。因此，在加铺沥青面层前需要对老路面进行全面的调查、评价。这是与一般复合式路面设计最大的不同点，也是设计的难点。

1999年初，交通部公路科学研究所结合广东省广珠东线高速公路逸仙大道的改造工程，针对水泥路面加铺沥青混合料面层的技术进行了全面研究。逸仙大道是一条在原有水泥混凝土路面上进行沥青混凝土路面加铺。设计和施工工期紧，从设计到施工结束仅用了八个月时间。原有路为一条乡村道路，路面破损严重，地质情况比较复杂。

1、原有水泥混凝土路面的评价，包括水泥混凝土板面的破损调查，路面承载能力的调查及原有水泥混凝土板脱空情况调查。采用了当今国内外比较先进的调查手段和仪器设备，包括落锤式弯沉仪和探地雷达设备，取得比较满意的结果。

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2、提出对原有水泥混凝土板的处理方案。如对混凝土板的边角破损、断板、错台的处理意见和对于沉陷和比较严重的错台采用压浆处理。

3、根据路线设计文件和业主的要求，在原有混凝土板面上平均罩面8～10 cm 的沥青混凝土。沥青混凝土的材料组成和结构组合设计针对广东省高温多雨的气候条件，采用高温稳定性好、抗水害能力强的沥青混凝土型式，并采取了相应的技术措施：

1〕、采用多碎石型沥青混凝土；

2〕、采用水泥取代部分矿粉；

3〕、采用添加抗剥落剂；

4〕、提高压实标准，沥青混凝土面层压实度要求达到98％以上，同时控制现场空隙率不大于6％；

5〕、在填方路段采用多孔隙沥青混凝土作为路面结构内部排水；

6〕、在沥青混凝土较薄的地段设置防水层；

7〕、为防止、减少反射裂缝铺设了玻璃纤维格栅；

8〕、中央分隔带采用防水型，防止雨水下渗到路基中。

逸仙大道改造工程于1999年11月完成，交通部公路所对其使用性能进行了跟踪观测。分别于2000年10月和2001年10月进行了两次大规模的路况调查，包括平整度、构造深度、辙槽深度和坑洞、泛油、修补等情况，分析其使用性能的变化。

表3为三次平整度检测结果，发现路面平整度在通车一年后衰减比较快，其不平整度由交工时的0.68～0.83mm ，提高到0.88～0.95mm 。但第二年后，整条路的平整度基本稳定，2000年和2001年的不平整度变化不大。

表3、逸仙大道三次检测平整度水平汇总表珠海方向（mm ）中山方向（mm ）

行车道超车道行车道超车道

交工验收 0.83 0.68 0.78 0.67

2000年10月 0.938 0.945 0.878

2001年10月 0.853 0.934 0.956

表4为逸仙大道表面构造深度三次检测的结果。从表中数据看出，经过两年多的使用，路面的抗滑性能基本处在同一个水平上，说明设计采用的SAC16抗滑耐久性比较好。

表4、逸仙大道三次检测构造深度水平汇总表

珠海方向中山方向

停车带行车道超车道停车带行车道超车道

交工验收 0.75 0.74

2000年10月 0.809 0.837 0.877 0.837

2001年10月 0.72 0.79 0.73 0.71 0.85 0.74

表5为逸仙大道行车道上辙槽深度的检测结果。经过两年的使用，中山、珠海两方向的辙槽深

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度均在4mm左右，可以认为整条路的抗永久形变能力较好。

表5、2001年10月份路面车辙检测结果

方向珠海方向中山方向

样本量15 32

平均值 4.13 4.31

变异系数31.50% 45.79%

最大值 6 10

最小值 2 2

此外，通过对整条路的病害调查，整条路共有坑洞（包括已修补的）26个，总面积小于1m2，平均每公里0.76个，说明加铺层沥青混凝土的抗水破坏能力很好。特别是只有1个桥面坑槽，说明改性沥青防水层用于水泥混凝土桥面板的铺装效果良好。另外，通过调查发现，全路没有一条因为混凝土板产生的反射裂缝。这是十分难得和值得深思的。

4．关于钢桥面铺装技术

近些年来钢桥面的沥青混凝土铺装一直是公路界研究的一个热点。交通部公路所对目前钢桥面铺装存在的一些问题也进行了深入的研究。

在钢桥面上摊铺沥青混凝土材料与一般公路上有一定区别，又有一些联系。其主要的区别在于使用的界面不一样、使用的环境不一样、使用条件也不一样。钢桥面铺装是沥青混合料直接在钢板上摊铺，钢板的硬度大，表面光滑，其与沥青混合料的粘结是整个铺装结构中重要的一环；其次由于钢结构桥梁本身的结构和材料特点，钢桥上的温度远远高于路上，一般认为高10℃左右，这样对沥青混合料的高温稳定性提出了更高的要求；再有钢桥的跨度大，因此变形桡度和振动也较大，这也是一般公路上不存在的问题。由此可见，钢桥面沥青混凝土的铺装难度较大。

目前国内钢桥面铺装的主要型式有三种：双层SMA结构、浇筑式沥青混凝土结构、环氧沥青混凝土结构。这些型式在技术上各有特点，由于刚刚使用不久，还需要进一步验证，目前还难以下结论。特别指出的是在评价铺装结构是否成功，不仅要从技术上考验，还需要从经济上比较，目前我国钢桥面铺装的费用相当于一般高速公路沥青路面费用的3～5倍，有些方案的费用更高，这是应该引起重视的一个问题。

针对钢桥铺装而言，众所周知，最关键的是两个问题：一是层间的粘结问题（包括混合料与钢板粘结，和铺装结构层之间的粘结）；二是铺装混合料的高温稳定性问题。对于这两个问题就国内现有的技术是可以解决的，真正的技术难点不在于采用何种材料或结构去解决这两个问题，而是相应的材料技术标准是什麽。如：为了保证层间有良好的粘结，层间的粘结力应该多大？为了防止铺装结构的高温稳定性不足，铺装材料和结构的高温稳定性指标应是多少？这不仅仅是材料本身的问题，应该与钢桥的使用环境、交通荷载条件相联系，实际上是铺装材料和结构的使用性能指标问题。

交通部公路科学研究所于2001年在广东肇庆马房大桥的钢桥面铺装结构设计中，采用了多达11种不同的铺装材料和结构，用以研究其使用性能的变化规律。广东肇庆马房大桥位于广东省肇庆市四会县，横跨北江，建成于1984年，是公、铁两用桥，公路桥和铁路桥平行支撑在同一个桥墩。公路桥为14孔64米简支钢箱梁，桥长919.6米，行车道宽9米＋人行道2×1.5米。该桥位于珠江三角洲，气候属于热带海洋性类型，夏季钢桥表面最高温度可达70℃以上，日最大降雨量503.3mm，

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相对湿度85%左右。该桥地处321国道和324国道的共用段，交通量较大，超重轴载车多，根据2001年11月份的轴载调查资料分析，换算成每车道的累计标准轴次达到1.2亿次以上。因此，无论从结构、气候和交通等客观条件看，马房大桥都是十分不利的，对于研究钢桥面沥青混凝土的铺装是难得的试验场所。将来通过多年的使用考验，比较、分析、研究不同铺装结构的使用性能，提出经济上节省、技术上合理的钢桥铺装方案。

5．关于防水层技术

近些年来，随着我国公路上路面水损害的问题越来越突出，沥青路面的防水问题已引起广泛的关注。路面防水一般采用的措施有：一是采用密实型沥青混合料，二是采用防水结构层。由于沥青混合料存在一定的孔隙率是不可避免的，在保证充分压实的条件下，密实型混合料的现场孔隙率仍有6％左右，难以彻底防止雨水对路面结构的侵蚀。因此在路面结构内部，特别是在沥青混合料面层中设置防水层是十分必要的。

目前国内沥青路面防水层主要有两种型式：一是采用改性沥青砂做防水（如：常用的下封层），二是采用热洒改性沥青做防水层。前者是一种较为理想化的防水结构，由于沥青砂不可能抵抗基层和沥青面层产生的裂缝，它会随上下结构层裂缝的产生而开裂，且这种裂缝是不可愈合的，因此，这种结构不可能真正起到防水作用。再者，从这个结构层设置的位置看，也不够合理，它仅是防止雨水对基层的侵蚀，而路面的水损害主要产生在面层结构中，我国目前高等级公路的沥青面层都比较厚，15～18cm。因此这种防水结构不能解决沥青面层内部的防水问题。

综合而言，采用热洒改性沥青作为防水层是一个比较理想的措施。它不仅具有沥青砂防水层的所有功能，而且由于其材料本身的特点和施工特点，比前者有不可比拟的优越性。一来，这种防水层可以设置在沥青面层的下面层底部，也可设置在上面层底部，特别是设在上面层底部可有效防止雨水对沥青混凝土结构层内部的侵蚀。由于采用改性沥青，材料的恢复性较好，即使在冬季严寒时产生了一些裂缝，但随着气温的回暖，改性沥青的裂缝会逐渐愈合，在多雨季节仍起到较好地防水作用。

这种防水结构除了防水效果好外，还具有两个显著特点：一是最好的层间粘结材料，它比目前国内公路上采用的任何一种乳化沥青粘层材料的效果都要好；二是应力吸收层，这种结构层大约有2mm厚的改性沥青膜，能有效减小下面结构层的裂缝对上面结构层的影响，反之亦然。

正因为这种防水层的特殊作用，设置这种防水层无论对于新建的高等级公路，还是老路的改造，特别是水泥混凝土路面加铺沥青面层，都十分有意义。

这种结构层在我国最早试用于1988年建造的京石高速公路上的河北正定试验路，其上仅铺设了4cm的沥青混凝土。经过近8年的使用证明，这种结构层效果十分明显，该段路面上基本上未产生任何病害，而相邻的其他路段包括正常的生产路段都产生了不同程度的病害，如网裂、坑槽等。

上文提到的广东逸仙大道旧路面加铺工程也采用的改性沥青防水层结构。它是直接在水泥混凝土板面上洒铺热的改性沥青，然后铺设8～10cm的沥青混凝土面层，经过2年多的使用，路面未产生较严重的水损害。说明使用效果良好。之后在河北京沪高速公路的低噪音沥青路面试验路、陕西铜黄高速公路重载交通试验路段均采用了这种防水层结构。特别值得指出的是桥面铺装结构，无论是钢桥面铺装还是水泥混凝土桥面铺装，实践证明这种防水层结构对延长铺装的使用寿命，减少早期损害尤为重要。

这种结构层施工工艺比较简单，仅需要一台热沥青洒铺车、一台（或多台）碎石洒铺车和一台中型胶轮压路机。热沥青洒铺车不仅应能保温、加温，而且应有洒铺精度的控制系统。当沥青车在

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前面洒铺热沥青时，碎石洒铺车紧接在后面洒铺一定规格和数量的碎石，再用胶轮压路机来回碾压1～2遍，整个防水层的施工就可完成。然后可直接在上面摊铺沥青混凝土。

6．结语

本文结合近几年来修建的试验路或实体工程，简要介绍了一些新型的沥青混凝土路面结构和材料的设计、使用情况。这些新路面结构的使用成功，为我国沥青路面的结构设计和材料设计提供了新的设计思想，如果能推广使用将大大改善我国目前高等级沥青路面的使用品质，降低工程造价，具有十分显著的社会和经济效益。

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沥青路面结构设计与计算书

沥青路面结构设计与计算书 1 工程简介本路段属于安图至汪清段二级公路.K0+000～K3+500，全线设计时速为60km/h的二级公路，路面采用60km/h的二级公路标准。路基宽度为10m，行车道宽度为2×3. 5m，路肩宽度为2×0.75m硬路肩、2×0.75土路肩。路面设计为沥青混凝土路面，设计年限为12年。路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示；根据沿线工程地质特征及结合当地筑路材料确定路面结构为：路面的面层采用4cm厚细粒式沥青混凝土和6cm厚中粒式沥青混凝土，基层采用20cm厚水泥稳定碎石，底基层采用石灰粉煤灰土。 2 土基回弹模量的确定本设计路段自然区划位于Ⅱ3区，当地土质为粘质土，由《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2004）》表F.2查得，土基回弹模量在干燥状态取39Mpa,在中湿状态取34.5Mpa. 3 设计资料（1）交通量年增长率：5% 设计年限：12年

。 4 设计任务 4.1 沥青路面结构组合设计 4.2 沥青路面结构层厚度计算，并进行结构层层底拉应力验算 4.3 绘制沥青路面结构图 5 沥青路面结构组合设计 5.1 路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载,以BZZ －100表示。标准轴载计算参数如表10－1所示。 5.1.1.1 轴载换算轴载换算采用如下的计算公式： 35 .41 21∑=? ?? ??=k i i i P P n C C N ，()11 1.211c m =+?-=，计算结果如下表所示。

注：轴载小于25KN 的轴载作用不计 5.1.1.2 累计当量轴次根据设计规范，二级公路沥青路面设计年限取12年，车道系数η=0.7，γ=5.0% 累计当量轴次： ()[][] 329841405 .07 .005.8113651)05.01(3651112 =???-+=??-+= ηγ γN N t e 次 5.1.2 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 5.1.2.1 轴载验算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：

沥青路面结构层组合研究

XX大学学士学位论文沥青路面结构层组合研究院系名称：专业：学生姓名：学号：指导老师： XX大学学位委员会办公室制二〇一年月日

1 引言 1．1 问题提出及研究沥青路面因其具有优越的路用性能得以在全世界范围内广泛应用。它作为一种无接缝的连续式路面,因其具有足够的力学强度,能适应各种行车荷载,且行车平稳、舒适、噪音低以及便于维修的特点而在公路路面铺筑中占有很大比例。20世纪90年代以前,我国沥青路面以表处、贯入式及沥青碎石为主。而在我国高等级公路的建设中,沥青混凝土路面成为主要的路面形式。沥青混凝土路面结构设计初始，其主要目的就是为保护路基土使之不经受车辆的直接作用，通过路面传播至土基的应力被扩散而不会造成土基过大的沉降。这点反映在设计思想及设计方法上，主要是控制土基顶面应力及垂直位移量，是用古典土力学公式验算。当古典理论公式无法客观地描述路面结构的实际工作状态时，人们通过大量的野外测试，修筑试验路段对实际车辆形式效果进行系统观察，形成了以车辆荷载作用下确保路面结构承载力能力为核心的经验设计法。我国沥青混凝土路面设计规范《公路沥青路面设计规范》（JTJ D50-2006）采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性材料层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。沥青路面结构层的组合不同，其受力特性也大大不同。目前所使用的沥青路面结构组合形式由于所用材料的不同、结构层厚度的不同及每层的层间位置的不同，影响整个路面结构的及每层的受力特性，从而影响沥青路面的使用性能。本研究的目的就是通过改变结构层材料的模量值，对几种不同沥青路面结构层的组合形式进行受力特性分析，以确定沥青路面最佳组合形式。 1．2 研究内容本研究在充分吸收国内研究成果的基础上结合国内情况讨论对柔性结构层、半刚性结构层、刚性结构层在不同材料模量下的受力特性。主要研究内容有：（1）沥青路面的设计方法及设计指标；（2）基层材料及其特性；（2）基层材料模量对路面结构受力特性的影响；（3）基层厚度对路面结构受力特性的影响；（4）土基模量对路面结构受力特性的影响。

国内外沥青路面设计方法分析

第5期（总第118期） ■综合论述国内外沥青路面设计方法分析姚连军1，李丽2 （1.重庆市交通规划勘察设计院，重庆401121；2.重庆交通大学，重庆400074）摘要基于国内外沥青路面现有设计体系，介绍了经验法、力学-经验法、基于性能设计法三大类别，并针对其代表性的设计方法的特点进行了评析；结合我国沥青路面结构设计体系，指出我国设计体系中存在的设计指标、路面材料设计参数、交通荷载等方面存在缺陷，并提出相应的建议。关键词道路工程；沥青路面；设计方法；设计指标 Abstract：Based on current design of asphalt pavement both home and abroad，the paper has made introduction to three means of design，namely empirical method，stress empirical method and property-centered method.Moreover，it has made comments on certain representative features of designs.Taking structure design of asphalt pavement in China into account，the paper presents some demerits in design target，parameter of pavement materials，traffic capacity and the like and finally proposes solutions to such problems. Keywords：highway engineering，asphalt pavement，means of design，design target 沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。沥青路面设计的任务是根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，设计经济合理的路面结构使之能起到承受交通荷载和环境因素的作用，在预定的使用期限内满足各级公路相应的承载能力、耐久性、舒适性和安全性的要求。以沥青路面为主的柔性路面设计理论与方法研究已有近百年的历史，其发展历程经历了经验法和力学-经验法、基于性能的设计方法等类型。 1国外沥青路面设计方法 1.1经验法经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测，建立路面结构（结构层组合、厚度和材料性质）、荷载（轴载大小和作用次数）和路面性能三者间的经验关系。最为著名的经验设计方法有CBR法和AASHTO法。 CBR法[1~2]以CBR值作为路基土和路面材料（主要是粒料）的性质指标。通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR测定，建立起路基土CBR轮载～路面结构层厚度（以粒料层总厚度表征）三者间的经验关系。利用此关系曲线，可以按设计轮载和路基土CBR值确定所需的路面层总厚度。路面各结构层次的厚度，按各层材料的CBR值进行当量厚度换算。不同轮载的作用按等弯沉的原则换算为设计轮载的当量作用。此方法设计过程简单，概念明确，适用于重载、低等级的路面设计；但CBR值仅是一种经验性的指标，并不是材料承载力的直接度量指标，它与弹性变形量的关系很小。而路基土应工作在弹性范围内的应力状态下，因而，路面结构设计对路基土的抗剪强度并无直接兴趣，更关心的是路基土的回弹性质（回弹模量）及其在重复荷载作用下的塑性应变。 AASHTO法[3~4]是在AASHO试验路的基础上建立的，整理试验路的试验观测数据，得到的路面结构-轴载-使用性能三者间的经验关系式。AASHTO方法提出了现时服务能力指数（PSI）的概念，以反映路面的服务质量。不同轴载的作用，按等效损坏（PSI）的原则进行转换。路面使用性能指标PSI，主要受平整度的影响，与裂缝、车辙、修补等损坏的关系很小。因此，这是一项反映路面功能性能的指标，而不是表征路面结构性损坏的指标。此外，这个方法源于一条试验路的数据，仅反映一种路基土和一种环境条件，推广应用于其它地区或国家时便存在着很大的局限性。但AASHO试验路的测定数据得到了良好的整理和保存，为许多力学-经验法的设计指标和参数验证提供了丰富的依据[5]。AASHO法提出了轴载换算的概念和公式，考虑了结构的可靠度和排水条件的影响，这些思想对后来世界各国的设计思想产生了很大的影响。1.2力学-经验法力学-经验法利用在力学反应量与路面性能（各种损坏模式）之间建立的性能模型，按设计要求设计路面结构。从20世纪60年代初开始，各国科技人员致力于研制和实施沥青路面的力学-经验设计法，著名的有AI法和Shel1法。 Shell法[6]是由英、荷壳牌石油公司研究所研究、发展和完善起来的。在该设计方法中，混合料的粘弹性性质以其劲度模量体现，其值取决于沥青含量、沥青劲度和沥青混合料的空隙率。路基模量受应力影响，路基动态模量可以通过现场的动态弯沉试验在道路实际湿度条件和荷载条件下测定，也可在室内通过三轴仪测定。此方法中交通荷载以标准双轮轴载次数为代表，设计年限内的累计轴次即为设计寿命。临界荷位的应力应变由计算机程序BISAR计算。Shell设计法考虑了控制疲劳开裂的沥青层底面的容许水平拉应变ε fat 和控制永久变形的路基顶面的容许竖向压应变ε z 两项主要设计标准和水泥稳定类材料底面的弯拉应力和路表面的永久变 3 ··

沥青路面结构及类型

沥青路面结构及类型一、沥青路面结构组成 1.沥青路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。 2.面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由1~3层组成。表面层应根据适用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。 3.基层是设置在面层之下，并对面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层。 4.底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上底基层、下底基层。 5.垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。二、沥青路面分类（一）按技术品质和使用情况分类 1.沥青混凝土路面：由适当比例的各种不同大小颗粒的集料、矿粉和沥青，加热到一定温度后拌和，经摊铺压实而成的路面面层。沥青混凝土路面适用于各级公路面层。 2.沥青碎石路面：用沥青碎石作面层的路面 3.沥青贯入式：用沥青贯入碎（砾）石作面层的路面，即把沥青浇洒在铺好的主层集料上，再分层撒布嵌缝石屑和浇洒沥青，分层压实，形成一个较致密的沥青结构层。 4.沥青表面处治：用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超过3cm的沥青面层，表面处治按浇洒沥青和撒布集料的遍数不同，分为单层式、双层式、三层式。（二）按组成结构分类 1、密实—悬浮结构 2、骨架—空隙结构 3、密实—骨架结构（三）按矿料级别分类 1.密级配沥青混凝土混合料 2.半开级配沥青混合料 3.开级配沥青混合料 4.间断级配沥青混合料（四）按矿料粒径分类 1.砂砾式沥青混合料：矿料最大粒径等于或小于4.75mm（圆孔筛5mm）的沥青混合料。也称为沥青石屑或沥青砂。 2.细粒式沥青混合料：矿料最大粒径为9.5mm或1 3.2mm（圆孔筛10mm或15mm）的沥青混合料。 3.中粒式沥青混合料：矿料最大粒径为16mm或19mm（圆孔筛20mm或25mm）的沥青混合料。 4.粗粒式沥青混合料：矿料最大粒径为26.5mm或31.5mm（圆孔筛30~40mm）的沥青混合料。 5.特粗粒式沥青混合料：矿料最大粒径等于或大于37.5mm（圆孔筛45mm）的沥青混合料。（五）按施工温度分类 1.热拌热铺沥青混合料：沥青与矿料经加热后拌和，并在一定的稳定下完成摊铺和碾压施工过程的混合料 2.常温沥青混合料：采用乳化沥青或稀释沥青在常温下（或者加热温度很低）与矿料拌和，并在常温下完成摊铺和碾压过程的混合料。

公路沥青路面设计规范(JTG-D50-2006)

《公路沥青路面设计规范》JTGD 50－2004 条文说明 2004年9月16日

1 总则 1.0.1 由于国民经济发展，带来交通量激增和重载车增多，对路面设计和施工是一个挑战。为提高路面设计水平和工程质量，减少早期损害，总结工程实践的经验教训，吸纳新的科研成果，有必要对原规范进行修订。 1.0.3 路面设计工作是一个系统工程，它不是单纯地厚度计算。因原材料性质决定沥青混合料或各种基层混合料的物理力学特性，各种混合料的性质决定了各结构层的路用性能，所以，材料直接影响路面质量与耐久性。各结构层的组合与当地的气候、交通量与交通组成密切相关，合理的结构组合，使路面获得经济、耐久效果。厚度计算与材料设计参数取值直接相关，没有实测材料参数厚度计算缺乏依据。若缺原材料调查，无合理材料单价，可导致变更设计，突破投资。故设计人员应重视材料调查，选用符合技术要求，经济合理材料，防止简单地套用路面结构，把设计变成是厚度计算。设计工作包括以下具体内容： 1 调查与收集有关交通量及其组成资料，积极开展轴载谱分布的调查、测试工作； 2 收集当地气候、水文资料，了解沿线地质、路基填挖及干湿状况，通过试验或论证确定路基回弹模量； 3 设计人员应认真做好路用各种材料的调查，并取样试验，根据试验结果选定路面各结构层所需的材料； 4 施工图设计阶段应进行混合料的目标配合比设计，并测试、确定材料设计参数； 5 拟定路面结构组合，采用专用程序计算厚度； 6 对路面结构方案进行概算、技术经济比较，进行初期投资或长期成本寿命分析，提出推荐的设计方案。但是目前我国尚未建立初期投资、营运中的维修、养护费用等全过程的技术经济预估模型，希望有条件的设计、科研单位开展这方面的工作，积累资料。 7 认真做好路面排水、路面结构内部排水和中央分隔带排水系统设计，使路面排水通畅，路面结构内部无积水滞留。 1.0.4 该条文仅增加了路面设计应符合国家环境保护的有关规定，设计中应注意废弃料的处理，不能污染环境。鼓励积极开展旧沥青面层、破碎水泥混凝土板和旧基层材料的再生利用，节约资源，保护环境。 1.0.5 分期修建的方案，由设计单位根据实际情况决定。 1.0.6 新条文强调了设计目的不仅确定路面结构厚度，还应为行车提供快捷、舒适、安全、稳定、耐久的服务功能。现行弹性层状理论设计方法和设计指标，主要是考虑在车辆荷载的反复作用下，使路面具有相应的整体刚度（即承载能力），以及抵抗各结构层因拉应力或拉应变而产生的疲劳破坏。对于当前出现的水损害、车辙、推移、拥包等病害，用弹性层状理论尚难以得出符合实际的设计结果，故需通过沥青混合料的

沥青路面结构设计

第四章路面结构设计 1.1设计资料（1）自然地理条件新建济南绕城高速，道路路基宽度为24.5米，全长5km，结合近几年济南经济增长及人口增长的情况，根据近期的交通量预测该路段的年平均交通量为5000辆/日，交通量平均年增长率γ=4%。路面结构设计为沥青混凝土路面结构，设计年限为15年。（2）土基回弹模量济南绕城高速北环所在地区为属于温带季风气候，季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。据区域资料，年平均气温13.8℃，无霜期178天，最高月均温27.2℃（7月），最低月均温-3.2℃（1月），年平均降水量685毫米。道路沿线土质路基稠度cω=1.3；因此该路基处于干燥状态，根据公路自然区划可知济南绕城高速处于5Ⅱ区，根据【JTG D50-2006】《公路沥青路面设计规范》中表5.1.4-1可确定工程所在地土基回弹模量设计值为46MPa。（3）交通资料交通组成及各车型汽车参数表1-1

1.2交通分析（1）轴载换算路面设计以双轮组-单轴载为100KN为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按表1-2确定。表1-2 ○1当以设计弯沉为指标时及验算沥青层层底拉应力时，凡大于25kN的各级轴载Pi的作用次数Ni按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N的计算公式为：

35 .41 21∑=? ?? ??=k i i i P P N C C N 式中：N ——标准轴载当量轴次数（次/d ）； Ni ——被换算的车型各级轴载作用次数（次/d ）； P ——标准轴载（kN ）； Pi ——被换算车型的各级轴载（kN ）； C1——被换算车型的各级轴载系数，当其间距大于3m 时，按单独的一个轴计算，轴数系数即为轴数m ，当其间距小于3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1=1+1.2（m-1）； C2——被换算车型的各级轴载轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次为： 35 .41 21∑=? ?? ??=k i i i P P N C C N =4709.00（次/d ） ○ 2当以半刚性层底拉应力为设计指标时，标准轴载当量轴次数N '： 8 121 k i i i P N C C N P =?? '''= ? ??∑ 式中： 1C ' ——轴数系数 2 C '——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。注：轴载小于50KN 的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次： 8 121 k i i i P N C C N P =?? '''= ? ??∑=4978.00（次/d ）

路面结构组合设计

路面结构组合设计 1.1设计说明 1.1.1工程概况（1）工程所在地：湖南省境内（2）公路自然区划：区，由地下水位资料可知该路基为潮湿状态；（3）公路等级：一级公路（双向四车道、设中央分隔带）；（4）路线总长度：1223.061m。 1.1.2设计内容沥青混凝土路面（1）拟定路面结构组合方案，进行方案比较。（2）进行轴载换算（手算和程序计算），确定路面设计弯沉值。（3）确定路基路面结构层设计参数。（4）各结构层材料组成设计。 1.1.3设计成果（1）设计说明书；（2）沥青路面结构设计图。 1.2 主要技术经济指标 1.2.1交通组成经调查预测，本路竣工后第一年双向平均日交通量下表（辆/d）

预测交通组成表表2 备注：依据规范，轴重小于25KN的车辆不计入计算；使用期内交通量平均增长率为4.7%，沥青混凝土路面设计使用年限15年。 2. 沥青混凝土路面结构设计 2.1轴载换算路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，小客车不考虑轴载。 2.1.1 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次，昼夜交通量（辆/日）为双向车道年平均日通行车辆数。 ①轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：式中：轴数系数轮组系数其中：计算结果如下表（表3）所示：

轴载换算结果表表3 注：轴载小于25KN 不计 ②累计当量轴次根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限15年，四车道的车道系数取0.45。累计当量轴次：式中：第一年双向日平均当量轴次（次/日）设计年限内交通量的平均增长率（%）设计车道的车轮轮迹横向分布系数 2.1.2 验算半刚性基层底拉应力中的累计当量轴次

沥青路面结构计算书

新建路面设计 1. 项目概况与交通荷载参数该项目位于西南地区，属于二级公路，设计时速为40Km/h,12米双车道公路，设计使用年限为12.0年，根据交通量OD调查分析，断面大型客车和货车交通量为1849辆/日, 交通量年增长率为8.2%, 方向系数取55.0%, 车道系数取 70.0%。根据交通历史数据，按表A.2.6-1确定该设计公路为TTC4类，根据表 A.2.6-2得到车辆类型分布系数如表1所示。表1. 车辆类型分布系数根据路网相邻公路的车辆满载情况及历史数据的调查分析，得到各类车型非满载与满载比例，如表2所示。表2. 非满载车与满载车所占比例(%) 根据表6.2.1，该设计路面对应的设计指标为沥青混合料层永久变形与无机结合料层疲劳开裂。根据附表A.3.1-3，可得到在不同设计指标下，各车型对应的非满载车和满载车当量设计轴载换算系数，如表3所示。表3. 非满载车与满载车当量设计轴载换算系数

根据公式（A.4.2）计算得到对应于沥青混合料层永久变形的当量设计轴载累计作用次数为8,109,551, 对应于无机结合料层疲劳开裂的当量设计轴载累计作用次数为562,339,245。本公路设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为4,989,710，交通等级属于中等交通。 2. 初拟路面结构方案初拟路面结构如表4所示。表4. 初拟路面结构路基标准状态下回弹模量取50MPa,回弹模量湿度调整系数Ks取1.00,干湿与冻融循环作用折减系数Kη取1.00,则经过湿度调整和干湿与冻融循环作用折减的路基顶面回弹模量为50MPa。 3. 路面结构验算 3.1 沥青混合料层永久变形验算根据表G.1.2，基准等效温度Tξ为20.1℃，由式（G.2.1）计算得到沥青混合料层永久变形等效温度为21.5℃。可靠度系数为1.04。根据B.3.1条规定的分层方法，将沥青混合料层分为6个分层,各分层厚度（hi）如表5所示。利用弹性层状体系理论，分别计算设计荷载作用下各分层顶部的竖向压应力（Pi）。根据式（B.3.2-3）和式（B.3.2-4），计算得到d1=-8.23，d2=0.77。把d1和d2的计算结果带入式（B.3.2-2），可得到各分层的永久变形修正系数(kRi)，并进而利用式（B.3.2-1）计算各分层永久变形量(Rai)。各计算结果汇总于表5中。各层永久变形累加得到沥青混合料层总永久变形量Ra=19.2(mm)，根据表3.0.6-1，沥青层容许永久变形为20.0(mm)，拟定的路面结构满足要求。

沥青路面结构设计

第四章路面结构设计 1、1设计资料（1）自然地理条件新建济南绕城高速，道路路基宽度为24、5米，全长5km ，结合近几年济南经济增长及人口增长得情况，根据近期得交通量预测该路段得年平均交通量为5000辆/日，交通量平均年增长率γ=4%。路面结构设计为沥青混凝土路面结构，设计年限为15年。（2）土基回弹模量济南绕城高速北环所在地区为属于温带季风气候，季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。据区域资料，年平均气温13、8℃，无霜期178天，最高月均温27、2℃（7月），最低月均温-3、2℃（1月），年平均降水量685毫米。道路沿线土质路基稠度 c ω=1、3；因此该路基处于干燥状态，根据公路自然区划可知济南绕城高速处于5Ⅱ 区，根据【JTG D50-2006】《公路沥青路面设计规范》中表5、1、4-1可确定工程所在地土基回弹模量设计值为46MPa 。（3）交通资料

1、2交通分析（1）轴载换算路面设计以双轮组-单轴载为100KN 为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载得计算参数按表1-2确定。 ○ 1当以设计弯沉为指标时及验算沥青层层底拉应力时，凡大于25kN 得各级轴载Pi 得作用次数Ni 按下式换算成标准轴载P 得当量作用次数N 得计算公式为： 35 .4121∑=? ?? ??=k i i i P P N C C N 式中：N ——标准轴载当量轴次数（次/d ）； Ni ——被换算得车型各级轴载作用次数（次/d ）； P ——标准轴载（kN ）； Pi ——被换算车型得各级轴载（kN ）； C1——被换算车型得各级轴载系数，当其间距大于3m 时，按单独得一个轴计算，轴数系数即为轴数m ，当其间距小于3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1=1+1、2（m-1）； C2——被换算车型得各级轴载轮组系数，单轮组为6、4，双轮组为1、0，四轮组为0、38。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次为： 35 .41 21∑=? ?? ??=k i i i P P N C C N = 4709、00（次/d ） ○ 2当以半刚性层底拉应力为设计指标时，标准轴载当量轴次数N '： 8 121 k i i i P N C C N P =?? '''= ? ??∑ 式中： 1C ' ——轴数系数 2C '——轮组系数，单轮组为18、5，双轮组为1、0，四轮组为0、09。注：轴载小于50KN 得特轻轴重对结构得影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次：

沥青路面结构组合设计技术措施

Value Engineering 0引言沥青混凝土路面具有良好的力学性能和较好的耐久性以及行车舒适性，具有良好的抗滑、防渗坚实耐久、耐疲劳平整的性能和抗高温开裂的温度稳定性适合于各种车辆的通行，在高速公路建设中被广泛采用，但由于种种原因影响了公路的使用性能造成沥青路面早期破坏，仍存在设计年限内发生的早期破损现象。不同的路面结构组合层次多和厚度大的路面结构，不同的路面结构组合会产生在寿命和经济上及使用性能都不相同的效果，其使用效果不一定就好。根据实践经验和理论分析，结构组合原则路线、路基和路面要做统筹考虑，路线、路基和路面的设计标准应大体一致。不同等级的道路应铺设相应等级的路面。路线设计时应考虑路基的稳定性和强度，而路基的稳定性和强度又是路面结构和厚度设计的依据。提高土基的抗变形能力，往往比加厚路面结构层更为经济有效。有时在路基设计和施工中达不到某些要求时，也可在路面结构中采用一定的措施，以弥补路基稳定性和强度的不足。所以，应本着“路基稳定、基层坚实、面层耐用”的要求，把路基、垫层、基层和面层作为一个整体，进行路基路面综合设计。 1沥青路面结构设计一般原则1.1合理选材因地制宜原则：路面各结构层用的材料应充分利用当地的工业副产品、加工材料或天然材料尤其是用量大的垫层和基层材料来降低工程造价以减少运输费用。注意利用当地材料的特点，并借鉴成功的经验。注意环境保护和施工人员的健康和安全。 1.2方便施工及便于养护原则：考虑施工的技术力量和机械设备，结合施工能力提出结构层的组合方案及施工技术要求。要考虑方便今后的养护，尤其是高等级路面应保证长期通车的要求。应尽量考虑采用大型高效的成套机械设备施工，以确保工程质量。为合理使用有限的资金，一般可按近期要求进行路面设计，以后随交通量的增加逐步提高；也可按规定的设计年限进行设计，基层一次铺成，沥青面层分期修建。设计时，应选择适当的路面结构和厚度，使前期工程能在后期充分利用。但高速、一级公路路面不宜分期修建，以保证交通畅通，也避免分期修建引起的纵断面变化对行车舒适和安全的影响。 1.3排水设计结合原则：道路排水的好坏，对路基路面承载能力、稳定性和耐久性关系极大。有些排水设施如路面边缘渗沟同路面更有直接关系，应同路面结构组合设计同时考虑。改建路面时，也应结合道路排水系统进行综合设计。 1.4根据各结构层功能选择结构层次：面层要求高强耐久性好、抗滑耐磨、如抗剪和抗拉且面层直接经受气候因素和行车荷载的作用，面层材料通常选用强度高与粘结力强的集料作为结合料。面层的等级应越高轴载越重交通量越大。在轴载重交通量大的路上特别是城市快速路和一级公路，应采用沥青混凝土面层，常由双层或j 层组成，面层上层为抗滑磨耗层，可选用细粒式或中粒式沥青混凝土，中面层和下面层应据道路等级、沥青层厚、气候条件等选择适当的沥青结构层，一般可采用中、粗粒式沥青混凝土。采用空隙较大的沥青混合料或沥青贯人碎石作面层时，应在面上加设沥青砂或沥青表面处治作封层。基层作为重要的承重层，要有足够的强度、刚度和水稳定性。对于交通繁重的道路，应选用强度和刚度较高的水泥或石灰粉煤灰稳定粒料、沥青混合料、贫混凝土等材料做基层，并加设底基层起次要承重作用。一般道路的基层及底基层，还可采用水泥或石灰粉煤灰土、石灰稳定土、石灰煤渣类材料、级配碎石和填隙碎石等适宜的当地材料铺筑。路面应立足于保证路基的稳定性使路面使用年限长有足够的整体强度，要求高速、一级公路的土基回弹模量值大于30MPa ，其他公路的土基回弹模量值大于25MPa ，城市道路的土基回弹模量值大于20MPa 或30MPa 城市快速路。否则，单纯依靠加强增厚面层或基层很不经济合理并不能收到良好的效果，稳定路基最经济最易办到也是最主要措施是达到要求的压实度和加强排水。在路基水温条件较差 —————————————————————— —作者简介：廉香兰（1973-），女，吉林延吉人，大学本科，高级工程师，主要从事路基路面勘测设计工作。试论沥青路面结构组合设计技术措施 Combination Design Technical Measures of Asphalt Pavement Structure 廉香兰LIAN Xiang-lan （延边公路勘测设计有限责任公司，延吉133000）（Yanbian Highway Survey and Design Co.，Ltd.，Yanji 133000，China ）摘要：沥青路面设计需要依据使用要求并结合当地条件使多层次结构物具有要求的使用性能和使用寿命。作为结构设计选择各结构层次和材料类型组合成既能经受住行车荷载和自然因素的作用，又能充分发挥各结构层材料最大效能和经济合理的铺面结构体系。Abstract:Asphalt pavement design needs to be made according to operating requirements and combined with local conditions in order to make multi-level structure have the required operating performance and service life.For the structure design,it choices the layer of structure and material to stand the traffic load and natural factors,and can give full play to the material maximum efficiency of structure layer and economic and reasonable pavement structure system. 关键词：公路工程；沥青路面；结构组合；设计；技术Key words:highway engineering ；asphalt pavement ；structure and combination ；design ；technology 中图分类号：U41文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）32-0061-02 ·61·

(完整word版)沥青路面结构设计

第四章路面结构设计 1.1设计资料（1）自然地理条件新建济南绕城高速，道路路基宽度为24.5米，全长5km ，结合近几年济南经济增长及人口增长的情况，根据近期的交通量预测该路段的年平均交通量为5000辆/日，交通量平均年增长率γ=4%。路面结构设计为沥青混凝土路面结构，设计年限为15年。（2）土基回弹模量济南绕城高速北环所在地区为属于温带季风气候，季风明显，四季分明，春季干旱少雨，夏季温热多雨，秋季凉爽干燥，冬季寒冷少雪。据区域资料，年平均气温13.8℃，无霜期178天，最高月均温27.2℃（7月），最低月均温-3.2℃（1月），年平均降水量685毫米。道路沿线土质路基稠度 c ω=1.3；因此该路基处于干燥状态，根据公路自然区划可知济南绕城高速处于5 Ⅱ区，根据【JTG D50-2006】《公路沥青路面设计规范》中表5.1.4-1可确定工程所在地土基回弹模量设计值为46MPa 。（3）交通资料

1.2交通分析（1）轴载换算路面设计以双轮组-单轴载为100KN 为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按表1-2确定。 ○ 1当以设计弯沉为指标时及验算沥青层层底拉应力时，凡大于25kN 的各级轴载Pi 的作用次数Ni 按下式换算成标准轴载P 的当量作用次数N 的计算公式为： 35 .4121∑=? ?? ??=k i i i P P N C C N 式中：N ——标准轴载当量轴次数（次/d ）； Ni ——被换算的车型各级轴载作用次数（次/d ）； P ——标准轴载（kN ）； Pi ——被换算车型的各级轴载（kN ）； C1——被换算车型的各级轴载系数，当其间距大于3m 时，按单独的一个轴计算，轴数系数即为轴数m ，当其间距小于3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1=1+1.2（m-1）； C2——被换算车型的各级轴载轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次为： 35 .41 21∑=? ?? ??=k i i i P P N C C N = 4709.00（次/d ） ○ 2当以半刚性层底拉应力为设计指标时，标准轴载当量轴次数N '： 8 121 k i i i P N C C N P =?? '''= ? ??∑ 式中： 1C ' ——轴数系数 2C '——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。注：轴载小于50KN 的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。沥青路面营运第一年双向日平均当量轴次：

沥青路面结构组合设计浅析

沥青路面结构组合设计浅析郑　刘 (青海省公路科研勘测设计院　西宁　810001) 摘　要　在我国高等级公路的建设中,沥青混凝土路面已成为主要的路面形式。然而由于各地区气候环境、交通量及经济条件存在显著差异,对沥青路面性能要求不尽同,因此沥青路面结构组合设计的合理性显得尤为重要。关键词　道路工程　沥青路面　结构　设计沥青路面结构层次的合理选择和组合,是整个路面结构能否在设计使用年限里承受行车荷载和自然因素的共同作用,同时又能发挥各结构层的最大效能,使整个路面结构经济合理的关键。沥青面层混合料类型选择,包括对沥青面层各层次混合料级配类型、集料公称最大粒径以及厚度的综合选择,集料公称最大粒径与厚度应相匹配。混合料的最大公称粒径的选择主要依据交通荷载来确定,交通荷载越大,应选择公称最大粒径越大的混合料。在进行沥青路面混合料类型选择时,应因地制宜,综合考虑气候、交通量、经济等诸方面因素,选出最适宜的沥青混合料类型。根据理论分析和多年的使用情况,在路面结构组合设计中可遵循下列原则。 1　常用沥青混合料的适用性密集配沥青混合料可分为粗型(AC—C)和细型(AC—F)。粗级配是以粗集料为主,具有表面粗糙,构造深度较大,抗车辙、变形性能较好的优点,适用于多雨炎热、交通量较大地区的表面层。中、下面层也可以使用,以增强抗车辙能力,但应注意加强压实。细级配因细集料较多,施工和易性较好,水稳定性、低温抗开裂及抗疲劳开裂性能等较好。但是,表面致密,构造深度较小,高温稳定性较差,适宜于抗疲劳结构层或干旱少雨、交通量较少,气候严寒、积雪较多地区的公路。 S MA沥青路面相对于传统的密级配沥青混凝土路面性能优越,但对材料的要求较高,造价也有所提高,适用于重交通、高等级道路的上面层或中面层。 OG FC沥青路面一般适用于沥青路面的表层,其优点是改善雨天高速行驶的抗滑性能,减少汽车行驶后部产生雨雾,提高行车安全和降低噪声。但由于相对的可渗透性,存在着水损害的隐患。 2　适应行车荷载作用的要求作用在路面上的行车荷载,通常包括垂直力和水平力。路面在垂直力作用下,内部产生的应力和应变随深度向下递减。水平力作用产生的应力、应变,随深度递减的速率更快。路面表面还同时承受车轮的磨耗作用,因此,要求路面面层具有足够的强度和抗变形能力,其下各层的强度和抗变形能力可自上而下逐渐减小。在进行路面结构组合时,各结构层宜按强度和刚度自上而下递减的规律安排,以使各结构层材料的效能得到充分发挥。按照这种原则组合路面时,结构层的层数越多越能体现强度和刚度沿深度递减的规律。但就施工工艺、材料规格和强度形成原理而言,层数又不宜过多,也就是不能使结构层的厚度过小。适宜的结构层厚度需结合材料供应、施工工艺确定,从强度要求和造价考虑,宜自上而下由薄到厚。沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响,是合理确定结构层层数,选定适宜结构层材料的重要考虑因素。根据理论分析,沥青层的回弹模量一般小于半刚性基层材料的回弹模量,若沥青层与半刚性基层材料之间是连续体系时,沥青层多数处于受压状态或出现较小的拉应力,半刚性基层材料主要承受拉应力。上下层间模量比越小,下层拉应力越大,故半刚性基层的刚度不宜太大。选用各结构层间模量逐渐递减的材料组合,层间适当的模量比,可使结构层受力更合理。对半刚性基层沥青路面,基层与面层的模量比宜控制在1.5～3之间,基层与底基层的模量比不宜大于3,底基层与土基的模量比宜为2.5～12.5之间。 3　在各种自然因素作用下稳定性要好如何保证沥青路面的水稳性,是路面结构层选择与组合需要解决的重要问题。在潮湿和某些中湿路段上修筑沥青路面时,晴天时由于沥青层透气性较差,使路基和基层中水份蒸发的通路被隔断,水份向基层积聚;雨天时雨水经沥青层中的空隙下渗,渗入基层中。如果基层材料中含土量较大,尤其是土的塑性指数较大时,遇水变软,强度和刚度急剧下降,结果导致路面 95 青海交通科技　2009—1

国内外沥青路面设计方法综述

国内外沥青路面设计方法综述周利,蔡迎春,杨泽涛 (郑州大学环境与水利学院,郑州450002) 摘要:当前世界各国众多的沥青路面设计方法,可概括地分为2类:一类是以经验或试验为依据的经验法;一类是以力学分析为基础,考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的力学-经验法。简要介绍目前国内外典型设计方法(CBR法、A ASHT O法、S HEL L法、A I法及国内方法),并比较其优缺点,针对现行设计方法,特别是我国设计方法,提出改进意见。关键词:沥青路面;设计方法;综述文章编号:1009-6477(2007)04-0036-04中图分类号:U416.217文献标识码:B S ummary of Dome stic&Overseas Asphalt Paveme nt Design M ethod Zhou Li,Cai Y ingc hun,Y ang Zetao 沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上,铺筑一定厚度的沥青混合料作为面层的路面结构。以沥青路面为主的柔性路面设计理论与方法研究已有近百年的历史,其发展历程经历了古典法、经验法和力学-经验法3个阶段。当前世界各国众多的沥青路面设计方法大体为后面2种,即以工程使用经验或试验为依据的经验法和以力学分析为基础,考虑环境、交通条件以及材料特性为依据的力学-经验法。为了更好地借鉴前人的研究成果,有助于指导今后设计方法的研究,本文简要介绍目前国内外几种典型的设计方法:(1)经验法的代表方法:CBR法和A AS HTO法;(2)力学-经验法的典型代表:AI法和SHEL L法;(3)我国2004规范(报批稿)采用的设计方法,并作简单评价。 1国外沥青路面设计方法国外的沥青路面设计方法,可分为经验法和力学-经验法2大类[1]。 1.1经验法经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测,建立路面结构、荷载和路面性能三者间的经验关系。最为著名的经验设计方法有美国加州承载比(CBR)法和美国各州公路和运输工作者协会(AA SHT O)柔性路面设计法。 1.1.1CBR法[2-3] CBR法是以CBR值作为路基土和路面材料(主要是粒料)的性质指标,通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR测定,建立起路基土CBR-轮载-路面结构层厚度3者之间的经验关系。利用此关系曲线,可以按设计轮载和路基土CBR值确定所需的路面层总厚度。路面各结构层的厚度,按各层材料的CBR值进行当量厚度换算。不同轮载的作用按等弯沉的原则换算为设计轮载的当量作用。此方法设计过程简单、概念明确,适用于重载、低等级的路面设计,所提出的C BR指标已作为路面材料的一种参数指标得到了广泛应用。如日本的路面设计经验法(T A法)就是以CB R法为基础制定的。 1.1.2AA SHT O法[2,4-5] A AS HTO法是在1958)1962年间A AS HO试验路的基础上建立的。整理试验路的试验观测数据,得到了路面结构-轴载-使用性能三者间的经验关系式。路面结构中的路基土采用回弹模量表征其性质,路面结构层按各层材料性质的不同转换为用一个结构数(S N)表征。AAS HT O方法提出了现时服务能力指数(PSI)的概念,以反映路面的服务质量。PS I是一个由评分小组进行主观评定后得到的指标,它与路面实际状况(坡度变化、裂缝面积、车辙深度、修补面积)之间建立经验关系式,提出了轴载换算的概念和公式,考虑了结构的可靠度和排水条件的影响,这些思想对后来世界各国的设计思想产生了很大的影响。 1.2力学-经验法力学-经验法首先分析路面结构在荷载和环境作用下的力学响应(应力、应变、位移),利用在力学公路交通技术2007年8月第4期Technology of Highw ay and Transport Aug.2007No.4 收稿日期:2007-01-10

沥青路面结构设计示例

7.2路面结构设计 7.2.1路面结构设计步骤新建沥青路面按以下步骤进行路面结构设计： (1) 根据设计任务书和路面等级及面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。 (2) 按路基土类型和干湿状态，将路基划分为几个路段，确定路段回弹模量值。 (3) 根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几中可能的路面结构组合及厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验及测定结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。 (4) 根据设计弯沉值计算路面厚度。对二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构层组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。 7.2.2 路面结构层计算该路位于中原黄河冲积平原区，地质条件一般为a）第一层：冲积土；b）第二层：粘质土；c）第三层：岩石。平原区二级汽车专用沥青混凝土公路，路面使用年限为12年，年预测平均增长率为6%。（1）轴载分析本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按表7-1确定。表7-1标准轴载计算参数表7-2起始年交通量表

1）以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力 ① 轴载换算各级轴载换算采用如下计算公式： 4.35 1121( )k i i i p N c c n p ==∑ （7-1）式中：N 1—标准轴载的当量轴次，次/日； n i —被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日； P —标准轴载，kN ； P i —被换算车辆的各级轴载，kN ； k —被换算车辆类型； C 1—轴数系数，C 1=1+1.2（m -1），m 是轴数。当轴间距大于3m 时，按单独的一个轴载计算，当轴间距小于3m 时，应考虑轴系数； C 2—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。计算结果如下表7-3所示。表7-3 轴载换算结果表（弯沉）注：轴载小于25kN 的轴载作用不计。 ② 累计当量轴次为：