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路面設計的目標是通過合理的設計方法使得道路在設計使用年限內能夠提供安全、舒適、快捷的服務。然而，目前我國高速公路瀝青路面普遍存在著初、早期破壞，且主要破壞型式同上個世紀90年代以前輕交通狀況下相比已發(fā)生了一定的變化。過去，瀝青路面損壞主要包括龜裂、車轍、低溫開裂等，這也是路面設計時重點控制的損壞類型。但是，隨著路面結構強度的提高和路面損壞期的提前，這些傳統(tǒng)損壞出現(xiàn)得越來越少，有些已經不再出現(xiàn)，而目前出現(xiàn)的損壞，不論是其形態(tài)還是原因都十分不同。所以，按照傳統(tǒng)理論來加強路面結構是沒有效果的，甚至有時還適得其反。
一、公路瀝青路面結構設計的影響因素
在柔性基層、半剛性基層上，進行相應厚度瀝青混合料的鋪筑，這種面層路面結構為瀝青路面。瀝青路面設計中應嚴格遵循施工要求及當?shù)氐刭|、水文及氣候等情況進行施工，同時與當?shù)貙嵺`經驗密切結合，確保路面結構設計具有經濟性與合理性，進而對交通荷載及環(huán)境因素進行有效承受，在預定使用期限內對各級公路的承載能力、耐久性、舒適性及安全性要求加以滿足。按照當?shù)貙嶋H情況與規(guī)范要求與各種材料的具體特性，在設計過程中面層選用瀝青混凝土材料，選用水泥煤灰碎石、水泥穩(wěn)定碎石、天然砂礫等材料作為基層與底基層施工材料。
1、平整度
根據(jù)公路養(yǎng)護技術規(guī)范，不的道路等級對平整度有不同的要求。但本次調查結果表明：各路段的平整度與結構層組合與施工組織狀況有關。由于選擇路段路面結構使用了瀝青貫入式，瀝青貫入式是一種多孔隙結構，整體性較差，在行車荷載的重復作用下被再壓實，導致縱向出現(xiàn)不平整現(xiàn)象。同時施工時各層縱向平整度的嚴格控制對路面表面平整度控制有十分重要的意義。
2、車轍
瀝青路面車轍是高等級公路重要病害之一。國外設計方法中AⅠ法以控制土基頂面壓應變?yōu)橹笜耍瑂hell設計方法則通過分層總和法直接從瀝青面層厚度及面層材料諸方面控制車轍。我國還沒有采用車轍指標，作為設計控制值，而是通過材料動穩(wěn)定度或其它指標達到減少車轍的目的。對半剛性基層瀝青路面，由于土基頂面壓應力較小，在重復荷載作用下土基產生的再壓實的剪切流動引起的。在調查路段，瀝青貫入式結構由于其級配較差，在重復荷載作用下極易產生剪切流動和再壓實，同時其高溫穩(wěn)定性較差，調查路段車轍量較大。
3、抗滑能力
瀝青路面抗滑性能評價方法主要是測定面層的摩擦系數(shù)和紋理（構造）深度。瀝青面層紋理深度與礦料的抗磨能力（磨光值指標）和瀝青混合料高溫時的內摩阻力和粘聚力有關。紋理深度達到要求必須合理選定礦料級配、瀝青材料滿足高等級道路石油瀝青技術標準。
二、公路瀝青路面結構設計的應用
作為整個公路工程建設的重要組成部分，路面設計是否合理將直接影響到公路工程施工的整體質量。路面結構設計中其核心參數(shù)為路面材料的回彈模量、劈裂強度等，這些參數(shù)的選用將對路面設計的成敗造成直接的影響，為此必須嚴格遵循相關設計要求，進行各個參數(shù)的選用。
1、設計指標。設計指標是以彎沉值為控制指標，彎拉應力進行驗算校核。整體強度的設計控制指標用路表容許彎沉值來設計，確定設計彎沉指標。對于高速公路、一二級公路、瀝青面層等必須進行層底的抗拉驗算，瀝青混合面料層的城市道路還需進行抗剪驗算。
2、參數(shù)的選取和確定。計算分析中的標準軸載采用上述理論基礎中的BZZ-100為標準值，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的公式進行軸載換算，該公式的提出是以彎沉等效和底層拉應力等效為基本原則，以多層彈性理論為基礎，分析軸載和彎沉、拉應力之間的關系，并結合實際的實測情況（彎沉、疲勞試驗、直槽測試等）進行對比、驗證而提出的。表征材料剛度和強度的指標分別是材料模量和抗拉應力，彎沉值、拉應力指標均用靜態(tài)抗壓回彈模量計算，抗拉強度由圓柱的劈裂試驗確定，靜態(tài)抗壓回彈模量通過抗拉強度來確定。完善設計控制指標。針對出現(xiàn)的一些設計指標問題，相關的研究已經非常成熟，可以通過引進相關控制指標來完善設計。例如，車轍問題，相關研究表明，路基垂直壓應變與重復荷載作用次數(shù)的關系可以控制車轍問題；水平拉應變可以很恰當?shù)姆从碁r青表層開裂的問題。另外，多考慮溫度、濕度等環(huán)境因素和經濟因素的影響，引入相應的控制指標。通過建立設計控制指標體系，來不斷完善設計。
3、面層剪應力與抗剪強度。選用瀝青路面，可以有效提升面層的剪應力，但將嚴重影響面層的抗剪強度。如選用較大空隙的級配瀝青混合料，并將水泥漿滲透到空隙內形成的半剛性面層材料時，可以有效降低低溫中的脹縮系數(shù)，并避免溫度縮裂等情況的出現(xiàn)，同時在高溫中可以有效提升其凝聚力，進而起到高溫剪切抵抗的作用，并能對面層材料的作用進行充分發(fā)揮，由此可見，瀝青路面的應用有利于減少面層厚度、剪應力降低及提升抗車轍能力等。
4、路表彎沉指標。經過長時間的研究，維姆（Hveem）于1955年發(fā)表了《路面彎沉和疲勞破壞》一文，這篇被Monismith譽為路面領域內最重要的論文闡述了路面彎沉和路面疲勞損壞間的關系，對后來采用分析方法預測路面疲勞開裂的研究產生了非常重要的影響。路表彎沉遂成為路面設計的一個重要指標，受到各國研究人員的青睞，甚至得到了不恰當?shù)难油?。在我國的瀝青路面規(guī)范中路表彎沉也成為路面設計的一個關鍵性控制指標。路表彎沉指標主要具有以下優(yōu)點：
（1） 彎沉指標的突出優(yōu)點是其直觀性和可操作性，它建立在大量實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計回歸的基礎上，對于交通不太繁重，結構層較薄情況（控制沉陷為主）是較適用的，但對繁重交通，路面結構較厚情況（控制疲勞和開裂為主）下其適用性降低；
（2） 在路面結構單一的中、輕交通時代，該指標既可表征路面結構的整體變形，也可用于表征路面結構的整體剛度。
三、結束語
綜上所述，瀝青路面設計是一項復雜的過程，為了確保瀝青路面設計質量，杜絕后續(xù)引發(fā)相關問題的產生，就必須做到各項程序選擇層層把關，嚴格控制。我國的瀝青路面設計方法雖有長足的發(fā)展和不斷完善，但是在設計指標運用控制、參數(shù)選取、及時更新方面仍然需要進一步完善，減少設計的隨意性和盲目性，通過不斷的總結設計經驗來完善設計、指導施工。
參考文獻：
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關鍵詞：重載交通；瀝青路面；設計
中圖分類號：S611
文獻標識碼：A 文章編號：
一、重載作用對瀝青路面的影響
1重載交通參數(shù)分析
N =∑c1c2n(P)。其中,P為軸重;N為軸載作用次數(shù);n為系數(shù)。通過分析不同路面結構下軸載換算系數(shù)與軸載的關系,發(fā)現(xiàn)軸載換算系數(shù)n主要與軸載有關,利用回歸分析,忽略不同路面結構對軸載換算系數(shù)所造成的誤差,可以得到基于彎沉、彎拉以及車轍等效的軸載換算系數(shù)n的取值范圍。考慮超載,彎沉等效時n=5.0~5.8,線性分析結果n=5.0,非線性分析結果n=5.5;彎拉等效時,一般半剛性基層路面n≈8.0,考慮超載時n≈9.0;車轍等效時,n=4. 0~4. 5。此結果與國內外其他對軸載換算關系的研究成果基本一致。
由以上分析可知,n的取值遠大于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值,這就說明在較短的時間內可以達到路面設計的累積標準軸次,所以路面的使用壽命大大減少。超載100%時,高速公路、一級公路的路面結構只能使用1. 40年,二級公路的路面結構只能使用1. 20年,三級公路的路面結構只能使用0. 70年。所以必須采取措施,減少影響,延長重載交通下瀝青路面的使用壽命。
2重載對設計指標體系的影響
根據(jù)分析，在標準軸載作用下，應用現(xiàn)行規(guī)范設計指標體系進行瀝青路面結構厚度計算時，路表彎沉指標起控制作用，整體性結構層(包括面層和基層)的層底拉應力驗算指標在厚度設計時一般不起作用。但路表彎沉指標同時存在明顯的缺陷。與其利用它來控制路面破壞，不如采用整體性結構層層底的拉應力和土基頂面容許壓應變來控制更為合理。但是，路表彎沉設計準則在我國柔性路面設計中已使用多年，它具有量測方便的優(yōu)點，在一定程度上也反映了土基頂面壓應變。大量的計算分析表明，路表彎沉和土基頂面壓應變之間具有良好的相關關系。通過相關關系可以由路表彎沉推算到土基頂面壓應變，把土基頂面壓應變準則和路表彎沉結合起來，就可以同時利用上基頂面壓應變準則較合理和路表彎沉量測方便的優(yōu)點。因此，建議仍將路表彎沉作為一個設計指標。
3重載對瀝青路面結構的影響
重載交通瀝青路面結構，軸載增大時，路面結構的力學響應那些發(fā)生了變化，在設計中我們將怎么在滿足疲勞壽命與設計指標的要求，下面我們先分析當軸載增大，主要對設計指標彎沉與基層底拉應力的影響。
表1軸載對設計指標的影響
圖2彎沉與軸重的關系
圖3基層底拉應力與軸重的關系
圖4瀝青層底拉應變與軸重的關系
圖5基層頂壓應變與軸重的關系
上面的圖表我們發(fā)現(xiàn)，當軸載為100KN增大到160KN時，路面的彎沉從30增大到45，基層底的彎拉應力從0.11MPa增大到0.17MPa，青層底拉應變增大到90με。，基層頂壓應變從130增大到260με，也就是說，在重載作用下，路面結構的整體剛度下降，基層的疲勞壽命降低，路面結構永久變形增大。經過上面的病害調查，重載下路面的車轍嚴重。
二、重載作用下瀝青路面的設計
1設計步驟
根據(jù)現(xiàn)行瀝青混凝土設計規(guī)范，可歸納出重載瀝青路面設計步驟為:
(l)交通資料的收集。交通資料包括:初始年日平均交通量和交通組成、軸載譜、超載方式和超載規(guī)律、歷年交通量及交通組成、方向分配系數(shù)、車道分配系數(shù)、軸載年平均增長率等，在此基礎上判斷是否適用于重載路面設計方法。若適用，利用本報告研究結果進行軸載換算及使用年限內累計標準軸次的計算，最后計算設計彎沉。
(2)收集沿線地質、土質及筑路材料狀況，并結合原有瀝青道路路面的使用及破壞情況，選擇適合于重載道路的筑路材料并初擬路面結構。試驗測定各結構層材料的抗壓回彈模量、劈裂強度等設計參數(shù)。
(3)根據(jù)設計彎沉值計算路面厚度，并進行半剛性基層、底基層容許彎拉應力、極限彎拉應力驗算及土基頂面容許壓應變驗算。若不滿足要求，或調整路面結構層厚度，或變更路面結構組合，然后重新進行計算。
2材料設計
對于瀝青路面的設計使用材料要充分考慮施工混合材料的抗剪強度。瀝青路面的混合材料通常是采用馬歇爾設計方法，馬歇爾設計方法是通過混合料的密度、流值、空隙率等做出材料的混合比，但是這種設計方法不能夠正確的分析出瀝青混合料的抗剪強度，所以對重載情況下，瀝青路面的實際受力狀態(tài)無法真實的反映出來?？梢詫r青路面的受力情況進行模型試驗，通過測量的數(shù)據(jù)，反映出瀝青路面在重載條件下的受力情況。通過三軸試驗方法，按抗剪強度進行瀝青混合料的配比設計。
3結構設計
根據(jù)以前的室內疲勞方程和力學設計程序，無論瀝青結構層多厚，結構都會必然產生疲勞開裂、車轍。而最新的理論發(fā)現(xiàn)當瀝青層超過一定厚度時，良好施工的路面結構不會產生源于層底的疲勞開裂和結構性車轍。當標準軸次超過一定次數(shù)后，瀝青層厚度無須增加。也就是說，瀝青層的厚度使層底拉應變小于一定的值以后，瀝青路面的下部將可以無限期地使用下去。所以永久性路面的最大特點是確保路面各類損壞控制在路面表面層頂部很薄的范圍內，如自上向下溫度疲勞開裂、車轍、表面磨耗、瀝青老化都努力限制在磨耗層內，防止出現(xiàn)中面層以下的結構性損壞，表面層的損壞只需通過預防性養(yǎng)護得以補救。 目前我國高速公路的結構設計大部分采用半剛性基層瀝青路面結構，這種結構路面對于車輛重載的抗壓能力較弱，容易導致路面破損現(xiàn)象出現(xiàn)。為此，本文介紹推薦一種由法國規(guī)范規(guī)定的全厚式路面結構設計方法，按該方法設計的瀝青混凝土路面結構，其厚度相比半剛性基層瀝青路面結構略薄，同時能夠降低路面因載重疲勞產生開裂現(xiàn)象發(fā)生，當需要修復時，只需要更換或加鋪一層表面層即可，無需大的結構性重修或重造。這給路面的修復工作降低了工作量和工程成本。全厚式路面結構設計是按照路面的功能合理的布置路面的層次結構，其特點是具有抗載重、抗疲勞、抗磨損、抗車轍、抗透水等。
4全厚式路面結構設計
重載瀝青路面多為全厚式路面結構設計。全厚式瀝青混凝土路面結構一般由磨耗層、連接層、基層和底基層組成。磨耗層應具有防滲透、防雨雪、抗滑耐磨的性能。連接層應具有抗車轍蠕變能力，能夠有效的保護基層?；鶎雍偷谆鶎訛槿袷綖r青混凝土路面的主要持力層，應具有良好的抗疲勞性能和很高的承載能力。支撐全厚式瀝青路面結構穩(wěn)定的另一個非常重要的因素是路面承臺的穩(wěn)定和強度。路面承臺也即國內統(tǒng)稱的路基和墊層。路面承臺的變量參數(shù)，直接影響路面結構的計算結果，法國人根據(jù)地質、水文、路基填料、施工工藝水平，交通量等因素，將路面承臺劃分為多個等級，列表供查。全厚式瀝青混凝土路面出現(xiàn)結構性破壞主要表現(xiàn)在兩方面：一是瀝青混凝土路面的疲勞裂縫破壞；二是路面承臺發(fā)生的結構性車轍破壞。為保證全厚式瀝青混凝土路面不出現(xiàn)上述破壞，需要對路面結構進行計算并滿足兩個條件：一是瀝青層層底的水平拉應變 εt，ad 應小于允許極限值；二是路面承臺表面的豎向壓應變 εz，ad 應小于允許極限值。
5厚度設計
國外的瀝青路面設計一般以瀝青混凝土面層的彎拉應力作為設計控制指標，同時以基層底面拉應力和路標彎沉作為驗算指標，如 Shell 設計法、AI 設計法等，這些方法比較符合國外的全厚式結構或粒料基層結構的特點。我國瀝青路面設計規(guī)范以路面設計彎沉為主要控制指標，對高等級路面的面層和半剛性基層驗算其層底拉應力。但根據(jù)有關研究，在目前半剛性基層應用十分普遍的情況下，基層的層底拉應力可以比較好反映荷載對結構的疲勞損耗要求，而且在進行高等級的路面結構設計時，往往是路標彎沉值符合要求，而基層底面拉應力驗算不能通過，因此基層底面拉應力指標更具有控制意義。根據(jù)國內外經驗，在重載瀝青路面設計中，一般采用增加瀝青面層厚度、改變?yōu)r青面層強度、增加半剛性基層厚度以及土基增強等方法。
4 結語
隨著交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，道路交通呈現(xiàn)出交通量大、軸載加大、輪胎壓力增加、車速提高等現(xiàn)象，這加劇了路面的疲勞損傷，并帶來一系列的早期破壞，嚴重影響了道路正常的使用壽命。因此，為保證路面的服務水平和長期性能，在道路設計中對交通參數(shù)進行合理處理，設計出適宜重載交通的路面結構和材料形式就顯得尤為重要。通過對本文的學習研究，可對提高重載交通條件下瀝青路面的承載能力、延長路面使用壽命具有一定的參考意義。
參考文獻：
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【關鍵詞】瀝青路面 結構設計 分析
瀝青路面早期損害，除個別是由于路基的原因引起的不均勻沉陷外，絕大部分是由于瀝青面層本身引起的：坑槽、泛油、車轍、網裂、松散等。因此，瀝青的層面的設計是至關重要的。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，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壓并不相等。當輪胎內壓較低時，接地壓力比輪胎內壓高；當輪胎內壓較高時，接地壓力低于輪胎內壓。隨著輪胎荷載的提高，在輪胎內壓大于0.7MPa 時，試驗的各級荷載作用下的輪胎內壓均比接地壓力大。輪胎內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，一般以輪胎內壓代替接地壓力。
由于作用在路面的設計荷載千變萬化，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。
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，對于國內典型瀝青路面結構，在輪跡外50cm 距離內，該荷載產生的破壞作用，最大相當于增加10%作用次數(shù)的影響，更遠距離處則可以不計；對于剛性路面板，相鄰條帶上的荷載要為該條帶計算值最大增加6%的影響。可見輪跡范圍外雖有影響但并不大。
根據(jù)典型路段輪跡橫向分布的規(guī)律，可把輪跡橫向分布系數(shù)劃分為五個類別，可相應地列出各個類別的輪跡橫向分布系數(shù)值。雙向單車道1.0，雙向兩車道0.6～0.7，雙向四車道0.4～0.5，雙向六車道0.3～0.4，雙向八車道0.25～0.35。
二、土基回彈模量
回彈模量能較好地反映地基所具有的部分彈性性質，所以，在以彈性半空間體地基模型表征土基的受力特性時，可以用回彈模量表示土基在瞬時荷載作用下的可恢復變形性質。我國公路水泥混凝土路面、瀝青路面設計方法中，都以回彈模量E作為地基的剛度指標，為了模擬車輪印跡的作用，通常都以圓形承載板壓入土基的方法測定回彈模量。
路基回彈模量E0 的確定方法大致有以下幾種：
1. 應用直徑30.4cm 的剛性承載板在現(xiàn)有道路的土基頂面進行試驗經修正后確定；
2.應用落錘式彎沉儀（FwD）進行現(xiàn)場試驗，然后根據(jù)試驗確定的FWD 測定的回彈模量與承載板測定的回彈量回歸公式換算；
3.根據(jù)室內或現(xiàn)場CBR 試驗結果，利用CBR 與回彈模量的相關關系推算；
4.根據(jù)路基頂面的回彈彎沉推算；
5.根據(jù)路基土的稠度與壓實度，利用事先得到的回彈模量與稠度（或相對含水量）和壓實度的關系式確定。
由第1與第2 方法得到的土基回彈模量與實際比較吻合，但需要根據(jù)土基不利季節(jié)含水量進行修正；第3種方法是國外經常采用的方法之一；其他方法可以間接推算土基回彈模量，但事先應進行一系列試驗，得到所需的關系式，而且，推算的回彈模量的準確度和精度均較差。
三.路面結構層設計參數(shù)
路面結構由不同的材料逐層鋪筑而成，不同的材料有不同的力學強度特性和相應的結構設計參數(shù)，路面力學計算理論一般建立在彈性力學基礎上，除結構參數(shù)外，還有路面結構的材料類數(shù)、材料的計算參數(shù)包括模量和泊松比。泊松比一般比較穩(wěn)定，在路面設計時一般對特定的材料選用一定的泊松比，如土基和無黏結材料的泊松比取0.35、無機結合料穩(wěn)定材料的泊松比取0.25、瀝青混凝土材料的泊松比取0.25、水泥混凝土材料的泊松比取0.15 等。
1.無機結合料穩(wěn)定材料無側限抗壓回彈模量
無機結合料穩(wěn)定材料（包括穩(wěn)定細粒土、中粒土和粗粒土） 的無側限抗壓強度是按照預定干密度和壓實度用靜力壓實法制備試件，試件高：直徑=1：1的圓柱體、養(yǎng)生時間為設計齡期、側向沒有圍壓時，通過逐級加載和卸載試驗計算得到抗壓回彈模量。
無機結合穩(wěn)定材料室內制件與現(xiàn)場制件設計參數(shù)比值隨材料不同及施工條件而異。一般情況下，現(xiàn)場制件的模量與強度均比室內制件低，其降低的幅度不等，抗壓強度降低幅度較小為10%～20%，抗壓模量下降30%～40%，劈裂強度下降20%～60%，劈裂模量下降50%左右。無機結合料穩(wěn)定材料的設計參數(shù)是根據(jù)大量試驗結果取95%的保證率后（均值-1.645×標準差）得到代表值。在進行拉應力驗算時，半剛性基層材料的疲勞方程由劈裂疲勞試驗得到，半剛性基層材料的容許拉應力按下式計算：
σA=σSP/KS
式中：KS ――結構系數(shù)，對無機結合料穩(wěn)定粒料KS=0.35e0.11/Ac；
對無機結合料穩(wěn)定細粒土KS=0.45e0.11/Ac。
2.瀝青材料的設計參數(shù)
瀝青混凝土的抗壓試驗采用圓柱體試件，試件成型采用靜壓法、輪碾法、搓揉法和旋轉壓實成型法，試件的密度應符合馬歇爾標準擊實密度100%，用于抗壓強度試驗的試件個數(shù)不少于3個，用于抗壓回彈試驗的試件個數(shù)不少于3～6個。
瀝青混凝土的劈裂試驗既可以為瀝青路面設計提供設計參數(shù)，也可以評價瀝青混凝土的低溫特性。我國瀝青混凝土路面的設計參數(shù)采用靜參數(shù)，采用的試驗溫度為15℃ ，試驗加載速率為50mm/min，計算時相應的泊松比采用0.30。試件采用馬歇爾擊實成型的方法、輪碾機成型的板體試件和道路現(xiàn)場鉆孔試件。采用馬歇爾擊實成型的試件尺寸要求直徑101.6mm，高為63.5mm；輪碾機成型的板體試件和道路現(xiàn)場鉆孔試件的尺寸要求直徑為100mm 或150mm，高為40mm。
瀝青混凝土材料的設計參數(shù)也是根據(jù)室內大量試驗結果取95%的保證率后（均值一1.645×標準差）得到其代表值。再考慮現(xiàn)場大規(guī)模施工、質量變化較大的情況，將代表值給予適當?shù)恼蹨p得到推薦值。
四.結語
要想提高瀝青混凝土路面質量，降低病害的發(fā)生機率，必須深入了解路面結構設計各個參數(shù)的試驗原理、參數(shù)自身的特性及在結構設計中的控制作用，對于路面的設計、施工和管理都有很重要的意義。
參考文獻：
關鍵詞：公路，瀝青路面，破壞，原因，防治，措施
前言：瀝青路面的早期破壞是指在瀝青路面使用前期，即在瀝青路面設計壽命的前期發(fā)生的過早的各種形成的破壞。論文參考網。隨著公路交通事業(yè)的迅速發(fā)展，交通量的不斷增長，交通車輛噸位的增長，荷載等級的提高及車輛超載等對瀝青路面的破壞日益嚴重，并極大的影響公路使用質量和公路使用壽命，影響交通運輸上網發(fā)展，分析瀝青路面早期破壞的原因，提出預防破壞的措施方法，對公路質量及公路運輸是有重要意義。
（一）瀝青路面早期破壞原因
（1）結構設計不合理。瀝青面層結構選用不當，混合料類型不合理，根據(jù)瀝青路面設計規(guī)范，瀝青面層除應滿足車輛的使用要求外，還應滿足雨水不滲等要求，宜選用粒徑較小，空隙也小的級配混合料，盡量采用小粒瀝青砼，以提高瀝青路面面層的防滲性。對于選用中粗粒砼或開級配或半開級配瀝青碎石的瀝青路面，必須在瀝青面層下設下封層，防止雨水滲水。
（2）油路補強段的路面厚度考慮不足。路面改造過程中，為充分利用老路并節(jié)約土地及投資，利用舊路的線位及結構層，按照公路補強設計的一般要求和科學態(tài)度，宜先對所用的路段狀況進行客觀評估，根據(jù)舊路的狀況（特別是強度彎沉指標）確定利用舊路的方案及補強厚度，但實際上，一些設計單位往往沒有認真細致的調查，大致給出一個補強厚度及路段樁號就草草了事，結果導致許多補強路段補強后彎沉值大于設計值，造成新路強度不足，早期破壞嚴重。
（3）巖石路段石質類型確定有誤，在路基設計中，由于沒有足夠的地質鉆探資料，僅靠地表情況判斷石質類型，容易出錯。如有的公路，原設計為石方路段，僅用15㎝水穩(wěn)砂礫做整平層，未設置半剛性基層。實際開挖后，路基為泥質頁巖及風化巖，施工單位照圖施工后，由于雨水滲入，導致泥質頁巖及風化巖軟化，瀝青路面結構強度不足，出現(xiàn)大面積風裂。
（4）路面厚度設計問題。論文參考網。路面厚度設計的依據(jù)是設計年限內的累計當量軸次，設計單位為了計算方便，一般將設計公路的交通量劃分為一定車型的標準交通量與另一定型的非標準車交通量，然后將確定車型的非標準車的軸次，換算成標準車軸載的當量軸次，最后用設計年限內的當量軸次，計算路面設計彎沉及結構厚度。
（二）施工質量問題可能造成瀝青路面早期損壞
（1）土基尤其是是粘性土路基施工中，要加強對土的粉碎和翻曬，盡量保證碾壓路段土體含水量的均勻，力求土體固結后路基模量不出現(xiàn)大的差異，要防止對過干的土（低于重型擊實標準最佳含水量3%）采取超壓方式進行壓實。
（2）目前，我國高等級公路路堤普遍比較高，而施工周期又相對較短，這對路基沉降非常不利，施工中，應優(yōu)先安排高填土路段路基施工，并盡量快速施工，讓路基完成后有盡量長的時間固結，橋梁工程的臺背填土往往是高填土路段。也要盡早施工，不能有“重橋輕路”的思想。
（3）使用石灰材料的基層（如二灰碎石基層等）既要對購進石灰的品質把關，更要防止石灰的活性損失?；钚該p失越多，其基層強度就越低。因此，施工控制中，石灰消解時間的確定和對消石灰的保管（特別是雨季保管）應納入施工管理的重要內容。
（4）我國目前對半剛性基層（如二灰碎石或水泥或水泥穩(wěn)定碎石基層）內在質量控制的主要方法是密實度檢查，后期強度則主要通過彎沉檢測量為確定?；鶎蛹霞壟淇刂仆趯嶋H施工時被忽視，二灰碎石或水泥穩(wěn)定碎石基層均屬于嵌擠密實型結構，其集料級配對基層強度形成有很大影響。若級配不連續(xù)或結構內級配不均勻，在剪應力作用下，局部易碎裂，造成松散，甚至損壞整個路面。
（5）基層養(yǎng)護不到位也易造成路面早期損壞。我國現(xiàn)行路面結構設計多在半剛性基層加鋪瀝青面層，基層完成后采用灑水車配以人工鋪助灑水來進行養(yǎng)生，受主、客觀因素的影響，這種養(yǎng)生方法常常不到位，目前機械化程度較高，基層施工速度較快，因為灑小汽車配備不足，或施工取水困難，或氣侯干燥等，路基養(yǎng)生工作往往不到位。灑水車或施工車輛輪胎通過造成基層頂面產生浮灰或表面松散。“保濕養(yǎng)生法”或許是解決這一問題的有效途徑。
（6）瀝青混合料的品質無疑是瀝青路面良好使用性能的重要保證，施工中對瀝青面層集料的相對穩(wěn)定、瀝青拌和樓的粗量系統(tǒng)及礦粉控制、瀝青混合料的拌和和碾壓溫度混合料的表面離析等予以足夠的重視。
（三）車轍原因分析
車轍的形成原因主要是瀝青混合料以及交通條件環(huán)境系統(tǒng)的影響，車轍變形主要來源于瀝青混合料的粘滯流動和一定的壓實作用，瀝青混合料在高溫下由于車輪反復碾壓，產生機橫向剪流動造成車轍，另外施工中用油偏高，瀝青稠度偏高，礦料級配中細了過高，礦粉摻量過大也會產生車轍。論文參考網。
（四）養(yǎng)護方面
瀝青路面的質量好壞，與設計，施工有著很主要的關系，同時與養(yǎng)護也有著重要聯(lián)系，瀝青路面設計施工的再好，如養(yǎng)護不當，也會對路面造成損壞，當瀝青路面出現(xiàn)沉降裂縫、車轍、坑槽等破壞時，應及時發(fā)現(xiàn)分析成因，采用適當?shù)姆椒ㄟM行處理，修復以免損壞進一步的蔓延。
二、路面病害的防治措施
（一）優(yōu)化設計
提高長期使用性能的重點應該從優(yōu)化結構組合設計，按每一條路的實際情況得到的數(shù)據(jù)去設計路面面層，這樣的數(shù)據(jù)才能更合理、更適合。對各油面層瀝青混合料進行優(yōu)化設計，礦質混合料設計時應采用骨架密實結構，最佳瀝青用量應根據(jù)不同層油面層需要的功能謹慎選定。為提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，黑龍港流域施工采用的瀝青用量應按最佳瀝青用量OAC的±0.3%選用，中、下油面層宜取低限。重載道路或高速公路瀝青路面建議對中、上面層使用瀝青進行SBS改性。
（二）原材料質量控制
（1）瀝青應選用具有良好的高低溫性能、抗老化性能、含蠟量低，高粘度的優(yōu)質國產或進口瀝青。在條件許可的情況下，可在瀝青中摻和各種類型的改性劑，以提高基性能指標。
（2）集料選用的骨料應選用表面粗糙、石質堅硬、耐磨性強、嵌擠作用好、與瀝青粘附性能好的集料。
（3）混合料的級配確定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和疲勞性能、低溫抗裂性，路面表面特性的耐久性是兩對矛盾，相互制約，照顧了某一方面性能，可能會降低另一方面性能。
（4）混合料配合比設計，實際上是在各種路用性能之間搞平衡或最優(yōu)設計，根據(jù)當?shù)氐臍夂顥l件和交通性況做具體分析，盡量互相兼顧，當然為提高瀝青路面使用性能還可以考慮以下兩個途徑：第一是改善礦料級配，采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）：第二是改善瀝青結合料，采用改性瀝青。
（三）路基的強度
首先壓實度是反映路基強度的重要指標，也是提高路基強度和穩(wěn)定性的最經濟、最有效的技術措施，施工中必須嚴格檢測控制，使其達到規(guī)定值。填土層的厚度對壓實度有直接的影響，每層的松鋪厚度不應大于30㎝。必須嚴格控制路基的填筑工藝，確保路基強度。
（四）施工過程中質量的控制
（1）瀝青的選用十分關鍵，要挑選符合規(guī)范各項要求的瀝青，特別是瀝青針入度、軟化點、延度指標必須嚴格把關。由于近些年的氣侯偏暖，因此，瀝青標號宜選擇在規(guī)定范圍內低標號瀝青。此外，透層油，粘層油瀝青應采用與瀝青混凝土用同一種瀝青，特別是油石比的選擇應考慮粘層油，透層油返油時對其影響。
（2）在瀝青混合料配合比設計上要特別重視
（3）瀝青混合料拌合時間、出廠溫度、攤鋪溫度、碾壓成型等溫度控制必須嚴格按規(guī)范要求進行，合理安排工期，避開不利天氣施工。
（4）攤鋪機應選用熟練的攤鋪機操作手，并選擇兩臺前后錯開同時施工，而少采用傘斷面攤鋪機，在攤鋪過程中，應盡量避免停機，注意路面縱向接縫的成型及碾壓工藝。]
結束語
路面早期破損已為瀝青路面的主要危害之一，各級交通管理部門都應引起足夠的重視。并根據(jù)其成因從路面設計，原材料進場到具體施工，有針對性采取一系列預防和改善措施。同時，必須建立健全質量保證體系，從管理部門、設計部門到施工部門，層層重視，層層控制，層層落實。只有這樣，才能從根本上減少對瀝青路面的早期破損現(xiàn)象的確發(fā)生，使公路建設質量全面提高，更上新臺階。
參考文獻
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關鍵詞：排水瀝青路面；研究；應用；規(guī)范
中圖分類號：U416.217文獻標識碼：A 文章編號：
引言：
國外對透水性瀝青混合料己研究多年，我國對此研究尚處于起步階段，雖然近年來對此已有許多相關的論文，但除個別工程外，我國目前尚未正式使用透水性瀝青混合料，主要就是因為透水性瀝青混合料的材料選擇、級配及施工工藝尚無完整的規(guī)范或指標。但從我國公路發(fā)展現(xiàn)狀和透水性瀝青混合料的材料特點及氣候、環(huán)境等方面考慮，在我國開展透水性瀝青混合料的研究己迫在眉睫。
1.排水瀝青路面的定義
排水瀝青( drainage asphalt )路面，又稱透水瀝青( porous asphalt )路面，針對表面層來說又稱多孔隙瀝青磨耗層( PAWC, porous asphalt wearing course )，開級配磨耗層( OGFC，open-graded friction course )等，指壓實后空隙率在20%左右，能夠在混合料內部形成排水通道的新型瀝青混凝土面層，其實質為單一粒徑碎石按照嵌擠機理形成骨架－空隙結構的開級配瀝青混合料。
2.排水瀝青路面的特性
透水性瀝青混凝土具有傳統(tǒng)瀝青鋪面所沒有的優(yōu)點
1）透水性瀝青可以防濕滑：
透水性瀝青因可迅速排泄雨水并預防濕滑，故其可確保行車安全。可有效降低濕路面之噴濺及路面反光之暈眩。
2）透水性瀝青可降低噪音：
由于輪胎及車首間之氣體被下壓至表面孔隙，故滾動阻力及噪音皆有效降低，同時節(jié)省耗油量及輪胎的磨損。雨天時，透水性瀝青道路表面干爽，能提供比傳統(tǒng)濕滑路面較高且均勻之路面磨擦力，高速行駛時亦然，因而雨天行車無路面打滑之虞。
3）透水性瀝青可延長使年限：
有穩(wěn)定而堅固的瀝青鋪面，其極佳之之瀝青黏著力，可提供高抗張及抗壓強度，此可降低路面變形的風險。
4）透水性瀝青容易鋪筑：
拌合溫度與傳統(tǒng)之非透水性瀝青混凝土之拌合溫度一樣，約在150~170℃；至于另一款所謂的HABD透水瀝青，其拌合溫度為110℃，因粒料極易硬化之故，使鋪筑十分困難，容易產生不均勻之鋪面。透水瀝青反之，用人工鋪筑極為容易，而且路面均勻而平滑。
5）透水性瀝青可降低成本：
透水性瀝青較傳統(tǒng)非透水瀝青混凝土更堅實。于相同厚度的條件下，傳統(tǒng)非透水性瀝青每平方公尺需要80公斤的瀝青混凝土，而透水性瀝青每平方公尺則須要65~70公斤即可。
3. 排水瀝青路面國內外應用概況
排水性瀝青混合料起源于歐洲，1960年德國首次使用此種路面。80年代在法國、英國、意大利等國家得以較大面積推廣。歐洲通常使用的厚度為40～50mm，主要是為了減少噪音，減輕雨天的濺水，提高抗滑能力。在美國，該種面層稱為OGFC，它本來是60年代幾個洲用作混合料封層發(fā)展起來的，后來又吸收了歐洲的經驗，大部分用作薄層表面層以獲得良好抗滑性能，鋪筑厚度在13～19mm。 日本從80年代后期開始這方面的試驗研究。雖然起步較晚，但發(fā)展較快，目前已形成較為完善的排水性瀝青混合料設計方法，應該說，日本是研究和應用排水瀝青路面最成功的國家之一。
我國對這類路面的研究起自20世紀90年代初期。國內部分高校和研究所先后在收集國外資料的基礎上做了一些嘗試性工作，工程應用很少，我國上海、河北、黑龍江、廣東等地修了一些小規(guī)模的試驗路，但由于使用普通瀝青，性能很差未獲得成功。
由于我國尚沒有對排水瀝青路面設計、施工和質量評價建立規(guī)范和標準，加之排水瀝青路面的諸多問題在國際上也尚處于認識發(fā)展階段，這使得這種在國外被稱作具有“頂級路面性能”的新型路面結構在國內遲遲不能推廣。 2001年～2004年，交通部公路科學研究院與東南大學等單位合作完成了交通部西部項目《山區(qū)公路瀝青面層排水技術研究》課題。該課題初步解決了我國應用排水瀝青路面的主要技術問題，包括材料性能與設計、結構設計、施工技術、路面安全特性等，在重慶渝鄰高速修筑了長3km的實體工程，試驗了不同空隙率、不同改性瀝青的多種排水性瀝青路面。該課題成果經交通部科教司鑒定，總體上達到國際先進水平，為排水瀝青路面在我國的應用奠定了基礎。 2005~2006年，交通部公路科學研究所承擔了江蘇省交通科學研究計劃項目《排水性瀝青路面應用技術研究》。根據(jù)本項目研究成果，在鹽通高速成功地鋪筑了16.8km的排水性瀝青路面，這條試驗路也是目前我國南方高溫多雨地區(qū)第一條大規(guī)模的排水性瀝青路面實體工程，取得了豐富的研究成果。2008年，江蘇省又在寧杭高速公路二期修筑了全長20.9km的排水瀝青路面，目前使用效果良好。 近年來，我國高速公路建設發(fā)展迅速，里程逐年增長，路網日趨完善。如何提高路面的使用品質，如何向社會提供更安全、更舒適、更快捷的公路交通，已成為我國交通部門追求的新目標?？梢灶A測，排水瀝青路面將適應這一趨勢，在我國得到更廣泛的應用。
4.工程應用中的相關注意事項
我國尚沒有對排水瀝青路面設計、施工和質量評價建立規(guī)范和標準，故我們需在工程應用中摸索前進。由于其獨特性，排水瀝青路面在工程應用中除了符合現(xiàn)有相關規(guī)范，還應注意以下幾點：
1）混合料技術要求
有別于其他瀝青混合料，排水性瀝青混合料壓實成形后空隙率在20%左右，±20℃瀝青混合料的飛散損失率應不大于10%，滲水系數(shù)應不小于900mL/15s。
2）排水性瀝青路面結構設計
排水性瀝青路面由排水面層、基層、墊層等多層結構組成。排水面層厚度一般宜為40～50mm，空隙率在20%左右。
排水性瀝青路面結構形式
3）排水性瀝青路面排水設計
為充分發(fā)揮排水功能，不透水層表面應確保橫坡和平整度，應設置通道等能迅速將水排出的設施。
邊溝排水處理示意圖
5.結束語
不管從國際路面使用趨勢，還是國內實際情況出發(fā)，瀝青排水路面的推廣及應用已經迫在眉睫。當瀝青排水路面技術在國內成熟推廣應用，路面的使用品質將極大的提高，公路交通也將變得更安全、舒適、快捷。
參考文獻：
【關鍵字】：半剛性路面；瀝青公路；早期波壞；病害防治
目前我國半剛性公路路面的早期破壞很嚴重。造成這種情況的主要原因包括超載、交通事故、有害化學物品的污染、異常氣候、設計、施工、材料的選取以及對其的不合理養(yǎng)護等等。其中最主要的原因是對路面結構的設計不夠合理。在我國現(xiàn)行的設計規(guī)范下，如果設計10t負荷的承載力，超載負荷達到16t時，相當于10t負荷的車壓過半剛性路面42.9次，瀝青路面7.7次。當前，我國高等公路半剛性基層瀝青路面占據(jù)絕大多數(shù)，所以很有必要對路面的早期破壞進行研究。
1 半剛性路面早期的破壞形式和原因
半剛性基層上鋪筑瀝青的路面就是半剛性路面。半剛性路面的早期破壞形式主要有水損壞、裂縫、路面變形、路表損壞等。其中水損壞包括松散、凍脹和坑槽等；裂縫有橫向裂縫、網裂以及縱向裂縫等；路面變形的形式有車轍、擁抱、沉陷等；路表損壞形式有剝落和泛油等。路面早期破壞最為關鍵的因素是半剛性基層本身。原因體現(xiàn)在以下幾個方面。
⑴剛性路面不可能避免開裂。因為在半剛性基層中，半剛性材料具有干裂收縮、溫度收縮的特性，容易造成路面開裂，由此也會引起瀝青路面裂縫的產生，無法完全避免。
⑵半剛性路面的排水性能很差。半剛性材料透水性差，對水很敏感，由于降水或者人為原因，瀝青層面進水避免不了，水從瀝青面層到達半剛性基層后不能及時的排走，造成在瀝青面層和半剛性基層之間聚集、滯留的局面。在車輛荷載的作用下會產生巨大的動水壓力，沖刷基層表面，長期下去會造成基層與面層的斷裂，導致基層的受壓能力下降。同時由于部分水分也可能由基層向下滲入，進而軟化土基，使得路面各個結構都受到水的破壞，導致路面的整體承載能力下降，造成各種路面病害。
⑶半剛性基層沒有自我愈合的能力，破壞之后修補十分困難，只能重建。
⑷路面設計方面的原因。我國瀝青路面的發(fā)展研究是近10年來隨高速公路建設發(fā)展起來的，對其設計問題方向還需要研究。《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTJ014--97)也需要結合工程實踐進行不斷的改進與完善，也應當根據(jù)各地區(qū)的氣候、水文等情況對路面結構設計進行試驗研究并且通過實際的鋪筑試驗路，來積累相關經驗。但是，近年來公路建設發(fā)展迅速，設計施工時間倉促，對設計的調查以及研究力度底，導致瀝青路面設計的合理性不強，直接是公路遭到早期破壞。其中設計時主要存在以下幾個問題。
1．路面結構設計合理性低。如基層厚度達不到規(guī)格要求，面層分層及材料配合比設計不符合規(guī)范，面層厚度不合理。
2．設計中路面、基層以及底基層的排水設計考慮不周全。
3．路面所處地段的實際土質和水文勘察的情況與實際嚴重不符，致使路面設計參數(shù)嚴重不符合實際。
4．對公路的地基設計不合理，致使地基沉降不能夠達到允許的工后沉降等。
2 半剛性路面早期破壞的防治措施
針對以上所敘述的半剛性路面的早期破壞形式，采取的措施主要包括：增加瀝青路面的厚度；提升公路的排水性能，防治水破壞；選用干燥、溫度收縮系數(shù)小的材料鋪筑半剛性基層；加強瀝青路面的抗裂設計；采取預切裂縫以及預開裂的措施；設計應力吸收層用來減小路面應力。除此之外，還需要采取以下措施。
1．提高路面承載力，以此適應超重車的現(xiàn)象，主要是通過增加下面層的厚度來實現(xiàn)的，建議下面層厚度在10cm以上。
2．瀝青混凝土面層內適當鋪設土工合成材料，這樣不但可以提高面層的抗裂、防滲性能，還能提高基層或路基承載能力，提高面層抗疲勞強度，以及增強抗車轍和抗鼓包能力，與此同時也能夠降低彎沉值。
3．在粘層使用高性能的粘結材料，增強路面的層間結合，這樣使路面具有好的防水能力，又提高了路面的整體強度。在高速公路工程上，粘層可采用改性瀝青或者橡膠乳液預處理等新技術。
4．為防止水對路面的損壞，必須加強路面結構的防滲以及排水功能的設計。實際情況中，無法避免雨水透入瀝青面層，關鍵問題是，一旦雨水透入瀝青層后，如何將其及時排出使其不滯留在路面結構層內，如果是在多雨潮濕地區(qū)這個步驟尤其重要。除了在路面結構層中采取設置防水層、在路面各層間設置粘油層、在半剛性基層頂面設封層等措施來利于層間粘結和防水，還要在路面的半剛性基層間以及面層設置級配碎石排水層。
5．采取一定措施提高瀝青面層的壓實度，并且嚴格控制瀝青混合料空隙率，以此來增強瀝青混凝土面層的不透水性能。
6．相關部門加強對施工質量的監(jiān)督控制。要組織相關技術人員對原材料檢驗和混合料配合比進行試驗，進一步完善瀝青混合料攤鋪、拌和以及壓實工藝。與此同時，公路管理部門要加強對超限、超載運輸現(xiàn)象的家督力度，嚴格限制超載、超限車在公路上形式。
7．研究和探索先進的路面結構，并將這些先進的路面結構應用于實際工程之中，如采用SMA面層或者改性瀝青，來提高路面的抗磨耗能力和抗永久變形能力；為了增強公路路面的抗車轍能力和抗疲勞性能，在路面結構的下面層以及中面層采用FAC—20結構；通過采用大粒徑碎石，改善基層的類型，使路面的反射裂縫等大大減少。
8．對一些先進的路面設計成果進行推廣和使用。如目前對高性能瀝青路面的研究成果中就有新的發(fā)現(xiàn)，即使用性能作為基礎的瀝青分等的方法，用新試驗設備、新指標的試驗方案檢測瀝青；使用體積配合比法對混合料進行設計。
9．在對瀝青路面設計，要積極參照國外比較成功的路面設計理論以及實際情況。國外公路大多數(shù)采用永久性路面結構，這種結構的路面層的不透水、抗車轍以及抗磨耗的能力很強，公路路面中間層也有好的耐久性能，路面基層的抗疲勞以及耐久能力也很強。所以，實際工程中，可通過增加路面結構的總厚度來降低拉應變能力或者提高基層的瀝青含量等措施來提高路面結構的抗疲勞能力。
3 結論
目前我國高級公路路面基本上都是半剛性的，但是路面容易出現(xiàn)各種病害，使道路的服務水平大大降低，也造成比較嚴重的經濟損失。以上討論中，首先從半剛性路面的早期破壞形式著手，分析了半剛性路面早期破壞的原因，進而提出了解決半剛性路面早期破壞的措施，要做以下工作：對已經提出的瀝青和瀝青混合料的性能指標以及標準做標做準進一步驗證和完善；研究新的瀝青和瀝青混合料的新型改性劑和改性工藝；加大對新型瀝青路面結構與鋪筑工藝的研究，進一步提高瀝青路面的使用品質；研究改善瀝青混合料設計方法，使其在不同環(huán)境下滿足瀝青路面的使用要求；對瀝青路面使用性能的評價與預測方法進行進一步的研究和完善，在此基礎上提出比較合理的維修養(yǎng)護方式。
參考文獻
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關鍵詞 瀝青混合料;抗疲勞性能;控制應力彎曲疲勞試驗;評價指標;性能分析
中圖分類號U416.2 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2010)22-0043-02
0 引言
瀝青混合料疲勞性能是指其在特定荷載環(huán)境與氣候環(huán)境條件下抵抗重復加載作用而不產生破裂的能力。疲勞損壞是瀝青混凝土路面最主要的破壞形式之一。為了保證瀝青路面具有良好的使用性和耐久性,世界各國瀝青路面設計方法均以路面疲勞特性作為基本設計原則,國內外研究和評價瀝青混合料抗疲勞性能的方法有很多,其中控制應力彎曲疲勞試驗是研究瀝青混合料抗疲勞性能的最有效方法。
本文介紹控制應力彎曲疲勞試驗,并采用該試驗方法對AC-13瀝青混合料的抗疲勞性能進行評價,提出瀝青混合料抗疲勞性能的評價指標,分析AC-13瀝青混合料其抗疲勞性能變化規(guī)律。
1 瀝青混合料抗疲勞評價方法概述
國內外研究瀝青混合料抗疲勞性能的方法有很多種,綜合目前已有的研究成果,瀝青路面疲勞特性試驗方法主要包括:1)現(xiàn)場試驗法;2)試槽法;3)試板試驗法(也稱為試塊法);4) 試件法;5)槽口彎曲疲勞試驗等。
如此繁多的試驗方法,如何選擇。本論文從試驗的可操作性、試驗結果的可直接應用性及國內對抗疲勞性能的相關規(guī)定要求考慮,采用控制應力簡支梁彎曲疲勞試驗法進行應力控制的疲勞試驗,研究瀝青混合料的疲勞性能,為瀝青混合料的設計與施工提供指導。
2 簡支梁彎曲疲勞試驗原理
本文采用中點加載簡支梁彎曲試驗法,加載模式為控制應力方式?？刂茟Φ钠谠囼炇窃谥貜图虞d的疲勞試驗過程中,保持應力不變,疲勞破壞是以試件的疲勞斷裂作為準則,達到疲勞破壞的荷載作用次數(shù)為疲勞壽命。
這種加載方式下疲勞壽命公式一般為:
Nf=k(σf /σ) n
式中:
Nf為疲勞壽命,采用試件破壞時的加載次數(shù);
k,n為試驗常數(shù),其值取決于試驗條件,加載方式和材料特性等,n 也稱為坡度系數(shù);
σ為每次施加于試件的常量應力的最大幅度,MPa;
σf為瀝青混合料的彎拉強度。
3 瀝青混合料抗疲勞性能評價
采用控制應力彎曲疲勞試驗對AC-13瀝青混合料進行抗疲勞性能評價,AC-13確定瀝青混合料抗疲勞性能。
3.1 試驗材料
3.1.1 集料
粗集料采用石灰?guī)r碎石,細集料采用石灰?guī)r機制砂,經過試驗測試,所采用的集料均滿足相關技術要求。
3.1.2 瀝青
采用Shell Pen60/80瀝青,對瀝青按JTG F40―2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》要求的性能指標檢測,經檢測瀝青性能指標滿足相關技術要求。
3.2 瀝青混合料配合比設計
分別對AC-13瀝青混合料進行配合比設計,確定瀝青混合料的集料用量比例和最佳油石比。
3.2.1 礦料級配設計
礦料級配設計采用馬歇爾設計方法,設計時充分考慮到JTG F40―2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》要求,確定的AC-13瀝青混合料的集料用量比例為:
10~15mm碎石:5~10mm碎石:機制砂= 35%:23%:42%
3.2.2 最佳油石比確定
按照JTG F40―2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》規(guī)定的瀝青混合料最佳油石比確定方法,確定AC-13瀝青混合料的最佳油石比為為5.0%。
3.3 抗疲勞試驗結果及分析
3.3.1 Pen60/80的AC-13瀝青混合料疲勞試驗結果
采用PLS疲勞試驗機以控制應力簡支梁彎曲疲勞試驗對Pen60/80的AC-13型瀝青混合料抗疲勞性能進行評價。
試件尺寸:采用車轍成型儀成型300mm×300mm×50mm的板狀試件,然后沿碾壓成型方向切割出240mm×50mm×50mm的小梁試件。
試驗條件:試驗溫度15℃,加載頻率10Hz,跨徑20cm,采用應力控制三點彎曲試驗,根據(jù)不同應力比下的疲勞破壞數(shù)據(jù),繪制加載次數(shù)和變形曲線。
AC-13瀝青混合料小梁彎曲強度試驗結果平均破壞荷載為2.63kN,抗彎拉強度為6.312 MPa;
AC-13瀝青混合料的小梁疲勞試驗結果如下:
疲勞作用次數(shù):212、347、2188、3447、19935;
相應應力比:0.6、0.5、0.3、0.2;
相應對數(shù):2.326、2.540、3.340、3.537、4.300。
AC-13瀝青混合料的小梁疲勞彎曲疲勞方程如下:
疲勞方程:y = -0.1945x + 1.0241R2= 0.9633
疲勞方程參數(shù)及相關系數(shù) :k=10.57n=0.1945R2= 0.9633
以疲勞次數(shù)的對數(shù)為橫坐標,應力比為縱坐標,繪制AC-13瀝青混合料的疲勞曲線圖如下圖1。
3.3.2 試驗數(shù)據(jù)分析及結論
1) AC-13瀝青混合料的疲勞次數(shù)服從標準疲勞方程模式,滿足疲勞性能要求。疲勞次數(shù)都隨著應力水平的增加而呈現(xiàn)明顯下降趨勢,說明車輛輪載的增加,對路面耐久性的破壞很明顯,因此進行路面結構設計時,應充分考慮擬建道路的交通組成特點,尤其是對于重載車輛的破壞作用要有較準確的判斷,防止路面由于超載而使疲勞壽命大大降低。
2)疲勞方程的參數(shù)k值可以稱為疲勞擴大系數(shù),k值越大,說明疲勞壽命越長, n可以稱為速度系數(shù),該值越大,說明疲勞次數(shù)隨著應力水平的增加衰減的速度越快,耐久性能良好的混合料的疲勞方程一般具有k值較大,n值較小的特點。
4 結論
通過研究現(xiàn)有的瀝青混合料疲勞試驗方法,本論文采用現(xiàn)象學法中的控制應力簡支梁彎曲疲勞試驗法,對AC-13瀝青混合料進行抗疲勞性能進行評價,AC-13瀝青混合料的疲勞次數(shù)服從標準疲勞方程模式,滿足疲勞性能要求,提出應將疲勞破壞試驗、指標作為路面結構設計的依據(jù)。
參考文獻
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關鍵詞:柔性基層；半剛性基層；重載適應性
Abstract: the paper to pavement mechanics for computing tools BISAR3.0 software, analysis standard axle load, overload, overload 100% 50% of cases of the two different the mechanical response of the asphalt pavement, the contrast of the way the table deflection, pavement structure all levels (surface, basic level, subbase) mechanical properties. The results show that the asphalt pavement and flexible grassroots semi-rigid base of the asphalt pavement overloaded adaptability differences. Only for the rational optimized combination, can realize the two complementary advantages of pavement structure.
Keywords: flexible grassroots; Semi-rigid base; Overloaded adaptability
中圖分類號：U416.217文獻標識碼：A 文章編號：
1概述
近年來，我國車輛的超載、超限情況十分普遍，重載(這里重載是指單軸軸載大于 130kN 或雙軸軸載大于 220kN 的軸載) 日益顯著增加。調查表明，規(guī)范規(guī)定的軸載換算公式已不適用。本文采用交通部公路科學研究所《重載瀝青路面設計規(guī)范研究報告》里的科研成果，當計算標準軸載、超載50％、超載100％的情形時，荷載接地壓力分別采用0.707MPa、0.84MPa、1.0MPa，與之相對應的三種作用半徑分別為10.65cm、12.50cm、15.47cm。
目前，在我國高等級公路中，瀝青路面占 80%-90%，其中約90%以上采用半剛性基層。由于半剛性基層自身不可克服的缺點：溫縮、干縮變形大，易開裂，并最終形成反射裂縫，在行車荷載、水、溫度梯度的綜合作用下，使得路面結構產生松散、唧漿、車轍等病害，極易導致路面結構的破壞。特別是在車輛重型化日益嚴重的今天，更加暴露了半剛性基層路面的這種缺點，使得路面使用性能和壽命均達不到理想水平。而柔性基層如級配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石等，屬于粘彈性材料，韌性好，有一定自愈能力，但是變形和彎沉較大，其面層層底容易產生疲勞開裂，雖然可以采取增加瀝青面層厚度來延長裂縫擴展時間的措施，但這樣一來投資成本較高，而且也會加重瀝青面層出現(xiàn)車轍的可能性。下面就以力學的方法來探討這兩種路面結構在不同荷載條件下的力學響應。
2路面結構設計及計算
2.1理論基礎
對路面結構進行計算和分析是基于彈性層狀體系理論，荷載圖式采用與雙輪組相當?shù)膬蓚€圓形均布荷載，其圓心距假定為三倍荷載圓半徑。雙圓均布荷載中心點的坐標分別為(0，0，0)和(3δ，0，0) (δ為荷載半徑)。軸載是采用之前提到的標準軸載、超載50％、超載100％的情形。
2.2路面結構
本文所考慮的柔性基層和半剛性基層瀝青路面瀝青路面的具體結構及參數(shù)如表2-1和表2-2所示，結構層總厚度均為70cm。
表2-1柔性基層瀝青路面結構
層位 材料 厚度（cm） 彈性模量（Mpa） 泊松比
上面層 瀝青混凝土 4 1500 0.25
下面層 8 800 0.25
基層 級配碎石 38 300 0.30
底基層 級配砂礫 20 200 0.35
土基 25 0.35
表2-2半剛性基層瀝青路面結構
層位 材料 厚度（cm） 彈性模量（Mpa） 泊松比
上面層 瀝青混凝土 4 1400 0.25
中面層 5 1200 0.25
下面層 6 700 0.25
基層 水泥砂礫 35 1500 0.25
底基層 石灰土 20 750 0.30
土基 25 0.35
3計算結果分析
3.1路表彎沉分析
彎沉是表征路面總體剛度的指標，在荷載相同、土基支承相同的條件下，彎沉越小，則總體剛度越大，抗變形能力越大。圖3-1為柔性基層瀝青路面與半剛性基層瀝青路面路表彎沉隨荷載增長的變化情況。
圖3-1路表彎沉
由圖3-1可以看出，隨著軸載的增長，柔性基層瀝青路面和半剛性基層瀝青路面彎沉變形也會逐漸變大，這說明路表彎沉對車輛軸載變化較為敏感，而柔性路面的彎沉增長率大于半剛性基層瀝青路面，說明柔性基層瀝青路面的路表彎沉對車輛軸載變化更為敏感。
3.2下面層層底受力分析
圖3-2為兩種路面結構分別在不同荷載作用下下面層層底的力學響應及其分布規(guī)律。從圖中可知，柔性基層瀝青路面的下面層層底所受的水平應力均為正值，可見其下面層在車輛荷載作用下處于受彎拉狀態(tài)。當車輛超限嚴重時，很容易造成瀝青面層的拉裂破壞。而半剛性基層瀝青路面的下面層層底所受的水平應力均為負值，說明在車輛超載很嚴重時，半剛性基層瀝青路面的面層也不會產生拉裂破壞。
圖3-2 下面層層底最大拉應力（MPa）
3.3基層和底基層層底受力分析
柔性基層瀝青路面和半剛性基層瀝青路面的基層和底基層層底主要受拉應力，圖3-3、圖3-4分別為兩種路面結構的基層、底基層層底最大拉應力隨軸載增長的變化規(guī)律。隨著荷載的增加， 柔性基層瀝青路面與半剛性基層瀝青路面基層、底基層層底的最大拉應力都在增大，變化趨勢大致相同。從兩圖可以看出，半剛性基層瀝青路面的基層和底基層底面的最大拉應力要比柔性基層瀝青路面的大，而且隨著軸載的增加最大拉應力增大較明顯，可見嚴重超限運輸車輛會使半剛性基層瀝青路面的基層和底基層的抗拉強度不足，提前在層底產生拉裂破壞，并反射到面層，形成面層的反射裂縫早期破壞。而柔性基層瀝青路面的基層和底基層的板體性較差、強度低，故其最大拉應力隨軸載增加的變化較小。因此，半剛性基層瀝青路面的基層及底基層的最大拉應力的變化對車輛軸載變化更加敏感。根據(jù)之前的學習，我們知道結構的疲勞壽命由結構的拉應力所決定的。所以，半剛性基層瀝青路面在超載車輛數(shù)量較多、頻繁作用時，極易引起疲勞拉裂破壞，嚴重影響其使用壽命。
圖3-3 基層層底最大拉應力（MPa）
圖3-4 底基層層底最大拉應力（MPa）
由圖3-3和圖3-4的比較可以看出，半剛性基層瀝青路面底基層層底拉應力大于基層層底拉應力，這也驗證了對于設置半剛性下基層（即底基層）的路面結構，通常極限狀態(tài)首先發(fā)生在下基層底部，產生初始裂縫，然后向上使得基層拉應力增大而引起基層裂縫，最后擴展到瀝青面層。
4結論
（1）通過路表彎沉的比較，柔性基層和半剛性基層瀝青路面在車輛軸載變化的條件下，柔性基層瀝青路面表現(xiàn)的更為敏感。
（2）在相同的交通荷載的作用下， 柔性基層和半剛性基層瀝青路面呈現(xiàn)不同的破壞狀態(tài)。柔性路面的破壞主要是瀝青面層的疲勞拉裂破壞和路面整體的功能性車轍沉陷；半剛性路面的破壞主要是因基層及底基層的拉裂破壞而促使面層形成反射裂縫破壞。
（3）鑒于這兩種路面結構的特點，今后的研究方向在于充分發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，進行優(yōu)化組合設計。
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