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1、沥青路面设计原理初探楼小女 , 周密(育才 - 布朗交通咨询监理有限公司 , 湖南 长沙 410076)摘 要 : 从设计标准 、 交通荷载 、 材料参数及设计方法四方面比较我国 97 规范的 设计原理与方法 ,并指出我国设计规范应从哪些方面进一步完善 。 关键词 : 沥青路面 ; 设计原理 ; 交通荷载 ; 材料参数 ; 设计方法我国已建成的公路中 ,沥青路面占有很大的比例 ,但其路面结构有很大的差别 。如 沥青路面的总厚度最薄的为 49 cm , 最厚的 达 110 cm 。在结构组合和厚度上的显著差 异 ,既反映了我国沥青路面设计经验还欠缺 , 也反映了设计者的随意性和一定程度上的盲 目
2、性 。其结果是 ,一些路面设计过分的保守 , 造成材料和资金的浪费 ; 另一些路面设计又 偏于不安全 ,由于结构设计不合适或厚度不 足而产生早期破坏 ,造成了大的经济损失 。 因此 ,针对公路路面工程的特点 ,依据我 国最新颁布的沥青路面设计规范 ,如何正确 理解 、 掌握其设计原理及方法 ;在结构组合与 计算中 ,如何经济合理地选材和确定计算参 数 ;在路面结构材料组成设计中 ,如何合理有 效地确定质量控制指标 ,这是我国公路建设 中亟待解决的问题之一 。其中 : A c 为公路等级系数 ; A s 为面层结构类 型系数 , A b 为基层类型系数 , 对半刚性基层 取 1 , 柔性基层取
3、1 . 6 ; N e 为累计当量轴次 。 路面结构层容许拉应力 R 是指路面结 构在行车荷载重复作用下达到疲劳临界状态 时容许的最大拉应力 。R =sp / Ks其中 :sp 是规定条件下通过劈裂试验获得材料的劈裂强度; K 是抗拉强度结构系数 , 沥青s0. 22面层 Ks = 0. 09 A g Ne/ A c ( A g 为沥青混合 料级配系数 ,对细、 中粒式为 1 , 粗粒式为 1. 1 ,0. 11其它取值同前) , 稳定粒料类 Ks = 0. 35 Ne A c ,稳定土类 Ks = 0. 45 Ne0. 11/ A c 。交通荷载以双轮组单轴载 100 kN 为标准轴载 ,以
4、 B ZZ - 100 表示 。轮胎接地压强 0 . 70 M Pa , 单轮当量圆直径 d 为 21 . 3 cm ,两轮中心距 为 1 . 5 d 。当以设计弯沉为设计指标时 , 凡轴载大 于 25 kN 的各级轴载 P1 的作用次数 n1 , 均按以下公式换算成标准轴载 P 的当量作用 次数 N :k2设计标准97 规范是以设计弯沉值与层底拉应力 为设计标准。其中以设计弯沉值为路面整体 刚度的设计指标 ,对高速公路 、 一级公路 、 二 级公路的沥青混凝土面层和半刚性材料的基 层 、 底基层进行层底拉应力验算相辅 。 所谓设计弯沉值是根据设计年限内一个 车道上预测通过的累计当量轴次 ,公
5、路等级 , 面 、 基层类型而确定的路面弯沉值 L d 。L d = 600 N e - 0. 2 A cA s A b164 . 35N =C1 C2 n 1 ( P1 / P)i = 1 式中 : N 为标准轴载的当量轴次 ( 次/ 日) ; n1为被换算车型的各级轴载作用次数 ( 次/ 日) ;中南汽车运输 M i d dle S ou t h A u tom ot i ve T ra ns port at ion总第 78 期33P 为标准轴载 ( kN ) ; P1 为被换算车型的各级轴载 ( kN ) ; C1 为轴数系数 ; C2 为轮轴系 数 , 双轮组的为 1 , 单轮组的为
6、6 . 4 , 四轮组的 为0 . 38 ; 当轴间距大于 3 m 时 ,按单独的一个 轴载计算 ;当轴间距小于 3 m 时 ,应考虑轴载 系数 ,可按如下公式计算 ,此公式适用于双轴 或多轴计算 :C1 = 1 + 1 . 2 ( m - 1) 式中 : m 为轴数 。当进行拉应力验算时 , 凡轴载大于 50 kN 的各级轴载 P1 的作用次数 n1 均按下式设计方法路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下 的多层弹性连续体系理论 ,以设计弯沉值为 路面整体刚度的设计指标 ,计算路面结构厚 度 。对高速公路 、 一级公路 、 二级公路的沥青 混凝土面层和半刚性材料的基层 、 底基层进 行层底拉应力
7、的验算 。4不足及应改善之处97 规范尚缺乏低温抗裂 、 半刚性基层材 料抗冻性方面的内容 ,钢桥面铺装的设计还 是空白 。沥青混合料的设计参数与沥青种 类 、 标号 、 粘度 、 沥青用量及混合料的级配 、 空 隙率 、 试验温度 、 加载方式和加载速度等有 关 。就某一种沥青的混合料的设计参数而 言 ,其资料仍显不足 ,应多做试验 ,以积累材 料设计参数的资料 。因我国的科研经费很有 限 ,所建立的公式与指标来源于少量的试验 路或生产路段 ,其代表性有局限 ,应在各地的 实践中不断地验证并予以提高 。 总之 ,现行规范的试验方法落后 ,试验指 标单一 , 试验对象不全面 , 仅仅考虑强度指
8、 标 。应研究的方向 : 低温抗裂性能 ; 旧 路改建设计方法 (罩面设计方法) ; 沥青混 合料的粘弹性性质考虑 ; 车辙的防治在设 计指标中的考虑 ; Miner 准则具有局限性 ;荷载动态性能的考虑 ; 参数变异性的 考虑 ; 弯沉综合修正系数的缺陷 。5换算成标准轴载kP 的当量作用次数 N :6C1 C2 n1 ( P1 / P) 8N = i = 1 式中 : C1 为轴数系数 , C1 = 1 + 2 ( m - 1) ; C2 为轮轴系数 , 双轮组为 1 , 单轮组为 18 . 5 , 四 轮组为 0 . 09 。累计当量轴次 N e 通过下式计算 : N e = ( 1 +
9、 ) t - 1 365 N 1/ =( 1 + ) t - 1 365 N t / ( 1 + ) t - 1 式中 : N e 为设计年限内一个车道上的累计 当量轴次 ( 次) ; t 为设计年限 ( 年) ; N t 为设计年末的日平均当量轴次 ( 次/ 日) ; N 1 为路 面竣工后第一年的日平均当量轴次 ( 次/ 日) ; 为 设 计 年 限 内 交 通 量 的 平 均 年 增 长 率 ( %) ; 为车道系数 , 单车道为 1 , 双车道混 交为 0 . 7 , 分道为 0 . 5 , 四车道为 0 . 4 0 . 5 , 六车道为 0 . 30 . 4 。材料参数材料参数统一采
10、用圆柱体试件测定抗压 回弹模量和劈裂模量 , 在弯沉指标计算中 , 沥 青混合料用 20 抗压模量 ,层底拉应力计算 时用 15 抗压模量 ,抗压强度用劈裂强度代 替弯拉强度 。这使得其 : 测试方法简便 、 结果比较稳定 ; 测得的模量和强度较好地 反映各种路面材料的真实力学特性 ; 模量 值和强度用于厚度计算时 ,参数与设计方法 相匹配 ,计算厚度与实际经验相吻合 。3参考文献 :方福森. 路面工程M . 北京 :人民交通出版社 ,1980 .12武和平. 高等级公路路面结构设计方法M . 人民交通出版社 ,1999 .北京 :3J TJ 014 - 97 , 公路沥青路面设计规范S . 北京 :人民 交通出版社 ,1997 .林绣贤. 柔性路面结构设计原理M . 通出版社 ,1989 .北京 : 人民交4收稿日期 :1999 - 11 - 29
