摘要：下文論述了我國(guó)現(xiàn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，分析了瀝青路面設(shè)計(jì)中存在的一些問題，并提出了幾點(diǎn)改進(jìn)措施，僅供參考。
　　
　　關(guān)鍵詞：瀝青；路面設(shè)計(jì)；問題
　　
　　1設(shè)計(jì)理論
　　當(dāng)年，殼版石油公司研究所進(jìn)行了以下的研究：
　　計(jì)算方法方面，編制了BISTOR和BISAR電算程序，解決了多層體系應(yīng)力、應(yīng)變的計(jì)算問題；對(duì)瀝青混合料抵抗疲勞和永久變形的性能進(jìn)行了研究；在室內(nèi)環(huán)道和野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了新的試驗(yàn)，尤其在高溫時(shí)（60℃）層狀體系理論的適用性得出了肯定的評(píng)價(jià)，據(jù)此提出了1978年版的設(shè)計(jì)方法。
　　1.1路面模型
　　1.1.1把路面層體系，面層材料土基場(chǎng)面彈性模量E和泊松比μ表征，除土基μ用0.35外，各層材料μ用0.25，材料性質(zhì)假定為均質(zhì)的、各向同性的，各層水平方向?yàn)闊o窮大，土基在向下的深度方向也為無限，但一般以三層連續(xù)體系為基礎(chǔ)。
　　1.1.2荷載圖式采用一個(gè)圓或幾個(gè)圓上作用著垂直和水平的均布荷載，荷載以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ—100表示；單輪傳壓面當(dāng)量圓直徑δ為21.3cm；兩輪中心距為1.5倍當(dāng)量圓直徑；至于層間接觸，假定為多層彈性體系層間完全連續(xù)接觸條件。
　　這就從根本上改變了過去所有設(shè)計(jì)方法都把雙輪當(dāng)作當(dāng)量的單圓的不合理規(guī)定，使荷載圖式開始接近實(shí)際。
　　1.2計(jì)算機(jī)計(jì)算
　　1968年開發(fā)的BISTOR程序可計(jì)算多層連續(xù)體系單軸或雙軸垂直荷載下任一點(diǎn)的應(yīng)力、就變和位移，包括主應(yīng)力、主應(yīng)變及其作用方向。1973年開發(fā)的BISAR程序擴(kuò)大到可計(jì)算n層垂直荷載和水平荷載或綜合荷載，層間接觸條件也擴(kuò)展到完全連續(xù)、完全滑動(dòng)、或部分連續(xù)部分滑動(dòng)三種狀況。對(duì)瀝青面層處于高溫狀態(tài)時(shí)，試驗(yàn)證明當(dāng)處于短促荷載時(shí)間及出現(xiàn)較小的變形時(shí)，即使溫度高達(dá)60℃，如果瀝青面層的性質(zhì)以勁度模量表示，則按彈性層狀體系理論計(jì)算結(jié)果與用非線性彈性或粘彈性理論所得結(jié)果并無差別。
　　2設(shè)計(jì)指標(biāo)
　　高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)。以路表面回彈彎沉值、瀝青混凝土層的層底拉應(yīng)力及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)；三級(jí)公路、四級(jí)公路的路面結(jié)構(gòu)以路表面設(shè)計(jì)彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)。對(duì)重載交通路面宜檢驗(yàn)瀝青混合料的抗剪切強(qiáng)度。
　　3設(shè)計(jì)參數(shù)
　　3.1交通分析
　　標(biāo)準(zhǔn)軸載統(tǒng)一采用BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)，推薦以軸載比表達(dá)的換算公式;仍采用彎沉等效、層底拉應(yīng)力等效原則，根據(jù)多層彈性理論分析彎沉、拉應(yīng)力與軸載P或π、δ因素的關(guān)系。結(jié)合公路上實(shí)測(cè)不同軸載汽車的彎沉對(duì)比、疲勞試驗(yàn)、容許彎沉公式以及直槽測(cè)試?yán)瓚?yīng)變驗(yàn)證提出。路面剛度用彎沉值控制，Ld=Lo=LR/AT，其中Ld為設(shè)計(jì)彎沉值；LR為容許彎沉；AT為相對(duì)彎沉變化系數(shù)；Lo為竣工驗(yàn)收彎沉值，且：
　　
　　式中，Ld為設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）；Ne為設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次（次/車道）；As為面層類型系數(shù)；Ac為公路等級(jí)系數(shù)；Ab為路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)（半剛性基層瀝青路面取1，柔性基層瀝青路面取1.6）。
　　強(qiáng)度驗(yàn)算中要求路面的疲勞彎拉應(yīng)力σm≤σr，其中σr為容許拉應(yīng)力，它是通過σsp和Ks來確定的，σsp為在規(guī)定條件下通過劈裂試驗(yàn)獲得的材料劈裂強(qiáng)度，也稱為間接抗拉強(qiáng)度；Ks為抗拉強(qiáng)度修正系數(shù)，是根據(jù)瀝青混合料或半剛性材料疲勞規(guī)律并考慮間歇時(shí)間、裂縫傳播速度、交通量折減和橫向分布等室內(nèi)外試驗(yàn)條件的差異等因素經(jīng)修正而得出的，且：
　　
　　式中，Ag為瀝青混合料級(jí)配系數(shù)（細(xì)、中粒式取1，粗粒式取1.1）。
　　3.2材料設(shè)計(jì)參數(shù)
　　材料的模量是表征材料剛度特征的指標(biāo)；抗拉應(yīng)力是反映材料強(qiáng)度的指標(biāo)，這兩個(gè)重要指標(biāo)均是以靜態(tài)參數(shù)為前提。彎沉拉應(yīng)力指標(biāo)均用靜態(tài)抗壓回彈模量計(jì)算，抗拉強(qiáng)度σsp由圓柱體劈裂試驗(yàn)來測(cè)定，而靜態(tài)抗壓回彈模量E靜壓又是通過σsp來確定。以瀝青層或半剛性結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)或驗(yàn)算指標(biāo)時(shí)，應(yīng)在l5℃條件下測(cè)試瀝青混合料的抗壓回彈模量。路面厚度計(jì)算時(shí)，引用了綜合彎沉修正系數(shù)：
　　
　　式中，Ls為實(shí)測(cè)彎沉值；Eo為土基回彈模量值；P為標(biāo)準(zhǔn)車型的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）；δ為當(dāng)量圓半徑。該經(jīng)驗(yàn)公式是通過試驗(yàn)路段的結(jié)果回歸分析得出的。
　　4存在的問題
　　在瀝青路面設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下一些問題：從設(shè)計(jì)角度看，材料的低溫抗裂性沒有得到完全體現(xiàn)；瀝青混合料的參數(shù)取值有一定的局限性，其回彈模量和抗拉強(qiáng)度應(yīng)力都是在靜態(tài)作用的前提下得出的，而實(shí)際道路行車時(shí)所受的荷載都是動(dòng)態(tài)的、隨機(jī)的，與實(shí)際有較大出入；對(duì)路面在反復(fù)荷載作用下出現(xiàn)的車轍問題，不能從設(shè)計(jì)角度加以控制；
　　對(duì)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算中所用到的基層類型系數(shù)考慮不全面，取值范圍較單一；半剛性基層Ab取值為1、柔性基層取值為1.6，在l和1.6之間的區(qū)間較寬；由于對(duì)基層的半剛性與柔性并沒有給出明確的界定，彎沉綜合修正系數(shù)F存在一定的缺陷，因?yàn)镕經(jīng)驗(yàn)公式是對(duì)試驗(yàn)路段的試驗(yàn)結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通過數(shù)據(jù)回歸分析而得出的，由于試驗(yàn)路段本身在施工條件、方法、環(huán)境等方面的特殊性，與實(shí)際有一定的差距，再加上路段的代表性、地理位置、人為因素等都會(huì)影響F的真實(shí)性；對(duì)瀝青路面的低溫開裂和車轍問題。在設(shè)計(jì)階段考慮不足。
　　5解決措施
　　為解決上述問題，使設(shè)計(jì)方法更接近于路面的實(shí)際使用情況。下面擬從設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、材料參數(shù)等方面提出一些改進(jìn)建議。
　　5.1設(shè)計(jì)理論
　　現(xiàn)在的路面設(shè)計(jì)程序。如HPDS2006等，通過電算計(jì)算雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀連續(xù)體系的精確解，取代了過去有一定誤差的查圖法，但多層彈性層狀體之間，并不一定是完全連續(xù)的，對(duì)于絕對(duì)光滑或部分連續(xù)光滑沒有考慮，即使考慮也無法計(jì)算出精確解，故與實(shí)際結(jié)果有一定誤差，所以不妨參考引進(jìn)SHELL設(shè)計(jì)法中的BISAR程序，可以計(jì)算N層體系作用垂直和水平荷載層間的三種狀況。
　　5.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
　　5.2.1以彎沉為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，拉應(yīng)力驗(yàn)算只是靜態(tài)作用，沒有考慮路基的垂直壓應(yīng)變ξz與重復(fù)荷載作用次數(shù)N之間的關(guān)系，這正是控制車轍的一個(gè)主要因素故應(yīng)加以考慮，把該推薦指標(biāo)引入設(shè)計(jì)中：
　　5.2.2瀝青面層只是以層底拉應(yīng)力為驗(yàn)算指標(biāo)，而水平拉應(yīng)變ξθ沒有體現(xiàn)出來，拉應(yīng)變正是瀝青面層疲勞開裂破壞的一個(gè)重要指標(biāo)，而ξθ與N有關(guān)系，故可以引入關(guān)系式ξθ=CN，C為混合料的類型系數(shù)，它與模量有關(guān)；
　　5.2.3對(duì)于其他整體性基層的設(shè)計(jì)，我國(guó)也只是用拉應(yīng)力驗(yàn)算，故在此也應(yīng)引入水平拉應(yīng)變及與荷載次數(shù)N之間的聯(lián)系；
　　5.2.4路面表面的總變形主要是由于表面層在重復(fù)荷載的作用下引起的，表面上看就是車轍，而該指標(biāo)在我國(guó)設(shè)計(jì)方法中根本就沒有涉及，更談不上控制了，所以可以引入國(guó)外設(shè)計(jì)法中的表面總變形指標(biāo)△h，計(jì)算如下：
　　
　　式中，hi為第i層瀝青混合料層的厚度；σi為行駛的車輪下瀝青層內(nèi)的平均應(yīng)力，σ=mp；P為接地壓力；m為平均壓力與輪載接地壓力之比；Smη為瀝青粘滯部分的勁度，Smη=3η/Wto;η為粘度；w為車轍通過次數(shù)等效數(shù)，且W=C2A2N；to為一次通過的時(shí)間；C2為系數(shù)，每條車轍的總輪數(shù)與每個(gè)車道總軸數(shù)之比，一般等于1.4；A為依賴于輪載譜的比例系數(shù)；Cm動(dòng)載修正系數(shù)。另外，車轍深度RD按下式計(jì)算：科式中，Δh為基層的永久變形；Δδo為土基的永久變形；
　　5.2.5在溫度急劇變化的地區(qū)，由于溫度應(yīng)力超過瀝青層抗拉強(qiáng)度而引起瀝青面層的低溫縮裂，與荷載無關(guān)，我國(guó)以抗拉強(qiáng)度σ≤σr，進(jìn)行控制，但如果材料溫度應(yīng)變過大也會(huì)產(chǎn)生開裂，所以也應(yīng)考慮用水平拉應(yīng)變ξθ來輔助控制。
　　5.3材料參數(shù)
　　對(duì)于材料的回彈模量，我國(guó)主要采用靜態(tài)下的抗壓模量靜。如在路基土回彈模量值測(cè)定中用承載板法測(cè)定結(jié)果，只能是靜態(tài)值，而沒有采用動(dòng)態(tài)彎沉儀或測(cè)震儀測(cè)定其動(dòng)態(tài)回彈模量，所以應(yīng)考慮運(yùn)用動(dòng)態(tài)儀測(cè)定，以使設(shè)計(jì)參數(shù)更切合實(shí)際。
　　6結(jié)語
　　當(dāng)前，我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)雖然有較大改進(jìn)，但在設(shè)計(jì)指標(biāo)的運(yùn)用、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的更新上仍需要不斷完善，做到具體問題具體分析。同時(shí)爭(zhēng)取減少瀝青路面設(shè)計(jì)中的隨意性和盲目性，在實(shí)踐中不斷地總結(jié)瀝青路面設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。