浅谈公路沥青路面结构设计分析与应用
摘要：针对我国沥青路面设计理论与方法存在的问题，分析和探讨美国AASHT0沥青路面设计理论与方法，将之与我国该项工作进行对比，对提高我国沥青路面设计水平，完善我国沥青路面设计理论与方法。能够起到抛砖引玉的作用。
关键词：沥青路面,设计理论与方法,AASHO,结构设计
1概述
我国现行公路沥青路面设计规范基于弹性层状体系理论。以路表弯沉作为主要设计指标，沥青面层底面和半刚性基层底面的弯拉应力作为设计的验算指标，并制定了相应的设计标准。这一设计指标体系是新中国成立以来历版设计规范在以路表弯沉为控制指标的指导思想下扩充后提出的.对于常用的半刚性基层沥青路面结构型式，沥青层底部的弯拉应力通常不作为控制性指标，现有沥青路面结构设计实际上均由路表弯沉这一指标所控制。这种设计方法主要针对半刚性基层沥青路面结构设计，适应了我国当时的经济状况，贯彻了“强基薄面稳土基”的思想.凝聚了几代公路技术人员的心血.对我国公路发展起到了很大的推动作用。随着经济建设的高速发展和高速公路的大规模建设.交通量和轴载型式也发生了很大变化。而且超载、重载现象非常严重.路面结构的破坏形式也发生了很大变化，原有设计规范与实际脱节的情况日益严重。
2沥青路面设计指标的分析
1.1高速公路沥青路面主要破坏型式
路面设计的目标就是通过合理的设计方法使得道路在设计使用年限内能够提供安全、舒适、快捷的服务。然而，目前我国高速公路沥青路面普遍存在着初、早期破坏，且主要破坏型式同上个世纪90年代以前轻交通状况下相比已发生了一定的变化。高等级沥青路面的主要破坏形式可以归纳为以下几个方面：①由于路基不均匀沉降导致的路面下陷和开裂;②车辙破坏;③沥青面层的水损害：④半刚性基层沥青路面反射裂缝破坏：⑤沥青路面的结构性破坏。因此.有必要通过路面的合理化设计来控制路面的主要破坏型式，从而真正达到路面设计的目的。
1.2沥青路面结构设计与材料设计指标的相容性
目前，我国沥青路面的结构设计与路面材料设计基本上是相脱离的。由于种种原因，路面材料的抗压模量设计取值往往带有很大的随意性，同样是水泥稳定粒料，设计值却差别很大，例如同属广东省的广肇、佛
开高速公路设计值很小，只有500MPa，而广珠西却为1 600MPa。对于同种材料(6%水泥稳定碎石或石屑)在相同施工水平和要求条件下，设计取值的过大差异，对于保证路面施工质量是不易的，同时在设计上可能也是不经济的或是太冒险。此外，路面结构设计与材料组成设计相容性较差，还表现在以下几个方面：
(1)路面材料强度测试中的受力模式与其在道路应用中的实际受力情形相差较远：
(2)路面材料性能评价指标与其实际路用性能之问 的对应关系不明确。
(3)结构设计阶段采用的材料设计参数指标与实际施工时路面材料配合比设计、质量检测指标不一致。
3我国沥青路面的设计理论与方法
3.1 AASHTO路面设计理论与方法
AASHT01993道路设计方法是在AASHO试验路基础上得到的.它在美国得到了广泛的应用，也是目前世界上最有影响的设计方法之一。AASHT01993设计方法最突出的优点，是其在大量试验段现场试验的基础上总结得到。在AASHO试验路中，共修建了288个不同结构的试验段，若加上重复试验段，试验段的总数多达322个。试验中共使用了12种不同的卡车一轴重组合，并由此得到了各种轴型及轴重的当量轴载换算系数。而在我国的道路设计方法发展过程中，则没有经历过如此庞大规模的现场试验验证，这也是我国道路设计方法
的适用性受到限制的主要原因。
3.2 AASHT01993路面结构设计方法的创新点
AASHT01993设计方法是在20世纪50年代美国AASHO试验路成果的基础上提出的路面设计指南。AASHTO于1961及1962年分别提出了柔性路面与水泥混凝土路面的中期设计指南。1972年出版了第一版(AASHTO路面中期设计指南》，经过1986年和1993年两次修改。方正式推出(AASHTO路面设计指南》(1993)，并开始推广应用。AASHTO1993设计方法在试验路数据的基础上，将耐用性指数引进路面设计方法.而且提出了不同道路等级应有不同的设计标准.使路面设计与使用要求形成密切联系。同时建立了不同轴载间的等效关系，建立了轴载轻重与交通量多少对路面作用的合理关系，提出了路面结构数SN与轴载作用次数Ⅳ之间关系的基本设计公式。AASHTDl993设计方法中引入了可靠度的概念，充分考虑了交通、材料、环境等设计参数的变异性，设计者可以根据不同等级道路的要求，选择合
适的可靠度水平，从而可以对设计结果有更好的把握。
4 AASHTO路面结构设计方法
如前所述。AASHT01993方法是在大量现场试验路的基础上总结得到的。所以可以认为其是一个更符合实际情况的道路设计方法。可以提高设计者对设计结果的把握程度。在我国引进和应用该设计方法具有重要的现实意义。在AASHT01993柔性路面设计方法引进和验证的过程中，有必要开展路面结构力学设计方法的初步研究.通过路面结构多种传感器的埋设。采集分析路面各层位的受力特点。以提出各层位材料的力学设计标准，达到路面结构和材料一体化设计。并以此为基础.提出适用于我国交通特点的柔性路面力学设计方法。引
进应用AASHT01993设计方法。需充分考虑环境因素对路面材料及使用性能的影响，主要为温度对沥青混凝土和湿度对土基和粒料材料性质的影响。为此。了解路面结构内温度和湿度的状况及其随时间变化的规律非常重要，有必要在路面结构内埋设温度和湿度传感器，对温度和湿度进行连续的观测。
4.1交通参数分析
车辆荷载的作用是影响路面使用寿命的关键因素之一，设计时，需考虑的车辆荷载作用参数主要是：设计使用期内标准轴载的累计作用次数。为此，需收集交通量和轴载调查数据，预测设计使用期内的交通增长，进行标准轴载作用次数的当量换算等交通分析。
4.2交通量轴载换算
我国现行《公路沥青路面设计规范》(JTJOl4—97) 中规定，沥青路面设计以双轮组单轴载100 kN为标表3 107国道各观察站交通量年平均增长率准轴载;当以设计弯沉为指标及沥青层层底拉应力验算时，凡轴载大于25 kN的各级轴载的作用次数，均应按规定换算成标准轴载的当量作用次数。为了对比，采用按车型进行换算和按轴载谱进行换算的两种方法。
5广东省典型路面结构的应用情况
根据调查，广东省典型道路结构及其主要破坏类型见表1
表1广东省典型道路路面结构及其主要破坏类型
6结束语
通过对我国公路沥青路面设计指标及合理结构型式的分析，并结合国外及广东省不同结
构型式沥青路面使用状况的调查结果，主要有以下结论：
(1)随着公路建设规模的扩大和道路等级的提高，路表弯沉指标已经无法适应当今重载交通时代路面设计的要求，必须寻求新的沥青路面设计控制指标。
(2)我国沥青路面的结构设计与路面材料设计基本上是相脱离的，主要表现在路面材料强度测试中的受力模式与其在道路应用中的实际受力情形相差较远，路面材料性能评价指标与其实际路用性能之间的对应关系不明确等方面。
(3)就广东省而言，使用性能良好的高速公路沥青路面既有组合式结构也有半刚性基层结构，而且半刚性基层材料只要应用正确还可以起到减轻低填方软基路段工后过大沉降的问题。所以我们必须辩证地分析问题，一方面努力研究国外的路面结构，同时对现有的半刚性基层沥青路面进行再认识，努力克服其一些不合理的因素，使其得到改进，更加完善。
参考文献
1.孙立军.重交沥青路面损坏研究的误区【J】. 中国公路建设市场.2004(1 O).
2.沈金安等.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策【M】.北京：人民交通出版社，2004
3.沈金安.国外沥青路面设计方法汇总【M】.北京：人民交通出版社，2004
4.叶燕呼等.广东省高速公路沥青路面结构使用情况调查报告【R】，广东省交通科研所，2002
