道路改造工程中沥青路面结构的设计
道路改造工程中沥青路面结构的设计
王振（浙江科欣工程设计咨询有限公司浙江杭州310015）周旭（北京市市政专业设计院股份公司浙江分公司浙江杭州310015）
王振：13656649395杭州市拱墅区祥园路37号北软中天园218室周旭：13989826987杭州市拱墅区祥园路37号北软中天园220室
摘要：在分析了道路改造工程中沥青路面结构设计研究的重要性和必要性后，
根据沥青混凝土路面使用性能设计要求，结合自我实际设计工作经验，对道路改造沥青路面结构设计技术要点进行了认真分析研究。最后，研究了不同加铺层厚度层底拉应力关系曲线图，确保道路改造设计方案具有较高性能和经济效益。
关键词：道路改造；沥青路面；结构设计。
沥青混凝土路面由于其具有行车舒适性高、噪音小、施工周期短以及养护方便等优点，在新建和改造道路中得到广泛推广应用。但由于受投资资金、建设技术水平、设计方案、综合养护水平等因素的影响，从已建的沥青路面的使用效果来看，沥青混凝土路面普遍存在达不到设计寿命，有些使用频率较高的道路甚至在其投入使用后不到两三年就需要进行大面积增改翻修，从而大大降低了道路投资和后期运营维护的社会经济效益。影响沥青混凝土路面使用寿命的因素是多方面的，但也有不少工程是由设计过程中没有充分结合工程实际情况，所采用的设计方案、结构等不合理引起，从而造成道路在实际使用过程中其性能得不到充分发挥，引起性能上的缺陷。因此，对沥青混凝土路面结构设计过程中容易出现的问题进行归纳总结，并结合相应工作经验，提出一些改进性建议和措施对沥青路面结构设计进行优化，就显得非常有工程实践意义[1]。
1沥青混凝土路面使用性能设计要求
在沥青混凝土路面结构设计过程中，要使沥青路面在实际使用过程中具有良好的使用性能以满足道路安全舒适的行车要求，并能够减少使用中的路面损坏量，沥青路面结构层设计时应满足道路路面的强度、刚度、稳定性、耐久性、平整性等性能技术指标要求。
1.1强度和刚度设计要求
沥青混凝土路面结构在设计过程中，其结构层的材料和路基填料必须具有足
够的强度和刚度，确保路面在设计范围内的行车荷载条件下不会产生大的变形或位移，从而有效防止或减少沥青路面过早出现开裂、坑槽、滑移、沉陷等破坏问题，有效提高路面综合使用性能水平。
1.2稳定性和耐久性设计要求
设计路面结构层的材料和路基填料必须具有足够的稳定性，确保沥青路面在设计使用年限范围内能够承受温度和水分变化、冻胀伤害、以及冻融循环作用等自然条件对路面性能的影响。
1.3路面平整性设计要求
为了提高沥青路面的行车安全舒适性，必须确保路面具有非常良好的平整度。路面平整度不仅影响到道路的行车速度和舒适度，同时还会影响到沥青路面结构综合使用性能和耐久度，其主要与路面结构设计方案、各结构层的使用材料、路基填料的强度和稳定性能等有关，同时还与道路的施工质量和综合养护情况有关。沥青路面结构设计过程中，除了要保证路面有良好平整性外，还应具有一定的粗糙度，以确保车辆在各种气候条件下能够高速安全稳定行驶。
2改造道路沥青路面结构设计技术要点分析
道路在技术升级改造和大修过程中，合理选择和安排设计沥青路面结构的层次，是确保整个沥青路面结构在设计使用年限内承受设计行车荷载和各种自然因素综合作用下具有良好使用性能的重要基础保证，同时也是沥青路面性能发挥最大化和路面结构建设施工合理经济化的重要技术支撑。沥青路面面层由于在使用过程中会直接承受行车和各种自然因素的反复循环作用，必须要求其具有非常良好的高强度(抗拉和抗剪切)、耐磨耗、耐久性、抗滑性、热稳性、以及不透水性,因此，实际道路改造设计过程中，通常选用粘结力较强的结合料和强度较高的集料作为路面的面层材料。从大量设计经验和道路建设实践可知，改造道路沥青面层通常可以分为单层、双层、甚至三层等结构，其中双层结构又可以分为表面层和下面层；三层结构又可以分为表面层、中面层、以及下面层。沥青路面表面层应具有非常良好的平整密实度、抗滑耐磨性、以及抗裂耐久性；中面层和下面层应具有非常良好的高温抗车辙性、抗剪切性、密实度、以及不透水性，同时下面层还应具有非常良好的耐疲劳开裂性能。沥青路面表面层的类型结构及性能水平应与道路的等级、使用性能要求、以及交通等级等技术指标相匹配[2]。沥青路
面基层主要承受由面层向下传递的车辆竖向荷载作用力，并将其扩散到沥青路面垫层或土基中，因此，路面基层必须具有足够大的强度和刚度，以确保高速行车安全和行车舒适性要求。基层应根据工程实际情况，结合当地原材料、交通运输量、运输负荷类型、气候地质条件、筑路原材料、以及路基水文等条件进行综合考虑，选择技术安全合理、节能经济的沥青路面结构层。沥青路面结构组合和优化设计是一项经验性、技术性均比较强的综合性工作，除了要有丰富的设计知识体系外，还要有非常强的实际道路改造设计、施工建设等实践经验，确保路面具有非常良好的综合使用性能水平。
2.1严谨进行沥青面层结构组合和优化设计
从大量道路改造过程实际设计方案、应用效果可知，结合道路实际交通量而言，如城市支路如果技术能够满足，从经济性方面来看，可以采用单层设计结构；对于城市次干路及以上等级的道路通常应采取双层设计结构，对于交通量特别大、性能等级要求较高的主干路和快速路则应采取三层设计结构。对于城市主干路而言，在交通量、性能技术要求非常相近的情况下，有的设计人员采用两层式结构，有的则采用三层式结构，两者间的厚度相差在3cm以上，使得工程施工建设完成后要么偏薄，路面容易发生早期损坏等不利现象；要么偏厚，从而大大降低工程总体投资经济效益水平。因此，在路面结构形式设计过程中，要充分结合工程实际及邻近地区相应工程的成功经验，严谨进行沥青面层结构组合和优化设计，杜绝随意性设计等造成工程投资的大量浪费和为后期运营埋下巨大安全隐患。
2.2要重视最小压实厚度
在路面沥青层厚度的拟定过程中，要重视最小压实厚度对路面性能的影响，从而确保设计方案中各层沥青混合料在实际施工中，能够形成均匀而压实稳定的结构层次。从道路改造相关技术规范和标准要求可知，沥青路面各层设计厚度不宜小于3倍混合料的公称最大粒径要求。但在实际设计过程中，很多没有达到上述技术指标要求，如当沥青层设计为12cm时，上面层通常设计成5cm中粒式AC-16，而下面层则设计成7cm粗粒式AC-25，这样的设计方案就不能满足“3倍”技术指标要求。因此，在实际结构层厚度设计过程中，要严格按照相关技术规范要求设计各层厚度。
2.3设计科学合理的路面基层结构
在路面基层厚度设计时，不仅要满足沥青路面结构整体强度要求，还应考虑施工过程中分层压实的效果。如设计中经常出现25cm厚的一层基层，这样厚的一层基层在实际施工过程中难度较大，难以压实。若分为12cm+13cm两层结构则单层会太薄，导致基层在施工过程中产生过大的拉应力而出现开裂等不利情况，因此，在实际设计过程中，应设计科学合理的路面基层结构[3]。
3沥青层底拉应力验算设计要点
由于路面沥青层底拉应力验算计算相当繁琐，很多工程在实际设计过程中没有进行严格的加铺层层底拉应变的验算。在结合很多实际设计工作经验，并结合相应工程设计经验结果，分析总结得到不同加铺层厚度层底拉应力关系如图1所示：
图1不同加铺层厚度层底拉应力关系曲线图
从图1可知，将需要改造的道路勘测一个整体，通过相应的计算公式可以得到不同厚度的当量回弹模量（注：路面沥青层的模量按15℃计算，统一取值为1600MPa，则可以获得加铺沥青面层不同厚度的底拉应力。在实际设计过程中，按照图1即可以查得在不同地基模量和不同层厚情况下，沥青路面层底的拉应力大小，从而确保沥青路面具有较高性能水平。
4结束语
旧道路进行技术升级改造和大修设计过程中，要综合考虑道路网络规划及其改造技术标准要求等各个方面。在沥青路面结构组合和优化设计过程中，要充分
结合当地原材料、交通运输量、运输负荷类型、气候地质条件、筑路原材料、以及路基水文等条件进行综合考虑，选择技术安全合理、节能经济的沥青路面结构层设计方案，确保道路改造设计方案具有较高性能和经济水平。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范JTJ014-97[S].人民交通出版社,1997.
[2]吴文阳.高速公路沥青路面结构设计分析与建议[J].科技创业月刊,201*(5):182-183.
[3]亮,穆雪野.公路改扩建中沥青旧路面的性能评价指标研究[J].工程技术,201*(17):83.
扩展阅读：沥青路面结构层设计问题分析
沥青路面结构层设计问题分析
摘要：随着我国公路建设的迅速发展及技术的进步,对公路工程质量的要求也逐步提高，本文从路面设计交通荷载、轴载换算方法、路面结构层设计参数等进行了分析。关键词：沥青路面设计
由于沥青砼路面较水泥砼路面具有平整、无接缝、行车舒适、耐磨、噪声低、施工期短、养护维修简便等众多优点,因此在讲究品质的现阶段,沥青砼路面日益成为公路和城市市政道路路面结构的选择,在进行路面结构设计时同时必须确定路面结构的材料参数，路面结构的材料参数主要包括路面结构层的几何参数、力学参数，如泊松比、模量等，以确保路面结构设计合理。一、交通荷载1．轮压和标准轴载
利用气压表对车辆现场测试，发现货车压力普遍超过0．7mpa，对于轴载超过10t的轮胎，胎压一般在0.8～1.1mpa范围内，而且随着轴重增加，胎压也增大。交通部公路科研所《重载交通沥青路面轴载换算研究总报告》表明，根据实际接地面积计算出来的轮胎接地压力与轮胎内压并不相等。当轮胎内压较低时，接地压力比轮胎内压高；当轮胎内压较高时，接地压力低于轮胎内压。随着轮胎荷载的提高，在轮胎内压大于0.7mpa时，试验的各级荷载作用下的轮胎内压均比接地压力大。轮胎内压与接地压力的差值和轮胎的
刚度有关，而轮胎刚度与轮胎的材料和其构造有关，在路面结构设计中，为安全起见，一般以轮胎内压代替接地压力。
由于作用在路面的设计荷载千变万化，一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准车载，其他各种车载按照一定的原则换算成标准轴载。而标准轴载一般要求对路面的响应较大、同时又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对标准轴载均有明确的规定。我国根据公路运输运营车辆的实际，公路与城市道路有关路面设计规范中均以100kn作为设计标准轴重。
接地压力和设计标准轴重是荷载设计的两个最基本的参数。当量圆形的半径r确定:
r=(p/(π×p))1/2=(100×103/(3.14×0.7×106))1/2=21.30cm轮胎压力大小对路面厚度的影响很大。计算表明，在结构相同的刚性路面中，轮胎压力增大70kpa，需增加板厚约0.5cm。主轮轴型式对路面厚度影响较大。计算表明，若车辆总质量不变，主轮轴为单轮时的路面厚度为100％，则主轮轴为双轮时路面厚度为80％，主轮轴为双轴双轮时路面厚度为60％。统计分析得出：两轮中心距为1.5d。2.车道系数
轮迹横向分布系数应用到路面设计以前，还应分析一下荷载作用下，轮迹以外一定范围内的路面结构中所引起的不同程度的疲劳损坏。计算表明，对于国内典型沥青路面结构，在轮迹外50cm距离
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