路面结构设计浅析

摘要：路面不但要承受车轮荷载的作用，而且要受到自然环境因素的影响。由于行车荷载和大气因素对路面的影响作用，一般随深度而逐渐减弱，因此，路面的结构设计不容忽视。

关键词：路面结构 路面材料 结构设计

引言：路面通常是多层结构，将品质好的材料铺设在应力较大的上层，品质较差的材料铺设在应力较小的下层，从而形成了路基之上采用不同规格和要求的材料，分别铺设垫层、基层和面层的路面结构形式。

一、 路面结构组成

⑴面层 面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。因此，面层应具有足够的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨，不透水；其表面还有良好的抗滑性和平整度。面层可由一层或多层组成；其上层可为磨耗层，其下层可为承重层、连接层或整平层。修筑面层所用的材料主要有：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料等。

⑵基层 基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。它应具有足够的强度和刚度，具有良好的扩散应力的能力及足够的水稳定性。基层厚度大时，可设为两层，分别称为上基层和底基层，并选用不同强度或质量要求的材料。修筑基层所用的材料主要有：各种结合稳定土、天然砂砾，各种碎石和砾石、片石，各种工业废渣等。

⑶垫层 垫层介于土基与基层之间，将基层传下来的车辆荷载应力加以扩散，以减小土基产生的应力和变形，阻止路基土挤入基层中，影响基层结构的性能。修筑垫层的材料强度不一定要高，但水稳定性和隔温性能要好，常用的材料有：砂、砾石、炉渣、水泥或石灰稳定土等。

（4）底基层 底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。

二、路面类型

按面层所用的材料来分，有水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。高等级公路路面的特点是强度高、刚度大、稳定好、使用寿命长，能适应较繁重的交通量，一般采用水泥混凝土路面或沥青路面。

三、路面比选

两种路面的优缺点对比分析

（1） 沥青路面的优缺点

优点：①沥青路面由于车轮与路面两级减振，因此行车舒适性好、噪音小； ②柔性路面对路基、地基变形或不均匀沉降的适应性强；

③沥青路面修复速度快，碾压后即可通车。

缺点：①压实的混合料空隙率大，耐水性差，宜产生水损坏，一个雨季就可能造成路面大量破损；

②沥青材料的温度稳定性差，脆点到软化点之间的温度区间偏小，包不住天然高低温度，冬季易脆裂，夏季易软化；

③沥青是有机高分子材料，耐老化性差，使用数年后，将产生老化龟裂破坏；

④平整度的保持性差，不仅沉降会带来平整度劣化，而且材料软化会形成车辙。

（2） 水泥混凝土路面的优缺点

优点：①水稳定性较高，在暴雨及短期浸水条件下，路面可照常通行；

②温度稳定性高，无车辙现象；

③水泥混凝土是无机胶凝材料，主要水化产物水化硅酸钙既是其强度的主要来源，既耐老化，又无污染。但在更长时期，会与所有岩石一样，产生风化现象，水泥石风化与沥青老化相比，时间长10倍以上，不构成工程问题；

④平整度的保持期长；

⑤在相同技术和工艺水平下，水泥路面大修前的使用年限长。

缺点： ① 在相同平整度条件下，由于刚性路面不减振，因此行车舒适性不及沥青路面；噪音较大，我国对低噪音水泥路面尚未开展研究和应用；

②在路基、地基变形或不均匀沉降条件下，易形成脱空，附加应力很大，极易产生断裂破坏，对路基稳定性要求高，对不均匀沉降的适应性差。 ③水泥路面强度高、硬度大，即使断板后也难于清除，修复难度大，新浇筑面板的养护期较长。

因此，鉴于沥青路面对公路周围的土地、地下水等会造成污染，造价要高于水泥路面；而修建水泥路面能促进当地经济的发展，带动当地经济发展，也提升当地水泥的质量和知名度，所以选择修建水泥路面。

四、路面设计步骤

1.根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型、计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。

2.按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定各路段土基回弹模量值。

3.可参考附录A推荐结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。

4.根据设计弯沉值让算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求.如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算.上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行。

结语：具体实施路面设计时，应根据所给设计指标、设计要求及设计资料，结合有关设计规范，分别计算和确定沥青或混凝土路面和水泥混凝土路面的累计当量轴次及各结构层材料、厚度等，完成路面结构设计。并对不同结构材料与交通量组成路面层做进一步的对比优化。这样才可保证路面的质量性、安全性和舒适性等。