对我国沥青路面设计指标和参数的研讨

摘要：本文通过对公路主要病害和现行规范的分析，提出一些设计中理应考虑的因素，以期更加完善的沥青路面设计方法，提出更为有效的设计指标和参数。

关键词：沥青路面；设计指标；参数

1．引言

我国的沥青路面设计规范对设计指标和相应的参数都有具体的规定，并且随时间的推移，设计指标和参数进行着不断的优化选择，如果新的设计指标和参数更为有效，对于沥青路面的设计和后期病害的预防起着举足轻重的作用。

2．对我国设计规范的回顾

2.1 1958 年版规范

1958 版规范以极限相对弯沉作为设计指标，设计方法采用单圆荷载均质体弹性理论。极限相对弯沉λk= lk / D，D 为荷载作用面积当量圆直径，lk 为路面处于极限状况时，在荷载作用中心处的路表极限弯沉值。

2.2 1966 年版规范

1966 年版规范主要是修正了1958 年版规范的弯沉计算公式，提出了中国气候分区及路基和路面材料计算参数值表，但设计标准与设计指标没有变动。

2.3 1978 年版规范

1978 年版规范以容许弯沉作为设计指标。容许弯沉是路面达到破坏状况时双轮轮隙中点的路标回弹弯沉值。对弯沉在全面调查时，按路表外观特征将沥青路面划分为5 个等级，视第四个等级的沥青路面已达到损坏状况，以第四等级路面弯沉低限作为路面处于破坏临界状态的划界标准，此时的弯沉值即容许弯沉值。

容许弯沉值的经验公式：

l R=(mm)

Nf ――路面达到临界破坏状态时的标准轴载累计作用次数；

A1――路面类型相关的系数。

2.4 1986 年版规范

1986 年版规范以路表容许弯沉值作为主要设计指标，对容许弯沉公式中的系数做了修改，并增加了公路等级系数，另外增加了沥青混凝土面层或整体性材料基层的弯拉应力验算指标。

(mm)

A2――公路等级系数。

2.5 1997 年版规范

1997 年版规范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基层、底基层应进行层底拉应力的验算。同86 规范比较，设计指标成设计弯沉，并且增加了基层类型系数。

(mm)

A3――基层类型系数。

《公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)》取消了1987年设计规范中的诺谟图，沥青路面的设计采用专用计算机程序完成，这样避免了繁杂的查图设计工作。

2.6 2006 年版规范

2006年10月，交通部了公路沥青路面设计规范的新版本。此版规范沿用了前一版（1997版）规范的结构设计方法。

(1)即：计算弯沉值不大于设计弯沉值

(2)即：计算点的层底拉应力不大于材料的容许拉应力

在进行结构响应分析时，材料参数的取用采用下述方法：（1）路基回弹模量采用承载板法测定，并以不利季节的数值作为设计值；（2）半刚性材料的回弹模量采用120天或180天龄期的压缩模量测定结果，其抗拉强度采用相同龄期的劈裂强度试验结果；（3）沥青混合量的模量采用20°C（计算路表弯沉）或15°C（计算层底拉应力）时的压缩模量测定结果，其抗拉强度采用15°C时的劈裂试验结果，但未考虑不同地区温度差异的影响。

3．对我国现有规范的设计指标和参数的分析

分析现行的设计指标和参数，可发现存在以下问题：（1）路面结构厚度设计都是路表容许弯沉值指标起控制作用，但该指标无法具体反映路面的使用性能和损坏类型。（2）路表弯沉值是一项整体性、综合性和表观性的指标，其无法控制面层底面或基层底面的应力状况和大小，也不能如实反映路面可能出现的损坏类型。（3）对于柔性基层沥青路面，现行规范的设计指标和相关参数值有待补充和修正。（4）各项材料性质测试指标和方法未能如实反映材料的力学特性，故难以正确建立力学响应量与路面结构使用性能之间的关系模型。（5）新规范提出采用面层底面拉应力和半刚性基层底面拉应力作为设计指标指导路面结构设计，但已有研究指出：仅半刚性基层底面拉应力是一个有效指标。

4．半刚性基层沥青路面设计理论改进

沥青路面设计方法必须采用多指标控制，才能避免或者控制车辙与裂缝等主要病害。下面就疲劳开裂与车辙形成两个方面分别讨论如何进行沥青路面设计。

4.1 半刚性基层沥青路面疲劳寿命问题

我国的半刚性基层沥青路面裂缝以反射裂缝为主，反射裂缝的本质就是沥青面层在不利力学状态下的疲劳断裂。进行沥青路面结构设计计算时应该采用基层发生开裂后的等效模量，或者按照断裂的基层建立模型计算面层底面的拉应力、拉应变。同时建立其适用于我国各个地区的沥青混合料材料的疲劳方程，结合新的计算方法进行路面结构的抗疲劳开裂设计。

4.2 半刚性基层沥青路面车辙问题

随着我们沥青路面的设计厚度得到增加，车辙病害逐渐显现出来。已有研究得知：半刚性基层沥青路面的车辙变形主要来自上中面层的流变变形及隆起变形，接近基层的部分变形很小。可以推断控制半刚性基层沥青路面的车辙变形需要在路面面层中选取一个合理的力学指标。建立半刚性基层沥青路面计算模型，考虑高温下面层模量为400MPa，半刚性基层及其以下结构层强度与温度无关。按照压应变和剪应变指标，在相同材料下对路面厚度有着不同的要求。路面厚度增加面层内部的压应变是变小的，而面层厚度增加导致面层内部剪应变增大。鉴于目前路面结构设计存在众多不同意见，不对路面面层厚度发表相关看法。至于控制面层永久变形的合理指标，希望公路领域专家早日确定一个合理的指标。

5.沥青路面设计理应考虑的指标和参数

5.1 沥青路面新指标和参数体系构建原则

为了改善现行沥青路面结构设计的指标和参数，2005年初交通部立项开展研究，计划提出新的设计指标和响应的设计参数。主要依据下述原则考虑：（1）仍遵循力学――经验法的基本思路；(2)针对层状复合结构和损坏类型多样化的特点，采用多设计指标体系，各指标分别控制对应的损坏类型；(3)设计基准期内路面的累计损伤仍采用当量损坏法分析；(4)对设计参数的采集要求分为3个层次，分别规定不同精细或准确程度的方法；(5)材料性质参数应能反映行车荷载和环境因素对其性状的影响，并采用科学的试验方法测定；(6)各种损坏模型的建立以室内试验为基础，室外验证和修正以路面加速加载试验(ALF)为主；(7)在现有国内外前沿水平的基础上建立设计指标和参数的基本框架体系。

5.2 现行的沥青路面设计指标和参数

现行沥青路面设计指南所构建的设计指标体系：沥青层的疲劳寿命、无机结合料稳定层的疲劳寿命、路基顶面的容许压应变、沥青混合料的蠕变率以及沥青的蠕变劲度和断裂应变，前三项主要与路面结构有关，而后两项则主要与材料组成有关，他们分别针对和控制五种主要路面损坏类型。

现行沥青路面设计指南所构建的设计参数：路基和粒料层回弹模量、路基回弹模量湿度调整系数和综合调整系数、沥青混合料动态压缩模量、无机结合料弹性模量，并相应地制定了各个参数的标准试验规程。这些设计参数能反映材料的力学性质，并能与设计指标的预估模型建立合理的相关关系。

6．结论

目前我国沥青路面设计规范、设计理论已经比较成熟，但是设计指标还存在不足。为此，对于沥青路面有效的设计指标和参数的确定还需要做更多的研究和探讨、进行更为精确的论证，得出更为有效的模型和理论支撑。

参考文献：

[1] 公路沥青路面设计规范（JTG D50--2006）.人民交通出版社，2006.

[2] 公路沥青路面施工技术规范（JTG F40--2004）.人民交通出版社，2004.

[3] 沥青路面设计指标和参数研究.中交公路规划设计院有限公司.2007-12.

[4] 沥青路面新设计指标和参数体系研究.公路交通科技报.2008-9.

[5] 关于我国沥青路面设计方法走向的探讨.中国科技论文在线.