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摘要：设计质量是工程质量的基础和前提。本文针对沥青混凝土路面结构设计问题进行了分析与探讨。
关键词：沥青路面；结构设计；措施
中图分类号：TB482.2
近年来，我国修筑的一些高速公路在开放通车后短时期内就出现有坑槽、开裂、车辙等路面结构破坏现象，其实际使用寿命严重低于设计要求的正常使用寿命，并且随着我国公路交通流量及平均行车速度的提高，加上绝大部分货车车辆的超载严重，使得有些沥青混凝土路面结构的高速公路工程在建成通车后l～2年内甚至更短时间内就出现了严重的路面结构遭受破坏的现象。针对上述现象出现的原因和防治途径，现从混凝土路面的结构设计等问题进行相应的分析和探讨。
1现行沥青路面结构设计存在的问题
1.1设计指标不可控制
尽管沥青路面结构设计中包含弯沉和弯拉应力验算指标，但实际在沥青路面结构设计中，弯沉成为路面结构设计的唯一指标。
设计指标应该是路面结构可能产生损坏的控制指标，即设计模型与路面结构损坏模型应该一致，但实际情况告诉我们，弯沉指标无法与多种破坏类型和破坏标准相统一、协调，现有沥青路面的损坏与设计模式大不相同，设计指标形同虚设。路面设计的宗旨是防止在设计年限内总交通量反复荷载作用引起路面疲劳破坏，实际上绝大部分路面是在交通量远未达到设计交通量的早期已经发生了破坏，疲劳破坏的指标没有起到控制作用。路面结构设计的基本思想是路面结构的承载能力主要依靠半刚性基层，路面结构破坏就意味着是基层破坏。实际上现在许多高速公路的弯沉值都非常小，似乎路面不应该破坏，可是实际却坏了。另一方面，一旦水渗入基层、路基，弯沉又会变得很大。也就是说，路面破坏程度与路面验收时的弯沉经常不相关。
1.2理论验算定条件不准确
按照现有公路沥青路面设计规范，在进行沥青路面结构弯拉应力验算时，假定层间接触条件是连续接触，在这种条件下进行应力验算，半刚性基层顶面的沥青面层处于受压状态，所以沥青面层不会发生弯拉疲劳破坏。实际上，很难做到沥青层与半刚性基层的连续，即使是沥青的上、中、下面层之间，由于施工污染、施工的非连续性等原因，沥青层之间都有可能是部分连续或者滑动的，在荷载、水等外界因素的作用下，层间界面连接状态的改变是必然的，因此路面结构设计时的假定条件是不准确的，在这种情况下，理论验算结果的准确性可想而知。
1.3路面材料设计参数与实际路用性能缺乏关联性
路面设计采用理论计算方法，看似很先进，实际上材料设计参数一般只是通过室内试验确定。国外很多研究表明，路面材料在实际使用过程，其室内性能与路用性能之间的关系并没有很好的相关性，而我们的设计人员在路面结构设计过程中，一般仅通过取规范推荐的材料参数中值的简单办法进行设计，更谈不到去建立路面材料室内力学性能与野外路用性能的关系，所以其设计过程实际上只是个形式。通过对沥青路面结构设计中存在问题的分析可以看出，在设计上，沥青路面发生早期损坏现象是必然的。也就是说，沥青路面结构设计本身就是矛盾的，设计模型的与沥青路面早期损坏模式没有较好的相关关系。
1.4对其他路面结构形式限制
由于沥青路面弯沉设计指标的存在和指标标准的不断提高，在国外大量成功应用的柔性基层沥青路面结构在我国无法得到应用，尽管规范中也列出了柔性基层的结构形式，实际上从设计指标本身就已经决定了柔性结构不可能应用的命运。
2提高路面路用性能的设计措施
2.1选用优质的原材料
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性的关系非常直接，选用优质的沥青非常重要，沥青选择不但要满足规范要求，而且要尽可能提高指标要求。此外，对于高速公路的上面层，应尽可能采用改性沥青，改性沥青对高温稳定性次数较之普通沥青能提高一倍以上，改性沥青对低温弯曲试验破坏应变较之普通沥青也有很大程度的提高。在重载较多或气候条件差并有条件时，高速公路中面层也应尽可能采用改性沥青。
路面面层石料应采用高强度、耐磨并且与沥青粘结性较好的中基性石料为宜。此外，应对集料的扁平细长含量等进行试验，Superpave还对坚固性、安定性进行试验，从源头上保证混合料的性能。此外，当石料与沥青的粘接性相对较低时，应在沥青中加入表面活性剂（如抗剥落剂），有效提高沥青对集料的粘结力。
2.2合理地选择路面结构类型
2.2.1上面层选择
SMA由于其良好的高温抗车辙、低温抗开裂、抗滑及耐久性，应该为路面上面层的首选。然而由于造价相对较高，因此在应用上受到一定的限制。虽然SMA相对AC、AK及Superpave在建设过程中的一次投资要高一些，但有调查资料显示SMA路面相对AC、AK及Superpave路面可以延长使用寿命20%～40%，因此SMA路面的综合经济效益往往要高于普通沥青混凝土路面。
2.2.2中、下面层选择
Superpave高性能沥青路面在高温抗车辙方面具有很大的优势，混合料低温、疲劳抗开裂性能良好，此外，由于其空隙率相对较小，其抗水损害能力也较强，适合作高速公路中、下面层，尤其是在重载多的高速公路。当然，有些地方仍然习惯于采用AC-Ⅰ型沥青混凝土作中、下面层，但对规范密级配进行了改进，一定程度上提高了动稳定度。下面层宜选用Superpave-19、Superpave-25型及AC-20Ⅰ、AC-25Ⅰ型等。
2.2.3选择合适的结构层厚度
沥青路面结构层厚度应等于或大于集料最大公称尺寸的3倍，对粗的混合料，结构层厚度应大于集料最大公称尺寸的3倍。按此原则，AK-13最大公称尺寸为13.2mm，则路面结构层厚度应大于等于4cm，AC-16Ⅰ最大公称尺寸为16.0mm，则路面结构层厚应大于等于5cm，AC-20Ⅰ最大公称尺寸为19mm，路面结构层厚度应大于等于6cm，AC-25Ⅰ最大公称尺寸为26.5mm，则路面结构层厚度应大于等于8cm。按此原则确定的路面结构层厚度在施工中更便于压实，混合料离析程度减轻，使用效果也相对更好。
2.3合理进行沥青混合料级配
对夏季温度较高，冬季不太冷的地区或者重载路段应重点考虑抗车辙能力的需要，减少4.75mm及2.36mm的通过率。选用较大的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用粗型密级配沥青混合料；对冬季温度较低，且低温持续时间长的地区，或者非重载路段，应在保证抗车辙能力的前提下，充分考虑提高低温抗裂性能，适当增大4.75mm及2.36mm的通过率。选用较小的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用细型密级配沥青混合料；对年温差特别大，又属于重载路段的工程，高温要求和低温要求发生矛盾时，应以提高其高温抗车辙能力为主，兼顾低温抗裂性能的需要，在减少4.75mm及2.36mm的通过率的同时，适当增加0.075mm的通过率，使其级配范围成S型，并取中等或偏高水平的设计空隙率。
Superpave要求设计空隙率为4%，当施工压实度达到97%时，竣工的空隙率≤7%，这是为防止渗水的界限。Superpave的集料组成是在前人理论研究和实践经验基础上，以控制点和限制区表示，限制区第一点可以作为集料组成种类划分的中心控制点。当组成从中心控制点下通过时，适用于大交通量和高温地区；当组成从中心控制点上方通过时，适用于中、轻交通量和低温地区。
2.3路面排水系统设计注意的问题
对于沥青混凝土路面所设的排水基层，通常选用沥青处置开级配碎石。考虑到该结构层为骨架空隙结构且经常受水的侵蚀，因而耐久性较差，为此，必须提高其沥青与矿料之间的黏附性和抗剥离性能。如条件允许，尽量采用干燥的磨细消石灰粉或水泥作为填料的一部分，其用量为矿料总量的1%～2%，如条件不允许（许多地方的消石灰粉细度得不到保证），可采用掺加抗剥离剂的方法。
3结语
在进行路面设计时，要按照面层耐久、基层坚实和土基稳定的要求，贯彻因地制宜、合理选材、方便施工和利于养护的原则，经过方案比选就会取得满意的效果。
关键词：沥青路面；结构设计；措施
中图分类号：TB482.2
近年来，我国修筑的一些高速公路在开放通车后短时期内就出现有坑槽、开裂、车辙等路面结构破坏现象，其实际使用寿命严重低于设计要求的正常使用寿命，并且随着我国公路交通流量及平均行车速度的提高，加上绝大部分货车车辆的超载严重，使得有些沥青混凝土路面结构的高速公路工程在建成通车后l～2年内甚至更短时间内就出现了严重的路面结构遭受破坏的现象。针对上述现象出现的原因和防治途径，现从混凝土路面的结构设计等问题进行相应的分析和探讨。
1现行沥青路面结构设计存在的问题
1.1设计指标不可控制
尽管沥青路面结构设计中包含弯沉和弯拉应力验算指标，但实际在沥青路面结构设计中，弯沉成为路面结构设计的唯一指标。
设计指标应该是路面结构可能产生损坏的控制指标，即设计模型与路面结构损坏模型应该一致，但实际情况告诉我们，弯沉指标无法与多种破坏类型和破坏标准相统一、协调，现有沥青路面的损坏与设计模式大不相同，设计指标形同虚设。路面设计的宗旨是防止在设计年限内总交通量反复荷载作用引起路面疲劳破坏，实际上绝大部分路面是在交通量远未达到设计交通量的早期已经发生了破坏，疲劳破坏的指标没有起到控制作用。路面结构设计的基本思想是路面结构的承载能力主要依靠半刚性基层，路面结构破坏就意味着是基层破坏。实际上现在许多高速公路的弯沉值都非常小，似乎路面不应该破坏，可是实际却坏了。另一方面，一旦水渗入基层、路基，弯沉又会变得很大。也就是说，路面破坏程度与路面验收时的弯沉经常不相关。
1.2理论验算定条件不准确
按照现有公路沥青路面设计规范，在进行沥青路面结构弯拉应力验算时，假定层间接触条件是连续接触，在这种条件下进行应力验算，半刚性基层顶面的沥青面层处于受压状态，所以沥青面层不会发生弯拉疲劳破坏。实际上，很难做到沥青层与半刚性基层的连续，即使是沥青的上、中、下面层之间，由于施工污染、施工的非连续性等原因，沥青层之间都有可能是部分连续或者滑动的，在荷载、水等外界因素的作用下，层间界面连接状态的改变是必然的，因此路面结构设计时的假定条件是不准确的，在这种情况下，理论验算结果的准确性可想而知。
1.3路面材料设计参数与实际路用性能缺乏关联性
路面设计采用理论计算方法，看似很先进，实际上材料设计参数一般只是通过室内试验确定。国外很多研究表明，路面材料在实际使用过程，其室内性能与路用性能之间的关系并没有很好的相关性，而我们的设计人员在路面结构设计过程中，一般仅通过取规范推荐的材料参数中值的简单办法进行设计，更谈不到去建立路面材料室内力学性能与野外路用性能的关系，所以其设计过程实际上只是个形式。通过对沥青路面结构设计中存在问题的分析可以看出，在设计上，沥青路面发生早期损坏现象是必然的。也就是说，沥青路面结构设计本身就是矛盾的，设计模型的与沥青路面早期损坏模式没有较好的相关关系。
1.4对其他路面结构形式限制
由于沥青路面弯沉设计指标的存在和指标标准的不断提高，在国外大量成功应用的柔性基层沥青路面结构在我国无法得到应用，尽管规范中也列出了柔性基层的结构形式，实际上从设计指标本身就已经决定了柔性结构不可能应用的命运。
2提高路面路用性能的设计措施
2.1选用优质的原材料
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性的关系非常直接，选用优质的沥青非常重要，沥青选择不但要满足规范要求，而且要尽可能提高指标要求。此外，对于高速公路的上面层，应尽可能采用改性沥青，改性沥青对高温稳定性次数较之普通沥青能提高一倍以上，改性沥青对低温弯曲试验破坏应变较之普通沥青也有很大程度的提高。在重载较多或气候条件差并有条件时，高速公路中面层也应尽可能采用改性沥青。
路面面层石料应采用高强度、耐磨并且与沥青粘结性较好的中基性石料为宜。此外，应对集料的扁平细长含量等进行试验，Superpave还对坚固性、安定性进行试验，从源头上保证混合料的性能。此外，当石料与沥青的粘接性相对较低时，应在沥青中加入表面活性剂（如抗剥落剂），有效提高沥青对集料的粘结力。
2.2合理地选择路面结构类型
2.2.1上面层选择
SMA由于其良好的高温抗车辙、低温抗开裂、抗滑及耐久性，应该为路面上面层的首选。然而由于造价相对较高，因此在应用上受到一定的限制。虽然SMA相对AC、AK及Superpave在建设过程中的一次投资要高一些，但有调查资料显示SMA路面相对AC、AK及Superpave路面可以延长使用寿命20%～40%，因此SMA路面的综合经济效益往往要高于普通沥青混凝土路面。
2.2.2中、下面层选择
Superpave高性能沥青路面在高温抗车辙方面具有很大的优势，混合料低温、疲劳抗开裂性能良好，此外，由于其空隙率相对较小，其抗水损害能力也较强，适合作高速公路中、下面层，尤其是在重载多的高速公路。当然，有些地方仍然习惯于采用AC-Ⅰ型沥青混凝土作中、下面层，但对规范密级配进行了改进，一定程度上提高了动稳定度。下面层宜选用Superpave-19、Superpave-25型及AC-20Ⅰ、AC-25Ⅰ型等。
2.2.3选择合适的结构层厚度
沥青路面结构层厚度应等于或大于集料最大公称尺寸的3倍，对粗的混合料，结构层厚度应大于集料最大公称尺寸的3倍。按此原则，AK-13最大公称尺寸为13.2mm，则路面结构层厚度应大于等于4cm，AC-16Ⅰ最大公称尺寸为16.0mm，则路面结构层厚应大于等于5cm，AC-20Ⅰ最大公称尺寸为19mm，路面结构层厚度应大于等于6cm，AC-25Ⅰ最大公称尺寸为26.5mm，则路面结构层厚度应大于等于8cm。按此原则确定的路面结构层厚度在施工中更便于压实，混合料离析程度减轻，使用效果也相对更好。
2.3合理进行沥青混合料级配
对夏季温度较高，冬季不太冷的地区或者重载路段应重点考虑抗车辙能力的需要，减少4.75mm及2.36mm的通过率。选用较大的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用粗型密级配沥青混合料；对冬季温度较低，且低温持续时间长的地区，或者非重载路段，应在保证抗车辙能力的前提下，充分考虑提高低温抗裂性能，适当增大4.75mm及2.36mm的通过率。选用较小的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用细型密级配沥青混合料；对年温差特别大，又属于重载路段的工程，高温要求和低温要求发生矛盾时，应以提高其高温抗车辙能力为主，兼顾低温抗裂性能的需要，在减少4.75mm及2.36mm的通过率的同时，适当增加0.075mm的通过率，使其级配范围成S型，并取中等或偏高水平的设计空隙率。
Superpave要求设计空隙率为4%，当施工压实度达到97%时，竣工的空隙率≤7%，这是为防止渗水的界限。Superpave的集料组成是在前人理论研究和实践经验基础上，以控制点和限制区表示，限制区第一点可以作为集料组成种类划分的中心控制点。当组成从中心控制点下通过时，适用于大交通量和高温地区；当组成从中心控制点上方通过时，适用于中、轻交通量和低温地区。
2.3路面排水系统设计注意的问题
对于沥青混凝土路面所设的排水基层，通常选用沥青处置开级配碎石。考虑到该结构层为骨架空隙结构且经常受水的侵蚀，因而耐久性较差，为此，必须提高其沥青与矿料之间的黏附性和抗剥离性能。如条件允许，尽量采用干燥的磨细消石灰粉或水泥作为填料的一部分，其用量为矿料总量的1%～2%，如条件不允许（许多地方的消石灰粉细度得不到保证），可采用掺加抗剥离剂的方法。
3结语
在进行路面设计时，要按照面层耐久、基层坚实和土基稳定的要求，贯彻因地制宜、合理选材、方便施工和利于养护的原则，经过方案比选就会取得满意的效果。