1、浅析城市路面典型结构研究 摘要：本文介绍了城市路面典型结构的研究意义、目的，对国内外研究情况做了详细调查及分析，并由此提出城市路面典型结构的研究技术路线。 关键词：城市路面，典型结构，技术路线 The Brief Analysis of the Research about the Urban Pavement Typical Structure Chenguang Kong 1 ， Yougong Chang 2， Weiting Ran 3 （ Shandong Jianzhu University） Abstract： This article introduced the resear
2、ch meaning and purpose of the urban pavement typtical structure， and proposed the research technique route about it based on detailed investigation and objective analysis on the current research situate route 0.引言 我国幅员辽阔，各地区的气候、地质、土壤、水文都有所差异，筑路材料、施工技术以及经济条件等也有显著差别。同时城市道路路面与高速公路路面在承担的行车 荷载及车辆分布上又有很大不
3、同。如此复杂多变的条件下，仅参照国家规范设计方法进行城市路面结构设计显然无法满足各地不同的使用环境。在这种情况下，制定城市沥青路面典型结构就显得必要而有意义。所谓路面典型结构，就是在我国路面设计规范指导下，充分考虑区域气候、土壤、地质和水文等各种自然因素对路面的影响，结合当地筑路材料来源、交通和经济发展条件而制定适应于该区域不同交通条件的路面结构标准。 1. 研究目的及意义 路面典型结构的制定不但可以使路面结构设计图表化、规范化，减少设计工作量，而且可以优化路面 结构设计，使路面结构设计者在材料选择、厚度确定等方面有较大的选择范围，不需要进行大量的计算（只需进行累计当量轴次计算）就可以确定安全
4、可靠、经济合理的路面结构，从而避免由于结构选材不当或厚度确定不合适而导致的路面结构不经济或不安全。基于上述原因，近年来我国的部分省、市和地区都根据各自的具体情况开展了路面典型结构设计方法的研究，有效弥补了国家规范的不足。 积极开展城市道路沥青路面典型结构设计的研究，针对本地区的自然环境、气候条件和使用要求确定合理的路面结构，有效利用已己有的成果和经验，提高路面结构设计 质量，延长路面的使用寿命，节省工程造价和养护费用，对充分利用地方资源、挖掘本地区潜在优势具有现实意义，主要表现在以下几点： 1）建立典型结构，可以实现路面结构的标准化，简化设计过程。有了典型结构作为设计模式，就可以在设计时直接进
5、行套用，各结构层的材料种类和厚度可以根据设计标准直接选定，而不必逐一进行计算。同时，使设计人员从复杂繁琐的数学公式计算中解脱出来，并且避免输入值不准确而造成的隐蔽性纯数学计算错误。 2）可以减少概预算的编制工作。根据典型结构，可以预先编制出概预算，在选定结构类型后 ，同时选用概预算方案，从而大大地减轻了编制工作。 3）有利于提高材料的生产水平，便于材料的质量控制。由于典型路面结构的建立，可以建立更加适合城市道路的材料标准，使得材料的生产实现“ 工厂化 ” ，能够保证材料的规格及质量。 4）更有利于提高施工质量，简化施工程序，加快施工进度，实现施工现代化。典型结构的模式可以使施工实现标准化，施工
6、部门可以有计划地进行机械配套，熟悉施工工序，加强施工人员的培训及配置，因而更有利于提高施工质量。 5）有利于工程的全面管理和质量控制。由于典型结构具有 “ 模 式化 ” 的特点，因而便于形成工程管理和质量控制的标准模式，便于制定出统一的各道工序的控制指标，对工程在质量、进度和投资等各方面的管理和控制更加有利。 6）路面寿命增加，经济性良好。由于典型结构是在系统地考虑各种因素的基础上应用力学 经验法建立的，因而路面具有更好的强度、耐久性、稳定性、舒适性、安全性以及经济性，可以大大减少养护和维修费用。 综上所述，建立路面典型结构对道路工程的设计、施工和管理都有积极的意义，有利于 “ 标准化 ” 和
7、 “ 模式化 ” 的实现，使路面具有优良的路用性能，减少早期破坏，进而改 善城市的交通状况，加快经济又好又快的发展。 2. 典型路面结构研究现状 国际上，以美国为代表的道路研究机构在经过了长期对沥青路面典型结构的研究应用积累，逐渐形成了几种典型的结构组合方式： 半刚性基层沥青路面； 柔性基层沥青路面； 刚性基层沥青路面； 复合式基层沥青路面。美国对 AASHO试验路的铺筑及后期路用性能进行了跟踪观测，最终经过修订形成路面设计指南 AASHTO Guild for Design of Pavement Structure。其中推荐的典型结构包括配碎石基层沥青路面 、全厚式沥青路面（沥青混合料基层
8、铺筑在路基上）、沥青碎石基层沥青路面、以沥青碎石为上基层和级配碎石为下基层的组合式沥青路面、水泥稳定碎石基层沥青路面，同时推荐沥青玛蹄酯碎石（ SMA）、排水式抗滑磨耗层（ OGFC）、细型密级配沥青混合料（ DFG）以及粗型密级配沥青混合料（ DCG）作为沥青路面表层。日本、法国和德国主要推荐柔性基层和组合式基层沥青路面。而英、美在后期研究中，为延长道路使用寿命，又提出永久性路面设计理念。 国内方面，湖南干线公路半刚性沥青路面典型结构设计研究，在国内首次较为系统地提出了在 不同交通量、不同土基强度下半刚性路面典型结构组合标准推荐表，同时运用可靠度理论，对所推荐的路面典型结构进行了结构可靠性的
9、核算和评价；辽宁省沥青路面典型结构研究，对辽宁省沥青气候使用性进行了分析，提出了以沥青路面使用性能为依据的辽宁气候分区，并提出了轴载换算季节修正系数的计算公式；新疆高等级公路半刚性基层沥青路面典型结构的研究，针对新疆复杂的气候环境，提出了以年极端低温、 7 月平均最高气温和年降水量综合气候影响系数，为沥青面层厚度确定提供分析依据；秦皇岛市区沥青路面典型结构研究，进行了路基路面设计参数敏感性分析 ，对设计参数的确定有重要意义。 其它地区的沥青路面典型结构研究，如上海市城市道路典型路面结构、重庆市农村典型路面结构、郑州市沥青路面典型结构、合肥市城市道路典型路面结构、安徽省柔性路面典型结构、甘肃黄土
10、地区高等级公路沥青路面典型结构、湖北省半刚性基层沥青路面典型结构、陕西省路面典型结构、江苏省路面合理结构、宁夏公路路面典型结构、浙江嘉兴半刚性路面典型结构等，均取得了一定的成果，使得典型结构的研究得到了深入和完善。 3. 典型路面结构研究技术路线 1）资料收集。通过对城市沥青路面 设计资料的全面普查，并结合相关资料将路面结构分为不同结构类型，根据城市不同功能区域选取各种结构的典型路段进行重点调查；通过不同路段的高峰小时交通量调查，明确不同区域的交通荷载的组成情况，预测设计年限内累计标准当量轴次，并划分不同的交通量等级。 2）外业检测。在不同区域实际工程中进行土基承载板法测试模量，结合理论分析确
11、定各区域的土基强度设计下限，并以此为基础划分不同的土基强度等级；通过对选定路段路表弯沉检测，定性分析不同路面结构不同通车年限后的承载力状况；通过路面钻芯取样，评价旧路基层芯样材料的力学 性能及面层的材料组成，为典型结构的推荐提供有力保障。 3）室内试验。通过对取回芯样进行分层分割、抽提等试验手段，测定其物理指标，并对抽提回收的沥青进行性能指标测试，对回收集料进行筛分，对旧路使用情况进行评价，并对病害原因进行分析；根据沥青路面典型结构推荐的基本原则，选用当地常用筑路材料，采用典型的沥青路面材料配合比，在路面现场压实标准下制备试件，测定城市道路常用路面结构材料的设计参数（回弹模量、劈裂强度等），提
12、出城市道路沥青路面结构材料设计参数的取值范围。 4）根据实际调查的路面结构组 合进行了力学响应分析，考察不同结构组合在标准荷载下发生的应力、应变等力学响应，分析各结构层所应具有的力学特性；采用控制变量法分析不同面层和基层的厚度及模量值对弯拉应变、弯拉应力以及剪应力等设计指标的影响，得到对于不同控制指标的主要影响因素。 5）合理结构组合设计。通过总结国内外对典型结构的研究成果，结合城市道路的现实使用环境，推荐合理的结构组合形式，并应用 AASHTO2002 力学 经验设计法进行路用性能预估。 最后，在交通量、土基强度以及路面材料设计参数研究的基础上，采取国家规范设计方法 进行结构设计，并结合城市
13、的气候、水文、交通状况等多种因素对路面使用性能进行预估验证，推荐沥青路面典型结构。 4. 结论与展望 虽然各地区对沥青路面典型结构研究已取得了较大的成果，为我国交通事业的建设发挥了重要作用，然而以上研究成果中都没有对所提出沥青路面结构的永久变形、面层材料的疲劳开裂以及路面平整度的发展趋势等使用性能进行描述，因此仍具有较大的局限性，所设计的路面结构在实际应用中也确实出现了非常严重的早期病害。在借鉴国内外最新研究成果的基础上，针对各地区的交通、水温、气候、材料等情况， 进行典型结构设计，并对永久变形、疲劳开裂以及路面平整度等进行精准预测，需要进行更加深入的研究。 沙庆林 .高等级公路半刚性基层沥青路面 M.北京 :人民交通出版社 ,1998 陈燎焱 .山东省高速公路沥青路面典型结构研究 D.西安 :长安大学 ,2008.6 黄立度 ,李俊超 ,孙新军 ,戴肃生 .新疆高等级公路半刚性基层沥青路面典型结构的研究 R.乌鲁木齐 :新疆交通科学研究院 ,1995.11 交通部公路科学研究所 .“ 八五 ” 重点科技（攻关）项目（ 85-403-02-02 ）“ 高等级 公路半刚性基层沥青路面典型结构的研究 ” 孙立军等 .沥青路面结构行为理论 M.北京 :人民交通出版社 ,2005
