路面设计原理与方法

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路面设计原理与方法范文第1篇

关键字：长寿命路面设计理念结构设计施工控制工程应用

中图分类号：U416.2文献标识码：A

0引言

由于沥青路面结构设计理论不完善、混合料设计方法不合理等问题，使得我国沥青路面早期病害严重，导致频繁的维修改造或重建，这给公路建设的可持续发展带来了很大的挑战。长寿命沥青路面是指在设计年限内无结构性修复和重建，仅需根据表面层损坏状况进行周期性维修的路面。

本文从结构原理、层位功能、混合料设计、施工质量控制四个方面，系统的阐述了长寿命沥青路面设计的基本理念，并以广州到河源高速公路惠州段路面工程为例，提出适合该地区的长寿命沥青路面结构方案。

1结构原理

长寿命沥青路面，又称永久性沥青路面，结构设计的出发点是为了提高沥青路面的使用寿命，因此采用较厚的沥青层，路面上部采用模量较高的材料，下部采用抗疲劳能力较强的材料，以降低传统的半刚性基层沥青路面开裂和避免结构性车辙，使路面的损坏仅限于表面层。因此，只需要定期的表面铣刨、罩面修复，在使用年限内不需要大的结构性重建[1]。

长寿命沥青面结构设计采用是一种新的理念，它是通过改变传统的路面结构组合、应力应变响应指标以及提高材料的物理力学性能达到延长路面结构寿命的目的。传统设计理念认为，在车辆荷载作用下，不管路面多厚，将不可避免地出现疲劳开裂和结性车辙。但通过研究发现，在沥青层层底存在一个极限拉应变水平，当路面在荷载作用下应变低于此水平时，不会发生疲劳破坏，这一应变水平即为疲劳极限。因此，沥青面存在一个面层厚度极限，当沥青层厚度超过此极限值后，路面结构将不会出现由下到的疲劳开裂和结构性车辙。所以，长寿命路面设计层厚应以控制在层底拉应变水平内，而使路面使用寿命延长。长寿命路面并不是一直不损坏，而是指路面的损坏仅发生在路面的表层，维修时不需要结构性的处理，只需将表面层混合料铣刨并换成等厚度的新混合料便可，维修十分方便。

2结构层的功能及材料要求

要进行长寿命沥青路面设计，就必须先了解长寿命沥青路面对每一结构层功能与材料要求。

长寿命的概念是强调有耐久的沥青层和坚固的基础。因此，长寿命沥青路面各个层次的结构功能基本上是围绕这个概念的要求来进行设计[2]。长寿命沥青路面对各结构层功能及材料要求如图1所示，建议选用表1所示的沥青结构型式。

图1长寿命沥青路面结构示意图

3沥青混合料设计方法

正确合理的沥青混合料配比设计，是长寿命沥青路面质量的保证。目前，国内最常用的是马歇尔设计方法，但由于马歇尔设计方法中，试件成型原理与现场实际情况有较大差别，导致用此方法设计出来的沥青混合料不能满足长寿命沥青路面的要求。Superpave沥青混合料设计方法是采用最新的工程设计理念，试件成型最接近沥青路面的碾压成型机理，矿料级配结构设计标准较为合理，沥青混合料性能最优化的一种沥青混合料设计方法。采用Superpave方法设计和施工的沥青路面比采用马歇尔方法设计的沥青路面在抵抗车辙、抗疲劳破坏、抗温度裂缝和水稳定性能方面都有较大的提高。因此，建议选择Superpave沥青混合料设计方法来进行长寿命沥青路面混合料的设计。

表1长寿命沥青路面结构型式

注：SP-Superpave沥青混合料；SMA-沥青马蹄脂碎石混合料；OGFC-大孔隙开级配排水式沥青磨耗层。

4施工质量控制

长寿命沥青路面沥青混合料在施工过程中，除了应满足《公路沥青路面施工技术规范（JTG F40—2004）》相关要求外，在施工质量控制方面，还应特别注意以下几点（以Superpave沥青混合料为例）：

（1）所使用石料要堆放在经过硬化具有3%倒坡坡度的场地上，粗集料的堆放高度不应超过3米，以防止由于集料不均匀导致沥青混合料离析；

（2）在拌合站生产中，若干拌时间过长，会将粗集料打碎，细集料磨成矿粉，改变了混合料级配和增加了0.075mm筛的通过量，降低了设计混合料的VMA，影响混合料的路用性能。湿拌时间不宜过短，它决定了混合料拌和的均匀程度，决定了出场混合料的品质。建议干拌时间不应超过5秒，普通沥青混合料的湿拌时间不应少于28秒，SBS改性沥青混合料的湿拌时间不应少于32秒；

（3）在运料车装料时要严格按照三点装料法，即前、后、中的顺序前后挪动车辆位置进行装料。对需要四盘以上才能装到车斗槽帮高度的车辆，要分两层均按前、后、中的装料顺序装满整个车斗，以最大限度地降低沥青混合料在装料过程中产生的离析；

（4）摊铺时要把摊铺速度设置到最大并能保持速度进行连续摊铺的状态。当沥青拌和站具有足够的生产能力时，沥青混合料的摊铺速度不应低于4 米，在摊铺过程中不宜过多调整摊铺速度。当摊铺机前有料车积压时，要提高摊铺速度，可以达到6米，避免沥青混合料在现场停留时过长，造成沥青混合料温度散失过大；

（5）初压采用双钢轮振动压路机，开始的第一轴要紧跟摊铺机，以后的每一次倒轴的停驶位置要超过前一轴的1.5-2.0米，每一次错轴停驶位置应该形成45度的角度。错轴重叠宽度在10-20cm即可。在开始下一个碾压区间前，要用双钢轮振动压路机沿上一个碾压区间停驶位置45度的方向振动碾压一遍，以消除由于压路机停驶产生的推移波浪。每天开始的第一个碾压区间不易太长，最好不要超过30米，以后每一个碾压区间尽量提升到50～60m。每一段碾压区间不易过短，以免影响平整度。复压采用两台胶轮压路机揉搓碾压，每一台轮胎压路机负责半幅同时进行碾压，形成表面纹理并可消除初压时可能产生的热裂纹。终压相当重要，除了可以消除胶轮轮迹外，还可以提升压实度2～3个百分点。终压应采用三钢轮光轮静碾压路机，要求达到25吨以上，进行静碾2～3遍，所有终压均不得采用双钢轮振动压路机进行起振碾压。

5工程实例

广河高速公路是广东省、地、市高速公路连接线的重要组成部分，是联系粤赣高速和京珠高速这两条出省主要通道的重要横向联系道路，也是广州四环四联络十八射主骨架之一。广州至河源高速公路惠州段位于惠州市北部。路线呈东西走向，起点位于龙门县永汉镇，经过龙门县南部、博罗县北部，终点位于河源市石坝镇，路线全长75.61km。全线采用设计汽车荷载公路-I级双向六车道高速公路标准建设，设计速度120km/h，整体式路基宽度34.5m，分离式路基宽度17m，主线及主线桥面铺装，隧道采用沥青混凝土路面。本项目所在地属为Ⅰ4区，路线地处夏炎热冬温潮湿大路气候区。设计年限为15年，设计年限内一个车道上的累计标准轴载为（100kN）作用次数Ne=2.40×107次/车道，属特重交通等级。按照长寿命沥青路面设计理念，结合该地区的实际情况，确定了路面结构设计方案，如表2所示。

在混合料设计过程中除了根据国内现行标准规范以外，还兼顾了Superpave相关设计标准，并且充分考虑了沥青路面整体强度，各结构层配比均符合要求并满足性能试验要求。沥青路面实测的各种技术指标，如压实度、平整度、摩擦系数、渗水系数等都符合现行规范与设计文件的要求，路面整体质量良好。

6结语

长寿命沥青路面设计的理念主要在于选择合理的路面结构方案、采用正确的混合料配比设计方法、运用科学的路面施工质量控制手段，来提高沥青路面的使用寿命，使得路面的损坏仅限于表层。因此，采用这种理念设计的沥青路面，虽然初期建设费用较高，但养护维修简单、费用低、使用年限增加，大大提高了综合经济效益与社会效益。系统的研究符合我国国情的长寿命沥青路面结构方案及设计计算方法，对我国公路建设的可持续发展至关重要。

表2广河高速惠州段沥青路面结构设计方案

结构层次 材料类型 厚度

参考文献

[1]崔鹏，孙立军，胡晓.高等级公路长寿命路面研究综述[J].公路交通科技，2006（23）.

路面设计原理与方法范文第2篇

关键词：沥青路面；温度场；预估方程

1 路面温度场预估方法分类

影响路面温度场的因素分为内部因素和外部因素。内部因素包括路面热传导、对辐射吸收的能力、路面的结构和热容量。外部因素包括大馕露取⑻阳辐射、湿度、降雨量等天气因素，其中温度是最关键的影响因素。

确定路面温度的方法分为理论分析法和统计分析法。理论分析法是根据热学和气象学的基本原理并采用数值分析方法建立沥青路面温度场分析模型。统计分析法是根据路面实测温度和气象资料，采用统计回归方法建立起沥青路面温度与外部环境、内部环境之间关系模型。

路面温度场预估方法研究，早期主要以理论分析法为主，20世纪90年代后统计分析法成为研究主流方向[1]。

2 沥青路面温度场理论预估方法研究

沥青路面温度场理论预估方法具有较强的适应性，只根据气候、环境资料和路面结构的热物理参数，预估路面温度场的分布，不受地区路面类型限制。

2.1 沥青路面温度场理论预估方法基本原理

预估方法采用的基本原理是热学理论，根据能量守恒与转化定律来描述热流密度矢量和温度梯度之间的关系，通过微分方程的形式表示为[2]：

2.2 沥青路面温度场理论预估法的求解方法

沥青路面温度场理论预估法常用的求解方法主要有以下三种：解析法、有限差分法和有限单元法。

（1）解析法。所谓解析法，就是根据抛物线型微分方程分离变量基本求解方法结合一些假设条件，将复杂沥青路面热传导问题转化为简单层状体系的热传导问题。（2）有限差分法。解析方法的求解过程是应用数学物理方法来求解偏微分方程，得到温度T与空间变量（x，y，z）和时间变量τ之间的函数关系，通过函数关系，就可以获得物体内部在任意位置任意时刻的温度值。（3）有限单元法。有限单元法也是偏微分方程组的一种数值求解方法，其基本原理是利用加权余量法将对场函数连续性要求较高的偏微分方程组转化为对场函数连续性要求不高的微分方程组和边界条件等效积分的弱形式，从而进行求解。

2.3 沥青路面温度场理论预估法比较

采用特殊函数简化边界条件后，沥青路面热传导微分方程理论上是可以采用解析方法求出其准确解的，但是由于对沥青路面温度场的复杂边界进行了简化处理，不能反映环境因素的真实变化情况，因此其预估结果精度并不高。

在对于有限差分法和解析法进行了对比后发现采用有限差分方法在预估沥青路面结构中的面层和基层温度时，其预估精度要远远高于解析方法。同时解析法计算过程复杂，计算结果是一个无穷级数解。

相比有限差分法，有限单元法在计算过程中略显复杂，需要引入大量矩阵元素计算。但是有限单元法在处理具有复杂几何形状以及复杂便边界条件的热传导问题时，却比有限差分法具有优势。对于沥青路面温度场这一具体问题来说，其模型几何特征比较简单，边界条件较为单一，采用有限差分方法就可以得到精度足够高的预估结果。

3 沥青路面温度场统计预估方法研究

3.1 沥青路面温度场统计预估方法主要模型

3.1.1 SUPERPAVE模型

SHRP项目提出的SUPERPAVE模型采用一年中温度最高的连续7天路面表面的最高温度Tsurf（即温度最高的7天的平均温度值）作为沥青路面高温设计温度：

SUPERPAVE以冬季沥青路面表面的最低温度作为低温设计温度，不同深度处的最低温度预估模型为：

3.1.2 LTPP模型

LTPP提出的沥青路面高温预估模型为：

LTPP提出的沥青路面低温预估模型为：

3.1.3 UW模型

Bosscher 提出的沥青路面极端低温预估模型为：

Bosscher提出的沥青路面的极端高温预估模型为：

3.2 沥青路面温度场统计预估方法比较

对于不同的情况下，各种模型的预估精度可以排列为：

极端高温：UW模型（50%可靠度）>SUPERPAVE（50%可靠度）>LTPP（50%可靠度）>其他情况

极端低温：SUPERPAVE（50%可靠度）>LTPP（98%可靠度）>UW模型（50%可靠度或者98%可靠度）>其他情况。

对于沥青路面极端高温的情况来说：在一般情况下，三种模型在50%的可靠度水平下均可以提供较为准确预估结果；但是当温度较低时或者出现连续高温情况时，只有UW模型在50%的可靠度水平下的预估结果与实测结果比较接近，主要是因为在沥青路面高温情况下，太阳辐射起了相当重要的作用，只有在UW模型中考虑了这一因素的影响[3]。在预估路面极端高温时，采用98%的可靠度会使最终的预估结果温度远远高于实测温度。

对于沥青路面极端低温的情况来说：只有SUPERPAVE模型在50%可靠度水平下的预估结果与实测温度最为接近；同样，如果在预估极端低温的情况下采用了98%的可靠度，会造成SUPERPAVE模型和UW模型的预估结果与实测温度之间误差较大。但是此时，LTPP模型的预估结果与实测温度比较接近[3]。

4 结束语

采用理论分析法预估沥青路面温度场，有限差分法即可获得足够高的预估精度。采用统计分析法预估沥青路面温度场，50%可靠度下的UW模型较适合极端高温预估，50%可靠度下的SUPERPAVE模型较适合极端低温预估。建议地区以往实测数据较多时采用统计分析法，数据缺乏时采用理论分析法。

参考文献

[1]秦健，孙立军.国外沥青路面温度预估方法综述[J].中外公路，2005，25（6）：19-23.

[2]王琪.融雪化冰路面温度场及工作状态研究[D].长安大学，2011.

路面设计原理与方法范文第3篇

关键词：车辙原因处治方法

中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：

引言

从1997年宁夏首条高速公路开工建设至今，我区的高速公路已经历近十多年的发展历程。在高速公路发展初期，人们只是注重工程建设和运营管理，而高速公路的养护、维修等被排在管理工作的次要位置。近两年，随着区内高速公路路面早期病害的出现，人们才开始关注高速公路的病害处治与预防工作，而我区高速公路病害主要是以车辙为代表的早期路面病害。

一、路面车辙产生原因分析

1、设计上存在的不足

目前，我区的高速公路路面结构主要采用半刚性路面基层上加铺沥青混凝土面层的高级路面，其设计原理是基于半无限层状弹性体系理论之上的以柔性路面的抗疲劳强度为控制的设计方法。在使用过程中，石灰粉煤灰稳定砂砾基层结构的力学性能及稳定性得到了很好地发挥，但沥青混凝土面层却在通车后的第2～3年内出现了车辙、推移等早期病害。经分析，当时按照交通部行业标准《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97）规范，采用马歇尔试验和检测方法进行的沥青混凝土配合比设计，主要存在以下四个方面的不足：

（1）最根本的缺陷是整个指标体系既不能很好地反映沥青混合料的力学性能，也不能很好地反映沥青路面的技术性能。因为马歇尔试件的成型方法与路面受轮胎揉搓碾压的实际情况相差较大；野外路面与室内马歇尔试件的沥青混合料内部矿料、胶浆油膜和空隙排布也有差别。如马歇尔试验的两个指标—稳定度和流值，与实际路用性能的相关性较差。特别是在高速公路等重交通情况下使用时，对路面的长期车辙没有把握。所以97规范补充了以动稳定度作为车辙控制指标。

（2）对粒径大于26.5mm的粗粒式沥青混合料，26.5mm粒径以上集料用等量的13.2～26.5mm的集料代替，使得这种方法不能准确地反映沥青混合料的力学性能和技术性能。

（3）马歇尔试验设计方法不适用于开级配抗滑混合料组成设计。

目前，在我区的高速公路沥青混凝土路面面层设计中，这种设计方法已被全新的Superpave体积法设计所代替。

（4）另外，在设计方面还存在一种不足，那就是在路面设计时没有充分考虑部分路段上行和下行两个方向、交通流组成成份差异。如上下行空载与重载差异、货车与客车差异。上、下行方向路面的结构形式及厚度完全相同，在重载车辆较多的半辐路面则产生车辙等早期病害，如在我区某条高速公路早期车辙病害的调查中发现近70%的车辙产生于上行方向，明显地反映了工业重镇向行政商业城市方向的物资流向。所以，在目前宁夏路网实行计重收费的时期，设计更应充分考虑上、下行交通组分的不同而采取不同的路面结构设计。

2、施工方面存在的问题

（1）施工配合比控制不严格，产生离析

虽然在高速公路路面工程施工过程中，施工单位都使用了沥青混凝土拌和楼，但不同品质的拌和楼生产的沥青混合料的质量不尽相同，操作手的责任心不同，混合料的质量也不尽相同。拌和楼品质差及操作者责任心不强引起沥青混合料配合比控制不严，产生离析。

拌和楼因素的影响：在实际施工质量控制过程中，拌和楼的计量体系精度越高、单位时间的生产量越高，生产出的沥青混合料的配合比就越好控制，铺筑后，面层越均匀。其原因主要有两 方面：一是拌和楼自身电子计量及料仓送料等各机械环节的精密程度越高，生产的混合料品质越好；二是单位时间的生产量高，拌和楼“吞吐量”大，可以减小不同批次矿料的变异性对沥青混合料均一性的影响。

（2）运输过程产生的成品混合料的离析现象

成品混合料在运输及待摊过程中由于表层降温速度快于内部，因此，车厢中内部的沥青混合料已经在颠簸时重新分布，而表层的沥青混合料产生“硬壳”未能参与重新分布。由此，成品混合料产生了“温差”离析现象。

（3）宽幅摊铺机摊铺产生的不均匀现象

我区在2001年以前施工的高速公路路面均采用12米的宽幅摊铺机进行摊铺，主要目的是为了全路幅一次摊铺，节约人工和机械台班，获得表面均匀一致、平整度好、无纵向施工接缝的效果。但是，由于宽幅摊铺机的螺旋布料器工作原理是从中间向两侧送料，所以，在喂料不足的情况下，大颗粒料被布料器“甩”在两侧，造成中间剩余细颗粒料居多，路面行车道面层嵌挤强度降低的结果。这种不均匀性导致行车道的面层油石比大于超车道和紧急停车道，引起行车道首先产生车辙等早期病害。

（4）沥青含量控制不严产生泛油等不均匀

沥青含量控制不严主要产生于拌和楼控制及混合料抽检环节。若拌和楼控制时对沥青用量控制不严或抽检取样不具备代表性，由此产生沥青含量过大的结果，极易产生路面表面泛油。一旦路面产生泛油等不均匀现象，在重车荷载之下，车辙等早期病害是不可避免的。

3、交通流组份的变化产生的影响

在路面设计年份交通量调查时，车辆载重较轻，交通量也小。高速公路开通的这4～7年内，各种新型的载重车辆如雨后春笋般相继而出现。特别是这些车辆采取“大吨小标”或超载运输时，为了躲避交警及其他治超部门的打击，往往交纳相对低廉的通行费后，放心大胆地在高速公路上行车。这便造成高速公路交通流组份与设计出入较大，路面未到预期使用年限即产生早期病害。

4、气候环境的变化产生的影响

近年来，随着全球气候变暖，我区的气候环境与10多年前相比也发生较大变化。特别是近些年盛夏持续的高温已使得原来使用性能良好的同标号国产沥青在高速公路路面上已显不适。比如，重交90#沥青的软化点为42～46℃，经过调阅气象部门的资料，2003年我区某地区6、7、8三个月在30℃以上的高温天气分别为13、15、12天，且在7月份连续有13天气温持续在30℃以上。在这种条件下，沥青面层内部的温度已达到54℃以上[ 引自《沥青与沥青混合料路用性能》中引用的日本的秋山正敬调研结论。]。这种情况下，为了保证沥青混凝土内部沥青软化而失稳而出现车辙，就必须使用性能优良的改型沥青。

二、路面车辙病害预防方案

1、改变设计思路，加强设计质量

针对原来设计采用的马歇尔成型方法及控制指标的不足，宁夏交通系统经过多次考察调研，最终引进全新的Superpave体积法设计思路。这种设计方法的最大优势有两点：一是其试件成型采用旋转压实仪，最大限度地模拟了施工时揉搓碾压的原理；二是其体积法设计的要求比传统设计更严格，设计指标、施工控制指标的要求高，更精细、严密。

另外，在设计交通量调查和预测上要加强质量，同时，考虑上、下行不同交通量采用不同的路面结构设计。还应在确保安全的前提下，探索在现有双向四车道路基宽度的基础上，将四个车道设为行车道，或尽量进行双向六车道设计。因为单向三车道以上可以在交通组织上不分超车道和行车道，消除了因渠化交通带来的车辙问题。

还有，半刚性基层上加铺沥青面层的路面结构组合，由于层间模量比较大，层间材料的物理、力学性能相差较大，不利于层间连续，与路面设计理论的层间连续体系模型不能吻合，在面层处于高温气候条件下易产生推移、车辙等早期病害。特别是施工时，为了保证早期基层强度，利于面层及早铺筑，施工单位往往在基层混合料中添加了比设计剂量更多的水泥。结果是造成基层实际强度远大于设计强度。以麻黄沟至姚伏高速公路为例，通过APDS2000系统计算确定，二灰稳定砂砾基层结构28d设计无侧限抗压强度为0.8MPa，为提高早期强度，外掺0.5%的水泥。而施工时，为了提高早期强度，更为了可靠地保证质量，施工配合比都加大了水泥剂量（用到了1～1.5%），以至于28d无侧限抗压强度均达到1.2 Mpa以上，运行两年后车辙路段的取芯测试结果为5～7Mpa。这样的结果是在提高了路面成本的同时，加大了层间模量比，降低了路面结构的整体使用性能，与设计时的路面各层受力状况完全不同，易出现面层早期病害。2005年全国沥青路面技术研讨会上，其他省也已发现这种不足，并在施工过程中采取了相应的控制措施，一般经验为基层施工强度不能低于设计强度，但对高限也应进行控制，经验值为不宜超过设计强度的25%。为了减缓或消除半刚性基层与柔性面层之间的模量比过大形成的缺陷，有的省已开始在半刚性基层与柔性面层之间加铺柔性基层，以起到刚柔过度的目的，减轻推移、车辙等早期病害。

2、加强施工质量

在施工质量的控制上，一是招标时要及早备料，防止因工期紧张引起的原材料质量把关不严的现象；二是对进场拌和楼最低产量、配合比打印提出具体要求；三是增强拌和楼工作人员素质，加强责任心，对成品沥青混合料的质量严格把关；四是在施工组织设计时，认真总结各工序容易出现质量问题的环节，提出切实可行的保证质量的措施，并在执行过程中实行全面质量管理制度，将具体措施落实下去。

3、杜绝超载现象，高温季节进行交通控制

在超载交通给路网带来严重损坏的同时，政府已出台治理超载运输的相关措施，加大了对超载运输的打击力度。因为路面的设计是按照疲劳强度设计的，而超载车辆荷载对路面产生的是剪切破坏，所以，不治理超载，路面的使用寿命只能是成倍数地折减。

三、路面车辙病害的处治方法

路面车辙病害处治可采取刨铣加热再生沥青混合料修补和微表处两种方法。铣刨加热再生沥青混合料修补法是使用关键设备—铣刨机将车辙或推移变形的路面铣刨、清理掉后，重新用摊铺机铺设热再生的沥青混合料修补完好。微表处修补法是采用稀浆封层机将改性沥青混合浆直接摊铺在车辙车道，达到处治的目的。从处理效果和速度上讲，微表处要优于铣刨修补，但从处理彻底和耐久性方面评价，铣刨加热再生沥青混合料修补要优于微表处。目前，我区主要采用铣刨加热再生沥青混合料修补法。

参考文献：

路面设计原理与方法范文第4篇

关键词：平整度直接式检测类响应式检测类

一、引言

平整度检测贯穿于路面施工质量检测、评定、验收及运营期路面质量检测等环节，其检测设备、原理和方法多种多样，检测结果因检测设备不同而有较大差异。美国、澳大利亚等国的平整度检测技术处于领先水平。美国有多家公司研发和生产路面平整度检测仪，其中包括ICC公司生产的惯性激光断面仪和手推式断面仪；FACE公司生产的DIPSTICK(步进式断面仪)和手推式断面仪，及South Dakota DOT生产的惯性激光断面仪等(澳大利亚ARRB生产的手推式断面仪和惯性激光断面仪在国际上也有一定的市场)。

我国平整度检测技术的研究相对落后，由于公路建设的需要，在“七五”期间，由交通部公路研究所和西安公路研究所等单位先后分别研制了颠簸累积仪和八轮仪等平整度检测装置，目前已在中国市场上有了一定的应用。在过去的十年中，有过一些应用和理论的研究，如我国规范规定了几种用于不同工程阶段、不同结构层次的平整度检测设备和相应的检测、评定方法，但总的来说在技术方面突破不大。近年来国内在仪器的评价和相关性的研究方面也开展了一些工作，2001年交通部组织开展了平整度检定规程研究，并已初步完成。

二、路面平整度检测仪的基本分类

,q4U5e7lJ公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通)p%fzS$ZnP公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通路面平整度的仪器主要有两大分类：第一类为纵断面测定(直接式检测类)，即测出路面纵断面剖面曲线，然后对测出的纵断面曲线进行数学分析得出平整度指标。第二类为车辆对路面的反应测定(响应式检测类)，即测出车辆对路面纵断面变化的力学响应，然后对测出的力学响应进行数学分析得出平整度指标。对响应式检测类而言，其平整度指标的换算主要是通过对标准仪器测得的结果进行标定而得到。通常，第一类检测方法可用于路面施工质量验收与评价，而第二类检测方法主要用于路面周期性评价。但第二类检测仪器常要借助于第一类检测仪器进行指标标定。

1、直接式检测类

对直接式检测类平整度检测仪而言，主要的平整度指标为国际平整度指标IRI(InternationalRoughnessIndex)。国际平整度指标IRI是被广泛采用的路面平整度指标。国际平整度指标IRI的优点是具有很强的时间稳定性和空间稳定性，这使得不同时间和地点检测的国际平整度指标IRI值可进行直接比较。T c5Xv%g7^XZ
e公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通国际平整度指标IRI的计算是基于四分之一车辆仿真模型。四分之一车辆仿真模型是用于模拟车辆在实际路面行驶时车体对路面纵断面起伏波动的动态响应。J,y,[6\Lf省略

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四分之一车辆仿真模型用于模拟车辆机械系统在路面纵断面曲线输入的激励下的动态响应。通过四分之一车辆仿真模型计算模型车车辆悬挂系统的单向位移量，将各次计算的单向位移值累加(单位为m)并与路段长度相除(单位为km)，既可以得到国际平整度指标IRI，其单位为m／km。国际平整度指标IRI计算的数学过程极其繁琐，具体计算公式可查阅有关资料。应该强调的是国际平整度指标IRI必须先获得路面纵断面剖面曲线，然后将路面纵断面剖面曲线输入到四分之一车辆仿真模型，由四分之一车辆仿真模型计算国际平整度指标IRI。事实上，几乎所有的自动化路面断面曲线检测系统(直接式检测类)都包含国际平整度指标IRI的计算软件包。因此只要获得路面纵断面剖面曲线，就能较易获得国际平整度指标IRI。 B$~4ZdI[mjCk公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通2、响应式检测类 e V4k[ \8?;V响应式检测类的检测对象主要包括检测车辆的动态垂直加速度和垂直位移。当平整度检测仪检测的对象是车辆的动态垂直加速度时，此类平整度检测仪可归为电子响应式检测类；当平整度检测仪检测的对象是车辆的动态垂直向累积位移量时，此类平整度检测仪可归为机械响应式检测类。

三、主要特点

1、直接式检测类主要特点是：

(1)能得到路面纵断面曲线，根据纵断面曲线，平整度特性可直观地反映出来。

2|

GGphu/uo8C省略)o ^A8P?S省略(2)测得的路面纵断面曲线可输入到仿真数学模型而得到车辆对路面纵断面变化的仿真力学响应。过去的实验和研究已证明这种仿真响应与真实的车辆响应有很好的相关性。

AU8VB9oZ公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通3n(^xO#FJo9i T省略(3)检测路面纵断面曲线是较难的，尤其是长波长纵断面曲线，其原因是难以从检测仪本身直接取得路面纵断面垂直高度参照点。比较可取的方法是从检测仪本身的垂直加速度或与水平线的夹角之中间接地取得垂直高度的参照点。

(4)由于此类检测仪能得到路面纵断面曲线，因此可直接用于新路面施工质量的验收与评价，使验收部门有客观依据决定施工质量的优劣。

1sS|7c}`省略(5)若此类检测仪能测出长波长和短波长路面纵断面曲线，则可作为标准参照仪

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t8wv!P1m"Z2w用于对其它平整度仪进行标定和作相关分析。 ^+} ~U5U3l省略Ot*dFUa9qd$s)GO公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通2、响应式检测类主要特点是：

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J9k$v2e5e(`&n公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通 (1)此类方法的依据是车辆对路面纵断面垂直高度变化的力学响应，如振动等，然后对这种响应进行数学分析，从而得到平整度指标，如垂直加速度均方差和颠簸累计值等。

(2)由于此类检测方法相对于第一类方法要简单，检测速度要快，因而适用于高速检测和长距离检测。 (3)此类方法无法得到路面纵断面曲线，因而主要应用于现存路面平整度评价。

(Ap3Z9_ q公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通(4)由于无法得到路面纵断面曲线，此类检测仪需依赖于能测出长波长和短波长路面纵断面曲线的平整度检测仪对其进行标定和作相关分析。

四、平整度检测仪的标定方法

1、基本原理

响应式平整度检测仪主要依据检测车对路面不平整的动态响应来获得平整度的指标的。因此，检测本身的机械性能将直接影响到平整度检测的结果。从概念上讲，不同的检测车针对同一条路面将会有不同的动态响应，即便是同一台检测车，当使用一段时间后，其机械性能和电气性能也会发生一定的变化。针对这两种性能前后时间的不一致性，在路面平整度检测的实践中，往往采用技术标定(也称系统标定)的方法来使各种响应式路面平整度仪的检测达到一致性，或归结到标准的检测。

O-NK6?8U |A,WQ|省略在国际上，路面平整度的标准检测主要采用两种方法，第一种方法是采用精密水准仪检测路面平整度，即采用精密水准仪检测出路面的纵断面剖面曲线(标高)，然后采用计算机软件将测得的路面纵断面曲线转换成国际平整度指标(IRI)，从而获得该路面的平整度指标的标准检测。第二种方法是采用手推式断面仪(也称路面纵断面剖面仪)检测路面纵断面剖面曲线，然后采用计算机软件将测得的路面纵断面曲线转换成IRI，从而获得该路面的平整度指标的标准检测。不论是采用何种标准检测，其基本要求是：

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z省略2q2F D!IU2d)y+[r[a．检测结果不受检测设备机械性能的影响；

t5@M k5B!|Fb省略b．检测精度要求较高；

'z+~G1G!Bk*~公路,交通,交通知识,交通技术,高速公路,国道,设计,工程软件,论文,规范与标准,交通量预测,路基路面,交通工程,监理,职称考试,注册工程师,国家高速公路网,7918,交通产业,智能交通C．能直接获得全波长的路面纵断面剖面曲线；

d．能直接计算出IRI。 2]QM vv"O
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p/BK路桥先锋论坛―省略对于响应式平整度检测仪的标定，一般要求至少5条以上的路面(包括较为粗糙的路面、中等平整的路面和较为平整的路面)，其长度为100～200m左右。对这些选定的路面，分别采用标准仪器(精密水准仪或手推式断面仪)和被标定的响应式平整度仪实施平整度检测，获得的平整度指标即可用来作为系统标定之用。

五、结束语

路面平整度是评定路面使用品质的重要指标之一,它既是一个路面外观指标,又是衡量路面质量及现有路面破坏程度的一个重要指标。其直接关系到行车安全以及车辆的通行能力和运营的经济性，还影响着路面的使用年限，但近年来由于各种车载高效检测设备拥有测试精度等级高，人为因素少，不用中断交通等优点，这些方法已经被各省市的质监部门所采用平整度检测事业也正朝着精确、快速、高效的方向发展。

参考文献：

张超、郑南翔、王建设 《路基路面试验检测技术》 人民交通出版社

路面设计原理与方法范文第5篇

【关键词】弹性层状体系；计算图示；应力分析；路基；路面

Application of elastic layered system in the design of road

Abstract：Design of elastic layered system because of its reasonable assumptions， a simple calculation model， the typicalrepresentative is widely used in the road. Although the hypothesis have certain difference and the actual structure， but in thecurrent level of science and technology， which has an irreplaceable role， worthy of further study. This paper lists and a brief description and analysis of porous concrete base load should be applied to stress analysis of elastic layered system theory， the calculation of asphalt pavement thickness calculation of cement concrete pavement， subgrade， to illustrate the design theory of elastic layered system extensibility and looking to the future road.

Key words：Elastic layered system； Calculations icon； Stress analysis； subgrade bed； pavement

引言：弹性层状体系理论是专门研究在圆形荷载作用下弹性层状体系内产生的应力与位移的。在我国的道路设计中，弹性层状体系理论主要被用于沥青路面的厚度设计，有如下基本假设：（1）各层都是由均质的各向同性的线弹性材料组成；（2）假定土基在水平方向和向下的深度方向均为无限，其上的路面各层厚度均为有限，但水平方向为无限；（3）假定路面上层表面作用有垂直荷载，荷载与路面表面接触面形状呈圆形，接触面上的压力呈均匀分布；（4）每一层之间的接触面假定为完全连续的（具有充分的摩阻力）或部分连续或完全光滑（没有摩阻力）的。这些假设与路基路面结构体系的真实情况尚有一定的差异，但是由于其可以建立起简单明确又能大致代表道路实际受力情况，所以得到了广泛应用，特别是现代计算机技术的应用，更加促进了这个理论的应用。如下列举该理论在沥青路面厚度计算、路基计算、水泥混凝土路面应力分析、多孔混凝土基层荷载应力计算等方面的应用。

1、弹性层状体系理论在沥青路面厚度计算中的应用

我国《公路沥青路面设计规范》中规定的沥青路面厚度设计方法所使用的理论就是弹性层状体系理论，其假设各层间是完全光滑无摩擦的，并采用路表弯沉和沥青面层或半刚型基层的层底拉应力作为设计标准，荷载为BZZ-100双园均布荷载，计算图示如下： 图中A点为弯沉计算点（轮系中心处），B、C、D、E为应力验算点。确定各层材料参数后即可应用BISAR程序等计算出A点弯沉及BCDE各点的弯拉应力，以此确定沥青路面的厚度。

2、弹性层状体系理论在路基计算中的应用

其在路基计算中的应用原理和沥青路面厚度计算原理基本一致，层间假设为完全连续，分层和模型有区别，计算图示如下：

各层模量可以实测或根据经验取用，根据弹性层状体系理论，算出双园均布荷载（BZZ―100）作用下的弯沉值，依据弯沉限制可以调整各图层厚度。

3、弹性层状体系理论在水泥混凝土路面应力分析中的应用

在水泥混凝土路面的应力分析中，人们通常采用文克勒地基模型，即假定地基某一点的沉陷取决于作用于该点的力，而和邻近的地基不发生任何关系，以此来计算刚性路面的应力应变。而实际上，路面中各点是相互联系的，会产生关联位移。相对于文克勒地基，弹性层状体系板空间地基模型考虑了横向联系，更能真是的模拟实际的地基。由此我们可以应用此理论分析设有垫层的水泥混凝土路面的应力状况。计算图示及荷载与沥青路面厚度的计算图示及荷载基本一致，将水泥混凝土路面分成若干层，应力计算点选在双圆圆心及圆心连线与圆周相交处，然后应用有限元软件计算各验算点的应力，以此控制水泥混凝土路面的厚度。

4、弹性层状体系在多孔水泥混凝土基层荷载应力分析中的应用

多孔混凝土是一种强度介于普通混凝土与贫混凝土之间的一种刚性材料。当用于沥青路面基层时，其作为主要受力层采用复合式路面设计方法，即沥青层为功能层，混凝土基层按水泥板设计；用于水泥路面基层是采用双层板理论设计。现行的水泥混凝土路面设计是以文克勒地基理论为基础。以计算基层顶面当量回弹模量作为主要的设计参数。但是由于多孔馄凝土与普通水泥混凝土在强度、弹性模量等材料属性方面的差异，同时为突出下基层、垫层、土基等各层不同材料对荷载应力的分担作用，宜运用弹性层状体系来计算荷载应力。

4.1 模型选取

在多孔混凝土基层沥青路面复合结构中.沥青面层主要作为一个功能层，对多孔混凝土基层的荷载应力影响很小。因此在计算荷载应力时可不考虑沥青面层的影响。多孔混凝土基层作为主要承重层，与下基层、垫层和土基共同承受车轮荷载，考虑到垫层的主要功能是改善土基的湿度和温度状况.对多孔混凝土基层荷载应力的影响很小。因此把垫层和土基合为一层，按照规范公式计算其当量回弹模量，把多孔混凝土层看作一层弹性面板.地基采用双层弹性层状体系模型。多孔水泥混凝土摩擦大，采用完全连续假设，计算点为轮系中心，双心圆圆心，圆心连线与圆周交点。

4.2 层间接触

多孔混凝土材料不含或含少量细骨料.粗骨料颗粒表面包覆水泥浆，骨料颗粒相互接触、相互粘结，形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构。多孔混凝土摊铺成型后，形成凹凸不平的表面，具有较大的摩擦系数。当多孔混凝土基层与下基层接触时，彼此之间有较强的啮合作用，层间有良好的结合性能。因此将层间接触情况按照完全连续进行分析。

4.3 荷载和临界荷位

荷载模型及应力计算点采用与水泥混凝土路面应力分析中的一样，临界荷位为多孔水泥混凝土基层纵边中部。

5、结语

弹性层状体系理论广泛应用于路基路面的应力分析中，特别是计算机技术的应用，使得其计算

参考文献（References）：

[1]邓学均.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]胡长顺，王秉纲.合式路面设计原理与施工技术[M].人民交通出版社.1999.

[3]锁利军，王秉刚.沥青路面多孔混凝土基层荷栽应力数值分析[J].武汉理工大学学报，2006，30（6）：980―983.

[4]JTG D40--2011公路水泥混凝土路面设计规范[M].