不同设计方法的沥青路面设计对比研究

郭文杰 王 琦 常志成

(1.临沂鼎信工程质量检测有限公司，山东 临沂 276000； 2.临沂市公路应急处置中心，山东 临沂 276000； 3.呼伦贝尔市公路勘测规划设计有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000)

0 引言

沥青路面设计理论分为两大类：一类是以经验和试验为依据的经验设计方法，例如CBR法、AASHTO法等；另一类是以力学理论分析为基础的力学—经验法[1]，其代表有我国沥青路面设计方法、Shell法等。本文选取了两个工程实例，选用了三种设计方法进行路面结构设计[2-4]，通过设计结果的对比分析，对比结果对沥青路面设计与研究具有一定的参考价值。

1 沥青路面三种设计方法简介

1.1 CBR设计方法

经过改进的CBR设计公式(1)为：

(1)

式中：A——单轴轮胎的接触面积，cm；

H——路面厚度，cm；

p——当量轮载接地压力，MPa；

Ai——荷载重复系数。

1.2 AASHTO设计方法

AASHTO法是依据AASHO试验路数据，以路面平整度等级为设计标准，利用AASHTO设计基本方程计算路面厚度，从而进行路面结构设计[5-7]。AASHTO设计公式(2)为：

(2)

式中：NR——轴载次数；

SN——路面结构数；

G——路面耐用性指数损失值与耐用性指数达到破坏标准的损失之比的对数值；

s——土基的支撑值；

R——路面所在地区的修正系数。

1.3 弹性层状体系设计方法(中国)

我国原沥青路面设计规范(2006)以路面弯沉值和弯拉应力作为路面设计指标，采用双圆均布荷载作用下的弹性层状体系理论进行厚度计算。设计公式(3)为：

(3)

式中：ls——轮隙中心处路表弯沉；

P,δ——荷载参数；

E1——路面材料模量，MPa。

2 沥青路面设计结果分析

2.1 项目概况

项目一：内蒙古一级公路，设计速度100 km/h，标准轴载BZZ-100，设计年限15年，累计交通量为1.416×107次。

项目二：山东省三级公路，设计时速为40 km/h，标准轴载BZZ-100，设计年限10年，累计当量轴次为990 066次。

2.2 三种设计方法的结构层参数对比分析

1)高等级路面。

三种设计方法的对比结果如图1所示。

从图1中可知，路面厚度CBR法偏低，AASHTO法比我国设计方法的路面厚度大，但我国沥青路面总厚度比AASHTO法大。

2)低等级路面。

三种设计方法的对比结果如图2所示。

从图2中可知，AASHTO法在路面厚度和总厚度方面均比其他两种方法大。我国设计方法与CBR法在路面厚度方面有许多相似性，区别仅在于基层与底基层的厚度差距。

2.3 三种设计方法的设计指标对比分析

2.3.1路面弯沉值对比

三种设计方法的路面弯沉值对比结果如表1所示。

表1 路面弯沉值对比 0.01 mm

由表1可知，CBR法与AASHTO法均不满足我国沥青路面设计规范中的路表弯沉值的要求。路面等级越高，越接近我国设计规范要求。

2.3.2SN值和PSI值对比

经过对另外两种方法反算得到SN值与PSI值(如表2所示)。从表2中可知，我国沥青路面设计指标PSI，高低等级路均满足州际公路PSI≥2.5的要求，这从侧面证明了我国使用半刚性基层的合理性。

表2 设计年限内的SN值和PSI值对比

2.4 三种设计方法的经济造价对比分析

2.4.1高等级路面工程量造价对比

根据工程造价计算方法，三种设计方法的沥青路面结构造价对比结果如表3所示。

表3 三种设计方法的沥青路面结构造价对比结果(高等级路面)

从表3中可知，CBR法相比我国设计方法的工程造价减少约24.57%，而AASHTO法在造价比我国多25.82%。在估算工程总造价上，CBR减少了12.72%，而AASHTO却增加了13.37%。

2.4.2低等级路面工程量造价对比

根据工程造价计算方法，三种设计方法的沥青路面结构造价如表4所示。

表4 三种设计方法的沥青路面结构造价对比结果(低等级路面)

从表4中可以看出，与我国设计方法相比，CBR法的沥青结构造价和整个工程造价分别减少29.47%和16.04%，而AASHTO法却分别增长27.29%和14.85%，对比结果与高等级路面相似。

3 结语

1)不同设计方法的对比结果表明，在高低等级沥青路面设计中，我国沥青路面设计方法的一级公路比三级公路路面厚度增加约30%，而CBR和AASHTO设计方法分别增加了50%和34.3%。

2)我国沥青路面的基层与底基层厚度与AASHTO设计相近，但我国增加了垫层，使沥青路面厚度总体增加；而CBR设计方法却因为在基层厚度比我国设计的小，在底基层比我国略高的情况下，总体路面厚度比我国小。

3)我国设计方法在考虑交通量、气候影响等方面比CBR设计方法更加先进，所以相比CBR设计方法在造价方面多25%～30%。造价处于CBR与AASHTO设计方法之间，这在一定程度上反映了我国沥青路面设计方法的实际性与合理性。