结合实际浅析公路沥青路面的设计方法摘要:随着社会的不断发展，交通作为重要基础和发展的关键，已成为重要的基础保障。越来越多的公路工程将不断得到建设，文章根据自身工作经验，结合实际情况，就公路设计中陡坡路段沥青路面设计技术进行探讨，发表相关的看法。
关键词：公路；设计；沥青路面；分析探讨；
1．计算与方法
1．1 路面结构
某公路面层结构层为三层体系，上、中面层均位于12cm内，该公路为高速公路。本研究采用该公路通用半刚性沥青路面结构。计算时，假设层间处于完全连续状态，各结构层计算参数将采用《公路沥青路面设计规范》推荐值，见表l。
表1
1．2坡度α及水平荷载系数f的选择
在纵坡路段，路面垂直荷载仅与坡度α有关，水平荷载与坡度α和水平荷载系数(摩擦系数)f有关。本研究依托的该公路最大纵坡为5％，因此，在计算中将采用最大纵坡5％作为坡度分析参数。当坡度确定后，影响结构层受力的就只有水平荷载系数了。
在纵坡较小的路段，有准备的制动、启动，水平力系数f不大，一般小于o．17，在设计时可用0.2计算；但在纵坡较大或上坡路段、转弯以及紧急制动处，水平力系数高达0.5左右。我国《城市道路设计规范》中以0.3作为水平荷载系数推荐值。本研究中，考
虑不同路况时的水平苟载条件，分析研究不同水平荷载系数对路面结构剪应力的影响。水平荷载系数f选取0，0.2，0.4，0.6。
1．3力学计算图示
对路面结构采用bisar3.0程序进行计算和分析。计算图示采用双圆均布荷载，荷载参数选取标准轴载接地压力p=0.7mpa，δ
=10.65cm。双圆均布荷载的中心点坐标为(-1.5δ，0，0)和(1.5δ，0，0)(δ为荷载半径)，两轴轴心距为d=3δ=31.95cm。计算时，设行车方向为x方向，道路横断方向为y方向，垂直向下为z方向，沿y方向每0.25δ作为计算点，沿z方向每2cm作为计算点。
剪应力数值(mpa)(a)路面横断面方向（m）
(b)沥青面层剪应力分布（a:y-z面剪应力；b：轮载内外边缘剪应力对比）
2．计算结果分析
2．1最大剪应力沿y方向分布规律
研究发现，对于不同水平荷载系数，最大剪应力在y方向的分布规律基本相同，沥青路面内部剪应力沿y方向最大出现在轮载边缘。图3为f=0.3时沥青路面结构内最大剪应力分布规律。由图1．a 可知，沿路面横断y方向，最大剪应力并未出现在荷载中心，而出现在距轮隙中央0点0．5δ(轮迹内边缘)和2.5δ6(轮迹外边缘)处，切轮迹外边缘最大剪应力较内边缘大，约大25％，如图1．b 所示，导致沥青路面在重复剪应力作用下出现剪切裂缝。
2．2最大剪应力沿z方向分布规律
由于沥青结构层最大剪应力在y方向出现在轮迹外侧，因此，在研究结构层内最大剪应力在z方向的分布时，着重分析不同水平荷载系数下轮迹外侧的最大剪应力沿结构层深度的变化特征。
对于不同荷载系数，最大剪应力在z方向的分布规律差异较大，当f小于0.3时，沥青层最大剪应力出现在3～6cm范围内，当f
超过0.3时，最大剪应力出现在路表3cm范围内，且剪应力主要的变化范围集中在深度12cm内，当深度大于12cm时，变化趋于平缓，如图2所示。
由图2可知，当沥青层深度大于12cm后，最大剪应力的变化规律将不随水平荷载系数的不同而变化，其变化曲线基本重合在一起。这说明，水平荷载系数对12cm以下的沥青层最大剪应力没有影响。该公路面层结构层为三层体系，上、中面层均位于12cm内，故应对上中面层进行剪应力验算，取其最大剪应力作为验算指标。
图2 结构层最大剪应力深度变化图图3 结构层最大剪应力深度变化图
2．3最大剪应力与水平荷载系数的关系
由图3知，结构层最大剪立力随水平苟载系数的增加呈3次多项式增长，其回归公式为：
p(mpa)=-1.625f3+2.3625f2一0.3525f+0.215
r2 =1
当水平荷载系数大于0．2时，结构层内最大剪立力的增长速率将急剧变大。在进行结构层剪应力分析时，可根据上式进行估算。
3．路面抗剪强度验算
3．1混合料抗剪强度的确定
对于混合料材料最大抗剪强受的测定，城市道路设计规范
(gjt37—90)是采用闭式三轴试验来测定混合料的c和φ值，通过t=c+δatanφ，求得混合料的抗剪强度t。式中δa为主破坏面上的法向应力。
δa=δ1-tm(1+sinφ)
式中，δ1和tm分别为最大主应力和最大剪直力。δ、α与路面可能产生的最大剪应力相平衡，即：
tα= tm ×cosφ
除过上述方法，国内许多科研单位也开发出了直接测定混合料在不同温度下抗剪强度的剪切仪。由不同沥青、不同混合料组成的60℃抗剪强度试验结果显示：当集料组成合理时，采用70号重交沥青的抗剪强度在0.4mpa～0．5mpa间，采用改性沥青时，其值约在0.6～0.8mpa间，且40℃时较60℃时的抗剪强度能提高2～3倍。但若集料不合格、针片状含量过多、级配组成不合理时，抗剪强度会降低到0.3mpa以下。
3，2路面结构剪应力验算
在进行结构剪应力验算时，要求上、中面层在垂直荷载和水平荷载共同作用下，结构内的最大剪应力tm不能超过结构层的容许剪应力tr。通常表示为：
tm≦tr
式中：tr= td/k1，td为面层混合料的极限抗剪强度，由60℃时试验测出；kt——安全系数，对于山区或丘陵区的公路，kt =1.2；对于平原区公路，kt =0.35/ac﹒nt0.15，ac为道路等级系数，nt 为设计年限内标准轴载累计当量轴次。
结合表3中各类型常用混合料的最大抗剪强度，对于山区纵坡路段，当kt取1.2时，常用面层hma的容许抗剪强度范围应为
0.158mpa～ 0.731 mpa。
可知，当水平荷载系数f大于0．5时，中、上面层最大剪应力将超过0.426 mpa，结构的抗剪强度可能不足，应对其进行剪应力验算。对于下面层，其最大剪应力均远小于0.1 mpa，因此，在结构设计时，无需对沥青下面层进行抗剪强度验算。
4．分析探讨
4．1在纵坡路段路面结构设计时，应考虑水平荷载的因素。对于大纵坡路段，水平荷载系数f应取0.4-0.6。
4．2结构层内剪应力沿路面横断方向最大出现在荷载轮迹两侧，且轮迹外侧剪应力值大于轮迹内侧。
4．3水平力荷载系数f决定了剪应力沿深度z方向的变化规律、最大数值和出现位置。剪直力分布规律表明，最大剪r立力一般出现在距路表3cm左右，且变化范围主要集中在12cm内，当深度大于12cm时，最大剪应力变化趋于平缓。
4．4路面结构内最大剪应力与水平荷载系数的关系可用下式表示：p(mpa)=1.625f3+2.3625f2—0.3525f+0.215
