【正文】 最后做廣樂高速路面設(shè)計(jì)的幾種方案進(jìn)行對(duì)比論證，最后采用的是推薦方案，能滿足需求。比較方案三的主要缺點(diǎn)是混凝土剛性基層需要設(shè)置設(shè)置施工縫和縮縫，裂縫對(duì)瀝青層的長(zhǎng)期使用壽命有較大的影響；造價(jià)較高，新建費(fèi)用比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)增加26％，混凝土路面施工要求較高，維修比較困難。比較方案二總體具有非常良好的抗滑、抗車轍、抗裂縫和抗水損壞性能，能很好地滿足廣樂高速高溫多雨和重載交通對(duì)路面結(jié)構(gòu)性能的需求，同時(shí)具有非常好的長(zhǎng)期耐久性，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比壽命周期內(nèi)的直接費(fèi)用減少 28%～37%，具有良好的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益。總體來(lái)說(shuō)，比較方案一總體上具有較好的抗滑和抗車轍性能，但抗裂縫和抗水損壞性能一般，路面的耐久性也一般。 方案論證綜合上述考慮各方案路用性能和壽命周期費(fèi)用的分析，可對(duì)各方案的主要特點(diǎn)總結(jié)如下：① 推薦方案（厚瀝青層的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)）推薦采用 SMA13 和雙層改性瀝青，路面結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的表面抗滑性能和抗車轍性能；較厚的瀝青層提高了路面的抗疲勞性能，使路面結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性；采用骨架密實(shí)型水穩(wěn)碎石可減少基層裂縫，較厚的瀝青層則可抑制和延緩半剛性基層裂縫在瀝青層的反射，從而有效減少路面的裂縫類病害；采用封層和較厚瀝青層，可減小動(dòng)水壓力對(duì)半剛性基層的沖刷破壞，從而減少路面的早期水損壞。⑤瀝青面層采用“ 改性瀝青 SMA13 + 改性瀝青 AC20C”， SMA可提高路面表面抗滑性能和抗水損壞性能，雙層改性瀝青可提高路面抗車轍性能。②底基層采用水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，具有較高的強(qiáng)度和剛度，板體性與水穩(wěn)性好，能為上層水泥混凝土面板提供平整堅(jiān)實(shí)的基面。下面層和底面層則采用普通瀝青，以降低路面造價(jià)。 方案二 （柔性基層瀝青路面）該方案為柔性基層長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)，路面綜合單價(jià)為： 元/㎡，該結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①基層、底基層采用級(jí)配碎石柔性結(jié)構(gòu)，完全避免了半剛性基層的裂縫問題，級(jí)配采用骨架密實(shí)型連續(xù)級(jí)配，級(jí)配范圍與傳統(tǒng)級(jí)配相比粗集料通過(guò)率較低，即粗集料含量比傳統(tǒng)級(jí)配多，具有較好的抗松散和抗車轍性能，可阻隔路基毛細(xì)水上升，同時(shí)具有較好的排水性。⑥表面層采用 SMA13 瀝青碼蹄脂碎石混合料，具有較好的表面抗滑性能、抗車轍性能和抗水損壞性能；中、下面層分別采用 AC20C 和 AC25C 瀝青混合料，具有較好的密水性。③封層采用 改性乳化瀝青稀漿封層，可提高半剛性基層與瀝青混凝土面層之間的粘結(jié)力，同時(shí)起到密水作用，減少動(dòng)水壓力對(duì)半剛性基層的沖刷影響。⑥表面層采用 SMA13 瀝青碼蹄脂碎石混合料，具有較好的表面抗滑性能、抗車轍性能和抗水損壞性能；中面層采用 AC20C 瀝青混合料，具有較好的密水性；底面層則采用密級(jí)配瀝青碎石混合料 ATB25，具有較好的密水性和抗車轍性能，且瀝青用量較低，可降低路面造價(jià)。③考慮項(xiàng)目所在地多雨的特點(diǎn)，路面結(jié)構(gòu)中設(shè)置下封層，封層采用 改性乳化瀝青稀漿封層，可提高半剛性基層與瀝青混凝土面層之間的粘結(jié)力，同時(shí)起到密水作用，減少動(dòng)水壓力對(duì)半剛性基層的沖刷影響。 廣樂高速公路主線路面設(shè)計(jì)情況分析廣樂高速公路屬于典型的山區(qū)高速公路，重載交通嚴(yán)重，近上述分析，結(jié)構(gòu)成應(yīng)力應(yīng)變明顯大于普通路面，不利于路面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期使用。而瀝青混凝土路表面則相反。 瀝青混合料被廣泛的看成是一種粘彈性材料，溫度對(duì)混合料的力學(xué)性質(zhì)影響很大，不同的溫度表現(xiàn)出不同的力學(xué)特征，出現(xiàn)的破壞也不同?？梢哉J(rèn)為疲勞問題的最大特征是荷載的長(zhǎng)期反復(fù)作用。（3）瀝青面層表面的最大剪應(yīng)力較大，其位置出現(xiàn)在輪胎和路表面接觸范圍內(nèi)，也會(huì)引起瀝青層表面出現(xiàn)開裂。 強(qiáng)度理論的破壞條件為： 式中σ*為等效應(yīng)力，當(dāng)?shù)刃?yīng)力大于其材料本身容許應(yīng)力后，瀝青混合料將產(chǎn)生不同類型的破壞現(xiàn)象，如裂縫，且其位置開始于最大應(yīng)力處。通過(guò)不同層應(yīng)力應(yīng)變的比較，發(fā)現(xiàn)面層的應(yīng)力應(yīng)變明顯大于其他層的變化，面層是瀝青路面結(jié)構(gòu)中受力最不利的位置。隨著荷載的增加，剪應(yīng)力也增加，而且成比例關(guān)系。開始階段增加速度非?？?，在達(dá)到最大值后慢慢減小，隨著深度的增加越來(lái)越小，最后接近于零。 從圖中可知，瀝青層表現(xiàn)出受壓的特性，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在單輪中軸線上，而半剛性基層和底基層則變形為受拉作用，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在荷載作用面中軸處，各層受到荷載的影響都比較大，隨著荷載的增加，應(yīng)力也隨即增加。 基層、底基層層底彎拉應(yīng)力應(yīng)變分析我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，彎拉應(yīng)力作為路面設(shè)計(jì)的驗(yàn)算指標(biāo)，有必要對(duì)其進(jìn)行研究。瀝青路面結(jié)構(gòu)在不同荷載下的輪跡中心處的彎沉變化情況，如下圖 ： 從圖上我們可以得知：1) 在有限元計(jì)算模型得到的數(shù)據(jù)，可知路面的最大彎沉值出現(xiàn)在單輪的中心附近，而不是在輪跡中心處。該單元具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強(qiáng)化、大變形和大應(yīng)變的特征。(2) 參數(shù)確定根據(jù)文獻(xiàn)[37][38][39]的推薦，各結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)取值綜合如下表： 路面力學(xué)計(jì)算模型路面力學(xué)計(jì)算采用 ANSYS 有限元程序。所以對(duì)路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)和動(dòng)力特性進(jìn)行研究是很必要的。有研究表明，汽車在水平行駛的時(shí)候，水平作用力只為豎向作用力的 1/10，所以，在此只考慮垂直荷載的作用。謝水友也對(duì)非均布荷載作用下瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)進(jìn)行研究，認(rèn)為橫向花紋分布和縱向花紋分布應(yīng)該采用不同的矩形荷載，而且壓力的分布是不同的。綜合幾點(diǎn)體現(xiàn)出圓形均布荷載的簡(jiǎn)化和路面的實(shí)際使用情況有很大差異。 瀝青路面典型結(jié)構(gòu)的選取在瀝青路面修建的過(guò)程中，由于地區(qū)的不同，以及土基條件的不同，交通量大小不同，以及所處環(huán)境的氣候條件不同，各地區(qū)采用的瀝青路面結(jié)構(gòu)不同，每個(gè)地區(qū)都有自己的指導(dǎo)本地區(qū)的修建意見。我國(guó)交通量分級(jí)是根據(jù)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)的大小進(jìn)行劃分。姚祖康等著的公路設(shè)計(jì)手冊(cè)《路面》中總結(jié)了各國(guó)對(duì)于軸載的規(guī)定，如圖：系數(shù)；由于當(dāng)前使用規(guī)范中交通荷載存在不足，文章提出了基于軸載譜的累計(jì)當(dāng)量軸載作用次數(shù)的計(jì)算方法，并借助于廣樂高速交通情況進(jìn)行交通計(jì)算。在其中堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的原理。為了解重載對(duì)路面的破壞模式，論文結(jié)合力學(xué)理論和調(diào)查分析對(duì)其進(jìn)行研究。在發(fā)達(dá)國(guó)家，由于管理嚴(yán)格以及發(fā)展成熟，超載現(xiàn)象并不多見，所以主要體現(xiàn)在大交通量。 隨著上述情況的不斷出現(xiàn)，重載交通得到了交通行業(yè)的普遍關(guān)注。 本章小結(jié)本章總結(jié)概括了 AASHTO 瀝青路面設(shè)計(jì)方法和我國(guó)規(guī)范規(guī)定的瀝青路面設(shè)計(jì)方法中的軸載換算系數(shù)的確定方法，并通過(guò)理論和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到重載條件下的軸載。按照 中研究成果，計(jì)算得到 Ne=48,473,690 萬(wàn)次。廣樂高速公路分為兩大段，其中北段為樂昌至樟市段，位于韶關(guān)市境內(nèi)；南段為樟市至花東段，位于清遠(yuǎn)市和廣州市境內(nèi)。 根據(jù)《廣東省高速公路交通運(yùn)行情況調(diào)查報(bào)告》中間成果，調(diào)查數(shù)據(jù)如圖所示，由于數(shù)據(jù)繁多，在此只列舉 2 圖表。在春季或雨季土基和粒料層的含水量增加，也會(huì)造成路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度下降。 根據(jù)《廣東省高速公路交通運(yùn)行情況調(diào)查報(bào)告》中間成果，進(jìn)出廣東主要有兩條高速公路通道，從湖南進(jìn)出廣東和江西進(jìn)出。以交通量調(diào)查和 OD 調(diào)查為基礎(chǔ)，換算年平均日交通量，上述所有數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)地調(diào)查的軸載譜數(shù)據(jù)得到。很多調(diào)查都是一次性的調(diào)查結(jié)果，而該結(jié)果不具有全年的代表性，因?yàn)槊吭?、每日、每小時(shí)的交通量都不一樣的，可能存在季節(jié)性和勞動(dòng)性的影響。根據(jù)雙向交通的雙向分布情況和每個(gè)交通的車道數(shù)，乘以相應(yīng)的方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)?；谳S載譜數(shù)據(jù)的累計(jì)當(dāng)量軸次估算有兩種途徑。軸載譜能夠更客觀的反應(yīng)交通荷載的作用情況，是一個(gè)路面設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。但是規(guī)范中由于車型劃分以及考慮因素不足，而存在一些缺陷，不能完全真實(shí)的反應(yīng)設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)當(dāng)量軸次。同時(shí)，分析可知在小于 130KN 的時(shí)候基本成線性關(guān)系，而大于 130KN 的時(shí)候則表現(xiàn)出非線性關(guān)系。本方法思想為通過(guò)實(shí)地?cái)?shù)據(jù)得到彎沉值，根據(jù)公式反算得到相應(yīng)的換算系數(shù)。非線性模型下對(duì)該結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果如表 。線性模型下，彎沉成直線走勢(shì)；在非線性模型下，呈加速上升趨勢(shì)。由公式（328 和 330）得到如下 根據(jù)公式（331）進(jìn)行 b 值的確定。本文從理論計(jì)算和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)兩個(gè)方面對(duì)軸載交通下軸載的換算系數(shù)進(jìn)行分析研究。當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于 25kN 的各級(jí)軸載 P 的作用次數(shù) n，均按下公式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載 P 的當(dāng)量作用次數(shù) N。我國(guó)設(shè)計(jì)方法中采用的是彎沉和層低彎拉應(yīng)力指標(biāo)，所以在換算時(shí)應(yīng)以彎拉應(yīng)力為指標(biāo)和彎沉為指標(biāo)軸載換算方法。如把全部結(jié)果平均，則 Pt= 時(shí)，指數(shù) a 值平均為 ；Pt= 時(shí)，a 值平均為 ，兩者的總平均值為 ，即單后軸間軸載換算公式可近似地以下式表示：如認(rèn)為 SN=1 和 2 的結(jié)構(gòu)單薄，不予考慮，則 Pt= 時(shí)，a 值平均為 ，Pt=，a 值平均為 ，兩者平均為 ，即是以此為基礎(chǔ)，并在廣泛調(diào)查論證，以及彈性體系理論分析后得來(lái)的。β斜率G為任何階段耐用性指數(shù)的損失 C0 Pt，與耐用性指數(shù)達(dá)到破壞標(biāo)準(zhǔn)及Pt= 的總損失 之比的對(duì)數(shù)值。許多國(guó)家對(duì)道路上行駛車輛的總重和軸載有要求。前 4 種為客車，后 9 種為貨車。 整車的前軸都為單軸，其兩側(cè)車輪均為單輪胎；而后軸可由單軸、雙聯(lián)軸或者三聯(lián)軸組成，兩側(cè)車輪可為單輪胎貨車雙輪胎組。廣樂高速屬于典型的重載交通，所以我們不能直接用規(guī)范中的軸載換算公式進(jìn)行換算，以下將對(duì)重載交通下累計(jì)交通軸載作用次數(shù)進(jìn)行研究。 在路面設(shè)計(jì)中，主要的交通荷載參數(shù)包括如下：初始年的年平均日貨車交通量，貨車交通量的方向分布和車道分布系數(shù)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)貨車交通量的增長(zhǎng)系數(shù)，貨車的類型、軸載和軸載譜，車輪輪跡橫向分布系數(shù)，胎壓等。 本章小結(jié)本章概述了山區(qū)高速公路的特點(diǎn)、以及瀝青路面基本病害和病害分類，為后面瀝青路面的設(shè)計(jì)提供基本的理論支持，同時(shí)介紹了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外瀝青路面設(shè)計(jì)方法概況，其主要有 AASHTO 瀝青路面設(shè)計(jì)方法、SHELL 瀝青路面厚度設(shè)計(jì)方法、美國(guó)的力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法和我國(guó)規(guī)范中的瀝青路面的設(shè)計(jì)方法。（2）路基表面的垂直壓應(yīng)變其容許值按下式計(jì)算確定: 上式具有 85%的置信水平。 SHELL 瀝青路面厚度設(shè)計(jì)方法SHELL 方法把路面結(jié)構(gòu)當(dāng)作一種多層線性彈性體系。先按使用性能期的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)及其他設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，計(jì)算確定所需的路面結(jié)構(gòu)數(shù)。(6)確定路基土的有效回彈模量根據(jù)不同路基干濕狀況以及不同時(shí)期測(cè)定的土的回彈模量按有效的方法來(lái)計(jì)算有效回彈模量。(3)選用可靠度參數(shù)按設(shè)計(jì)道路的功能類型，選用相應(yīng)的目標(biāo)可靠度。應(yīng)用 AASHTO 設(shè)計(jì)方法確定瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度的步驟如下:(1)選定使用性能期和分析期通常對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)選用的最長(zhǎng)使用性能期為 15 年。 Sz ‐‐‐‐交通預(yù)估和使用性能預(yù)估的總標(biāo)準(zhǔn)差。（5）對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，確定最終路面結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或規(guī)范推薦，初擬幾種路面結(jié)構(gòu)層組合與厚度方案，指定某一層為設(shè)計(jì)層。2）彎拉應(yīng)力為防止瀝青層、半剛性材料基層或底基層的疲勞開裂，采用彎拉應(yīng)力指標(biāo)—瀝青層或半剛性材料層底面計(jì)算點(diǎn)的拉應(yīng)力應(yīng)小于或等于該層材料的容許拉應(yīng)力，即: 2 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，在沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及規(guī)范中規(guī)定的取值進(jìn)行選擇。 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)規(guī)范中瀝青路面設(shè)計(jì)方法中采用路表彎沉和層底彎拉應(yīng)力指標(biāo)。（2）結(jié)構(gòu)性破壞結(jié)構(gòu)性破損是由于路面結(jié)構(gòu)層的承載力降低和不在導(dǎo)致的。 破壞分類瀝青路面破損原因復(fù)雜，影響因素多，比如環(huán)境因素、氣象條件、排水條件、交通荷載、地理位置、施工條件、管理水平、材料條件等。擁包擁包就是由于材料本身以及設(shè)計(jì)的原因到時(shí)高溫抗剪強(qiáng)度不足，或?qū)觾?nèi)含水量過(guò)大難以蒸發(fā)，或粘結(jié)層不合格等原因，在行車荷載下，路面產(chǎn)生推擁、擠壓在路面形成局部隆起變形的現(xiàn)象?；锘镏饕鹨蛴诼访婀饣?，這是由于路面在行車水平力的作用下表層骨料被磨光或?yàn)r青路面泛油所造成?？梢苑譃槿悾壕鶆虺两?、不均勻沉降、局部沉降。路面的破損可以分為兩類：一是結(jié)構(gòu)性損壞，包括路面結(jié)構(gòu)整體或部分結(jié)構(gòu)層的破損，使路面失去支承行車荷載的能力；二是功能性損壞，它也有可能并不伴隨著結(jié)構(gòu)性損壞而發(fā)生，但由于平整性和抗滑能力等的下降，使其不再具有預(yù)定的服務(wù)功能，從而影響服務(wù)質(zhì)量。通常山區(qū)高速公路橋梁隧道的比例大，借助于橋梁跨線，隧道穿越的高速公路形式在山區(qū)中應(yīng)用顯著。山區(qū)高速公路，地勢(shì)變化多樣，地質(zhì)復(fù)雜多變，對(duì)工程建設(shè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。 我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，所謂山區(qū)通常是指山地、丘陵和地形比較崎嶇的高原。（4）理論分析法通過(guò)文獻(xiàn)資料收集、數(shù)據(jù)調(diào)查和科學(xué)實(shí)驗(yàn)資料，結(jié)合相關(guān)理論基礎(chǔ)，對(duì)科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析研究、設(shè)計(jì)、推理和證明。整個(gè)廣樂高速公路勘察設(shè)計(jì)項(xiàng)目共分為 AAA3 三個(gè)土建設(shè)計(jì)合同段和 B 機(jī)電設(shè)計(jì)合同段， A2 設(shè)計(jì)合同段，起于清遠(yuǎn)市與韶關(guān)市交界的沙口農(nóng)場(chǎng)，止于英德市連江口老魚崗，全長(zhǎng) ，設(shè)計(jì)車速為 12Km/h。 依托項(xiàng)目簡(jiǎn)介廣樂高速 A2 合同段概況為對(duì)山區(qū)高速深入研究，本課題以廣樂高速公路（廣州至樂昌高速）為基礎(chǔ)，對(duì)其路面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析探討。陳哲，朱士東，張家峰對(duì)高模量瀝青混合料用于陡坡路段進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其應(yīng)力應(yīng)變有明顯的改善，高模量瀝青路面比普通瀝青路面的壓應(yīng)變和剪應(yīng)變減少了 30%，提高了陡坡路段路面抵抗車轍的能力，高模量瀝青混合料的使用為重載和超載下瀝青路面設(shè)計(jì)提供了新的方向。提出了提高縱坡段瀝青路面材料的抗車轍能力，及采取合理的坡度與坡長(zhǎng)組合的措施，保證縱坡段載重車輛的總體運(yùn)行速度。 陡坡瀝青路面研究現(xiàn)狀曹陽(yáng)等針對(duì)陡坡路段采用了 ANSYS 有限元的方法從力學(xué)的