第一篇：我国沥青路面设计方法及典型实例

我国沥青路面设计方法及典型实例

1、设计理论-层状体系理论

2、设计指标和要求;（1）轮隙中间路表面（A点）计算弯沉值

小于或等于设计弯沉值

（2）轮隙中心下（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力

应小于或等于容许拉应力

3、弯沉概念（1）回弹弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生垂直变形，卸载后能恢复的那一部分变形。

（2）残余弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的卸载后不能恢复的那一部分变形。

（3）总弯沉：路基或路面在规定荷载作用下产生的总垂直变形（回弹弯沉+残余弯沉）。

（4）容许弯沉：路面设计使用期末不利季节,标准轴载作用下双轮轮隙中间容许出现的最大回弹弯沉值。

（5）设计弯沉：是指路面交工验收时、不利季节、在标准轴载作用下,标准轴载双轮轮隙中间的最大弯沉值。

4、弯沉测定;

（1）贝克曼法：传统检测方法，速度慢，静态测试，试验方法成熟，目前为规范规定的标准方法。

（2）自动弯沉仪法：利用贝克曼法原理快速连续测定，属于试验范畴，但测定的是总弯沉，因此使用时应用贝克曼进行标定换算。

（3）落锤弯沉仪法：利用重锤自由落下的瞬间产生的冲击载荷测定弯沉，属于动态弯沉，并能反算路面的回弹量，快速连续测定，使用时应用贝克曼进行标定换算。

5、设计弯沉的调查与分析

（1）我国把第四外观等级作为路面临界破坏状态，以第四外观等级路面的弯沉值的低限作为临界状态的划界标准，从表中所列的外观特征可知，这样的临界状态相当于路面已疲劳开裂并伴有少量永久变形的情况。

（2）对相同路面结构不同外观特征的路段进行测定后发现，外观等级数愈高，弯沉值愈大，并且外观等级同弯沉值大小有着明显的联系。因此可以在弯沉值与不同时期的累计交通量间建立关系。

6、设计弯沉值;设计弯沉值是路面峻工验收时、最不利季节、路面在标准轴载作用下测得的最大(代表)回弹弯沉值。可根椐设计年限内每个车道通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型确定的路面弯沉设计值。

7、容许弯拉应力 对沥青混凝土的极限劈裂强度，系指15℃时的极限劈裂强度；对水泥稳定类材料龄期为90d的极限劈裂强度(MPa)；对二灰稳定类、石灰稳定类材料系指龄期为180d的极限劈裂强度(MPa)，水泥粉煤灰稳定类120d的极限劈裂强度(MPa)。沥青混凝土层的抗拉强度结构系数： 无机结合料稳定集料类： 无机结合料稳定细粒土类：

8、路面结构的弯沉计算

弹性层状理论是在一定假设条件下（半无限空间体、材料各向同性、均质体且不计自重）经过复杂的力学、数学推演的理论体系，假设条件与路面实际不完全相符合，这是导致理论与实际不一致的原因。因此引入弯沉修正系数F，将理论弯沉值进行修正，使计算弯沉与实测弯沉值趋于接近。

弯沉修正系数：

9、路面结构的弯拉应力计算 理论最大拉应力系数：；实际设计时，该值通过程序计算得到。

10、路面结构的设计参数;需要得到的设计参数：其中：

——是标准轴载累计作用次数；

——是土基的回弹模量和泊松比；

其它参数为土基以上结构层材料的模量和泊松比，其泊松比一般可取为0.25～0.35（强度高时取小值），弹性模量可取规范推荐值，或试验确定。

规范要求：（1）高速公路、一级公路施工图设计时应选取工程用路面材料实测设计参数；各级公路采用新材料时，也必须实测设计参数。

（2)高速公路、一级公路初步设计或二级及二级以下公路设计时可借鉴本地区已有的试验资料或工程经验确定。

11、土基回弹模量设计值的规定

（1）新建公路初步设计时，可根据查表法（或现有公路调查法）、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的路基回弹模量设计值。

（2）通过现场测定路基回弹模量值与压实度、路基稠度或室内试验测定路基土回弹模量值与室内路基土CBR值等资料，建立可靠的换算关系，利用换算关系计算现场路基回弹模量。

（3）当路基建成后，在不利季节实测各路段路基回弹模量代表值，以检验是否符合设计值的要求。现场实测方法宜采用承载板法，也可采用贝克曼梁弯沉仪。若在非不利季节测试，则应进行修正。

（4）若现场实测路基回弹模量代表值小于设计值或弯沉值大于要求的检测值，应采取翻晒补压，掺灰处理或调整路面结构厚度等措施，以保证路基路面的强度和稳定性。

12、土基回弹模量室内试验的要求

（1）应选择土料场，取土样，宜采用100mm直径承载板，按照现行的《公路土木试验规程》中的小承载板法试验要求进行试验。回弹模量测试结果应采用下式修正：

（2）试件制备应根据重型击实标准的最佳含水量，采用三组试样，每组三个试件，每个试件分别按重锤三层98次、50次、30次击实试件，测得不同压实度与其对应的回弹模量值，绘成压实度与回弹模量间的关系线，查图求得标准压实条件下的回弹模量值。

（3）路基回弹模量设计值，应考虑公路等级、不利季节和路基干湿类型的影响，采用下式计算：

13、土基回弹模量取值方法

（1）现场测试法：

①承载板测试法：采用直径30cm的刚性承载板，在现场土基表面，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，采用1mm线性归纳法按下式计算测点处路基回弹模量值：

②回弹弯沉测试：

③落锤式弯沉仪：

（2）查表法： ①确定临界高度（根据自然区划、土质）；

②拟定土的平均稠度（根据路基设计高度与临界高度的关系，确定路基顶面以下80cm范围内不同深度的含水量，计算平均稠度；

③预测土基回弹模量（根据平均稠度、土质、自然区划查表）（3）室内试验法： 根据室内小承载板测得回弹模量，乘以折减系数。

（4）换算法： 通过回归分析，确定特定地区、土质的CBR等现场试验数据与回弹模量的关系；

14、结构层的回弹模量的要求;以路表弯沉值为设计指标时，设计参数采用抗压回弹模量。对于沥青混凝土试验温度为20℃；以弯拉应力（应变）为设计指标时，拟验算的结构层采用弯拉回弹模量（对于沥青混凝土

试验温度为15℃），其它结构层采用抗压回弹模量。

考虑到模量取值的不利组合，回弹模量的设计值取值：（1）计算路表弯沉值时，抗压回弹模量应按下式计算其设计值：

（2）计算层底拉应力时，计算层以下各层的模量应采用上式计算其设计值；计算层及以上各层模量应采用下式计算其设计值：

16、沥青结构层的回弹模量参数

17、新建路面的厚度设计 交通量已知，各层材料模量、泊松比、抗拉应力已知，除待设计层外各层厚度已知，需计算设计层厚度：

设计过程：（1）根据拟定的结构层材料，确定设计弯沉计算公式中各参数，计算设计弯沉值；

（2）目标：交工验收时轮隙中心实测路表弯沉小于等于设计弯沉；

（3）通过诺模图或电算程序，查图或电算求出待设计层的厚度；

（4）通过弯拉应力验算；

（5）抗冻层厚度验算

（6）技术经济比较

18、新建路面的厚度设计程序

实例：

1、新建路面的厚度设计实例;甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.0，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如表所示，试进行路面设计。

2、交通分析;

（1）轴载换算（弯沉及沥青层弯拉应力分析时）

（2）轴载换算（半刚性层弯拉应力分析时）

（3）累计标准轴载作用次数（累计当量轴次）

①作弯沉计算及沥青层底弯拉应力验算时：

②作半刚性基层层底弯拉应力验算时：

3、初拟结构组合和材料选取;

（1）设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为九百万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土(18cm)，基层采用水

泥稳定碎石（厚度取20cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。

（2）采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度6cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚度8cm)。

4、各层材料的抗压模量与劈裂强度;

查表得到各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度。抗压回弹模量取20℃的模量，得到20℃的抗压回弹模量：细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1200MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000MPa，水泥碎石为1500MPa，石灰土550MPa。

弯拉回弹模量和弯拉强度沥青层取15℃的值，分别为2000MPa、1800MPa、1200MPa、3550MPa、1480MPa。

各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0MPa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。

5、土基回弹模量的确定;

该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.0，查表 “二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”得土基回弹模量为40MPa。

6、设计指标的确定-设计弯沉值;

本公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。

设计弯沉值为：

7、设计指标的确定-容许拉应力（1）细粒式密级配沥青混凝土：（2）中粒式密级配沥青混凝土：（3）粗粒式密级配沥青混凝土：（4）水泥碎石：（5）石灰土：

8、设计资料汇总;

设计弯沉值为23.5（0.01mm）

9、确定石灰土层厚度 通过程序设计计算得到，石灰土的厚度为40.29cm，实际路面结构的路表实测弯沉值为23.5(0.01mm)，沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.2429MPa，石灰土层底最大拉应力为0.085MPa。

上述设计结果满足指标要求，底基层厚度40cm。

第二篇：沥青路面养护方法

浅谈沥青路面养护

镇沅县养护段 许艳萍

随着我国经济的高速发展, 公路建设迅猛发展, 在我国现有的主要干线公路中, 70% 以上是沥青路面。但由于沥青材质本身的差异, 以及受到设计和施工水平的影响, 沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、坑槽等常见病害, 这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全, 加大了汽车磨损, 缩短了沥青路面使用寿命。所以沥青路面养护成为大家日益关注的问题, 本文结合笔者长期工作实践，从普遍到具体的工作中对沥青路面常见病害及其防护措施作了探讨。

沥青路面设计施工中存在缺陷，在完工和使用初期往往反映不出来，但是在在长期的使用过程中，由于车辆的反复作用及气候和环境的影响，会出现各种各样的损坏现象，必须适时保养、修补。沥青路面养护的目标是：“保护公路公共设施的完好状态，及时恢复损坏部分，保障行车安全、舒适、畅通”。

一、沥青路面常见病害

(1)车辙: 车辙是指路面上沿行车轮迹产生的纵向带状凹槽, 深度1.5cm 以上。车辙是在行车荷载重复作用下, 路面产生永久性变形积累形成的带状凹槽。车辙降低了路面平整度, 当车辙达到一定深度时, 由于辙槽内积水, 极易发生汽车飘滑而导致交通事故。

(2)裂缝: 裂缝主要有三种形式: 纵向裂缝, 横向裂缝和网裂。沥青路面产生裂缝后, 导致渗水, 危害面层和基层。

(3)坑槽: 坑槽是常见的沥青路面早期病害, 指路面破坏成坑洼深度大于2cm, 面积在0.04m2 以上。形成坑槽主要是车辆修理或机动车用油渗入路面, 污染使沥青混合料。

松散, 经行车碾压逐步形成坑槽。

(4)脱皮: 沥青路面脱皮是指路面层层状脱落, 面积0.1m2 以上。导致沥青路面脱皮主要是因为水损害。

(5)松散: 沥青路面的松散是指路面结合料失去粘结力、集料松动, 面积0.1m2 以上。

二、病害产生原因

（1）沥青质量问题

我国在道路结构层的厚度设计、材料的采用本着经济适应的原则, 而对交通量的变化, 使用年限并没有重点研究, 像高等级沥青路面, 许多地方采用的是上面层使用进口沥青, 而中面层、底面层则采用国产沥青, 就国产沥青而言能达到规范要求的厂家并不多, 而且数量十分有限, 不可能满足国内建设规模的需要。

（2）气候的影响

近年来, 由于温室效应影响全球, 在我国也不例外气温普遍提高气候反常, 全球气候持续变暖, 这种气候条件是否持续下去有待时间的检验, 由于气温的提高, 而导致沥青软化点的不适宜，再者根据云南特殊的气候，夏季的山洪泥石流等自然灾害对沥青路面的损毁也较大。

（3）沥青拌合温度的控制

严格按规范要求控制沥青的拌合温度, 温度过高可能导致沥青变质, 没有粘性使沥青松散, 温度过低, 沥青混合料拌合不匀, 影响级配, 这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的一个原因。

（4）施工过程中的路面污染

当前许多公路投标项目划分太细, 在同一路段上施工单位较多, 加上工期较紧,平行作业, 相互影响, 如在沥青摊铺底面层中面层时, 路基施工单位要刷边坡, 挖边沟, 其他车辆也通行, 导致路面污染严重, 从而使路面上层铺设,层与层之间的粘结受到影响, 在车辆荷载作用下, 沥青路面易产生脱落, 推拥、曲裂缝。

三、沥青路面病害的治理和预防

（一）做好初期养护及其日常养护

（1）初建成的沥青路面要设立限速标志，并且各种履带车及其他铁轮车不得直接在路面上行驶

（2）当路面全面泛油后，即撒养护料，不泛油不撒，局部泛油也不撒，撒料时要顺行车方向少撒、勤撒、薄撒、撒匀。

（3）加强维修，保持路面平整、路拱适度、线条顺直、路容整洁、排水良好。

（二）常见破损治理

（1）车辙的处治措施是翻松表面一定深度并清除干净，洒粘层油用沥青混合料铺筑，周围接茬处烙平。

（2）裂缝的处治措施一般如果是轻微网裂清洁表面后刷油或者小面积喷油封面，如果是基层冻缩、干缩引起的纵横裂缝则要清洁缝隙，热油灌缝或用炒伴沥青砂或沥青混合料填缝，捣实、烙平缝口、撒砂、扫匀。

（3）坑槽的处治措施一般是开槽修补，应当注意开槽整齐，槽壁垂直，槽底坚实，均匀涂刷粘层油，填补沥青混合料，整平压实，补部分稍微高出原路面，烙平四周。

（4）脱皮的处治措施需要清除脱落或松动的面层，加洒粘层油，重铺面层或从新罩面。

（5）松散的处治措施，首先收集好松散料，待气温上升时，从新撒铺压实，或用喷油封面、乳液封面。

（三）严格控制沥青混合料的质量

(1)沥青的选取选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高粘度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下, 可在沥青中掺加各种类型的改性剂, 以提高基性能指标。

(2)集料的选用骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性能好的集料。

（3）混合料级配设计中确定沥青混合料的高温稳定性和疲劳性能、低温抗裂性, 路面表面特性和耐久性是两对矛盾, 相互制约, 照顾了某一方面性能, 可能会降低另一方面性能。混合料配合比设计, 实际上是在各种路用性能之间搞平衡或最优化设计, 根据当地的气候条件和交通情况做具体分析, 尽量互相兼顾。当然为提高沥青路面使用性能还可以考虑以下两个途径: 第一是改善矿料级配, 采用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)。第二是改善沥青结合料, 采用改性沥青。严格控制施工质量

施工质量控制不严, 早期破损必然出现沥青路面施工必须按全面质量管理的要求, 建立健全有效的质量保证体系, 对施工全过程, 每道工序的质量要进行严格的检查、控制、评定, 以保证其达到质量标准。

(1)严格控制沥青混合料的拌和质量, 拌合过程中发现糊料或离析等异常情况应立即进行处理;加大马歇尔试验频率, 严格控制沥青混合料的油石比、稳定度、流值等指标, 必要时对混合料进行特殊配合比设计。

(2)保证基层顶面粗糙度。改善基层材料级配, 增加粗骨料, 提高大中粒径集料含量;控制最佳含水量, 改进碾压方法, 避免过振过湿, 不能使基层顶面形成灰浆硬壳, 不能用细料进行压实后找平。

(3)合理洒布透层油、粘层油。在进行各层铺筑前, 必须保持顶面清洁。根据近年来的施工经验, 透层油应以慢裂型乳化沥青为宜。

（五）云南沥青路面养护具体化

（1）防路面渗水。采用薄层罩面和封裂等养护工艺加大对路面裂缝的封罩、灌补处治，预防路面“水损害”，延长路面使用周期。

（2）防路基冲缺。在路基土质较差、路面较陡、汇水相对集中的路段增做拦水埂、送水槽等导流工程；在纵坡较陡、边沟冲刷较大的路段采用设急流槽、跌水坎、消力坎、植草种树等措施，预防和治理路基冲缺和水沟冲刷。

（3）防边沟、涵洞淤阻。经常清通边沟、涵洞，保证排水畅通，水不漫路。

（4）防桥涵、构造物损毁。对桥涵和沿河线构造物的基础加强防护，确保桥涵及沿河路堤挡墙等构造物完好。

（5）防边坡坍塌。采取修建截水沟、天沟、植物固坡等措施对汇水较为集中、经常产生冲刷的土质边坡进行防护，防止边坡坍塌。六是防路面、路肩积水。

（6）一是加强宣传学习。提高思想认识，帮助职工掌握预防性养护技能。

（7）是加强制度管理。制定应知应会手册、简明养护工艺技术要点及操作规程指南，制定措施办法、激励机制，做到有章可循。

（8）是加强预防落实。落实预防性养护管理制度、竞赛办法和相关规定，做好痕迹管理。

（9）是加强规范养护。严格执行公路养护技术质量《规范》，加强对预防性养护工艺的技术质量和操作规程的管理。

（10）是加强及时养护。对路面坑塘、沉陷等病害及时修复；加大热拌冷补沥青混合料的应用力度；对被冲缺、冲空的路基、边坡、挡墙、水沟及时修复和防护，确保完好。

（11）是加强生态养护。通过预防性养护，在公路产生轻微病害尚未破损之前，把公路病害及造成病害的因素发现在先，处治在前，防止病害发展，最大限度地延长公路的使用寿命，提高养护资源的使用效益。

沥青混凝土路面作为高等级路面，在其寿命周期内，如何进行科学、有效的养护，是一个十分重要的课题。其养护效果取决于材料、工艺、设备3方面的因素，它们是紧密联系、相互促进和相互制约的。因此沥青路面的养护技术具有很强的综合技术的特点。为了改进和提高养护技术必须加强材料、工艺、设备3方面综合技术的研究。预防性养护作为高等级公路经常性、周期性的保养措施，应引起足够的重视，实现“重建轻养”到“建养并重”的观念转变刻不容缓。开展预防性养护技术研究，就是要针对可能出现的路面病害、缺陷的类型和损害程度，选择正确、合理的路面养护维修措施。这对延缓路面使用性能恶化速率、延长使用寿命和节约周期费用等方面具有重要的意义。

第三篇：1国内外沥青路面设计方法

1国外沥青路面设计方法 1.1经验法

经验法主要通过对试验路或使用道路的实验观测，建立路面结构（结构层组合、厚度和材料性质）、荷载（轴载大小和作用次数）和路面性能三者间的经验关系。最为著名的经验设计方法有CBR法和AASHTO法。

CBR法[1~2]以CBR值作为路基土和路面材料（主要是粒料）的性质指标。通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR测定，建立起路基土CBR轮载～路面结构层厚度（以粒料层总厚度表征）三者间的经验关系。利用此关系曲线，可以按设计轮载和路基土CBR值确定所需的路面层总厚度。路面各结构层次的厚度，按各层材料的CBR值进行当量厚度换算。不同轮载的作用按等弯沉的原则换算为设计轮载的当量作用。此方法设计过程简单，概念明确，适用于重载、低等级的路面设计；但CBR值仅是一种经验性的指标，并不是材料承载力的直接度量指标，它与弹性变形量的关系很小。而路基土应工作在弹性范围内的应力状态下，因而，路面结构设计对路基土的抗剪强度并无直接兴趣，更关心的是路基土的回弹性质（回弹模量）及其在重复荷载作用下的塑性应变。

AASHTO法[3~4]是在AASHO试验路的基础上建立的，整理试验路的试验观测数据，得到的路面结构-轴载-使用性能三者间的经验关系式。AASHTO方法提出了现时服务能力指数（PSI）的概念，以反映路面的服务质量。不同轴载的作用，按等效损坏（PSI）的原则进行转换。路面使用性能指标PSI，主要受平整度的影响，与裂缝、车辙、修补等损坏的关系很小。因此，这是一项反映路面功能性能的指标，而不是表征路面结构性损坏的指标。此外，这个方法源于一条试验路的数据，仅反映一种路基土和一种环境条件，推广应用于其它地区或国家时便存在着很大的局限性。但AASHO试验路的测定数据得到了良好的整理和保存，为许多力学-经验法的设计指标和参数验证提供了丰富的依据[5]。AASHO法提出了轴载换算的概念和公式，考虑了结构的可靠度和排水条件的影响，这些思想对后来世界各国的设计思想产生了很大的影响。1.2力学-经验法

力学-经验法利用在力学反应量与路面性能（各种损坏模式）之间建立的性能模型，按设计要求设计路面结构。从20世纪60年代初开始，各国科技人员致力于研制和实施沥青路面的力学-经验设计法，著名的有AI法和Shel1法。

Shell法[6]是由英、荷壳牌石油公司研究所研究、发展和完善起来的。在该设计方法中，混合料的粘弹性性质以其劲度模量体现，其值取决于沥青含量、沥青劲度和沥青混合料的空隙率。路基模量受应力影响，路基动态模量可以通过现场的动态弯沉试验在道路实际湿度条件和荷载条件下测定，也可在室内通过三轴仪测定。此方法中交通荷载以标准双轮轴载次数为代表，设计年限内的累计轴次即为设计寿命。临界荷位的应力应变由计算机程序BISAR计算。Shell设计法考虑了控制疲劳开裂的沥青层底面的容许水平拉应变εfat和控制永久变形的路基顶面的容许竖向压应变εz两项主要设计标准和水泥稳定类材料底面的弯拉应力和路表面的永久变形两项次要设计标准。

AI 设计法也把路面看成多层弹性体系，材料特性主要包括土基、粒料基层和沥青层的回弹模量和泊松比。路基土的回弹模量的确定可由室内重复三轴抗压试验确定，或根据其与CBR的关系式估计而得；粒料材料的回弹模量与应力水平相关，其值可根据多变量回归的预测方程计算；热拌沥青混合料的动态模量由室内60种不同的沥青混合料试验得到的计算公式确定。环境的影响通过面层温度对沥青混合料劲度值的影响来体现，以面层厚1/3深处的温度作为沥青层的设计温度，由月平均气温和路面温度的关系式计算得到。AI法采用的设计标准与Shell法相同，即控制疲劳开裂的沥青层底部的水平拉应变εθ和控制永久变形的土基表面的竖向压应变εz。

SHELL和AI设计法是公认的力学-经验法的典型代表，很多国家都借鉴了SHELL法和AI法的研究成果。如澳大利亚的沥青混合料疲劳方程采用的就是Shell1978年提出的室内疲劳试验关系式，预估野外疲劳寿命时，乘以修正系数5.日本的疲劳破坏标准采用的是AI的破坏标准。但这两种方法都没有考虑湿度对路面设计的影响，也没有考虑低温断裂问题。1.3基于性能的设计方法

基于性能的设计方法SUPERPAVE的指导思想是按照路面的使用性能进行路面和材料的设计，以达到路面抗车辙、抗疲劳、抗低温的目的，并同时考虑老化、水损坏以及粘附性损失。SUPERPAVE的路面设计模型包括材料性能模型、环境影响模型（EEM）、路面反应模型、路面损坏模型4个基本部分。为使实验室测得的材料特性指标能够反映在路面中的实际使用性能，SHRP计划提出了一些新的试验方法，或规范了已有的试验方法，最终形成了适用于SUPERPAVE的沥青混合料规范、集料规范和试验系统。SUPERPAVE的环境影响模型实际上只是指路面的温度模型，该模型有两方面的作用：一是估计路面的最高、最低温度以选择合适的结合料；另一个作用是计算路面不同深度的温度，作为混合料的试验温度。路面反应模型用于计算路面各层在交通荷载作用下和环境影响下的应力与应变。对于新建路面有低温开裂、疲劳开裂和永久变形（车辙）三个损坏预测模型。SUPERPAVE的路面非荷载开裂模型即低温开裂模型中假设混合料为低温粘弹性，利用了流变力学中的一维Maxwell本构方程。低温开裂扩展模型应用Paris规则得出。对于路面的疲劳开裂和永久变形，所用的反应模型以二维非线性有限元程序为基础，并且采用四接点平面单元和轴对称分析，以减少迭代次数。

但SUPERPAVE设计法也存在着不足，主要表现在：①SUPERPAVE的主要指标和标准都仅是建立在流变学基础上的。沥青和沥青混合料的流变学指标是否恰当反应了路面的使用性能，迄今为止这个问题并没有明确的答案。②SU-PERPAVE的结合料规范中，温差级差是6℃，太大。③在考虑环境因素时，仅考虑了温度的影响，较少考虑湿度对材料和结构特性的影响，而后者的影响可能更大。④修正系数（转换系数）SF中考虑因素过于简单，所考虑的因素甚至不是最主要的因素。⑤沥青混合料的体积设计法对中交通或特重交通路面的适用性或优越性值得进一步研究。2国内沥青路面设计方法 2.1我国沥青路面设计方法概述

我国沥青路面设计采用的是力学-经验法。其路面模型借鉴了SHELL的理论设计法，把路面作为一种多层弹性体系。材料特性以弹性模量和泊松比表征，土基回弹模量可根据现场实测法、查表法、室内试验法或换算法求得。各层材料统一采用圆柱体试件测定抗压回弹模量和劈裂模量。弯沉指标计算时，沥青混合料用20℃抗压回弹模量；层底弯拉应力计算采用15℃抗拉强度与弯拉回弹模量，也可以采用劈裂强度与抗压回弹模量[9]。交通荷载以双轮组单轴载100kN为标准轴载。轮胎接地压强0.70MPa，单轮当量圆直径d为21.3cm，两轮中心距为1.5。路表弯沉计算时须计算双圆均布荷载的轮隙中心点的弯沉。验算沥青混凝土层和半刚性材料层的底部拉应力时，须计算单圆荷载中心、轮隙中心处拉应力并取其较大值[10]。设计标准是以202_规范规定的设计弯沉和层底拉应力为设计标准。设计弯沉是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。其路面结构层容许拉应力σR是指路面结构在行车荷载重复作用下达到疲劳临界状态时容许的最大拉应力。2.2我国沥青路面结构设计方法存在的问题

（1）设计指标单一。尽管沥青路面结构设计中包含弯沉和弯拉应力验算指标，但实际在沥青路面结构设计中，弯沉成为路面结构设计的唯一指标，也就是说按照现有规范方法，在路面设计弯沉满足的条件下，弯拉应力验算肯定是通过的，使得设计指标成为唯一。

（2）设计指标不可控制。设计指标应该是路面结构可能产生损坏的控制指标，即设计模型与路面结构损坏模型应该一致。但实际情况是弯沉指标无法与多种破坏类型和破坏标准相统一、协调。现有沥青路面的损坏与设计模式大不相同，设计指标形同虚设。路面设计的宗旨是防止在设计年限内总交通量反复荷载作用引起路面疲劳破坏，实际上绝大部分路面是在交通量远未达到设计交通量的早期已经发生了破坏，疲劳破坏的指标没有起到控制作用。

（3）理论验算假定条件不准确。按照现有公路沥青路面设计规范，在进行沥青路面结构弯拉应力验算时，假定层间接触条件是连续接触，在这种条件下进行应力验算，半刚性基层顶面的沥青面层处于受压状态，所以沥青面层不会发生弯拉疲劳破坏。实际上，很难做到沥青层与半刚性基层的连续，即使是沥青的上、中、下面层之间，由于施工污染、施工的非连续性等原因，沥青层之间都有可能是部分连续或者滑动的，在荷载、水等外界因素的作用下，层间界面连接状态的改变是必然的，因此路面结构设计时的假定条件是不准确的，在这种情况下，理论验算结果的准确性可想而知。

（4）路面材料设计参数与实际路用性能缺乏关联性。路面设计采用理论计算方法，看似很先进，实际上材料设计参数一般只是通过室内试验确定。国外很多研究表明，路面材料在实际使用过程中，其室内性能与路用性能之间的关系并没有很好的相关性，而设计人员在路面结构设计过程中，一般使用规范推荐的材料参数中值的简单办法进行设计，更谈不上去建立路面材料室内力学性能与野外路用性能的关系，所以其设计过程实际上只是个形式。

（5）实际交通荷载与设计荷载出入较大。根据交通荷载情况的调查，目前我国汽车后轴轴重一般在60~150kN，胎压一般在0.6~1.1MPa；而设计标准轴载为单轴双轮胎100kN，胎压一般不超过0.7MPa。近几年重载车、超载车大量增长，有的标定30t的车辆，实际达到150t以上，尽管有关部门进行了超限超载治理，车辆超载的现象还是时有发生，造成了路面早期损坏，使路面使用寿命大大缩短。2.3建议

（1）材料的回弹模量。我国采用的都是静态的模量值，如路基土的回弹模量、沥青混合料的回弹模量。由于路面受到车辆动荷载作用，所以动态模量能更切合实际。

（2）我国的专用设计程序计算的是多层弹性层状连续体系的精确解，但实际上，层间接触并不一定是完全连续的，可以考虑从完全连续到完全光滑的层间接触条件。

（3）我国设计理念是假定沥青层厚度，以基层作为承重层设计其厚度，认为路面破坏就意味着基层破坏。但实际上也未尽然，也存在基层完整、面层破坏现象，因此应该以沥青层作为承受拉应力的主要承重层考虑，计算沥青层厚度。

（4）我国采用的弯沉作为设计指标，它反映了材料和结构的弹性部分，在力学概念上较为明确。但力学计算表明，土基顶面的弯沉和路表弯沉的关系比较复杂，对于不同的路面结构路表弯沉不能明确反映土基顶面的工作状态。另外，对于高等级公路，随着交通量的有益加大也会引起路面车辙，而车辙是材料的塑性变形累积，显然仅用设计回弹弯沉不能有效地控制路表车辙，故可以将路基顶面垂直压应变作为一项设计控制指标。

（5）不少研究表明我国沥青面层底面拉应力验算指标在设计中不起控制作用，因此可以采用面层底部的最大拉应变作为设计指标来控制疲劳开裂。

（6）虽然我国规定了以不利季节的土基模量作为设计值，沥青面层材料参数的取值也规定了温度条件，但对于土基干湿变化和路面温度变化大的地区，就显得无能为力了，因此，对于环境因素可更加明确、细化，诸如用AI和SHELL等设计法来处理。

（7）目前的设计方法都没有详细考虑经济因素。基于使用性能和寿命周期费用分析的、包括新建和改建沥青路面结构设计在内的全寿命路面结构厚度优化设计方法，将是以后路面设计方法发展的重要方向

第四篇：我国沥青路面结构设计分析

长沙理工大学张起森教授作客专家在线：我国沥青路面结构设计分析

[b[size=5]]长沙理工大学张起森教授作客专家在线：我国沥青路面结构设计分析[/size][/b]

[size=4] 以“我国沥青路面结构设计分析”为主题，围绕“我国沥青路面破损原因，沥青结构以及沥青混合料设计和沥青技术研究”等问题，同大家进行深入交流与探讨

主持人：首先请张教授给大家介绍一下，近年来，随着我国国民经济的发展，干线公路特别是高速公路面临着巨大的交通压力，沥青路面出现了裂缝、水损害等破损现象，造成沥青路面破损的原因是多方面的，您能否从这路面设计这个方面向大家介绍一下路面破损的成因以及如何防治。

张教授：这个问题比较复杂，谈一下我自己的看法，供大家参考。目前我国有高速公路通车总里程3万多km，沥青路面占85％左右，水泥路面占15％左右，所以高速公路大部分都是沥青路面。我国在短短十几年的时间，高速公路沥青路面发展速度非常的快，但是现在路面确实还是存在一些问题，是什么原因引起的？在过去的一段时间，大家讨论很多。我想从以下方面来谈些自己的看法：

首先，我们国家刚开始建设高速公路的时候，基础比较差，当时没有规范，原规范对高速公路不适应。我们很多经验都是来自过去的低中级路面，修建高速公路的经验少，所以我们开始修建的路面，像90年代初，依据的是低中级路面的经验，当然我们也引进了一些国外的东西，像京津塘高速公路我们请的是澳大利亚专家来修的，上海沪嘉高速公路是我们自己国家修的，不过只有十八km的里程，其他如沈大高速公路、广佛高速公路，当时不叫高速公路而叫高等级公路，因为当时对高速公路有争议，所以在起步的时候，还是有些欠缺。规范、标准和试验检测设备等跟不上高速公路发展，给我们前期修建的路面带来了一些先天性的不足，比如路面厚度，一些较早修建的高速公路，对底基层的厚度重视不够，而且对它的认识也不够，有的水泥路面甚至取消了底基层。这些方面当时没有一个比较明确的规定，单纯从适应当时已有的设计指标看，可以满足要求，但是路面使用后出现了许多问题。之后，我国的高速公路吸取失败的教训，进行了总结，后期有些改进。1997年颁布的沥青路面规范，包括后来颁布的水泥路面规范，有些部分吸取了我们国家“七五”、“八五”公关项目的一些成果，为后面高速公路质量的提高打下了基础。总的来讲，我们国家高速公路发展很快，技术、设备储备不够，给我们前期修建的高速公路带来了不足。这是一个问题。

第二、设计标准与实际情况有差距。例如荷载标准，我国的设计荷载是BZZ－100，实际上，我们国家道路上行使的超载车辆很多，像京珠高速公路，有的车达到了270kN，在广韶高速公路，有的车辆也达到了170kN左右。显然，这完全超过了我们的设计标准，路面肯定无法承受。所以这个超载车辆，“超载”的问题，确实是我们国家路面面临的一个严重问题。这个问题我和美国一些专家讨论过，美国也有一些重载车，但超载车很少，美国重载车辆一般是在30％左右，但是我们国家的重载车却占到了60％、70％，甚至是70％或80％的比例，所以路面压力很大。看来这个问题要解决需根据实际的荷载来进行设计或验算。使设计的荷载标准和实际使用车辆的标准要相符。另外，在设计指标方面，也存在一些问题。比如说水泥路面是以混凝土板底弯拉应力进行控制，沥青路面主要以表面弯沉进行控制。弯沉可以反映路面整体的承载能力，但它对结构层性能的反映就比较查。水泥路面也存在指标的问题，水泥路面是一个脆性材料，它的变形是在一个很小的变形情况下开始出现断裂。是不是要像结构设计一样，以刚度来控制设计。沥青路面设计指标不完善大家讨论更多，我们现在用弯沉指标来设计，往往沥青层、基层、它的拉力问题不能控制。国外把表面的弯沉改为路基变形的控制有一定道理。我们国家过去测定的表面弯沉70％、80％都是发生在路基。但是有个问题，表面弯沉容易测定，路基弯沉很难做检测，所以怎样使用这个指标这也是一个问题？现在研究用多指标来控制路面结构，这应是今后路面设计的一个趋势，包括把剪切应力、温度收缩应力等都考虑进去。

第三、结构层材料组成的问题，包括石料的规格，石料的品质，石料的级配，这个方面现在控制得不严格。当然实验我们是做了，采用什么级配，有个要求，但实际上到现场以后，这个方面的控制就比较差，再加上我们碎石供应很乱，不像国外实现了碎石商品化，要什么样规格的碎石随时就去买，我们国家不是这样的情况，我国是一边施工，一边在沿途设置料场，给石料控制带来很大困难。希望能够早日的解决这个问题，从而提高石料的品质。再一个就是沥青，沥青供应是比较大的问题。因为我国沥青来源很多，有进口的，有国产的，进口又有很多国外的公司，国内也有很多公司生产沥青，所以往往一条路实际用的沥青品种很多。像广州的某路，它的沥青，能够达到我们规范软化点要求的，只有约50％、60％左右，有些路段甚至更低，40％、50％达不到我们国家最低的要求。因为材料结构组成不合理，造成强度相差比较大，同一个路面，可能这里强度好，那里强度差。路面湿度也有变化，这里不透水，那里透水，同一个路面的问题比较多。这些事情一方面是材料本身造成的，一方面是施工造成的。

第四、从路面结构设计来讲，防水排水系统设计得不完善。我们在表面排水方面做了一些工作，但是在路面结构的排水、路基的排水这个方面还是做得不够，所以往往在路面使用过程中，出现排水结构物堵塞等，导致路面出现沉降、开裂等问题。现在我们国家对排水的问题比较重视了，但是这方面还有继续做好的需要。

第五、施工的问题。往往我们设计一个方案，结构是什么，材料是什么等等，还有很多的指标和要求，但是路面的施工，往往跟我们的设计相差很远。比如动稳定度，我们国家高速公路目前要求，像南方地区3000到3500，但是实际上，有些只有1000多，有些方4000、5000，甚至超过10000，变化很大，这个问题除跟材料有关系外，还跟施工有关系，施工控制不严。路面施工温度可以相差三十几度，这里可能是140，那边可能是100左右，这样压实就比较困难，达不到要求。另外材料本身，施工过程中要是没控制好，容易引起离析。我们国家要求路面使用过程中孔隙率是3％－6％，有些实际做出来不到3％，甚至不到1％，大的可能超过10％，这样对我们路面的使用，带来了很多的问题。孔隙小的易泛油，产生车辙；孔隙大的易透水，产生脱粒、坑洞等。另外关于路面损坏，刚才提到开裂、水损害，应该提出在南方，中部河南、河北以及陕西，车辙破坏也是个问题，有些路使用一两年，车辙达到50、60mm，路面使用不久就要重新铣刨、罩面。

车辙在南方出现比较多，显然车辙问题跟重载、超载关系更大，另外同温度也有关系，像南方的气温，在广东，夏季路面最高的温度达到七十几度，而气温四十度左右，高了三十多度。高温把路面软化了，再加上很重的车上去，肯定要产生车辙。另外材料设计方面对这个问题考虑得还不够。如河北、山东沥青标号为70；广东、广西标号也是70。沥青标号这样全国一致是不合理的。在广东这样的高温地区，使用更硬的沥青，例如50号是完全必要的。这方面问题值得我们研究。

第六、对路面结构层构成的要求上还不是很明确，比如面层3层，现在大部分是4、6、8cm或4、5、6cm，面层十几cm，而面层、中层、下层究竟它的功能是什么呢？它们的合理厚度应为多少，对它们的要求又是什么？现在是不明确的。我国现在还没有公布的沥青路面修订规范稿，开始注意了这个问题。根据路面功能设计的概念，上面层主要是要稳定、要抗疲劳、要防水、要抗滑、要粗糙。中层主要是抗车辙，车辙是个主要的问题。到了下层，主要是疲劳的问题，当然这个概念跟我们的上层下层概念有点不同，但是在我国如果把下层理解成是基层的话，我们的基层现在是半刚性基层，恰恰抗疲劳能力是比较差的，很容易开裂。基层一开裂就形成反射裂纹，反射到路面上就容易使面层开裂，开裂以后造成了很多的问题，比如渗水等。过去我们对反射裂纹花了很多功夫取研究，但一直解决得不太好，对路面结构层的功能问题要进一步研究，弄清楚以后，对不同层次的要求指标要明确，这样才能把面层设计好。轮胎与路面的接触部分是很复杂的，接触应力对面层影响很大，过去我们对面层的材料比较重视，比如改性沥青、石料要求的规格也比较好，施工方面也比较重视，所以这一层相对来讲，承受车辆作用应力相对其他层次，显得要好一些。故目前路面主要问题并不是表现在上层，是在中下层。当然我们不是不重视面层，面层当然要抗滑，要不透水，要稳定，要抗疲劳，对采用的材料要求更高更加严格。但是我们对中、下层的要求也应明确，根据我们近来做的工作，我们建议：在南方要求上面层动稳定度要3500；中面层要3000；下层要800－1000，大长坡和弯道路段不小于1000。老的规范对上面层的要求是800。对下层的材料就没有明确要求。总之，要弄清各结构层的功能和作用，才能够对材料的要求进行控制。

第七、现在还有些新的问题要研究。沥青路面现在有一种叫top－down裂缝，即表面向下的开裂问题。现在研究的大部分是裂纹由上向下发展，反射裂纹是怎样发展等问题。但实际上，调查表明很多裂纹是从上面往下面扩展的。这种裂纹实际上对路面损害比较大，因为一开裂就在表面，表面开裂水就往下走，再加上温度应力，裂纹慢慢扩展，水就流下去，很快会污染到基层了。这个问题过去我们研究很少，在上个世纪八十年代，日本一些专家在论文里面提到过，世界上很多国家都做过调查，像英国的TRRL，他们在八十年代从现场勘测也发现这个问题。另外还有一个问题就是钢轮碾压产生的开裂。日本在八十年代做过研究，日本和加拿大有个叫做寒冷地区的路面修建技术合作项目，他们做过这个研究，钢轮碾压后，路面会产生很多的裂纹，用放大镜就可以看得见。在温度应力作用下这种应力易发展，所以对于这种裂纹我们今后要重视。现在对沥青路面存在的开裂、车辙、水损害等破损现象，经过最近几年的研究，已采取了一些措施，水损害相对要好了些。目前南方主要是车辙，北方开裂。南方有些地方因路基下沉，路基不稳定等等，也产生开裂的问题。但是这些基本不是疲劳引起的裂纹。再一个就是温度、温差的问题引起的开裂。我国路面真正目前达到疲劳设计要求的很少，路面早期损坏的主要的原因不是这个。我们讲超载，应力很大，其应力可能达到抗拉强度的0.7、0.8左右，很容易开裂。

要解决这个问题从路基来讲，要保证路基的稳定性，一些软土地区、盐渍地区的高速公路，往往达不到沉降的要求。一个月5mm，它往往达不到，为了施工的进度，就在沉降未完成的路基做路面，所以往往总承载能力没有达到要求，今后还要进行沉降。从进度跟施工质量要求方面来讲，今后应该怎样去协调，在保证质量的情况下再来谈进度，路面基本的情况才能保证。

从路面来讲，一个是结构，一是材料，要求要更严格。施工方面，如果我们路面施工比较精细，减少或尽量避免离析的发生，路面损害就会更少。有些省份引进了二次分料器，资金投入并不大，但效果很好。从车辙问题讲还是要解决沥青的问题，沥青对车辙的贡献大概有30％到40%，沥青要求粘结力和软化点达不到要求的话，它的情况会很严重，特别是高温情况下，这个问题就会更严重了。所以车辙问题要从结构，从材料组成设计方面等等方面考虑。在八十年代，我国城市道路规范中加入了抗剪指标，但是公路就一直没有加进去，主要是材料的抗剪强度问题，当时因为我们要知道抗剪强度，就要做三轴实验，三轴仪比较少，试验本身也比较复杂。另外一个方面，结构层的抗剪切能力要进行检测，比较难。所以对于抗剪指标问题就一直搁置下来了，我们对材料抗剪方面的要求，要重视起来，这样的话从各个方面来讲就比较完善了。还有一个问题就是超载，现在明明知道这条路不是我们设计的这个承载重量，实际上它跑的是一倍，甚至二倍的荷载，对这个情况怎么办？我们国家一下子要解决超载现象，可能还有困难。这个情况可以从设计方面来采取一些措施，如规定要验算荷载，以超载200甚至300的标准来验收，达不到，厚度满足不了要求，我们对路面进行加厚。当然这样投资会大一点，但从全寿命周期来综合考虑投资问题，这样做是合算的。

主持人：您刚刚提到半刚性基层路面结构，我国高速公路普通采用这种路面结构，您能否向大家介绍一下半刚性基层沥青路面结构的优缺点？半刚性基层在养护、修复中存在什么样的困难？

张教授：半刚性基层路面在我们国家无论是一般公路、还是高速公路，起到很大的作用，这个是应该进行肯定的。我国3万多km高速公路的沥青路面包括水泥路面，基层90％以上都是半刚性基层。半刚性基层在我国公路的建设发展中起了很大的作用。半刚性基层也存在一些问题，但我想要还是先讲优点：半刚性基层强度比较高，相对柔性基层来讲强度高、刚度高，作为承重结构，它是比较合适的。承载、扩散荷载，传到路基，在没开裂之前这方面性能比较好。但是半刚性基层有一个问题，就是抗拉能力相对比较小，另外它的变形能力不太好，它是比较脆的材料。它的刚度比较大，在湿度变化温度变化中所受温度应力比较大，所以在温度荷载，交通荷载，湿度变化的作用下，它容易产生裂缝，开裂以后半刚性基层性质开始变化。这些裂纹很容易形成反射，特别是后期裂纹比较多的情况下，裂纹很容易反射上去，比较短的时间就反射到上面，很多实际工程证明了这个问题。我们曾经做过光弹实验，“七五”攻关研究沥青面层最小厚度应该是多少，也就是要从反射裂纹的角度来考虑，反射裂纹反射上去要保证一定的使用时间，表面路面厚度应该是多少。我们通过光弹实验和一些力学分析确定了路面最薄厚度12cm。当然那是根据七五那个时候的交通荷载等实际情况，从技术方面我们做光弹实验，还是有点根据的。但是现在我们的交通量，在重载、超载的情况下，12cm应该会薄了一点，现在这种交通量、这种荷载下，可能不能保证我们的使用寿命。为了防止反射裂纹，实际上我们“七五”还做了一些研究，例如如采用级配碎石、土工布和应力吸收层作为中间过渡层等一些措施，到最近，差不多20年的时间，仍还在摸索。研究反射裂纹，如何来延缓它，完全防止是不可能的，怎样延长它的扩展时间，使它的裂纹反射到面上的时间比较长，保持表面比较长的时间不会开裂，在这方面做了很多的工作，也取得了一些成果，但是这个问题到现在还没有完全解决。

半刚性基层的路面，基层修建的时候会产生很多干缩、温缩裂纹，这些裂纹反射上去，造成了路面损害，这是目前对半刚性基层沥青路面大家认为它不足的地方。半刚性基层沥青路面还有一个问题，就是半刚性基层上的沥青路面厚度不能太薄。因为半刚性基层到了后期强度比较大，特别是到夏天的时候，产生上面软下面硬倒装结构，象擀面一样，很容易产生推移。所以我们过去修的像二、三级路面往往产生波浪变形。这个是半刚性基层沥青路面使用的过程中存在的一些问题。

半刚性基层沥青路面在使用的过程中，针对它的开裂，我们采取了一些措施，比如增加粗集料含量、切缝等。但是大家认为这个问题还没有完全解决。我国的半刚性路面，还有一个问题就是基层软化、甚至唧泥等问题比较明显。这是我们国家的一些经验，另外国际上，像英国，欧洲、美国，他们做了一些实验，也用过半刚性基层，也发现了它的一些问题。现在欧美一般基层不采用半刚性，它把半刚性作为底基层，放在下面，基层采用沥青稳定基层，这样比较合理一些。半刚性基层在施工过程中也发现了一些问题，比如透层油渗透比较困难，还有半刚性基层表面容易产生灰尘，产生灰尘以后如果施工的时候清理不干净，就影响了粘层与半刚性基层的粘接。另外路面开裂以后，水下去就容易损坏。半刚性基层产生问题以后，必须要把它全部挖掉才能修复，这样就有些困难。现在我们的讲半刚性基层，我的观点是我们国家要因地制宜来考虑这个问题。如果条件合适，有些地方还是可以用半刚性基层，不是一概否认这个观点。但是半刚性基层一统天下也是不对的，所以开展柔性基层的研究是完全必要的。

主持人：您在柔性基层沥青路面结构设计方面研究很深，请您给大家介绍一下与半刚性基层沥青路面相比，它有什么优缺点？

张教授：谈到柔性基层和半刚性基层相比，柔性基层包括的沥青稳定碎石、沥青混凝土还有级配碎石做的基层。但柔性基层跟半刚性基层来比，因为它是比较柔的，所以它的温度变化产生应力影响方面的情况要比半刚性基层相对要好一点。同时湿度变化影响也要小写，所以它一般不会出现反射裂缝问题。其次，从它的结构层受力来讲，柔性基层对面层的设计要好一点，半刚性基层的后期强度要好，沥青面层相对比较软，刚度小一点的，所以造成下面硬、上面软，容易产生车辙，对面层是不利。但是柔性基层模量是按照一定比例下来，模量变异性不大，一般不会有这个问题。这也是柔性基层的一个优点。再次，从层间结合情况来讲，柔性基层与沥青面层结合一般不存在问题，所以对沥青受力方面是比较有利的。另外，柔性基层抗疲劳能力要好一些。

柔性基层跟半刚性基层不一样，由于比较柔不会有反射裂缝问题，另外如把半刚性基层作底基层，中间做一个碎石基层，上面做面层，也可以缓冲反射裂纹的产生。碎石主要是抗压，它不不能受拉，他的强度与侧压力和下垫层强度有关。现在我们研究级配碎石怎么用？碎石直接放在路基上或者放在半刚性基层上，哪种结构比较合适？这个问题要研究，工程师要总结这个问题。我们国家沥青层如做得比较厚，沥青材料的价格可能是个问题。我认为级配碎石放在上面，下面半刚性底基层主要解决承重问题，承重问题解决了，沥青层厚度就减薄，不能靠整个沥青层来承载。柔性基层我们现在研究得比较少，做过一些实验，比如大粒径碎石做基层，在河南焦作了一段试验路上进行比较研究过。大粒径碎石做基层抗压、抗疲劳的能力还是可以的。大粒径基层在山东、江苏也做过很多的实验。我国目前3层的面层结构，如果下面层改做大粒径碎石基层，半刚性基层做底基层。整个沥青层的厚度也不会太厚。另外反射的问题可以通过大粒径碎石来缓冲。如果完全照现在功能设计的概念，完全以沥青层来承担应力，路面使用寿命可以达到40－50年，在这几十年里，不要动下面的层次，只要铣刨到表面层即可。韩国做了全厚式沥青路面研究，要42cm左右才能保证路面使用40－50年。42cm对于我们国家来讲造价上有一定困难。我们可能不能完全照这个来做，现在研究长寿命问题，怎样结合我们国家的实际情况，提出一个合适的结构组合？不一定要40年，我们若能保证20年、30年就很好了，经济上国家也承受得了，这里还是有很多工作要做。

我不是否定半刚性基层，有些场合、有些情况半刚性基层还是可以用的，应该用的，当然我们有些情况还是需要用柔性基层，使我国的路面结构不至于那么单一，如果半刚性基层包打天下，厚度也差不多，面层是4、6、8，基层是20、30、40，全国气侯变化那么大，交通情况、环境、地质条件变化那么大，路面到最后全部都差不多，这种情况肯定是有问题的。还有排水问题，现在我们基层可以做排水基层，解决排水的问题，采用柔性基层，可以做成排水的，上面的水下来了，从路肩可以排出去。这也是考虑柔性基层的一个优点。

主持人：您能否介绍一下我国沥青混合料组成设计的情况，目前Superpave技术在我国的应用和发展情况是怎样的？

张教授：沥青混合料组成是比较重要的问题，我们规范的混合料类型、从结构上可以看出其发展问题。我国先是采用AC，后两年采用AK，后面又采用SAC。AC用了以后，它的抗滑不够，比较光，高速公路抗滑达不到要求。AC从级配来讲，细料比较多，粗料比较少，所以最后造成混合料比较细，比较光容易冒油，也容易产生车辙。后面增加粗料，减少细料，所以就采用了AK抗滑面层。抗滑问题解决了，但是出现了孔隙率大，出现了早期的水损害，最早在河北一条高速公路上出现。当时在孔隙率这方面并没有太重视，当时只考虑粗、抗滑这方面去了，透水的问题也没有很注意。后来各个单位感觉到有问题了，又把粗料减少，细料增加，走中间路线。级配调整了，有的地方叫做AK1型或AK什么型等等，在前面加一些其他的符号，它不好把AK这个名字改掉，因为它改掉以后，审查有问题。所以在前面加一个符号，表示与AK的规范不同，级配不同。后来沙庆林沙院士就提出SAC，他还专门出了一本书。SAC针对AC、AK存在的问题：AC粗料少，AK粗料多，所以等于是粗料减少一点，细料增加一点，保证空隙率基本在我们要求的范围内，抗滑方面能够满足要求，构造深度也达到了要求，还有其它指标方面也合适，这样就提出了一个比较中性化的建议。从真正的混合料结构来讲，实际上AC是密实悬浮结构；到AK实际上我们是增加了骨架，但是孔隙多了，细料填得不够，没把孔隙填起来，AK是密实骨架孔隙结构，到SAC骨架密实结构，现在是骨架为主，细料的孔填起来，密实还有一个孔隙的要求，3－7％的要求。我们讲比较理想的是骨架间断密实结构。包括我们现在Superpave技术，实际上也是骨架密实结构。它主要靠纤维、沥青、矿粉即沥青马蹄脂，填充骨架嵌挤形成的孔隙。骨架嵌挤结构比较稳定，又不至于漏水，同时它比较粗糙，抗滑能力满足了。骨架嵌挤结构空隙多一点，光沥青还不行，还要靠纤维，把沥青矿粉稳定在那里，否则它要漏下来，不加纤维，性能就达不到要求，所以我们国家慢慢发展骨架嵌挤密实结构，当然这个是间断的不是连续的，使骨架组成的空隙大部分填充起来，又不至于透水，这是沥青混合料在我们国家发展的一个情况。当然这个结构要保证其结构稳定，除靠级配外，还要靠骨料的强度和沥青的粘度。骨料太软了，沥青太稀，结构就不稳定。

Superpave技术是美国SHARP研究的一个成果，它是1993年发布的，1993正式发布以后，应该讲在世界各国引起了比较大的反响。Superpave我感到它有些情况可能还要进一步研究。Superpave实际上有三个水平，即按LEVEL1、LEVEL2、LEVEL3，现在我们用的是LEVEL1，LEVEL2、LEVEL3包括美国都还没有实际应用，还处于研究阶段。LEVEL1实际上是一个体积设计法，各个组成部分，矿料多少、沥青多少、矿粉多少，跟我们现在的设计基本上是一样的概念，它是体积组成的参数设计。它要设一种比较合理的混合料。Superpave提出了两个东西比较引人注意，一个是级配线上设定了几个控制点，几个控制点必须要通过。另外有一个禁区，级配曲线不能进到禁区里头去，进到禁区里头的话，混合料性能比较差，且有“驼峰”的性质。控制点和禁区，各国有不同的看法，另外走禁区的下面还是上面，这也是一个问题，有的认为走下面好，有的认为走上面好，所以对禁区的问题，现在还有争论。至少他们提出了这个问题，后来他们在足尺试验中也发现了一些问题。另外一点，混合料试件成型采用“旋转压实”法，与轮胎软化作用接近。

Superpave混合料的检验指标与马歇尔也不一样，Superpave以路用性能指标确定沥青用料，即用疲劳开裂，车辙、低温抗裂来控制。另外还有一个叫做水敏感性实验，这个实验规定它的孔隙率为7％，因为他们作了很多的调查，压路机压过以后，大部分在7％左右。这与现有马歇尔试验法不一样的。

现在我们用的Superpave有一个限制，LEVEL1交通量限制在1800万次80kN标准轴载。我跟沙庆林院士讨论过这个问题。Superpave的设计要适应轻交通的情况，如果是重交通，要做LEVEL2、LEVEL3的检验。我们国家从交通情况来讲，一般要超过它的这个规定，这是存在的问题。用于LEVEL2、LEVEL3的设备，我们引进了些，江苏交科院等也买了一部分设备，但未开展广泛的工作。国内有些单位可能没有很好的注意这个问题，直接将Superpave设计用在高速公路，设计的路面出现了一些问题。现在还有一个问题，就是用马歇尔实验法进行Superpave的设计，山东做了比较系统的工作，他们认为可以。但是这个方面的问题，我们认为还要做一些更深入研究。主持人：改性沥青在中国公路建设市场的应用时间很短，但发展势头非常迅猛，您怎么看待这种发展？有人认为大量使用改性沥青可以提高路面使用质量，延长公路使用寿命，促进整个公路事业的发展，您是怎么看待这个问题？

张教授：我认为改性沥青要解决的问题，从粘结力方面，没有多少改变，这个做过很多的实验，主要解决软化点问题。普通沥青软化点大概是50左右，我们国家南方路面温度可达60、70度，就肯定要提高软化点。

另外还有一个好处就是对弹性恢复有改善，改性沥青做出来的混合料不但性能得到提高，弹性恢复比我们普通沥青混合料好。

在我国南方，气温比较高，降雨比较多、比较湿润的地方、比较热的地方，高速公路重载也比较多的，交通量比较大的路面，用改性沥青我认为还是有必要。现在有些路，使用改性沥青以后，跟不使用改性沥青做了一些比较，说明用改性沥青还是有好处的，比如京珠南高速公路，它最近要大修，它有几段，基本没有车辙，它用的就是改性沥青，同样的气侯条件、交通条件，有的路段有40、50mm车辙，甚至更深。这个说明改性沥青在这里还是起到了一定的作用。长沙到临湘的高速公路我们用的是双层改性沥青，上层下层全用，并修了12mSMA试验路，经过3年左右使用，特别是前2年的高温，路面基本上没有车辙。这条路202_年获得了詹天佑奖。当时讨论方案的时候，有些同志反对，认为没有必要，但是当时我们坚持，像京珠南高速公路重、超载比较严重的情况，用改性沥青还是比较好的。改性沥青多花一点钱，但是从全寿命费用来考虑，考虑养护费用、运输费用等其他的费用的话，还是合算的。

主持人：您在沥青减薄技术方面颇有研究，您能否给大家介绍一下我国沥青减薄技术的发展情况？以及与国外发达国家相比有什么优势和不足之处？

张教授：要看怎么看这个问题，我想不能笼统的说沥青减薄问题，现在看来，我们国家的沥青面层，它最早的4+5+6cm，后来是4+6+8cm，沥青面层从造价上讲要提高一些，建设费用要提高，但是从保证路面使用品质来讲，可能厚一点的面层，从今后的减少养护等费用来讲，可能还是划算的。不能笼统地讲沥青路面厚度的问题，广深高速公路路面32cm，用了十多年，前年我们学校参加做了一次维修，仅表面上冼刨了，车辙基本没有，冼刨以后重新铺40mm的SMA。与我们国家比较薄的路对比，修2、3年就大、中修，肯定值得借鉴。我们不一定搞30几cm，但是沥青的厚度，从经济技术几个方面综合来考虑，应该可以找到一个比较合适的厚度。现在我们采用4+5+6cm或4+6+8cm的面层厚度，应该说根据不足。

提到沥青减薄，有些叫超薄面层，最早在法国，做了1.5cm，一般2.5－5cm叫薄沥青面层，它不是整个路面结构，只是上面的一层，就是磨耗层，所以大部分是用来养护、维修的，当然现在存在一个问题，就是沥青路面结构，磨耗层要多少mm才合适？现在是4cm。当然这个磨耗层要维修，是不是可以罩面？现在养护用1、2cm的稀浆封层还有同步碎石。目前主要是水泥路面的维修问题，水泥路面上的沥青罩面层，我们国家现在做的大多是10－12cm，主要是保证沥青层的稳定问题，不至于发生推挤、剪切。印尼开发了一种超柔性沥青superflex，这是严重综合改性沥青。今年8月份我们到印尼去考察了一下，它做的路面是2－4cm，最长的用了8年9年。在雅加达市中心到港口的一条高速公路上，交通量在20万辆/天，也有超载车辆，但是没有我们国家这么严重，重载车辆为20%－30%，路面使用情况良好。最近我们买了150吨印尼这种超柔性沥青，将在广东的肇庆的旧水泥路面和半刚性基层上做试验路，我们做了3、4、5cm。目前准备工作都做好了，带天气好即可施工。如果水泥路面上沥青路面能做到3cm、4cm，用8、9年，就非常好了。现在很多的水泥路面，包括早期修的一般道路和高速公路、水泥路面上，跑了几年以后，磨的比较光，这些都存在需要罩面的问题。另外是隧道，隧道用水泥路面，修得比较光滑，容易发生交通事故，他们现在想这个问题怎么解决。沥青做厚了，净空有问题，能够做薄一点的话，既能够解决抗滑问题，又不影响车辆通行。再一个是桥面，我们很多的水泥桥面，桥的重量问题。

5、6cm沥青层不敢做，重量可能有问题。所以沥青层减薄比较适合于桥面、隧道、一般的水泥路面罩面等方面。我今年看过一些文章，同济大学孙立军教授做过厚面层与薄面层的比较研究，他认为从养护等综合费用来讲，厚面层效益还是比较好的。[/size]

第五篇：110kV变电站典型设计应用实例[范文]

110kV变电站典型设计应用实例

传统的110kV变电站主要以户外设计和安装为主，占地面积大，且设备容易被腐蚀，尤其在高污秽地区，还极易造成污闪事故的发生。为了建设坚强电网，发挥规模优势，提高资源利用率，提高电网工程建设效率，国家电网公司在202_年提出“推广电网标准化建设，各级电网工程建设要统一技术标准，推广应用典型优化设计，节省投资，提高效益”。典型设计坚持以“安全可靠、技术先进、保护环境、投资合理、标准统一、运行高效”的设计原则，采用模块化设计手段，做到统一性与可靠性、先进行、经济性、适应性和灵活性的协调统一。

海阳市供电公司积极响应国家电网公司的号召，积极推广110kV变电站典型设计。本文就海阳市供电公司110kV变电站典型设计的应用实例予以阐述，以说明推广典型设计的重要意义。110kV变电站典型设计应用实列

海阳市供电公司202_年开始采用110kV变电站典型设计，到目前为止，已经完成3座110kV变电站的设计、建设工作。从实际效果来看，具有较好的经济效益和社会效益，下面以110kV望石变电站为例对典型设计进行分析。

110kV望石变电站位于海阳市新建的临港产业区，该区域规划面积较小，但是电力负荷较为集中。该区域包括以莱福士造船厂在内的多个用电大户正在兴建中，而山东核电设备制造公司已经投产。根据该区域负荷预测及用电负荷性质，海阳市供电公司按照安全可靠、技术先进、投资合理、运行高效的原则，结合该站用电负荷集中、土地昂贵、临近海边（Ⅳ级污秽区）、电缆出线多等客观事实，对110kV望石变电站作了如下设计。

该站为半户内无人值班变电站（半户内布置方式即除主变压器以外的全部配电装置，集中布置在一幢主厂房的不同楼层的电气布置方式），变电站主体是生产综合楼，除主变压器外所有配电装置均安装在综合楼内。以生产综合楼和主变压器为中心，四周布置环形道路，大门入口位于站区东南角，正对生产综合楼主入口。综合楼共两层，一层为10kV配电装置室、电容器室、接地变压器室及主控室，二层为110kV GIS室。

1.1 电气主接线

变电站设计规模及主接线。通过负荷资料的分析，考虑到安全、经济及可靠性，确定110kV变电站主接线。电气主接线图如图1所示。通过负荷分析和供电范围，确定变压器台数、容量及型号，该设计中主变压器总容量为2×50MVA（110/10.5kV），一期（共两期）设计为1×31.5MVA（110/10.5kV），采用双绕组油浸自冷有载调压变压器。110kV出线共2回，一期1回，采用内桥接线方式。10kV出线共24回，一期24回，采用单母线分段接线方式。无功补偿电容器为2×6000（3000+3000）kvar，分别接入10kV两段母线上。

图1 110kV望石变电站主接线图

各级电压中性点接地方式。110kV侧直接接地，由于主变压器10kV侧没有中性点，而10kV侧全部采用电缆出线，电网接地电容电流较大，故采用了站用电与消弧线圈共用的接地变压器。

1.2 短路电流水平

根据终期（共两期）双绕组自冷变压器的容量、空载损耗、负载损耗、短路阻抗等相关参数，考虑电网远景规划，按照三相短路验算，并套用《国家电网公司输变电工程典型设计110kV变电站分册》中110kV变电站典型设计（方案B-1），确定110kV电压等级的设备短路电流为kA，10kV电压等级的设备短路电流为31.5kA。

1.3 主要电气设备选择

考虑城市噪音控制，选用双绕组低损耗自冷变压器，采用YNd11接线组别。因站址临近海边，空气湿度大及盐碱度高，故110kV设备采用六氟化硫封闭式组合电器，断路器额定电流为2000A，额定开断电流为31.5kA。10kV设备选用N2X系列气体绝缘开关柜，N2X开关柜采用单气箱结构，每个开关柜独立一个气箱，气箱内安装免维护的三工位开关和固封极柱式真空断路器，通过插接方式与其他元器件组合，实现和满足不同的主接线方式。该开关柜分成三个间隔：高压密封间隔，低压控制间隔，电缆和TA间隔。断路器为真空断路器，主变压器及分段回路额定电流为3150A，额定开断电流为31.5kA；出线回路额定电流为1250A，额定开断电流为20kA。

1.4 过电压保护及接地

110kV及35kV设备全部选用金属氧化物避雷器，并按照GB 11032-202_《交流无间隙金属氧化物避雷器》之规定进行选择。按照防直击雷原则进行理论计算，在主建筑屋顶安装避雷带及避雷针，用以保护主建筑物及主变压器。按照DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》的规定进行电气设备接地，主接地网由水平接地体和垂直接地体组成复合接地网，将建筑物的接地与主接地网可靠连接，接地埋深0.8m。接地网实测电阻为0.43Ω。

1.5 站用电和照明

变电站远景采用2台干式接地变压器500/10.5-80/0.4，每台总容量为500kVA，其中站用电额定容量为80kVA。两台接地变压器分别经断路器接入10kV＃

4、＃5母线上。站用电为380/220V三相四线制中性点直接接地系统，站用变压器低压侧采用单母线分段接线。室外照明采用投光灯，室内工作照明采用荧光灯、白炽灯，事故照明采用白炽灯。事故照明为独立的照明系统。

1.6 计算机监控系统

计算机监控系统为分层分布式网络结构，能完成对变电站所有设备的实时监视和控制。电气模拟量采集采用交流采样，保护动作及装置报警等重要信号采用硬节点方式输入测控单元。系统具备防误闭锁功能，能完成全站防误操作闭锁。具有与电力调度数据专网的接口，软、硬件配置能支持联网的网络通信技术及通信规约的要求。全站设有一套双时钟源GPS对时系统，实现整个系统所有装置的时钟同步。监控系统可对110kV及10kV断路器、隔离开关、主变压器中性点接地开关、主变压器分接头、无功补偿装置、站用电源、直流系统、UPS系统等多方面进行监控。操作控制功能按分层操作设计，达到了任何一层的操作、设备的运行状态和选择切换开关的状态都处于计算机监控系统的监控之中。

1.7 保护装置的配置

整个保护系统全部选用微机型保护装置。主变压器保护包括差动保护和后备保护，在主控室集中组屏安装。10kV保护测控装置采用保护测控一体化装置，装设在成套开关柜上，10kV线路保护具有低周减载功能。另外，10kV系统还具有小电流接地选线功能。

1.8 直流系统

直流系统额定电压为220V，设单组阀控式铅酸免维护蓄电池组和双套冗余配置的高频开关电源充电装置，并设置一套微机型直流接地自动检测装置。蓄电池容量为100Ah。该系统还配置一台UPS，容量为3kVA，UPS系统为站内计算机监控系统、保护装置、通信设备等重要二次设备提供不间断电源。

1.9 图象监控系统和火灾探测报警系统

大楼入口处设置摄像头；主控室、电容器室、接地变压器室以及各级电压配电装置室均安装室内摄像头；主变压器区安装室外摄像头。监控信号通过光缆传送到调度主站，用以完成变电站全站安全及设备运行情况的监控。

站内配置一套火灾报警系统。火灾报警控制器设置在主控楼内。当有火灾发生时，报警系统可及时发出声光报警信号，显示发生火灾的地点，并通过通信接口和光缆，将信息最终传至调度端。结束语

该典型设计的变电站与常规室外布置变电站相比具有以下优点。第一，土地占用面积不足常规变电站的三分之一。第二，该站临近海边，属高污秽地区。所有配电设备均室内布置，尤其是110kV及10kV配电设备全部采用气体绝缘全密封开关设备，有效地防范了污闪事故的发生。第三，配电设备检修周期长，供电可靠性高。第四，采用接地变压器，很好地解决了10kV电缆出线引起的电网接地大电容电流。第五，具备了无人值班的条件，实现了变电站无人值班。

应用110kV变电站典型设计，能大大提高生产效率，同时也对110kV变电站建设标准、设备规范、节约土地及资源消耗等方面有着重要意义。

参考文献

[1] GB 50343-202_.建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].[2] GB 50057-202_.建筑物防雷设计规范[S].[3] DL 548-1994.电力系统通信站防雷运行管理规程[S].[4] DL/T 621-1997.交流电气装置的接地[S].[5] GB 11032-202_.交流无间隙金属氧化物避雷器[S].[6] 国家电网公司输变电工程典型设计110kV变电站分册，202_.