摘要：本文通过某高速公路路基及路面结构组合的设计，系统介绍了高速公路路基和路面结构组合设计的流程及相关参数的选取，本文的研究为高速公路路基路面结构设计提供参考依据。
关键词：高速公路；路基、路面
引言
新建沥青路面通常按一下步骤进行路面结构设计：
①根据设计任务书的要求，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。
②路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段（在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于1km），确定各路段土基回弹模量值。
③根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各机构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定个结构层材料设计参数。
④根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。上述计算应采用弹性多层体系理论编制的程序进行。路面设计流程如图所示。
1结构组合与材料选取
沥青路面各结构层如何选择和安排，使整个路面结构既能抵抗行车荷载和自然因素的作用，又能发挥各结构层的最大效能，是路面结构组合设计要求解决的问题。
沥青路面时由不同材料组成的多层结构，结构设计时应根据使用要求及当地自然环境条件，结合当地实践经验进行路基路面综合设计，按合理选材、方便施工、利于养护的原则，比较并选择路面结构设计方案。对于分期修建的路面工程，应通过技术经济论证，合理设计层次与厚度，使前期工程在后期能得到充分利用。为确保工程质量，应尽量选用便于机械化、工厂化施工的结构设计方案。
结构组合设计原则：
①面层、基层的结构类型和厚度应与交通量相适应
②适应车辆荷载的作用
③保证层间结合紧密稳定
④在各种自然因素下稳定性好
⑤适当的结构层数和厚度
⑥路面结构组合方案
计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为900万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量沙砾且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土（13cm），基层采用石灰粉煤灰碎石（厚度待定），底基层采用石灰土（取25cm）和天然砂砾（取15cm）。
规范规定高速公路、一级公路的面层由二层及三层组成。查规范中的沥青路面的高级路面中的沥青混合料类型的选择（方孔筛），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（厚度约3cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度4cm），下面层采用组粒式密级配沥青混凝土（厚度6cm）。
2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模量和劈裂强度。抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，因此得到20℃的抗压模量：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900MPa，石灰粉煤灰碎石为1500MPa，石灰土为550MPa；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，石灰粉煤灰碎石为0.6MPa，石灰土为0.25MPa.
3土基回弹模量的确定
路基土的回弹模量值除受加荷方式和应力状态等因素的影响外，还与土的性质、密实度、含水量及土基所处的干湿状态有关。路面设计时，应在最不利季节采用现场承载板试验确定土基顶面回弹模量，在路基尚未修建完工的情况下，通过有关参考资料估计土基的回弹模量。该路段处于Ⅳ５区，查得为40MPa。
4设计指标的确定
对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。
①设计弯沉值
路面设计弯沉值根据公式计算。该公路为高速公路，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：
②各层材料的容许层底拉应力
细粒式密级配沥青混凝土
中粒式密级配沥青混凝土
粗粒式密级配沥青混凝土
石灰粉煤灰碎石：
石灰土：
公路等级系数1，面层类型系数1，路面设计弯沉值24.4（0.01mm）。
计算结果如下：
公路等级：高速公路；新建路面的层数：6；标准轴载：BZZ-100；路面设计弯沉值：24.4（0.01mm）；路面设计层层位：6；设计层最小厚度：20cm。
按设计弯沉值计算设计层厚度：
LD= 24.4（0.01mm）
H（4）= 20 cm，LS= 25.5（0.01mm）
H（4）= 25 cm，LS= 22.7（0.01mm）
H（4）= 22 cm（仅考虑弯沉）
按容许拉应力验算设计层厚度：
H（4）= 22 cm（第 1 层底面拉应力验算满足要求）
H（4）= 22 cm（第 2 层底面拉应力验算满足要求）
H（4）= 22 cm（第 3 层底面拉应力验算满足要求）
H（4）= 22 cm（第 4 层底面拉应力验算满足要求）
H（4）= 22 cm（第 5 层底面拉应力验算满足要求）
路面设计层厚度：
H（4）= 22 cm（仅考虑弯沉）
H（4）= 22 cm（同时考虑弯沉和拉应力）
验算路面防冻厚度：
路面最小防冻厚度80cm
验算结果表明，路面总厚度比路面最小防冻厚度小5cm，程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足。
通过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面最下层，最后得到路面结构设计结果如下：
土基
5竣工验收弯沉值和层底拉应力计算
公路等级：高速公路；新建路面的层数：6；标准轴载：BZZ-100；路面设计弯沉值：24.4（0.01mm）。
计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值：
第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 23.5（0.01mm）
第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 25.2（0.01mm）
第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 27.6（0.01mm）
第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 31.2（0.01mm）
第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 73.4（0.01mm）
第 6 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 220.2（0.01mm）
土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5（0.01mm）
LS= 232.9（0.01mm）
计算新建路面各结构层底面最大拉应力：
第 1 层底面最大拉应力 σ（1）=-0.251（MPa）
第 2 层底面最大拉应力 σ（2）=-0.107（MPa）
第 3 层底面最大拉应力 σ（3）=-0.055（MPa）
第 4 层底面最大拉应力 σ（4）= 0.119（MPa）
第 5 层底面最大拉应力 σ（5）=0 .06（MPa）
参考文献：
[1]高速公路路面设计与施工[M]. 人民交通出版社，高速公路丛书编委会[编]，2001
[2]路面设计原理与方法[M]. 人民交通出版社，邓学钧，黄晓明编著，2001
[3]高等级公路路面结构设计方法[M]. 人民交通出版社，武和平 编著，2000
[4]公路沥青路面典型结构[M]. 同济大学出版社，韩凤华等编著，1998
[5]AASHTO，A Policy on Geometric Design of Highways and Streets，Washington，D. C. USA . 1994
论文作者:胡涛1,黄蕾2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/5
标签：路面论文; 应力论文; 厚度论文; 密级论文; 结构论文; 沥青论文; 面层论文; 《基层建设》2018年第11期论文;