沥青路面设计理论概况及施工技术简介

沥青路面设计方法可分为经验法和理论法。经验法主要是通过试验路或使用性能调查、分析而得；理论法实际上是理论与经验相结合的半经验半理论法，多数是以弹性层状体系理论为基础并通过实践验证而提出的，也有用理论分析法与经验相结合方法。我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）采用的是理论法。

由不同材料的路面结构层和土基组成的沥青路面结构整体，在车辆荷载作用下产生的应力、应变关系一般表现为非线性特性，准确地说，沥青路面在力学性质上属于非线性的弹-粘-塑性体。考虑到行驶的车辆荷载具有瞬时性（仅百分之几秒），在沥青路面结构中产生的粘-塑性变形数量很小，对于厚度较大、强度较高的沥青路面，将其简化为线形弹性体是可行的，并用弹性层状体系理论分析计算。

弹性层状体系由若干个弹性层组成，上面各层具有一定的厚度，最下面为弹性半空间体。我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）规定，沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论。

（一）沥青路面结构的破损模式

沥青路面的主要破损模式

沥青路面在使用过程中的破损形态各异，破损的原因是错综复杂的，根据破损现象的成因及对路面使用性能的影响，路面的破损可分为以下几种主要模式。

1.疲劳开裂

疲劳开裂是指由于车轮荷载的反复作用，路面材料在低于极限抗拉强度的情况下，结构层经受重复拉应力或拉应变而最终导致开裂。疲劳开裂的特点表现为：路表无显著的永久变形，开始阶段多数是细而短的横向开裂，并逐渐发展为网状开裂，开裂的宽度和范围不断扩大。产生疲劳开裂的主要原因是：结构整体强度不足或在车轮荷载反复作用下，沥青结构层底面或半刚性基层底面产生的拉应力（或拉应变）超过材料的疲劳强度，底面便产生开裂，并逐渐扩展延伸到表面。

结构层达到临界疲劳状态时所承受的车轮荷载重复作用次数称为疲劳寿命。

2.永久变形(https://www.xing528.com)

永久变形包括路面沉陷与路面车辙。

（1）沉陷是路面在车轮荷载作用下，其表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象。当沉陷严重超过了结构的变形能力时，在结构层受拉区产生开裂而形成纵裂，并有可能逐渐发展成网裂。引起路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。当路基土的承载能力较低，从路面传递到路床顶面的车轮荷载压力超过其抗压强度时，就会产生沉陷并导致路面的开裂、变形和破坏。

（2）车辙是路面结构层及土基在行车荷载重复作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累计永久变形。这种变形出现在行车轮迹带处，特别是在渠化交通的情况下容易形成路面的纵向带状凹陷。车辙是沥青路面的主要破损形式。对于沥青路面而言，即使每一次行车荷载作用下产生的残余变形量很小，多次重复作用累积起来的残余变形总和将会较大，足以影响车辆的正常行驶。沥青路面的车辙与荷载应力大小、重复作用次数以及路面结构层和土基的性质有关。

3.低温缩裂

沥青路面结构中的一些半刚性结构层在低温（负温度）时由于材料收缩受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉强度时便产生横向间隔性的（间距为5～8 m）裂缝，严重时发展为纵向裂缝（因为路面的纵向约束远大于横向约束）。在冰冻地区的冬季，沥青面层及半刚性基层都可能出现这种裂缝。低温裂缝的产生与荷载无关。

（二）沥青路面设计的控制指标

结合以上分析，应当根据沥青路面在行车荷载和自然因素作用下所产生的应力、应变和位移量不超过路面任一结构层中材料的允许应力、应变和位移量来确定沥青路面结构层的组合和厚度，以达到防止或减少各种路面破损现象的发生，保证在设计使用年限内汽车能够在路面上安全、迅速、舒适地行驶。

我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2017）规定，沥青路面设计应控制沥青混合料层疲劳开裂损坏、无机结合料稳定层疲劳开裂损坏、沥青混合料层永久变形量、路基顶面竖向压应变，以及季节性冻土地区的路面低温开裂。