发布时间：2023-04-12 17:44:42
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的沥青路面结构设计论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：沥青路面；设计指标；参数
1．引言
我国的沥青路面设计规范对设计指标和相应的参数都有具体的规定，并且随时间的推移，设计指标和参数进行着不断的优化选择，如果新的设计指标和参数更为有效，对于沥青路面的设计和后期病害的预防起着举足轻重的作用。
2．对我国设计规范的回顾
2.1 1958 年版规范
1958 版规范以极限相对弯沉作为设计指标，设计方法采用单圆荷载均质体弹性理论。极限相对弯沉λk= lk / D，D 为荷载作用面积当量圆直径，lk 为路面处于极限状况时，在荷载作用中心处的路表极限弯沉值。
2.2 1966 年版规范
1966 年版规范主要是修正了1958 年版规范的弯沉计算公式，提出了中国气候分区及路基和路面材料计算参数值表，但设计标准与设计指标没有变动。
2.3 1978 年版规范
1978 年版规范以容许弯沉作为设计指标。容许弯沉是路面达到破坏状况时双轮轮隙中点的路标回弹弯沉值。对弯沉在全面调查时，按路表外观特征将沥青路面划分为5 个等级，视第四个等级的沥青路面已达到损坏状况，以第四等级路面弯沉低限作为路面处于破坏临界状态的划界标准，此时的弯沉值即容许弯沉值。
容许弯沉值的经验公式：
l R=(mm)
Nf ――路面达到临界破坏状态时的标准轴载累计作用次数；
A1――路面类型相关的系数。
2.4 1986 年版规范
1986 年版规范以路表容许弯沉值作为主要设计指标，对容许弯沉公式中的系数做了修改，并增加了公路等级系数，另外增加了沥青混凝土面层或整体性材料基层的弯拉应力验算指标。
(mm)
A2――公路等级系数。
2.5 1997 年版规范
1997 年版规范采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，计算路面结构厚度。对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行层底拉应力的验算。同86 规范比较，设计指标成设计弯沉，并且增加了基层类型系数。
(mm)
A3――基层类型系数。
《公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)》取消了1987年设计规范中的诺谟图，沥青路面的设计采用专用计算机程序完成，这样避免了繁杂的查图设计工作。
2.6 2006 年版规范
2006年10月，交通部了公路沥青路面设计规范的新版本。此版规范沿用了前一版（1997版）规范的结构设计方法。
(1)即：计算弯沉值不大于设计弯沉值
(2)即：计算点的层底拉应力不大于材料的容许拉应力
在进行结构响应分析时，材料参数的取用采用下述方法：（1）路基回弹模量采用承载板法测定，并以不利季节的数值作为设计值；（2）半刚性材料的回弹模量采用120天或180天龄期的压缩模量测定结果，其抗拉强度采用相同龄期的劈裂强度试验结果；（3）沥青混合量的模量采用20°C（计算路表弯沉）或15°C（计算层底拉应力）时的压缩模量测定结果，其抗拉强度采用15°C时的劈裂试验结果，但未考虑不同地区温度差异的影响。
3．对我国现有规范的设计指标和参数的分析
分析现行的设计指标和参数，可发现存在以下问题：（1）路面结构厚度设计都是路表容许弯沉值指标起控制作用，但该指标无法具体反映路面的使用性能和损坏类型。（2）路表弯沉值是一项整体性、综合性和表观性的指标，其无法控制面层底面或基层底面的应力状况和大小，也不能如实反映路面可能出现的损坏类型。（3）对于柔性基层沥青路面，现行规范的设计指标和相关参数值有待补充和修正。（4）各项材料性质测试指标和方法未能如实反映材料的力学特性，故难以正确建立力学响应量与路面结构使用性能之间的关系模型。（5）新规范提出采用面层底面拉应力和半刚性基层底面拉应力作为设计指标指导路面结构设计，但已有研究指出：仅半刚性基层底面拉应力是一个有效指标。
4．半刚性基层沥青路面设计理论改进
沥青路面设计方法必须采用多指标控制，才能避免或者控制车辙与裂缝等主要病害。下面就疲劳开裂与车辙形成两个方面分别讨论如何进行沥青路面设计。
4.1 半刚性基层沥青路面疲劳寿命问题
我国的半刚性基层沥青路面裂缝以反射裂缝为主，反射裂缝的本质就是沥青面层在不利力学状态下的疲劳断裂。进行沥青路面结构设计计算时应该采用基层发生开裂后的等效模量，或者按照断裂的基层建立模型计算面层底面的拉应力、拉应变。同时建立其适用于我国各个地区的沥青混合料材料的疲劳方程，结合新的计算方法进行路面结构的抗疲劳开裂设计。
4.2 半刚性基层沥青路面车辙问题
随着我们沥青路面的设计厚度得到增加，车辙病害逐渐显现出来。已有研究得知：半刚性基层沥青路面的车辙变形主要来自上中面层的流变变形及隆起变形，接近基层的部分变形很小。可以推断控制半刚性基层沥青路面的车辙变形需要在路面面层中选取一个合理的力学指标。建立半刚性基层沥青路面计算模型，考虑高温下面层模量为400MPa，半刚性基层及其以下结构层强度与温度无关。按照压应变和剪应变指标，在相同材料下对路面厚度有着不同的要求。路面厚度增加面层内部的压应变是变小的，而面层厚度增加导致面层内部剪应变增大。鉴于目前路面结构设计存在众多不同意见，不对路面面层厚度发表相关看法。至于控制面层永久变形的合理指标，希望公路领域专家早日确定一个合理的指标。
5.沥青路面设计理应考虑的指标和参数
5.1 沥青路面新指标和参数体系构建原则
为了改善现行沥青路面结构设计的指标和参数，2005年初交通部立项开展研究，计划提出新的设计指标和响应的设计参数。主要依据下述原则考虑：（1）仍遵循力学――经验法的基本思路；(2)针对层状复合结构和损坏类型多样化的特点，采用多设计指标体系，各指标分别控制对应的损坏类型；(3)设计基准期内路面的累计损伤仍采用当量损坏法分析；(4)对设计参数的采集要求分为3个层次，分别规定不同精细或准确程度的方法；(5)材料性质参数应能反映行车荷载和环境因素对其性状的影响，并采用科学的试验方法测定；(6)各种损坏模型的建立以室内试验为基础，室外验证和修正以路面加速加载试验(ALF)为主；(7)在现有国内外前沿水平的基础上建立设计指标和参数的基本框架体系。
5.2 现行的沥青路面设计指标和参数
现行沥青路面设计指南所构建的设计指标体系：沥青层的疲劳寿命、无机结合料稳定层的疲劳寿命、路基顶面的容许压应变、沥青混合料的蠕变率以及沥青的蠕变劲度和断裂应变，前三项主要与路面结构有关，而后两项则主要与材料组成有关，他们分别针对和控制五种主要路面损坏类型。
现行沥青路面设计指南所构建的设计参数：路基和粒料层回弹模量、路基回弹模量湿度调整系数和综合调整系数、沥青混合料动态压缩模量、无机结合料弹性模量，并相应地制定了各个参数的标准试验规程。这些设计参数能反映材料的力学性质，并能与设计指标的预估模型建立合理的相关关系。
6．结论
目前我国沥青路面设计规范、设计理论已经比较成熟，但是设计指标还存在不足。为此，对于沥青路面有效的设计指标和参数的确定还需要做更多的研究和探讨、进行更为精确的论证，得出更为有效的模型和理论支撑。
参考文献：
[1] 公路沥青路面设计规范（JTG D50--2006）.人民交通出版社，2006.
[2] 公路沥青路面施工技术规范（JTG F40--2004）.人民交通出版社，2004.
[3] 沥青路面设计指标和参数研究.中交公路规划设计院有限公司.2007-12.
论文关键词：沥青路面 早期损坏 合理结构 反射开裂 水损坏
论文摘要：目前，随着我国公路建设不断发展，沥青路面结构作为主要的路面结构而被广泛应用。但是在我国目前公路建设和养护过程中，沥青路面结构的损坏问题非常突出，成为目前困扰我国交通建设发展的难点和热点问题。文章就我国沥青路面主要结构形式和使用性能评价进行了相关分析。
在我国公路建设不断发展的过程中，沥青路面结构作为一种主要的路面结构形式被广泛应用。目前我国通车的公路路面中，约80%以上的路面结构采用了沥青路面，沥青路面结构已成为我国公路建设发展过程中所采用的主要路面结构形式。在公路建设取得巨大成就的同时，也暴露出了一些问题，特别是在已建成的高速公路中，沥青路面结构出现了较多的早期损坏，明显表现出沥青路面结构长期使用性能的不足。本文开展了我国沥青路面主要结构形式和使用性能评价的研究。
一、沥青路面功能作用和要求
沥青路面的功能和作用不言而喻是以满通车辆安全、舒适通行为目的的，由于公路是暴露在自然环境条件下的土工工程构造物，因此，沥青路面还需满足并适应自然环境条件。我国现行的公路沥青路面设计规范对沥青路面结构设计的目的做出了明确要求，即“路面在设计年限内，满足各级公路相应的承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求”。根据路面的功能和作用，对沥青路面结构的基本要求包括以下几个方面：（1）强度，公路路面的强度是指路面结构层对于行车和自然因素等作用的抵抗能力即承载能力；（2）稳定性，公路路面的强度经常受到自然气候和水文因素的影响而发生变化，为了保证路面满通车辆行驶的需要，要求路面结构在任何气候和水文条件下都必须保持稳定的强度；（3）平整度，路面越平整，交通车辆行驶时的振动、冲击越小，行车的滚动阻力也越小，这样就能保证交通车辆以较高的车速行驶，并使车辆的损坏减少，燃油和轮胎磨耗降低，行车更舒适；（4）粗糙度，路面粗糙度的大小关系到行车安全，因此沥青路面必须满足一定的抗滑要求。
二、沥青路面结构的分类
从大的分类来说，公路路面可以按照使用的材料、施工方法、工程造价的多少或使用的品质及承受的交通荷载的方式进行分类。公路路面通用的分类如下，按照使用的材料、施工方法分类，公路路面可以划分为以下几种类型土质路面、稳定处理路面、沥青路面、水泥混凝土路面、砌块路面。按照工程造价的多少分类，可以分为低级路面、中级路面和高级路面。按照承受的交通荷载的方式分类，可以分为柔性路面和刚性路面，我国还增加了半刚性路面。此种方式还可以认为是根据路面的力学特性进行划分的。
我国按照路面使用性质和技术因素，公路路面划分为高级路面、简易式高级路面、过渡式路面和低级路面四类。按照路面在交通荷载作用下的工作特点划分为三类，即柔性路面，包括铺筑于非刚性底层上之各级沥青路面及用有机结合料或不同结合料之各种土壤路面与粒料路面。刚性路面，包括水泥混凝土路面及用水泥混凝土为底层上铺沥青作为磨耗层之路面。半刚性路面，水泥混凝土基层上之各种块料铺砌的路面。按照路面在荷载作用下的工作特点，公路路面类型划分调整为两类，即柔性路面包括有机结合料处治石料路面，碎石和砾石路面，块料铺砌路面，结合料处治土和粒料改善土路面等。由于我国沥青路面结构形式日趋单一，现行规范对路面结构类型的分类明显不全面，比如国外应用较多的半刚性材料做底基层，沥青稳定粒料和粒料材料做基层的结构形式在现行规范中没有定义，而国外一般称这种结构类型为混合式结构或倒装式结构。
三、沥青路面早期损坏原因与机理分析
近年来，我国沥青路面早期损坏现象引起了广泛的关注，有关的科研院所、院校、以及交通部门对造成沥青路面结构早期损坏的现象、原因进行了分析和研究。本文在分析和总结这些资料的基础上，通过对几条高速公路实际使用性能的调查，对半刚性基层沥青路面结构早期损坏类型和原因进行了分析总结。
（一）关于半刚性基层沥青路面的开裂
半刚性基层路面的开裂是一种必然的结果，因为这是由半刚性基层材料本身的性质决定的。尽管我们可以通过一定的技术途径改进或改善半刚性基层材料的开裂的特点，但壁面半刚性基层材料的开裂特点。照以上分析，当水泥稳定材料用做路面基层时，交通荷载的作用会加剧水泥稳定材料的开裂，因此在一定条件下，基层开裂的结果必然反映到面层上来，材料的性质从根本上已经确定开裂的发生。所以说水泥稳定类材料的开裂是必然的。在这个阶段中，如果水进入路面结构内，一方面由于水和水泥稳定材料中的细颗粒在开裂破碎后能形成胶液，对开裂有一定重愈合作用，如果这种潮湿状况在短时间内得以改变，水泥稳定材料的强度会重新形成，但在重交通荷载作用下，由于压力水的渗透，水泥稳定材料的开裂也可能被加速。
（二）关于半刚性基层沥青路面结构的反射开裂
通过对国内半刚性基层沥青路面结构早期损坏现象调查后发现，目前国内很多高速公路由于半刚性基层材料的开裂引起的反射裂缝问题非常突出，分析造成半刚性基层开裂的原因就是使用的水泥剂量太高，在很多高速公路上，行车道上的反射裂缝很明显，而超车道上的反射裂缝几乎没有，证明了以上对材料开裂的分析是正确，正是在交通荷载作用下，半刚性基层的开裂会加剧，有效使用寿命会缩短，半刚性基层材料开裂引起的反射裂缝不可避免。要避免这种早期损坏的发生，半刚性基层的强度必须控制在一定范围内。
（三）关于半刚性基层沥青路面结构的破坏机理
按照前面我国沥青路面结构设计方法，半刚性基层沥青路面结构的破坏应该从半刚性底基层开始，实际沥青路面结构的早期损坏形式和试验结果表明这种设计理念并不全面，因为目前大多数的半刚性基层沥青路面结构的破坏是始于沥青面层的。这种破坏形式目前在国内的一些高速公路上也已经表现出来，其特征还可以通过路面表面的弯沉指标反映出来，即当这种破坏发生时，路面结构表面的弯沉仍然较小。对于较薄沥青面层的半刚性基层沥青路面结构，在路面交通荷载作用下，随着沥青路面结构层间黏结状态的改变，沥青层与半刚性基层的层间结合状况由逐渐由连续变为滑动，沥青面层的疲劳剪切开裂发生;随着荷载的继续作用，半刚性基层的裂缝得到快速扩展，并逐渐向上反射，造成沥青层的破坏进一步加剧，这个阶段可以认为是半刚性基层沥青路面结构疲劳破坏的第一阶段；随着交通荷载的继续作用，沥青层和半刚性基层的开裂进一步加速，路面结构强度急剧衰减，直到沥青层和半刚性基层发生完全损坏，成为第二阶段。
（四）半刚性基层沥青路面的水损坏
目前半刚性基层沥青路面结构的水损坏主要有两种表现形式，即沥青混合料的水损坏和结构性水损坏。半刚性基层沥青路面结构的水损坏有两种表现形式，一种是由于半刚性基层没有形成足够强度或强度不足，当路表水进入使半刚性基层后，由于半刚性基层的软化而造成强度失稳，从而在路面结构表面形成坑槽;另一种形式是半刚性基层强度过高，开裂在所难免，当路表水进入路面结构后，不仅会软化半刚性基层表面，而且水会沿裂缝深入整个半刚性基层内部，导致路面结构发生根本性的损坏，在交通荷载作用下，这种破坏进一步加剧。因此，要控制和解决半刚性基层的早期水损坏问题，一要注意选择合适的沥青混合料类型，另一方面要控制半刚性基层材料的强度在合理的范围内，不能低，也不宜太高。
（五）关于半刚性基层沥青路面结构的车辙
沥青路面车辙的形成主要受温度、轴载、材料类型以及路面结构形式的影响，其中温度对车辙的形成影响最大。对于半刚性基层沥青路面结构，当温度较高时，由于沥青层软化，沥青混合料非常容易发生塑性形变。路面结构面层材料强度应高于基层材料。基层材料的强度要大于底基层材料，路面结构层的强度从上到下应有一个合适的比值。
四、结语
通过对国内外沥青路面结构形式及使用性能的对比研究，结合我国沥青路面特点，详细分析了我国沥青路面主要结构形式，并分析了路面结构早期损坏特点以及原因，为我国公路建设合理规划设计提供设计基础。
参考文献
关键词:沥青路面;水损坏;路面结构;持续粘附能力;表面能理论;分子定向理论
中图分类号:U416
文献标识码:A
文章编号:1009-2374(2009)18-0186-03
一、沥青路面水损坏的特性
沥青路面水损坏是一个普遍存在的问题,也决不是一个过时的话题,特别是在中国南方地区。沥青路面水损坏问题的本质是沥青与集料在静、动水压力作用下的持续粘附能力,这也是该问题的核心。沥青混合料水损坏的作用机理,主要依据是沥青对集料的粘附理论,包括力学理论、化学反应理论、表面能理论和分子定向理论。
(一)沥青特性
沥青一般带负电荷,由于含有少量羧酸和亚枫而呈弱酸性;而集料的岩性决定了集料表面电荷的性质和酸碱特性。所以,按照化学反应理论,沥青对集料的粘附性决定于集料的岩性。
(二)集料特性
某些集料过分坚硬致密,破碎后表面光滑不利于沥青粘附。潮湿的集料与沥青的粘附性大大降低。滞留在混合料内部的水分夏季遇高温会变为水蒸汽,使沥青膜从集料表面撑开。而有些吸水率稍大的集料,只要施工时彻底干燥,沥青将会被吸入集料内部一部分,反而有良好的水稳定性。集料中含有泥土对沥青混合料得水稳定性的影响很大,土壤都带有负电荷,它是强亲水物质。单从材料本身的角度而言,水渗入路面中的途径还是很多的,例如施工时集料本身是含水的,而生产混合料时又不可能完全烘干,又例如施工时由于石料本身压碎值较大或压路机振幅过大,路面表面露白,给水进入沥青与集料之间的界面提供了条件,还有开放交通后集料表面沥青的磨耗、集料本身的损失等,都造成路面内部实际上是长时间处于潮湿状态的,如果沥青与集料粘附性不良,剥落也是不可避免的。排水不良、路面渗水是我国高速公路沥青路面水损害的重要原因,但并非根本原因,根本的原因是沥青与集料的粘附性不良。要防止或减轻沥青路面水损害,最好是能提高沥青与集料的粘附性。但是,消石灰和水泥的添加不可能完全搅拌均匀,抗剥落剂的性能参差不齐,目前国内抗剥落剂的添加工艺的不成熟导致添加效果差,都给沥青与集料的粘附性留下了隐患。
因此,在改善沥青对集料粘附性的同时,对路面结构和排水进行研究改善显然是十分必要的,国内、外对透水基层、抗滑密实的上封层和排水设施等进行了研究与应用,这是疏导的方法。
二、现行设计规范对沥青路面水损坏的考虑
我国现行沥青路面设计规范针对沥青路面水损坏现象作了如下规定:
1.粗集料与沥青应具有良好的粘附性,对年平均降雨量1000mm以上的高速公路和一级公路,表面层所用集料与沥青的粘附性应达到5级;其他情况粘附性不宜低于4级。
2.当粘附性达不到要求时,应通过掺入适量的消石灰、水泥或抗剥落剂等措施,提高粘附性等级及混合料的水稳定性。
3.矿粉必须采用石灰石等碱性石料磨细的石粉,不得使用酸性岩石等其他矿物的矿粉。
4.为防止雨雪下渗,浸入基层、土基,沥青面层应选用密级配沥青混合料。当采用排水基层时,其下均应设防水层,并设置结构内部的排水系统,将雨水排除路基外。
5.为排除路面、路基中滞留的自由水,确保路面结构处于干燥或中湿状态,下列情况下的路基应设置垫层:(1)地下水位高,排水不良,路基经常处于潮湿、过湿状态的路段;(2)排水不良的土质路堑,有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段;(3)季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段,可能产生冻胀需设防冻垫层的路段;(4)基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。
6.现行沥青路面设计规范还规定沥青混合料的空隙率较大、路面渗水严重时宜设上封层。可以看出,现行规范对沥青路面水损坏的防治还停留在给出设计原则阶段,因而是粗线条的,对于中央分隔带、路缘石如何设计、路面结构组合应选用哪些类型的混合料还不够详尽,不能很好地指导建设、施工。
三、影响沥青路面水损坏的路面结构因素分析
路面结构组合和路面排水设计合理时,路面排水通畅,路面结构内部基本无积水或不至于产生动水压力,有利于沥青混合料的水稳定性,反之则不利于沥青混合料的水稳定性。
(一)路面结构组合设计
1.材料――沥青混合料类型。沥青混合料为全开式结构或密实式结构时,路面不易发生水损坏;沥青混合料为半开式结构时,路面易发生水损坏。随着公称最大粒径的增大,渗水系数将增加,所以为了做到密水,减小公称最大粒径是有效的。
施工失败时以上关于沥青混合料类型对路面水损坏的影响的分析不适用。沥青路面密实度小,则孔隙率大,路面结构内部积水,在车辆荷载作用下易产生动水压力。
2.结构组合。路面结构组合设计包括给路面不同层位选择恰当的材料类型,保证路面结构的整体承载力和水稳定性。这包括选择密实而具有良好骨架结构的沥青混合料,使得路面不至于发生表面型水损坏;选择良好的透层和粘层材料,使得路面整体强度足够,不至于发生内部型水损坏;处理好接缝,避免缝边级配离析和压实不足。
例如,近年来广泛采用的三层式沥青路面结构中,上面层普遍设计为AK类沥青混合料,是一种半开式结构,再加上施工离析等原因,路面水损坏严重,在排水不畅的桥面情况更严重;下面层普遍设计为AC-25I型,而实际使用效果该层由于施工离析严重,导致透水严重,大量发生内部型水损坏,使得路面疲劳耐久性差,有时甚至中面层AC-20I型沥青混合料也存在相同的问题。湖北省和广东省就提出将下面层设计为AC-20I型沥青混合料,这一建议显然具有进步性。但是,由于加工更小粒径的碎石工艺流程更繁杂、产量更低和单价较高等原因,这一建议一直没有得到采纳。
对于沥青面层的厚度与公称最大粒径的关系一定要引起注意,必须保证厚度不小于公称最大粒径的3倍,对SMA要求甚至更高。然而,国内一些高速公路建设忽视了这个问题,例如有些公路由于造价的原因减薄了路面结构厚度,却没有相应调整沥青混合料类型,导致两者不相匹配。厚度与公称最大粒径不相匹配一般是厚度偏薄,其后果是级配离析严重,表面缺粒严重,导致压实离析,路面渗水。相反的例子是,施工单位私自调整级配,名义是按设计混合料类型施工,实际调细级配甚至将公称最大粒径减小一个筛孔,使得上述不良现象大大减轻甚至基本消失。
由于国内长期以来注重路面平整度等原因,路面结构设计的主流一直是半刚性基层沥青路面,对于柔性基层结构使用较少,在沥青下面层和上基层之间采用碎石层作排水层的做法自然就难以实施。许多国家在水泥稳定碎石集料上面设置级配碎石层作为过渡层,以减少路面的开裂和有利于排水,成为倒装结构,如南非、法国和德国等。我们经常说有些国家也使用半刚性基层,实际上是组合式基层沥青路面。
过去较多地使用乳化沥青类、稀释沥青类材料作为透层、粘层,但实际使用效果较差,不仅层间脱空,而且水容易渗透进入路面结构,或积存在上基层表面,造成沥青路面唧浆等。稀释沥青类材料作为透层、粘层存在的问题是,我国工程建设往往工期十分紧张,特别是新建公路,有时存在作为稀释剂的煤油还没有挥发就摊铺上一层混合料,影响了路面质量。近年来较多地使用热沥青类材料作为透层、封层,层间结合加强的同时,路面结构防水能力也得到加强。
近年来越来越注重施工缝的设置,这也是结构方面的很好的考虑,例如,相邻两幅及上下层的横向接缝均应错位1m以上,上面层应采用垂直的平接缝。上、下层的纵缝应错开150mm(热接缝)或300～400mm(冷接缝)以上。这些措施有利于防止集料离析上下重叠或左右紧邻,防止形成联通的透水面积。
(二)路面排水设计
路面排水设计与沥青路面水损坏密切相关,适当的路面排水设计与路面结构设计组合可以极大地减缓路面水损坏。路面排水设计应遵循几个原则,使得路面降水尽快通过路表迳流排走,进入路面结构内部的水以尽量快的速度通过路面结构内部排水系统排走。
1.中央分隔带排水。在我国,中央分隔带植树防眩而不加封闭带来的水损坏现象一直以来没有得到改善,但近年来,一些公路特别是改扩建的公路开始将植树以外的面积采用浆砌片石等措施进行封闭。遭受抱怨的还有反滤土工布被立柱打穿,造成中央分隔带渗水,但可从设计上检查立柱尺寸是否足以穿透土工布。
2.硬路肩排水。挡水式的路缘石使路面表面排水滞留在路面上成为水坑,也妨碍了具有一定透水能力的表面层的内部积水从硬路肩排出。近年来较多采用了平放的路缘石,不至于使水滞留在路面上。
3.路面结构内部排水。挖方路段的排水往往是薄弱环节,尤其要注意边沟的深度,不仅能排路表水,还应能排结构层的水,使路面内部的水能排入边沟。路基中有地下水或裂隙水冒出时,将使路基含水量过大,承载能力严重降低,所以挖方路段的纵向排水盲沟也是很重要的。在沥青层下设置排水层,可以是级配碎石层,也可以是嵌挤良好的沥青或水泥稳定碎石(或贯入式结构层),空隙率应达到15%以上。但施工期间必须保证路面不被污染,以防止将空隙堵住。
(三)施工质量和工艺
施工质量和工艺的可靠、合理是一切设计得到体现的保证,是工程建设的生命。没有施工质量和合理的工艺作保障,任何完美的设计都只是一纸空文。
以上路面材料、结构组合和路面排水系统等几个影响因素都对沥青路面水损坏存在影响,相互之间一方面普遍存在联系,另一方面又存在相对独立性。它们是通过沥青与集料在静、动水压力作用下的持续粘附能力这一内部影响因素而相互联系的,故属于内部联系、本质联系。
四、沥青路面水损坏的室内试验研究方法简介
一般而言,沥青路面水损坏研究以沥青路面在车辆荷载和路面结构内部水的双重作用下的损坏为研究对象。没有车辆荷载的作用,动水压力无从产生;没有路面结构内部水的存在,即使有车辆荷载,也不会产生动水压力,故车辆荷载和动水压力对沥青路面的水损坏研究缺一不可。
目前,有关水对沥青混合料性能影响的研究大部分集中在分析沥青混合料的水敏感性和抗水损坏材料的开发上,而有关水的作用对沥青混合料长期性能的影响,以及路面在此条件下的疲劳寿命衰减等方面的研究工作进行得较少。
常规的描述水对沥青混合料性能影响的试验方法大致可分为两类:
一类是将未经压实的松散沥青混合料浸于水中一段时间后,主观评价或利用试验仪器检查集料裹覆沥青膜的剥蚀程度,并据此作为判定沥青混合料水稳定性的依据。这类方法以水煮法、浸水法和光电分光度法为代表,美国SHRP研究内容中还发展了一种搅动水净吸附法。目前有研究改变这类试验的试验参数如试验温度、试验时间等进行试验,取得了初步效果。
另一类评价方法是将沥青混合料试件或芯样置于一定的水浸蚀环境条件下,以某些物理力学指标的衰减程度来表征混合料的水稳定性。这类方法有马歇尔试验、冻融劈裂试验、洛特曼试验、改进的洛特曼试验以及浸水轮辄试验等。
也有过一些研究从一定角度模拟了水对沥青混合料的动态作用,如Jimenez在亚利桑那大学提出重复孔隙水压力的作用。为了能够模拟孔隙水压力,将试件浸入水中,同时施加一个能够产生35～217kPa的孔隙水压力的循环应力作用。Jimenez认为这个水压力范围与饱和状态沥青路面在车辆荷载作用下产生的孔隙水压力范围是相吻合的。
工欲善其事,必先利其器。恰当的试验方法是通向研究成功的第一步,也是关键的一步。在目前沥青路面水损坏普遍严重存在的情况下,研究有效评价沥青混合料或沥青路面水稳定性的室内试验方法,是十分有必要的,也是十分紧迫的。
五、沥青路面水损坏的现场试验研究方法
为了使沥青混合料水稳定性研究符合实际、接近实际,光凭室内试验分析是不够的,有必要在实体工程中开展现场试验研究。然而到目前为止,国内外还没有完整地提出过进行沥青路面水损坏现场试验研究的思想,已有的研究还只限于在路况调查阶段对沥青路面水损坏进行分类、归纳、统计和分析查明原因。沥青路面水损坏现场试验研究方法的提出,无疑将成为本课题研究的一个创新点。
1.比较研究不同结构组合沥青路面的水稳定性,如半刚性基层与沥青稳定基层沥青路面,又如表面层设计为AK-13A、SAC-13的和SMA-13A的进行比较,中、下面层设计为AC类结构的和FAC类的结构进行比较,层间结合采用乳化沥青的和采用热沥青的进行比较,下封层采用应力吸收层的与采用热沥青上撒布瓜米石的进行比较。比较的具体方法可以采用现场病害调查(反映表面水损坏情况),也可以采用路表弯沉检测分析(反映内部水损坏情况),既能调查得到需要的数据,又不对路面造成破坏。
2.利用TBR仪等无损检测手段检测路面结构内部实际含水情况,比较不同路面结构表面和内部排水设计的沥青路面的水稳定性,例如对是否设置排水垫层的路面进行对比,对是否封闭中央分隔带除植树以外部分的路面进行对比,对是否设置硬路肩路缘石的路面水稳定性进行对比。
3.利用动水压力测试系统,对车轮荷载作用下动水压力进行测试,为路面结构受力分析提供更多参数。
4.利用公路改扩建的机会,进行开挖试验,检验不同路面结构组合、不同路面排水设计情况时的沥青路面水稳定性。
六、结语
沥青路面水损坏涉及设计、施工和养护等众多环节,而路面结构设计的影响尤其重要。针对沥青路面水损坏的现状,显然应该从设计的角度下更多的功夫,例如现行设计规范主要从力学的角度考虑沥青路面结构承载能力,对水损坏的考虑就有很大的欠缺,没有针对路面使用性能进行设计。要想在短时间内解决路面设计方法体系显然是有不小困难的,然而,从材料的角度对沥青路面水损坏的室内、外试验研究也还很不够,特别是没有从理论上很好地解决沥青混合料水稳定性的原理,这也是沥青混合料水稳定性设计和检验的难题所在。
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关键词： 沥青路面 病害 大修技术 罩面翻修
中图分类号：TF526文献标识码： A
在碎石或者矿粉等矿质材料中掺入路用沥青铺筑的路面称为沥青路面。在矿料中掺入沥青提高了路面的稳定性，使路面更加平整，光滑，耐磨耐用。沥青路面在是公路建设中被广泛应用的高等级柔性路面。但是随着交通行业的高速发展，很多沥青路面在高负荷条件下工作，出现了坑槽、松散、车辙、裂缝等病害。沥青路面的大修技术逐渐成为公路管理部门研究的主要问题。目前沥青路面的修复技术有罩面、翻修以及再生等技术，大修技术还处于研究阶段，各方面理论还不完善。
1 沥青路面病害及其成因
路面病害及其成因是设计沥青路面大修方案的依据，为更好地分析沥青路面大修技术面，通常需要进行定量或定性评价分析路面病害以及路面产生损坏的原因。对于沥青路面常见车辙、裂缝病害以及成因分析如下：
1.1车辙及其成因分析
1.1.1车辙
车辙是沥青路面在车辆荷载的反复作用下产生的竖向不可恢复变形。车辙按成因不同分为磨耗型、失稳型、压密型以及结构型四类。
磨耗型车辙是沥青路面表层材料在车轮摩擦以及外界环境条件下逐渐损耗而形成的车辙。磨耗型车辙一般随着路面的已建成年数的增加而加剧，另外，若车辆使用防滑链和带钉轮胎后，磨耗型车辙更容易产生。失稳型车辙是由于沥青面层材料的剪切变形引起的。根据失稳的层次结构的不同，失稳车辙又可以分为路基失稳型、基层失稳型以及面层失稳型。产生这类车辙的原因有很多，主要原因是路面结构设计不合理，路基不均匀沉降以及路面承受荷载超过设计荷载。压密型车辙是由于路面碾压不当，产生的车辙，主要是为追求平整度，压实度过高，导致压应力超过沥青的极限抗压强度。结构型车辙是由于路面承受的车辆荷载超过了路面的强度，沥青面层以及路基等结构产生不可恢复的永久变形，这种车辙宽度较大，车辙两侧无隆起现象的V型断面。
1.1.2 车辙的成因分析
车辙的产生的原因多而复杂，并且不同类型的车辙产生的原因也相差很大。对于国内公路车辙的成因，国内专家通过调查以及钻芯取样等方法研究分析结果如下：
(1)面层矿料级配不当
面层矿料的级配一般通过施工技术规范以及现场试验确定，矿料级配不合理导致路面稳定性差，路面承受车辆荷载时，产生车辙。若沥青路面面层混合料级配中细粒偏多，粗骨料偏少，混合料之间摩擦力较小，细料悬浮在路面结构中未形成稳定的骨架，这种路面结构稳定性较差。但是若沥青路面面层混合料级配中粗骨料偏多，细骨料偏少，这样导致粗骨料之间的缝隙不能被细骨料充分填筑，形成不稳定的路面结构，在车辆荷载作用下路面结构极易碾压破坏形成车辙。
（2）车辆荷载以及通行量的影响
公路路面的设计荷载依据公路路面设计规范以及公路等级确定，适当考虑公路建成后的预计通行量以及通行车辆的类型对设计荷载的需要。但是对早期公路设计过程设计荷载的确定没有考虑预计通行量以及通行车辆的类型，造成设计荷载不能满足公路正常运用。另外，最近几年建成的公路虽然考虑了拟建成后的实际通行情况，但是因为公路交通运输发展过快，是拟建预期交通量与建成后实际通行量相差较大。
（3）沥青的影响
在高温作用下沥青混合料中粗细骨料之间靠相互嵌挤作用来抵抗反复压缩以及侧向流动，同时沥青混合料也会被粗细骨料牵制产生剪切破坏，因此沥青与骨料之间相辅相成，共同抵抗外界荷载的作用。沥青种类很多，但是用于铺筑路面的沥青材料主要地沥青和焦油沥青两种。道路沥青的品牌较多，不同品牌沥青的性能指标也相差很大，因此沥青的选择对沥青路面质量也有一定的影响。
1.2 裂缝以及裂缝成因
裂缝按表现形式分为横向裂缝和纵向裂缝。横向裂缝是与行车方向垂直或者接近垂直，分布相对较广泛。沥青路面产生横向裂缝的主要影响因素有：沥青和沥青混合料的性质、公路基层材料的特性、当地气候环境、施工技术方案、通行量以及通行车辆的类型。
公路纵向裂缝是除横向裂缝外最为常见的裂缝之一，长度一般为几米到十几米之间，严重的也有连续几百米。工程实际中纵向裂缝根据宽度大小大致分为轻微裂缝和严重裂缝两类，轻微的纵向裂缝宽度小于6mm，严重的纵向裂缝常有明显的沉陷、错台等竖向位移。沥青路面产生纵向裂缝的主要影响因素有：表层集料级配不合理、降温产生温缩应力以及路基不均匀沉降或者路基局部湿软等。
2 沥青路面的大修技术
沥青路面常见的大修技术包括：罩面、翻修以及再生技术等。不同大修技术具有不同的适用范围，针对不同的路面病害应选用合理的大修技术。
2.1 罩面技术
沥青路面大修罩面技术按适用功能不同分为普通罩面、抗滑罩面以及封层罩面三类。
普通罩面一般选用使用性能较好的改性沥青或者粘稠性道路沥青，用于修复沥青路面的磨损和平整度，有效提高沥青路面的使用性能。封层罩面主要用于修复沥青路面的磨耗以及损害，结合料宜选乳化沥青或者改性乳化沥青。抗滑罩面是用于增大沥青路面表面构造深度、提高路面的抗滑性能、保证车辆通行安全。
罩面技术是用于修复沥青路面使用过程中产生的破损，使沥青路面完全或者几乎完全恢复平整度，从而提高路面的使用性能。罩面类型的选泽应根据修复路段的工程实际情况、公路等级以及通行情况等综合考虑确定。目前对于罩面技术研究还不完善，很多沥青面加铺罩面后很快出现车辙，甚至出现严重剥落现象，对于沥青路面何种情况下采用罩面技术也没有明确的判断标准，因此罩面技术还需要做进一步的研究完善。
2.2翻修技术
当路面破坏较为严重时，采用沥青路面罩面修复技术已不能恢复路面的使用性能，为保证修复效果要对沥青路面进行翻修。翻修用于结构已经破坏的沥青路面，比如基层塌陷和路基不均匀沉降产生的严重纵向裂缝等。根据沥青路面病害的不同可以对沥青路面进行面层翻修或者面层基层同时翻修。
仅翻修面层时应控制翻修深度不能过深也不能过浅，翻修下来的沥青混合料要运回拌合站或工厂进行再生利用。铺筑新沥青面层时应与旧路面层保持衔接，沥青材料与旧路面材料相同。面层与基层同时翻修的情况应先铣刨掉，然后翻挖基层，沥青面层翻挖的宽度应该大于基层翻修宽度的边缘线40cm左右，使得新铺筑的面层与基层有效搭接。翻修技术能够有效提高公路路面的使用性能，但是需要的费用远远大于罩面修复的费用。
3.结束语
目前公路沥青路面出现病害比较严重，但是沥青路面大修技术还处于研究阶段，各方面理论还不完善，因此对于沥青路面大修技术方案要全面考虑综合分析。通过分析沥青路面存在的主要病害以及沥青路面的通行量等问题，充分考虑沥青路面各大修技术的适用范围，有效地进行沥青路面的修复，提高沥青路面的使用性能，是目前公路沥青病害管理的核心工作。
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中图分类号： TU535文献标识码： A
一、前言
沥青路面在使用过程中，由于受到车辆重荷载和温度的反复冻胀作用，会出现各种形式的裂缝。裂缝的产生使雨季雨水很容易渗入路面面层、基层、甚至路床内部，在路面排水不畅的情况下，很容易形成路面的水损害，降低路基、基层的结构强度和面层的耐久性，并会进一步导致局部路面沉陷、唧泥，裂缝、松散、坑槽等许多病害的出现，裂缝的出现，使裂缝周围的路面成为薄弱地带，在车辆荷载的反复作用下会加速路面的损坏，因此裂缝的出现如果处理不当会加剧路面的损害，缩短路面的使用寿命，并降低路面的行驶质量。为了维护道路的资产延长寿面，保证行驶质量，必须采取科学的手段对裂缝进行及时处理。
二、常见裂缝类型及形成因素
沥青路面裂缝的成因复杂而繁多，甚至是多种因素互相影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。按照裂缝的形式分为这五种形状纵向裂缝、横向裂缝、块状裂缝、网裂、龟裂。我们根据这五种裂缝的形成因素从以下几方面分析
1、设计方面
设计与实际路段情况相差大，设计结构不合理。沥青面层结构选用不当，混合料类型不合理，沥青混合料配比设计不准确；路面厚度设计不足导致路面强度明显不能满足行车要求，交通运输发展迅猛，路面回弹弯沉值逐渐增大，满足不了交通量迅速增长和汽车载重明显增大的需求，沥青路面过早产生疲劳破坏，路面网裂伴随着纵向裂缝和形变产生。路面排水系统设计不合理，对地形不够了解，设计的排水系统真正起不到排水的功能。
2、施工方面
2.1路基施工方面影响
路基填料不符合规范要求，路基填土含水量偏大，在冻胀作用下使路面形成裂缝；路基碾压不均匀，出现填土局部未压实或两侧密实度不够，使路基产生不同程度的沉陷，形成裂缝；旧路拓宽时，新旧路基衔接处理不符合技术规范要求，新路基压实度不够，造成路基不均匀沉陷或滑坡，形成裂缝；傍山公路半填半挖地段、桥台与填方接头处、路基施工未按规范要求，易造成自然沉降，经长时间行车作用易形成裂缝。
2.2基层施工方面影响
目前，高等级公路路面结构基本上是半刚性基础层的结构，采用这样的结构有很多毛病，半刚性基层容易开裂，反射到表面，路面进水后，又很难排出，容易造成路面界面条件和受力状态的变化；基层、底基层、路面表面清除不干净。在铺筑上一结构层前，若路面结构层及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干净，在雨水作用下，浮层油料变软被行车挤压造成的高压水流冲刷成浆，进而波及到沥青面层表面；由于施工质量不好，无机结合料稳定基层没有拌和到底，底部留有素土夹层，在行车反复作用下导致路面产生块状裂缝；基层松散及系数控制不严而导致的二次补加层；在基层施工过程中，灰土的上、下横接缝因重叠或搭接过少而出现裂缝；部分基层压实度不足，在最大干密度确定的情况下，基层的压实度与混合料中粗、细集料的比例特别是粗粒料的含量密切相关。
2.3路面施工方面影响
沥青混合料的组成。矿料级配，沥青含量，集料品种不符合设计规范要求，对原材料检验不严，对沥青混合料的配合比控制不够，特别是矿粉和沥青用量不准，使沥青路面早期出现推拥，油包，松散，露骨，坑槽，裂缝等；当沥青面层的空隙率较大时，沥青面层的通透性增大，外界水易侵入结构内部；施工当中未按照施工工艺和程序进行施工，部分路面混合料离析和不均匀容易造成局部渗水，使路面出现病害；施工中压实不足，片面追求平整度，不能在温度较高的时候及时压实，不敢采用轮胎压路机，这样就造成了路面表层看起来很平整，通车不久就很快衰减；施工机械设备陈旧，不配套，使混合料的配合比计量、拌和均匀性、压实度、平整度等受到很大影响；沥青混合料加热温度过高，沥青和矿料拌和时，沥青便被矿料的高温灼焦、使沥青老化、路面强度不足，产生松散、坑槽等病害。
3、养护管理方面
养护不及时。沥青路面在行车作用下出现小面积松散，个别坑槽后，未及时进行养护。
4、 周围环境影响
（1）老化和环境因素。在严冬，沥青材料最易破碎，其强度将难以承受由温缩引起的拉伸应力，可能由于路面的温缩和翘曲在路表出现微裂缝。（2）沥青路面裂缝扩展的影响因素。沥青路面开裂主要由交通和环境因素引起，与行车荷载有关的沥青路面开裂的典型例子就是龟裂。这种类型裂缝是由于温度下降或干缩变形时沥青路面结构层收缩引起的。（3）交通荷载诱发裂缝。根据经典的疲劳强度理论，交通荷载引起的沥青路面裂缝产生于受约束层底部，然后向上扩展到路表。这种裂缝应出现在车轮轮迹处，应为横向裂缝。（4）环境因素诱发裂缝。事实上，由环境因素诱发的裂缝通常呈现为横向裂缝，这是因为温度下降或干湿变化而收缩变化的应力一般在纵向最大。在特殊条件下，如高摩擦力和温度或含水是急剧下降，就可能产生横向裂缝，在这种情况下也可能产生典型的块裂。（5）荷载与环境因素对沥青路面开裂的综合影响。与交通荷载和环境因素相关的应力不是彼此孤立的，而且在许多气候条件下，沥青路面裂缝在白天主要受交通影响，而夜晚主要受环境因素影响。
三、沥青路面裂缝的预防 （1）材料的选择。根据道路所在地区的气候条件和混合料类型选择结合料，对于水泥处治基层，如果条件允许，最好使用温度膨胀系数低的骨料。沥青青混合料的集料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性好的材料。如果集料呈酸性，则应填加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低集料的含水量，尽可能使用人工砂代替原形颗粒的天然砂；采用橡胶沥青或聚合物改性沥青在沥青混凝土表面作封层，可进一步提高表面层的抗温度裂缝能力。对于沥青结合料，使用某些聚合物或添加剂可以提高其抗裂能力。沥青混合料中的集料应选用表面粗糙，石质坚硬，耐磨性强，嵌挤作用好，与沥青粘附性的材料，尽可能使用人工砂代替圆形颗料的天然沙。
（2）路面结构设计。显然，所设计的道路必须能适应客观存在的交通荷载水平和温度条件。若道路随载力不足，将加速路面疲劳开裂过程。在设计中应特别注意路面排水与防水措施。沥青混凝土配合比设计中沥青混合料级配也是一项重要因素，在合理选择混合料级配时，应兼顾其高温稳定性，疲劳性能和低温抗裂性，以及耐久性等各方面的要求。在条件允许的情况，可以采用间断级配、大空隙、密实型的沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性沥青。SMA混合料具有良好的高温稳定性、低温抗裂性能，抗车辙性能好、使用寿命长，是防裂路面设计时应选用的一项新技术。
（3）设计应力吸收层。设计应力吸收层，对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，而吸收层的弹模越低，防裂效果越好。就目前常用的材料而言，土工织物与沥青橡胶薄膜的弹模较低，变形率越大，且不存在低温脆化问题，效果最佳。
（4）施工质量。铺筑路面材料时，应该遵循正确的施工原则。在施工方面，控制半刚性基层碾压时的含水量为最佳含水量的0．9倍，压实度达到规范要求，碾压完成后要及时保湿养护，防止基层干晒，养护结束后，立即喷洒沥青乳液，做成透层或粘层，然后尽快铺沥青面层；制备沥青混合料时控制好加热时间和加热温度，不使沥青老化、加强碾压，使沥青混合料达到规定的压实度，也可减少反射裂缝；为了减少沥青面层由于半刚性基层的收缩裂缝而产生反射裂缝或对应裂缝．应尽可能采取有效措施来减少半刚性基层本身的收缩裂缝。
四、裂缝处治
（1）宽度小于5mm的裂缝
处治此类裂缝，可以采用进口沥青胶灌缝。将路面裂缝彻底清理干净后使用灌缝机进行灌缝。灌缝胶完全干燥后即可开放交通。
（2）对于宽度大于5mm的裂缝
a.此类裂缝要开槽灌缝。检查开槽机、吹风机，确保其处于良好的工作状态。
b.启动开槽机、灌封机、吹风机，确保其处于良好的工作状态。
c.启动灌封机并向热熔釜内添加灌封胶，灌封胶加热至最低灌入温度或施工温度，但不能超过灌封胶安全加热温度（具体加热温度以灌封胶使用说明规定温度为准），热熔釜内应保持至少1／3的容量以利于保持灌封胶温度均匀。
d.开槽的尺寸选择深1.5-3cm，宽1-2cm，按照深度宽度比不超过2:1的原则确定开槽尺寸，预先调节好开槽机深度，然后进行开槽作业。作业时，根据裂缝宽度，及时调节开槽尺寸。
e.用肩背式吹风机将槽内的碎渣及裂缝两侧至少10cm范围内的灰尘彻底清除，保证槽口新鲜、干净、干燥。
f.在灌封胶加热温度达到193℃左右时，用灌封机上带有刮平器的压力喷头将灌封胶由低向高均匀地灌入槽内，并在裂缝两侧保持一定宽度，灌封胶厚度均匀，线形流畅。
g.灌封胶充分冷却或固化直至不粘轮才能开放交通，一般冷却时间为 15min左右，具体开放交通时间可根据气温情况灵活掌握。灌封过程中应及时把路面上的碎渣清扫干净。
五、结 论
裂缝是沥青路面结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低路面的抗渗能力，影响路面的使用功能，只有采取积极有效的措施，杜绝以上各种不利因素发生，严格规范施工，才能有效控制公路沥青路面的开裂缝问题，提高公路沥青路面的质量。造成沥青路面出现裂缝的原因是多方面的，但是只要加强对设计、施工管理，严格控制原材料质量，优化配合比设计，提高施工质量，沥青面层裂缝是可以得到有效的控制的。
参考文献
1《公路沥青路面施工技术规范》》(JTG F40—2004)，主编单位：交通部公路科学研究所；
关键词：玻纤格栅,路面,反射裂缝,处治
1、引言
旧路改建工程项目中,新老路结合部的裂缝已成为常见的质量通病。其产生的主要原因为:新老路路基的结构层厚度、强度和工后沉降不一，导致新老路结合部出现开裂。轻者使沥青砼路面产生裂缝、坑槽、沉陷等，形成路面早期破坏；在降水作用下，重者可使路基受水浸蚀而失稳，造成路基的整体性破坏。近十年来，随着玻纤格栅在沥青路面中的广泛应用，其明显见好的工程处治效果也得到了认可，为路面提高强度和反射裂缝防治提供了更广泛的选择和施工依据。论文参考网。
2、玻纤格栅的研究概况
沥青路面中采用加筋的方法来改善路面使用性能的设想由来已久。国内自八十年代末才开始研究此技术。1992年北京市公路局设计研究院结合八达岭公路水泥混凝土路面大修，采用金属网防治反射裂缝，使用效果较好。哈尔滨建筑工程学院道路研究所于1993年7月提出了《塑料网格在柔性路面结构工程的应用》报告，对室内外试验进行了详细阐述，并提出了施工工艺。同时长沙交通学院也对加筋塑料格栅进行了室内研究，提出了《土工格栅对改善沥青混凝土开裂性能的试验研究》初步报告。通过近年来国内外对玻纤加筋格栅沥青混凝土试验研究的结果表明：玻纤加筋格栅具有高抗拉强度、与沥青混合料的相容性好、物理化学性能稳定、耐高温、嵌锁与限制作用强等特点，能均匀传递轴载，并将反射裂缝由竖向转为水平方向。基于这一点，玻纤格栅对减薄沥青层厚度、防治反射裂缝、减少车辙作用、改善沥青路面结构性能和延长道路的使用寿命具有显著效果。
1）、玻纤格栅的作用机理
本项目工程中的玻纤格栅设置在水泥稳定粒料基层和沥青混凝土下面层之间，因为这个位置基层产生的极小裂缝即能反射到面层表面，使路面顶层开裂，导致路面的早期破坏。目前认为玻纤格栅起防裂作用的方式有两种：①下面层沥青混合料在压实机械作用下，通过玻纤格栅与水泥稳定粒料基层发生机械咬合、嵌挤，并由透层油粘结成整体，通过玻纤格栅横肋的作用提供抗拉应力。②玻纤格栅经过压实机械作用，使玻纤格栅通过透层油沥青与上基层和下面层粘结成一体，并通过沥青的粘结力发挥作用。
通过上述两种作用力，使玻纤格栅发挥抗拉防裂作用。纵向裂缝的发生主要是拉应力和剪应力作用的结果。在对称荷载作用下，路面结构层某一深度处由竖向受压变成横向受拉。裂缝发生时，垂直于竖向裂缝展开方向受到较大的拉应力作用，而玻纤格栅能提供较大的拉应力，改变路面结构内部应力分布。同时玻纤格栅使路面结构的整体刚度加大，对裂缝尖端处的拉应力集中起到扩散作用，阻止或减轻裂缝的产生，对半刚性水泥稳定粒料基层起到保护作用，延长路面结构的寿命。在非对称荷载作用下，裂缝的破裂面产生较大的剪应力。玻纤格栅对尖端的拉应力和剪应力集中起到扩散作用，对裂缝尖端的拉应力集中的扩散比较明显，裂缝的表现形式为剪切型开裂，随着裂缝的逐渐展开，玻纤格栅的抗剪作用较为显著的表现出来。论文参考网。而抗剪作用的发挥，开始阶段为玻纤格栅与上基层和下面层之间的胶合作用，随着裂缝的展开，玻纤格栅的胶结作用和横向格栅与沥青骨料之间作用力共同作用。因此，洒好透层油来确保玻纤格栅和基层、面层的粘结，是玻纤格栅发挥作用的关键。
当然，关于路面结构层加筋设计尚无成熟的理论设计计算体系，也有人对“路面结构加筋可以增大路面结构层的弹性模量，可以减薄路面结构层厚度”提出质疑。因为根据目前我国“强基薄面”的路面设计概念，国内目前路面设计体系中推荐的高速公路沥青路面的最大厚度为18cm，分3层进行施工。若对沥青路面厚度减薄却又不能满足沥青混凝土路面最小摊铺厚度的要求，因此不能对路面结构层厚度减少。玻纤格栅不参与路面结构设计计算，按照加铺层对待。
在裂缝防治中，强调玻纤格栅的极限抗拉强度意义不大，在极限抗拉强度下的变形已不满足裂缝防治的要求。应根据实际需要将某一允许应变下的应力水平作为重要参数，即强调玻纤格栅在某应力水平下的刚度和刚度模量值。目前研究中，建议选择抗拉刚度在1.0MN/m以上的筋材，最好选择抗拉刚度大于40.0MN/m、抗拉强度大于40.0MN/m的筋材。
2）、玻纤格栅的施工要点
①透层油的洒布：由玻纤格栅的作用机理知道，透层油的洒布质量是玻纤格栅发挥作用大小的关键。新版《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求：用于半刚性基层的透层油宜紧接在基层碾压成型后表面稍变干燥、但尚未硬化的情况下喷洒。要求透层油的透入深度不小于5mm，如使用乳化沥青，需在完全破乳干燥后铺设玻纤格栅，且保证破乳后沥青膜厚度不小于0.3mm。在实际工程中，按照规范要求洒布沥青油，很难保证基层养生用水量，尤其是日照较强的季节，容易造成上基层表面松散，不利于玻纤格栅作用的发挥。因此，在操作过程中，饱水养生一定时间后再洒布透层油，以确保透入深度、沥青膜厚度。
②根据新老路结合处的坐标按照20m桩放线，标出接缝位置，确保玻纤格栅的中线和新老路接缝重合。论文参考网。
③玻纤格栅的铺设：将玻纤格栅裁好后先在起始端用铁条固定，沿用人工或机械路线方向拉紧，张拉伸长率宜为1.0%-1.5%，并用固定器固定另一端。然后在垂直于路线方向按照上述过程张拉、固定，固定好的玻纤格栅要表面平整、无褶皱。应根据摊铺方向，将后一端压在前一端部之下，纵向搭接宽度应为5~8cm；纵向搭接处采用尼龙绳或铁丝绑扎固定，固定间距不应超过1.5m。固定铁皮经实践证明，采用厚1mm、宽3cm的铁皮条能达到预期的固定效果；固定钉采用射钉枪打入的水泥钉或射钉。固定好的玻纤格栅再用洁净的钢轮压路机碾压一遍。
④沥青面层施工：摊铺过程中，摊铺机的行走应保持连续而不能急转弯，以免搓坏玻纤格栅。运料车也不能在玻纤格栅表面转弯、掉头和急刹。
玻纤格栅施工过程中应特别注意：铺完固定后，一定使玻纤格栅张紧并保持平整，否则沥青混凝土下面层碾压后，玻纤格栅形成横向裂纹，影响工程质量；另外玻纤格栅背胶朝下，而背胶易溶于水，故上基层要保持干燥，否则造成其背腹失去粘性并影响玻纤格栅与基层、面层的粘结。
3、工程应用效果
省道S221线长铺至乐安公路改建工程路面施工完成后，对于施工过程中出现在水泥稳定粒料基层上的裂缝，通过沥青下面层铺设玻纤格栅处理，未发现裂缝反射现象。从目前通车情况来看，铺设玻纤格栅效果较理想，至于玻纤格栅抑制反射裂缝和减少车辙作用的最终效果尚待以后长期跟踪调查。
4、结束语
通过对旧路改建工程中的路面裂缝防治和分析，并在省道S221线长乐公路基层施工过程中铺设玻纤格栅可以抵抗和延缓由于路面基层裂缝引起反射裂缝的实践证明，使我们对玻纤格栅在裂缝防治方面有了更新的认识。它也解决了重载、超载单向性的路面早期破损问题，使左右幅路面使用寿命一致。
参考文献：
1、 JTJ/T035-91，公路加筋土工程施工技术规范[S].
【关键词】道路工程；透水路面；热岛效应；应用现状；发展前景
On the permeable pavement application status and development prospects
Cui Qian
（Guizhou Lu Tong Highway Engineering Supervision Co.， Ltd Guiyang Guizhou 550001）
【Abstract】By way of traditional impervious pavement failure mechanism analysis， and thus leads and describes its corresponding common permeable pavement pavement structure design， making two kinds of pavement engineering application form comparative analysis. In addition， combining common permeable pavement engineering applications， and to explore the advantages and disadvantages of different permeable pavement and application conditions， including permeable pavement structure at the grassroots level， sub-base application， and finally to take on the permeable pavement to analyze prospects.
【Key words】Road works；Permeable pavement；Heat island effect；Application status；Development prospects
1. 引言
（1）近年来，传统不透水路面路用性能局限性越来越显著。一方面，不透水路面无法及时将使用范围内的积水及时排出使用范围范围以外，经研究发现，一旦传统不透水路面由于结构设计缺陷、疲劳破坏等原因引起路面发生破坏后，水的渗入破坏将会进一步加速路面破坏，如果不能尽快将水排出路面使用范围之外，道路路用性能将受到严重影响。如沥青路面长期在水作用下会发生集料离析，沥青剥落现象，进而引起沥青路面坑槽等路面病害，久而久之，将会影响路面使用寿命；再如水泥混凝土路面采用的半刚性基层，若面板下基层积水不能及时排水，进而容易产生唧泥现象，严重影响路面使用性能。另一方面，不透水路面与环境的协调性较差，硬化路面改变地面蒸发循环系统，是引起城市内涝以及热岛效应重要原因，对生态城市的建设不利，同时这与现代绿色道路建设理念以及环境保护是极不相符的。
（2）针对以上问题，透水路面设计理念应运而生。目前，多种透水路面设计理念已经被提出并进行推广应用。透水结构层不仅可以直接用于道路工程面层结构直接改善路面透水性能，像透水砖铺装路面、透水混凝土路面、开级配沥青混凝土路面、多孔沥青混凝土路面以及大孔隙新型透水路面等等；另一方面，透水结构成还可以用于道路基层、底基层等结构，像级配砾石、级配碎石、填隙碎石在基层和底基层的应用。实践表明：透水路面不仅可以显著提高路面抵抗水破坏的能力，提高路面使用性能以及使用寿命，改进路面表面抗滑构造深度，提高行车舒适性能，降低行车噪音等录用效果；而且透水结构在基层底基层路面结构设计中也有广泛的应用，结合透水面层一起使用，进而改善整体路面结构的透水性能。
2. 不透水路面破坏机理分析
2.1 水泥混凝土路面水破坏机理分析。
（1）水泥混凝土路面具有较好的刚度、强度、以及稳定性，被广泛用于各等级公路建设。但由于其行车性能较差，目前已经逐步被沥青混凝土代替，但是就目前来讲，水泥混凝土路面在我国公路网中还是占有极大比例。由于水泥混凝土路面以拉应力破坏为设计指标以及水泥混凝土材料本身局限性，需要在混凝土面板设计中设置缩缝、胀缝以及施工缝等，以防混凝土面板由于荷载作用和温度作用进而引起较大的翘曲应力，造成面板的破坏。但是，正是因为这些这些施工需要设置的裂缝，以及混凝土面板由于前期混凝土配合比设计或者施工不当造成的裂缝病害，成为水泥混凝土水破坏的必要前提条件。
（2）水泥混凝土路面直接暴露于自然环境中，雨期到来时，雨水通过面板设置的施工缝或是设计不当引起的病害裂缝进入面板下层。由于我国水泥混凝土路面基层多为半刚性基层，雨水深入后浸泡基层，使基层结合料粘结体系发生部分程度的破坏。当行车荷载作用与裂缝或施工缝前一块板时，产生较大挤压力，进而挤压积于面板下的水体，使水体产生较大的冲刷力冲刷细集料以及填料，进而加速了基层的破坏，久而久之，出现面板脱空现象，最终产生面板断裂，减少路面使用寿命。与此同时，水冲刷、浸润作用如果冲破基层，将会渗入土基，在路面不均匀荷载作用下产生唧泥现象，严重影响路面使用性能。
2.2 沥青混凝土路面水破坏机理分析。
（1）沥青混凝土路面主要采用沥青作为胶结料通过于集料和填料共同作用形成的沥青混合料结合一定的摊铺、碾压等施工工艺铺筑而成的路面。该种路面使用寿命长，行车性能好并且易于养护，已经被广泛应用于高等级公路建设，逐步取代水泥混凝土路面成为道路工程建设首选的路面类型。但是由于沥青本身抵抗水破坏的能力较差，进而导致沥青混凝土路面抵抗水破坏的能力也很有限。因此，如何做到提高沥青混凝土路面抵抗水破坏的能力直接影响沥青混凝土路面路用性能和使用寿命。
（2）沥青混凝土路面水破坏的机理主要由于沥青混凝土路面直接暴露于自然环境之中，雨水来临时，如果沥青混凝土路面排水设计不当，将会造成路面积水。积累的雨水浸入集料与沥青的结合界面，导致沥青胶结能力急剧下降，同时沥青从集料上剥落。在荷载等外力作用下，沥青混合料产生更大孔隙，进而雨水得以更大范围的影响沥青混合料的整体性能；同时，在较大的外力下，水体在沥青混合料之间产生较大冲刷力，加速了水对沥青混凝土路面的破坏。随着长期的荷载长期作用下，产生坑槽等路面病害现象，严重影响路面使用性能。
3. 常见透水路面类型
3.1 透水混凝土路面。
（1）虽然水泥混凝土路面路用性能相比较沥青混凝土路面存在不足，但是综合考虑施工工期、施工工艺简易性以及工程造价等因素，该种路面还是具有一定的市场应用前景。因此，针对水泥混凝土路面透水能力差、抵抗水破坏的能力差的问题，有人提出透水混凝土路面结构，该种路面结构兼具了传统水泥混凝土路面刚度、强度、稳定性与透水路面的综合性能；与此同时，可以显著改善城市内涝以及热岛效应等问题。目前已经被一些国家、地区作为新型透水路面接受并推广应用。
（2）透水混凝土路面常见结构为15cm厚多孔水泥稳定碎石基层；面层结构分一层或两层铺筑，材料为8cm厚的透水混凝土面层；最后在进行封层处理，封层材料多为无色透明封层油，如聚氨酯密封处理等。封层结构施工要求透水混凝土面层铺筑完成后，及时养生7天，等待养生结束后，用水清洗路面结构，在进行路面封层。
3.2 沥青混凝土透水路面。
3.2.1 沥青混凝土透水路面又称开级配透水沥青路面（Opened Asphalt Friction Course ，简称OGFC），该种透水路面最早源于德国，约在上世纪60年代，首次在德国铺筑。该种沥青混凝土路面最大的特点在于其兼具沥青路面优越的使用性能与透水路面性能，而其优越的透水性则源于其粗集料之间通过嵌挤形成的骨架结构。一方面，粗集料嵌挤结构有利于该种露肩强度的生成，提高路面抵抗车载的能力。另一方面，骨架结构意味着混合料内部孔隙较大，进而其排水性能更优。该种透水路面可以集多点优势于一身，具体如下：（1）良好的透水性能，可以快速排出地表水，进而其抵抗水破坏能力较好。（2）该种透水路面本身仍未沥青混凝土路面，因此沥青混凝土路面使用性能该种路面同样具有；不仅如此，由于该种路面粗集料较多，因此，路面抗滑性能以及行车舒适性能也有所提升。（3）多孔沥青混凝土的孔隙较大，较大的孔隙对于降低行车噪音具有一定的效果。
3.2.2 但是该种路面对于道路材料要求较高，由于沥青本身抵抗水破坏能力较差，在水的作用下易发生剥落现象。因此，配制多孔沥青混凝土时，需要增加抗剥落剂，以提高沥青的抗剥落性能。不仅如此，往往还要加入木质纤维或者矿质纤维，以提高沥青混合料整体的粘结性能。常见的多孔沥青混凝土露肩铺装结构为：半刚性基层上面铺设沙粒式沥青混凝土找平层，最后铺筑多孔沥青混凝土。其中找平层多为2cm，透水混凝土面层多为4cm左右。
3.3 新材料透水路面。
（1）随着科技的不断发展，各种新型工程建筑材料也是应运而生。新材料不仅可以保证具备传统道路建筑材料的路用性能与力学性能，而且往往在传统材料性能基础上，具有更加的路用性能。其中大孔隙聚氨酯碎石混合料路面即为其中一种。其孔隙率范围一般在15%～30%，具有良好的透水性，是由聚氨酯胶粘剂与单级配或间断级配骨料按一定配合比拌合而成的新型路面材料。目前该种材料主要用于铺装景观道路等轻交通路面。
（2）该种透水路面面板铺装厚度根据岩性以及采用单粒径岩石粒径决定，一般厚度范围在4～7cm。基层结构可以采用半刚性基层或者是级配碎石、级配砾石透水基层。
4. 透水路面工程应用实例
4.1 透水混凝土路面。
（1）广东惠州江北江北技校周边的人行道路以及其他非机动车道均采用了透水混凝土路面结构。其中水泥采用强度等级42.5MPa的硅酸盐水泥，集料选用坚硬、洁净无污染的石灰岩碎石，其中集料性能见表1。
（2）该路段铺装结构设计采用标准水泥混凝土路面结构即15cm厚多孔水泥稳定碎石基层；面层结构分两层铺筑，下面层5cm厚本色透水混凝土，上面层为3cm厚砖红色透水混凝土面层。最后在进行封层处理，封层材料多为无色透明封层油，采用双丙聚氨酯密封处理。
4.2 沥青混凝土透水路面。
（1）多孔沥青混凝土路面在我国多地都有工程使用，特别是在西南湿热地区、东南沿海潮湿地区更是屡见不鲜。上海市北路辟通工程即为多孔透水沥青混凝土路面的一个应用案例。该地道路面工程为六车道路面工程，全长约500米，该路面设计参数具体见表2。
（2）为了保证路面结构的排水效果，该透水沥青混凝土工程还设置了完备的排水系统与之结合使用。改路面工程排水系统通过在路面结构中设置排水管，及时将渗流到地面下的水通过排水管引出到集水井，然后通过钢管接入排水泵站，及时将积水排出。该路面具体面层结构设计为基层上设置2cm厚砂砾石沥青混凝土找平层，紧接着于找平层上铺筑4cm厚透水沥青混凝土面层。路面工程竣工后，通过对路面进行竣工检测，具体检测结果见表3。
（3）路面工程竣工检测结果表明该路面结构具有极佳的透水效果，透水率达到1451ml/15s，对于地下排水要求较高的工程来说，完全可以满足工程排水需求；另一方面，该工程路面压实度、平整度、构造深度等参数均满足沥青混凝土路面使用参数要求，充分说明该透水沥青混凝土路面工程具有较好的路用性能。
4.3 新材料透水路面。
（1）大孔隙聚氨酯透水路面只要应用于景观道路以及非机动车道路面铺装。颜色鲜艳使得该种透水路面具有极好的反光性以及造景效果。不仅如此，聚氨酯透水路面还可以用于岸堤防护工程，有效提高岸坡防冲刷能力，提高岸坡使用寿命。
（2）目前，该种路面在停车场、人行道、广场路面铺装都已经开展了广泛的应用，下图1和图2即为该种路面在公园造景道路以及人行道方面的应用。其中图一为成都诺贝尔公园景观道路，地面表层经过腐殖土清除处理后，直接铺筑碎石基层，并于碎石基层上铺筑4cm厚聚氨酯大理岩碎石混合料路面。路面整体结构排水性能好，即使在多雨季节，在其上面行走也不会出现甩水现象，路用性能优越；加上光鲜的外观颜色，使得该种路面不仅可以显著改善城市内涝以及热岛效应的问题，而且起到美化城市的效果。
图1 某公园景观道路
4.4 透水基层的应用。
4.4.1 众所周知，目前我国路面结构设计的主流思想还是强基薄面设计理论，因此半刚性基层在我国道路工程应用中依然占据较大比例，如水泥稳定碎石、水泥稳定土、工业废渣稳定土、石灰稳定土等等。虽然半刚性基层具有足够大的刚度、强度以及稳定性，但是往往透水性能相比较而言却较差。也正是因为传统半刚性基层较差的透水性能，才使得水泥混凝土面板或是沥青混凝土路面在基层排水性能较差的前提下，更容易遭受水的破坏。
图2 某标段人行道
4.4.2 目前，对这一问题足够重视并提出策略的国家主要是德国，德国通过对透水基层展开研究并且编制了相应的施工规范。不仅如此，透水基层也是德国路面铺筑的首选基层结构，如级配砾石基层，级配碎石基层、级配砂砾基层、填隙碎石基层等等，工程实践表明，透水基层不仅具有较多的工程应用优势，在我国部分地区，也开始了对透水基层的应用研究。其优点如下：
（1）透水基层满足足够的刚度、强度等力学指标要求，级配碎石基层通过集料级配实验确定各档集料用量，各个粒径的集料组合后，使得其具有较好的力学性能。
（2）极佳的透水性能。透水基层主要通过粗集料嵌挤形成的骨架结构，使得该种基层不仅有较好的力学性能而且骨架孔隙使得其透水性极佳。
（3）透水基层有利于降低工程造价。透水基层减少水泥、石灰等材料的用量，可以显著降低工程造价。
5. 结束语
通过对常见透水路面介绍并且对比传统不透水路面，二者优缺点、以及应用前景显而易见，并且通过对透水路面工程实例进行研究分析，显得出一下几点结论：
（1）不透水路面已经日渐无法满足绿色道路建设理念的需求，不利于解决城市内涝和热岛效应等问题。而透水路面则可以弥补前者的不足之处，符合生态文明指导下的道路工程建设理念。
（2）我国对透水路面的研究还存在不足，像对新型透水路面开发以及应用研究方面经济投入以及相关的透水路面施工以及养生等方面的规范还存在较大空白。建议积极引进国外先进透水路面方面研究成果，并结合本国工程应用环境，形成适应于本国的透水路面研究理论。
（3）为了使透水路面透水抵抗水破坏效果发挥的更好。一方面，可以通过表面封层设置路拱横坡的方式即使引出地表水到路用范围之外；另一方面，可以通过透水面层结合透水基层使用，提高整体结构透水效果，但是该种路面结构要注意基层下部水稳层的设置。
（4）目前，不论是透水路面，还是透水基层均已在我国部分地区开展不同程度的工程应用。实践表明：透水路面不仅可以具有较好的路用性能，而且其较好的透水性可以显著提高路面使用寿命；而透水基层则不仅可以满足基层力学以及使用要求，还能显著降低工程造价。因此，二者均具有较大的市场应用前景。
参考文献
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关键词：复合式路面；结构参数；声学模型
ABSTRACT: The coupling Acoustic model of pavement, air and tyre is built in ABAQUS to research the relationship between composite pavement and tyre-road noise. By changing values of pavement structural parameters, sound pressure value of target point and its change trend are got. The influence of pavement parameters to noise is summarized.
Key words: composite pavement; structure parameter; acoustic model
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
复合式路面是指由水泥混凝土板和沥青面层复合形成的结构，它兼有沥青路面和水泥路面的优点，多用于城市高架桥等市政道路和旧水泥路面的改建。与普通沥青混凝土路面相比，复合式路面由于沥青层较薄、水泥混凝土层模量高，车辆行驶时其噪声偏大。近年来，随着车流量和行驶车速的不断增加，道路沿线的交通噪声问题已经越来越引起人们的重视，而复合式路面的噪声问题也日益突出，尤其是对于城市高架桥形式的复合式路面结构。本文针对复合式路面轮胎-路面噪声进行分析，有一定的现实意义。
随着计算机技术的发展，各种声学软件层出不穷，如有限元软件、边界元软件、能量分析法软件等。这些软件的功能各有千秋，其中有限元对中低频具有较好的模拟，而能量分析法的软件对高频模拟较好。鉴于轮胎-路面噪声的频率主要集中在1000Hz左右，论文选用大型商业有限元软件Abaqus，版本为6.9-1。
1.模型部件的构建
轮胎-路面噪声主要是轮胎与路面撞击所产生，涉及到三个物体：空气、轮胎、路面结构，对应的有三种界面接触形式：轮胎与路面、空气与轮胎、空气与路面，模型即由三个部件耦合形成。
1.1 路面部件
论文复合式路面结构以PCC+AC为例来构建。为了叙述方便，将上面层称作面层，下面层称作基层。由于复合式路面基层以下部分对噪声几乎没有什么影响，因此可以把路面简化成面层和基层两块。对于在水泥混凝土桥面板上加铺沥青面层的城市高架桥，桥面板可等效看成水泥混凝土基层，因此高架桥结构也可简化成面层和基层的形式。沥青层厚4cm，水泥板厚20cm，如图1所示，路面三维空间尺寸如下：长2m、宽1.14m、厚0.24m，形状为立方体。
图1 复合式路面结构简图
1.2 轮胎部件
参照GBT 2978-2008 轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷中的轮胎相关尺寸，取值如下：外径50cm，宽度14cm。
1.3 空气部件
空气是无限的，有限元软件只能模拟有限的空间体。空气的空间形状有很多不同的模拟形式，常用的是四分之一球体和六面体。本文根据轮胎和路面的尺寸，使空气、轮胎、路面三者在空间位置上对应起来，设定空气的三维尺寸如下：长2m、宽1.14m、高1m。空气密度1.2 kg/m3，体积模量142000Pa。空气模型定位在路面结构上方，两者接触面尺寸一致。空气模型正中部分挖出一个半径为25cm、宽度为14cm的圆柱体，将轮胎定位在该圆柱体空间中。
2 模型的有限元运算
在Abaqus的Assembly模块中，将上述各部件创建完实体后，通过平移命令使各个实体在空间上构建成一个整体。Interaction模块中用Tie绑定约束来定义接触界面的关系。使用*tie的接触模型，使结构和空气产生耦合，从而使结构的振动传递到空气中，引起空气振动，进而产生噪声。同时结构的变形也将导致空气体积的变化，进而产生声压形成噪声。为了方便获得输出结果，模型中创建历史变量输出点。历史变量输出结果（history output）来自于模型的小部分区域，被写入输出数据库的频率相对较高，用来在Visualization功能模块中生成XY图形，X轴为时间，Y轴为声压。
轮胎在路面上滚动行驶时，轮胎运动由旋转和平移所合成。轮胎转动时，与它接触的空气会发生扭曲和移动现象，因此轮胎前后噪声的声压级有差别，且差别有随着旋转速度的增加而增加的趋势。轮胎平动速度与旋转速度的数值相一致，平动时轮胎与路表相互作用，轮胎在平动过程中也发生垂直振动，垂直振动的幅度受路表纹理幅值（构造深度）和轮胎变形的影响。研究表明路面构造深度一般不超过1mm，因此轮胎产生的振动的垂直距离就更小，加上轮胎受压和释压过程垂直距离的变化，论文将轮胎垂直振动距离设定在0.1mm-3mm这一区间，在Load模块中通过对轮胎与路面接触处施加垂直方向上的位移实现。
通过设定这一垂直振动区间，可以起到如下几个作用：1.垂直振动使轮胎产生变形，这构成了噪声声源的重要部分；2.使用不同的位移数值，得到轮胎振动时不同的垂直距离所对应的声压值，该值侧面反映纹理幅值（构造深度）对噪声的影响；3.文中假设在分析区域纹理处在较为规则的水平，即纹理波长与纹理幅值变化不大，所施加的位移周期可以通过时间值来进行设定，而一个周期的时间长度对应着一个纹理的波长值，通过改变周期描述纹理波长对噪声的影响。
轮胎、路面、空气三者紧密联系在一起，当轮胎平动时，模型中包裹轮胎的空气形状会随之发生改变，三者的接触界面也会变化，这种与真实情况接近的动态模型非常复杂。为了简化计算过程，对模型做了以下处理：1.保持轮胎、路面、空气三者的空间位置不变，给轮胎施加旋转速度；2.给轮胎施加垂直的位移，通过Amplitude控制位移的周期；3.轮胎的平动涉及到模型整体坐标系与局部坐标系的改变，暂不考虑。
模型中实体均为非独立形式，划分网格时，路面结构采用C3D8R单元，空气采用AC3D4单元。划分后如图2所示：
图2 声学模型的网格划分
声波在空气媒介中传播，需要定义声波的传播方式，即在有限元声学模块中调用自带的声学公示来模拟声波的传播特性。在提交运算之前，编辑模型属性，定义声波的传播类型为：Scattered wave（散射波）。散射波从物理学角度来说，指的是如果界面凹凸不平，在凹(或凸)部分的尺度相对于波长很小时，发生波的反射；相对于波长较大或可比时则发生散射，散射波比较符合轮胎-路面噪声声波传播的实际情况。
提交运算后，提取声场输出结果，截取声场云图，如下所示，其中图3是轮胎纵向中心线的断面图和横向中心线的断面图。
图3 轮胎纵向和横向中心线的断面声场云图
从图可看到声波在空气体中传播的状态，即在一个断面上声波是连续的并且以近似半圆的形状向周围传播，声压值随着距离的增加而逐渐降低。扩展到三维空间体中，噪声产生后，声波自声源处以近似半球体的形状向四周传播，声波在传播过程中逐渐衰减直至最后消失。
通过Abaqus有限元计算面层和基层的模量、振动幅值、振动频率和面层厚度对行车噪声的影响，其他变量在模型中保持不变。上述变量的取值见表1：
表1 模型中噪声影响因素的取值情况
计算过程通过部分编写*.inp文件来实现。模型输入文件（*.inp）是沟通前处理器（通常为ABAQUS/CAE）与分析求解器（通常为ABAQUS/Standard）的桥梁，包含了一个数值模型的完整描述。它是易于辨识的、基于关键字的文论文件，可使用文本编辑器方便地进行修改。文中在首次运算的*.inp文件基础上对相应部分的变量直接进行修改，提交运算即可。面层厚度的影响需要另建模型分别计算，取面层和基层总厚度为固定值30cm。
3 计算结果处理与分析
在各历史输出结果中，取声压正负向峰值绝对值的平均数来作为分析的基础数据，所得到的声压为Lmax，指的是所计算的时间区间内的最大声压。将各参数与输出声压绘制成曲线图，如图4~图8所示：
图4 面层模量与输出声压关系图 图5 基层模量与输出声压关系图
图6 振动频率与输出声压关系图图7 振动幅值与输出声压关系图
图8 面层厚度与输出声压关系图
图4中，噪声声压级随面层模量的增加出现先小幅度增大后基本稳定的趋势，面层模量从1000Mpa增加到约2200MPa，声压级随着增加约1.5dB，在面层模量超过2200MPa之后，声压级出现小幅度波动。图5中，噪声声压级随基层模量的增加呈先小幅度增加后保持稳定的趋势。基层模量从2500MPa增加到约20000MPa，声压级增加约0.5dB；基层模量从20000MPa到40000MPa，声压级基本不变。
由此可见，噪声的声压级随面层和基层模量的增加均表现出线增加后稳定的特点。但是，面层模量对噪声的影响强于基层模量，这是因为在车辆行驶过程中，面层直接和轮胎接触，基层则需要通过面层的传递才能体现出来。
图6中，噪声声压级随振动频率的增加先增大后减小，振动频率从500Hz增加到约1000Hz，声压级增加了大约9dB，振动频率从1000Hz增加到2000Hz，声压级降低约9dB，500Hz与2000Hz所对应的声压级几乎相等。图中显示的是在不同频率下的声压级，其逆过程就是不同声压级所分布的频率范围。这表明，噪声声压级主要分布在中低频率范围内，即600Hz~1400Hz，该计算结果与国内外许多研究相一致。
图7中，噪声声压级随振动幅值的增加先小幅减小后增大，振动幅值从0.1mm增加到约0.8mm，声压级减小不到0.5dB，振动幅值从1mm增加到3mm，声压级增加约4.5dB。振动幅值可理解为在光滑平面上道路表面纹理幅值和轮胎变形共同合成的结果，当幅值在较小的范围内（论文小于0.8mm）增加时，泵浦效应和耗散减小的噪声值大于撞击增加的噪声值，总体声压级减小；当幅值大于1mm后，幅值的增加导致撞击噪声增加值远大于泵浦效应和耗散减小的噪声值，总体噪声就开始增大。计算结果与前文所述以及国内外的研究成果相符合。
图8中，在刚柔结构总厚度一定的情况下，噪声声压级随沥青层厚度的增加而略微降低，厚度达到12cm噪声几乎不再变化。分析如下：路面结构中的各层位置越往下对噪声的影响越弱，随着沥青层厚度的增加，具有高模量的水泥基层对噪声的影响力变弱，声压级因此而降低，但降低的数值很小。由此可见，当复合式路面的沥青面层达到足够厚度时，其声学性能接近普通沥青路面，这也证明了复合式路面噪声较高。
4 结论
本文利用有限元软件构建复合式路面噪声的声学模型，通过改变目标变量的取值得到路面结构参数与输出声压的关系。计算结果表明，输出声压随模量的增加先小幅度增加后保持稳定，随振动频率的增加先增加后减小，随振动幅值的增加先小幅度减小后增加，沥青面层厚度的逐渐增加使复合式路面的声学特征逐渐接近沥青路面。本文的声学模型建立在一定的假设和简化基础上，软件所计算的输出声压高并不代表实际路面的噪声就一定大。
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