历年路面设计考试答案

1、、沥青方面1、试叙述沥青路面几种主要的破坏现象？在确定柔性路面设计方法时是如何考虑的？（1990）答：沥青路面的损坏可以分为三类：1）裂缝类-路面结构的整体性受到破坏；2）变形类-路面表面的现状改变；3）表层损坏类。其中，常见的损坏有：层陷，车辙，疲劳开裂，反射裂缝和低温裂缝，松散和坑槽，泛油和推移。通常认为，疲劳开裂、车辙（永久变形）和低温开裂是导致路面结构破坏的三项最主要的损坏模式，在设计中应予考虑。为控制路基路面结构的总变形，防止沉陷、车辙等整体强度不足的损坏，采用弯沉指标一一路面竣工第一年路基路面Z构表面实际回弹弯沉值LW该路面容许回弹弯沉值ld；为防止沥青混凝土和整体性材料基层疲劳开

2、裂，采用弯拉指标一一沥青混凝土面层和整体性基层底面的弯沉应力bmW材料的容许弯拉应力（rroi, 沥青路面的主要损坏现象有那些？试详细说明其产生原因以及减少或克服这些损坏现象、改善路面性能、延长路面使用寿命应采取的措施（2000）ii, 沥青路面早期损坏现有哪些？试详细说明其产生原因及为减少或克服这些损坏现象、改善路面的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性而应采取的措施。（2001/112001/11）答：损坏类型：沥青路面早期水损坏现象及其原因较为复杂，且因地而宜，可分为三大类，13种主要损坏类型。（一）裂缝类：1、横向裂缝：其产生的原因是温度变化和地基的纵向不均匀沉降，半刚性基层沥青路面的横向

3、裂缝绝大部分是反射裂缝2、纵向裂缝：产生原因是压实不好，路基或基层出现沉降，混合料摊铺时纵向施工搭接质量不好，或基层的反射裂缝以及荷载重复作用的结果。3、龟裂：产生原因是行车荷载的反复作用；由于沥青层路面结构强度不足，结构组合不合理；基层排水不良，沥青混合料老化，或低温变硬、变脆等；横纵向裂缝出现后继续扩展，北方冰雪和南方多雨地区更是严重。4、块状裂缝：面层材料的低温收缩和沥青老化以及砂砾基础的不均匀性。（二）变形类：5、车辙：外因是渠化交通和荷载作用次数的增加，内因是沥青混凝土的高温稳定性和抗塑性变形能力差6、波浪和拥包：材料组成设计差，施工质量差，使面层材料不足以7、沉陷：地基未充分固结造

4、成的继续沉降或地基压实不足造成路面的大面积沉陷8、隆起：冻胀、盐胀、膨胀土胀起，路面材料推移拥起。（三）表面类：9、泛油：沥青含量过多，混合料空隙过少，沥青的高温稳定性差。天热泛油，天冷不可逆，沥青积聚在路表面。10、松散：混合料中沥青量偏少，沥青与集料粘结差或沥青老化变硬；荷载作用、离析、拌和不均匀。11、露骨：同上。沥青从路表散失，集料外露。12:坑槽：松散、龟裂等其他损害进一步发展，过量的水份渗入损坏处，一些碎裂小坏面层或基层材料被驶过的轮胎带走，而逐步形成。13:磨光：由于所采用集料不耐磨与车轮反复作用造成。为克服上述路面损坏所采取的对策一般是通过改善路面高温稳定性，低温抗裂性和水稳定

5、性来实现：（一）改善高温稳定性的措施：1、可采用高粘度的沥青。（如：掺入添加剂的改性沥青）2、控制用油量。3、严格准确地控制混合料配合比，设法加足矿粉，严格控制运输车辆为便于卸料，涂抹油料；采用透层油与粘层时也要严格控制用油量，避免一个倾向掩盖另一个倾向。4、充分压实，保证压实质量。（二）改善低温抗裂性的措施：1、采用低温变形性能好的沥青（针入度大，松弛性能好），粘度低的优质沥青。如橡胶类改性沥青。2、优化材料组合设计：配合比设计，提高均匀性，适当增加沥青量。高温稳定性和低温抗裂性是沥青路面的一对基本矛盾，高低温的问题必须统一，并且针对当地气候、交通荷载、材料供应和工艺水平的特点进行综合平衡。

6、（三）改善路面水稳定性的措施：1、米用不透水面层2、采用透水面层，在半刚性基层顶面设排水设施，防水。3、各层充分压实，防止路表水流入土基。（排水层、防水层）4、做好土基的排水工作。（排水层、防水层）5、选用碱性且表面粗糙的集料，提高沥青与集料间的握裹力6、冰冻地区，尽量不采用孔隙率大的混合料7、解决矿料级配和温度变异性，控制离析总之，根本的措施是提高沥青与集料的粘附性（设计、施工、运营、管理，可使用抗剥落剂）；控制空隙率，改善沥青混合料的组成结构，空隙率、饱水率，还有改善沥青结构层的措施，改善工艺与管理水平。2、试简要叙述弹性层状体系理论的基本假设，基本方程式，解题的大致步骤以及数值计算方法，

7、试建立三层连续体系的边界条件表达式（1990）?答：弹性层状体系理论的基本假设为：1）各层都是由均质各项同性的线弹性材料组成，其弹性模量E和泊松比u;2）假定土基在水平方向和向下的深度方向均为无限，其上的路面各层厚度有限，但水平方向仍为无限；3）假定路面上层表面作用有垂直荷载，荷载与路表接触面形状呈圆形，接触面上的压力呈均匀分布；4）每一层之间的接触面假定为完全连续的（具有充分的摩阻力）或部分连续或完全光滑（没有摩阻力）的。其基本方程式为：3、试叙述路面结构组合的基本原则，如果路面结构采用半刚性材料做基层，应注意什么问题？（2000）答：不同的路面结构组合，会产生经济和使用性能上都不相同的效果

8、。层次多和厚度大的路面结构，其使用效果不一定好；有时恰恰相反，这种路面反而早出现损坏。根据实践经验和理论分析，结构层次组合应该遵循以下几方面的原则：1）按交通要求选择面层等级和类型；面层直接经受行车和自然因素的作用，要求高强、耐磨和温度稳定性好，因而通常采用粘结力强的结合料和高强耐磨的集料作为面层材料。交通量越大，面层的等级应越高。2）按各结构层的功能选择结构层次；沥青面层可由单层或双层或三层沥青混合料组成，各层混合料的组成设计应根据其层厚和层位、气温和降雨量等气候条件、交通量和交通组成等因素确定；基层是主要承受竖向应力的承重层，它要有足够的强度、刚度和水稳定性。要使路面有足够的整体强度和良好

9、的使用性能，还应保证路基具有一定的抗变形能力和水稳定性。否则，单纯依靠加强或增厚面层或基层，并不能收到良好的效果，同时也不经济。3）按各结构层的应力分布特性；轮载作用于路面，其应力和应变随深度的增大而递减，。因此对各层材料的强度和刚度的要求也可随深度的增大而相应降低。路面各结构层如按强度刚度自上而下递减的方式组合，则既能充分发挥各结构层材料的能力，又能充分利用当地材料充当底基层或基层，从而降低造价。采用上述递减规律组合路面结构层次时，还须注意相邻结构层之间的刚度不能相差过大。上下两层的相对刚度比过大时，上层底面将出现较大底弯拉应力。此值一旦超过上层材料底抗拉强度，上层将产生开裂。4）要兼顾各结

10、构层本身的结构特性；各结构层具有各自的特性，在组合时应注意相邻层次的相互影响，采取措施限制或消除所产生的不利影响。5）要考虑水温状况的不利影响；沥青面层下的基层要慎重选择，严格控制基层内的细料含量，在潮湿路段，应采用水稳定性好并透水的基层。6）适当的层厚和层数。各类结构层，按所用材料的规格和施工工艺的要求，有最小厚度的规定，而且还有还有最小总厚度的规定。为方便施工，路面结构层的层数不宜过多。7）层间结合设计时，应采取一些技术措施，加强路面结构各层之间的紧密结合，提高路面结构整体性，应使各结构层之间不产生层间滑移。如果路面结构采用半刚性材料做基层，需要注意以下几点：半刚性基层沥青路面结构组合既符

11、合沥青路面组合的一般规律，具有柔性路面的一些特点，由于基层水硬性材料形成“板体”，在受力行为上又有刚性路面的一些特征。为了充分发挥各结构层的性能，组合时正常路面结构层强度应该从上而下递减，上下层之间模量比限定在一定范围内，但实际上许多半刚性材料的模量达到或超过沥青面层，这样就形成了“平装结构”或“倒装结构”。高等级半刚性基层沥青路面的结构组合同传统的柔性路面组合相比既有相同的地方，也具有独特的特点。其路面结构组合的根本原则是：“各结构层处于最佳受力状态，为其上一层提供良好的支持，为下层提供良好的支持，为下层提供保护，便于养护和维修，达到最佳的寿命费用效益”。面层直接承受车轮荷载反复作用和自然因

12、素影响的结果层，可由一至三层组成，总的要求是：具有足够的承载力，以承担设计期内累计轴载次数；尽量减少面层和基层的裂缝，这样既可减少水分进入沥青路面内部产生早期损害的概率；限定车辙发展深度，保证行车舒适性；应具有良好的抗滑作用，保证行车安全。半刚性基层是整个路面结构的主要承力层，其厚度和模量对路面结构的受力行为有着重要影响，厚半刚性基层的路面结构在受力行为有着较好的优越性，基层厚度在3040cm较为合适。土基是整个路面体系的结构支持平台，路表弯沉90%以上是土基贡献的。若按弯沉作为总的控制指标，土基的强弱无疑是影响路面结构寿命的主要因素。因此土基模量要求不小于30MPA。4、试叙述我国现行公路沥

13、青路面设计方法和美国AASHTO设计方法的主要内容及其主要区别。你对这两种方法的看法如何？（2000）i. 试叙述我国现行公路沥青路面设计方法的主要内容，你对这种方法的看法如何？有何值得改进之处？（1999）（2002/4）ii. 试叙述我国现行公路沥青路面设计方法和美国沥青协会沥青路面设计方法的主要内容及其主要区别。你对这两种方法的看法如何？（两种方法有何优缺点，你认为该如何改进）（2001/32001/112002/11）iii. 各国设计体系及方法，请与我国的设计方法进行比较iv. 美国地沥青协会的设计方法及其优缺点v. SHELL设计方法的内容及其优缺点，请于我国的设计方法加以比较答：

14、我国路面设计规范为：我国高等级公路以沥青路面为主，其设计方法是半理论半经验法，设计参数取值与设计指标是路面结构计算的重要内容。我们国家现行规范的公路沥青路面设计方法一直是以静态荷载为依据，设计指标及所用材料的设计参数多是静载条件下得到的。1、理论基础： 采用双圆垂直荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为结构整体刚度的设计指标，来计算路面厚度。 对高速、一级和二级公路，对沥青面层、半刚性基层，底基层进行层底拉应力验算。2、设计指标：为控制路基路面结构的总变形，防止沉陷、车辙等整体强度不足的损坏，采用弯沉指标一一路基路面结构表面在双圆均布荷载作用下轮隙中心处的实测路表弯沉值lsw该路面容

15、许回弹弯沉值L;ls2p、1000E。设计弯沉值ld=600Ne。2AcAsAb0.01mm其中：Ne-设计年限内一个车道上标准轴载累计作用次数人公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0,二级公路为1.1As面层类型系数，沥青混凝土面层为1.04-基层类型系数为防止沥青混凝土和整体性材料基层疲劳开裂，采用弯拉指标一一沥青混凝土面层或半刚性基层底面的弯拉应力bmW材料的容许弯拉应力br。PCm其中:二mspks二sp劈裂强度ks结构系数3、设计参数：(1) 交通分析：采用100KN双轮组单轴轴载为标准轴载，BZZ-100当以设计弯沉值为指标及沥青层底面拉应力验算时，凡轴载大于25KN的各级轴载4

16、.35作用次数按下式换算，轴载换算系数Lef=c1c2与6Ps其中c1=1+1.2(m-1)轴组系数c2轮组系数当进行半刚性基层底面拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载作用次数按下式/8换算，轴载换算系数Lef=ns=c1c2PiniIPsJ其中c'1=1+2(m-1)-一11r-11365设计使用期内标准轴载累计作用次数Ne=上一365，N1Kr(2)路面材料的设计参数 计算弯沉、层底拉应力时，材料模量采用抗压回弹模量，抗拉强度采用劈裂强度通过混合料配合比设计、可行性研究等确定上面指标的设计值 土基回弹模量应根据查表法(或现有公路调查法)、室内试验法、换算法等确定不同状况的设计

17、值。 其他：层间接触条件为完全连续。路面材料各向均质同性，材料性质用弹性模量E及泊松比科来表示。结构设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载，按弯沉等效或拉应力等效的原则，将不同车型、不同轴载作用次数换算为与标准轴载相当的当量轴载作用次数。单轮传压面当量半径106.5mm,双圆圆心'间距319.5mm,对于100KN标准轴载，轮胎接地压强为0.7Mpa。4、步骤：采集交通参数、根据公路等级、面层、基层类型及Ne计算设计弯沉值根据气候条件及材料状况进行混合料试验，确定材料模量依土基类型的划分，确定土基回弹模量初拟路面结构方案，按照设计弯沉值计算路面厚度，验算结构层的拉应力，若满足容许疲劳应

18、力，且如有防冻厚度验算要求，则还需验算防冻厚度反之，如果结构厚度不满足上述要求，改变材料配比或变更结构层厚度重新进行验算。5、特点：1)确定混合料试验时的状态，考虑了气候条件对材料性能的影响。2)根据地区划分，土基类型划分，确定土基回弹模量。3)混合料的抗拉强度采用劈裂试验进行，材料的模量均采用抗压回弹模量。4)路面竣工时时整体刚度，以不利季节用BZZ-100标准轴载作用下，轮隙中心实测的路表弯沉的代表值评定，此值应路面的设计弯沉值。6、评述：我国的设计方法是根据我国以前的具体情况制定的，在以前的设计中应用得较好，且其结构设计和验算可采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行，使用简单，便于掌

19、握。不足：1) 材料设计与结构设计分离，未充分考虑环境因素，路面结构组合等对路面性能的影响；2) 本方法分别以弯沉及路面结构拉应力为控制标准，以控制车辙的深度、路面的开裂，但未考虑路面结构在多种综合损坏条件下的设计控制标准。3) 实际运营中超载，重载现象严重，100KN的标准轴载不尽合理；4) 路面材料在车辆荷载作用下实际处于动态反应状态，而在设计中采用了材料的静态参数，与实际不符；5) 设计指标与参数间工作状态不匹配； 设计弯沉为静态指标，而实际弯沉为动态参数； 为修正材料模量实验室值与实际工作状态数值的差异而采用的弯沉综合修正系数使得弯沉值出现随材料模量增大而增大的反常现象；美国沥青协会(

20、AI)设计方法简介：AI法的发展过程，大致可分为两个阶段。第一阶段：1955的第一版1970年8月的第八版，全厚式沥青混凝土路面的经验设计法，主要以AASHTO道路试验的成果为依据；第二阶段主要指1981年9月的第九版，提出了以弹性层理论为基础的设计方法，可用于设计全厚式沥青路面和深层高强沥青路面。1、理论基础：多层弹性体系，各层材料以弹性模量和泊松比表征(2、设计指标：(1)沥青层底面的水平拉应变etN=a(1/£t)bN路面开裂时的荷载作用次数£t反复施加的拉应变a、b系数，根据疲劳试验得出，但要加以修正，以反映路面的使用性能本方法计算时采用弗恩等人制定的疲劳标准，且作

21、了适当标定以反映沥青用量和空隙率的变化对疲劳寿命的影响(2) 路基表面的竖向应变£cN=a(1/ec)bN荷载重复作用次数£C路面表面的垂直压应变a、b一系数，根据现场路面或按某些规定方法设计的路段的弹性分析结果而定通过以上两个指标控制沥青层的裂缝和控制路面过量的永久变形3、设计参数1)荷载采用重复作用的80KN当量轴载次数的双圆荷载表示。2)考虑面层温度对混合料劲度值的影响，以沥青面层1/3深处的温度为沥青层的设计温度，由月平均气温和月平均路面温度计算得到。3)沥青混合料考虑动态模量，未处治粒料考虑回弹模量，两者均由回归方程确定，4)土基采用回弹模量Mr,可由实验室重复三

22、轴试验确定或由CBR或R值估计得到。4、设计步骤(1) 选择材料，求得各层材料特性(2) 依据设计寿命、各层材料模量和气温等环境因素，由计算机程序DAMA(主要利用了切弗隆科研公司用于计算应力和应充的N-层程序)或根据程序输出结果绘制的设计图得到路面结构各层的设计厚度。5、评述AI法吸收了各国有关路面设计方法的重大科研成果，把第七版和第八版所用的结构使用性能和功能特性（PSI）结合起来。在设计中采用了材料的动态弹性模量，与实际较符。但未考虑各项指标的叠加效果，没有一个综合指标，仅考虑了温度对材料的影响，而未考虑湿度的影响，且当沥青较薄，交通量小时，设计结果较为保守，所以适用于较厚的混凝土层。S

23、HELL沥青路面设计方法1、理论基础路面结构模型：把路面当作一种多层线形弹f体系，其中各层材料用弹性模量E和泊松比科表征。在基本设计方法中，路面结构假定为层间接触连续的三层体系，下层为路基，中间层为粒料或水泥稳定类基层和垫层，上层为沥青层1.设计标准两项主要标准为：1）沥青层底面的水平拉应变2）路基表面的垂直压应变两项次要标准为：1）水泥稳定类基层底面的拉应力2）道路表面的永久变形一一容许车辙深度两项其它次要标准：基层或底基层无结合料材料的最小模量值；沥青层的低温缩裂-这是一项关于沥青种类选择的问题，而不是结构设计的问题2、设计参数1.荷载和交通：以80KN单轴荷载为标准轴载，双轮胎接触面以两

24、个半径为105mm,圆心间距为36的圆表示，接触压力为0.6MPA。2.温度：应用程序把月平均气温转化为加权年平均气温，依据沥青层厚和加权年平均气温可求得路面沥青层温度。3.材料特性1）路基土采用动态回弹模量，可在现场对处于平衡湿度状态的路基土进行动态弯沉测定后确定。也可在室内进行重复加载三轴试验测定，或采用CBR试验测定值转换为动态回弹模量。2）粒料基层和垫层的动态模量，视材料组成情况并参考CBR值转换。3）沥青混合料动态劲度模量可采用查图或试验测定。4、结构设计根据设计参数，参考Shell路面设计手册确定。5、评论优：1）在路面力学模型方面，虽然以弹性层状体系理论为基础，但考虑了材料的非线

25、性和粘弹性特性，在研究过程总曾以非线性层状体系理论和粘弹性理论来进行对比分析，对理论在设计中的适用性又做了大量验证工作，因此在理论上较为完善。2）电算程序功能较为齐全，可计算多种层间接触条件下的任意点的应力、应变和位移。又能考虑粒状材料的非线性。3）在荷载图式方面，既有垂直荷载又考虑了汽车在刹车、转弯时的水平力。4）设计指标方面采用了六项标准，用于控制各种路面破坏现象。5）设计曲线使用方便，基本不再依赖实验室试验就可进行设计。缺：1）车辙预估模型无法说明使用改性沥青对减少新建路面车辙的效果。2）轴载换算以等量的轮胎接触压力为基础，因此无法解释轴载不同，构型不同而接触压力相同的情况下，路面产生的

26、车辙量不同的现象。3）在求混合料的劲度时假定沥青劲度等于非弹性部分劲度，未考虑弹性部分。4)道路永久变形计算方面原则正确，但计算公式忽视了路基和基层部分变形。总之，SHELL的方法在国际上被公认为是比较完美的，但一般生产单位仍认为计算繁琐，参数太多，且在生产实践中没获得足够验证。AASHO的设计法AASHO设计法的基本内容是以路面耐用性的概念为依据而定出的交通量与路面厚度的关系。1 .设计标准和设计考虑AASHO设计法采用现时服务能力指数(PSI)作为衡量路面使用性能的指标，其值可通过对路面的使用性能进行客观量测和主观评价相结合的方法确定基本。使用性能期内路面服务.PSI=PSI0-PSIt能

27、力指数的变化量：即作为路面设计的使用性能标准。AASHTO方法以试验路观测资料为基础，建立了APSI同路面结构数SN和标准轴载(80KN)作用次数的经验关系式。在设计方法中，还考虑了以下几个方面：1)环境对APSI的影响一一主要考虑冻胀性粘土使服务能力变化量降低的影响；2)路面结构的排水条件主要反映在路面结构数SN中2 .设计参数1)使用性能期和分析期：使用性能期指路面结构修建初期的服务水平衰变到需进行改建的终端服务水平所经历的时段。进行路面设计方案分析时所采用的时段称为分析期。分析期内可考虑分期修建或安排改建。2)交通(1)采用设计期限内日平均18千磅(80KN)单轴荷载的作用次数。(2)轴

28、载换算：采用80KN的单轴荷载作为标准轴载，以PSI作为路面结构设计的标准,按现时服务能力指数等效的原则推演得到的轴载换算公式PSI达到等效的PSI时，不同轴载的当量换算系数随路面类型和结构、轴型以及使用期末的值而异。(3)各类货车当量轴载系数：在有称重设备时，将采集到的各类货车的轴载谱，按上述轴载换算系数计算分析各类货车的当量轴载系数(4)分析期内设计车道的标准轴数nN18-(ADT-lTpiTJfdfifgi1式中：ADT0的一初始年的双向平均日交通量(5) n货车类型数；Tpii类货车在日交通量中所占比例；Tfii类货车的当量轴载系数；fd方向系数；fl车道系数；fg分析期内交通增长系数

29、fg-113653）可靠度参数：包括目标可靠度、可靠度指标、总标准差。由于引入了可靠度参数，设计时其他各项材料性质和交通参数均取平均值。4）路基土有效回弹模量：一年内不同时期测定的路基土回弹模量，按他们对路面服务能力的相对损伤程度，分别赋予相应的权系数后求得平均损伤后，可得路基土有效回弹模量。3 .结构数与结构层厚度选取：结构数为层厚、层位系数和排水系数的函数，综合反映路面结构的性能4 .设计步骤1）选定使用性能期和分析期2）计算分析期内标准轴载累计作用次数3）选用可靠度参数4）确定设计标准一一服务能力指数变化量5）考虑环境的影响6）确定路基土的有效回弹模量7）确定各结构层的层位系数8）选用排

30、水系数9）制定第一阶段设计方案10）针对第一阶段的结构数，确定各结构层的厚度5 .讨论AASHO试验路的成果及设计方法对各国的路面设计方法参数很大的影响，尤其是在路面耐用性，即工作状态的概念及与此密切相关的观测结果和不同车辆换算系数等方面至今仍有很大的意义。该法简单可行，应用方便。缺点：1）强度标准不明确，耐用性的概念仅反映道路表面的现象，未能揭示路面结构内部的应力应变关系。仅当条件与试验路相同或接近时，设计结果才使人满意。未能考虑不同土基上路面的变形（弹性、塑性）以及变形累积规律的差别，对土基承载力这一重要因素处理不合理。2）试验路所受气候影响只有一种类型3）试验路车辆在固定车道上行驶，交通

31、密集程度是单一型的，与实际情况出入很大4）所得成果似乎仅停留在现象的罗列和对统计关系的依赖上，未提高到理论认识的阶段。国外方法与我国方法的区别（特点）方法路面模型考虑环境因素材料特性设计指标试验方法AI法多层弹性体系温度混合料的粘弹性粒料的非线性沥青混合料底面驾拉应变；基层顶面的压应变常应变疲劳试验；土基室内重复三轴抗压试验SHELL层状弹性体系温度湿度（土基试验时的含水量）混合料的粘弹性粒料的非线性沥青混合料底面驾拉应变；基层顶面的压应变水泥稳定类基层底面的拉应力土基动态驾沉试验，混合料静态蠕变试验9道路表向的永久变形Superpave层状体系温度考虑非线性，粘弹性、塑性低温开裂、疲力开裂、

32、永久变形静水压力试验，单轴试验，间接剪切试验，剪切频率、间接拉伸试验，间接拉伸蠕变试验AASHTO弹性层状体系降雨、排水混合料的动态模量，粒料的回弹模量使用性能期内路面服务能力指数的变化量土基室内回弹模量试验我国设计方法温度湿度静态，考虑材料非线性、塑性汽车双轮间隙中心路面弯沉；沥青层或整体性基层层底拉应力劈裂试验对比我国与国外沥青路面设计方法，主要区别在于：1）设计指标上，国外设计方法都以土基压应变和沥青类面层层底拉应变为主要标准，我国沥青路面设计则以汽车双轮间隙中心路表弯沉及沥青面层或半刚性基层层次拉应力为设计标准；2）设计参数上，国外设计方法中多采用材料的动态特性值，我国的设计参数则以静

33、态为主。综述以上的沥青路面设计方法，存在以下不足：1）路面力学特性与使用性能间缺乏明确的关系式，无法给出设计的结构组合和力学强度所能提供的路面使用性能；2）现有的设计方法和性能研究结果不能指导路面结构组合的定量设计，因此，很难优化设计路面的结构组合；3）研究环境因素对路面的影响，仅考虑了环境因素对材料性能的影响，而环境因素对使用性能的影响，未曾研究；4）材料性能对疲劳和长期变形抵抗能力的影响未曾考虑，仅考虑了材料特性对力学结果的影响，但未考虑不同材料对路用性能的影响。5）另外，所以方法均未考虑经济因素，而如今在设计中经济因素也十分重要。5、试叙述沥青路面（包括柔性基层和半刚性基层沥青路面）裂缝

34、的形式、产生裂缝的原因,延缓或减少这些裂缝可以采用哪些措施？试评述各种措施的优缺点。（1999）答：1、横向裂缝：其产生的原因是温度变化和地基的纵向不均匀沉降，半刚性基层沥青路面的横向裂缝绝大部分是反射裂缝2、纵向裂缝：产生原因是压实不好，路基或基层出现沉降，混合料摊铺时纵向施工搭接质量不好，或基层的反射裂缝以及荷载重复作用的结果。3、龟裂：产生原因是行车荷载的反复作用；由于沥青层路面结构强度不足，结构组合不合理；基层排水不良，沥青混合料老化，或低温变硬、变脆等；横纵向裂缝出现后继续扩展，北方冰雪和南方多雨地区更是严重。4、块状裂缝：面层材料的低温收缩和沥青老化以及砂砾基础的不均匀性。沥青路面

35、裂缝的预防方法有：一、结构设计控制1）尽量避免稳定细粒土结构设计，容易导致沥青路面裂缝过早产生。尽量采用二灰稳定粒10料、水泥稳定粒料作为基层结构。2）尽量使用水稳性较好、抗冲刷能力较强的材料，并且确保基层结构厚度。各结构层应按强度和刚度自上而下递减的规律安排，基层的最小厚度尽量控制在18cm,使基层具有足够的强度和抗变形能力，减少沥青路面裂缝产生。3）沥青面层尽量避免沥青贯入、表面处治结构设计。它具有空隙大、易渗水、油石比难以控制、平整度差等缺点，多采用抗裂性、耐久性、热稳性、抗滑性较好的中粒式沥青混凝土。其优点：高温时，不易变软；低温时，具有良好的抗裂性能和抗温度疲劳裂缝的能力；还具有不透

36、水性，防止自由水浸入结构层。做到经济合理，耐久使用，厚度宜选择48cm。4）注重结构层排水和实施防水下封层。防止自由水长时间停滞在表面层，使沥青膜剥离，影响使用性能。减少自由水浸入结构层，避免面层产生裂缝及变形。地下水位较高路段，路肩必须设置深盲沟排水。二、施工质量控制1）路基施工严格按规范施工，控制压实厚度，保证最佳含水量时一次性压实到位，注重新老路结合部位处理，采用“台阶层压”法施工，保证衔接部位紧密，并具有足够的压实度。2）石灰土基层施工禁止路拌，以防夹层，实行厂拌。严格控制“土质、石灰质量、石灰剂量、含水量、压实度、养生”六大要素关。严防灰土暴晒，工期尽量在夏季来临前结束，以保证冻前（

37、个月灰土强度有效增长期，以提高抗冬冻春融受损能力，减少网裂、龟裂。养生期结束，铺设下封层，通车一段时间后，让石灰土基层充分开裂后再铺装沥青面层，以减少面层反射裂缝。3）水泥稳定粒料、二灰稳定粒料基层施工严禁路拌，实行厂拌。严格按规范确定级配材料，严格把好“二灰比（水灰比）、含水量、压实度、养生”四个主要施工环节关，确保在最佳含水量一次性压实成型，保证湿润养生，减少表层松散。养生期结束后，进行防水下封层，不要急于覆盖沥青面层，以充分散发结构层水份，减少干缩裂缝引起的面层反射裂缝。4）沥青面层施工选用优质沥青，应使用重交通道路石油沥青，以减少温度裂缝的产生。混合料中粗、细集料要保证足够的强度，严格

38、控制压碎值。通过集料筛分试验，确定密级配材料，通过马歇尔稳定度试验，确定最佳沥青用量。保证足够的矿粉填料，形成“结构沥青”，保证沥青混合料抗拉强度。减少甚至避免温度疲劳裂缝产生。保证沥青混合料出厂温度不低于130度，摊铺温度不低于110度，碾压温度不低于90度,以提高沥青混合料的温度稳定性。5）严格保证接缝垂接、紧密、平顺。6、水对道路使用性能有何影响？试分析高速公路沥青路面水损害的原因，为解决高速公路沥青路面的水损害现象，应采用哪些技术措施？请详细说明。（2001/3）i,沥青道路水损坏的类型，原因以及对策答：目前认定的三种较为普遍的水损害现象为：松散、坑洞和唧泥。松散是指沥青面层中的集料由

39、于丧失相互间的粘结而逐渐酥软直至松垮的现象，在局部松散处，松散的集料颗粒逐渐流失而形成大小不一的坑洞。松散和坑洞的成因是沥青/集料粘附性差导致的混合料水稳定性不足。在路面裂缝处，外界水可以不断地渗入并积存于基层顶面，此处地基层结合料被侵入地水溶解成泥浆，在行车荷载的反复挤压下，泥浆从裂缝中被挤压而出，这种现象称为唧泥。基层的不耐冲刷和路面裂缝或较大空隙是唧泥的根本原因所在。只要提高基层的11耐冲刷性并减少路面裂缝或空隙就可有效地防止唧泥。水损害有个发展形成过程，大多先有小块网裂、唧泥，由上而下的局部松散逐步扩大，水损害的显著特征是沥青膜的剥落，严重水损害发生地层位主要在中面层，不仅中面层粗集料

40、表面毫无沥青痕迹，甚至细集料也状如粉渣；中面层剥落的沥青会上挤表现为路面泛油，而中面层强度的损失构成了路面网裂、车辙与拥包。高速公路沥青路面水损害的原因主要有三点：1）特定的结构条件近年来高速公路沥青路面路面结构设计有所变化：为了提高重交通下路面结构的疲劳寿命，沥青下面层由沥青碎石改为密实式或半密实式沥青混合料；为了解决雨天高速交通的安全，沥青上面层采用抗滑表层。抗滑表层在提高了雨天抗滑性能的同时，潜伏着水损害的可能。由于实际工程压实度的不均匀以及标准掌握的不同，呈不同程度的渗水，所以行车道上的水损害也是不均匀的。对于没有考虑路面结构层排水的工程，由各种方式渗入的水就会不均匀的存在包括沥青上、

41、中、下三层在内的空隙之中，空隙水能透过沥青膜进入沥青与集料之间，起着阻碍沥青与集料之间相互粘结的作用；水引起沥青混合料内部的损伤不仅是静态的，在重复荷载作用下当水量积累到一定程度，重复荷载所引起的动水压力，又强化了剥落，加速路面的破坏。由于离析，由于压实的不均匀，中下面层的空隙率分布不均匀的，如果将路面划分为一个个单元，那么出现上面层渗水、中面层存水、下面层密实不透水这种组合的概率很高，可以说水损害在这种条件下已经成为必然。2）沥青混合料的水稳定性如果沥青与集料的粘附性大到足以抵抗高速水流下动水压力的强行剥落，那么即使沥青层空隙饱水也不会在重车作用下发生水损害，因此，提出两方面的问题，第一，有

42、关水稳定性的评价方法，第二，提高沥青与集料粘结力抵抗水损害的能力。目前使用的有关水稳定性评价方法，满足这些指标的沥青结构层仍然会发生水损害，不能说明这些指标不反映水稳定性，只是评价指标与方法都有它的相对性与条件性。新的评价指标肯定会对沥青与集料的要求、混合料的组成结构、压实标准、抗剥落剂等提出新的或更高的要求，从而推动技术的发展，特别是高质量的沥青材料生产、沥青改性技术以及新一代的抗剥落剂。3）材料、工艺与管理水平为解决雨天交通安全问题国内外防滑层的发展趋势，一是竣工后空隙率>15%20%以有利于排水；二是竣工后空隙率<7%以防止渗水。问题关键在落实相应要求的材料、工艺与管理水平。

43、片面追求平整度、构造深度，放松压实度，进一步加剧了水损害的问题。对策：沥青路面的水损害可分解为三个层次来认识：粒料外有沥青薄膜的单个颗粒属第一个层次，水煮法粘附性试验是目前常用的简易而直观的评价方法；沥青混合料属第二层次，影响沥青混合料水损害的内因不仅是石料与沥青的粘附性，还包括沥青混合料的组成结构，最重要的指标是空隙率、饱水率；沥青结构层属第三层次，如果控制住进入沥青结构层的水，那么水损害就不会发生，即使粘附性较差。排除结构因素，可以得到两个根本的措施：第一、提高沥青与集料的粘附性；第二、控制空隙率。提高粘附性最为根本，改性沥青通过提高粘度，改善了粘结力，虽然有助于提高混合料的水稳定性，但不

44、等于解决了长期水浸条件下的粘附性问题，抗剥落剂是工程常用的方法。另外按密水原则控制空隙率仍然是工程通用的技术措施，问题的关键在于空隙率均匀性的控制。、水泥混凝土方面121、试着从理论基础、计算方法、标准轴载、轴载换算、设计指标等几个方面叙述我国现行水泥混凝土路面的设计方法，试着评述该方法的优缺点。（1990）i .试从理论基础设计指标、轴载换算方法、材料设计参数等方面说明我国现行水泥混凝土路面设计方法与美国PCA水泥混凝土路面设计方法的差异。这两种方法有何优缺点？你认为其缺点应如何改进？（2001/11）ii .试叙述我国现行水泥混凝土路面设计方法的主要内容，你对这种方法的看法如何？有何值得改

45、进之处？（2002/4）答：我国设计规范：1、理论基础选用板边缘中点为临界荷位，采用弹性半空间地基上的薄板理论和有限元法计算标准轴载在该处最大荷载。2、设计指标：以混凝土面层板疲劳断裂为主要路面损坏模式，以控制行车荷载反复作用在板内产生的荷载疲劳应力bpr与温度梯度作用在板内所产生的温度疲劳应力btr之和不大于碎的弯拉强度bf作为面层板厚度的设计标准r（-pr二tr）£fr其中：Vr=可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级确定仃pr=kckfk产ps,标准轴载在临界荷载处产生的荷载疲劳应力仃tr=kt5m，最大温度梯度时在板纵边缘处产生的温度疲劳应力fr板的弯拉强度标准值3、设

46、计参数100KN的单轴双轮组轴载为标准轴载1）交通：采用重量为轴载换算公式为：npNs八'N（二）16siJ100Ns11rt-11365累计：Nar2）温度梯度：依据所在地的公路自然区划查表选定。3）基层顶面当量回弹模量Et和计算回弹模量Etc（1） 新建：直接采用三层弹性体系程序进行计算，并对路床上的基层和底基层或垫层结构，依据等弯曲刚度底原则换算为回弹模量和厚度相当的单层结构后，按双层体系进行计算。（2） 改建：旧混凝土路面基层顶面的当量回弹模量宜采用落锤式弯沉仪测板中荷载的弯沉曲线获得；在旧柔性路面上铺筑水泥混凝土路面时，原柔性路面顶面的当量回弹模量可通过轴重100KN的车辆进

47、行弯沉测定后获得。（3） 基层顶面的计算回弹模量值Etc=nEt。n为模量经验修正系数，与混凝土面层的厚度及混凝土弹性模量有关。4）混凝土的设计弯拉强度以28d龄期的弯拉强度作为标准，如果混凝土浇筑90d不开发交通，可采用90d龄期的强度，其值约为28d龄期强度的1.1倍。弯拉弹性模量由中梁试验测出，或参照与弯拉强度的经验关系式确定。134、设计步骤：（1）收集交通资料并分析资料：计算使用期内设计车道的标准轴载累计作用次数Ne。（2）初拟路面结构：按路基土质、水温状况、路面材料供应条件和性质，交通等级、公路等级和所选变异水平等级，进行结构层组合设计，初选各层材料类型和厚度。（3）由混凝土的设计

48、弯拉强度最低要求，进行混合料组成设计。确定基层顶面回弹模量（4）计算荷载疲劳应力opr,<ypr=kckfkjffps,Kc为考虑超载和动载等因素的荷载安全系数，Kj为考虑接缝传荷能力的应力折减系数，Kf为考虑设计使用期限内轴载应力累计疲劳损耗作用的荷载应力疲劳系数。（5）计算温度疲劳应力，仃什=kttm,Kt为考虑使用年限内不同温度梯度作用下的等效（或当量）累计疲劳损耗系数。（6）检验是否满足5、看法：优点；1）现行规范以荷载、温度应力综合作用下的疲劳开裂为设计标准，综合考虑荷载、结构、交通等多方面的因素，更加符合路面的实际力学状况；2）考虑温度应力采用了与轴载换算相同的原则，使两者在

49、形式上得到统一，可以在设计中兼顾两方面的影响，且便于水泥混凝土路面的程序化设计3）旧规范设计方法采用的是确定型方法，未考虑材料和结构参数的变异性对设计结果的影响，也即未考虑施工技术、施工质量和管理水平对路面使用性能和使用寿命的影响，因而并不明确所设计的路面结构实际具有的可靠度，引入可靠度的混凝土路面概率型设计方法，可使设计结果更加合理，并能使设计同施工质量和管理水平紧密地结合起来，促使我国混凝土路面施工和管理水平地提高及路面使用性能地改善；4）公路车辆超载和超载现象十分普遍和严重，这是导致混凝土路面过早损坏地主要原因之一。旧规范中地应力计算公式的适用范围仅限于130KN（单轴）以下，新规范对轴

50、载作用于四边自由矩形板纵向中部产生的荷载应力，应用有限元法重新进行了计算分析，使公式对轴载的适用范围由原来的单轴140KN扩大到240KN，双轴320KN扩大到480KN;5）影响路面使用性能和使用寿命的路基、垫层、基层、路肩、接缝等结构组合及材料组成方面，已经积累了许多实践经验，在新规范中进行补充和修改；6）水损害也是促使混凝土路面过早损坏的主要原因之一，旧规范对基层的抗冲刷性能和路面结构内部排水注意不够，因此，对旧规范进行修改补充，突出基层的抗冲刷性能要求，细化路面结构内部排水系统设计；7）旧规范对旧混凝土路面评定方法同混凝土路面养护规范不尽一致，应力分析方法有待改进，此外，未涉及沥青加铺

51、层设计的内容，因此，新规范补充了这部分内容；8）旧规范中有关路基和基垫层材料设计参数均取自1986年发布的公路柔性路面设计规范，而1997年发布的公路沥青路面设计规范对这些参数已做了较大的修改，因此，结合近年的使用经验进行相应修改。不足：1）在计算温度应力疲劳损耗时，着重考虑了温度梯度产生的翘曲应力，而对伸缩应力考虑不足，尽管有时它占很大的比例；2）临界荷位的选取以纵缝边缘中部a、忽略了横缝边缘中部为临界荷位的少数情况，可能会出现不合理情况；b、着重考虑了接缝的传荷能力，忽略了其他因素的影响；14c、利用不同温度应力的疲劳方程计算板上不同位置的疲劳损耗，该方程在室内小梁试件得到，与野外实际情况

52、有出入，表现为：a）试件承受单向反复弯曲应力，而面层承受双向反复应力；b）梁试件底面为点支撑，开裂为瞬间断裂，而混凝土面层承受基层、垫层、土基支撑，延续承受轴载作用；c）梁试件的作用力以一定频率连续施加，而实际荷载有间隙性，疲劳可得到一定的恢复。因此应结合野外疲劳试验结果，进行标定。3）温度应力与荷载应力的作用频率并不同；4）应力计算公式假设了板与地基保持接触，而疲劳方程依据室内试验结果整理得出，设计理论和方法并不能完全反映路面结构的实际工作状况。设计时，一方面应结合具体工作条件和设计经验，慎重选用各项计算参数；另一方面注重于考虑采取适宜的结构措施以保证路面结构具备良好的工作条件，如排水、接缝

53、等。美国波特兰水泥协会（PCA）设计方法1、理论基础：采用Winkler地基板模型和有限元分析方法，计算分析碎路面板在单轴或双轴荷载作用于纵向边缘（靠路肩一侧）中部和角隅处时的应力的挠度。2、设计标准：1）碎面层板的疲劳断裂：限制反复荷载在板纵向边缘中部产生的应力不致于使碎产生疲劳破坏。2）基层和路肩材料的冲刷：限制板边缘、接缝和角隅处挠度（弯沉）量，以控制由于基层和路肩材料受冲刷而引起的唧泥、错台等损坏3）此外，还考虑：a.横向接缝的传荷能力，分有传力杆和无传力杆b.路肩类型的影响，指设与不设碎路肩c.用贫碎（经济碎）基层的影响d三联轴荷载的损坏影响3、设计参数1）交通分析：为确定设计使用期

54、内各级轴载作用次数，需调查和预测下列交通数据：（4） 平均日交通量和平均日货车交通量（不包括2轴4轮以下的车辆）（5） 货车的方向分布和车道分布系数（6） 交通量平均增长率（7） 各级轴载（单轴2000lbf一级，双轴4000lbf一级）的轴数比例。1lbf=4.448N依据以上交通数据，计算设计使用期内各级轴载的累计作用次数分析荷载应力时，临界荷位上的横向分布系数为0.06;分析挠度时，不设混凝土路肩的临界荷位为板角隅处，横向分布系数为0.06;设混凝土路肩，临界荷位向中部内移，横向分布系数为0.94。分析应力和挠度时，各级轴载均需乘以荷载安全系数。2）路基和基层：路基反应模量由承载板试验得

55、到，也可利用反应模量与加州承载比（CBR）的关系，由CBR试验得到。设置各种基层后的地基反应模量，可按路基反应模量，基层类型和厚度确定3）混凝土强度：28d龄期和抗弯拉强度作为设计强度（机场为90d）,变异系数为85%4、设计步骤：1）收集设计参数：接缝和路肩类型、混凝土28天抗弯拉强度、路基和基层反应模量及基层厚度、荷载安全系数、各级轴载的轴数和设计使用期内的预期作用次数。152）疲劳分析：分设与不设混凝土路肩3）冲刷分析：考虑有无路肩、传力杆、面层配筋4）确定设计厚度5、评述：1）本法不仅采用了疲劳分析，还包括了冲刷分析2）未考虑温度因素对疲劳损耗的影响（1） 理论基础不同： Winkler地基为许多紧密排列互不相关联线性弹簧组成，顶面任一点的挠度级与该点压力成正比，而与其它点上的压力无关。使用K地基反应模量。无法考虑板中接缝的情况，与实际不符，应修正。由于试验条件的限制，与理论也有所出入。 弹性半空间地基：均质的半无限连续介质，顶点挠度不级与该点应力，而且与其它点压力有关，E0,多层看成均质体系（使用一个当量），并以一个或一对参数表征。承载板的直系有限，与作用荷载出入大。（2） 有限元近似解，可考虑到较复杂荷载状况，边界条件及材料的非线性性质（3） 考虑粘度（4） 我国的临界荷位为纵缝中心，而PCA的临界荷位根据条件而改变，而且