沥青混凝土面层设计方法
近年来，沥青路面在公路面中占居主导地位。随着我国国民经济的迅速发展，公路交通量越来越大，轴载迅速增长，车速不断提高，沥青路面发生的质量问题也越来越多，有的前修后坏，有的使用周期达不到设计年限。这给沥青路面的使用品质提出了愈来愈高的要求，而影响沥青面层使用性能的重要因素是混合料的级配组成。本文对沥青混合料配合比设计作一探讨。
1 级配类型的选择
选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青凝土路面面层质量的前提。沥青混凝土面层的设计一般依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032—94）(以下简称《规范》)《公路沥青路面设计规范》（JTJ014—97）和《公路工程集试验规程》（JTJ058—2000）。我国现行规范规定，上面层沥青混合料的最大粒径不宜超过该层厚的1／2，中面层沥青混合料的集料最大粒径不宜超过该层厚的2／3；沥青路面结构层混合料的集料最大公称尺寸不宜超过该层厚的1／3，对于粗的混合料，这个比例还应减小。由此分析，厚度一定的沥青面层，若按《公路沥青路面施工技术规范》最低要求选择级配类型，则沥青混合料集料的粒径普遍偏大，何况还有0～5%的颗粒超过最大粒径，这样势必对沥青混凝土路面的施工带来难以解决的施工难度，如摊铺机的熨平板易拉动大粒径的骨料，尤其比最大粒径大0～5%的超粒径骨料；若采用细料弥补，易破坏沥青混凝土混合料的级配，使局部部位的面层压实度难以控制，或使沥青混凝土面层空隙率偏大，渗水严重等。濮阳市的沥青路面结构多年来一直采用的是4cm+3cm的厚度组合模式，这种组合模式对沥青混合料类型的选择有很大的局限性。4cm的下面层最大粒径一般不超过25mm，3cm上面层最大粒径一般不宜超过15mm；根据近年来濮阳地区路面所用材料的情况，经调查、试验、分析、比较可知，下面层的选择余地较宽，多采用AG-201级配类型。而上面层混合料型的选择非常困难。3cm厚的上面层，按照《沥青路面施工技术规范》的规定，选择AC-10I型较合适，AC-10I型公称最大粒径为13.2mm。最大粒径为15mm。这使我们在选材上有了很大的局限性，要实现这一配合比的合理选择，必须通过两种渠道来把关：一是尽量多的考察集料资源，二是拌和机的振动筛一定要根据不同级配类型要求的筛孔专门定做。
2 原材料的选择
要保证工程质量，必须对工程材料进行严格的选择和检验，这也是在沥青混合料配合比设计前必不可少的一个重要环节。选择、确定原材料应根据设计文件对路面结构和使用品质的要求，按照《规范》的相关规定，结合地材的供应情况，按照相关试验规程的要求进行检验，然后择优选材，使材料的各项技术指标都符合规定的技术要求。
2.1 选材原则
组成沥青混凝土的原材料主要有：不同规格的粗集料、细集料、填充料（矿粉）、胶结料（沥青）。选择原材料按以下原则：技术性好（满足技术指标要求），经济性好，结合环保就地取材。
2.2 沥青的选择
沥青是沥青混凝土的主要组成材料之一，是决定沥青混合料质量的主要因素。因此选择沥青时，除了要注意沥青自身品质的优劣以外，还要注意沥青标号对当地环境、气、气温的适应性，既要兼顾冬季的抗裂性，又要兼顾到夏季的抗塑变能力。近几年，濮阳市根据当地环境、气候条件及交通状况，选择了AH-90广泛应用于路网改造项目中，对提高沥青咱面的使用品质发挥了很大作用。
2.3 粗集料的选择
粗集料在沥青混凝土面层中的作用是通过颗粒间的嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。即压碎值、磨光值、吸水率、粘附性、针偏状颗粒含量等均符合要求。结合本地区选用的粗集料多为石灰岩，这种耐磨性较差，但与沥青的粘结力非常好，是修筑较薄沥青路面的理想材料。主要规格有：20~40mm、10~20mm、5~10mm、3~6mm。
2.4 细集料的选择
细集料一般是指天然砂、人工砂、石屑等，在沥青混合料中增加颗粒间嵌锁作用，减少粗集料间的孔隙，从而增加混合料的稳定性。选择细集料时，除考虑应满足规范规定的技术指标外还应考虑级配情况，与沥青的粘结力以及耐磨性和对混合料的稳定性。
2.5 填料的选择
选择填料时一定要考虑能否满足亲水性和细度要求，能否改善沥青与集料的粘结力。根据集料的性质不同选择不同的填料，对于碱性集料，可选择磨细的石粉作填料；对于中性材料，可使用磨细的石灰石粉；另外，根据不同情况还可选用水泥消石灰等作填料。
3 沥青混合料配合比设计
《规范》规定对沥青混合料的配合比设计采用三阶段配合比设计法。这一方法的目的是为了使设计程序化和深入化，使设计结果更加符合生产实际，以充分起到指导施工的作用。
3.1 目标配合比设计
根据设计文件结构层的要求，选择相应的合格材料，先进行矿料级配比计算，找出最佳状态的配合比。一般情况下应使试配结果尽量靠近级配范围的中值。参照《规范》推荐，根据以往经验固定一个最佳沥青含量的范围，以0.5%间隔的不同油石比配置5~6组试件，分别进行马歇尔稳定度、孔隙率、试件密度、流值、沥青最佳沥青用量OAC，然后再按最佳沥青用量OAC制件，做水稳定性检验和高温稳定性检验。根据验证结果，若达不到相关规定则另选材料、调整级配或采取其他措施重做试验，直到符合要求，确定出较理想的目标配合比。
3.2 生产配合比设计
目标配合比确定以后，要使实际施工中所采用的沥青混合料拌和设备进行生产配合设计。试验前，首先根据路面结构的级配类型，选择适当尺寸的振动筛。选择时要遵循：
（1）动筛的最大筛孔应使超粒径的矿料排出，保证最大粒径筛孔的通过量在要求的级配范围内；
（2）振动分档应使各热料仓的材料保持均衡，以提高生产效率；
（3）应注意振动筛的孔径要与室内试验方孔筛尺寸的对应关系。试验时，矿料按目标配合比设计的比例由冷料仓取样进行各项指标试验，使其合成级配在要求范围内并大致接近中值，按此配比进行拌和，用热拌合料进行马歇尔试验，此试验的油石比采用目标配合比确定的油石比±0.3%进行试验。按照与目标配合比相同的试验方法确定最佳用油量，所得结果为生产配合比。据此结果根据拌和设备的拌和能力确定每盘料所需各热仓的矿料数量和沥青的数量。
3.3 生产配合比的验证
生产配合比的验证是通过实际施工对预期结果的验证，也是从感性的角度对沥青混合料配合比设计的评估，同时也是对施工单位制定的施工方案的检验，检验期拌和、运输、摊铺、碾压工艺等的可行性和设备的匹配情况。这可从混合料的颜色、拌和均匀度、离析情况、碾压后的表面状况等方面做出判断：同时可组织试验人员对拌和摊铺后的混合料及时取样，进行抽提如马歇尔试验，对碾压段进行钻芯取样等各种检验，并对生产的全过程监控，检查各种设备参数材料投放是否准确。整理出该阶段的所有数据，进行对比分析，若有指标不到规范要求，应对生产配合比或有关工艺做出调整，直至达到设计要求，据此写出总结报告，报监理及业主批准实施。
4 沥青混合料三阶配合比设计的意义
沥青混合料的配合比采用三阶段设计对施工具有非常大的指导意义，其真正使室内试验与施工生产联系在了一起。但是，在实际施工中还应注意以下几点：
（1）必须克服以往只对混合料配合比设计采用目标配合比，而忽视生产配合比和验证配合比；也不能碰到一些指标不合格或试验有困难就放弃。特别应注意在生产配合比设计阶段，要严格控制冷料仓和热料仓的配比；当材料发生变化时，要及时调整配合比。
（2）在进行配合比设计时，要具体问题具体分析，不能死搬硬套《规范》规定。在不脱离《规范》的情况下，根据不同的材料，灵活的进行配比设计。
（3）在配合比设计过程中，要和施工生产的实际情况相结合，不能脱离现有的技术条件；同时要严格施工管理，使混合料的生始终控制在设计的最佳状态。
为适应公路建设发展的需要，使沥青路面满足使用要求，保证路面质量，提高工程耐久性，制定沥青混凝土路面设计规范。
法律依据：
《中华人民共和国道路交通安全法》第二十九条道路、停车场和道路配套设施的规划、设计、建设，应当符合道路交通安全、畅通的要求，并根据交通需求及时调整。公安机关交通管理部门发现已经投入使用的道路存在交通事故频发路段，或者停车场、道路配套设施存在交通安全严重隐患的，应当及时向当地人民政府报告，并提出防范交通事故、消除隐患的建议，当地人民政府应当及时作出处理决定。
一、路面结构组成
1．沥青路的结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。
2．面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至三层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层；中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。
3．基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。
4．底基层是设置在基层之下，并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用，起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。
5．基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层或底基层较厚需分两层施工时，可分别称为上基层、下基层，或上底基层、下底基层。
6．垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。
二、设计步骤
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．按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．可参考附录A推荐结构，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结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。
4．根据设计弯沉值让算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、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、提高极限抗拉强度，再重新计算．上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行．
（对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。）
沥青混凝土路面施工准备阶段包括：
a. 基层验收；
b. 材料、机械设备的检查；
1.1基层验收
基层分新建和利用原路面两种。高等级公路要求除临土基第一层底基层可路拌施工外，均采用集中拌和、机械摊铺的方法进行施工。为提高路面的平整度从基层开始就严格挂线施工，达到施工技术规范要求的各项指标。目前为提高工程质量减少路面裂缝多在上基层上每隔15—20米切缝铺设土工格栅或土工布撒布改性沥青处理。在原有路面上铺筑沥青混凝土也应严格验收，对沥青混凝土路面有坑槽、沉陷、泛油、混凝土路面碎裂等病害加以处理。对有较大波浪的地方应在凹陷处预先铺上一层混合料，并予以压实，不必考虑摊铺厚度的均一性。
1.2材料、机械设备的检查
1.2.1原材料
沥青混合料拌和前应严格按照设计文件及规范要求选择好各种材料。必须对材料来源、材料质量、数量、供应计划、材料场堆放及储存条件等进行检查。
沥青混合料中使用的粗集料，通常是2—3种不同规格的石料经掺配组成。在施工过程中要保证有稳定的合格矿料级配，就要求在石料的供料和收料过程中，保证不同规格碎石颗粒要有一致性。保持沥青混合料级配组成的一致性对沥青混合料各项技术指标的稳定性非常重要。
路面施工所用的矿料数量较大，加之施工单位流动性强，施工单位很少有自己组织的石料加工厂。同时按照“因地制宜，就地取材”的原则利用当地生产的材料。现在社会上生产碎石材料的厂家都属于建材部门或地方的集体或个人所有，生产的材料又是常用于水泥混凝土。而水泥混凝土对集料规格的要求与沥青混凝土对集料的要求是不同的，沥青混凝土路面材料对砂、石料的质量和规格要求更高，因为它在相当程度上要依靠集料的嵌挤作用形成路面强度并保证结构的稳定性。
实践中认识到，同一个工程从多个厂家购进石料，会出现品种杂，而且规格上参差不齐的现象。名义上是同一规格粒径的石料，出自不同厂家，甚至是一个厂家由不同型号机器加工的石料，其材料级配也是有差异的。用这些碎石直接掺配后生产的沥青混凝土混合料，由于不同规格集料级配的不均匀性，常导致混凝土的质量难以保证。因此在室内实验认定的各厂家生产的石料性质、强度等指标合格的基础上，选取生产量能满足需用的一或二个厂家的石料。如能采用对进场的各家不同规格的集料进行二次筛分的工程措施，使分离出的不同规格的集料配比均匀一致。就更多可保证拌制的沥青混凝土混合料矿料级配组成的均匀性，从而保证沥青混凝土质量的稳定性。
1.2.2施工机械
施工前应对拌和厂及沥青路面施工机械和设备的配套情况、性能 、计量精度等进行检查。拌和前特别要注意沥青拌和楼电子秤的准确度。从而保证骨料、粉料、沥青等各种物料配比精度。
摊铺设备的选型也很重要，德国ABG423型全自动找平摊铺机，整幅一次摊铺（全宽12M），能很好控制摊铺厚度和表面平整度。
2．试验段的试铺
高级公路面层在施工前应铺筑试验段。试验段的长度应根据实验目的确定，宜为100~200M。试验段宜在直线上铺筑。分试拌及试铺两个阶段，包括下列实验内容：
2.1据沥青路面各种施工机械相匹配的原则，确定合理的施工机械、机械数量及组合方式。
2.2试拌确定拌和机的上料速度、拌和时间、拌和温度等操作工艺。
2.3通过试铺确定：透层沥青的标号与用量、喷洒方式、喷洒温度；摊铺机的摊铺温度、摊铺速度、摊铺宽度、自动找平方式等操作工艺；压路机的压实顺序、碾压温度、碾压速度及遍数等压实工艺；以及确定松铺系数、接缝方法等。
2.4范规定的方法验证沥青混合料配合比设计结果，提出生产用的矿料配比和沥青用量。
2.5建立用钻孔法及核子密度仪法测定密度的对比关系。确定沥青混凝土或沥青碎石面层的压实标准密度。
2.6定施工产量及作业段的长度，制订施工进度计划。
2.7全面检查材料及施工质量。
2.8定施工组织及管理体系、人员、通讯联络及指挥方式。
在试验段的铺筑过程中，应认真做好记录分析，直接取得一手施工资料。在正式路段上施工时，要按照试验段施工时所取得的试验数据进行施工。
3.施工阶段
施工阶段包括：沥青混凝土混合料的拌和、运输、摊铺、接缝处理及碾压。
3.1沥青混凝土混合料的拌和
沥青混合料的拌和机械、拌和时间、拌和温度、热矿料二次筛分、沥青用量等是影响沥青混凝土路面稳定性和平整度的重要因素
沥青混合料必须在沥青拌和厂采用拌和机械拌制。可采用间歇式拌和机或连续式拌和机拌制。当工程材料从多处供料、来源或质量不稳定时，不宜采用连续式拌和机。
沥青混合料拌制时，沥青和矿料的加热温度应调节到能使拌和的沥青混合料出厂温度（石油沥青120~165摄氏度；煤沥青80~120摄氏度）。混合料温度过高时，影响沥青与集料的粘结力，从而影响到混合料的稳定性。
沥青路面设计使用年限按不同的公里等级有不同的标准，沥青混凝土路面的使用寿命跟道路的等级、交通量的大小、道路施工都有直接的关系。
一般高速公路设计年限15年；
二级公路12年；
三级公路10年；
四级公路8年。
具体细节，根据《公路工程技术标准[附条文说明]JTGB01-2014》第五章规定：
1、支路采用沥青混凝土时，设计年限为10年；采用沥青表面处治时，为8年。
2、砌块路面采用混凝土预制块时，设计年限为10年；采用石材时，为20年。
扩展资料：
增加了路面结构设计使用年限的原因：
1、随着我国公路网的不断完善，为了确保发挥路网的运营效率，减少路面结构性的频繁维修对路网运输效率和交通安全带来的不利影响，对路面结构设计使用年限做出规定是必要的。
2、与国际发达国家相比，我国公路路面结构设计使用年限仍然偏低。
欧盟中多数国家的路面结构设计使用年限在15～30年间，普遍比我国的规定要高。
英国路面结构设计使用年限为40年。
法国国家公路网，高速公路和快速路设计使用年限为30年，城镇道路和其他等级公路路面结构设计使用年限为20年，地方上的低交通量道路路面结构初始设计使用年限为12年。
德国高速公路、州级公路和低等级公路一般为30年。
澳大利亚路面结构设计年为：新建柔性路面为20～40年，罩面为10～20年；刚性路面为30～40年。
日本路面结构设计使用年限为：对于主要的干线公路、高速公路为40年，国道20年；隧道内的路面为20～40年，对于大交通量的交叉口(立交)和城市的干线公路为大于20年。
3、从我国公路建设与工程实践经验看，京津塘高速公路、广深高速公路、济青高速公路路面结构的设计使用年限都已超过15年，并超过或接近了20年，其他等级的公路路面结构的实际使用年限也有很多路段远远超过了初期的设计使用年限。
2000年以后，随着针对路面早期损坏开展的相关研究成果的不断应用和公路建设管理技术的不断进步，路面结构的使用年限不断提高，逐步朝耐久性方向发展。
通过对过去二十多年路面设计与施工技术进步成功经验的总结看，无论是在原材料控制、混合料设计、施工关键技术方面，还是在路面施工质量控制以及交通运营管理方面，都为路面结构设计使用年限的提高打下了基础，对路面结构设计使用年限做出规定是可行的。
参考资料来源：百度百科-沥青路面
