沥青路面结构组合设计浅析

沥青路面结构组合设计浅析

郑　刘

(青海省公路科研勘测设计院　西宁　810001)

摘　要　在我国高等级公路的建设中,沥青混凝土路面已成为主要的路面形式。然而由于各地区气候环境、交通量及经济条件存在显著差异,对沥青路面性能要求不尽同,因此沥青路面结构组合设计的合理性显得尤为重要。

关键词　道路工程　沥青路面　结构　设计

沥青路面结构层次的合理选择和组合,是整个路面结构能否在设计使用年限里承受行车荷载和自然因素的共同作用,同时又能发挥各结构层的最大效能,使整个路面结构经济合理的关键。沥青面层混合料类型选择,包括对沥青面层各层次混合料级配类型、集料公称最大粒径以及厚度的综合选择,集料公称最大粒径与厚度应相匹配。混合料的最大公称粒径的选择主要依据交通荷载来确定,交通荷载越大,应选择公称最大粒径越大的混合料。在进行沥青路面混合料类型选择时,应因地制宜,综合考虑气候、交通量、经济等诸方面因素,选出最适宜的沥青混合料类型。

根据理论分析和多年的使用情况,在路面结构组合设计中可遵循下列原则。

1　常用沥青混合料的适用性

密集配沥青混合料可分为粗型(AC—C)和细型(AC—F)。粗级配是以粗集料为主,具有表面粗糙,构造深度较大,抗车辙、变形性能较好的优点,适用于多雨炎热、交通量较大地区的表面层。中、下面层也可以使用,以增强抗车辙能力,但应注意加强压实。

细级配因细集料较多,施工和易性较好,水稳定性、低温抗开裂及抗疲劳开裂性能等较好。但是,表面致密,构造深度较小,高温稳定性较差,适宜于抗疲劳结构层或干旱少雨、交通量较少,气候严寒、积雪较多地区的公路。

S MA沥青路面相对于传统的密级配沥青混凝土路面性能优越,但对材料的要求较高,造价也有所提高,适用于重交通、高等级道路的上面层或中面层。

OG FC沥青路面一般适用于沥青路面的表层,其优点是改善雨天高速行驶的抗滑性能,减少汽车行驶后部产生雨雾,提高行车安全和降低噪声。但由于相对的可渗透性,存在着水损害的隐患。

2　适应行车荷载作用的要求

作用在路面上的行车荷载,通常包括垂直力和水平力。路面在垂直力作用下,内部产生的应力和应变随深度向下递减。水平力作用产生的应力、应变,随深度递减的速率更快。路面表面还同时承受车轮的磨耗作用,因此,要求路面面层具有足够的强度和抗变形能力,其下各层的强度和抗变形能力可自上而下逐渐减小。在进行路面结构组合时,各结构层宜按强度和刚度自上而下递减的规律安排,以使各结构层材料的效能得到充分发挥。

按照这种原则组合路面时,结构层的层数越多越能体现强度和刚度沿深度递减的规律。但就施工工艺、材料规格和强度形成原理而言,层数又不宜过多,也就是不能使结构层的厚度过小。适宜的结构层厚度需结合材料供应、施工工艺确定,从强度要求和造价考虑,宜自上而下由薄到厚。

沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面结构的应力分布有显著影响,是合理确定结构层层数,选定适宜结构层材料的重要考虑因素。根据理论分析,沥青层的回弹模量一般小于半刚性基层材料的回弹模量,若沥青层与半刚性基层材料之间是连续体系时,沥青层多数处于受压状态或出现较小的拉应力,半刚性基层材料主要承受拉应力。上下层间模量比越小,下层拉应力越大,故半刚性基层的刚度不宜太大。选用各结构层间模量逐渐递减的材料组合,层间适当的模量比,可使结构层受力更合理。对半刚性基层沥青路面,基层与面层的模量比宜控制在1.5～3之间,基层与底基层的模量比不宜大于3,底基层与土基的模量比宜为2.5～12.5之间。

3　在各种自然因素作用下稳定性要好

如何保证沥青路面的水稳性,是路面结构层选择与组合需要解决的重要问题。在潮湿和某些中湿路段上修筑沥青路面时,晴天时由于沥青层透气性较差,使路基和基层中水份蒸发的通路被隔断,水份向基层积聚;雨天时雨水经沥青层中的空隙下渗,渗入基层中。如果基层材料中含土量较大,尤其是土的塑性指数较大时,遇水变软,强度和刚度急剧下降,结果导致路面

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开裂破坏。所以沥青路面的基层一般应选择水稳性好的材料,各沥青层中,至少有一层应为密级配沥青混合料。

在季节性冰冻地区,当冻深较大,路基土为易冻胀土时,常常产生冻胀和翻浆。在这种路段上,路面结构中应设置防止冻胀和翻浆的垫层。路面总厚度的确定,除满足强度要求外,还应满足防冻厚度的要求,以避免在路基内出现较厚的聚冰带,防止产生导致路面开裂的不均匀冻胀。防冻厚度与路基潮湿类型,路基土类、道路冻深以及路面结构层材料热物理性有关。如按强度计算的路面总厚度小于防冻厚度要求时,应增设或加厚垫层使路面总厚度满足防冻要求。

在冰冻地区和气候干燥地区,无机结合料稳定土或粒料的基层常常产生收缩裂缝。如果沥青面层直接铺筑其上,会导致面层出现反射裂缝,为此可在其间加设土工合成材料或优质沥青材料层,或者适当加厚面层,以缓解反射裂缝的发生。

4　考虑结构层的特点

路面结构层通常是用密实级配、嵌挤以及形成板体等方式构成的,因而如何构成具有要求强度和刚度并且稳定的结构层是设计和施工都必须注意的问题。影响结构层构成的因素,除材料选择、施工工艺之外,路面结构组合也是十分重要的。

为了保证路面结构的整体性和结构层之间应力传递的连续性,应尽量使结构层之间结合紧密稳定。若层间接触面处于不连续状态时,上层底面可能出现比连续状态大1～2倍的拉应力。因此从设计上应采取可靠技术措施,防止层间滑移。保证层间结合状态的连续,是提高路面耐久性的关键。

5　结论与建议

我国地域广阔,气候环境、交通量及经济条件存在显著地差异,对沥青路面性能要求不同,在进行路面设计时,要按照面层耐久、基层坚实、土基稳定的要求,贯彻因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则以及上述结构组合原则,结合当地经验拟定几种路面结构方案,进行分析比较,并优先选用便于机械化施工和质量管理的方案,做到技术先进,经济合理。另外,还应进行大量室内试验,优化材料组成,同时采取合理的施工工艺,加强现场监测,才能形成具有良好使用性能的沥青路面。

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5.1　成因分析

推移的产生一般与基层施工质量、透油层洒布质量、超载车辆比重加大、沥青混合料性能不良等因素有关。在沥青混凝土路面铺筑前,由于基层表面清扫不干净、透层油洒布不均等都会容易造成沥青面层和基层粘结不良。沥青面层建成运营后在大量行车荷载(超载车辆)作用下,由于与基层粘结不良特别在沥青面层施工接缝处开始产生推移,随着时间增长,轮迹带两侧会产生壅包,甚至会出现由于推移而造成的严重裂缝。在基层平整度较差、面层厚度较薄的地段往往由于施工质量等原因,基层不平整会反映到沥青路面上,车辆荷载作用下面层不平整会愈加明显,形成推移。

5.2　预防措施5.2.1　加强路面基层施工质量,提高基层平整度是有效防治病害的条件之一。

5.2.2　加强沥青面层铺筑前透层油的洒布,透层油洒布前首先必须认真清扫基层表面浮土及杂物并且保证透层油洒布的均匀性和用量,提高基层与面层间的粘结力。

5.2.3　有效阻止超载车辆。近年来超载车辆越来越多,与设计荷载相比超载十分严重。在重荷载重复作用下,特别在车辆启动或刹车频繁的叉路口及转弯处沥青路面很快产生推移现象。

6　结束语

虽然沥青混凝土路面早期病害不能彻底消除,但是我们可以通过优化设计、提高现场施工质量,加强养护工作等措施去预防,将其危害降到最低,从而延长沥青混凝土路面的使用寿命,提高投资效益。

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