浅谈城市道路沥青混凝土面层厚度设计与施工

浅谈城市道路沥青混凝土面层厚度设计与施工

摘要：沥青混凝土面层厚度设计要依据沥青路面的特点、掌握施工材料的各项性能。面层厚度设计首先要做好路面的结构设计，并计算好路面的面层厚度和路面结构层拉应力验算。在施工方面，本文简要论述了双层沥青摊铺技术的应用。关键词：城市道路沥青混凝土面层厚度设计与施工

高速公路的沥青面层厚度在15-18cm之间较为合适，究竟多厚最佳，还需要进一步的理论研究和试验。柔性基层路面在我国还处于探索阶段，可以预见随着社会经济的发展，柔性基层沥青路面将成为我国一种重要的路面结构形式。相关研究认为，面层厚度的变化引起面层层底的拉应变的变化率是基层的2。3倍，面层厚度对面层底的拉应更敏感，而面层层底的拉应变直接控制疲劳开裂，因而对柔性基层路面面层厚度的研究具有重要的现实意义。本文主要就城市道路沥青混凝土面层厚度的设计与施工谈一些粗浅观点。

一、沥青路面特点及面层施工材料要求

沥青路面是采用沥青材料作结合料，粘结矿料或混合料修筑面层的路面结构。沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料作结合料，不仅增强了矿料颗粒间的粘结力、而且提高了路面的技术品质[1]，使路面具有平整、耐磨、不扬尘、不透水、耐久等特点。由于沥青材料具有弹性、粘性、塑性，在汽车通过时，震动小、噪音低、略有弹性、平稳舒适，是高级公路的主要面层。

沥青路面所用沥青的标号，应根据地区气候条件、施工季节气候、路面类型、施工方法和矿料性质尺寸等因素选用。所选用的沥青应满足道路用沥青技术标准。

矿料：沥青所用的矿料有粗集料（碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣）、细集料（天然砂、机制砂、石屑）、填料等

粗集料：沥青路面所用粗集料应洁净、干燥、无风化，而且应具有足够的强度和耐磨性以及良好的颗粒形状。粗集料的规格应满足技术标准要求。粗集料主要有碎石、轧制砾石及筛选砾石。碎石及轧制砾石是由天然石料（砾石）轧制并经筛选而得，有严格的质量要求，一般应用于交通量较的高等级路面；筛选砾石是由天然砾石筛选而得，仅适用于交通量较小的路面下层、基层或连接层的沥青混合料中使用，不宜用于防滑面层。

细集料：细集料是指粒径小于5mm的天然砂、人工砂、石屑。细集料均要求坚硬、清洁、干燥、无风化、不含杂质，并且具有适当的级配。

填料：填料一般采用石灰岩、岩浆岩或白云岩等中强基性岩石等增水性石料经磨细而得到的矿粉。矿粉应干燥、洁净、无团粒，

石灰、水泥、粉煤灰也可作为填料的一部分使用（其用量不宜超过矿料总量的2%）。但应经实验确定其属于碱性，与沥青有良好的粘结力

二、沥青路面结构设计

1．结构设计的一般原则

(1)因地制宜，合理选材

(2)方便施工，利于养护

(3)分期修建，逐步提高

(4)整体考虑，综合设计

(5)考虑气候因素和水温状况的影响

2．沥青路面结构组合设计

（1）根据各结构层功能组合

（2）强度组合

（3）合理的层问组合

（4）考虑自然水温条件的不利影响

（5）适当的层数和厚度

3．根据各结构层功能组合

封层面层

粘层联结层

透层基层

垫层

压实土基

天然土基

柔性路面常用断面

4．强度组合

路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合。规范要求基层同面层之间的模量比不应小于0.35土基与基层的模量比应在0.08~0.40的范围内。

5．合理的层间组合

各结构层材料具有不同的特性，在组合时，应注意相邻层次的互相影响，采取措施限制或消除所产生的不利影响。层间结合应尽量紧密，避免产生层间滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。

考虑自然水温条件的不利影响

6．适当的层数和厚度

沥青路面通常为多层结构，为了便于施工，路面结构层的层数不宜过多。

路面结构类型的设计路面结构也是影响裂缝的关键因素之一，例如采用15 cm厚和10 cm厚沥青混凝土分别与40 cm粒料基层结构的道路，前者裂缝相对较少。这主要是因为较厚的沥青面层在结构上强度较大，在温度拉应力作用下不易产生开裂。沥青混凝土应尽量用骨架空隙结构或骨架密实结构，当路面的结构类型相同时，砂土路基则比黏土路基产生的收缩裂缝多。在上列因素中，国内外的试验研究资料都表明，所用沥青类型、性质和用量是影响路面裂缝的最主要因素。

三、新建路面的结构层厚度计算

1．基本原则和有关规定

为了使多层次的沥青路面结构设计与计算更符合实际情况,目前我国的沥青路面设计规范采用多指标控制路面结构设计,同时把路面的结构组合、厚度计算甜可科组成设计统筹考虑,并采用多层弹性体系理论计算路面结构层厚度,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、底基层应进行拉应力验算。我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条件。

2．路面厚度计算步骤

（1）确定单车道累计当量轴次Ne。

对选定的结构组合，拟定某一层位作为设计层层位。在拟定的路面结构中，先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。一般当采用半刚性基层、底基层结构时，可选任一层作为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。此时若求得基层厚度过厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层[3]，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。

（2）确定设计弯沉值Ld。

确定路面材料设计参数。在初步设计阶段应选用沿线材料和外购材料进行配合比设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并论证地确定各层材料(沥青混合料在15°C、20°C时)的抗压回弹模量E1和劈裂强度σPS、抗拉强度结构系数Ks、容许拉应力σR。

（3）确定土基的回弹模量Eo。

根据某车道累计轴次Ne、设计弯沉值Ld、各结构层的回弹模量E1与劈裂强度σPS、土基回弹模量E0、已知结构层的厚度hi等利用专用设计程序即可求得某一结构层的厚度[4]。

公路名称面层类型及厚度公路名称面层类型及厚度

西安-铜川一级路4cm中粒式沥青混凝土

+8cm沥青碎石

西安-临潼高速

公路

4cm中粒式沥青混凝土

+5cm粗粒式沥青混凝土

+6cm沥青碎石

广州-佛山高速公路

4cm中粒式沥青混凝土

+5cm粗粒式沥青混凝土

+6cm沥青碎石

沈阳-大连高速

公路

4cm中粒式沥青混凝土

+5cm粗粒式沥青混凝土

+6cm沥青碎石

上海-嘉定高速公路

3cm中粒式沥青混凝土

+6cm粗粒式沥青混凝土

+8cm沥青贯入式

上海-南京高速

公路

4cm中粒式沥青混凝土

+6cm粗粒式沥青混凝土

+6cm沥青碎石

北京-塘沽高速公路

4cm中粒式沥青混凝土

+5cm粗粒式沥青混凝土

+6cm沥青碎石

西安-宝鸡一级

路

4cm中粒式沥青混凝土

+8cm粗粒式沥青混凝土

+0.7cm沥青碎石

3．路面结构层拉应力验算步骤

(l)确定路面材料设计参数

确定各结构层的劈裂强度σPS、容许拉应力σR，路面设计弯沉值Ld。(2)确定系数

确定公路等级系数、面层类型系数、基层类型系数、路面设计年限、车道横向分配系数、交通量年增长率。

(3)确定当量轴次

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，应确定相应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内一个车道上的累计当量轴次；当进行半刚性基层层底拉应力验算时应确定出相对应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内—个车道上的累计当量轴次[5]。

(4)根据以上的计算参数利用专用设计程序即可完成层底拉应力验算。