对复合式路面设计理论与方法的研究

对复合式路面设计理论与方法的研究

【摘要】进入新世纪以来，我国的公路交通事业发展十分迅速，公路总里程数迅速增加，公路的路面质量也取得了长足的进步，复合式路面以其优秀的品质得到了广泛的应用。复合式路面在建设的过程中，多采用在旧有路面基础上直接加铺新路，或者采用将旧路碾碎后重新铺设新路的方法。本文对公路复合式路面建设的理论和方法进行了研究，针对其缺陷，提出关于铺设稳定路面的方法。

【关键词】复合式路面；刚柔并济；理论研究

2006年以来，我国的公路建设取得了突飞猛进的发展，初步形成了纵贯南北、横跨东西的公路交通网络格局。国道主干线的里程数已经达到3.5万公里，我国的公路交通滞后的局面彻底得到了扭转。截止到2011年，高速公路总里程数达到8.49万公里，成为拥有高速公路总里程数第二的国家，相关专家预计到2016年之前，我国的高速公路网络将初步建成。在这些新建的公路中，“刚柔并济”的沥青-水泥混凝土路面作为一种复合式公路路面结构，成为我国公路建设的主要路面结构形式之一。随着重型车、大交通量的出现，为了促进高等级公路建设的飞速发展，推广复合式路面大有裨益。

一、复合式路面设计所具有的优点

我们所说的复合式路面设计是一种新型的公路建设方法，路面面层是由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的。这种铺设方法主要可以起到降低成本、提高公路行驶舒适度的作用。复合式路面的设计方案是在我国紧张的能源资源供应的情况下提出的，采用此种方案可以有效地减少资源消耗量。复合式路面无论从经济、技术、使用性能方面都优于单一柔性或刚性路面结构。具体而言，复合式路面结构具有以下优点：

与旧式的单一路面结构相比，复合式路面结构提高了路面的使用性能。传统的公路铺设方式有两种：一是单一水泥混凝土，即在施工过程中只使用水泥混凝土材料；二是复合式水泥混凝土路面，即在水泥混凝土下方铺设相当部分的工业废料，节能环保。但这两种方案仍然存在着诸多不足，水泥混凝土材料脆性大、变形适应能力差，单一水泥混凝土路面施工工艺复杂，操作繁琐，造价高，施工速度慢，质量不易控制，致使水泥混凝土路面的发展受到限制。尤其是采用水泥混凝土底层填充工业废渣的方案（这种废渣包括燃烧后的废弃煤灰和工业排泄物），这种路面的施工相当繁琐，车辆行驶噪音严重，破损公路的维修难度大，而且更为重要的是在这样的公路上行驶会造成汽车的燃油量很大，行驶的舒适度很低。这样一来，节省能源的建设初衷就不能够实现。而且目前国产沥青材料价格高、货源紧张且延伸度不好，达不到高级路面的技术要求，所以，采用在水泥混凝土路面铺设沥青的做法能够有效地应对这些缺陷。能够在当前石油资源匮乏的情况下既可以减少沥青的使用量，又可以弥补单一混凝土路面硬度过大的缺憾，从而提高了车辆行驶的舒适度，降低了燃油使用量，达到节能环保的设计初衷。

此外，以沥青加铺的刚柔复合式水泥混凝土路面设计方案还广泛地应用于旧路改造的工程之中。传统的旧路改造工程（主要是针对单一水泥混凝土路面），改造的工程量大、难度大、易修复性差。当前对旧路改造通常可以采用所谓“白加黑”的方案，即在原有水泥混凝土路面额外铺设一层厚度相当的沥青路面。这种沥青路面的结构可采用沥青混凝土外加水泥板的方式，还可以采用沥青加碎石层和水泥板的混合结构，采用复合式结构加固的路面，在当前交通运输业发展迅速、车辆种类增多的情况下具有重要的意义：一方面，这种混合式的路面结构具有较强的承载能力，能够经受不同载重车辆的重量（包括超出国家标准的超载车）；另一方面，采用沥青和混凝土的刚柔并济的铺设方案将能够大幅度地提升车辆行驶的舒适度，有效地减少车辆的燃油消耗，节约了能源，促进了环保。

二、当前复合式路面设计研究和实践中所存在的缺陷

“刚柔并济”的沥青-混凝土的公路铺设方案具有十分明显的优越性。研究者对这种复合式的路面铺设方法的理论和实践的研究也日益增多，在个别领域取得了相当大的突破。但从整体来讲，关于复合式路面的设计研究本身还存在着或多或少的缺陷，概括起来有以下几点：

1.复合式路面的设计研究方法过于复杂，实践操作性较差。当前和复合式路面相关的研究大都是基于工程经验而展开的。例如在处理混凝土路面裂缝问题上，研究者通常认为采用增加沥青厚度的方法是不可行的，因为这种方法非常不实用，而且操作起来经济成本过高。目前普遍采用的是AI设计方法，但这种方法只是在经验层面得到了应用，离理论研究还有较远的距离。此外，国外的力学研究方法也因其引入参数过多、计算过于复杂而不能够在实际操作中得到广泛的应用。

2.复合式路面的设计研究缺乏对旧式公路研究的统一标准。复合式公路理论研究在当前集中于对新建公路的探讨上，对旧有的公路改造方面的研究少之又少，而旧有的公路本身受损的因素较为复杂，这也使得复合式路面结构的研究设计缺乏一定的、统一性的标准。

3.复合式路面的设计研究偏向于具体的技术分析，对理论和方法的研究较少。从目前情况来看，无论是在国内还是国外，关于复合式路面的理论和设计研究仍然停留在经验技术层面，这主要是由于受现有的经济利益驱使决定的，对理论和方法的研究还未得到足够的重视。

三、对当前复合式路面设计与方法的建议

1.在改造当前旧有水泥路面之前，应该对不同阶段的路面状况进行充分的调查研究，综合分析旧路面病害产生的原因，因地制宜地采取补救措施，增强整条路面的承载能力和车辆行驶的舒适度。

2.在复合式路面研究参数没有得到统一的情况下，研究者和施工者应该将主

要的注意力放在增强旧有水泥路面的强度上，以及在防止水泥裂缝再次开裂问题的研究方面。在实际的设计研究中，需要在实践经验的基础上，仔细考量并最终敲定合适的沥青铺设厚度。

3.在旧有水泥混凝土路面改造的过程中，必须把完善水泥路面的排水系统放在突出的位置。没有完善的公路排水系统，“刚柔并济”的复合型水泥路面就可能在雨水的浸泡下引发安全隐患、降低使用寿命，交通的安全和畅通也就无从谈起。

4.无论在旧有公路改造还是铺设新型复合式公路的过程中，都需要把强化复合式公路层级之间的结合力作为工作中的重中之重，在必要的情况下，应该在相连的各个结构层之间增洒适量的粘层油，这种粘层油能够显著提高复合式公路层级之间的结合力。

总之，我国公路复合式路面的实践已经表明复合式路面是路面结构可持续发展的必然结果。“刚柔并济”的复合式公路路面结构在我国的公路研究和实践领域具有广阔的发展和应用前景。随着我国中西部地区的进一步城市化，经济的进一步腾飞，公路建设的飞速发展，这种前景将会更加广阔。