沥青路面结构参数（精选11篇）
沥青路面结构参数 篇1
在进行路面结构设计时同时必须确定路面结构的材料参数, 路面结构的材料参数主要包括路面结构层的几何参数、力学参数, 如泊松比、模量等。由于路面结构层的力学参数与材料及测定方法有关, 因此, 必须根据路面实际的受力来确定合理的路面结构力学参数, 以确保路面结构设计合理, 施工及质量管理有的放矢。
1 交通荷载
1.1 车辆种类
道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。
客车又分为小客车、中客车与大客车。小客车自身质量与满载总质量都比较轻;中客车一般为包括6个座位至20个座位的中型客车;大客车一般是指20个座位以上的大型车 (客车包括铰接车和双层客车) 。公路上行驶的长途客车一般为两轴, 座位数在40～50人之间, 还有一些进口的长途客车, 座位数约70人, 这些长途客车满载总重在10t左右, 根据实际轴荷载的分布情况, 大客车的轴荷与中型货车十分接近, 力学分类可以归为一类。对于货车而言, 吨位低于8t的为中小型货车, 8t以上的为重型货车。
路面结构设计与验算使用的交通量是标准轴载累计作用次数。实际计算时, 对沥青路面, 只将轴载大于25kN的汽车计入;对水泥混凝土路面, 只将大于40kN的单轴和80kN的双轴汽车计入, 小汽车、小型客车对标准轴载影响极小, 一般忽略不计。
1.2 轮压和标准轴载
利用气压表对车辆现场测试, 发现货车压力普遍超过0.7MPa, 对于轴载超过10t的轮胎, 胎压一般在0.8～1.1MPa范围内, 而且随着轴重增加, 胎压也增大。交通部公路科研所《重载交通沥青路面轴载换算研究总报告》表明, 根据实际接地面积计算出来的轮胎接地压力与轮胎内压并不相等。当轮胎内压较低时, 接地压力比轮胎内压高;当轮胎内压较高时, 接地压力低于轮胎内压。随着轮胎荷载的提高, 在轮胎内压大于0.7MPa时, 试验的各级荷载作用下的轮胎内压均比接地压力大。轮胎内压与接地压力的差值和轮胎的刚度有关, 而轮胎刚度与轮胎的材料和其构造有关, 在路面结构设计中, 为安全起见, 一般以轮胎内压代替接地压力。
由于作用在路面的设计荷载千变万化, 一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准车载, 其他各种车载按照一定的原则换算成标准轴载。而标准轴载一般要求对路面的响应较大、同时又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。为了统一设计标准和便于交通管理, 各个国家对标准轴载均有明确的规定。我国根据公路运输运营车辆的实际, 公路与城市道路有关路面设计规范中均以100kN作为设计标准轴重。
接地压力和设计标准轴重是荷载设计的两个最基本的参数。
当量圆形的半径R确定。
R= (P/ (π×P) ) 1/2= (100×103/ (3.14×0.7×106) ) 1/2=21.30cm。
轮胎压力大小对路面厚度的影响很大。计算表明, 在结构相同的刚性路面中, 轮胎压力增大70kPa, 需增加板厚约0.5cm。主轮轴型式对路面厚度影响较大。计算表明, 若车辆总质量不变, 主轮轴为单轮时的路面厚度为100%, 则主轮轴为双轮时路面厚度为80%, 主轮轴为双轴双轮时路面厚度为60%。
两轮中心距为1.5d, 是经统计分析得出的。
1.3 车道系数
轮迹横向分布系数应用到路面设计中以前, 还应分析一下荷载作用下, 轮迹以外一定范围内的路面结构中所引起的不同程度的疲劳损坏。计算表明, 对于国内典型沥青路面结构, 在轮迹外50cm间隔内, 该荷载产生的破坏作用, 最大相当于增加10%作用次数的影响, 更远距离处则可以不计;对于刚性路面板, 相邻条带上的荷载要为该条带计算值最大增加6%的影响。可见轮迹范围外虽有影响但并不大。
根据典型路段轮迹横向分布的规律, 可把轮迹横向分布系数划分为五个类别, 可相应地列出各个类别的轮迹横向分布系数值。双向单车道1.0, 双向两车道0.6～0.7, 双向四车道0.4～0.5, 双向六车道0.3～0.4, 双向八车道0.25～0.35。
1.4 轴载换算方法
由于路面实际作用的车辆种类繁多, 必须将不同的车辆按照一定的原则进行换算。路面设计在进行轴载换算时, 应该遵循两项原则:
(1) 不同轴载在同一路面结构上重复作用不同次数后, 使路表弯沉值或层底拉应力达到同一极限状态。
(2) 对某一种交通组成, 不论以那种轴载标准进行换算, 由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相同的。
现行设计方法中采用弯沉指标和基层底弯拉应力指标, 因此, 轴载换算时考虑了以弯沉为指标的轴载换算和弯拉应力为指标的轴载换算方法。
现行设计规范中给出了以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标及以半刚性材料层底拉应力为设计指标时的换算当量轴次。
2 土基回弹模量
回弹模量能较好地反映地基所具有的部分弹性性质, 所以, 在以弹性半空间体地基模型表征土基的受力特性时, 可以用回弹模量表示土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。我国公路水泥混凝土路面、沥青路面设计方法中, 都以回弹模量E作为地基的刚度指标, 为了模拟车轮印迹的作用, 通常都以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。
路基回弹模量E0的确定方法大致有以下几种:
(1) 应用直径30.4cm的刚性承载板在现有道路的土基顶面进行试验经修正后确定;
(2) 应用落锤式弯沉仪 (FWD) 进行现场试验, 然后根据试验确定的FWD测定的回弹模量与承载板测定的回弹量回归公式换算;
(3) 根据室内或现场CBR试验结果, 利用CBR与回弹模量的相关关系推算;
(4) 根据路基顶面的回弹弯沉推算;
(5) 根据路基土的稠度与压实度, 利用事先得到的回弹模量与稠度 (或相对含水量) 和压实度的关系式确定。
由第 (1) 与第 (2) 方法得到的土基回弹模量与实际比较吻合, 但需要根据土基不利季节含水量进行修正;第 (3) 种方法是国外经常采用的方法之一;其他方法可以间接推算土基回弹模量, 但事先应进行一系列试验, 得到所需的关系式, 而且, 推算的回弹模量的准确度和精度均较差。
3 路面结构层设计参数
路面结构由不同的材料逐层铺筑而成, 不同的材料有不同的力学强度特性和相应的结构设计参数, 路面力学计算理论一般建立在弹性力学基础上, 除结构参数外, 还有路面结构的材料类数、材料的计算参数包括模量和泊松比。泊松比一般比较稳定, 在路面设计时一般对特定的材料选用一定的泊松比, 如土基和无黏结材料的泊松比取0.35、无机结合料稳定材料的泊松比取0.25、沥青混凝土材料的泊松比取0.25、水泥混凝土材料的泊松比取0.15等。路面结构材料的模量值是表征材料刚度的指标, 常用的测试方法有单轴压缩试验、直接劈裂试验、弯拉试验等。由于路面结构材料的非线性特性, 路面结构模量根据计入变形的不同分为形变模量和回弹模量, 形变模量中的变形包括回弹变形和塑性变形, 回弹模量中的变形仅考虑材料的回弹变形。
由于不同的材料有不同的力学强度特性, 相应的参数取值和试验方法也不同。我国沥青路面设计采用抗压回弹模量和劈裂强度进行设计计算, 规定沥青混合料的弯沉计算时抗压回弹模量的试验温度为20℃、弯拉应力验算时抗压回弹模量的试验温度为15℃、劈裂强度的试验温度也为15℃。国外的路面结构设计方法一般采用抗压模量和弯拉应变作为设计参数。路面设计取用的无机结合料稳定材料抗压模量值和劈裂强度值应该是设计龄期的抗压模量值和劈裂强度值, 水泥稳定类材料的设计龄期为60d, 其他稳定类材料的设计龄期为90 d, 相应的养生温度与混合料组成设计时的养生温度相同。
3.1 无机结合料稳定材料无侧限抗压回弹模量
无机结合料稳定材料 (包括稳定细粒土、中粒土和粗粒土) 的无侧限抗压强度是按照预定干密度和压实度用静力压实法制备试件, 试件高∶直径=1∶1的圆柱体、养生时间为设计龄期 (整个养生期间的温度, 在北方地区应保持20±2℃, 在南方地区应保持25±2℃) 、侧向没有围压时, 通过逐级加载和卸载试验计算得到抗压回弹模量。
无机结合稳定材料室内制件与现场制件设计参数比值随材料不同及施工条件而异。一般情况下, 现场制件的模量与强度均比室内制件低, 其降低的幅度不等, 抗压强度降低幅度较小为10%～20%, 抗压模量下降30%～40%, 劈裂强度下降20%～60%, 劈裂模量下降50%左右。无机结合料稳定材料的设计参数是根据大量试验结果取95%的保证率后 (均值-1.645×标准差) 得到代表值。代表值经折减后, 经典型路面结构厚度计算验证后, 设计参数推荐值如表1:
在进行拉应力验算时, 半刚性基层材料的疲劳方程由劈裂疲劳试验得到, 半刚性基层材料的容许拉应力按下式计算。
σA=σsp/Ks
式中:KS—结构系数, 对无机结合料稳定粒料
3.2 沥青材料的设计参数
沥青混凝土的主要设计参数为抗压模量、劈裂强度等。沥青混合料的抗压模量有时也称为劲度模量, 因为沥青混合料的模量与加载速度、加载时间、加载时的温度有关, 因此, 沥青混合料的模量、强度等是一个条件参数。
沥青混凝土的抗压试验采用圆柱体试件, 试件成型采用静压法、轮碾法、搓揉法和旋转压实成型法, 试件的密度应符合马歇尔标准击实密度100%, 用于抗压强度试验的试件个数不少于3个, 用于抗压回弹试验的试件个数不少于3～6个。
沥青混凝土的劈裂试验既可以为沥青路面设计提供设计参数, 也可以评价沥青混凝土的低温特性。我国沥青混凝土路面的设计参数采用静参数, 采用的试验温度为15℃, 试验加载速率为50mm/min, 计算时相应的泊松比采用0.30。试件采用马歇尔击实成型的方法、轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件。采用马歇尔击实成型的试件尺寸要求直径101.6mm, 高为63.5mm;轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件的尺寸要求直径为100mm或150mm, 高为40mm。
我国沥青混凝土材料设计参数的具体推荐值见表2:
沥青混凝土材料的设计参数也是根据室内大量试验结果取95%的保证率后 (均值-1.645×标准差) 得到其代表值。再考虑现场大规模施工、质量变化较大的情况, 将代表值给予适当的折减得到推荐值。
4 结语
我国沥青路面设计规范自1978年引入路表弯沉指标, 一直沿用至今。期间虽然经历了从容许弯沉到设计弯沉概念的转变, 并引入面层和基层层底拉应力作为验算指标, 但弯沉作为设计控制指标的本质并没有改变。
弯沉反映路面各结构层及土基的整体强度和刚度, 采用路表弯沉值作为设计指标, 认为路面破坏是由于变形所引起的——路面结构的总变形量达到一定程度后路面即出现破坏。然而, 路面破坏的真正原因是由于路面结构中的一层或几层在交通荷载和环境因素综合作用下, 损伤不断累积达到临界状态所导致。弯沉只是路面由于破坏而造成强度衰减的一种表面现象, 也就是说, 弯沉是路面破坏的“结果”而非“原因”, 所以不能起到控制路面破坏的作用。因此深入了解路面结构设计各个参数的试验原理、参数自身的特性及在结构设计中的控制作用, 对于路面的设计、施工和管理都有很重要的意义。
摘要：从路面设计交通荷载的车辆种类、轮压和标准轴载、车道系数、轴载换算方法、土基回弹模量、路面结构层设计参数等方面进行了分析讨论, 为路面结构层合理设计提供参考思路。
关键词：轴载,抗压回弹模量,劈裂强度
沥青路面结构参数 篇2
王明远（郑州市市政工程总公司，郑州450007）
摘要：针对高速公路半刚性基层沥青路面的早期损坏，从路面结构层层间状态、路面抗裂、路面荷载特性、路面耐水性、路面养护特性等方面分析了半刚性基层沥青路面结构特点，提出防止路面早期损坏的措施.关键词：道路工程；半刚性基层沥青路面；路面养护；早期损坏 中图分类号：U416.01 文献标识码：A 我国的高速公路半刚性基层沥青路面是公路发展的历史性产物.长期以来人们普遍认为这种路面具有以下优点：①板体性强，承载能力和抗变形能力高；②抗冻性好，能有效治理季节性冰冻地区的翻浆；③可以充分利用地方性材料，造价低.然而与国外的高速公路沥青路面早期损害相比，我国的路面损坏出现得更早，而且出现的损坏现象与设计控制的损坏有所不同.因此，必须针对我国高速公路沥青路面结构，深层次地剖析高速公路半刚性基层沥青路面的特点.1路面结构层层间状态特性
现行公路沥青路面设计规范在进行半刚性基层沥青路面理论计算时，其中一个重要假定是层间接触条件为完全连续，即在设计结构厚度和验算沥青层底的拉应力时，假设路面各层之间的界面处于完全连续的状态.实际上沥青层与基层之间、沥青层各层之间、基层各层之间，都有可能是部分连续或者滑动的，完全连续的界面条件仅仅是开放交通初期层间尚未受任何影响时的一种理想状态.交通部公路所进行的加速加载试验显示：在表面轮迹带上出现纵向裂缝停止加载后，通过开挖发现，表面的纵向裂缝只产生在较薄的沥青层内，下面水泥稳定基层并没有发生疲劳破坏；但是水泥稳定基层顶面出现了磨蚀，表明在荷载作用下沥青层和半刚性基层处于滑动状态[1].为了分析层间接触条件变化对路面结构受力状态的影响，利用弹性层状体系理论计算了基层与沥青层之间不同界面条件下的应力分布，见图1.结果表明：基层与沥青层之间由连续变为滑动时，路表、路基弯沉增大，但是与荷载影响相比，层间联结状态对弯沉值的影响很小，即弯沉指标对界面条件的变化不敏感；当界面条件由完全连续状态变为完全滑动状态时，在100kN和300kN作用下，最大拉应力分别增加了29％，97％，最大剪应力分别增加了22％，63％；在滑动情况下，结构最大剪应力出现在荷载圆圆心下方，且随着荷载的增大，出现深度加深[1].曾梦澜等[2]分析了沥青面层与基层间接触条件对半刚性沥青混凝土路面极限轴载的影响.计算显示：接触条件由连续到滑动，可以导致极限轴载降低大约40％；在不同的接触条件下，所讨论路面结构的极限轴载在183～399kN之间变化，路面极限轴载与现实超载车辆轴载处于同一量级.文献［3］计算分析表明：当面层与基层完全连续时，路面剪应力从上至下逐渐减小，主要集中在面层内，传至基层顶面已经很小；面层与基层发生相对滑动后，面层内最大剪应力出现在面层中部，同时，基层顶面也形成两部分剪应力集中区域.以上力学分析表明，当层间界面条件由连续变为滑动时，路面结构的剪应力和拉应力将发生很大的变化.因此，可以说路面结构的剪应力、拉应力对边界条件和荷载具有很强的敏感性.沥青层之间不能成为整体，沥青层与基层不连续，有可能使沥青路面的使用寿命缩短，成为早期损坏的根源.一般情况下，基层材料的抗剪能力远低于沥青混凝土，所以面层与基层发生相对滑动对基层的受力很不利，过大剪应力使基层表面部分容易发生变形甚至破碎，从而在路表形成车辙、网裂和坑槽等早期破坏现象.而事实表明各层间的联结是路面结构中比较薄弱的地方，尤其是沥青混凝土面层与半刚性基层之间的联结.导致沥青面层和基层层间界面条件发生变化的因素见图2.排除非规范施工因素外，水的存在是结构层层间界面条件发生变化的主要诱因.由于我国的半刚性基层特别致密，水无法通过基层排走，滞留在基层表面的水使基层软化并形成泥浆.在荷载的作用下，沥青层和基层之间的界面至少在局部地方将从理想中的连续状态变为滑动状态或半滑动状态；而基层表面容易破坏成为灰浆，通过裂缝泵吸到路面上产生唧浆.同时，路面结构将产生较大的剪应力和拉应力，在较大的剪应力、拉应力的共同作用下造成路面提前破坏，而车辆的超载又加剧了这种破坏的发展
2路面抗裂特性
沥青路面出现裂缝是不可避免的，而半刚性基层沥青路面的开裂更加严重.路面存在裂缝，一方面使路面荷载变化不再连续，从而降低路面的传递荷载能力；另一方面为水提供了进入路面结构层的途径.图3对早期非荷载裂缝的成因做了简要概括.目前为止，沥青路面产生的温缩裂缝，尚无法避免和根治.因此从这个意义上讲，温度裂缝不能算是沥青路面的早期损坏，是属于一种正常的力学行为，但对于其带来的影响，需通过养护工作采取一定的措施加以弥补.半刚性基层沥青路面反射裂缝指沿开裂基层向上方扩展到沥青面层而形成的裂缝.很显然，反射裂缝的产生首先归因于半刚性基层的开裂，然后再经行车或温度、湿度变化引起沥青面层开裂.根据开裂原因半刚性基层开裂可以分为两大类：荷载型裂缝和非荷载型裂缝.正常条件下，我们更关注半刚性基层的非荷载型开裂.半刚性基层非荷载型裂缝包括：温缩裂缝和干缩裂缝.在基层开裂过程中，如果水进入路面结构内，虽然水和水泥稳定材料中的细颗粒在开裂破碎后能形成胶液，对开裂有一定重愈合作用；但在交通荷载作用下，由于压力水的渗透，水泥稳定材料的开裂也可能被加速.因为横向开裂，使半刚性基层成为被裂.缝隔开的板结构.板块之间的剪应力靠裂缝表面啮合实现，其传递随时间、年平均温度以及温度梯度而变化，从而使基层中对应产生不同的应力分布.当传荷能力很小时，一旦裂缝表面处拉应力消失，垂直于裂缝的拉应变就比板中间大得多.同时，在开裂处路基垂直应力增加，使得路面受力状态更加不利.在基层出现裂缝的位置，汽车荷载及温度荷载在裂缝对应的上方造成应力集中，从而导致沥青面层产生反射裂缝.3路面耐水特性
沥青路面的水损坏已经成为沥青路面早期损坏的一种主要模式.整个水损坏过程包括：静水损害和动 水损害两个方面.大量研究表明[4-6]，动水压力作用是引发高速公路沥青路面水损害的重要原因，动水压力与行车速度的平方成正比，随行车速度呈级数增长，而超载又加速了损坏进程.根据实地调查我国半刚性基层沥青路面水损坏从发生的形式上主要分为两种类型：自上而下的路面水损坏和自下而上的水损坏.自上而下的路面水损坏表现形式主要是表面松散和坑槽.它的形成条件是水能够渗入表面层，但继续往下渗透比较困难，同时存在外力作用的环境.据国内外的研究认定，沥青路面的空隙率小于8％时，沥青层中的水在混合料内部以毛细水的形式存在，在荷载作用下一般不会产生大的动水压力，不容易造成水损坏；而对于排水性沥青路面空隙率大于15％时，水能够在空隙中自由流动，也不容易造成水损坏.当路面实际空隙率在8％～15％的范围内时，水容易进入并滞留在混合料内部，在荷载作用下产生很大的毛细压力成为动力水，造成沥青混合料的水损坏.该类水损坏的进程与荷载的大小、频度有关.在初始阶段：集料与集料之间发生剪切滑移，伴有沥青膜移动和脱落；剪切应力超过沥青与集料的粘附力导致附着力丧失，但这个过程很短.在这个阶段，它往往局限于表面层发生松散和坑槽，如果及时修补，路面性能可以很快恢复；但是如果不及时维修，损坏面积将扩散很快.所以对该类水损坏要在其发生的初始阶段，尽快维修遏制其发展速度，尽量减小对路面的损坏.当半刚性基层沥青路面的沥青层较薄时，路面的水损坏经常是自下而上发展的.此类水损坏主要由于半刚性基层本身的强度较高，细料含量又多，非常致密，透水性差，同时又存在一定的裂缝.水从各种途径进入路面并到达基层后，不能从基层迅速排走，只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚.沥青层和基层之间的界面条件将从想象中的连续状态变为滑动状态或半连续半滑动状态.沥青层底部的弯拉应变将可能成为控制指标，在交通荷载作用下，下面层将有可能早于基层首先发生弯拉开裂，并逐渐向上扩展.而且由于半刚性材料本身的微裂，导致水在半刚性基层内流动，使得半刚性基层不断松散.这种类型的水损坏基本过程见图4，且主要发生在雨季或梅雨季节以及季节性冰冻地区的春融季节，损坏之初一般都先有小块的网裂、唧浆，然后松散形成坑槽，发生水损坏的地方一般是透水较严重且排水不畅的部位.4路面荷载特性
公路沥青路面设计规范中，进行半刚性基层层底拉应力验算时，轴载换算系数取8，标准设计轴载为100kN.下面做一个 简单的比较，当轴载从100kN增至300kN时，不计其他因素的影响只考虑换算指数变化得到的轴载换算值，见表1.表中结果直观显示，在相同的换算系数等于8条件下，随着轴载的增加换算成的标准轴载数值增长惊人，更不要说轴载超过l30kN时，变化换算系数的影响。高速公路“渠化交通”明显，各车道具有事实上的明确分工.在通车运营阶段，超车道承受的重轴载以及轴载次数很少，行车道或重车道承担了绝大部分的轴载作用次数及重或超重轴载.超车道和行车道路面实际上成为了2个明显不同的路面.从养护角度，宏观上应把高速公路不同车道作为不同的路面来看待，分别进行养护检测和养护方案设计.尽管路面在横向是一个完整均匀的路面结构，但由于不同车道路面的使用性能和承担的轴载差别巨大，理论上已构成完全不同的路面，在养护中应当分别采取有针对性的、不同的维修措施.5路面养护特性
沥青路面的损坏可分为两类：结构性损坏和功能性损坏.路面的初期损坏为功能性破坏，损坏发生于路面面层内，此时路面的整体强度（弯沉）依然很高，损坏原因不是结构整体强度不足，而是局部抗力不足.病害由局部沥青混凝土结构薄弱处产生，并逐步向周围发展，导致上面层产生细小裂缝，裂缝的出现使得水有机可乘，进而加速中面层、下面层的破坏，沥青层的有效厚度逐步减小，面层整体抗力亦逐步降低.随着病害继续向深层发展，路面结构组合抗力效应降低，导致破坏速度加快，而破坏速度加快反过来使结构组合抗力效应加速降低，最终导致路面破坏速度越来越快.对于结构性病害，为恢复和维护半刚性材料层的“板体性”，必需进行基层修复或补强设计.而半刚性基层损坏后没有愈合能力，且无法进行修补，给沥青路面的维修养护造成很大的困难.半刚性基层“补强”设计在理论上成立，在现实中却很难实现.对于非结构性病害，则只需进行沥青混凝土面层维修恢复路面使用功能，同时起到保护基层的作用.许多路面在损坏初期开挖基层往往是完好的，弯沉并不大；但在路面损坏后开挖，基层结构可能已经松散.因此，当沥青混凝土面层发生早期非结构性病害时，要尽早维修以保护基层不受气候与轴载侵害，避免发展为结构性病害.6路面结构特性讨论
结合前面分析总结半刚性基层沥青路面结构特性见图5.根据图中内容逐项分析不难发现：
1）通过对半刚性基层沥青路面水损坏的分析，可以发现半刚性基层沥青路面的内部排水性能差是其致 命的弱点.在多雨潮湿地区和季节性冰冻地区，来自沥青路面的自由水很容易从裂缝、沥青混合料离析及较大的空隙率进入路面结构内.而在冰冻地区，由于雪融、冰融形成的自由水和游离水也不可避免地进入路面结构.所以对于半刚性基层沥青路面，如果能够很好做到封水、排水，不让水滞留在路面结构层内将会有效地改善路面水损坏的程度。第27卷第6期河南科学
2）半刚性基层特别致密，水无法通过基层排走，因此排除非规范施工因素，水是结构层层间界面条件发生变化的主要诱因.在荷载的作用下，沥青层和基层之间的界面至少在局部地方从理想中的连续状态变为滑动状态或半滑动状态.路面的设计寿命是建立在一定假设条件下的，而实际上这种假设不是一直成立的，所以这应该是造成路面使用寿命缩短的设计原因.3）路面裂缝是客观存在的，其表现形式可能是从路表面产生，向下发展，也可能是上、下面对应产生，或者由下向上延伸.除了荷载的影响外，不同的地区路面主导裂缝不同.在北方寒冷地区，以温缩裂缝为主，由于基层的开裂使路面温缩裂缝的程度加重或提早发生.而在温暖地区，则主要是半刚性基层开裂引起的反射缝，沥青层的温度收缩加剧基层裂缝向上扩展.裂缝的防治是比较困难的，但关键是出现裂缝后如何对待，这一点对养护工作至关重要.4）半刚性基层沥青路面对大交通量及重载交通的敏感性大，而超限超载现象在我国又是客观存在，且比较严重.因此，要防止路面早期损坏，必须首先治理超限超载车辆.5）半刚性基层损坏后没有愈合能力，且无法进行修补，给沥青路面的维修养护造成很大的困难.当沥青混凝土面层发生早期非结构性病害时，要尽早维修以保护基层不受气候与轴载侵害，避免发展为结构性病害.因此，半刚性基层沥青路面的结构特性决定了整个路面使用寿命主要取决于半刚性基层的使用寿命.为保证路面使用寿命必须采取相应的措施尽力确保设计条件的成立，避免半刚性基层非正常损坏.6）针对半刚性基层沥青路面结构的特性，为防止路面早期损坏避免大、中修养护的提前到来，必须根据路况特点有针对性地实施路面预防性养护.参考文献: ［1］沈金安，李福普，陈景．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策［M］．人民交通出版社，2004：69－84。
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AnalysisontheStructurePerformanceofthe Semi-RigidBaseAsphaltPavement WangMingyuan（ZhengzhouMunicipalEngineeringParentCompany，Zhengzhou450007，China）
Abstract:Aimedattheprematuredamageofsemi-rigidbaseasphaltpa
vement，thepaperanalyzesthecharacteristicsofthesemi-rigidbaseasphaltexpresswayinChinafromseveralaspectsoftheinterfacestateofdifferentstructurallayers，thepavementcracking，theload-bearingabilityofthepavement，thepavementmoisturedamageandthe pavementmaintenance，andputsforwardsomepreventivemeasurestopreventtheprematuredamageofsemi-rigidbaseasphaltpavement．
公路沥青路面结构施工工艺分析 篇3
摘要：沥青路面由于较高的强度和稳定性，以及平整坚实的路面等优点在我国公路工程中应用广泛，然而由于受到温度、气候条件等因素的影响明显，很容易发生水损害、拥包、反射裂缝等破坏形式，因此为了保证公路沥青路面的整体质量，必须加强其施工工艺研究。通过分析公路沥青路面重要的破坏形式及产生原因，提出了更为科学有效的公路沥青路面结构施工工艺，对于提高公路工程的整体质量，保证交通运输的正常运行具有重要的现实意义。
关键词：公路沥青路面；现实意义；工艺研究
一、沥青路面简介
沥青路面就是在柔性基层或半刚性基层上铺筑一定厚度的沥青混合料，然后经过机械碾压施工制作而成的公路路面，和砂石路面相比，沥青路面的强度和稳定性有了明显提高，与水泥混凝土路面相比，沥青路面表面平整无接缝，行车振动小，养护简便等优点；因此沥青路面已成为我国主要的路面结构形式，据统计目前我国85%的高速公路都采用了沥青路面结构。近年来随着我国经济总量的发展和国际国内贸易量的增大，交通运输量不断增加，而公路工程作为交通运输的枢纽，其关键性地位也显得越来越突出，然而近年来由于自然灾害（比如地震、风霜雨雪）、行车重复荷载（比如运输车辆超载）、公路工程施工质量低劣等原因，造成我国很多公路工程的路面、路基、路肩、边沟以及边坡防护工程出现裂缝、路基沉陷等损害形式。公路质量的破坏会直接导致重大交通事故的发生，因此为了彻底提升公路工程的整体质量，现阶段必须加强公路的施工质量控制，优化沥青路面结构的施工工艺。本文通过分析公路沥青路面结构常见的问题，深入研究了更为科学合理的沥青路面结构施工工艺，对于提高公路工程的整体质量，保证交通运输的正常运行有重大意义。
二、路基及基层的影响
填前处理及碾压特别是填挖结合段，半填半挖段，坡面地基的处理，要严格按路基工程施工规范进行处理，对特殊的质条件要采取针对性措施，确保压实质量及平整度。软基处理应先行施工，争取足够长的沉降期。
路堤填料路堤填料一般应采用砂砾及塑性指数和含水量符合规范的土，不使用淤泥、沼泽土、冻土、有机土、含草皮土、生活垃圾及腐殖质的土。
基层不平整对路面平整度的影响在施工中，地基基层做的不平，无论怎样使面层摊铺平整，但压实后，铺厚度可能不同，路面产生不平整。因此，路面施工应从垫层、基层就开始层层找平，确保标高、横坡、强度、平整度达到设计要求。
三、沥青路面结构的主要破坏形式及原因分析
由于受温度、降水等气候条件的影响作用明显，公路沥青路面经常会发生各种形式的破坏，特别是在公路路面施工初期，比如雨季后出现的水损坏，夏季高温季节出现的路面发软泛油或推移剪裂破坏，冬季低温引起的沥青材料变脆开裂以及半刚性基层失稳塌陷引起的反射裂缝等。
1、沥青路面水损害严重
在公路路面施工初期，当遇到雨季强降雨天气后，公路沥青路面经常会出现面层松散、剥落、坑洞等现象，继而影响降低公路沥青路面的早期强度。
2、沥青路面高温和低温稳定性不够
在夏季高温的影响下，以及车辆重复载荷的作用下，沥青路面很容易产生车辙；在冬季低温条件下，沥青路面的冷脆性明显，发生路面开裂，继而影响整个路面的平整度与车辆行驶性能。
3、瀝青路面表面泛油现象严重
当沥青混合料组成设计不当，在高温和车辆重复荷载的作用下，沥青路很容易产生表面泛油，继而降低表面的构造深度与抗滑性能，影响车辆的行驶安全。
四、优化公路沥青路面结构的施工工艺
针对公路沥青路面结构常见的破坏形式，文章从预防公路基层开裂、混合料级配与沥青用量两个角度出发，研究了优化公路沥青路面结构的施工工艺。
1、预防公路基层开裂的有效施工工艺
在我国公路路基多采用半刚性基层，这种路基结构早期收缩开裂现象严重，很容易导致公路沥青路面出现反射裂缝。目前我国在很多公路的修建过程中，为了预防公路基层的收缩开裂，通常是采用洒水、围膜或是切缝等工艺进行基层的表面围护与养护，但是这些工艺预防原理落后，很难彻底实现公路基层收缩开裂的有效预防。本文从原材料选择和级配控制方面讨论预防公路基层收缩开裂的有效施工工艺，具体要做到以下两点：
（1）浇洒透层沥青
在水泥碎石稳定基层施工完毕以后，应尽快在起面部浇洒煤油稀释的透层沥青，对基层沥青也要采用道路稀释沥青，煤油与沥青的搀和质量比应控制在2：3之间。在透层沥青浇洒之前要注意把路面基层打扫干净，使用空压机或鼓风机等机械将道路浮尘等杂物清除，使路基基层表面骨料暴露出来，以利于透层沥青的渗透，使其与表面骨料充分结合。在透层沥青的浇洒过程中，要注意保持稳定的浇洒速度和浇洒量，使得透层沥青浇洒均匀，避免出现拥包，渗入基层深度也要保证不能小于5mm。
（2）保证路基基层的施工质量
为了防止沥青路面开裂，除了要控制好施工温度之外，最有效的方法就是要保证路基基层的施工质量，消除公路基层或土基中的缺陷。对于不严重的龟裂或局部龟裂，可以先挖掉破损的面层，晾晒数日至基层干燥后，再用修补坑槽的办法处理。对于沥青路面的养护，则要以提高路面的平整度为重点，采用砂砾石作骨料，配人适量的黏土，进行砾料级配封层，以提高路面的抗磨耗能力。
2、混合料的选择与级配控制
混合料的选择与级配设计直接影响到沥青路面的整体性能和施工质量，因此在公路沥青路面施工过程中还要注意混合料的选择与级配控制。
（1）混合料的选择
在进行混合料的选择之前一定要进行混合料的体积参数试验，准确控制其粒径和级配偏差，确保不能超过规范要求的限值。同时在公路各结构层正式铺筑之前，还必须进行300m左右试验路段的铺筑，通过对试验路段的性能测试和试验分析，掌握沥青混合料配合比的合理性、可靠性，从而为后期大面积沥青路面施工提高必要的施工参数。
（2）沥青混合料的拌合、摊铺与压实
沥青混合料在选择和调配之后，就要进行充分的拌合，然后才能进行摊铺的和压实，在拌合、摊铺与压实过程中要规范操作，具体应主要注意以下几点。
第一、沥青混合料的拌合
沥青混合料拌合之前应将集料进行充分的烘烤至干，一般来说其拌合温度不能超过195℃，拌合时也要按照沥青混合料拌合均匀，能够与沥青充分粘合的原则，设计拌缸的充盈率与搅拌速度。
第二、沥青混合料的摊铺
沥青混合料的摊铺要注意严格控制摊铺层的设计高程、厚度、平整度、横坡度以及压实度。施工过程中要注意混合料施工温度的控制，当外部环境温度在10℃以下或是雨季强降雨天气，不能进行改性沥青混合料路面施工。摊铺机械的运行速度要比较低，尽量使沥青混合料均匀、连续的摊铺，此外在摊铺过程中还要随时观察摊铺机的工作状态和摊铺层的外观质量，如果出现拥包等质量缺陷，应“趁热”修补，如果实在修补不好就必须刨除重铺。
第三、沥青混合料的压实
在沥青混合料摊铺之后如果没有明显的质量缺陷，就立即在温度下降之前使用压路机等压实設备进行沥青混合料的碾压压实，提高其压实密度。
四、结束语
沥青路面受温度、降水等气候条件的影响作用明显，路面经常会发生发软泛油或推移剪裂破坏等各种形式的破坏，因此为了提高沥青路面的整体质量，所有养护人员及其他相关责任人，必须贯彻“预防为主、防治结合”的方针，利用各种理论知识，结合公路病害的实际破坏情况，认真分析沥青路面病害产生的原因和发展机理，并制定出更为科学合理的解决对策和养护措施，减少各种损毁公路的因素，确保沥青路面公路整体施工质量的提高，为我国交通运输行业提供一个安全、快捷的运行环境。
参考文献：
[1]郭敬姐.半刚性基层沥青路面橡胶应力吸收层的合理性厚度及弹性模量研究[J].交通标准化，2013年7期
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[3]陈伟.沥青路面预防性养护时机的确定[J].中国科技信息，2013年8期
沥青路面结构参数 篇4
关键词：沥青路面,平整度,施工工艺,控制措施
快速、舒适、经济、安全、环保是公路设计的基本原则。平整度直接影响行车的舒适性与安全性,是沥青路面质量评定的一项重要指标。因此,沥青路面平整度的改善与提高一直备受社会关注,国内学者对其进行了大量研究,取得了许多成果,刘治龙[1]以郑少高速沥青路面实体工程为依托,为确保良好的平整度指标,提出了适用于该路段的施工工艺;魏芝玲[2]以G316线江天公路路面整治工程为例,分析了沥青平整度的影响因素;牛振辉[3]将沥青路面平整度因素分为施工因素和非施工因素,并结合实例运用概率分布理论建立模型,提出合理的控制措施;吴昊[4]根据实体工程调研指出影响通车后沥青路面平整度的因素,并提出处治措施。
本文以某一级公路沥青路面改善工程为依托,重点分析施工机具及沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压过程中施工工艺对沥青路面平整度的影响,提出针对性强的控制措施,并将研究成果应用于实体工程中,通过检测平整度指标进行效果评价。
1 工程概况
该一级公路为双向4车道,设计车速为80km/h,2010年建成通车,全长6544m。由于该路段经过多年车辆荷载作用,路面存在较多裂缝与车辙病害。对旧沥青路面路表状况进行检测,检测结果见表1。
从表1可以看出,该路段存在较多的路面破损及车辙病害,平整度指标严重超标,但路面结构强度良好。因此,为节约工程造价,拟采用直接加罩4cm改性沥青AC-13的维修方案来恢复路面使用性能。旧沥青路面调研表明平整度超标严重主要是由于路面车辙、破损及面层施工过程中混合料的摊铺、碾压与接缝处理问题导致原路面不平整;而研究表明,下卧层平整度超标对于平整度会产生一定影响。因此,需通过合理的施工机械匹配及施工工艺来保证沥青面层具有良好的平整度指标。
2 施工过程中存在的问题
2.1 试验段平整度检测结果
在全路段正式施工之前,先铺筑300m试验段,并对试验段平整度及压实度指标进行检测,检测结果见表2。
从表2可以看出,试验段沥青路面平整度指标仅一个段落够满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F4 0-2 0 0 4技术要求。压实度都能够满足要求,这说明试验段选用的碾压功率能够满足要求,但需改进施工工艺,提高平整度。
2.2 平整度超标成因分析
由于试验路段采用同一批次原材料,稳定性较好,因此导致沥青路面平整度超标的原因主要集中在沥青混合料的拌和、运输、摊铺及碾压工艺上。
(1)拌和
级配、油石比与温度是沥青混合料拌和过程中的关键控制点。在试验施工过程中发现在摊铺碾压过程中出现了花白料、离析、推移等现象;这主要是由于混合料的级配与油石比控制不稳定,导致配合比变异性较大;同时温度检测发现混合料出料温度波动在20℃左右。配合比与温度的变异性导致沥青路面碾压时混合料内部摩阻力出现差异,在相同的碾压功率下导致面层压实后厚度不均匀,最后则通过平整度指标表现出来。
(2)运输及摊铺
由于沥青拌合站离施工路段较远,受沿线交通的影响混合料运输时间波动性大,施工现场等料现象严重;试验段摊铺速度为4.5m/min,同时为确定合理的摊铺机夯锤夯击频率及熨平板振动频率,每100m调整一次。由于松铺系数K受摊铺工艺的影响较大,通常摊铺速度越慢,锤夯击频率及熨平板振动频率越大,松铺系数K越小。研究表明[5],不平整度传递系数与松铺系数呈正相关关系,如图1所示。
试验由于摊铺速度较快,摊铺机夯锤夯击频率及熨平板振动频率不合理,导致松铺系数过大,从而导致沥青路面平整度指标过大。而本工程沥青面层较薄,局部位置由于夯锤夯击频率过大,导致面层出现“搓板”现象,影响平整度。因此,在摊铺过程中必须保证合理的运输车辆的配合及摊铺速度,及时调整摊铺机夯锤振幅及频率。
(3)碾压
初压、复压及终压的温度控制、碾压速度及碾压功率,往返搭接处的碾压处理,压路机的启动与制动是影响沥青路面平整度的直接因素。试验段碾压过程中发现纵向、横向接缝碾压效果不好,影响平整度指标。
综上所述,沥青路面面层施工过程中,在保证原材料与施工机具一致的前提下,沥青混合料的拌和、运输、摊铺及碾压等施工工艺会对沥青路面平整度产生严重影响。
3 施工工艺控制措施
根据上述分析结果,结合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004[6]要求及工程实践经验提出针对性较强的施工工艺控制措施。
3.1 温度控制
由于沥青是一种粘弹性材料,受温度影响较大,因此在拌和、运输、摊铺及碾压时都必须严格进行温度控制。针对试验段出现的问题,提出表3中的温度控制要求。
温度监控具体要求如下:
(1)严格控制出料温度,温度超过195℃则整仓料按废料处理;
(2)采用水银温度计实时检测摊铺温度;
(3)保证摊铺、碾压工艺的连续性,严控碾压温度。
3.2 拌和
在进行沥青混合料拌和之前必须保证集料、填料及沥青满足设计要求,减小原材料的变异性,堆料场做好场地硬化,不同规格石料间做好隔离措施,避免石料污染。混合料的拌和严格按照先投入粗、细集料、沥青、矿粉的投入顺序,拌和时间不少于60s;对于改性沥青或粘度较大的沥青应适当延长拌和时间。拌和流程图如图2所示。
3.3 运输及摊铺
混合料运输过程中必须采取遮挡措施,并合理安排交通组织,保证运输畅通。摊铺速度控制、熨平板振动频率及夯锤夯击频率、自动调平装置是沥青混合料摊铺过程的关键控制项目。
(1)摊铺速度
摊铺速度需满足低速、匀速的要求,才能保证摊铺厚度的均匀,从而降低由于摊铺工艺对平整度的影响。摊铺速度取决于拌和、运输及摊铺机能力的匹配性。摊铺速度越小,预压实度越高,松铺系数越小,在相同的碾压功率下则平整度差异性越小。摊铺速度应根据式(1)确定。
式中:v—摊铺速度,单位:m/min;
Q—拌和楼产量,单位:t/h;
ρ—压实后沥青混凝土毛体积密度,单位:t/m3;
W—摊铺宽度,单位:m;
T—碾压完毕后平均厚度,单位:cm;
C—摊铺机效率系数,通常取0.9。
由于该拌和楼产量为280t/h,摊铺宽度为11m,厚度为4cm,在保证运输能力匹配的前提下,根据式(1)确定摊铺速度为4m/min。
(2)熨平板振动频率与夯锤夯击频率
熨平板越平则摊铺的混合料厚度越均匀,熨平板振动频率及夯锤夯击频率越高则摊铺后的沥青混合料预压实度越大,松铺系数就越小,不平整度传递系数越小,那么在相同的碾压工艺下平整度越高;但对于厚度较薄的面层,则应该合理控制夯锤夯击频率,否则会由于夯锤夯击频率过大,导致面层出现“搓板”现象,影响平整度。在300m试验段中,每100m调整一次摊铺机的夯锤夯击频率及熨平板振动频率,结果见表4。
从表4可知,当摊铺速率为4m/min时,应选用夯锤夯击频率5档,熨平板振动频率为3.5档。当摊铺厚度较薄时,可以适当降低档位;厚度较厚时可适当降低摊铺速度。
(3)自动调平装置
摊铺机应安装先进的自动调平装置,减小下卧层不平整度对面层的影响。
3.4 碾压
沥青路面碾压过程中碾压机械的振动频率与振幅及碾压路线、速度、遍数都会对平整度产生重要影响。
(1)振动频率与振幅
沥青路面应根据摊铺厚度和试验段碾压效果确定合理的频率和振幅,并尽量采用高频、低幅的碾压机械。当压路机出现反弹、矿料被压碎或侧向移动时应减小振幅;当压实度不满足要求时则应适当增大振幅或改进碾压工艺。
(2)碾压路线、速度及遍数
沥青路面碾压通常遵循以下原则:
(1)直线下由低向高处碾压;
(2)曲线时由内侧向外侧碾压;
(3)压路机每次启动与制动不在同一横断面;
(4)初压、复压、终压保证每次重叠1/3轮宽。
碾压速度见表5。
初压宜采用钢轮压路机静压,碾压遍数为3~4遍;复压宜采用振动压路机,碾压遍数控制在4~6遍;终压采用轮胎压路机,并需派专人在胶轮表面涂抹食物油,提高胶轮压路机的揉搓力,终压应直至路表无压痕为止。
4 平整度检测及效果评价
严格控制全路段沥青加铺层原材料质量,并按照前文的施工工艺进行拌和、运输、摊铺及碾压;施工过程中没有出现级配不稳定、混合料离析、碾压推移等现象。施工完毕后,组织检测单位对路面各项指标进行验收,其中平整度与压实度指标见表6。
从表6可以看出,全路段的平整度与压实度指标均能够满足规范要求,表明在保证原材料与施工机具一致的前提下,严格控制沥青路面的拌和、运输、摊铺及碾压工艺能够有效控制沥青路面平整度。
5 结语
平整度是沥青路面竣工验收与养护评定的重要指标。本文以某一级公路沥青路面改善工程为依托,通过对试验段平整度的检测及评价重点分析了沥青混合料拌和、运输、摊铺、碾压过程中施工工艺对沥青路面平整度的影响;针对试验段中出现的问题,提出了合理的温度控制范围、运输条件、摊铺速率、夯锤夯击频率、熨平板振动频率、碾压工艺。并将改进后施工工艺应用于实体工程中,结果表明在保证原材料与施工机具一致的前提下,严格控制沥青路面的拌和、运输、摊铺及碾压工艺能够有效控制沥青路面平整度。
参考文献
[1]刘治龙.郑少高速公路改性沥青路面平整度控制技术研究[D].长沙:长沙理工大学,2007.
[2]魏芝玲.浅谈沥青混凝土路面施工工艺对路面平整度的影响[J].科技视界,2015(19):236+271.
[3]牛振辉.路面施工平整度控制方法研究[D].西安:长安大学,2007.
[4]吴昊.沥青路面平整度的影响因素和施工控制[J].北方交通,2012(8):38-40.
[5]吴刚.沥青混凝土路面平整度控制研究[D].成都:西南交通大学,2003.
沥青路面结构参数 篇5
杨永红1王选仓1韩国杰2常学亮
31.长安大学公路学院，陕西 西安 71006
42.甘肃省交通厅，甘肃 兰州 730030
3.甘肃省交通科学研究所，甘肃 兰州 730050
摘要：基于甘肃黄土分布，通过详细调查和分析计算，进行了交通量等级和土基强度等级划分，实测影响路面设计的主要材料参数，提出了甘肃黄土地区高等级公路沥青路面典型结构，供设计单位选用，科学简便地解决了该地区的沥青路面设计问题。
关键词：交通量等级；设计参数；典型结构
0 引言
甘肃省地处我国中部，东西长达1000多km，与其它各省相比较，地理、气候、地貌等特征较为复杂。黄土主要分布于省内中、东部地区，面积约12万km2。黄土地区典型的地貌是山大沟深、残塬、梁峁较多，给公路建设带来了一定困难。如按现行《公路沥青路面设计规范》进行沥青路面设计，特别是在高等级公路路面设计时，对于一个缺少经验的路面设计者，难以确切掌握，这将直接影响路面使用性能和工程造价。甘肃黄土地区高等级公路路面结构调查汇总
路面结构调查要求选择的路线及路段具有典型性，公路等级要求是二级或二级以上的新建或已建的路面结构，其施工质量达到一定的水平。
本文收集了近10年甘肃黄土地区的在建或已建高等级公路资料，共15条，其中高速公路有5条，一幅高速公路2条，一级公路1条，二级公路7条，如表1所示。
表1 甘肃柔性路面结构调查汇总表
注：调研时间是在2000～2001年。
调查路段结论：
（1）本次调查涉及高速、一级、二级公路结构，对提出典型结构具有指导意义。
（2）高速公路路面结构，面层厚度15cm，基层底基层厚度总厚度40～60cm。调查还有2条一幅高速公路，面层厚度为7～10cm，基层厚度为37～44cm。
（3）一级公路路面结构，面层厚度12cm，基层底基层总厚度48cm（调查只有1条一级公路）。
（4）二级公路路面结构，面层厚度3～10cm，基层底基层总厚度34～51cm。
（5）调查的15个路段气候资料统计：极端最高气温在34～37.9℃，极端最低气温-27.1～-8.7℃，年降水量约为261.1～565.1mm，蒸发量为963.3～1879.9mm，年平均气温6.4～10.7℃。
（6）各路段沿线大部分为风积黄土和冲洪积黄土所覆盖，即主要为Ｑ3和Ｑ4第三系和第四系新黄土。道路使用情况分析
甘肃黄土地区的高等级公路路面结构和全国其它地区相差不大，尤其是高速公路，近几年才开始修建，路面结构型式单一，主要还在尝试阶段。二级公路有些路面采用次高级路面，随着以后的修建，沥青混凝土路面将成为主要的面层结构型式。基层和底基层主要采用半刚性材料，其强度高，适应甘肃的行车使用条件。现阶段半刚性基层沥青路面仍是甘肃黄土地区高等级公路路面的主要结构类型。
从本地区沥青路面使用状况调查资料可以看出，现已通车的公路，有的半刚性基层沥青路面在行车荷载和自然因素的作用下，出现了一些损坏。由于环境、材料组成、结构层组合、荷载、施工和养护等条件的变异，损坏的形态是多种多样的。从表面上看，有许多裂缝出现，也有各种类型的变形，如凹陷、隆起和车辙等。这些损坏现象，单独出现或几种形态同时出现。由于在黄土地区修路，路基土质一般为第三、第四系黄土，虽然在干时有一定的结构强度，但浸水后在外荷载与土自重的作用下发生下沉，即湿陷。有些路段排水设施及坡面防护的结构不合理，遇水很容易对路基造成损坏，土基强度降低，发生沉陷而导致路面凹凸不平。交通分级
本文根据甘肃黄土地区交通量观测站调查资料、工程可行性研究报告和路面计算说明书等，共14条高等级公路，经大量计算确定了路面设计交通量取值范围，如表2所示。在此基础上综合考虑该省的交通发展状况，进行了交通分级。若一个车道的设计交通量为500辆/ｄ（BZZ-100），年平均当量轴次增长率ｒ=7%，设计使用年限ｎ=12年，则有累计当量轴次高速公路二为：Ne=3.26×106（轴次），结合表2所示设计交通量资料，在交通量等级划分中，分界线最小值取3.5×106（轴次）。
交通划分时以不同交通等级对基层或底基层厚度产生大致相同的效应和相邻分级对其厚度不产生较大的变化（5cm左右）为依据，由表2和其它高等级公路交通量数据资料，同时考虑到甘肃省经济状况和交通迅速增长的需要，确定各分级界限，将交通量等级划分为4级，如表3所示。土基强度分级
4.1 土基回弹摸量测试
本文选取甘肃省有代表性的几条路，采用承载板、贝克曼弯沉梁、FWD测试车3种方法实测土基回弹模量。汇总利用承载板测试5条路资料，如表4所示。
因承载板测定费时、较笨重，在甘肃省有些单位利用弯沉仪测定。弯沉仪测定是用标准车在土基表面，测定轮隙中心下的回弹弯沉值，通过计算求得土基的回弹模量值。
落锤式弯沉仪（简称FWD）产生于上世纪70年代初，与传统的贝克曼梁测试弯沉相比，具有使用方便、快速、安全、节省人力的特点，其模拟实际情况施加动态荷载，适于长距离、连续测定。由于篇幅所限，本文未列出贝克曼梁和FWD测试试验数据。
表2 甘肃柔性路面设计交通量汇总表
表3交通量等级划分表
注：设计年限为15年，交通量年平均增长率采用5%，车道系数取0.4。
表4 承载板测试路基回弹模量Ｅ0汇总表
注：土基回弹模量三列括号中数据84.1%、90%和97.7%代表保证率。
以承载板测试得出甘肃黄土地区土基回弹模量设计参数范围，考虑97.7%保证率，在30～82MPa之间，比规范的取值偏大，比较能反映路基实际的强度，在此基础上提出了土基强度分级。
4.2 土基分级
从本文调研及实测的结果来看，土基回弹模量低限取30MPa是合理的。如果达不到要求，则要求进行处治。土基等级划分以土基模量Ｅ0为划分指标，以不同土基等级对路面基层或底
基层厚度产生大致相同的效应和相邻分级对其厚度不产生较大的变化（5cm左右）为分级原则，将土基强度等级划分3个等级为S1、S2、S3，见表5所示。
表5 土基强度等级划分路面材料设计参数
在路面结构设计时，路面材料设计参数是比较重要的参数，其取值的大小直接影响路面厚度的选择。但目前国内在路面设计时大多数仍然依靠查规范推荐表，一些路在设计中实测样本量也常常较少，加之不同测试方法之间有较大的差异性，因此，很有必要对甘肃黄土地区常用路面材料设计参数进行深入研究。
本文对常用的半刚性基层材料设计和施工主要指标进行了较全面地试验研究，对主要材料进行室内试验、野外承载板实测以及工程实际劈裂强度对比试验（在一些高等级公路上进行钻芯取样），同国内外已研究资料进行综合对比分析，提出了适合甘肃黄土地区高等级公路路面典型结构的材料设计参数值，如水泥石灰稳定砂砾土，抗压模量Ｅ在900～1300MPa，劈裂强度σ在0.3～0.5MPa等。甘肃黄土地区沥青路面典型结构推荐
合理的沥青路面结构设计应全面考虑使用性能、安全性和必要的经济性。本文在建立沥青路面结构优化设计数学模型基础上，利用非数值优化算法—改进的遗传算法（AGA）求解，编制了计算机程序AGA-LQ，算法简单，收敛速度快，取得了良好的效果，进而节省造价。
根据甘肃黄土地区工程实践，参考国内外路面结构设计原则，经过造价优化计算，推荐出甘肃省黄土地区高等级公路沥青路面典型结构，共23种，供有关单位设计时选用，具体结构见鉴定报告。
推荐路面典型结构适用范围：
（1）适用于甘肃省黄土地区高等级公路沥青路面，即适用于二级及二级以上公路设计年限内一个车道上的累计当量轴次为20×105～180×105的沥青路面设计。当设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne>180×105时，路面结构厚度应另行计算确定。
（2）土基回弹模量Ｅ0<30MPa时，应采取工程措施，使Ｅ0≥30MPa后，再运用路面典型结构进行设计。结束语
目前，我国西部地区高等级公路建设发展迅速，需要有较切合实际的典型结构或标准结构供设计人员选用，以避免随意性和盲目性。本文对在建和已建的高等级公路进行资料调查的基础上，进行交通和土基强度等级划分，实测了影响路面设计的材料参数。此外，利用改进的遗传算法进行路面结构造价优化，以期得出费用低又满足各项使用性能的路面结构，推荐了适合甘肃黄土地区筑路特点的路面典型结构。研究成果对于充分利用地方筑路资源、提高路面结构设计质量和路面的使用品质、延长路面的使用寿命具有现实意义和使用价值。
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沥青路面结构参数 篇6
中图分类号：U416.217
文献标识码：A
文章编号：1000-8136(2009)20-0027-02
随着国民经济快、协调发展，我国道路交通量日益增大，车辆迅速大型化且严重超载，高速公路路面在车辆荷载的作用下和气候、水文等自然因素的影响下，常常在通车2-3年便出现了较为严重的早期破损现象，降低了公路服务能力，并对交通安全和环境保护等造成有害影响，因此，必须采取预防性、经常性的保养和维修措施，使路面经常保持良好的技术状况，确保高速公路路面的服务水平。研究沥青路面的早期破损原因及防治具有特别重要的现实意义，文章针对新建高速公路沥青砼路面早期出现的损坏，结合所属单位高速公路沥青砼养护路段特点，对沥青路面早期破坏的形成原因、早期病。从路面设计方面引起的原因进行论述。
沥青混凝土路面具有良好的力学性能和较好的耐久性以及行车舒适性，适合于各种车辆的通行，并具有坚实、耐久、平整、良好的抗滑、防渗、耐疲劳的性能和抗高温开裂的温度稳定性，在高速公路建设中被广泛采用，但由于种种原因，仍存在设计年限内发生的早期破损现象，造成沥青路面早期破坏，影响了公路的使用性能。所以分析病害成因并有效地进行防治是十分必要的。造成沥青混凝土路面早期病害的因素很多，但综合起来主要有路面结构设计不合理、现场施工质量控制不严、投入运营后超载车辆治理不严、气候条件影响、养护松懈等几个方面。下面就沥青路面设计这一关是沥青混凝土路面早期病害的关键之一进行以下分析：
1把好路面设计关
设计质量是工程质量的基础和前提，路面设计中一定要从实际出发，对当地的地质、水文、气侯、材料交通量、载重进行认真调查，应综合各种因素，选择各种路面结构、各种材料、多种配合比、不同结构层厚进行试验、研究、比选、必要时应铺试验路段。影响设计方面的因素主要有：
1.1路面结构组合不合理
若结构组合不合理就会使整个路面结构既不能承受行车荷载和自然因素的作用，又不能发挥各结构层的最大效能，从而引起裂缝的产生。在做路面结构层组合设计时，若将沥青混凝土混合料面层设计为两层或三层式结构，其中至少必须有一层是I型密级配沥青混凝土混合料。当各层均采用沥青碎石混合料时，沥青面层的下面必须设下封层。
另外，在进行沥青混凝土面层与基层的组合设计时，要注意沥青面层不能在铺砌片石基础上直接铺筑，而应在其间加设碎石过渡层，否则会因铺砌片石不平稳或片石可能的松动导致沥青面层不平整甚至沉陷开裂。同理，这类片石基层也不能直接铺筑在路基上，而应在其间铺设粒料层。
1.2路面厚度偏薄
路面太薄也是造成路面产生裂缝的直接原因。结构层厚度应与公路等级、气候、水文、交通量及材料组成相适应，还要根据材料供应、施工工艺和造价等因素进行综合考虑而确定。面层厚度宜自上而下由薄到厚进行组合。
1.3路面结构整体强度不足
整体强度不足也是引起沥青混凝土面层产生早期裂缝的直接原因，要保证整体强度，就必须先保证各结构层的强度。
首先，要保证路基强度。因为路基是路面的依托，路基的强度和稳定是保证路面结构强度和稳定的基础条件，路基压实度达不到标准要求，就导致路面结构层强度不足，致使路面出现沉陷或裂缝等病害。又如，沥青混凝土路面沿纵向裂缝的—个重要原因就是因路基填土未压实，使得路基产生不均匀沉降而造成的。
其次，路面基层强度不足也是路面产生裂缝等病害的原因。路面基层是路面的承重层，基层强度不足出现松散、裂缝、沉陷，致使路面也出现裂缝、沉陷等病害。
再次，路面强度不足也是引起路面裂缝等早期病害的主要原因。例如，路面压实度不符合设计及施工规范要求时，易导致路面通车后在车辆荷载反复作用下继续压密，空隙率不断减小，这个过程会产生压实变形，平整度下降，出现车辙、裂缝等病害。再者，如集料质量不好，针片状含量高，含泥量高，造成沥青混合料级配变化大，也直接影响沥青路面的质量；还有，如沥青材料质量的好坏，沥青路面施工时温度的控制，摊铺时的施工工艺，这些都是直接影响路面强度的重要因素。
为了提高路面结构层的整体强度，除确保各层的强度外，还要注意层间结合问题。为加强路面结构层之间的密切结合。提高路面结构的整体性，应采取相应的技术措施，避免产生层间滑移。具体采取的措施一般为：①在沥青面层与半刚性基层或粒料基层之间浇洒透层沥青；②要保证路基的强度和稳定性；③要保证路面基层有足够的强度；④要保证路面面层有足够的强度；⑤当沥青层由双层或3层组成时，若不能连续施工而可能造成沥青层表面被污染时，或在旧沥青面层或水泥混凝土面层上加铺沥青时，均应在旧面层上浇洒黏层沥青。
由于沥青混凝土面层强度不足、压实度过小、面层内部空隙率过大而造成的松散现象，有效预防松散现象的产生，应该做到：①选用合格的原材料，特别严格控制细集料含泥量及矿粉掺量以增强沥青混合料的黏结力；②严格控制施工温度及压实效果。沥青混合料施工温度过高会导致沥青老化，降低与矿料的黏附性；温度过低会导致混合料压实困难，造成混合料内部空隙率过大；③严格控制沥青混合料均匀性，防止混合料离析。沥青混凝土面层要有高密实度才能保证沥青混合料的黏聚力，假如混合料密实度不够，集料就轻易从混合料中脱落而形成局部松散。
2结束语
沥青路面结构参数 篇7
1.1 级配碎石基层的应用回顾
在我国, 20世纪70年代前后, 相当一部分的二级公路是采用的柔性基层, 许多干线公路, 国道以及大量的城市道路主干线, 建筑的是柔性基层沥青路面, 那时的柔性基层的质量是非常差的, 公路和城市道路主要使用天然砂砾, 级配碎石是少数, 甚至根本没有用过真正意义上的级配碎石, 但是一直到21世纪, 这些干线公路和城市道路都在运营, 只不过已经维修了几次, 由于沥青层很薄, 很多路面已发生了网裂。
通过这些工程的研究, 得出:
1.1.1 半刚性沥青路面因半刚性基层干缩,
温缩开裂导致的反射裂缝成为沥青路面的主要病害之一, 而采用级配碎石基层或过渡层对于防止和减少沥青面层裂缝具有较好的效果。
1.1.2 采用级配碎石过渡层结构都没有关于路面抗车辙性能差的报道,
因此至少没有证明因采用了级配碎石而减弱了路面结构的抗车辙性能。
1.1.3 采用级配碎石层结构的沥青路面, 如果沥青层厚度较薄时, 容易产生沥青路面疲劳破坏。
1.1.4 级配碎石的生产必须严格控制原材料碎石的质量。
1.2 厚沥青层路面的应用与问题
在我国有几条高速公路采用了沥青导相对较厚的半刚性沥青路面, 如北京首都机场高速公路, 京津塘高速公路和广深高速公路。这些沥青路面沥青层较厚, 已经不是我国传统意义上的薄沥青层半刚性路面。
1.3 厚沥青层路面的问题调查
1.3.1 采用较厚的沥青层, 没有任何迹象表明这些高速公路结构强度不足。
1.3.2 虽然沥青层较厚, 但是车辙并不大,
特别是京津塘和广深珠高速公路的交通量应该说很大, 这说明了增加沥青层厚度, 并不意味着车辙量的增加, 从广深高速公路的栓测结果看, 在炎热的气候条件下和大交通量的情况下采用较厚的沥青路面, 其车辙量显然并不大。
1.3.3 这些高速路的主要裂缝表现为表面裂缝, 且裂缝深度仅局限在表面层。
2 我国新型沥青路面结构的研究进展
纵观国际上的高速公路和重交通道路, 大量使用的全厚式路面或者柔性基层沥青路面。相反半刚性基层沥青路普遍使用于交通量不很大的公路, 或者往往在半刚性基层下设置一个碎石过渡层, 同样称为半刚性基层的水泥稳定碎石基层。在强度要求, 具体做法上也有许多不同之处, 这引起了我国研究人员的普遍重视, 开始关注对沥青路面结构问题的研究, 希望改变目前单一使用半刚性基层沥青路面的状况, 使不同的路面结构得到合理的使用。
2.1 从2001年起, 交通部公路科学研究院
针对目前高速公路沥青路面早期损坏现象, 充分考察了国际上高速公路普遍采用的结构, 吸取了本国不同沥青路面结构应用的经验, 结合西部研究课题《高速公路早期病害预防措施的研究》以及交通部公司司《沥青稳定碎石与级配碎石结构设计指标》项目的研究, 结合新材料、新结构、新工艺、新技术对柔性基层, 组合式基层沥青路面进行了深入细致研究。在多个省市的高速公路上铺筑了不同结构沥青路面试验路, 并进行了大量研究, 在这些试验路段中, 结构型式主要有柔性路面, 分别采用级配碎石过渡层和较厚沥青层的组合式路面, 同时也试验了一些低强度的半刚性基层沥青路面, 将这些结构和我国高速公路常用的沥青层较薄的半刚性基层沥青路面进行比较。
2.2 江苏省沿江高速公路试验路。沿江高
速公路试验路于2004年7月建成。结构A是正常路段的半刚性基层结构形式, 结构B是采用沥青稳定碎石基层的组合式基层, 结构C是采用了沥青稳定碎石和级配碎石过渡层的组合式基层, 结构D是按照永久性路面结构设计的路面结构, 结构D的沥青厚度达45cm。
在2005年进行了试验中物观测, 使用情况良好, 试验路全线没有发现坑槽, 泛油, 车辙, 开裂等路面病害现象, 在沥青层厚度较大的B、C、D结构段并没有产生较大车辙变形, 沥青层最厚的结构D和采用级配碎石过渡层的结构C的车辙平均值均小于有较厚水稳碎石基层的B和正常路段。
2.3 青海省平西试验路。平西试验路于2002年通车,
结构A采有低强度水稳基层结构, 水泥稳定碎大专生的设计强度为2.5MPA。结构B是采用级配碎石过渡层的组合式基层结构, 结构C是全柔性沥青路面结构, 结构C的沥青层后为21cm。
2.4 2002年通车的试验路及对应生产路段, 2004年观测时,
试验路C结构柔性基层路段均没有发现任何横向裂缝, 在A结构, 即低强度的水稳碎石基层路段共发现了4条横贯3个车道的横向裂缝, 而在试验路的对向车道上, 使用了3.5mpa的水稳碎石基层的路段, 约1400m路段上出现了22条横向裂缝, 在2001年7月开放交通的其它常规路段, 经过三个冬季低温考验以后, 路面的横向开裂成为主要的损坏形式之一, 平均开裂间距为50~58m。
3 我国新型沥青路面结构的应用
随着对于柔性基层以及组合式基层研究的深入, 我国越来越多的高速公路从业者开始接受这些新的技术, 特别是随着管理部门对于高速公路早期病害问题的高度重视, 管理者越来越注重沥青路面的耐久性和工程全寿命周期成本的理念。我国的高速公路结构已经不再局限于原来单一的结构型式, 已经开始在高速公路上尝试采用多种新型的沥青路面结构在福建省的两条高速公路上, 建设部门已经采用新型的路面结构作为主要的高速公路结构形式, 福建省多雨潮湿地区, 以往该地区高速公路的结构都采用了15~16cm厚的沥青路面, 基层为半刚性基层, 设计使用年限为15年, 但是通车后不到设计使用年限一半的时间路面病害就不断加剧。通过研究论证, 新建的两条高速公路将采用组合式基层沥青路面, 希望能够避免和延缓反射裂缝出现, 同时改善多雨潮湿地区基层的排水功能, 在级配碎石上使用了较厚的沥青层, 厚度为22~23cm, 一方面是提高沥青路面的耐久性, 另一方面是保证高速公路具有足够的强度。
新型路面结构的造价相比原来的配筋半刚性基层沥青路面结构的造价都要有报增加, 但增加的比例并不大, 不超过总造价的1%, 但是从沥青路面全寿命周期的费用角度分析, 初期投资高一些能够使得后期的维修、养护费用降低, 路面的使用寿命得到延长, 采取这样的方案是非常合理的。
结束语
对于以往常用的平刚性基层的使用要进行改造, 完善它的设计与应用, 明确它的适用范围, 最大限度地减少半刚性基层沥青路面的早期损坏, 延长沥青路面的使用寿命。更为重要的是大力推广采用组合式基层, 柔性基层等其它路面结构, 鉴于我国的实际情况, 由于对半刚性基层有丰富的应用经验, 当前应该首先发展组合式基层沥青路面, 即以沥青混凝土作面层, 沥青稳定碎石作基层, 半刚性材料作底层这种结构形式, 也可以在半刚性底基层上加铺级配碎石过渡层以防止反射性裂缝和有利于排水。
摘要：介绍了半刚性沥青与新型沥青路面结构的应用。
关键词：半刚性沥青路面,新型沥青路面,结构
参考文献
[1]高速公路早期病害预防措施的研究[J].交通部公路科学研究院, 2004.
[2]山区重载路段沥青路面车辙变形防止措施[J].交通部公路科学研究院2004.
沥青路面结构抗车辙的研究 篇8
1 半刚性基层沥青路面车辙损坏发展规律和特点
沈山高速公路是国家公路主骨架,具有交通量大,重载超载车辆多的特点,路面结构为典型半刚性基层沥青路面(沥青面层厚4+5+7cm,基层水稳或二灰碎石厚20+20cm,垫层天然砂砾厚17cm)。2007年单车道日标准轴载达11556次/d,大客车及中型以上各种货车日交通量3876辆/(天·车道),属于特重交通。
沈山高速公路1999～2000年建成,通车不到两年一些路段就出现了较大车辙病害,公路部门先是对病害较重的路段进行局部维修处理,通车不到5年,2004～2005年对全线进行路面维修,此时车辙最大深度达6cm。采用铣刨一层或两层沥青混凝土后加铺SMA16和SBS改性沥青混凝土的维修方案,在维修3～4年后,路面车辙问题又出现了,2009～2010年又进行了第二次全线路面维修,维修方案是中面层采用高模量沥青混凝土,路用效果有待进一步验证。
1.1 车辙发展规律
将沈山高速公路2001～2008年所有车辙检测数据,根据2004年维修前达到的车辙深度、2008年达到的车辙深度划分为<10mm、10～15mm、15～20mm、20～30mm、>30mm五档,绘制边行车道年限和车辙深度关系曲线,见图1。
2001年至2003年车辙发展迅速,原因主要是该路面没有使用改性沥青,设计施工中又过度强调路面密度;在之后的维修工程中在上、中面层采用了SBS改性沥青,混合料级配也进行了优化,2006～2008年车辙深度<15mm的路段增长较缓,但路面仍不可避免的发生剪切破坏,出现了流动型车辙,尤其是车辙>20mm的路段,增长幅度较大,说明采用SBS改性沥青只能缓解路面出现车辙的速度。
1.2 路面钻芯、切割试验
在2001年、2004年、2008年分别对沈山高速公路一些车辙典型代表路段进行了钻芯取样和现场切割试验。照片见图2。2001年试验结果表明各层对车辙的贡献率平均值为:上面层31.7%,中面层33.9%,下面层45.4%;2008年钻芯取样试验表明,路面车辙主要以中、下面层为主,表面层的贡献已经从31.7%降到4.4%。2004年路面切割试验(此路段为上面层已进行过维修路段)也表明路面上面层厚度变化不大,说明加强上面层后路面车辙出现位置向下移动,发生较大车辙路段车辙主要出现在中、下面层,路面各面层的模量协调很重要。
2 影响路面车辙结构因素分析
2.1 沥青中面层模量对路面车辙的影响分析
沥青路面车辙多出现在重载、高温情况下,采用有限元模型模拟路面结构受力状态,路面内剪应变和压应变是控制路面在重载、高温状态下产生剪切破坏即较大车辙的主要力学指标,计算路面内最大应力应变值和相应位置,结果汇总如表1。
*表中模量组合为中、高温状态下上、中、下面层模量值。
增加路面中面层模量后,荷载产生的最大剪应力和压应力变化不大,而模量提高一倍,剪应变减少50%,压应变减少近60%,因此提高中面层高温动态模量将有效抑制路面车辙的产生。
2.2 沥青面层与基层层间接触条件对路面车辙影响
目前我国现行的沥青路面设计规范是以层状弹性体系为基础,假定沥青路面各结构层之间的接触面完全连续。然而,在路面施工中半刚性基层与沥青面层往往是隔年施工,虽然在施工时浇洒透层油和粘层油,但往往由于洒布得不均匀,致使表面有许多尘土,在下一结构层施工前未能及时清扫,从而影响了路面结构层之间的粘结性能。因此,层间界面粘接较薄弱,不能完全传递应力,而是通过接触传递应力。在路面钻芯取样时往往发现,沥青混凝土层与半刚性基层之间的粘结作用较弱,比较容易分开,实际工作状态接近半滑动接触状态。
利用BISAR程序分析层间接触条件对路用性能的影响[2],取沈山路面结构和参数进行计算(基层模量取1500MPa),静态竖向荷载作用下,不同接触条件下沥青面层内不同距离处剪应力结果如图3。
图3表明,半刚性基层与沥青面层接触条件的改变,将使沥青层底最大剪应力增大约2倍。接触条件对沥青层内剪应力的影响随着路面深度的增大逐渐增大,表面层增大约30%,中面层增大约40%,底面层增大约70%～162%。以上分析表明,半刚性基层与沥青面层的接触条件对路面内受力的影响较大,由连续转为半滑动接触再转为滑动将使路面内最大剪应力,特别是中下面层内的剪应力成倍增加,从而引起路面产生较大的流动型车辙。因此在半刚性基层与沥青面层之间设置有效联接层,适当降低半刚性基层位置将有效降低沥青面层内最大剪应力,控制流动型车辙的产生。
2.3 结构组合对路面车辙的影响
沥青路面典型结构主要分为三类,第一类为我国高速公路普遍采用的半刚性基层沥青路面结构;第二类为国外高速公路普遍采用的纯柔性基层路面结构;第三类为在半刚性或刚性基层、底基层上铺筑柔性基层的沥青路面称为组合式沥青路面结构。
对典型路面结构进行受力分析[3],得出以下初步结论:
(1)路面整体强度方面,半刚性基层沥青路面结构、组合式沥青路面结构较好,路面弯沉值较小。同时计算表明,通过提高土基强度可有效提高路面整体强度,如土基模量从30MPa增加到45MPa,路面弯沉值可以降低20%～25%。
(2)抵抗流动型车辙方面,沥青面层内的最大剪应变和最大剪应力柔性基层结构比半刚性基层结构大10%左右;但半刚性基层典型结构在层间接触处剪应力较大,比柔性基层结构大120%左右,比组合式结构大约70%左右,如果层间接触面处理不好,在较大的剪应力作用下,接触面容易从连续转变为滑动接触,导致在路面内产生较大车辙。
3 沥青路面结构抗车辙设计原则及措施
基于以上分析,提出了路面结构设计组合原则:
第一,协调优化各面层及基层的模量组合,提高路面中、下面层混合料的高温动态模量;
第二,在沥青层与半刚性基层之间增设一层联结层或应力吸收层,通过结构措施改善半刚性基层工作条件,使整个路面在荷载作用下协调变形,减少路面车辙与裂缝,体现长寿命沥青路面设计理念。
基于以上设计思想,采用的路面结构抗车辙措施主要有:
(1)在中、下面层采用高模量沥青混凝土,已在辽宁沈山高速公路等多条高速及普通公路中应用,抗车辙效果良好。
(2)沥青层与半刚性基层之间设置联结层或应力吸收层,联接层可采用沥青稳定碎石或级配碎石混合料,已在沈阳绕城高速、丹庄高速公路中铺筑了试验路,在通车5年后仍表现出较好的抗车辙性能,车辙小于或等于半刚性基层沥青路面,没有出现裂缝等病害,明显优于半刚性基层沥青路面。应力吸收层可采用橡胶沥青碎石封层,已在本桓、沈阳绕城、草南高速公路中应用,路用效果良好。
4 结 语
基于路面结构抗车辙而在路面结构中增设联接层、应力吸收层,同时协调优化各层模量比,在现阶段工程实践中仍处于探索阶段,需进一步完善理论计算和做长期的路用性能观测。
摘要：结合对某高速公路路面车辙近十年的跟踪检测和试验,从新的角度认识路面结构因素对路面车辙的影响,提出了路面结构组合设计原则和联结层设计理念及结构抗车辙措施。
关键词：沥青路面,车辙,组合式沥青路面结构,联接层,高模量沥青混凝土
参考文献
[1]沈金安,李福普,陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京:人民交通出版,2004.
[2]刘涛,郝培文[译].层间接触条件对柔性路面路用性能的影响[J].中外公路,2007,1(27):60-64.
公路沥青路面结构设计研究 篇9
1 重交通沥青路面结构组合设计原则
1.1 提高面层的厚度
根据以前的室内疲劳方程和力学程序,无论沥青的结构层多厚,结构都必然会产生疲劳开裂,车辙。而最新的理论发现,当沥青层厚度超过一定厚度时,良好施工的路面结构不会产生源于层底的疲劳开裂和结构性车辙。当标准轴次超过一定次数后,沥青厚度无需增加。即沥青路面存在一个弯拉应变临界点,当路面结构弯拉应变低于此值时,沥青路面的下部将可以无限期的使用下去。自上而下的温度疲劳,开裂,车辙,表面磨耗,沥青老化都努力限制在磨耗层内,防止出现中层以下的结构性损坏。表面层的损坏只需要通过预防性养护得以补救。
“长寿命”设计理念是所设计的沥青路面能够使用20年以上,面层采用较厚的高性能沥青类混合料,分上面层、中面层、下面层三层来修筑,以降低传统的沥青层底开裂和避免结构性车辙,并保证行车的舒适度,降低对周围环境的噪声污染。由于沥青层相对较厚,传统的疲劳开裂可能性大大降低,路面的损坏主要位于面层的顶部(25 mm～100 mm),这样一旦路面的表面损坏达到临界水平,其经济性处理方法就是将损坏的顶层或面层刨掉,罩面或者加铺沥青面层材料再利用,从而使沥青路面在使用年限内不需要大的构造重修或重建。
1.2 采用高刚度、高强度的基层和底基层
基层是沥青类路面的主要承重层,其性能影响整个路面的使用品质和寿命。因此,对于重交通道路来说,必须保证基层的强度及刚度。
基层主要采用沥青稳定类材料如大粒径沥青混合料、乳化沥青稳定碎石、泡沫沥青稳定粒料以及旧沥青路面再生材料。沥青类稳定基层由于抗疲劳性能好,对于车辆作用产生的损伤有一定的自愈能力,国外应用比较普遍,因而较少存在早期损坏现象,因此很多欧美国家沥青路面使用寿命长达20年,甚至40年。
基层和底基层采用强度较大的材料。利用基层的强度及刚度来确保路面承受车辆荷载作用而不产生过大变形。半刚性基层沥青路面已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。长期实践表明,半刚性基层具有耐久性好、整体强度高、板体性好等许多优点,但存在严重问题。尤其是高速公路沥青路面早期破损问题,已经成为影响我国公路健康发展的突出问题。主要表现在三个方面:1)损坏时间早;2)损坏范围宽;3)损坏程度重。有的路面建成使用后不久,就出现了较严重的损坏现象,个别路段通车当年就出现了损坏,达不到设计寿命。主要是由于半刚性基层早期强度及刚度较小,达不到使用要求,而基层又是路面的主要承重层。这一现象提醒我们必须使用刚度及强度均较高的基层材料。
若基层强度不足,很多病害便由基层引起,维修时必须从基层甚至是底基层处治,翻修较困难;若设计中保证中面层以下直至基层,能长期保持良好状态,如使用沥青稳定类材料,热拌大粒径沥青混合料、乳化沥青稳定碎石、泡沫沥青稳定粒料以及旧沥青路面再生材料。当出现路面病害时仅需表面磨耗层维修更新即可。
1.3 提高路面的水温稳定性
对于降水量较大的地区,沥青路面的早期破坏主要体现为水损坏。我国道路最主要的问题是早期水损害等病害,很多道路都是由于水损害严重而丧失了使用性能。因此就我国现阶段的实际情况,在考虑提高路面使用寿命时,应该考虑如何解决防治水损害和在特重交通下车辙严重的问题。
针对大气降水,应确保做好路面面层不透水;行车道与道路路肩的接合处不产生渗水现象。地下水位较高的路段,应设置隔水层保证地下水不至于上升到路面结构中。
1.4 合理处治路基,提高路基的强度
沥青路面对土基的强度要求较高。现有沥青路面将近90%的病害是由土基强度不足引起的。国内多数道路是高填路基,都是在原地面填筑而成,其强度与材料本身和压实有很大关系,这就给路面使用中产生较大的弯沉埋下了隐患。对比国外的道路发现,国外的高速公路通常填挖均较小,很少出现高路堤,因而其本身强度也比较高。针对我国的多山地形,高填路段又不可避免,那么,路基施工就应结合土质特点,进行合理的处治。
2 重交通沥青路面的设计标准
2.1 设计荷载应为实际最重的车辆荷载
现有公路沥青路面设计是以单轴双轮组轴重100 kN为标准进行设计,将道路上预测到的所有其他非标准轴载均换算为标准轴的等效作用,这种等效换算引起的误差尚应继续考虑。重车对路面的作用及破坏若替代为标准轴的作用,其区别本身就是作用次数的多少,即体现为路面的耐久性。因此,要提高路面的耐久性,必须考虑道路上最大轴重车辆的作用。所以应采取道路上所能预测的最大荷载的实际车辆荷载作为设计荷载,并考虑一定量的超载作用,计算路面结构中产生的应变及应力。
2.2以沥青层底弯拉应变作为设计控制标准
提高路面使用年限及使用品质的一个重要方面就是控制沥青层底弯拉应变,使其低于疲劳极限对应的应变临界点。力学方法主要原理是确定荷载作用下路面结构层的应力应变。
2.3控制路基土的垂直压应变
路基是路面的基础,是影响沥青路面结构承载能力、结构层厚度和使用性能的重要因素。土基的强弱直接影响路表弯沉值的大小和沥青路面使用寿命的长短。路面力学计算结果表明,沥青路面的回弹弯沉值绝大部分是由土基引起的。合理划分土基类型,保证土基施工质量对路面弯沉控制有重要的意义,所以要求土基必须坚实。要提高路面的整体刚度,必须控制路基的垂直应变。
3结语
沥青路面舒适度较高,将成为未来最主要的路面类型,特别是用在高速公路,重载道路中。
沥青路面的基层是承重的主要部位,也是决定路面寿命长短的关键部位。由于我国的载重车辆超载、超速情况较严重,因此,应使用半刚性基层,同时加大基层厚度,保证土基强度,从而保证道路路面的寿命。
摘要：结合沥青路面在工程中的广泛应用,提出了重交通沥青路面结构组合设计的原则及其设计标准,指出由于我国的载重车辆超载、超速情况严重,应使用半刚性基层,同时加大基层厚度,从而保证道路的寿命。
关键词：公路,沥青路面,长寿命,结构设计
参考文献
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[3]郭永雄.沥青路面结构的可靠度分析[J].山西建筑,2008,34(31):273-274.
沥青路面排水层结构优化设计 篇10
公路排水设计规范提出在路面结构内设置排水基层或排水垫层排水系统,但是对排水基层的设置没有统一的规定,没有直接说明沥青稳定碎石排水材料的抗压回弹模量的取值,也没有在结构计算中加以分析说明。在高等级半刚性基层沥青路面结构中,基层材料多采用无机结合料稳定碎砾石,由于沥青稳定碎石排水层材料孔隙率较大(一般为15%),相对于沥青面层和半刚性基层,其回弹模量值较低。这就形成了一种“软”夹层结构,这会给路面结构带来什么不利影响,同时设置沥青稳定碎石排水层可否取代部分结构层的厚度,这些问题需要通过结构分析予以解决。
1 结构分析
1.1 结构分析模型
结构分析采用的三个结构模型见图1～图3。
1.2 排水层模量分析
分析排水层模量的变化对结构各个性能指标的影响时,固定排水层厚度为8 cm,考虑基层模量为700 MPa,1 500 MPa,4 000 MPa和10 000 MPa的情况,并分别考虑了保持原结构总厚度不变和原结构各层厚度不变两种情况。沥青稳定碎石排水层的模量从500 MPa到1 400 MPa变化,分别代入结构中进行计算。
由计算结果可知:1)沥青稳定碎石排水层模量的变化对路表弯沉、排水层底面应力、基层底面拉应力和土基顶面压应变的影响很小。2)沥青稳定碎石排水层模量的变化对面层底面应力的影响较大。随着排水层模量的增加,面层底面应力由拉应力向压应力转变。
1.3 排水层厚度的分析
排水层厚度通常在8 cm～15 cm范围内选用,但最小厚度不得小于6 cm,固定排水层模量(排水上基层模量为1 000 MPa,排水下面层模量为1 100 MPa),沥青稳定碎石排水层的厚度从6 cm到15 cm变化,分别代入结构中进行计算。
由计算结果可知:1)沥青稳定碎石排水层厚度的变化对路表弯沉、排水层底面应力、基层底面应力和土基顶面最大压应变几乎没有影响。2)沥青稳定碎石排水层厚度的变化对面层底面应力的影响较大。随着排水层厚度的增加,面层底应力由压应力向拉应力转变。设置排水上基层的结构中,面层底面应力在排水层厚度为10 cm(总厚度不变的情形为12 cm)时由压应力转变为拉应力;设置排水下面层的结构中,面层底面应力在排水层厚度为10 cm(总厚度不变的情形为11 cm)时由压应力转变为拉应力。3)虽然排水层厚度的增加使得沥青面层底面产生拉应力,但拉应力值很小(远小于面层的容许拉应力,大约为其值的1/1 000),并且随着厚度的增加,拉应力增加不明显。
1.4 沥青稳定碎石排水层模量及厚度的综合分析
鉴于排水层模量及厚度对面层底面应力的较显著影响,对两种方案进行不同排水层厚度和不同模量的综合影响分析,结果见图4和图5。
得到以下结论:
1)从图4可以看出,排水层厚度越小时,排水层模量对面层底应力的影响越小。随着排水模量的增加,面层底面的应力由拉应力向压应力转变。同一排水层厚度下,排水层模量越大越好。
2)从图5可以看出,排水层模量越大时,排水层厚度对面层底应力的影响越小。随着排水层厚度的增加,面层底面的应力由压应力向拉应力转变。同一排水层模量下,排水层的厚度越大,面层底面产生的拉应力越大。
3)在整个排水层厚度的取值范围内,对于设置排水上基层的路面结构,使得面层底面不出现拉应力的排水层模量需大于1 120 MPa;使得面层底面最大拉应力不超过0.1 MPa的排水层的模量需大于680 MPa;使得面层底面最大拉应力不超过0.2 MPa的排水层的模量在取值范围内都能满足。
4)在整个排水层厚度的取值范围内,对于设置排水下面层的路面结构,使得面层底面不出现拉应力的排水层模量需大于1 150 MPa;使得面层底面最大拉应力不超过0.1 MPa的排水层的模量需大于860 MPa;使得面层底面最大拉应力不超过0.2 MPa的排水层的模量需大于660 MPa;使得面层底面最大拉应力不超过0.3 MPa的排水层的模量需大于520 MPa。
5)在整个排水层模量的取值范围内,设置排水上基层的路面结构的面层底面最大弯拉应力都不超过0.17 MPa;设置排水下面层的路面结构的面层底面最大弯拉应力都不超过0.32 MPa。
2 最优结构的技术比较分析
2.1 设置排水上基层路面的最优结构
其他各层设计参数不变,设置排水上基层(厚度8 cm,模量1 000 MPa),分析基层模量从1 500 MPa到3 500 MPa变化、基层厚度从25 cm到40 cm变化共15种路面结构,得到关联度见表1。
从表1可以看出,模量对关联度影响较厚度的影响大。其中以加粗倾斜标记的1-9结构(结构总厚度不变)的关联度最大,即为设置排水上基层路面的最优结构。
2.2 设置排水下面层路面的最优结构
其他各层设计参数不变,设置排水下面层(厚度8 cm、模量1 100 MPa),分析基层模量从1 000 MPa到4 000 MPa变化、基层厚度从30 cm到40 cm变化共16种路面结构,得到关联度见表2。以加粗倾斜标记的2-12结构(结构总厚度不变)的关联度最大,即为设置排水下面层路面的最优结构。
2.3 较优方案的技术比较分析
对典型结构、设置排水上基层路面的最优结构、设置排水下面层路面的最优结构再度运用关联度方法,进行技术比较,得到的关联度分别为0.80和0.82。因此确定设置排水下面层路面的方案为较优方案。
3 结语
1)进入路面结构的自由水,是路面出现早期损坏或加速损坏的主要原因。在半刚性基层沥青路面内部设置沥青稳定碎石排水层可以在功能上削减半刚性基层的反射裂缝,减少渗入路面结构内部的自由水对路面的损坏。2)沥青稳定碎石排水层的模量和厚度对路表弯沉、基层底面应力和土基顶面应变的影响较小,但对面层底面的应力影响较显著。沥青稳定碎石排水层模量对面层底面应力的影响较排水层厚度的影响大。由结构分析得知,沥青稳定碎石排水层模量的取值最好在900 MPa以上,不宜低于600 MPa;在满足排水功能条件下,宜尽量选用较薄的排水层厚度。3)运用灰色系统关联度分析方法,对两种排水层方案的各个性能指标进行综合评价,分析出设置沥青稳定碎石排水下面层的方案优于设置沥青稳定碎石排水上基层的方案。
摘要：以多层弹性层状体系理论为基础建立沥青稳定碎石排水层的结构模型,在此模型中通过对排水层模量、排水层厚度以及模量和厚度的综合分析确定了最优的结构技术,有效的解决了路面的早期破坏。
关键词：沥青路面排水层,结构模型,排水层模量,排水层厚度,最优技术
参考文献
沥青路面结构参数 篇11
1. 车辙指标的确定
根据我国现行沥青路面设计规范，沥青路面在使用初期不应出现明显车辙，但在高速重载路段及交叉路口附近，车辙却非常明显。车辙不仅影响行车安全、降低行车操控稳定性和舒适性，且由于车辙积水，易于诱发其它病害，从而导致路基早期破坏。然而，由于柔性基层沥青路面采用了较厚的沥青层，与目前我国普遍采用的半刚性基层沥青路面相比是否会出现过大的车辙，这是推广应用此类路面必须面对的问题。因此，本文在研究中将车辙作为路面结构设计指标之一。设计中应考虑的因素及指标限制在后文阐述。随着交通量不断增大以及车辆交通的渠化，沥青路面在行车荷载的反复作用下，会由于永久变形的累积而导致路面出现车辙，车辙使路表产生过量的变形，影响了路面的平整度;轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而易于引发其它病害;雨天路表排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至会由于车辙内积水而致车辆飘滑，影响了高速行车的安全;车辆在超车或更换车道时方向失控，影响了车辆操纵的稳定性。综上所述，车辙的产生严重影响了路面的使用寿命和服务质量。
2. TOP-Down裂纹
根据目前国外的研究成果，对厚沥青层沥青路面除了由下而上的裂缝外，还存在自上而下TOP-Down的裂缝扩展方式。并且大量试验路的调查结果表明，这种自上而下的裂缝形式是厚沥青层沥青路面的主要损坏类型。作为一种新型路面破坏形式，其对路面损害比较大，由于裂纹起始于路表，再加上温度应力及车辆荷载的作用，导致裂纹慢慢扩展，路表水就会向下渗流，很快会污染到基层，导致基层结构的破坏。对于柔性基层沥青路面来说，水的浸入必然会导致沥青稳定碎石基层中沥青从石料表面脱落，加快基层的损坏进程，继而进一步导致整个路面结构的损坏，这样势必会导致初期投资很高的柔性基层沥青在没有达到设计年限时产生早期损坏。
二、市政道路柔性基层沥青路面结构实例研究
以天津市滨海新区市政公路建设为例，介绍市政道路柔性基层沥青路面结构。20世纪80年代，随着交通量的增大，重型车辆的增加，天津市区已基本形成了2 cm细粒式沥青混凝土+4 cm粗粒式沥青混凝土+7 cm黑色碎石+15 cm粉煤灰石灰碎石(粉煤灰石灰钢渣、粉煤灰石灰碎石)+l5 cm石灰土(二灰土)+l5 cm石灰土(二灰土)的典型结构。近年来，随着市政公路的进一步修建，对路面强度的要求进一步提高，于是上面层+中面层十下面层+水稳碎石基层+二灰碎石(二灰土)底基层+石灰土垫层路面成为路面的基本形式。
1. 滨海新区沥青路面面层材料选择
对沥青路面各种面层进行研究，以对比各种面层的使用效果，各类面层使用效果如下。
(1)上面层
沥青路面以其连续性好、行车平稳舒适、抗震性好、噪音小以及维修方便等优点得到了广泛的应用，但是由于高速公路大多采用密级配的沥青混凝土路面，随着交通量的不断增长和轴载的明显增大以及高等级公路交通车辆的渠化作用，沥青混凝土路面面临着新的严峻的考验，传统的悬浮密实型连续级配不再能承担日益增长的交通要求。其中，车辙已经成为高等级公路沥青路面早期破坏的主要形式之一，严重地影响了路面的使用功能和寿命。综上所述，重载沥青路面可采用以下上面层。
1)通过合适的方法提高沥青混合料的高温稳定性，改善沥青混合料抗车辙性能，以降低沥青路面对车辆荷载变化的敏感性。为了有效地防止路面车辙的产生，目前常用的技术有使用改性沥青、调整沥青混合料的矿料级配、掺加外掺剂等。
2)可以采用细粒式密级配沥青混凝土(AC)，沥青马蹄脂碎石(SMA)及多碎石沥青混凝土(SAC)。
3)可以使用SBS改性沥青、LDPE改性沥青、环氧树脂改性沥青、粒化聚合物作为混合料外加剂等，均可重点解决沥青路面的高温抗车辙能力。
4)可以使用纤维、土工格栅、橡胶类等添加剂提高沥青高温稳定性、低温抗裂等强度。
(2)中面层
中面层沥青混合料主要考虑其抗永久变形能力，即提高沥青的高温稳定性。从天津市沥青路面的使用情况来看，由于矿料级配中碎石含量较少，沥青稠度较小，致使中面层空隙率较大，雨水常常通过孔隙渗入基层，引起路面的过早损坏，加之这些中面层的高温稳定性也较差，路面病害严重。为避免中面层设计不当而引起路面的损坏，对天津市滨海新区沥青混凝土中面层提出如下要求。
1)采用改性沥青作为结合料，可以改善道路高温稳定性能、低温抗裂性能、疲劳性能、水稳定性以及耐老化性能等。
2)中面层采用沥青混凝土，推荐采用中粒式沥青混凝土(AC)。
3)为了提高沥青混合料高温稳定性、抗车辙等性能常用的技术有使用改性沥青、采用聚合物改性沥青作为结合料、掺加外掺剂(如纤维、土工格栅、橡胶类等)。
(3)下面层
由于沥青混凝土路面普遍存在路面反射裂缝，从而导致路面抗车辙能力不足和耐久性差，影响了沥青混凝土路面的使用寿命。为了减少此种病害的发生，延缓基层裂缝向中、上面层反射及提高路面抗车辙能力的作用，使路面铺筑之后具有良好的骨架结构，且具有防水、高温稳定、低温抗裂等特性，对天津市滨海新区沥青混凝土下面层提出以下要求。
1)采用粗粒式沥青混凝土(AC)。
2)使用改性沥青作为结合料，可以提高路面高温稳定性、低温抗裂等性能。
2. 滨海新区沥青路面基层材料的选择
对沥青路面各种基层和底基层进行研究，以对比各种基层的使用效果，各类基层或底基层使用效果如下。
(1)密级配沥青碎石ATB
沥青稳定碎石具有较强的抗剪、抗弯、耐疲劳性，很少产生干缩裂缝，其刚度较小。与传统的用于面层的沥青混凝土相比，它是针对于基层用的，粒径偏大，级配偏粗，沥青用量偏少，对原材料的要求相对于面层要低;与沥青碎石相比，有较多的细集料和填料，级配和原材料要求相对较高。
(2)二灰(石灰粉煤灰)稳定碎石类口
用这类材料作基层的沥青路面状况良好，近几年修建的高等级公路，许多路段采用此种材料。用二灰稳定碎石，具有强度高、板体性强、水稳定性和冻稳定性好等优点，可显著减少面层的弯沉，改善面层的受力状态，同时二灰稳定碎石的隔温性能及抗开裂性也比较好，可作为沥青路面的一种基层。但二灰碎石也有初期强度不高，强度形成需一定的完成期，同时在动水压力作用下，抗冲刷能力不及水泥稳定碎石材料的不足。
(3)水泥稳定类
水泥稳定类基层具有强度高、板体性好、水稳定性好及抗冻性强等多种优点，且可根据当地材料供应情况，采用水泥稳定碎石粉煤灰石屑基层、水泥稳定碎石开山料基层、水泥稳定砂砾石屑基层、水泥稳定钢渣基层等多种形式，既满足了要求，也节省了工程造价，正是由于水泥稳定结构有着良好的力学性能和板体性，能适用不同的气候水文条件、交通条件，因此具有广泛的运用。
三、结语
柔性路面具有可以连续施工无接缝、平整度高、施工期短、养护维修简便等优点，但是受沥青本身材料特性局限，较刚性路面强度和刚度都比较小，尤其在通车后期，容易出现裂缝、车辙、坑槽等病害，直接影响行车速度和行车安全，虽然初始投入小，但是后期维修成本高。因此，推广受到一定阻碍。
摘要：本文首先介绍了柔性基层沥青路面的设计指标,然后以天津某市政道路为例,探讨了市政道路柔性基层沥青路面结构的设计工作。
关键词：市政道路,柔性基层,沥青路面,结构
参考文献
[1]赵亮.级配碎石在吉林省高速公路中的应用研究[D].长春:吉林大学,2007.