道路特殊路段路面结构形式选择分析与探讨

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摘 要：本文针对道路隧道、交叉路口、加油站和停车场等特殊路段的交通及荷载特点，通过分析、比较国内外各种典型路面的结构特点及路用性能，提出满足上述特殊路段要求的路面结构形式，对路面结构设计有着一定的参考意义。

关键词：隧道；特殊路段；路面结构；设计

近年来，我国高等级道路里程快速增长，隧道、交叉路口、加油站和停车场等特殊路段交通任务十分繁重，这些路段传统的选择是刚性的水泥混凝土路面，但是水泥混凝土路面具有接缝处理困难、抗滑性能差、维修费用高、噪音大和易起灰尘等缺点。沥青混凝土是柔性材料，可以解决上述问题，但普通的沥青路面在重荷载或高温条件易产生辙槽，影响路面的平整度，以及沥青路面的可燃性、对温度和低频荷载的敏感性等，使得沥青路面并没有广泛用于隧道、加油站和停车场等路段。因此，针对这些特殊的路段，需要研究出满足其特殊功能要求的高性能路面材料与路面结构，以满足路面安全行车、使用耐久的要求。

1 特殊路段对路面的要求

1.1 隧道内环境对路面的要求

隧道路面处于一个相对封闭的环境中，因而外界大气环境的变化对其影响并不显著，但隧道内封闭潮湿的环境又对路面提出了其它特殊要求，归纳起来有以下几个方面：

（1）要求抗滑性能好，防止交通事故的发生；

（2）要求噪音低、灰尘小，提高行车舒适性；

（3）要求具有一定的耐油性和阻燃性，避免交通及火灾事故损失的增加；

（4）要求适应于隧道内潮湿的使用环境，防止因地下水的上浸而导致的路面结构破坏与防滑性能降低；

（5）要求具有优良的耐久性能，尽量减少隧道内路面的维修，同时，还应应具有快速修复能力；

1.2 其它特殊路段对路面的要求

交叉路口、加油站和停车场等特殊路段的交通任务十分繁重，车辆在这些路段频繁的加减速、启动与制动，对路面结构的特殊要求除了上述隧道路面要求的抗滑性、低噪音、灰尘少、具有耐油性、耐久性之外，还应具有良好的高温稳定性、低温抗裂性，抗车辙能力要强。考虑交通安全和视觉景观效果，路面结构具有可着色功能也成为一种发展的趋势。

2 隧道路面结构类型与材料

2.1 水泥混凝土路面

多年来隧道路面主要采用水泥混凝土路面，其主要优点是：水稳定性好，地下水对其影响小；结构强度高，承载能力强，耐久性好；颜色浅亮对照明有利。但水泥混凝土路面洞内噪声大，路面结构接缝造成平整度相对较差，行车舒适程度不如沥青路面，一般路面抗滑性能难以满足技术要求。由于颜色浅，路面标线与路面的对比度低，路面标线的效果受到影响。水泥混凝土路面一旦损坏，养护维修困难，由于空间狭小、亮度低，不利于作业和交通组织。

2.2 沥青路面

以前隧道内路面较少采用沥青路面，由于隧道内温差小、潮湿，全年保持在一个较低、较恒定的温度，如采用层铺法或路拌法施工的沥青混合料一般不容易成型良好；潮湿的使用环境直接影响沥青路面的使用性能与耐久性，容易产生水损坏，耐久性不如水泥混凝土路面。其优点是平整度好，抗滑性能易保障，噪声低，行车舒适、安全，且维修方便，与路面标线颜色对比强烈，利于高速公路中的分道行驶。在国外，大多数的公路隧道路面采用沥青路面。在我国也有专家提出，一般公路隧道采用水泥混凝土路面，但高等级道路隧道宜采用沥青路面，特别是高性能的沥青混合料，如SMA、OGFC等。目前国内外隧道路面铺装的高性能沥青混凝土类型如下：

1. SMA

沥青玛蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt）是由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛蹄脂，填充间断级配的粗集料骨架间隙而形成的严挤型密实结构混合料。其主要特点如下：

（1）具有优良的高温稳定性，在高温和重载作用下，道路不易产生车辙、拥包和波浪等病害；

（2）SMA混合料冷却后非常坚硬，强度高，具有较好的低温抗裂和抗反射裂缝的能力；

（3）与普通沥青混凝土相比，粘结力与抗水损害能力显著提高；

（4）具有一定的降噪吸音功能，一般情况下比常规密级配沥青混凝土可降低噪声2分贝；

（5）具有较长的使用寿命。

SMA路面产生于20世纪60年代的德国，起初是为了抵抗带钉轮胎对路面的磨耗而发展起来的，以后逐渐推广应用到高速公路和城市道路，后来尽管不再使用带钉轮胎，但因为SMA路面抗滑、抗车辙等性能优良，以至逐渐在国外的高速公路、重交通道路、红绿灯交叉口、机场跑道、桥梁铺装、车站与码头的货物装卸区等中广泛应用。

2. OGFC

OGFC（Open-Graded Friction Courses）是高空隙的开级配沥青混合料，空隙率较大，在15～20%或以上。依靠粘附力强的沥青结合料将集料结合成整体，骨料之间可以完全形成嵌挤作用，构造深度通常达到1.5mm以上。由于空隙率大，该面层不仅具有良好的排水、抗滑性能，而且能够大幅度的降低交通噪音。当空隙率>15%时，可比常规沥青路面降低噪音5～6分贝，当空隙率>20%时，可降低噪音6～8分贝。OGFC优良的抗滑和降噪功能，对改善隧道路面服务功能具有特殊的意义。但由于其空隙较大，结构强度相对较低，在经常刹车、停车的路段上容易出现剥落，故不宜铺设在干线道路的交叉口、停车场等。

3. 浇注式沥青混凝土

浇注式沥青混凝土是按照施工工艺分类标准确定的一种沥青混凝土。在国外，浇注式沥青混凝土以其优良的性能很早就应用到桥梁、隧道的路面铺装中。其特点是采用道路重交通沥青，集料粒径较小，通常最大粒径为1cm，在施工温度（约180～240℃）条件下，沥青混合料呈流淌状态，一般不需要用压路机碾压，只需要用摊铺整平机即可完成施工，并能达到规定的密实度和平整度。混合料本身具有细集料含量高，矿粉含量高，沥青含量高等“三高”特点，较多的沥青含量使骨料处于悬浮状态，空隙率几乎为零，以至浇注式沥青混合料不透水。它与普通沥青混凝土在结构上的主要区别如下表：

表1 普通沥青混凝土与浇注式沥青混凝土结构上的区别

由于浇注式沥青混凝土有较高的沥青含量，因而具有良好的密水性、耐久性、抗低温及疲劳开裂性等性能。根据上述路用特点，结合隧道内路面铺装的特殊要求，可将浇注式沥青混凝土设计为隧道路面铺装的下层，从而为铺装耐久性提供足够的保证。

2.3 复合式路面

复合式路面一般指由水泥混凝土和沥青混凝土组成的路面结构，《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中指出，在有条件时，隧道路面可采用沥青混合料上面层与水泥混凝土下面层组成的复合式路面。隧道内复合式路面的类型主要有以下几种：沥青混合料+普通水泥混凝土复合式路面、沥青混合料+连续配筋水泥混凝土复合式路面、沥青混合料+碾压混凝土复合式路面、薄层抗滑层、微表处等。合理的路面结构组合与材料选择能够使路面结构很好的满足隧道路面的特殊要求。

2.4 水泥－沥青混合料路面

近年来，为了克服沥青路面的高、低温性能上的不足，国内外很多学者进行了大量的研究，开发了水泥-沥青复合材料面层，通常通过以下两种方式：第一种方式在沥青混合料母体中掺加刚性材料水泥砂浆或水泥乳浆，以提高沥青路面的抗车辙能力，同时具有抗滑耐久性和低温抗裂性；第二种方式是在水泥混凝土拌和物母体中掺加柔性材料（乳化沥青或高分子聚合物材料），从而达到降低水泥混凝土材料的模量，提高水泥混凝土路面的抗裂性能，同时也改善了行车的舒适性。其主要特点简述如下：水泥沥青复合式路面为刚柔复合型路面结构，刚性的表面，柔性的整体；与沥青混凝土相比，具有抗车辙性，耐油侵蚀和抗火性等优点；与水泥混凝土相比，不需要接缝处理、降噪和减少灰尘等优点，同时具有可着色等特性。它是介于刚性和柔性路面之间路用性能更趋合理的一种新型路面结构。

水泥-沥青复合材料面层凭借其优良的路用性能可适用于高速公路收费站、爬坡段，以及城市的货运站、港口、码头、公交车道、加油站、停车场等。可以提高沥青路面的高温稳定性和耐久性，弥补沥青路面和水泥混凝土路面的不足，延长路面使用寿命，节约投资，对我国公路路面的发展具有重要的现实意义和经济效益。

3 彩色路面

随着道路交通事业的发展和各项研究的深入，对高等级公路和城市道路路面的要求，已不仅仅局限于路用性能等方面，而是不断向多元化、功能化方向发展。例如城市道路交通大多混杂拥挤，公共交通车辆优先专用道行驶已势在必行，这样就需要路面具有引导车辆行驶，渠化分流公共汽车与其他车辆分道行驶的功能，这就要求路面结构具有可着色功能。铺建彩色防滑道路不仅是为了城市道路的美观，更有利于交通阻塞的疏导，而且也是预防和控制道路交通事故的有效手段。彩色防滑路面通过道路颜色的不同提示驾驶者在规定的路面上行驶，从而避免了不同车辆的混行。提示驾驶人员前方的危险路段，并通过提供高摩擦力的面层从而起到很好防滑效果。可广泛用在公交车道、交叉路口、加油站、停车场、景观道路、桥梁等铺装层面层。

4 路面结构类型的选择

4.1 路面结构性能比较

通过上述对特殊路段路面结构特殊要求的论述，以及对各种路面结构本身特点的分析，并参考相关的研究成果，得出结论如下：

（1）抗滑性能方面，OGFC路面是较好的选择，SMA也有良好的性能，碎石薄层抗滑结构有待进一步研究；

（2）防火性能方面，根据参考文献[2,3]有关燃烧试验的研究结果，OGFC的汽油逃逸量最高，AK试件的逃逸量小于OGFC，而SMA试件的汽油逃逸量为0，因此从防火的角度来看，OGFC优于AK，AK优于SMA；

（3）减少噪音方面，OGFC路面性能表现优异，SMA具有一定的降噪吸音功能；

（4）防止地下水上浸方面，浇注式沥青混凝土具有良好的表现；

（5）水泥-沥青复合材料面层具有优良的路用性能，但它也是一种新的路面结构形式，对其研究还有待于进一步加深，特别是长期路用性能还有待于深入研究；

（6）部分路段使用彩色沥青路面，可以增加城市道路的美观，有利于交通阻塞的疏导，也是预防和控制道路交通事故的有效手段。

4.2 路面结构选择

根据上述分析比较，结合我国沥青路面发展的现状，对于高速公路、一级公路、城市快速路和城市主干路的隧道路面结构，推荐使用OGFC（SMA）上面层+改性沥青混凝土下面层、OGFC（SMA）上面层+浇注式沥青混凝土、OGFC（SMA）上面层+水泥混凝土复合式路面结构，沥青材料使用抗油阻燃沥青。交叉路口、加油站和停车场等特殊路段，推荐使用SMA或水泥－沥青混合料路面，使用抗油沥青，条件允许时采用彩色路面。

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