道路沥青路面结构类型及策略研究

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[摘 要]随着社会经济的发展，我国公路逐渐成为了人们社会生存发展的主要交通运输方式，其中公路以沥青道路为主。但是在使用期间高速公路的沥青路面经常会出现不同程度的损坏，这就使得公路的寿命减短，而进行道路修补会花费大量的人力物力，人们的社会生活也会引起很大的不便，因此进行道路沥青路面结构类型及策略研究是具有很大的参考价值的。

中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0212-02

1 前言

沥青道路是由一种胶结料构成的路面结构，相比传统的水泥路面，沥青道路行车更加舒适、平整度更大、更易铺设、施工更加简单、养护更便捷、寿命更长，这就使得沥青路面得到了更加广泛的应用。从早期的调查数据可以发现沥青路面的损坏同沥青混合料类型及路面结构层厚度不匹配有很大的关系，作者主要就沥青道路路面结构类型与策略进行探究，希望能够增加沥青道路的性能，从而降低沥青道路的损害，延长其使用寿命。

2 沥青道路路面损坏原因

2.1 裂缝是导致沥青路面损坏的直接原因

从早期的数据当中可以看出，国内首次通车两年就会出现早期破坏现象：疲劳开裂以及反射裂缝、麻面、剥离等。究其原因，沥青路面在建成之初，不管是柔性还是非柔性的，都会产生或多或少的各种类型的裂缝。裂缝产生之初并不会对沥青路面造成很严重地影响，但是伴随着表面雨水以及雪水的侵蚀，会使得裂缝两侧的路面结构层以及基础中的土层含水量因此而增加，这就使得沥青路面的强度大大地降低，进而容易在车辆碾压中导致沥青碎化，使得沥青路面出现损坏。

2.2 出现沥青路面裂缝的原因

一般来说主要由两种情况导致，其一是车辆行驶中给予路面一定的荷载冲击而产生的裂缝，其二是沥青面层的温度膨胀不同而产生的裂缝。就目前的{查研究表明，当前造成沥青路面裂缝的原因有很多，温度膨胀变化占首要原因。

负荷型的裂缝一般来说只会出现在沥青的面层，通常形状为稠密、具有关联性的裂缝，甚至为网状形。较严重的情况会导致沥青路面出现形变，比如出现路面塌陷、辙槽。通常出现这种裂缝就表明了水泥稳定土层被破坏了，这种小裂缝会进一步对沥青路面造成破坏，裂缝也逐渐变得更加密集，路面沉降也会变得越来越严重。

由温度膨胀而造成的沥青面层裂缝主要为横向裂缝、大块状裂缝或者纵向裂缝。这些裂缝的首要特点为：裂缝上宽下窄。温度裂缝分为低温收缩裂缝、温度疲劳裂缝。地面收缩裂缝是由路面周围温度突降造成的，而温度疲劳裂缝则主要发生在太阳照射强度、昼夜温差大的地段，这种温度变化会使得沥青面层受到持续不断地温度应力，进而使得沥青出现疲劳裂缝。

除了以上介绍的情况以外，还会由于地区的气候、路面结构、沥青层的厚度及沥青性质等原因而导致沥青开裂。

2.3 影响沥青混合料抗裂性能的原因

（1）沥青的性质及用量。为了增强沥青混合料的抗裂性能，也就是增强其抵抗变形的能力，需要考虑沥青胶浆的选取。沥青混合料在受到荷载时，会有矿料颗粒间相互位移和错位阻力，还有颗粒表层裹覆的沥青膜间的粘滞阻力有关系。所以除了要考虑粒料的级配，还应该考录沥青的粘结力及用量。

（2）矿料的选取。实验证明，粒料的级配、形状、大小、表面特征都会对沥青混合料的内摩阻力造成影响，在颗粒棱角形状、表面粗糙度、级配以及孔隙率相同的情况下，粒料的粒径越大，其内部摩阻力也就越大。所以通过增加集料的粒径可以有效地提升沥青路面的抗裂能力。

（3）粒料的表面特征。沥青是裹覆在粒料表面增加矿物间胶粘性的，所以其对于解决沥青路面的抗裂性能有很大的关系。而通过实验证明粒料和沥青的成分不同所产生的粘结力也是不同的。比如石油沥青和碱性石料裹覆产生的粘附性要大于同酸性石料产生的粘附力。

除了以上提到的各种因素之外，矿料比表面积、温度、加载速度等也会对沥青混合料的构成及强度特性产生影响。

3 进行沥青路面结构设计需要考虑的因素

3.1 沥青路面结构设计需要满足要求

首先需要考虑稳定性，必须保证沥青路面的温度稳定性和水稳定性，如此才能够降低温度变化对沥青路面的影响。其次应该考虑强度和刚度，沥青路面的铺设必须要能够保证正常使用，必须要有足够的轻度和刚度来抵抗压力。再其次需要考虑平整性，路面的平整性影响着行车使用期间的舒适性和安全性。最后需要考虑耐久性，路面是一个长期使用的工程，必须要避免因为长期的轻荷载而造成破坏。另外还要考录防滑性，这关系到后期的使用期间行车的安全。

3.2 沥青路面结构设计的要求

沥青路面铺设是一项长期地大工程，因此为了保证其经济合理性，需要满足以下几点要求。第一、再进行结构设计之初必须要做一些当地的调研，确保了解当地的气候及地质环境，并结合当地的材料供应来进行方案设计。第二、尽可能地采用当地的材料来进行设计，降低施工工程量及费用。第三、进行设计之初还应根据当地的交通量做好预测，保证路面设计的合理性。第四、考虑好排水设计，保证路面排水性能，增加路面使用寿命。

3.3 沥青面层和厚度设计

3.3.1 沥青材料

（1）沥青混合料选取

通过力学分析，可以看出沥青的面层是一个三向受压的区域，此时的受力主要以剪应力为主，因此需要为表面层设计一个符合温度稳定性的构造深度以及相对适宜的抗滑和抗车辙性能。一般来说，一般采取中粒式沥青混凝土，并使用空隙率更加小的级配沥青混凝土，以此来实现面层更加优良的防水、抗裂、耐久性能。当前存在着的密级配混合料有AC混合料以及SMA混合料，但是相比AC混合料来说SMA混合料造价相对较高，一般并不普及使用，也就是说当前城市铺设主干道路时在路面表面层上主要选取中粒式AC16（C）混合料，而在一些相对比较次要的道路上主要选取AC-13（C）混合料。这种混合料比较能够承受较强的车辙压力，并且具有更加优良的防水、防开裂性能。

（2）中、下面层沥青混合料的设计

在中面层部位，是一个竖向受压的区域，而下面层则是一个双向受拉的区域，同时以疲劳破坏为主。在设计这个两个部位时，通常中面层设计为50mm-80mm，一般采取粗型密实型的沥青混凝土AC20（C），此时主要选取粒径为10mm的粗集料作为首要的集料。下层面层设计为60mm-90mm厚度，此时为了增强其抗水能力多采取粗集料为主的密实型沥青混凝土AC25（C）。

3.3.2 设计沥青层厚度

为了达到设计要求，需要确定好沥青面层压实层厚度同集料的最大公称粒径关系，避免沥青面层集料偏粗而其对应的压实层厚度比较薄，出现这种情况时容易使得集料在压实过程中被压碎。一般设计沥青层的厚度要在集料公称最大径的2.5倍到3倍之间。就目前的调查结果表明，除了京津塘高速公路以外，几乎所有的高速公路的沥青路面结构层厚度同沥青的混合料类型做对比，均不能达到最大公称尺寸3倍的说法。

3.4 基层及底基层

在力学分析模型当中，沥青道路的基层及底基层是重要的承重层，必须要保证其具有足够的强度、刚度以及温度稳定性，另外还需要保证能够阻止半刚性基层引起沥青路面的反射裂缝，通常来说，会采用二灰稳定粒料或者水泥稳定粒料来作为基层。但是为了确保基层的防水性能，一般在基层选用水泥稳定碎石，水泥稳定碎石具有良好的强度、刚度及抗水性能。

除了考虑外力的影响，还要考虑沥青道路内部的应力及应变的影响，通过分析可以得出其内部的应力及应变是随着深度而逐渐降低的，所以可以根据此来对结构各层的材料做出强度和刚度安排，充分发挥出材料的作用。就当下的情况来说，一般依据施工的工艺来确定半刚性基层设计，通常情况下设计底基层和基层的最小施工厚度为15cm，适宜的厚度为16到20cm之间。

3.5 路基改善层的设计

当前的一些做法是针对路基比较湿润的地段，一般需要设置排水垫层，这部分通常采用填砂、砂砾、碎石等渗水性材料，通过这种方式来加强路基排水。另外在特殊地段，例如高液限黏土地段，这个时候的路基回弹模量需要设计小于30MPA，这是就需要进行特殊的改良了，通常是通过添加石灰等固化材料或者在路床顶层换填级配碎石来进行改良。针对具有地下水或泉眼的地段，需要大量设级配碎、砾石等抗水性能优良的材料来作为排水垫层。

3.6 路基

路基是道路铺设的基础，承载者所有的荷载压力，因此必须要保证路基的均匀性、密实性、稳定性以及承载力，只有这样才能够避免因为过量的沉降而造成的破坏，保证路面的耐久性。针对路基基础比较弱的地段，需要做相应的加固处理，保证其沉降量维持在正常范围内。而对于地下水比较丰盈的地段，则需要提升路基的标高，确保路床的干燥，这时通常采用粗粒图作为填料。

4 结论

沥青道路目前存在着的损坏现象比较普遍，为了避免因此而引起的生活不便，必须要做好预防措施。当前沥青道路损坏是具有多方面原因的，因此需要在施工期间做好沥青道路路面结构类型设计及策略，保证我国的沥青道路能够实现战略性研究计划。上文提到，造成沥青道路路面早期破坏的原因之一是因为沥青路面结构厚度和混合料类型不匹配造成的，必须要加以避免。而沥青道路结构层厚度和沥青混合料类型的不匹配也是一大原因，通过科学的配比也是可以避免的。另外沥青表面层是主要的受磨位置，提高其抗磨性能能够大大地增加沥青道路的寿命，针对这一情况，在施工期间需要采用优质的沥青和集料，而最佳的配比是3cm的表层厚度选取最大公称尺寸9.5mm的混合料。除了以上提到的情况之外，我国应该逐渐将沥青道路结构研究设计纳入我国战略性研究计划当中，逐渐将我国的路面铺设技术提升到一个新的地位。

参考文献

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作者简介

李中修（1965.01―），男，汉族，山东临沂人，本科，工程师，研究方向：公路工程施工技术；单位：临沂市公路局平邑县管理局。