我國(guó)瀝青路面主要結(jié)構(gòu)形式及使用性能評(píng)價(jià)

劉贊瑄　郝令濤　張子明

摘要：目前，隨著我國(guó)公路建設(shè)不斷發(fā)展，瀝青路面結(jié)構(gòu)作為主要的路面結(jié)構(gòu)而被廣泛應(yīng)用。但是在我國(guó)目前公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，瀝青路面結(jié)構(gòu)的損壞問(wèn)題非常突出，成為目前困擾我國(guó)交通建設(shè)發(fā)展的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。文章就我國(guó)瀝青路面主要結(jié)構(gòu)形式和使用性能評(píng)價(jià)進(jìn)行了相關(guān)分析。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；早期損壞；合理結(jié)構(gòu)；反射開(kāi)裂；水損壞

中圖分類號(hào)：U416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0187-02

在我國(guó)公路建設(shè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，瀝青路面結(jié)構(gòu)作為一種主要的路面結(jié)構(gòu)形式被廣泛應(yīng)用。目前我國(guó)通車的公路路面中，約80%以上的路面結(jié)構(gòu)采用了瀝青路面，瀝青路面結(jié)構(gòu)已成為我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展過(guò)程中所采用的主要路面結(jié)構(gòu)形式。在公路建設(shè)取得巨大成就的同時(shí)，也暴露出了一些問(wèn)題，特別是在已建成的高速公路中，瀝青路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較多的早期損壞，明顯表現(xiàn)出瀝青路面結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期使用性能的不足。本文開(kāi)展了我國(guó)瀝青路面主要結(jié)構(gòu)形式和使用性能評(píng)價(jià)的研究。

一、瀝青路面功能作用和要求

瀝青路面的功能和作用不言而喻是以滿足交通車輛安全、舒適通行為目的的，由于公路是暴露在自然環(huán)境條件下的土工工程構(gòu)造物，因此，瀝青路面還需滿足并適應(yīng)自然環(huán)境條件。我國(guó)現(xiàn)行的公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的做出了明確要求，即“路面在設(shè)計(jì)年限內(nèi)，滿足各級(jí)公路相應(yīng)的承載能力、耐久性、舒適性、安全性的要求”。根據(jù)路面的功能和作用，對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的基本要求包括以下幾個(gè)方面：（1）強(qiáng)度，公路路面的強(qiáng)度是指路面結(jié)構(gòu)層對(duì)于行車和自然因素等作用的抵抗能力即承載能力；（2）穩(wěn)定性，公路路面的強(qiáng)度經(jīng)常受到自然氣候和水文因素的影響而發(fā)生變化，為了保證路面滿足交通車輛行駛的需要，要求路面結(jié)構(gòu)在任何氣候和水文條件下都必須保持穩(wěn)定的強(qiáng)度；（3）平整度，路面越平整，交通車輛行駛時(shí)的振動(dòng)、沖擊越小，行車的滾動(dòng)阻力也越小，這樣就能保證交通車輛以較高的車速行駛，并使車輛的損壞減少，燃油和輪胎磨耗降低，行車更舒適；（4）粗糙度，路面粗糙度的大小關(guān)系到行車安全，因此瀝青路面必須滿足一定的抗滑要求。

二、瀝青路面結(jié)構(gòu)的分類

從大的分類來(lái)說(shuō)，公路路面可以按照使用的材料、施工方法、工程造價(jià)的多少或使用的品質(zhì)及承受的交通荷載的方式進(jìn)行分類。公路路面通用的分類如下，按照使用的材料、施工方法分類，公路路面可以劃分為以下幾種類型土質(zhì)路面、穩(wěn)定處理路面、瀝青路面、水泥混凝土路面、砌塊路面。按照工程造價(jià)的多少分類，可以分為低級(jí)路面、中級(jí)路面和高級(jí)路面。按照承受的交通荷載的方式分類，可以分為柔性路面和剛性路面，我國(guó)還增加了半剛性路面。此種方式還可以認(rèn)為是根據(jù)路面的力學(xué)特性進(jìn)行劃分的。

我國(guó)按照路面使用性質(zhì)和技術(shù)因素，公路路面劃分為高級(jí)路面、簡(jiǎn)易式高級(jí)路面、過(guò)渡式路面和低級(jí)路面四類。按照路面在交通荷載作用下的工作特點(diǎn)劃分為三類，即柔性路面，包括鋪筑于非剛性底層上之各級(jí)瀝青路面及用有機(jī)結(jié)合料或不同結(jié)合料之各種土壤路面與粒料路面。剛性路面，包括水泥混凝土路面及用水泥混凝土為底層上鋪瀝青作為磨耗層之路面。半剛性路面，水泥混凝土基層上之各種塊料鋪砌的路面。按照路面在荷載作用下的工作特點(diǎn)，公路路面類型劃分調(diào)整為兩類，即柔性路面包括有機(jī)結(jié)合料處治石料路面，碎石和礫石路面，塊料鋪砌路面，結(jié)合料處治土和粒料改善土路面等。由于我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)形式日趨單一，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)路面結(jié)構(gòu)類型的分類明顯不全面，比如國(guó)外應(yīng)用較多的半剛性材料做底基層，瀝青穩(wěn)定粒料和粒料材料做基層的結(jié)構(gòu)形式在現(xiàn)行規(guī)范中沒(méi)有定義，而國(guó)外一般稱這種結(jié)構(gòu)類型為混合式結(jié)構(gòu)或倒裝式結(jié)構(gòu)。

三、瀝青路面早期損壞原因與機(jī)理分析

近年來(lái)，我國(guó)瀝青路面早期損壞現(xiàn)象引起了廣泛的關(guān)注，有關(guān)的科研院所、院校、以及交通部門對(duì)造成瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞的現(xiàn)象、原因進(jìn)行了分析和研究。本文在分析和總結(jié)這些資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)幾條高速公路實(shí)際使用性能的調(diào)查，對(duì)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞類型和原因進(jìn)行了分析總結(jié)。

（一）關(guān)于半剛性基層瀝青路面的開(kāi)裂

半剛性基層路面的開(kāi)裂是一種必然的結(jié)果，因?yàn)檫@是由半剛性基層材料本身的性質(zhì)決定的。盡管我們可以通過(guò)一定的技術(shù)途徑改進(jìn)或改善半剛性基層材料的開(kāi)裂的特點(diǎn)，但壁面半剛性基層材料的開(kāi)裂特點(diǎn)。照以上分析，當(dāng)水泥穩(wěn)定材料用做路面基層時(shí)，交通荷載的作用會(huì)加劇水泥穩(wěn)定材料的開(kāi)裂，因此在一定條件下，基層開(kāi)裂的結(jié)果必然反映到面層上來(lái)，材料的性質(zhì)從根本上已經(jīng)確定開(kāi)裂的發(fā)生。所以說(shuō)水泥穩(wěn)定類材料的開(kāi)裂是必然的。在這個(gè)階段中，如果水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，一方面由于水和水泥穩(wěn)定材料中的細(xì)顆粒在開(kāi)裂破碎后能形成膠液，對(duì)開(kāi)裂有一定重愈合作用，如果這種潮濕狀況在短時(shí)間內(nèi)得以改變，水泥穩(wěn)定材料的強(qiáng)度會(huì)重新形成，但在重交通荷載作用下，由于壓力水的滲透，水泥穩(wěn)定材料的開(kāi)裂也可能被加速。

（二）關(guān)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的反射開(kāi)裂

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞現(xiàn)象調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)很多高速公路由于半剛性基層材料的開(kāi)裂引起的反射裂縫問(wèn)題非常突出，分析造成半剛性基層開(kāi)裂的原因就是使用的水泥劑量太高，在很多高速公路上，行車道上的反射裂縫很明顯，而超車道上的反射裂縫幾乎沒(méi)有，證明了以上對(duì)材料開(kāi)裂的分析是正確，正是在交通荷載作用下，半剛性基層的開(kāi)裂會(huì)加劇，有效使用壽命會(huì)縮短，半剛性基層材料開(kāi)裂引起的反射裂縫不可避免。要避免這種早期損壞的發(fā)生，半剛性基層的強(qiáng)度必須控制在一定范圍內(nèi)。

（三）關(guān)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理

按照前面我國(guó)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的破壞應(yīng)該從半剛性底基層開(kāi)始，實(shí)際瀝青路面結(jié)構(gòu)的早期損壞形式和試驗(yàn)結(jié)果表明這種設(shè)計(jì)理念并不全面，因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的破壞是始于瀝青面層的。這種破壞形式目前在國(guó)內(nèi)的一些高速公路上也已經(jīng)表現(xiàn)出來(lái)，其特征還可以通過(guò)路面表面的彎沉指標(biāo)反映出來(lái)，即當(dāng)這種破壞發(fā)生時(shí)，路面結(jié)構(gòu)表面的彎沉仍然較小。對(duì)于較薄瀝青面層的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，在路面交通荷載作用下，隨著瀝青路面結(jié)構(gòu)層間黏結(jié)狀態(tài)的改變，瀝青層與半剛性基層的層間結(jié)合狀況由逐漸由連續(xù)變?yōu)榛瑒?dòng)，瀝青面層的疲勞剪切開(kāi)裂發(fā)生;隨著荷載的繼續(xù)作用，半剛性基層的裂縫得到快速擴(kuò)展，并逐漸向上反射，造成瀝青層的破壞進(jìn)一步加劇，這個(gè)階段可以認(rèn)為是半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)疲勞破壞的第一階段；隨著交通荷載的繼續(xù)作用，瀝青層和半剛性基層的開(kāi)裂進(jìn)一步加速，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度急劇衰減，直到瀝青層和半剛性基層發(fā)生完全損壞，成為第二階段。

（四）半剛性基層瀝青路面的水損壞

目前半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的水損壞主要有兩種表現(xiàn)形式，即瀝青混合料的水損壞和結(jié)構(gòu)性水損壞。半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的水損壞有兩種表現(xiàn)形式，一種是由于半剛性基層沒(méi)有形成足夠強(qiáng)度或強(qiáng)度不足，當(dāng)路表水進(jìn)入使半剛性基層后，由于半剛性基層的軟化而造成強(qiáng)度失穩(wěn)，從而在路面結(jié)構(gòu)表面形成坑槽;另一種形式是半剛性基層強(qiáng)度過(guò)高，開(kāi)裂在所難免，當(dāng)路表水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)后，不僅會(huì)軟化半剛性基層表面，而且水會(huì)沿裂縫深入整個(gè)半剛性基層內(nèi)部，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性的損壞，在交通荷載作用下，這種破壞進(jìn)一步加劇。因此，要控制和解決半剛性基層的早期水損壞問(wèn)題，一要注意選擇合適的瀝青混合料類型，另一方面要控制半剛性基層材料的強(qiáng)度在合理的范圍內(nèi)，不能低，也不宜太高。

（五）關(guān)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的車轍

瀝青路面車轍的形成主要受溫度、軸載、材料類型以及路面結(jié)構(gòu)形式的影響，其中溫度對(duì)車轍的形成影響最大。對(duì)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度較高時(shí)，由于瀝青層軟化，瀝青混合料非常容易發(fā)生塑性形變。路面結(jié)構(gòu)面層材料強(qiáng)度應(yīng)高于基層材料?；鶎硬牧系膹?qiáng)度要大于底基層材料，路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度從上到下應(yīng)有一個(gè)合適的比值。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外瀝青路面結(jié)構(gòu)形式及使用性能的對(duì)比研究，結(jié)合我國(guó)瀝青路面特點(diǎn)，詳細(xì)分析了我國(guó)瀝青路面主要結(jié)構(gòu)形式，并分析了路面結(jié)構(gòu)早期損壞特點(diǎn)以及原因，為我國(guó)公路建設(shè)合理規(guī)劃設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]杭敏．瀝青路面施工常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策[J]．山西建筑，2009，（3）。

[2]戴運(yùn)東，張紹強(qiáng)．淺談瀝青路面早期破壞原因[J]．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2009，（1）．

作者簡(jiǎn)介：劉贊瑄（1976－），男，山東青島人，青島市城陽(yáng)區(qū)公路管理局工程師，研究方向：道路；郝令濤（1977－），男，山東青島人，青島市城陽(yáng)區(qū)公路管理局工程師，研究方向：道路；張子明（1978－），男，青島市城陽(yáng)區(qū)公路管理局工程師，研究方向：道路施工。