公路瀝青混凝土路面的設(shè)計(jì)方法

包清池

摘要：高速公路路面一般由面層、墊層、基層而組成的層狀結(jié)構(gòu)。每個(gè)獨(dú)立層面具有各自的不同功效。高速公路路面設(shè)計(jì)的本質(zhì)任務(wù)是保障路面在使用年限內(nèi)滿(mǎn)足交通承載和保證行車(chē)質(zhì)量。文章結(jié)合高速公路路面的基本特性進(jìn)行分析，探討高速公路路面的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：高速公路;路面設(shè)計(jì);路面材料

前 ?言

高速公路路面設(shè)計(jì)使用年限為15年，在這期間經(jīng)常進(jìn)行修補(bǔ)甚至中斷交通大修，均會(huì)影響高速公路投資效益，在社會(huì)中產(chǎn)生不良影響。為了保證高速公路在快速、安全、經(jīng)濟(jì)和舒適四方面的功能要求，高速公路路面必須具有良好的使用性能。路面設(shè)計(jì)中首先考慮的是根據(jù)實(shí)際功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)組合，其次進(jìn)行各層厚度設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合造價(jià)、養(yǎng)護(hù)、車(chē)輛管理經(jīng)營(yíng)等方面以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

一、高速公路的路面性能及病害分析

1.路面性能

1.1 高溫穩(wěn)定性。路面的強(qiáng)度經(jīng)常受風(fēng)、霜、雨、雪和日照等自然因素的影響而發(fā)生變化。為保證正常通車(chē)，路面強(qiáng)度在一年中變化的幅度應(yīng)盡量減少，這種強(qiáng)度變化的幅度叫穩(wěn)定性。瀝青路面的強(qiáng)度與剛度隨溫度升高而降低。為了保證瀝青路面在高溫季節(jié)行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，不至于產(chǎn)生諸如波浪、推移、車(chē)轍、泛油、粘輪等病害，瀝青路面應(yīng)具有良好的高溫穩(wěn)定性，即在高溫時(shí)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

1.2 抗滑能力。瀝青路面應(yīng)具有足夠的抗滑能力，以保證在最不利的情況下（當(dāng)路面潮濕時(shí)），車(chē)輛能夠高速安全行駛，而且在外界因素的作用下，其抗滑能力不致很快降低。瀝青混合料的粗糙度與礦質(zhì)集料的微表面性質(zhì)、混合料的級(jí)配組成以及瀝青用量等因素有關(guān)。為保證路面的粗糙度不致很快降低，應(yīng)選擇有棱角的石料。研究表明，瀝青用量對(duì)抗滑性的影響相當(dāng)敏感，瀝青用量超過(guò)最佳用量的0.5%時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致抗滑系數(shù)明顯降低。提高路面抗滑性能，可以通過(guò)采用堅(jiān)硬、耐磨、表面粗糙的集料組成面層主要是面層的上層）材料來(lái)達(dá)到。

1.3 具有足夠的強(qiáng)度和剛度。行駛在路面上的車(chē)輛，一方面通過(guò)車(chē)輪把豎向壓力傳給路面，另一方面又使路面受到水平力。在這些外力的作用下，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生不同量的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪應(yīng)力。如果路面結(jié)構(gòu)整體或某一組成部分的強(qiáng)度不足，不能抵抗這些應(yīng)力的作用，則路面便會(huì)出現(xiàn)斷裂、碎裂或沉陷（伴隨兩側(cè)隆起）等損壞現(xiàn)象，使路況迅速惡化，從而嚴(yán)重影響道路的服務(wù)質(zhì)量。公路路面的強(qiáng)度是指路面結(jié)構(gòu)對(duì)行車(chē)作用的抵抗能力，路面不會(huì)因車(chē)輛荷載的垂直壓力、震動(dòng)力、沖擊力、剎車(chē)及啟動(dòng)時(shí)的縱向水平力以及車(chē)輪后方與路面間產(chǎn)生的真空吸力等而造成過(guò)大的變形、磨損和壓碎等破壞現(xiàn)象。

二、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)方法

1.路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

1.1 信息搜集。包括交通（如交通量、軸載組成、年平均增長(zhǎng)率等），環(huán)境（道路氣候區(qū)、月平均氣溫、最大溫度梯度等），材料（料場(chǎng)位置、材料品質(zhì)、供應(yīng)條件等），地質(zhì)和水文（巖質(zhì)和土質(zhì)、地下水位等），經(jīng)濟(jì)（概預(yù)算定額、資金來(lái)源等），當(dāng)?shù)丶夹g(shù)和設(shè)備條件，路面使用經(jīng)驗(yàn)等;進(jìn)行路面改建設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)調(diào)查和收集有關(guān)現(xiàn)有路面狀況的數(shù)據(jù)。

1.2 擬定結(jié)構(gòu)組合方案。包括行車(chē)道和路肩的面層類(lèi)型、各結(jié)構(gòu)層類(lèi)型和組合、材料組成和結(jié)構(gòu)層大致厚度：采用路面內(nèi)部排水設(shè)施時(shí)，還包括排水系統(tǒng)的布設(shè)方案、各項(xiàng)排水設(shè)施的構(gòu)造和大致尺寸。

1.3 各結(jié)構(gòu)層混合料組成設(shè)計(jì)和相應(yīng)的力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。選擇確定有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)—如分析期，目標(biāo)可靠度，荷載、環(huán)境和材料方面的有關(guān)參數(shù)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析—分析所擬路面結(jié)構(gòu)方案在荷載和環(huán)境條件下的應(yīng)力、應(yīng)變或位移量，預(yù)估有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的損壞量或使用性能指標(biāo)量。進(jìn)行各路面結(jié)構(gòu)方案的壽命周期費(fèi)用分析。綜合各方面的分析和考慮，選擇最終設(shè)計(jì)方案。

2.路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 主線行車(chē)道與硬路肩。為滿(mǎn)足路面設(shè)計(jì)的各項(xiàng)使用性能要求（主要是抗滑和防水要求），路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先考慮的是確定其抗滑表層的類(lèi)型。根據(jù)路面材料調(diào)查資料，在高速公路鄰近地區(qū)有較好的抗滑層集料，能滿(mǎn)足路面抗滑層集料要求的各項(xiàng)指標(biāo)。設(shè)計(jì)選用AK一16A型瀝青混合料作為抗滑表層效果較好。另外SMA也是一種不錯(cuò)的方案，SMA是由瀝青、礦粉、細(xì)集料組成的。由于它是由相互嵌擠的粗集料和瀝青碼蹄脂二部分組成的。粗集料含量占70%以上，形成了相互嵌擠的“骨架”結(jié)構(gòu)。填充粗集料空隙的瀝青碼蹄脂又由瀝青、細(xì)集料、礦粉和纖維組成。它是一種間斷級(jí)配的混合料，粗集料用量多、瀝青用量多、礦粉用量多而細(xì)料含量少。

2.2 瀝青路面基層。作為半剛性瀝青路面的主要承重層，基層應(yīng)選用強(qiáng)度高、水穩(wěn)性好、低溫裂縫少、施工方便、便于養(yǎng)護(hù)的材料和結(jié)構(gòu)。為此河南省多采用水泥穩(wěn)定粒料基層。而在一定的氣候、水文、地質(zhì)條件下，主要由交通量、土基模量的大小決定著基層、底基層的厚度和結(jié)構(gòu)。

2.3 底基層。底基層是路面的次要承重層，底基層的材料選擇應(yīng)根據(jù)公路沿線的氣候、水文、地質(zhì)和土源情況因地制宜，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后加以選定。底基層的結(jié)構(gòu)多選用10%～12%石灰穩(wěn)定土、8%～10%的水泥穩(wěn)定砂土或4%水泥、8%石灰綜合穩(wěn)定土等?，F(xiàn)在多趨向采用二灰土、石灰水泥穩(wěn)定土等綜合穩(wěn)定，以提高底基層的水穩(wěn)性、強(qiáng)度和其它路用性能。

2.4 路面層間結(jié)合與防水。為了保證路面各層的共同受力和防水，路面設(shè)計(jì)和施工應(yīng)在基層頂面設(shè)透層油和在受污染的面層間灑粘層油，視氣候和基層材料情況必要時(shí)在基層頂面設(shè)封層。對(duì)二灰碎石基層，頂面應(yīng)設(shè)封層，以加強(qiáng)對(duì)二灰碎石的養(yǎng)護(hù)和防止交通車(chē)輛對(duì)其表層的損壞，良好的封層是二灰碎石結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要保證。高速公路路面設(shè)計(jì)應(yīng)該注重基層的防水設(shè)計(jì)，主要方式有2種：一種是采用2次灑鋪乳化瀝青及石屑的簡(jiǎn)易表處式封層;另一種是在透層油上灑2kg/m2改性瀝青防水膜。

三、結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段的高速公路路面設(shè)計(jì)，在不斷學(xué)習(xí)中、外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，與施工相結(jié)合，走過(guò)了一個(gè)不斷認(rèn)識(shí)—實(shí)踐—提高的過(guò)程。但路面方面的問(wèn)題仍不斷地出現(xiàn)，其中有大量是施工和管理所造成的，但也有問(wèn)題是設(shè)計(jì)上未完全認(rèn)識(shí)和把握而產(chǎn)生的。如設(shè)計(jì)選用的材料和級(jí)配是否正確，路面結(jié)構(gòu)組成和各層厚度計(jì)算與結(jié)合是否合理，路面排水設(shè)計(jì)是否有效和完善，超重車(chē)的存在與交通量計(jì)算是否恰當(dāng)，以及路面的設(shè)計(jì)是否符合環(huán)境與施工實(shí)際等。這些問(wèn)題的存在都將影響設(shè)計(jì)質(zhì)量和路面修建使用的最終質(zhì)量，也是需要我國(guó)廣大公路設(shè)計(jì)施工、科研工作者共同努力加以解決的。

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