公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層粘接強(qiáng)度可靠性分析

張小利

摘要：改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和社會建設(shè)的不斷進(jìn)步，交通建設(shè)也在急速向前發(fā)展，直至今日，我國公路總里程已達(dá)450萬km。而瀝青路面則在城市道路和公路干線的建設(shè)上得到了廣泛地應(yīng)用，是目前中國鋪筑面積最多的一種高級路面。瀝青路面的結(jié)構(gòu)層都是由面層、基層、底基層、墊層組成的。各結(jié)構(gòu)層層間粘接強(qiáng)度的可靠性，將影響到瀝青路面的安全性、適用性和使用壽命。同時瀝青路面暴露于大自然中，會受到氣候、溫度、行車等復(fù)雜的外部條件的影響。文章將通過探究瀝青路面結(jié)構(gòu)層的構(gòu)成，不同瀝青路面類型的結(jié)構(gòu)層間粘接狀態(tài)來分析瀝青路面結(jié)構(gòu)層粘接強(qiáng)度的可靠性。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;結(jié)構(gòu)層;層間粘接強(qiáng)度

中圖分類號：U416.217文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0095-04

15世紀(jì)，印加帝國就已開始采用天然瀝青來修路。1832～1838年，第一段煤瀝青碎石路在英國格洛斯特郡被修建。至20世紀(jì)，石油瀝青成為了使用量最大的鋪路材料。1920年，中國上海開始鋪設(shè)瀝青路面。1949年后，隨著中國經(jīng)濟(jì)與交通建設(shè)的迅猛發(fā)展，瀝青路面的應(yīng)用也更加廣泛了。瀝青路面是以瀝青材料（分為煤焦、石油、天然瀝青）為主，粗集料和細(xì)集料為輔制成的。瀝青路面承受能力和可塑性強(qiáng)，噪音低當(dāng)車輛過重時，還能變型，保證車輛運行的安全。但由于瀝青路面的結(jié)構(gòu)層都是由面層、基層、底基層、墊層組成的，因此層間粘接對瀝青路面的使用影響也是頗大。然而早先我國在修筑公路時，瀝青路面的結(jié)構(gòu)層間粘接狀態(tài)并未得到應(yīng)有的重視，因此造成了許多瀝青路面結(jié)構(gòu)層間（瀝青面層之間、面層與基層間等）粘接不良的問題，造成許多公路在使用初期便出現(xiàn)疲勞龜裂和車轍的病害，瀝青路面的使用壽命也大大縮減了。在修筑瀝青路面時，瀝青路面結(jié)構(gòu)層的粘接強(qiáng)度是設(shè)計瀝青路面結(jié)構(gòu)和在施工時必須要考慮的問題。雙圓均布垂直荷載作用下的彈性層狀體系理論是我國瀝青路面的設(shè)計理論，可因為行駛車輪荷載具有瞬時的特性，瀝青路面便簡化為了彈性半空間體。目前，我國公路在建設(shè)時對層間粘接開始重視了起來，通過大量的研究得出數(shù)據(jù)，得到瀝青路面結(jié)構(gòu)層的粘接強(qiáng)度更強(qiáng)的設(shè)計方案，從公路施工過程中所鉆取的樣芯，基本可以完整地看到瀝青上、中、下面層。

1瀝青路面結(jié)構(gòu)類型

全球的瀝青路面結(jié)構(gòu)種類多，各路面類型結(jié)構(gòu)層粘接強(qiáng)度也大多不同，相應(yīng)的層間條件要求也是不同。

1.1全厚式瀝青路面

加熱適當(dāng)比例的種類及大小均不同的顆粒集料、礦粉和瀝青到一定溫度后，拌和、攤鋪并壓實便制成了全厚式瀝青路面，其路用性能也相對較好。熱拌熱鋪法是制備混合料的常用辦法，因此對制備方法和原材料的要求也較高，常為集中廠拌法。全厚式瀝青路面的層間需完全粘接。

1.2組合式基層瀝青路面

組合式基層瀝青路面的面層為瀝青混泥土，基層為瀝青穩(wěn)定碎石，底基層為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料，同時還可加鋪級配碎石過渡層在半剛性基層上，主要承重層為瀝青層。這種結(jié)構(gòu)早期層間是完全粘接，但半剛性層損壞后，層間便不粘接。

1.3柔性基層瀝青路面

柔性基層瀝青路面的面層為瀝青混泥土，基層為瀝青穩(wěn)定碎石或級配碎石。因為路面材料是由顆粒狀材料集配成型的，所以這種路面不易因排水不通暢而受到損害。同時抗剪強(qiáng)度高，抗彎拉強(qiáng)度和耐疲勞性好，且相比于半剛性基層瀝青路面，柔性基層瀝青路面不易收縮開裂。

1.4半剛性基層瀝青路面

半剛性基層瀝青路面的基層用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料或土類材料鋪就，具有一定抗彎強(qiáng)度。這種路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與承載力高、整體的穩(wěn)定性和耐久性良好，造價低、板體性好，因此我國早期的大多瀝青路面都是用的這種結(jié)構(gòu)。但后來發(fā)現(xiàn)半剛性基層瀝青路面的半剛性基層水滲透性差，導(dǎo)致后面半剛性基層與瀝青層間粘接差，如表1所示。

2不同瀝青路面的結(jié)構(gòu)層間粘接強(qiáng)度分析

在瀝青路面設(shè)計規(guī)范中，不同瀝青路面結(jié)構(gòu)類型或基層類型，規(guī)范中瀝青路面的結(jié)構(gòu)層間都被考慮為了完全粘接，但這樣明顯不符合實際。因此，若是根據(jù)規(guī)范中的說明來設(shè)計公路，這樣的瀝青路面通常達(dá)不到其預(yù)計的使用壽命，而且瀝青路面新結(jié)構(gòu)型式（包括全厚式、混合式基層等瀝青路面）在我國公路上的應(yīng)用也受到了相當(dāng)嚴(yán)重地影響。以下是對不同瀝青路面結(jié)構(gòu)類型或基層類型結(jié)構(gòu)層間粘接強(qiáng)度的分析。

2.1半剛性層與半剛性層之間

一般情況下，水泥用量、施工條件等條件不一樣，會存在一定的等溫壓縮系數(shù)差，因此上、下半剛性層很難完全粘接?！豆仿访婊鶎邮┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）第361條規(guī)定“水泥穩(wěn)定土底基層分層施工時，下層水泥穩(wěn)定土碾壓完后，在采用重型振動壓路機(jī)碾壓時，宜養(yǎng)生7d后再鋪筑上層水泥穩(wěn)定土。水泥穩(wěn)定級配礫石基層分兩層用攤鋪機(jī)鋪筑時，下層分段攤鋪和碾壓密實后，在不采用重型振動壓路機(jī)碾壓時，宜立即攤鋪上層，否則在下層頂面應(yīng)撒少量水泥或水泥漿。”為了保證間粘接，兩層半剛性層就需同時施工形成同等強(qiáng)度。但在實際操作中，兩層半剛性層同時或說緊接著連續(xù)施工的難度極大，因為厚水泥穩(wěn)定碎石需要重力振動壓土機(jī)。從選取公路上獲取的樣芯來看，上、下、底半剛性基層能較好地連在一起，可以看成是的。可若是半剛性層強(qiáng)度高于7-8MPa，隨著剛度變大、抗變形能力變小等一干系數(shù)得改變，應(yīng)重新考慮層間粘接。

2.2級配碎石層與半剛性基層

2.2.1上層半剛性層，下層級配碎石層

當(dāng)土基在工后發(fā)生較小的沉降時，因為級配碎石基層具有較大的抗變形能力，其內(nèi)的碎石材料會因為這個原因而改變碎石的排列狀況，原本緊密的碎石將會變得松散，僅有通過降低有限的施工壓實度，才能緩沖差異沉降，也真是是因為這個原因，適當(dāng)降低級配碎石層的承載能力是需要的，但半剛性底基層與級配碎石墊層仍存在一定的粘接。

2.2.2上層級配碎石層，下層半剛性層

強(qiáng)度與剛度較大的半剛性層位于級配碎石層之上，半剛性層的塑性變形極小，同時級配碎石層對變形有較好的適應(yīng)能力。因此這種路面受路基沉降的影響較小，尤其是在半剛性基層未損壞前，而級配碎石層排水能力較好，下滲的雨水能有效地排出路外，級配碎石層與半剛性層間的粘接不易受到影響，半剛性上基層與級配碎石下基層間為完全粘接。

2.3級配礫石與級配礫石

級配礫石常用按一定比例混合的粗、中、小碎石集料和石屑等材料制成，其顆粒組成符合規(guī)定的級配要求。因為制作級配碎石材料的來源廣，可就地取材并加工原材料和混合料，機(jī)械攤鋪操作簡單，且級配礫石具有良好的透水與擴(kuò)散應(yīng)力和變形適應(yīng)能力，因此其層間也是完全粘接。

2.4瀝青穩(wěn)定碎石層與半剛性層

ATB密級和AM半開級配瀝青穩(wěn)定碎石為瀝青穩(wěn)定碎石基層目前比較常用的兩種瀝青穩(wěn)定碎石。ATB密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層跟半剛性基層相似，水需要更長的時間才能從瀝青面層孔隙進(jìn)入瀝青穩(wěn)定碎石層與半剛性層界面間，因為ATB密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層的瀝青層較厚。另外，因為ATB密級配瀝青穩(wěn)定碎石基層比半剛性基層瀝青路面的半剛性層和瀝青層的位置低，層間的剪應(yīng)力也相對小一些，瀝青穩(wěn)定碎石上基層與半剛性基層間為完全粘接，且這種結(jié)構(gòu)的路面使用壽命也更長。

而AM半開級配瀝青穩(wěn)定碎石為基層時，動壓力水沖刷瀝青穩(wěn)定碎石層與半剛性層間界面所造成的唧泥、層間不連續(xù)等現(xiàn)象是不會出現(xiàn)的，因為AM半開級配瀝青穩(wěn)定碎石排水能力較好，因此瀝青穩(wěn)定碎石上基層與半剛性基層間為完全粘接。

2.5瀝青穩(wěn)定碎石層與級配碎石層

瀝青穩(wěn)定碎石利用瀝青粘接料粘接、穩(wěn)定碎石，強(qiáng)度較低，礦粉少，因此孔隙率較大。級配碎石層有一定的排水能力，在級配碎石上做透層和封層使級配碎石層滲透力良好。且瀝青穩(wěn)定碎石與級配碎石這2種結(jié)構(gòu)均有較好的變形能力。因此瀝青穩(wěn)定碎石上基層與級配碎石基層間狀態(tài)可認(rèn)為是完全連續(xù)。

2.6瀝青面層與半剛性基層

瀝青面層與半剛性基層間粘接不良一直是半剛性基層瀝青路面的弱點。半剛性基層瀝青路面常應(yīng)用半剛性基層，其緊密、強(qiáng)度高的特性使得透層油很難滲透進(jìn)其基層中，而從裂縫和孔隙中下滲的自由水無法通過致密的半剛性基層，進(jìn)而基層表面會存在積水，而后在行車荷載的作用下，“灰漿”由強(qiáng)大的“動水壓力”反復(fù)沖刷基層表面形成，最后導(dǎo)致瀝青面層與半剛性基層間粘接不完全，嚴(yán)重的甚至?xí)a(chǎn)生“唧漿”、“脫空”等重大問題。我國有百分之九十以上的高等級公路為半剛性基層瀝青路面，部分高等級公路樣芯結(jié)構(gòu)層間粘接良好，部分樣芯結(jié)構(gòu)層間粘接不良。

2.7半剛性底基層與土基

土基中的軟土層一般為飽和軟土層，因為飽和軟土層主要為滲透固結(jié)和次固結(jié)沉降，所以要完成沉降需要相當(dāng)長的時間。在路基填土?xí)r，無法統(tǒng)一壓實密度、土質(zhì)、含水量等條件，工后會產(chǎn)生差異沉降量。同時半剛性底基層抗變形能力很差，所以在道路的使用過程中會逐漸出現(xiàn)差異沉降，大小不一的脫空區(qū)或不連續(xù)段會出現(xiàn)于土基與半剛性底基層間。因此半剛性底基層與土基的層間為粘接不良。隨著科技的發(fā)展，我國對土基的鋪就方法進(jìn)行了優(yōu)化，由于飽和軟土層位于地下水位以下，因此在鋪就土基時，剛開始時軟土層中的水會承擔(dān)路基填土及車載等因素導(dǎo)致的附加應(yīng)力，強(qiáng)化排水措施或較長時間的超載預(yù)壓可以使軟土層中的超孔隙水壓力消散時間變短，有效應(yīng)力增長加快，沉降變形度便會降低，半剛性底基層與土基的層間也更為粘接。

2.8級配礫石與土基

散體材料構(gòu)成了級配礫石墊層，因此級配礫石墊層會隨著土基在早期發(fā)生工后沉降而變得松散，差異沉降將會通過舍去有限的施工壓實度來得到了緩沖，同時層間連續(xù)和承載能力得到一定的保證。而且在路基穩(wěn)定過后，由于緩沖差異沉降的原因所丟失的壓實度，在長期運營后，會恢復(fù)到設(shè)計時的地基反應(yīng)模量，特別是級配礫石墊層會隨著運營年限的增長，其壓實度也會變得越來越高，同時得到越來越大的地基反應(yīng)模量和承載力。因此級配碎石墊層與土基層間為粘接良好。

2.9瀝青層與瀝青層

瀝青層與瀝青層間通常都會噴灑粘層油來使其連結(jié)成為一個整體，因此施工過程中如果兩層瀝青層沒有嚴(yán)重的污染的話，瀝青層與瀝青層間則為完全粘接。如上所述，路面結(jié)構(gòu)層間的粘接情況如表2。

3結(jié)語

在瀝青路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，對瀝青路面層間粘接強(qiáng)度的預(yù)計是一個重要部分，同時還在很大的程度上影響對瀝青路面使用壽命的計算。因此分析對瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計極其的重要。通過對不同類型瀝青路面的各結(jié)構(gòu)層間粘接強(qiáng)度的分析研究，更為完善了瀝青路面結(jié)構(gòu)計算設(shè)計方法，使其跟家接近實際情況。同時通過分析，也提醒了我們要對選擇瀝青路面結(jié)構(gòu)要尤其重視，考慮各種會遇到的影響因素，選出最佳的瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。