長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

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1 長(zhǎng)壽命瀝青路面

長(zhǎng)壽命瀝青道路路面的規(guī)劃設(shè)計(jì)屬于相對(duì)創(chuàng)新的理念。不同的國家對(duì)于長(zhǎng)壽命路面規(guī)劃設(shè)計(jì)有著不同的原則和規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)，它們之間的區(qū)別不大，該路面的使用壽命大于50年，柔性比較強(qiáng)，可以有效避免瀝青的裂縫及車轍等問題。因此，相關(guān)單位要對(duì)其進(jìn)行定期的修整和保養(yǎng)，保證其路面設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。此瀝青路面的規(guī)劃設(shè)計(jì)就是對(duì)路面出現(xiàn)的問題模式進(jìn)行有效改善，利用其自身的設(shè)計(jì)原則，解決路面損壞問題，并對(duì)其模式進(jìn)行有效的改善，避免傳統(tǒng)路面產(chǎn)生的質(zhì)量問題，延長(zhǎng)路面的使用時(shí)間。該路面結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是瀝青層面的厚度較厚，在一定程度上可以對(duì)曾經(jīng)的路面進(jìn)行質(zhì)量問題的有效修復(fù)。

2 道路瀝青路面結(jié)構(gòu)破壞及原因

2.1 道路裂縫

在長(zhǎng)期重復(fù)性荷載的作用下，路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞損傷，在裂縫發(fā)展初期為交錯(cuò)裂縫，隨著時(shí)間和受力不均勻，導(dǎo)致裂縫呈現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，要控制接縫結(jié)構(gòu)處的夾角為90°或者90°以上。橫向裂縫隨著時(shí)間的推移，裂縫數(shù)量也會(huì)增加，且裂縫產(chǎn)生的時(shí)間間隔也會(huì)縮短。引發(fā)裂縫的原因較多，如道路設(shè)計(jì)不規(guī)范、不均勻沉降、溫縮等，因此必須制訂有效的管理措施。公路瀝青路面裂縫的形成原因除了瀝青路面自身材料特性，在攤鋪?zhàn)鳂I(yè)施工環(huán)節(jié)也存在較多問題，其中最主要的是分段攤鋪施工不連續(xù)，造成接茬位置結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)，在長(zhǎng)期使用環(huán)境下，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。此外，在公路施工中，沒有按照施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行夯實(shí)作業(yè)，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)被雨水沖刷，從而產(chǎn)生路基下沉的現(xiàn)象。

2.2 車轍

車轍主要發(fā)生在高溫季節(jié)，一方面是由于固結(jié)變形，另一方面是由于行車重荷載。沉陷是指與行車方向相同的裂縫，還包含泛油，瀝青路面的損壞等。

2.3 坑槽塌陷

公路一旦通車，在后期的養(yǎng)護(hù)維修階段，就很難進(jìn)行全路段封閉式養(yǎng)護(hù)施工，只能局部養(yǎng)護(hù)維修，這樣就很難保證養(yǎng)護(hù)施工中的瀝青質(zhì)量，加上瀝青結(jié)構(gòu)常年受到周邊環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致道路路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生坑槽。該道路病害的產(chǎn)生是突發(fā)性的，如果控制不及時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致行車危險(xiǎn)，影響乘車的舒適度。在公路出現(xiàn)坑槽塌陷病害后，路面結(jié)構(gòu)表面早期會(huì)產(chǎn)生龜裂或松散現(xiàn)象，在損害的積累下，可導(dǎo)致路面坑槽塌陷病害發(fā)生。

3 選擇和設(shè)計(jì)路面材料

在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用長(zhǎng)壽命理念，選擇并設(shè)計(jì)好路面材料。該工程具體設(shè)計(jì)如下：（1）路基。建設(shè)地由于石料缺乏，原基礎(chǔ)無法進(jìn)行換填施工，于是路基使用壓實(shí)風(fēng)積沙。為保證路基的承載能力，將天然砂礫墊層布置在土基層，保障基礎(chǔ)受力特性的同時(shí)也有效保護(hù)了路基。（2）底基層使用水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石。為避免半剛性基層材料層的裂縫出現(xiàn)，使用較高模量水平的水泥穩(wěn)定碎石，水泥材料也是高性能的。設(shè)計(jì)考慮了干縮裂縫和溫縮裂縫的控制需求，最終水泥材料選用的是3%的32.5號(hào)水泥，并結(jié)合使用粉煤灰材料。（3）級(jí)配碎石層。石料主要為花崗巖，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)。（4）瀝青層使用改性瀝青混合料。SBS改性瀝青材料用作膠結(jié)料，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)選用AC-25粗型級(jí)配。（5）其他層。依據(jù)工程實(shí)況，連接層和磨耗層等的材料選擇遵照長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

4 瀝青面層

對(duì)于此面層而言，主要是對(duì)路面基層中的裂縫和干裂問題進(jìn)行有效的保護(hù)。施工人員有效控制瀝青面層的厚度，保護(hù)沒有裂開的半剛性基層，在路面的使用過程中，避免溫度變化產(chǎn)生的裂縫以及干縮產(chǎn)生的裂縫。瀝青面層的厚度會(huì)隨著建設(shè)過程的溫度、溫差和氣溫的變化而變化。例如，河北省的中南部位，在進(jìn)行瀝青面層的施工過程中，厚度大于7cm，此厚度的瀝青面層主要是由于溫度收縮產(chǎn)生裂縫；在石家莊市進(jìn)行煤瀝青面層的施工過程中，其厚度大約為8cm，在瀝青面層的使用過程中，寒冷的溫度不會(huì)產(chǎn)生裂縫問題。

5 設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用

5.1 路基設(shè)計(jì)

在重復(fù)荷載的作用下，瀝青路面結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形，且會(huì)使面層底面有很大的接應(yīng)變產(chǎn)生，使公路的運(yùn)行安全性及行車舒適性受到不良影響，還會(huì)加速路面的疲勞破壞。因此，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)把控好路面結(jié)構(gòu)的永久變形量指標(biāo)是很重要的。關(guān)于如何控制路基過多永久性變形，主要有兩種方案。一種是進(jìn)行預(yù)估模型的構(gòu)建，對(duì)永久應(yīng)變進(jìn)行分析。累積變形量的估計(jì)及計(jì)算運(yùn)用分層總和法。以設(shè)計(jì)條件及實(shí)際情況為依據(jù)，對(duì)永久變形量的基本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。另一種是限制路基土的盈利水平，減少或杜絕出現(xiàn)剪切破壞，或者使永久變形在基于重復(fù)荷載的情況下趨于穩(wěn)定，將永久變形總量控制在適宜范疇里，避免路面因長(zhǎng)期積累而引發(fā)車轍及裂縫。

5.2 半剛性基層

在長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，半剛性基層中以剛性材料為主，其質(zhì)量達(dá)標(biāo)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度則可以至少達(dá)到2MPa。來自荷載的壓應(yīng)力，即使是重載的貨車專用道上產(chǎn)生的壓應(yīng)力也僅有1MPa，傳遞至基層表面就很小，因此不予考慮。

5.3 瀝青層

將長(zhǎng)壽命理念應(yīng)用在瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，要想實(shí)現(xiàn)瀝青路面使用40年不產(chǎn)生疲勞破壞的目標(biāo)，就必須嚴(yán)格把控好各個(gè)環(huán)節(jié)。如優(yōu)選瀝青層材料，做好公路設(shè)計(jì)年限內(nèi)的路面疲勞驗(yàn)算分析工作，獲取瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高性能的方案，制訂合適的施工方案，給后期施工提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持，促使公路達(dá)到長(zhǎng)壽命標(biāo)準(zhǔn)，保障公路建設(shè)的質(zhì)量和效益。

20世紀(jì)70年代，對(duì)路面中間部位進(jìn)行了應(yīng)力的有效削減，有效解決和預(yù)防了裂縫問題。試驗(yàn)路段不僅是對(duì)瀝青混合土和水泥混凝土的路面進(jìn)行相應(yīng)的鋪設(shè)，還可以節(jié)約成本。該方法的理論和室內(nèi)試驗(yàn)證明能夠有效緩解路面中間部位的裂縫。

柔性路面的承載力和剛性程度都是相對(duì)較弱的，因此當(dāng)其承受較大荷載時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生裂縫問題。經(jīng)過相關(guān)專家證明研究，得出10cm厚度的半剛性材料自身承載能力比同等厚度的厚粒料層的承載能力要大。

6 瀝青路面結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象解決措施

6.1 瀝青路面材料的拌制及運(yùn)輸

瀝青原材料配比之初，要充分考慮施工環(huán)境中的溫度、濕度等對(duì)原材料配置的影響，同時(shí)要精確設(shè)計(jì)攪拌時(shí)長(zhǎng)。拌和溫度范圍一般設(shè)計(jì)為170～185℃，并選取使用間歇式攪拌機(jī)進(jìn)行拌和。

6.2 瀝青路面下層結(jié)構(gòu)檢查與驗(yàn)收

在瀝青路面結(jié)構(gòu)中，面層結(jié)構(gòu)厚度過小或者過大都會(huì)對(duì)后期道路攤鋪?zhàn)鳂I(yè)造成較大的影響。如中部面層結(jié)構(gòu)厚度過大，使瀝青路面結(jié)構(gòu)攤鋪均勻難度較大，因此在瀝青路面結(jié)構(gòu)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的過程中，應(yīng)對(duì)路面中層結(jié)構(gòu)的平整度、高度、坡度等參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，加強(qiáng)測(cè)試環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確率，提高瀝青路面結(jié)構(gòu)使用中受力穩(wěn)定性。此外，道路工程都配備綠化，因此需要在道路基層下部鋪設(shè)排水溝，并在施工前對(duì)排水性能進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)排水溝結(jié)構(gòu)形式使用功能進(jìn)行優(yōu)化，必要情況下需要利用水泥砂漿找平處理。

6.3 瀝青路面混合料的攤鋪與碾壓

減少路面接縫數(shù)量，在瀝青路面混合料攤鋪的過程中，盡量選取全程機(jī)械一體化攤鋪，其中攤鋪機(jī)械設(shè)備中與瀝青混合料接觸的板面結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)為160～170℃，同時(shí)攤平速度應(yīng)控制在2m/min。碾壓應(yīng)選擇使用靜態(tài)碾壓模式，在混合料攤鋪和碾壓的過程中，應(yīng)由專人對(duì)攤鋪厚度進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，保證攤鋪均勻，攤鋪厚度符合設(shè)計(jì)具體要求。

6.4 分時(shí)段養(yǎng)護(hù)

瀝青路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是分時(shí)段、分間隔的，因此在各個(gè)階段中，應(yīng)對(duì)瀝青路面裂縫的防治措施，以全生命周期為分時(shí)段養(yǎng)護(hù)期限，具體可分為利用和借助彈簧進(jìn)行溫度收縮開裂，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。夏季主要開展瀝青油處理、裝袋的清除工作；秋季要開展裂縫灌漿修復(fù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)坑道裂縫的填補(bǔ)作業(yè)；冬季應(yīng)基于防雪、防凍等工作，采購相應(yīng)養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)所需材料。一般情況，零封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用周期為1～4年，石屑密封維護(hù)周期及時(shí)間為5～8年，結(jié)構(gòu)冷封時(shí)間周期為5～7年，裂縫密封周期為2～4年，薄層覆蓋周期一般控制在5～10年。

7 結(jié)束語

路面應(yīng)用長(zhǎng)壽命理念進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，可避免大動(dòng)干戈的修整，由于其自身的損壞問題只會(huì)在其表面產(chǎn)生，只要對(duì)其進(jìn)行定期的修復(fù)和維護(hù)就能夠?qū)ζ涞缆愤M(jìn)行有效的修復(fù)，保證其使用的正常，除此之外，還可以利用新型的材料對(duì)道路進(jìn)行有效的維修和養(yǎng)護(hù)，保證其自身的使用壽命。