公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析

文/熊堯、付方玉

1 前言

在交通事業(yè)不斷發(fā)展過(guò)程中，越來(lái)越多公路項(xiàng)目得以修建。在高速項(xiàng)目結(jié)構(gòu)中，瀝青路面是非常重要結(jié)構(gòu)組成，設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員需要對(duì)路面結(jié)構(gòu)形式以及各種參數(shù)要求進(jìn)行控制，從而才能切實(shí)發(fā)揮出路面結(jié)構(gòu)的效果，提高公路工程建設(shè)水平。

2 我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)分析

2.1 高速公路瀝青路面主要破壞形式

當(dāng)前，我國(guó)高速公路瀝青路面是主要的表面結(jié)構(gòu)形式，但是在運(yùn)營(yíng)中極易產(chǎn)生早期破壞問(wèn)題，尤其是建設(shè)在20世紀(jì)90年代的高速公路項(xiàng)目，就存在很多的變化和問(wèn)題。

從目前的實(shí)際情況分析，高速公路發(fā)生的路面損壞形式為以下幾種：因?yàn)槁坊痪鶆虺两祵?dǎo)致塌陷、開(kāi)裂；車轍嚴(yán)重導(dǎo)致的損壞；瀝青表面存在嚴(yán)重水害問(wèn)題；半剛性基層存在反射裂縫問(wèn)題；瀝青路面發(fā)生病害問(wèn)題。因此，在高速公路設(shè)計(jì)中，施工團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)選擇合適的設(shè)計(jì)方案，避免在運(yùn)行中產(chǎn)生嚴(yán)重的病害問(wèn)題，延長(zhǎng)使用壽命，提升高速公路運(yùn)行質(zhì)量。

2.2 路表彎沉指標(biāo)的適用性

2.2.1 直觀性強(qiáng)、可操作性非常好，經(jīng)過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)的全面分析，其在交通通行量比較小、結(jié)構(gòu)相對(duì)較薄的公路項(xiàng)目中可以應(yīng)用；而如果交通通行量比較大，路面結(jié)構(gòu)很厚就難以使用。

2.2.2 在路面結(jié)構(gòu)單一的中、輕交通發(fā)展時(shí)期，該指標(biāo)可以反映出公路表面存在的變形問(wèn)題，也可以用來(lái)確定表面結(jié)構(gòu)剛度性能。

2.3 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的材料方面分析

當(dāng)前，我國(guó)瀝青路面在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)與路面結(jié)構(gòu)是分離存在的，因?yàn)楹芏嘣虻挠绊懀访娌牧峡箟耗Ａ吭O(shè)計(jì)參數(shù)的選擇沒(méi)有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求，且是水泥穩(wěn)定粒料的形式，設(shè)計(jì)參數(shù)之間相差很大，相同材料在規(guī)定的條件、施工環(huán)境中，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇有著明顯差異。因此，要想全面提升工程質(zhì)量有著較高的難度，且在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)，容易造成經(jīng)濟(jì)效益損失或者導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能不足[1]。

3 項(xiàng)目概況

某公路工程設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為96.361km，貫穿整個(gè)省份內(nèi)，將沿線的多條國(guó)道、省道等交通干線連接形成交通網(wǎng)絡(luò)，縱橫交織，可以有效緩解當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行壓力，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟煌ㄊ聵I(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

4 高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)分析

4.1 高溫穩(wěn)定性

該高速公路項(xiàng)目所處的自然環(huán)境比較特殊，環(huán)境溫度為40℃以上的時(shí)間比較長(zhǎng)。在這種比較惡劣的環(huán)境中，相關(guān)人員要保證混合料結(jié)構(gòu)具備較高的抗變形能力，滿足當(dāng)?shù)氐慕煌ㄟ\(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。另外，該高速公路項(xiàng)目是當(dāng)?shù)刂饕倪\(yùn)輸線路，日常交通運(yùn)行的車輛數(shù)量比較多，并且還有很多的重載車輛，路面載荷較大也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞影響。因此，在高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中，應(yīng)該綜合分析自然環(huán)境溫度因素，在保證高溫條件的同時(shí)，具備較高的抗車轍、抗裂等性能，滿足交通運(yùn)行的安全性要求[2]。

4.2 水穩(wěn)定性

高速公路項(xiàng)目沿線區(qū)域內(nèi)年降雨量可以達(dá)到1500mm，為年平均降雨量超過(guò)1000mm 的嚴(yán)重區(qū)域。通過(guò)對(duì)該區(qū)域內(nèi)的整個(gè)高速公路項(xiàng)目進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，早期水損壞非常嚴(yán)重。因此，在高速公路結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，工作人員應(yīng)綜合分析混合料設(shè)計(jì)、原料指標(biāo)等數(shù)據(jù)，提升水穩(wěn)定性，滿足當(dāng)前高速公路運(yùn)行需要。

4.3 低溫抗裂性

該高速公路項(xiàng)目所處區(qū)域內(nèi)，氣象資料顯示環(huán)境最低溫度可以達(dá)到-10℃，環(huán)境溫度較低。因此，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，不僅要達(dá)到高溫穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，還要達(dá)到低溫抗裂性的要求。

4.4 抗疲勞性

整個(gè)高速公路區(qū)間范圍內(nèi)車輛通行量非常大，且有較大比例的重載車輛，在長(zhǎng)期運(yùn)行中極易導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)疲勞損壞問(wèn)題，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中，工作人員應(yīng)采取必要措施，提升抗疲勞性能，消除車轍、早期水害等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的確定，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，也就更加能夠提高施工質(zhì)量，做好特殊路段的處理和控制工作，避免早期病害問(wèn)題，提升高速公路耐久性，延長(zhǎng)使用壽命，產(chǎn)生較高的綜合效益[3]。

5 瀝青結(jié)構(gòu)層的優(yōu)化分析

在高速公路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化環(huán)節(jié)，綜合分析高速公路各個(gè)結(jié)構(gòu)是非常重要的。從各個(gè)結(jié)構(gòu)出發(fā)，考慮路面結(jié)構(gòu)層厚度、路面性能，保證瀝青路面結(jié)構(gòu)層得到優(yōu)化，具體從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

5.1 優(yōu)化瀝青上面層

按照本次高速公路的交通運(yùn)行量預(yù)測(cè)和分析，在運(yùn)行的初期并未有較大的交通量運(yùn)行，所以路面荷載的影響深度主要是中面層。從運(yùn)行的功能、經(jīng)濟(jì)效益等方面分析，在優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，確定高速公路上面層確定為4cm 厚AC－13C，瀝青采用SBS 改性瀝青，可以有效降低項(xiàng)目成本，功能性也可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。AC－13C 應(yīng)用質(zhì)地較硬、耐磨性好的集料材料制作，比如玄武巖、輝綠巖等材料，保證抗滑磨耗層結(jié)構(gòu)的功能符合要求。在此基礎(chǔ)上，把符合要求的輝綠巖材料應(yīng)用到上面層結(jié)構(gòu)，它與SMA－13 中配置的玄武巖材料成本都是比較低的，然后上面層結(jié)構(gòu)使用的是AC－13C 型瀝青混凝土。

5.2 優(yōu)化瀝青中、下面層

根據(jù)工程的設(shè)計(jì)方案分析，在該高速公路運(yùn)行過(guò)程中，中面層是整個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)剪力受力最高的范圍。在環(huán)境溫度較高、車輛重載的運(yùn)行條件下，中面層結(jié)構(gòu)需要達(dá)到高溫穩(wěn)定性的要求，由此中面層結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中選擇使用高溫穩(wěn)定性效果最好的瀝青混合料，其中的瀝青是SBS 改性瀝青，它能夠達(dá)到綜合性能的要求。

瀝青下面層是主要起到承載、黏結(jié)層結(jié)構(gòu)的作用，能夠達(dá)到抗疲勞性和抗水損壞的效果，所以該項(xiàng)目應(yīng)用的是50#A 級(jí)道路石油瀝青。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將中面層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為6cm 的Sup－20，應(yīng)用改性瀝青材料，確保性能符合PG70－22 級(jí)性能標(biāo)準(zhǔn)；下面層設(shè)計(jì)為Sup－25，應(yīng)用的是50#道路石油瀝青，符合PG64－16 級(jí)性能標(biāo)準(zhǔn)[4]。

5.3 優(yōu)化水穩(wěn)基層

原結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)因?yàn)樗褂玫乃嗪勘壤玫搅颂嵘?，極易發(fā)生裂縫問(wèn)題。對(duì)于厚度為1cm 左右的石油瀝青表面來(lái)說(shuō)，其可以達(dá)到抵抗反射裂縫的作用。在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，水穩(wěn)基層會(huì)利用減少水泥比例的方式來(lái)消除水穩(wěn)裂縫，另外還可以通過(guò)必要的工程措施，避免出現(xiàn)瀝青反射裂縫問(wèn)題。水穩(wěn)基層與瀝青面層需要布置防水粘接層結(jié)構(gòu)，保證瀝青面層的應(yīng)力以及應(yīng)變會(huì)由于沒(méi)有應(yīng)力集中在接縫、裂縫端部位置上而有所下降。

同時(shí)，還需要保證各個(gè)鋪層結(jié)構(gòu)部分的抗拉性能、抗剪性能符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。從實(shí)際情況分析，防水粘接層的形式選擇比較重要，目前應(yīng)用最為廣泛的就是聚酯纖維布、稀漿封層、橡膠瀝青應(yīng)力吸收層等幾種形式。結(jié)合本文的實(shí)際情況，最終選擇第三種作為瀝青面層，可以起到消除反射裂縫的效果[5]。

6 高速公路路面優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)比分析

6.1 技術(shù)分析

傳統(tǒng)的AC 型瀝青混合料結(jié)構(gòu)選擇應(yīng)用懸浮密實(shí)型連續(xù)級(jí)配的形式，高溫穩(wěn)定性嚴(yán)重不足，即使級(jí)配結(jié)構(gòu)做好了調(diào)整處理，也無(wú)法徹底消除設(shè)計(jì)中的不足。而傳統(tǒng)馬歇爾試驗(yàn)方式在操作中通過(guò)應(yīng)用擊實(shí)成型的方法，并不能真實(shí)反映出具體的壓實(shí)碾壓、揉搓的效果，所以導(dǎo)致試件的油石比會(huì)超出具體應(yīng)用路面的0.3%～0.5%。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中，應(yīng)用Superpave 技術(shù)進(jìn)行效果檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)該技術(shù)可以使瀝青路面結(jié)構(gòu)達(dá)到均勻、密實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)要求，高溫性能有所提升，抗水害效果也非常好，總體結(jié)構(gòu)的性能得到很大提升，同時(shí)還保證了路面實(shí)際運(yùn)行效果符合要求，達(dá)到抗車轍的效果。

6.2 路面基本建設(shè)費(fèi)用分析

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案投入使用后，發(fā)現(xiàn)高速公路的路面性能得到了很大提升，使用壽命得以延長(zhǎng)。從清單報(bào)價(jià)方面分析，經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理后的主線路面結(jié)構(gòu)較之原方案成本有明顯下降。

6.3 使用效果分析

方案經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后，可以提高施工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命，防止發(fā)生早期病害問(wèn)題，達(dá)到節(jié)能、降耗、環(huán)保的目標(biāo)，對(duì)于促進(jìn)公路領(lǐng)域的發(fā)展有著非常好的效果。

7 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在高速公路瀝青路面工程施工中，路面工程的穩(wěn)定性會(huì)直接影響路況性能。為了提升路面工程的施工質(zhì)量，在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用等方面詳細(xì)歸類分析存在的要點(diǎn)問(wèn)題，從而給出相關(guān)的設(shè)計(jì)措施；同時(shí)，在具體設(shè)計(jì)中還需要加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，提升整體結(jié)構(gòu)性能，以便后續(xù)工程項(xiàng)目質(zhì)量得到提高。