公路抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

朱江桃

（南昌同恒工程咨詢有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

在公路項(xiàng)目運(yùn)營階段，車轍病害是影響公路功能的關(guān)鍵因素，如何解決公路車轍問題成為當(dāng)前工程重點(diǎn)研究的一個(gè)課題。對(duì)公路抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合分析，明確路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)提高路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有著積極作用。

1 車轍影響因素分析

公路車轍是指車輛頻繁行駛過程中，在路面上形成的車輛軌跡凹陷和磨損。根據(jù)車轍的形成原因和特征，可以將公路車轍分為幾種類型。

第一，車輪碾壓型車轍是由于車輛輪胎在特定軌跡上反復(fù)碾壓，導(dǎo)致路面在輪胎經(jīng)過的區(qū)域發(fā)生沉陷和磨損。這種車轍常見于高速公路和主干道上，特別是重載車輛頻繁通行的區(qū)域。

第二，剎車制動(dòng)型車轍形成于車輛頻繁剎車和制動(dòng)的區(qū)域，例如城市道路和停車場等停車區(qū)域。

第三，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)彎型車轍主要由車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力和摩擦力導(dǎo)致路面在轉(zhuǎn)彎半徑內(nèi)形成凹陷和磨損，常見于交叉口、彎道和轉(zhuǎn)盤等地方[1]。

2 公路抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

公路抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了應(yīng)對(duì)車輛頻繁行駛而產(chǎn)生的車轍現(xiàn)象，確保公路的平穩(wěn)性、耐久性和安全性。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要滿足以下要求。

第一，設(shè)計(jì)要求考慮到交通流量和車輛類型。交通流量是指單位時(shí)間內(nèi)通過公路的車輛數(shù)量，車輛類型涵蓋不同重量、尺寸和軸荷的車輛。這些因素對(duì)路面結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性有直接影響。因此，在設(shè)計(jì)過程中需要充分考慮交通流量和車輛類型，以確定適當(dāng)?shù)穆访娼Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和材料選擇。

第二，設(shè)計(jì)要求考慮路面材料的特性和性能。瀝青路面常用于抗車轍設(shè)計(jì)，因其具有良好的柔性和彈性特性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)預(yù)期的交通流量和車輛類型，選擇適當(dāng)?shù)臑r青配合比和瀝青穩(wěn)定劑，以確保路面材料具有足夠的強(qiáng)度、抗剪切性和抗老化性能。

第三，設(shè)計(jì)要求考慮路面層的厚度和結(jié)構(gòu)。路面結(jié)構(gòu)通常由多層組成，包括基層、底基層、面層等。各層的厚度和材料選擇應(yīng)根據(jù)交通流量、車輛類型和地理?xiàng)l件進(jìn)行合理設(shè)計(jì)?；鶎拥膹?qiáng)度和穩(wěn)定性對(duì)于承載車輛荷載和分散荷載至地基起著重要作用。面層的平整度和抗滑性能對(duì)行車安全至關(guān)重要。

第四，設(shè)計(jì)要考慮排水和排泄系統(tǒng)。水分對(duì)路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性有著重要影響。設(shè)計(jì)應(yīng)確保路面具有良好的排水性能，以防止積水和水分滲透對(duì)路面結(jié)構(gòu)造成損害。同時(shí)，還應(yīng)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)呐判瓜到y(tǒng)，以確保路面在雨水和污水排放方面符合環(huán)境要求。

第五，設(shè)計(jì)要考慮施工工藝和質(zhì)量控制。合理的施工工藝對(duì)于保證路面結(jié)構(gòu)的完整性和性能至關(guān)重要。設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮施工條件和方法，以確保施工的連續(xù)性、均勻性和質(zhì)量可控性。在施工過程中，需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和監(jiān)測，以確保路面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

3 抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在公路抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，做好交通荷載以及氣候條件的全面分析，并且在掌握已有工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多個(gè)方面，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討，并且通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的落實(shí)來減少各種影響因素，提高整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性。

3.1 交通荷載和氣候條件的調(diào)查分析

前期在設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)的工作人員要做好區(qū)域交通荷載和氣候條件等的調(diào)查分析。如果交通荷載不足極易造成車轍病害，軸載重或作用時(shí)間長也會(huì)造成車轍等病害。

通常情況下，瀝青路面都有著特定的軸載標(biāo)準(zhǔn)，但因公路運(yùn)營過程中超載的情況時(shí)有發(fā)生，進(jìn)而就給公路造成很大壓力。如此一來，路面剪應(yīng)力破壞變形的范圍會(huì)不斷擴(kuò)大。理論層面上看，軸載作用次數(shù)的增加，會(huì)使瀝青路面車轍變形不斷加深，總的變形量也會(huì)越來越大。特別是在超載情況持續(xù)發(fā)生的情況下，以上不良情況會(huì)持續(xù)加重。鑒于此，相關(guān)處理就應(yīng)基于現(xiàn)實(shí)性情況做好優(yōu)化調(diào)整。

在分析軸載作用效果的過程中，軸載作用時(shí)間應(yīng)重點(diǎn)分析，慢速行駛條件下所造成的影響更為顯著，因此應(yīng)做好這些精細(xì)控制。就現(xiàn)實(shí)性情況來看，慢速行駛對(duì)路面造成的形變遠(yuǎn)高于高速行駛條件，這方面的影響情況應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。那些具有黏彈塑性的瀝青混合料，隨著高溫和重載以及慢速等的持續(xù)作用，混合料的彈性恢復(fù)能力會(huì)大大削弱，塑形變形即會(huì)大大增加。

由此可見，以上一些因素對(duì)公路運(yùn)營所造成的危害更大。鑒于此，就應(yīng)基于現(xiàn)實(shí)性的情況做好針對(duì)性的防控，通過制訂針對(duì)性的研究方案，從而為抗車轍等的高效處理提供幫助[2]。

3.2 當(dāng)?shù)匾延泄こ探?jīng)驗(yàn)的調(diào)查分析

通常情況下，公路工程都是基于以往豐富的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，數(shù)學(xué)和力學(xué)等一些方法很難得到精確的結(jié)果，因此應(yīng)加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)力學(xué)公式等操作方法的應(yīng)用。鑒于此，在推進(jìn)相關(guān)工程研究的過程中，相關(guān)施工單位既要做好工程施工相關(guān)資料的收集和研究，也應(yīng)注意對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)的借鑒，為穩(wěn)定高效的工程施工提供切實(shí)保障。

3.3 混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

諸多情況表明，大粒徑混合料較之于小粒徑混合料所表現(xiàn)出的抗車轍能力更強(qiáng)，粗集料比例較高的混合料在這方面的表現(xiàn)也比較突出。基于這些以往實(shí)踐的分析，為抗車轍等工程施工提供一定參考。如此一來，相應(yīng)的技術(shù)處理也會(huì)更為科學(xué)合理，所呈現(xiàn)出的施工效果也會(huì)更符合預(yù)期。

所選擇的集料應(yīng)與結(jié)構(gòu)層厚度等具體情況保持一致。通常情況下，一定厚度的結(jié)構(gòu)層，如果選用大粒徑的集料會(huì)給具體施工造成不良影響，特別是壓實(shí)方面的施工。

通常情況下，結(jié)構(gòu)層厚度應(yīng)控制在集料粒徑的2.5～3 倍。粒徑過大會(huì)影響到混合料的密實(shí)性，且會(huì)出現(xiàn)集料破碎的不良情況。就現(xiàn)實(shí)性的情況來看，路面空隙率較大，混合料之間的摩阻力即會(huì)減小，極限抗剪強(qiáng)度會(huì)隨之下降，出現(xiàn)失穩(wěn)性車轍的可能性較大，較大的空隙率還會(huì)造成路表積水的下滲，車轍病害則會(huì)加速形成。

因此，在選擇粒徑的過程中應(yīng)與基層厚度保持協(xié)調(diào)，控制在一定關(guān)系范圍內(nèi)。一般來看，粗集料對(duì)抗車轍能力的提升有著比較突出的作用，因此應(yīng)做好對(duì)其的合理設(shè)計(jì)?；旌狭鲜且环N懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，空隙率和內(nèi)摩阻力都比較小，在高溫環(huán)境下極易影響到混合料的綜合性能，進(jìn)而出現(xiàn)變形等病害。粗集料的比例應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，基于特定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為相關(guān)處理的科學(xué)與規(guī)范提供基礎(chǔ)性保障。

一般來說，混合料是一種骨架空隙結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性比較高，但因空隙率較大且耐久性比較差，因此很多施工并不采用這樣的結(jié)構(gòu)，僅在一些特殊的排水結(jié)構(gòu)層或磨耗結(jié)構(gòu)層中應(yīng)用。但應(yīng)注意的是，通過對(duì)粗集料的改造處理，能夠提升其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，相應(yīng)的抗車轍等防控病害的能力也能得到顯著提升[3]。前文已提到，粗集料有著極為重要的作用，因此相關(guān)技術(shù)施工要保證科學(xué)合理，基于現(xiàn)實(shí)性的情況做好針對(duì)性防控，以高效地推進(jìn)相關(guān)的工程施工。

一般情況下，在粗集料比例不斷增加的條件下，集料之間的接觸會(huì)隨之增加，混合料本身抗變形的能力會(huì)越來越強(qiáng)，但這會(huì)增加混合料密實(shí)的難度。因此，在集料調(diào)配上應(yīng)做好精細(xì)的設(shè)計(jì)，基于現(xiàn)實(shí)性的情況做好合理布置，以切實(shí)保障后續(xù)相關(guān)施工的穩(wěn)定與規(guī)范。

通常情況下，粗集料比例適當(dāng)?shù)墓羌苊軐?shí)結(jié)構(gòu)在抗車轍方面有著更為突出的表現(xiàn)，整個(gè)綜合效益也更為突出，因此有著廣泛應(yīng)用。

3.4 瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

其一，以往的工作實(shí)踐表明，在高強(qiáng)度半剛性基層上布置較薄面層能夠降低瀝青路面的形變，所呈現(xiàn)出的防控效果比較理想。但應(yīng)注意的是，這只是以往實(shí)踐得到的結(jié)論，現(xiàn)實(shí)性的情況往往與理論有著一定差異，因此應(yīng)基于特定情況做好協(xié)調(diào)分析。就現(xiàn)實(shí)性的情況來看，薄層路面并不能有效解決車轍病害，較厚的面層也不一定就會(huì)增加車轍病害的發(fā)生概率。因此，在具體操作過程中，應(yīng)基于現(xiàn)實(shí)性的情況做好針對(duì)性處理。應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注瀝青混合料的設(shè)計(jì)和后續(xù)的具體施工，以切實(shí)保障抗車轍等施工的穩(wěn)定與規(guī)范。就抗車轍方面來看，瀝青路面結(jié)構(gòu)在針對(duì)上中下層之間的設(shè)計(jì)往往有著不同的標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的處理應(yīng)做好區(qū)別化分析。

其二，具體來看，上面層應(yīng)布置在瀝青路面的表面，因其與車輪和空氣直接接觸，因此其主要承擔(dān)的是路面的壓應(yīng)力，但其剪應(yīng)力表現(xiàn)并不突出。鑒于此，該面層在選擇集料的過程中，就應(yīng)注意粒徑的嚴(yán)格把控，以切實(shí)地保障密實(shí)性結(jié)構(gòu)布置的科學(xué)合理。就現(xiàn)實(shí)性的施工條件來看，面層集料較小，相應(yīng)的壓實(shí)施工更易進(jìn)行，呈現(xiàn)出的壓實(shí)度效果也更理想。

其三，作為整個(gè)面層剪應(yīng)力值最大且分布最為集中的部分，中面層在前期設(shè)計(jì)以及后續(xù)施工的過程中要做好精細(xì)設(shè)計(jì)。因車輪荷載形成的壓應(yīng)力經(jīng)過上面層擴(kuò)散，其實(shí)際的影響被大大降低，這就減弱了結(jié)構(gòu)變形的不良影響。通常情況下，結(jié)構(gòu)層溫度最高的部位處在路面以下4～9cm 處，這正是中面層所處的部位。相對(duì)來說，路表能夠與外部大氣進(jìn)行熱量交換，受到外部高溫環(huán)境的影響并不持久，會(huì)隨著環(huán)境快速發(fā)生變化。而中面層的熱量散失較慢，長期處在高溫環(huán)境下，其結(jié)構(gòu)性能會(huì)大大下降，因此出現(xiàn)各類病害的可能性大大增加。與上面層有著一定差異，中面層的布置通常應(yīng)選用大粒徑的混合料，基于層厚與粒徑之間的關(guān)系確定相應(yīng)的各項(xiàng)參數(shù)。在混合料方面，應(yīng)注意粗集料含量控制，細(xì)集料和瀝青含量可適當(dāng)縮減，以提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

另外，還應(yīng)做好骨架結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格設(shè)計(jì)，基于高抗剪強(qiáng)度的精細(xì)布置，從而為路面結(jié)構(gòu)層的科學(xué)化施工提供方案指導(dǎo)[4]。

其四，就現(xiàn)實(shí)性的情況來看，下面層因距離路邊較遠(yuǎn)，其所承受的荷載和氣候條件較之上面層和中面層更少一些，外部環(huán)境對(duì)其的影響也比較輕。然而對(duì)于那些已經(jīng)發(fā)生變形的區(qū)域，隨著行車的持續(xù)重壓，即會(huì)造成上面層和中面層混合料的集中推移，轉(zhuǎn)而即會(huì)增加下面層的承載壓力。

因此，在設(shè)計(jì)抗車轍的過程中，相關(guān)施工人員要做好精細(xì)布置，基于現(xiàn)實(shí)性的情況做好統(tǒng)籌分析，從而為高質(zhì)量的技術(shù)處理奠定基礎(chǔ)。一般情況下，在明確了瀝青路面總厚度的條件下，即可有序地推進(jìn)下面層的相關(guān)處理。

具體操作過程中，相關(guān)施工人員應(yīng)基于層厚與粒徑之間的關(guān)系分析確定混合料的最大粒徑，但應(yīng)注意粗集料含量的適宜。按照相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)合理確定粗集料和細(xì)集料等各類集料的比例，如此一來，所呈現(xiàn)出的綜合效益也會(huì)更為突出[5-6]。

3.5 路面排水和排泄設(shè)計(jì)

在公路抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，路面排水和排泄設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)，旨在確保路面具有良好的排水性能，防止水分對(duì)路面結(jié)構(gòu)和性能造成損害，并確保雨水和污水能夠有效排出，符合環(huán)境要求。

第一，進(jìn)行路面排水設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮路面的縱、橫坡和橫向傾斜。縱坡是指路面的縱向傾斜，用于引導(dǎo)水流順利流向排水口。結(jié)合實(shí)際，合理設(shè)置縱、橫坡能夠有效提升路面的排水性能。

第二，設(shè)計(jì)中要合理設(shè)置排水設(shè)施，如雨水口、雨水管道和雨水篦子等。雨水口用于收集路面上的雨水，雨水管道用于將雨水引導(dǎo)到匯水處，而雨水篦子則用于防止雜物堵塞雨水管道。這些排水設(shè)施的位置、數(shù)量和尺寸需要根據(jù)交通流量、降雨量和路面特性進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以確保順暢的排水系統(tǒng)。

第三，還需要合理設(shè)置溝渠和溢流設(shè)施，以應(yīng)對(duì)大量降雨或暴雨引起的水流量大的情況。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要對(duì)溢流設(shè)施進(jìn)行分析，確定相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，保持路面的排水暢通，減輕水流沖擊對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，公路抗車轍瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高道路的平整度、耐久性和行車舒適性起著至關(guān)重要的作用。了解了公路抗車轍的問題，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。分析可知，通過合理選擇材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)排水措施等手段，可以有效減少車轍的形成和擴(kuò)大，提高路面的承載能力和抗車轍性能。這不僅能延長路面的使用壽命，減少維修成本，還能提升道路的安全性和行車舒適性，滿足交通需求。在今后進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目需求，注重設(shè)計(jì)理念的更新以及合理應(yīng)用環(huán)境友好型材料，以進(jìn)一步提升公路抗車轍能力和可持續(xù)性發(fā)展。