1沥青路面结构的透层技术应用功效
①合理连接沥青路面的不同施工结构层。按照高速公路路面结构设计，各结构层之间的接触面应为安全性连接系统。因此，借助沥青透层的应用，原本粘结力不强的内部结构沥青层与非沥青层之间将建立更紧密的结合，极大地改善了路面各结构层的整体性，也可有力避免各结构层之间出现的滑移安全隐患。②液体沥青的在结构表层出现程度不一的渗入作用后，将直接填充基层结构中的孔隙或集料间隙，使得各空隙直接封闭，避免雨水渗入存留加重基层侵蚀软化，可有效提升基层结构的稳定性。③高速公路的半刚性基层常要经碾压、洒水养生等处理，其间可致大量粉尘飞扬，可能加重细集料与粗骨料之间的不结合问题。透层的应用能够稳定浮尘，并加强粉尘与粗骨料层间的结合，降低软弱结构层的出现。④沥青透层的应用，可在基层均匀铺就防尘保护沥青层，在提高基层表面强度的同时增加抗摩擦力，避免基层结构的开裂等事故发生。
2高速公路的沥青透层施工技术应用关键要点
（1）设施准备透层施工要按工艺要求来准备合理的施工设备，提前备好试验检测仪器、液态沥青调制设备、洒布设备等物品，并对所有设施设备进行试用检验，确保设备的性能良好。（2）材料选择常规以透层油为透层材料，液体石油沥青、煤沥青、乳化沥青等都能作为透层材料，透层油的选择需参考基层类型，同时还应掌握不同透层油的性能优缺点。液体石油沥青即汽油、柴油、煤油等石油产品，经必要处理并混合沥青材料而成，属于目前沥青路面应用最广的透层油。大量理论研究与工程实践证实，只有混合沥青与石油两种化学物质才能发挥更好的渗透效果，渗透深度越大则沥青路面的生命周期越长。乳化沥青顾名思义就是固态沥青经高温乳化后形成，整个生产过程涉及更多化学原理与机械操作，因而更加复杂。煤沥青在日常工程中并不多见，原因在于煤沥青毒性较重。总的来看，三种透层油的渗透效果由高到低排位依次为：煤沥青、液体石油沥青、乳化沥青。（3）浇洒操作高速公路的路基施工完成后，路面沥青透层可选在基层上表面养护水分变干后，以计算机实现沥青机对接。当然，基层上表面的养护水分不能过于蒸发干燥，否则还需认真清扫和擦拭表面。公路路基若短时间内完成，需要积极完成异物清扫并淋洒水分进行湿润，等水分晾干后再予以透层施工。透层浇洒工作前，各种建筑构造物应要求施工人员加强安全保护。沥青路面的沥青透层洒布后，理想状态就是保持液态物质不随意流淌，且应直至渗透基层深处。
3沥青路面的透层技术应用实例分析
3.1工程实例基本情况。某高速公路第二标段全长23Km，其中公路施工工程量设计为：上面层为改性沥青马蹄脂施工；中面层为改性沥青混凝土施工；下面层为沥青混凝土施工；底基层为水泥稳定碎石施工，并设计有低剂量的水泥碎石处治层。该路段路基以整体、分离式相互结合来完成设计施工，整体路基26m宽，分离路基单幅宽13m。整条高速公路的设计车速达到100km/h。在某施工桩号处，要求在20cm水泥稳定碎石基层上表面顶面组织开展透层技术施工。该工程中所用到的沥青透层材料中，以高渗透乳化沥青作透层油，经过实验测定，该透层油完全满足JTGF40-2004规范中的质量要求。下表即为技术指标：3.2沥青路面透层施工的方法要求。（1）施工前的准备工作完成各材料的入场试验，严格落实材料的达标合规；完成施工设施设备以及机械装置的检查保养与试运行，确保配件充足、性能良好，认真确认沥青洒布车的整体情况，标定喷洒量；完成水泥稳定碎石基层上表面的清洗，先用竹帚整体清扫，后用鼓风机吹尽浮灰，最后以高压水完成冲洗。（2）透层乳化沥青的喷洒喷洒前应指定专人测定乳化沥青用量，调用智能型沥青洒布车完成一次性液态沥青的浇洒，并以人工方式补喷遗漏点，控制喷洒量，一旦出现过量情况则需要以碎石屑或砂灰粉吸油并做好碾压；喷洒透层油后注意加强现场检查，避免有车辆等机械设备行动所造成的油皮现象，而对透层油渗透深度不达标处，还需积极采取措施进行整改。（3）加强行动管制提高透层稳定性透层施工完成后的养护成型期间，现场应实施严格的行动管制，特别要求车辆与行人不得入内破坏。行动管制需要施工人员与项目管理的经理部门进行沟通并紧急协商出台行动管制方案，重点限制交通，以确保施工养护成型时间足够。施工方应在现场增设断道通知，并设反光标志进行标识。3.3沥青路面透层技术应用的质量检查检验标准。
4结束语
高速公路每日所承受的车辆荷载量十分巨大，因而需要不断提升公路整体性能，需要增加路基路面结构的稳定性。沥青路面透层施工技术的设计与施工应用，应灵活挖掘透层结构之功用，正确认清透层沥青材料的技术性能，不断由专业人员研究和探索在选材、施工应用等方面的方法，才能创造更可靠的高速公路系统。
参考文献
[1]王剑英.高速公路沥青路面透层技术功能与材料应用[J].北方经贸,2015(3):65-65.
[2]翟永强.浅谈高速公路路面透层沥青施工技术[J].黑龙江交通科技,2011,34(3):35-36.
1．1综合排水设计的原则在对沥青路面结构进行优化时，要做好路面排水设计，这样可以延长路面的耐久性，也可以增强路面的承载能力。南方地区，由于夏季雨水比较多，如果路面排水设计存在漏洞，很容易造成路面积水问题。另外，设计人员还要合理布局道路周围的排水设施，需要充分考虑路面结构组合设计。另外，在进行路面改建施工时，也需要结合实际，对道路排水系统进行更改，提高路面的防渗性以及路基的承载能力，使沥青路面结构组合设计更加优质。
1．2增加路面结构层功能性的原则沥青路面是道路施工中常见的类型，沥青这种材料的性能比较强，在设计其层面结构时，要注意提高路面的抗滑性以及耐磨性，还要提高路面结构的抗剪性以及抗拉能力。由于道路暴露在外界环境中，所以自然气候因素以及车载作用力对其质量影响比较大，如果面层材料的强度不高，粘结力不强，则会影响路面的整体质量，还会影响其功能的发挥。面层的等级越高，其承受车载的能力则越强。在城市快速路以及一级公路设计中，由于交通量比较大，所以设计人员需要增强路面结构层的功能，要选择优质的施工材料，提高混凝土面层的质量。沥青结构层一般是由细粒式沥青混凝土作为表面层，中、粗粒式沥青混凝土作为中下面层构成，既可有效防水又可保证强度，所以，优化路面结构层设计，应注意确保路面的刚度以及稳定性。
2沥青路面结构组合类型之间的影响
2．1各结构层荷载应用分布特点路面在投入使用后，其各个结构层会受到荷载作用力的影响，而且荷载的大小随道路结构层的深度而递减，在不同的层面中，需要应用不同的施工材料，这些材料的强度会随道路结构层的深度而减小。所以，在设计路面结构层时，需要以强度自上而下的递减方式进行组合，这种组合类型在沥青路面设计中应用较为广泛，而且收到了较好的效果。在对路面基层进行施工时，要充分利用施工材料，按照就近的原则多利用当地材料，这样有助于降低工程造价。在对沥青路面的组成材料以及构件进行重新组合时，要分析材料强度随深度的变化规律，当路面结构层之间的模量相差较大时，要注意控制结构层间的拉应力，如果其差值超过材料的承受范围，则可能出现沥青路面结构层断裂的问题。根据以往设计经验，土基与基层的模量之比需要控制在0．08～0．40之间，而基层与面层回弹模量之比需要控制在0．3，道路设计人员，在对沥青路面结构组合进行优化时，要避免出现拉应力过大的问题，要根据不同的结构层，选择不同的材料，只有掌握好各结构层材料变化规律，才能设计出最佳的组合方案。
2．2各结构层特性以及相互影响沥青路面结构是由多种材料构成，在不同的层面上，需要应用不同的施工材料，这样材料的强度以及影响有一定差异。在组合的过程中，要注意其相互之间的影响，消除各结构层特性的不利因素，并采用有限的措施，对结构层组合类型进行限制。在沥青混凝土道路工程中，经常会用到石灰以及水泥这类材料，其受温度影响比较大，如果施工工艺存在漏洞，会导致路面出现大量的裂缝现象，所以，设计人员需要采取有效的措施降低基层材料的收缩问题，可以增加细料含量，还可以增大结合料的剂量，从而降低反射裂缝出现的概率。设计人员可以适当增加面层厚度、设置沥青碎石缓冲层、设置应力消散层或吸收层等;在潮湿的粉土或粘性土路基上，不宜直接铺筑碎(砾)石等粗颗粒材料。必要时可在路基顶面设土工布隔离层，以防止相互掺杂而污染基层，或导致过大变形而使面层损坏。层间结合应尽量紧密，避免产生滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。沥青面层与半刚性基层或粒料层之间应设置透层沥青，根据施工条件如多层沥青层次能否连续施工、施工期内是否多雨等采取相应的层间结合措施。
3结语
关键词：半刚性基层沥青路面结构设计
1概述
我国90%以上的高等级公路沥青路面基层和底基层采用半刚性材料。半刚性基层沥青路面已经成为我国高等级公路沥青路面的主要结构类型。
在七·五期间，国家组织开展了“高等级公路半刚性基层、重交通道路沥青面层和抗滑表层的研究”的研究工作，对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性，沥青面层的开裂机理、车辙和疲劳、抗滑表层设计和应用、半刚性基层材料的强度特性和收缩特性，组成设计要求等进行了深入的研究工作，提出了较为完整的研究报告，为高等级公路半刚性基层沥青路面的设计和施工提供了理论依据和技术保证。
由于现行的《柔性路面设计规范》颁布于1986年，随着国家对交通运输业的日益重视和人们筑路经验的不断提高，一致认为1986年版的《柔性路面设计规范》已不能满足高等级公路半刚性基层沥青路面的需要。由于对半刚性基层认识不足，使得设计结果具有一定的盲目性，设计结果要么过分保守，要么因路面结构设计不当而产生早期破坏，造成很大的经济损失。因此，如何利用七·五国家攻关项目取得的成果，结合近十年来半刚性基层沥青路面的设计和施工经验，根据实际使用效果，提出适合本地区特点的路面结构，对路面结构设计方法的更新和路面实际使用效果的改善具有重要的意义。根据江苏、安徽、浙江高等级公路的实际，江苏在镇江、无锡、苏州、徐州、连云港共计4线10段进行调查，安徽在合肥、马鞍山、淮南三市调查了3线8段，浙江在嘉兴和杭州调查了2线5段共计9线23段。调查的路面结构具有一定的典型性。
2国内外研究概况
2.1国外国道主干线基层的结构特点
国外国道主干线基层结构有以下特点：
(1)多数采用结合料稳定的粒料(包括各种细粒土和中粒土)及稳定细粒土(如水泥土、石灰土等)只能用作底基层，有的国家只用作路基改善层。法国和西班牙在重交通的高速公路上，要求路面底基层也用结合料处治材料。
(2)使用最广泛的结合料是水泥和沥青，石灰使用得较少。此外，还使用当地的低活性慢凝材料和工业废渣，如粉煤灰、粒状矿渣等。
(3)有的国家用沥青稳定碎石做基层的上层，而且用沥青做结合料的结构层的总厚度(面层+基层的上层)常大于20cm。
经过几十年的总结，国外在半刚性基层沥青路面结构组合上虽有所改进，但半刚性材料仍是常采用的基层和底基层材料。
2.2国外典型结构示例
国外沥青路面结构设计方法经过几十年的完善，已经提出了比较成熟的设计方法，并且许多国家提出了典型结构设计方法，表1给出了法国典型结构一个范例。
表1
土的等级
交通等级
PF1
PF2
PF3
To(750-2000)
7BB+7BB+25GC+25GC
7BB+7BB+25GC+20GC
7BB+7BB+25GC+25GC
T1(300-750)
8BB+25GC+25GC
8BB+25GC+20GC
8BB+20GC+20GC
T2(150-300)
6BB+25GC+22GC
6BB+22GC+20GC
6BB+20GC+18GC
T3(50-150)
6BB+22GC+20GC
6BB+18GC+18GC
6BB+15GC+15GC
注：(1)交通等级栏下括号内的数值指一个车道上的日交通量，以载重5t以上的车计；
(2)PF1，PF2和PF3指土的种类和土基的潮湿状态，PF1相当于一般的土基；
(3)BB指沥青混凝土，GC指水泥粒料；
(4)表中数字单位为cm。
一些国家在高等级公路上实际采用过的半刚性基层沥青路面结构见表2。
一些国家在高等级公路上实际采用过的半刚性基层沥青结构表表2
国家
沥青层厚度(cm)
半刚性材料层厚度(cm)
备注
日本
20～30
水泥碎石，30～20
荷兰
20～26
水泥碎石，40～15
西德
30
贫混凝土，15
另有防冻层
英国
9.5～16.9
贫混凝土，15另
有底基层
瑞典
12.5
水泥粒料
南非
17.5
水泥砂砾，30
西班牙
8
水泥粒料
当前的规定
2.3其它高速公路路面结构
沥青路面典型结构设计表3
道路名称
长度
(km)
路面结构
面层(cm)
基层(cm)
底基层(cm)
广佛路
15.7
4中粒式
5细粒式
25水泥碎石或
31水泥石屑
25-28水泥土
沈大路
375
4中粒式
5细粒式
6沥青碎石
25水泥碎石
京津塘
142.5
5中粒式
6细粒式
12沥青碎石
25水泥碎石
30石灰土
京石
14
4中粒式
8沥青碎石
15二灰碎石
40石灰土
济青路
15-18开级配中粒式
38-40二灰碎石
42石灰土
正在建设的沪宁高速公路路面结构如表4。
表4
标段
结构
层
A1
B4
B5
B7
C1
C4
C5
C2
D1
D6
D7
D9
E1
E5
F1
F6
F7
G1
G2
G4
G5
G6
面层
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
16
AC
基层
30
LFA
30
LFA
25
LFA
25
LFA
40
LFA
38
LFA
30
LFA
20
LFA
18
LFA
20
LFA
20
LFA
底基层
30
LF
30
LFS
33
LS
33
LFS
18
LF
20
LFS
33
LFS
40
LFS
36
FS
40
LFS
40
LFD
注：AC-沥青面层(4cm中粒式，6cm粗粒式，6cm中粒式)；
LFA-二灰碎石，LF-二灰，LS-石灰土；
LFS-二灰土，LFD-二灰砂。
国内七·五期间修筑的主要几条试验路的结构、实体工程及正在建设的一些高等级公路的结构表明，半刚性基层是沥青路面最主要的结构类型，同时，不同设计人员所提出的结构组合相差较大，甚至，对同一条路，不同设计单位设计的路面结构相差也很大。因此，根据设计与施工经验提出的适应不同地区的典型结构具有一定的理论意义和实践意义。
3路面结构调查
典型结构调查要求选择的路线及路段具有典型性，公路等级要求是二级或二级以上的半刚性基层沥青路面，施工质量达到一定的水平，或者由专业队伍承担施工任务。施工质量检查比较严格，如有相应的试验路段，尽可能根据当时试验目的及原始测试数据进行跟踪调查。选择的调查路段使用年限应达到三年以上，并有一定的交通量。路段应包括不同的路基结构(即填控情况)不同的地带类型，不同的路面结构(含不同材料和不同厚度)，不同的使用状态(如完好，临界和破坏)和不同的交通量。被选择的路段的基层结构应符合《公路路面基层施工技术规范》的规定，即不是用稳定细粒土或悬浮式石灰土粒料做的基层。路段长度在100～500m之间。为此，浙江、江苏和安徽分别选择320国道嘉兴段，104国道萧山段，206国道淮南段，205国道马鞍山段，合蚌路，312国道镇江、无锡、苏州段，310国道新墟段、徐丰线进行全面的调查和测试。
根据选择路段的基本情况，本次典型结构调查路段选择具有以下特点：
(1)反映了不同地区，不同的道路修建水平；
(2)反映了不同地区，不同的路面结构组合类型；
(3)包括了表处，贯入式等一般二级公路采用的结构，也包括了高速公路采用的结构；(4)包括中间夹有级配碎石连结层的路面结构；
(5)反映了经济和地区水平的差异；
(6)包括了不同地区主要使用的半刚性基层材料。
3.1路段测试内容及测试方法
本次路况测试主要包括：外观、平整度、车辙、弯沉、摩擦系数及构造深度。外观测试是裂缝、松散、变形等破坏的定量描述；弯沉由标准黄河车(后轴重10t)及5.4m(或3.6m)弯沉仪测试；摩擦系数由摆式摩擦系数测定仪测试；构造深度由25ml标准砂(粒径0.15～0.3mm)摊铺得；平整度为3m直尺每100m路段连续测10尺所得统计结果；车辙是3m直尺在轮迹带上所测沉陷深度。
3.2数据采集方法
(1)合理性检验。由于实测数据存在偶然误差，因此，在进行误差分析之前，须去除观测数据中那些不合理的数据，代之以较合理的数据，进行合理性检验。
实际工作中常用3σ原则和戈氏准则，3σ原则较近似，戈氏准则较合理。
(2)代表值的确定。代表值是在最不利情况下可能取得的值：
97.7%的保证率，α取2.0；95%的保证率，α取1.645。
在后面计算中，代表值确定如下：弯沉取；平整度、车辙为；摩擦系数、构造深度为X=-1645S。
3.3路面使用品质分析
3.3.1平整度
根据公路养护技术规范，不的道路等级对平整度有不同的要求。但本次调查结果表明：各路段的平整度与结构层组合与施工组织状况有关。由于选择路段路面结构使用了沥青贯入式，沥青贯入式是一种多孔隙结构，整体性较差，在行车荷载的重复作用下被再压实，导致纵向出现不平整现象。同时施工时各层纵向平整度的严格控制对路面表面平整度控制有十分重要的意义。
3.3.2车辙
沥青路面车辙是高等级公路重要病害之一。国外设计方法中AⅠ法以控制土基顶面压应变为指标，shell设计方法则通过分层总和法直接从沥青面层厚度及面层材料诸方面控制车辙。我国还没有采用车辙指标，作为设计控制值，而是通过材料动稳定度或其它指标达到减少车辙的目的。对半刚性基层沥青路面，由于土基顶面压应力较小，在重复荷载作用下土基产生的再压实的剪切流动引起的。在调查路段，沥青贯入式结构由于其级配较差，在重复荷载作用下极易产生剪切流动和再压实，同时其高温稳定性较差，调查路段车辙量较大。
3.3.3抗滑能力
沥青路面抗滑性能评价方法主要是测定面层的摩擦系数和纹理(构造)深度。沥青面层纹理深度与矿料的抗磨能力(磨光值指标)和沥青混合料高温时的内摩阻力和粘聚力有关。纹理深度达到要求必须合理选定矿料级配、沥青材料满足高等级道路石油沥青技术标准。
调查路段面层矿质材料为石灰岩，磨光值只有37左右，达不到高等级公路和大于42的要求。面层磨擦系数普遍较小，不满足抗滑性要求。
3.4路面结构强度分析
调查路段经过两年的弯沉及交通量实测，结果表明：不同调查路段由于承受的交通量不同，虽然路面结构相同，但强度系数不同。因此，只有根据强度系数才能判别路面结构是否达到使用寿命。同时，有些路段其路面结构组合及厚度明显不符合设计要求或施工质量较差，因此必须调整设计厚度及结构组合。
3.5沪宁高速公路无锡试验路综合调查
沪宁高速公路无锡试验路段是本次调查唯一针对高速公路特点的路面结构，通过近三年的运行和观察，对高速公路设计与施工提出了许多有益的结论。
(1)半刚性基层路段弯沉在(2.13～8.25)(1/100mm)范围，级配碎石段(X、XⅠ)弯沉为0.122mm和0.135mm，但在裂缝边缘弯沉值明显大于没有裂缝处的弯沉，裂缝边缘弯沉最大达20(1/100mm)。因此，在试验路段弯沉绝对值能满足高速公路强度要求，但必须注意裂缝对半刚性路面结构强度影响。
(2)路面平整度基本没有改变，并能满足要求。
(3)1994年夏季高温持续时间长，对沥青路面高温稳定性提出了严峻的考验。1994年观测结果表明，试验路段车辙较1993年基本没有变化。
(4)路表面在行车碾压作用下，行车带渗水很小或根本不渗水。
(5)从路面构造深度和摩擦系数二方面分析，面层摩擦系数较1993年减少约(9～14)，在1993年新铺路段，摩擦系数从65.4(LK-15A)，61.9(LH-20Ⅰ’)分别减少到35.4和32.0，减少约30。对同一级配来说，LH-20Ⅰ’玄武岩径一年行车碾压后的摩擦系数值比行车碾压二年后砂岩(LH-20Ⅰ’)的摩擦系数值还要小，说明玄武岩的抗摩擦能力小于砂岩。对LK-15A加铺层段，LK-15A段的摩擦系数LH-20Ⅰ’加铺层路段摩擦系数大。
(6)对比英国产摩擦系数仪，英国产摩擦仪测试结果较国产摩擦仪增大范围是：(16.6～23.65)平均约21.0，其回归关系式为
f上=1.13×f东+16.9。
式中：f上为上海测试值；f东为东南大学测试值。
(7)半刚性路面裂缝较为严重，经二年运行，裂缝间距宽约为70～90m，窄的约为15～25m。裂缝宽度在1～10mm之间。而在''''层的开裂是面层开裂的主要原因。
3.6调查路段综合结论
(1)本次调查涉及高速公路结构，一级公路、二级公路，因此，调查工作可靠，对提出典型结构具有指导意义。
(2)调查路段路面结构有许多贯入式结构。虽然这种结构整体稳定性不好，但调查结果表明，由半刚性材料引起的反射裂缝也相应减少。
(3)对高速公路路面结构，面层厚度12～16cm，基层底基层厚度50～60cm。
(4)对一级公路路面结构，面层厚度8～12cm，基层底基层总厚度40～55cm1。
(5)对二级公路路面结构，面层厚度6～10cm，基层底基层厚度35～45cm。
4土基等级划分
土基是影响沥青路面结构承载能力、结构层厚度和使用性能的重要因素。土基的强弱直接影响路表弯沉值的大小和沥青路面使用寿命的长短。路面力学计算结果表明，沥青路面的回弹弯沉值绝大部分是由土基引起的。合理划分土基等级，保证土基施工质量对路面弯沉控制有重要的意义。
《柔规》规定土基必须处于中湿状态以上，Eo的建议值根据土的相对含水量及土质确定。实际上，土基的回弹模量(Eo)值随土的特性、密实度、含水量、路基所处的干湿状态以及加荷方式和受力状态的变化而变化。土基回弹模量Eo值规定以30径刚性承载板在不利季节测定、在现场测定。柔性路面设计规范中的Eo建议表，就是根据全国各地旧路上不利季节在路面完好处，分层得出E1，E0，并在土基测点中心钻孔取土测ρd、WWP，同时用手钻在板旁取W校正，得出80cm范围内的平均值，整理得出EP的建议值。该表采用6g锤的液限值，现改用100g锤测定液限。
如果用相对含水量确定土基的回弹模量，对重型击实标准，可将原建议值提高30%。如华东地区中湿状态土基加强弹模量最小值23MPa。则高等级公路路基的回弹模量最小值为23×1.3=30MPa这再一次证明土基回弹模量低限取30MPa是合理的。如果路基回弹模量最小值达不到要求，要求采取某种处治方法进行处治。
第二种确定土基回弹模量的方法是通过压实度和土的稠度来计算土基的回弹模量。对比土的相对含水量与稠度的关系曲线，当Wc=1.0，0.75和0.50时，相当于地下水对路基湿度影响有关的临界高度的分界相对含水量W1、W2、W3，即当Wc＜0.5时，相当于过湿状态，Wc=0.5～0.75时，相当于潮湿状态，Wc=0.75～1.00时，相当于中湿状态，Wc＞1.00时，相当于处于干燥状态。
土基强度等级划分结果表明：必须使土基处中湿成干燥状态，否则要作适当处理。如果根据CBR确定土基回弹模量，则第三种方法根据室内试验，用E0=6.4CBR确定土基回弹模量值。
综上所述，土基强度等级划分为S1、S2、S3三个等级与各参数间相互关系见
表5
土基强度等级表5
土基强度等级
回弹模量范围(MPa)
承载比范围(CBR)
S1
30～45
4.5～7.0
S2
45～65
7.0～10.0
S3
＞65
＞10.0
5交通量等级的划分
影响一条公路的交通量的因素既多又复杂，每个因素的不确定性又较大。因此，不可能较准确地知道公路开放时的平均日交通量，也不可能较可靠地确定交通组成和各自的平均年增长率。其结果是实际交通量与路面结构设计时预估的交通量有很大差异。
5.1高等级公路交通量取值范围
高等级公路泛指二级汽车专用道以上的公路，二级汽车专用道第一年日平均当量次最小值一般为500，如以8%的增长率增长，15年累计作用次，对于小于该作用次数的公路将不作高等级公路处理。对高速公路而言，通行能力(混合交通)应大于25000辆/日，标准轴次一般为6000～8000辆/日，因而，若以5%的增长率增长，5年最大累计作用次数一般为15～1806次左右。
5.2划分办法及具体结果
交通等级划分将以累计标准轴载作用次数对容许弯沉的均等影响为依据进行划分。交通量等级划分结果见表6。
交通等级划分结果表6
等级
标准
T1
T2
T3
T4
累计标准轴次(次)
第一年日平均当
量轴次(次)
＜500
500～800
800～1200
＞1200
注：第一年日平均当量轴次由标准累计作用次数计算得，设计年限取为15年，增长率取为8%，
且以单车道计。
6典型结构图式
6.1典型结构推荐的基本原则
结合结合调查路段的路面结构和实际的使用状况，以及国内外半刚性基层沥青路面实体工程设计成果，半刚性基层沥青路面的承载能力主要依靠半刚性基层。因此承载能力改变时主要通过改变基层的厚度来实现。沥青面层的厚薄主要考虑道路等级(交通量)的影响，为此，可得出半刚性基层沥青路面典型结构沥青面层、基层、底基层厚度改变的基本原则。
(1)沥青面层总厚度控制在6～16cm。对相同交通等级，不同的路基等级，基层(或底基层)厚度不同，不同的交通等级，相同的土基等级改变沥青面层的厚度。
(2)基层(或底基层)厚度变化尽可能考虑施工因素，即施工作业次数最小。
(3)不同的交通等级，主要改变基层或底基层的厚度，并且综合考虑造价因素。
(4)材料选择应结合华东片区实际，基层采用二灰碎石和水泥稳定粒料，底基层则采用石灰土和二灰土(二灰)
(5)为减少面层开裂，推荐结构提出采用级配碎石过渡层。
6.2半刚性基层沥青路面典型结构
根据参数分析，推荐的基本原则及国内外路面结构设计原则，对半刚性基层沥青路面共推荐60种典型结构，供有关单位设计时直接选用，表7是其中之一。
重交通道路沥青路面典型结构图表7
交通量
土基强度
等级
T1
T2
T3
T4
S1
8～10AC
20LFGA
30LFS
10～12AC
20LFGA
35LFS
12～14AC
20LFGA
37LFS
14～16AC
20LFGA
40LFS
S2
8～10AC
18LFGA
30LFS
10～12AC
20LFGA
30LFS
12～14AC
20LFGA
32LFS
14～16AC
20LFGA
35LFS
S3
8～10AC
20LFGA
20LFS
10～12AC
18LFGA
30LFS
12～14AC
18LFGA
32LFS
14～16AC
20LFGA
32LFS
注：AC——沥青混凝土；LFGA——二灰碎石；LFS——二灰土。
6.3构推荐和验算的几点说明
(1)沥青面层厚度在8～15cm之间，这主要根据调查结果及我国道路建设的现状和水平。
(2)基层和底基层的厚度充分反映了结构的受力特性和结构层的经济合理性要求。
(3)推荐的底基层厚度在三种验算方法计算厚度之间，并反映了当前我国路面结构的现状和水平。
(4)基层采用二灰碎石或水泥稳定粒料。由材料的变形特性的分析(见第8节)可知，水泥稳定粒料干缩、温缩系数均大于二灰碎石，从减少开裂的角度以而言，建议优先选用二灰碎石。
(5)从施工最小工序数，公路投资最小的角度，尽可能通过改变底基层厚度
来满足结构强度要求。
7结论
本课题通过对3省9线22段及沪宁高速公路无锡试验段(11000m)的调查、测试、分析和总结，提出高等级公路半刚性基层沥青路面典型图及其它注意事项。
主要结论如下：
(1)详细、全面地分析了国内外高等级公路沥青路面采用半刚性材料作基层或底基层的经验，进一步说明在现阶段半刚性基层沥青路面仍是高等级公路路面的主要结构类型。
(2)调查路段结构及功能状况表明：沥青贯入式结构不宜作为高等级公路沥青路面的某一结构层，但沥青贯入式结构对减少反射裂缝有益；石灰岩不能用作高等级公路沥青路面上面层，否则不能保证抗滑要求；必须采用中粒式沥青混凝土作为沥青路面上面层，且其孔隙率应在3～6%的范围之内；裂缝问题是半刚性基层沥青路面十分重要的问题，它直接影响路面结构强度、使用性能及渗水状况；级配碎石有利于延缓反射裂缝的产生；南方地区，半刚性基层的收缩与温缩而形成的反射裂缝是沥青路面裂缝产生的主要原因。
(3)结合调查结果、室内试验及理论分析提出了土基模量分级及土基模量的三种确定方法，即野外承载板、CBR及现沥青路面设计规范取值放大30%。
(4)室内通过CBR试验及弹性模量试验，提出了CBR与E0的关系，即E0=6.4CBR
(5)根据调查结果及强度验算，提出了沥青路面典型结构图，选择典型结构时应根据土基、交通量状况及路面使用材料确定典型结构。
关键词：道路工程；混合式基层；沥青路面；应力特性分析
由于目前我国沥青路面结构设计方法存在着较明显的缺陷，对半刚性基层仅考虑了其优势而未考虑其缺陷，严重地阻碍了混合式基层沥青路面、全厚式沥青路面等在国外运用良好的优秀沥青路面结构型式在国内的运用。本文通过分析目前我国沥青路面结构设计方法的缺点，提出了适应中国特点的混合式基层沥青路面结构设计方法，并举例进行了计算分析。
1 沥青路面结构层组合设计方法
（1）选用无机结合料类材料做基层的沥青路面无机结合料类基层具有较大的强度和刚度，因而具有较高的承载能力，适用于中、重或特重交通荷载等级的沥青路面，但这类基层存在由于温度收缩和干燥收缩受阻而产生的收缩裂缝，从而引发沥青面层出现反射裂缝，并进而发展为基层顶面受冲刷和产生唧泥病害的缺点。这类基层依靠本身的弯拉强度来抵御行车荷载的作用，因而，增加这类基层的强度可以提高路面结构的承载能力，但强度过高，会由于结合料含量的增大而引起收缩裂缝数量增加和缝隙宽度增大，从而加剧沥青面层出现反射裂缝的严重程度。
（2）选用沥青结合料类材料做基层的沥青路面通常宜选用粒料类底基层，但粒料层和路基产生的永久变形在路表的车辙总量中会占据较大的比重，结构设计时需考虑这部分永久变形量的影响。选用无机结合料类底基层时，由于其刚度较大沥青类基层底面的拉应力以及路基顶面的压应力会降低，因而，有利于增加沥青层的疲劳寿命和减少路基的永久变形量。但无机结合料类底基层产生的干缩和温缩裂缝有可能影响到沥青层，使之产生反射裂缝，因而，在配伍基层时可考虑选用能减缓反射裂缝影响的半开级配沥青碎石基层，但渗入水仍有可能浸湿路基和冲刷路床顶面，产生唧泥病害。
（3）选用粒料做基层的沥青路面粒料类基层的承载能力取决于粒料的抗剪强度和抗变形能力。粒料的类型、级配组成、细料含量和塑性指数、压实度以及湿度状况，都会影响粒料的抗剪强度和抗变形能力。选用优质集料、良好级配、限制细料含量及其塑性指数、要求达到足够高的压实度，这些措施可以保证粒料基层具有足够的承载能力和抗变形能力。
（4）以热拌沥青混合料做磨耗层和水泥混凝土类材料做下面层的复合式路面下面层选用普通水泥混凝土时，结构设计所关注的重点是沥青表面层的反射裂缝。为了减缓反射裂缝的产生，混凝土下面层板的横缝内必须设置传力杆，以减小接缝两侧的挠度差，从而降低沥青面层所承受的竖向剪切应力水平。同时，还可在水泥混凝土下面层和沥青表面层之间加设沥青碎石或橡胶沥青应力吸收层，以缓解沥青面层内由于混凝土面层的竖向和水平向位移而产生的应力集聚。面层选用连续配筋混凝土时，由于裂缝间距和缝隙宽度小，不会使上面的沥青面层产生反射裂缝。
2 沥青路面结构组合设计技术措施
2.1 面层结构设计
2.1.1 面 层
沥青面层分为热拌沥青混合料、冷拌沥青混合料、沥青贯入式、沥青表面处治与稀浆封层四种类型。热拌沥青混合料包含沥青混凝土、沥青碎石混合料。沥青混凝土适用于各级公路的面层。热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式可用于二级、三级公路的面层，以及用于柔性基层、调平层。
2.1.2 基层与底基层
基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，充分发挥压实机具的功能，以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。各结构层的材料变化不宜过于频繁，应有利于施工组织、管理与质量控制。
2.1.3 垫 层
垫层材料可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料，以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土、石灰粉煤灰稳定粗粒土等。为防止软弱路基污染粒料底基层、垫层，或隔断地下水的影响，可在路基顶面设土工合成材料隔离层。垫层应与路基同宽，其最小厚度为15cm。
2.2 结构层层间结合设计
（1）半刚性基层沥青路面宜采取以下措施减少收缩开裂和反射裂缝：①选用骨架密实型半刚性基层，严格控制细料含量、结合料剂量、含水率；②适当加大沥青面层的厚度，在半刚性结构层上设置沥青稳定碎石或级配碎石等柔性基层；③在半刚性基层上设置改性沥青应力吸收层或应力吸收膜或铺设耐高温的土工合成材料。
（2）加强路面各结构层之间的紧密结合、提高路面结构整体性，避免产生层间滑移，设计时应采取技术措施如下：①沥青层之间设置黏层沥青。黏层沥青可用乳化沥青或改性沥青或热沥青，洒布数量宜为0.3～0.6kg/m2。②基层上设置透层沥青。透层沥青应具有良好的渗透性能，可采用液体沥青、稀释沥青、乳化沥青等。洒布数量宜通过现场试验确定，对粒料基层应渗入3～6mm为宜。③在半刚性基层上设置下封层。下封层宜用沥青单层表面处治或改性沥青稀浆封层，厚度不应小于6mm。④新旧沥青层之间，沥青层与旧水泥混凝土板之间洒布的黏层沥青宜用热沥青或改性乳化沥青或乳化沥青。⑤拓宽路面时，新旧路面接茬处喷涂黏结沥青。⑥双层式半刚性基层宜采用连续摊铺、碾压工艺。
3 结 论
沥青路面结构组合设计的效果贯穿于公路建设的全过程，其控制成效也直接影响着病害的预防与后期控制，关系到工程建设参与各方的经济利益。相关人员要不断借鉴国内外工程沥青路面设计理论和实践的基础上，结合我国实际市场经济条件下沥青路面设计现状，勇于探索、创新成功有效的沥青路面结构组合设计方法。
参考文献
[1]李福，陈景.新型沥青路面结构在我国的应用研究.公路交通科技，2006（3）.
[2]孟书涛.简论我国沥青路面结构形式的应用和发展.交通建设与管理，2007.
[3]中国公路学会道路工程分会.高速公路沥青路面早期损坏交流论文集[R].烟台，2003.10.
[4]沈金安等编著.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策.北京：人民交通出版社，2004.
[5]沈金安.沥青及沥青混合料的路用性能.北京：人民交通出版社，2001.
关键词：半刚性基层沥青路面结构设计 破坏机理
半刚性沥青混凝土路面是由半刚性材料底基层半刚性材料基层和沥青面层构成的路面结构形式。其特点是路面强度高、稳定性好且刚性大，已成为城市道路和公路路面结构的主要形式。客观认识半刚性基层沥青路面的早期破坏现象，分析其原因，研究对策是当前必须面临的问题。
1. 半刚性基层沥青路面的早期破坏及原因分析
半刚性基层的早期破坏首先跟基层材料不同地区的性质差异性、材料自身的温度敏感性、干湿缩裂性等相关，同时施工过程质量达不到设计或规范要求，抢赶工期养护不足，也是引起建成后路面早期破坏的原因之一。对结构设计方面也存在一定问题，主要表现：相关规范规定模糊，设计习惯上不重视基层和底基层材料的组成设计；设计过程对使用期超载超限估计不足；规范设计控制指标的不完善。
沥青路面结构设计规范对目前高速重载条件下的适用性及改进方法考虑不多，设计指标的确定仍是值得商榷。设计方法虽然采用了多个控制指标，但由于材料参数的选取比较宽泛，导致实际起控制作用的指标一般仅为一个，对路面结构组合设计的指导性较差。往往材料强度能够满足规范的要求，但路面的非正常损坏依然非常普遍。
2. 半刚性基层沥青路面设计分析
2.1 半刚性沥青路面设计理论
我国现行的路面结构设计理论是建立在弹性层状体系理论的基础上，以设计年限内的换算当量轴载作为交通量指标，按照路面损伤等效的原理确定容许弯沉和破坏应力，利用疲劳破坏的模式设计结构层厚度。在设计理论上是假定一个沥青层厚度，以基层作为承重层设计其厚度。
2.2 半刚性沥青路面设计理论存在的问题分析
沥青路面设计规范在结构层设计和验算沥青层底拉应力时，假设路面各层面之间的界面处于完全连续状态。而实际上层面间往往处于连续和滑动之间的一种边界条件下，使设计和验算力学结构失去意思。规范中弹性层状体系理论是在完全连续状态的假设进行计算，沥青面层底部始终处于受压状态，其弯拉应力验算失去意义，弯沉成为路面设计的唯一指标，不能正确的反映路面的使用状况。当沥青面层的平整度增大时，重车及超载车在行驶过程中所产生的冲击荷载对路面的寿命影响不可忽视，按照规范的规定计算荷载应力、反算路面寿命已没有实际意义。
2.2.1 现行沥青路面设计方法不能控制半刚性基层沥青路面的疲劳损坏
许多计算分析表明，应用现行规范的设计方法和参数设计的半刚性基层沥青路面，在满足设计弯沉要求后，沥青面层几乎完全处于受压状态，底面拉应力验算指标几乎都符合设计要求，设计时难起作用；而半刚性基层或底基层底面的拉应力通常都比其疲劳强度小很多，这一验算指标在设计中也实际上不起作用。因此，表面弯沉值事实上成了唯一的设计或控制指标。然而，许多半刚性基层沥青路面在弯沉值很小的情况下产生了早期疲劳损坏，这与设计理论相矛盾，因此，现行沥青路面设计方法对控制半刚性基层沥青路面的疲劳损坏还是存在一定的问题。
2.2.2 现行设计弯沉指标不能完全反映路面实际质量情况
在荷载轻、交通量小，即路面等级低、结构单一的情况下，采用路表弯沉值作为路面结构设计的指标，不失为一种简便的对策。而对于承受重载的高等级路面来说，路面结构层组合和材料类型都可选用不同的方案，呈现出多样化，而按现行规范，仍采用路表弯沉值作为主要设计指标，便会暴露出它的不足，并会得到矛盾或不协调的设计结果。对于不同种类的路面结构（不同的结构层组合和材料类型），路表弯沉值大的路面结构，其承载能力或使用寿命并不一定会比路表弯沉值小的路面结构差；反之亦然。因而，不能仅依据这一指标值判断出路面结构的承载能力，或者比较出不同路面结构的承载能力的高低。
考虑沥青路面结构体系比较复杂，是以层状结构支撑在无限深的路基上，各层材料性质多变，实际具有弹―粘―塑和各向异性，特别还受到周围环境的气候、水文、地质的影响；作用在路面上汽车荷载的轻、重、多、少以及分布不均匀等。所有这些因素都造成了试图建立一个精确的、通用的路面结构设计数学模型几乎是不可能的，现行采用的路面设计理论是经过某些假定、简化过程的半理论、半经验的设计方法，在实际应用中出现偏差和问题是在所难免，需要设计过程再针对性进行修正设计。
2.2.3 难以准确预测交通量，按规范进行轴载换算无法准确定量转换
在实际项目的设计过程中，指标的选取存在诸多问题，设计前期往往交通观测资料不足，且基本无轴载调查资料，使目前路面结构设计难有可靠、准确的依据，而交通增长率的确定往往受当时政治、经济环境的影响；结构计算代表车型的选定各不相同，对同一条路，不同的代表车型比例选定结果可导致计算累积轴次相差数倍；超载和实载率的影响参数往往在项目所在地缺少本地研究资料，参数难以确定。以上问题的存在往往导致路面结构计算容易变成数字游戏，很难核查路面结构的合理性，对路面建成后的使用寿命也难以正确判断。
2.2.4 半刚性材料设计参数往往与实际材料参数不符
我国幅员辽阔，各地区路面材料性质不尽相同，公路沥青路面设计规范中提供了材料设计参数的取值范围，并不能完全、详细和准确地反映各地土基回弹模量取值的实际水平。目前国内绝大多数地区在道路设计中对材料参数的选取，不是对本地区材料设计参数进行实测并在对实测数据论证后确定，而是依靠查规范推荐值来确定。因此，材料设计参数取值的准确性不能有效保证。半刚性材料设计参数推荐值与实际值不符，出现这种偏差势必会影响到路面结构设计的整体品质，造成路面结构设计的不合理。
3. 半刚性沥青路面设计方法改进
3.1 设计指标的补充完善
目前，半刚性基层沥青路面的表面回弹弯沉较小，即使在路面产生损坏后其弯沉也远小于设计弯沉，由于设计弯沉为回弹弯沉，反映了材料和结构的弹性部分。而车辙是材料的塑性变形累积，显然仅用设计回弹弯沉是不能有效地控制路表车辙的。因此，设计过程应考虑增加沥青路面的车辙设计指标。双层式沥青混凝土层主要以其车辙量作为设计指标，设计应保证其在受压状态(包括考虑界面滑动时)；三层式沥青混凝土层的上两层应处于受压状态，下层沥青混凝土设计指标除考虑其对车辙的贡献量外，应验算其疲劳寿命。基层、底基层的结构设计指标以疲劳开裂为设计指标。土基设计指标以其对路面结构车辙贡献量为指标，可通过土基CBR值或回弹模量与变形累积的关系推算土基车辙贡献量与CBR 回弹模量的关系，从而将设计指标简化为不利季节的土基CBR值或回弹模量。在计算三层式沥青混凝土下层的拉应力或拉应变、半刚性基层底基层底的拉应力或拉应变时应假定沥青混凝土层与基层界面滑动。
3.2 路面结构组合设计建议
（1）面层类型选择
沥青表面层应该具有良好的温度稳定性、抗裂性能、抗温度疲劳裂缝和不透水性的能力。需要采用优质沥青和磨光值高、耐磨耗及抗压碎能力强的碎石做表面层。结构层的厚度与最大粒径之比应控制在大于或等于2。同时，在整个沥青面层中，表面层的抗永久形变能力较差，而表面层对石料的要求较高，甚至要用优质石料，因而从技术和经济两方面考虑表面层不宜过厚，建议结构层的厚度与最大粒径之比应控制在不大于4；细粒式沥青混凝土层或沥青玛蹄脂碎石混合料层的厚度一般采用4 cm。
沥青路面的中面层和底面层的设计应充分考虑沥青混合料的抗永久变形能力（车辙），即沥青混合料的高温稳定性。这是因为车辙可能发生在表面层。也可能发生在中下面层；这与荷载的大小、厚度有很大关系。荷载越大，荷载的影响深度也越大，中下面层产生车辙的可能性就越大。尤其对重载路面，仅仅在表面层上下功夫可能达不到目的，必须重视中、下面层的设计。中面层推荐采用中粒式沥青混凝土，建议厚度5~7cm；下面层推荐粗粒式沥青混凝土和沥青碎石两种类型，经方案比较后选用，建议厚度分别为8~9cm和10cm。
（2）基层类型及材料的选择
基层是主要承受竖直应力的承重层。基层的强弱和好坏对整个路面，特别是对沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的基层，必须具备有足够的强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性小、平整度和与面层结台良好等基本条件。沥青路面的整体承载力完全可以通过半刚性基层材料予以满足，沥青面层仅起功能性作用。当半刚性基层达到一定的厚度时，增加沥青路面的厚度对路面整体承载力提高很少。有关资料表明沥青路面厚度从9cm增加到15cm对路面整体承载力无影响。就强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性来说目前使用水泥稳定粒料较常见。
（3）底基层类型及材料的选择
底基层是主要承受竖向应力的次承重层。底基层的强弱和好坏对整个路面，特别是沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的底基层，必须具备足够的强度、水稳定性、抗冲刷能力等基本条件。根据工程的实际情况和当地材料实际情况，建议采用水稳碎石或级配碎石做底基层，作为半刚性基层和路基的过渡层。
4. 结语
本文在对半刚性基层沥青路面早期病害进行调研的基础上，分析半刚性沥青路面早期破坏的机理及原因。重点分析半刚性沥青路面的设计规范存在的问题，提出改进设计方法，从设计角度提出预防半刚性基层沥青路面早期破坏的措施。
参考文献：
[1] 王敬飞. 半刚性基层沥青路面早期破坏分析及对策，青海交通科技，2005 (2).
[2] 孙文香，厚荣，春雷.半刚性基层沥青路面早期破坏机理及防治措施，交通科技，2005（6）
关键词:沥青路面;水损坏;路面结构;持续粘附能力;表面能理论;分子定向理论
中图分类号:U416
文献标识码:A
文章编号:1009-2374(2009)18-0186-03
一、沥青路面水损坏的特性
沥青路面水损坏是一个普遍存在的问题,也决不是一个过时的话题,特别是在中国南方地区。沥青路面水损坏问题的本质是沥青与集料在静、动水压力作用下的持续粘附能力,这也是该问题的核心。沥青混合料水损坏的作用机理,主要依据是沥青对集料的粘附理论,包括力学理论、化学反应理论、表面能理论和分子定向理论。
(一)沥青特性
沥青一般带负电荷,由于含有少量羧酸和亚枫而呈弱酸性;而集料的岩性决定了集料表面电荷的性质和酸碱特性。所以,按照化学反应理论,沥青对集料的粘附性决定于集料的岩性。
(二)集料特性
某些集料过分坚硬致密,破碎后表面光滑不利于沥青粘附。潮湿的集料与沥青的粘附性大大降低。滞留在混合料内部的水分夏季遇高温会变为水蒸汽,使沥青膜从集料表面撑开。而有些吸水率稍大的集料,只要施工时彻底干燥,沥青将会被吸入集料内部一部分,反而有良好的水稳定性。集料中含有泥土对沥青混合料得水稳定性的影响很大,土壤都带有负电荷,它是强亲水物质。单从材料本身的角度而言,水渗入路面中的途径还是很多的,例如施工时集料本身是含水的,而生产混合料时又不可能完全烘干,又例如施工时由于石料本身压碎值较大或压路机振幅过大,路面表面露白,给水进入沥青与集料之间的界面提供了条件,还有开放交通后集料表面沥青的磨耗、集料本身的损失等,都造成路面内部实际上是长时间处于潮湿状态的,如果沥青与集料粘附性不良,剥落也是不可避免的。排水不良、路面渗水是我国高速公路沥青路面水损害的重要原因,但并非根本原因,根本的原因是沥青与集料的粘附性不良。要防止或减轻沥青路面水损害,最好是能提高沥青与集料的粘附性。但是,消石灰和水泥的添加不可能完全搅拌均匀,抗剥落剂的性能参差不齐,目前国内抗剥落剂的添加工艺的不成熟导致添加效果差,都给沥青与集料的粘附性留下了隐患。
因此,在改善沥青对集料粘附性的同时,对路面结构和排水进行研究改善显然是十分必要的,国内、外对透水基层、抗滑密实的上封层和排水设施等进行了研究与应用,这是疏导的方法。
二、现行设计规范对沥青路面水损坏的考虑
我国现行沥青路面设计规范针对沥青路面水损坏现象作了如下规定:
1.粗集料与沥青应具有良好的粘附性,对年平均降雨量1000mm以上的高速公路和一级公路,表面层所用集料与沥青的粘附性应达到5级;其他情况粘附性不宜低于4级。
2.当粘附性达不到要求时,应通过掺入适量的消石灰、水泥或抗剥落剂等措施,提高粘附性等级及混合料的水稳定性。
3.矿粉必须采用石灰石等碱性石料磨细的石粉,不得使用酸性岩石等其他矿物的矿粉。
4.为防止雨雪下渗,浸入基层、土基,沥青面层应选用密级配沥青混合料。当采用排水基层时,其下均应设防水层,并设置结构内部的排水系统,将雨水排除路基外。
5.为排除路面、路基中滞留的自由水,确保路面结构处于干燥或中湿状态,下列情况下的路基应设置垫层:(1)地下水位高,排水不良,路基经常处于潮湿、过湿状态的路段;(2)排水不良的土质路堑,有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段;(3)季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段,可能产生冻胀需设防冻垫层的路段;(4)基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。
6.现行沥青路面设计规范还规定沥青混合料的空隙率较大、路面渗水严重时宜设上封层。可以看出,现行规范对沥青路面水损坏的防治还停留在给出设计原则阶段,因而是粗线条的,对于中央分隔带、路缘石如何设计、路面结构组合应选用哪些类型的混合料还不够详尽,不能很好地指导建设、施工。
三、影响沥青路面水损坏的路面结构因素分析
路面结构组合和路面排水设计合理时,路面排水通畅,路面结构内部基本无积水或不至于产生动水压力,有利于沥青混合料的水稳定性,反之则不利于沥青混合料的水稳定性。
(一)路面结构组合设计
1.材料――沥青混合料类型。沥青混合料为全开式结构或密实式结构时,路面不易发生水损坏;沥青混合料为半开式结构时,路面易发生水损坏。随着公称最大粒径的增大,渗水系数将增加,所以为了做到密水,减小公称最大粒径是有效的。
施工失败时以上关于沥青混合料类型对路面水损坏的影响的分析不适用。沥青路面密实度小,则孔隙率大,路面结构内部积水,在车辆荷载作用下易产生动水压力。
2.结构组合。路面结构组合设计包括给路面不同层位选择恰当的材料类型,保证路面结构的整体承载力和水稳定性。这包括选择密实而具有良好骨架结构的沥青混合料,使得路面不至于发生表面型水损坏;选择良好的透层和粘层材料,使得路面整体强度足够,不至于发生内部型水损坏;处理好接缝,避免缝边级配离析和压实不足。
例如,近年来广泛采用的三层式沥青路面结构中,上面层普遍设计为AK类沥青混合料,是一种半开式结构,再加上施工离析等原因,路面水损坏严重,在排水不畅的桥面情况更严重;下面层普遍设计为AC-25I型,而实际使用效果该层由于施工离析严重,导致透水严重,大量发生内部型水损坏,使得路面疲劳耐久性差,有时甚至中面层AC-20I型沥青混合料也存在相同的问题。湖北省和广东省就提出将下面层设计为AC-20I型沥青混合料,这一建议显然具有进步性。但是,由于加工更小粒径的碎石工艺流程更繁杂、产量更低和单价较高等原因,这一建议一直没有得到采纳。
对于沥青面层的厚度与公称最大粒径的关系一定要引起注意,必须保证厚度不小于公称最大粒径的3倍,对SMA要求甚至更高。然而,国内一些高速公路建设忽视了这个问题,例如有些公路由于造价的原因减薄了路面结构厚度,却没有相应调整沥青混合料类型,导致两者不相匹配。厚度与公称最大粒径不相匹配一般是厚度偏薄,其后果是级配离析严重,表面缺粒严重,导致压实离析,路面渗水。相反的例子是,施工单位私自调整级配,名义是按设计混合料类型施工,实际调细级配甚至将公称最大粒径减小一个筛孔,使得上述不良现象大大减轻甚至基本消失。
由于国内长期以来注重路面平整度等原因,路面结构设计的主流一直是半刚性基层沥青路面,对于柔性基层结构使用较少,在沥青下面层和上基层之间采用碎石层作排水层的做法自然就难以实施。许多国家在水泥稳定碎石集料上面设置级配碎石层作为过渡层,以减少路面的开裂和有利于排水,成为倒装结构,如南非、法国和德国等。我们经常说有些国家也使用半刚性基层,实际上是组合式基层沥青路面。
过去较多地使用乳化沥青类、稀释沥青类材料作为透层、粘层,但实际使用效果较差,不仅层间脱空,而且水容易渗透进入路面结构,或积存在上基层表面,造成沥青路面唧浆等。稀释沥青类材料作为透层、粘层存在的问题是,我国工程建设往往工期十分紧张,特别是新建公路,有时存在作为稀释剂的煤油还没有挥发就摊铺上一层混合料,影响了路面质量。近年来较多地使用热沥青类材料作为透层、封层,层间结合加强的同时,路面结构防水能力也得到加强。
近年来越来越注重施工缝的设置,这也是结构方面的很好的考虑,例如,相邻两幅及上下层的横向接缝均应错位1m以上,上面层应采用垂直的平接缝。上、下层的纵缝应错开150mm(热接缝)或300～400mm(冷接缝)以上。这些措施有利于防止集料离析上下重叠或左右紧邻,防止形成联通的透水面积。
(二)路面排水设计
路面排水设计与沥青路面水损坏密切相关,适当的路面排水设计与路面结构设计组合可以极大地减缓路面水损坏。路面排水设计应遵循几个原则,使得路面降水尽快通过路表迳流排走,进入路面结构内部的水以尽量快的速度通过路面结构内部排水系统排走。
1.中央分隔带排水。在我国,中央分隔带植树防眩而不加封闭带来的水损坏现象一直以来没有得到改善,但近年来,一些公路特别是改扩建的公路开始将植树以外的面积采用浆砌片石等措施进行封闭。遭受抱怨的还有反滤土工布被立柱打穿,造成中央分隔带渗水,但可从设计上检查立柱尺寸是否足以穿透土工布。
2.硬路肩排水。挡水式的路缘石使路面表面排水滞留在路面上成为水坑,也妨碍了具有一定透水能力的表面层的内部积水从硬路肩排出。近年来较多采用了平放的路缘石,不至于使水滞留在路面上。
3.路面结构内部排水。挖方路段的排水往往是薄弱环节,尤其要注意边沟的深度,不仅能排路表水,还应能排结构层的水,使路面内部的水能排入边沟。路基中有地下水或裂隙水冒出时,将使路基含水量过大,承载能力严重降低,所以挖方路段的纵向排水盲沟也是很重要的。在沥青层下设置排水层,可以是级配碎石层,也可以是嵌挤良好的沥青或水泥稳定碎石(或贯入式结构层),空隙率应达到15%以上。但施工期间必须保证路面不被污染,以防止将空隙堵住。
(三)施工质量和工艺
施工质量和工艺的可靠、合理是一切设计得到体现的保证,是工程建设的生命。没有施工质量和合理的工艺作保障,任何完美的设计都只是一纸空文。
以上路面材料、结构组合和路面排水系统等几个影响因素都对沥青路面水损坏存在影响,相互之间一方面普遍存在联系,另一方面又存在相对独立性。它们是通过沥青与集料在静、动水压力作用下的持续粘附能力这一内部影响因素而相互联系的,故属于内部联系、本质联系。
四、沥青路面水损坏的室内试验研究方法简介
一般而言,沥青路面水损坏研究以沥青路面在车辆荷载和路面结构内部水的双重作用下的损坏为研究对象。没有车辆荷载的作用,动水压力无从产生;没有路面结构内部水的存在,即使有车辆荷载,也不会产生动水压力,故车辆荷载和动水压力对沥青路面的水损坏研究缺一不可。
目前,有关水对沥青混合料性能影响的研究大部分集中在分析沥青混合料的水敏感性和抗水损坏材料的开发上,而有关水的作用对沥青混合料长期性能的影响,以及路面在此条件下的疲劳寿命衰减等方面的研究工作进行得较少。
常规的描述水对沥青混合料性能影响的试验方法大致可分为两类:
一类是将未经压实的松散沥青混合料浸于水中一段时间后,主观评价或利用试验仪器检查集料裹覆沥青膜的剥蚀程度,并据此作为判定沥青混合料水稳定性的依据。这类方法以水煮法、浸水法和光电分光度法为代表,美国SHRP研究内容中还发展了一种搅动水净吸附法。目前有研究改变这类试验的试验参数如试验温度、试验时间等进行试验,取得了初步效果。
另一类评价方法是将沥青混合料试件或芯样置于一定的水浸蚀环境条件下,以某些物理力学指标的衰减程度来表征混合料的水稳定性。这类方法有马歇尔试验、冻融劈裂试验、洛特曼试验、改进的洛特曼试验以及浸水轮辄试验等。
也有过一些研究从一定角度模拟了水对沥青混合料的动态作用,如Jimenez在亚利桑那大学提出重复孔隙水压力的作用。为了能够模拟孔隙水压力,将试件浸入水中,同时施加一个能够产生35～217kPa的孔隙水压力的循环应力作用。Jimenez认为这个水压力范围与饱和状态沥青路面在车辆荷载作用下产生的孔隙水压力范围是相吻合的。
工欲善其事,必先利其器。恰当的试验方法是通向研究成功的第一步,也是关键的一步。在目前沥青路面水损坏普遍严重存在的情况下,研究有效评价沥青混合料或沥青路面水稳定性的室内试验方法,是十分有必要的,也是十分紧迫的。
五、沥青路面水损坏的现场试验研究方法
为了使沥青混合料水稳定性研究符合实际、接近实际,光凭室内试验分析是不够的,有必要在实体工程中开展现场试验研究。然而到目前为止,国内外还没有完整地提出过进行沥青路面水损坏现场试验研究的思想,已有的研究还只限于在路况调查阶段对沥青路面水损坏进行分类、归纳、统计和分析查明原因。沥青路面水损坏现场试验研究方法的提出,无疑将成为本课题研究的一个创新点。
1.比较研究不同结构组合沥青路面的水稳定性,如半刚性基层与沥青稳定基层沥青路面,又如表面层设计为AK-13A、SAC-13的和SMA-13A的进行比较,中、下面层设计为AC类结构的和FAC类的结构进行比较,层间结合采用乳化沥青的和采用热沥青的进行比较,下封层采用应力吸收层的与采用热沥青上撒布瓜米石的进行比较。比较的具体方法可以采用现场病害调查(反映表面水损坏情况),也可以采用路表弯沉检测分析(反映内部水损坏情况),既能调查得到需要的数据,又不对路面造成破坏。
2.利用TBR仪等无损检测手段检测路面结构内部实际含水情况,比较不同路面结构表面和内部排水设计的沥青路面的水稳定性,例如对是否设置排水垫层的路面进行对比,对是否封闭中央分隔带除植树以外部分的路面进行对比,对是否设置硬路肩路缘石的路面水稳定性进行对比。
3.利用动水压力测试系统,对车轮荷载作用下动水压力进行测试,为路面结构受力分析提供更多参数。
4.利用公路改扩建的机会,进行开挖试验,检验不同路面结构组合、不同路面排水设计情况时的沥青路面水稳定性。
六、结语
沥青路面水损坏涉及设计、施工和养护等众多环节,而路面结构设计的影响尤其重要。针对沥青路面水损坏的现状,显然应该从设计的角度下更多的功夫,例如现行设计规范主要从力学的角度考虑沥青路面结构承载能力,对水损坏的考虑就有很大的欠缺,没有针对路面使用性能进行设计。要想在短时间内解决路面设计方法体系显然是有不小困难的,然而,从材料的角度对沥青路面水损坏的室内、外试验研究也还很不够,特别是没有从理论上很好地解决沥青混合料水稳定性的原理,这也是沥青混合料水稳定性设计和检验的难题所在。
参考文献
[1]沈金安. 国外沥青路面设计方法总汇[M].人民交通出版社,2004.
[2]张林洪,等.公路排水设施施工手册[M].人民交通出版社,2004.
[3]董泽蛟.多孔介质理论下饱和沥青路面动力响应分析[D].申请哈尔滨工业大学博士学位论文,2006,(9).
[4]黄晓明.路面设计原理与方法[M].人民交通出版社,2001.
[5]张登良.沥青路面工程手册[M].人民交通出版社,2003.
[6]沈金安,等.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].人民交通出版社,2004.
[7]于凤河,等.道路改扩建工程设计与施工技术[M].人民交通出版社,2004.
[8]刘和凤,等.高等级公路沥青路面防排水设计[J].中南公路工程,2005,30(12).
[9]程英伟,等. 湖北省高等级公路沥青路面面层材料选用研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2005,29(8) .
[10]张宏超,等.沥青混合料水稳定性能全程评价方法研究[J].同济大学学报, 2002,30(4).
[11]公路沥青路面设计规范[S].人民交通出版社,1997.
[12]公路沥青路面设计规范(讨论用报批稿),2004.
为了直观地理解在沿所述结构的表面的深度方向的路面层拉伸应变的变化，使该车轮的间隙在中心处的X，Y应变沿表面结构拉伸改变映射的深度方向(见图1)。图1显示了路面结构层的X，Y拉伸应变，除了在该层的变化上是不同的，它基本上是类似的趋势。沥青层基本上与第一压缩再拉，深度越深，就越有拉应变的沥青层的底部达到最大值，并且Y向大于X向的拉伸应变。沥青路面设计时，Y向的沥青层底部张应变是控制不产生沥青面层裂缝的一个重要指标。内轮载到沥青层底拉应变的范围示于Y向三维分布(见图2)。结合上述理论，并在法国，日本等发达国家，半刚性沥青路面的沥青厚层具有优异的性能，京津塘(北京—天津—塘沽)高速公路，广深(广州—深圳)高速公路一层厚厚的沥青路面结构也取得了良好的效果。因此，厚的沥青路面结构层+半刚性基层可以达到很长的使用寿命，作为长寿命沥青路面是可行的。在国外的半刚性沥青路面调查厚沥青层的沥青厚度通常为20cm～30cm，而半刚性基层为15cm～50cm，半软质和半硬质基底基板具有相同的性能，因此，半柔性的长寿命沥青层厚度的结构在15cm～50cm，长寿命沥青路面结构见表1。采用路面结构BISAR310应力载荷的双圆均布荷载计算，按标准轴载100kN，超载30%，50%和80%分别计算负荷计算点位于圆心下直到基层双底。根据规格的半刚性限制劈裂强度，应取0．45MPa。
2常规沥青混凝土路面结构层
路面厚度是使用特殊的程序APDS97来计算，采用多层弹性连续介质理论，均布荷载作用下的双圆，以设计的路面弯沉的整体刚度指标计算设计和沥青路面和半刚性的基础，检查底板的拉伸应力，结合各结构层结构的最小厚度进行适当的调整。交通特别繁忙的特重车道路面结构如下:上层是由密级配4cmAC-13SBS改性沥青混凝土组成，中面层采用6cm中粒式密级配AC-20沥青混凝土，下面层是12cmATB-30粗粒式沥青碎石，基层为38cm水泥稳定碎石，最后为20cm水泥稳定碎石基层+30cm稳定碎石稳定土;交通繁忙的重车道路面结构如下:上层是由4cmAC-13SBS改性沥青混凝土组成，下面层采用6cm中粒致密级沥青混凝土AC-20，基层为34cm水泥稳定碎石，底基层为20cm水泥稳定碎石或30cm稳定土。
3两种路面结构经济分析
1)初始成本。参考最近的公路建设材料价格及相关的机械成本，长寿命沥青路面结构设计造价比传统一般沥青路面结构设计的造价高234．1元/m2。
2)维护成本。传统一般沥青路面结构设计寿命为15年，假设在其运营期间，更换3次上层，中间层改变2次的总成本为52元/(m2•年);而长寿命沥青路面结构设计使用年限为30年，以更换5次磨耗层，更换3次抗剪切层，更换1次联结层，费用总计为44元/m2。
3)残值。从工程经济分析的角度来看，按照1/3的初期建设成本考虑，对传统一般沥青路面结构设计剩余价值的原设计是164元/m2，长寿命沥青路面结构设计为208元/m2。
4结语
在本文中，通过传统一般沥青路面结构设计与长寿命沥青路面结构设计的技术和经济成本的比较得出结论如下:
1)这两种不同的设计方案，均可满足山西重、特重车道道路路面的技术要求。
