瀝青混凝土路面結構組合分析與合理厚度

西丙辰

(1.黑龍江省航道局;2.黑龍江省公路學會)

瀝青混凝土路面結構組合分析與合理厚度

西丙辰1，2

(1.黑龍江省航道局;2.黑龍江省公路學會)

預防瀝青路面早期損壞不能押寶于變異性最大的材料與施工控制環節。在進一步規范材料與工藝設計的同時，應注重結構厚度與組合設計，從設計體系上降低早期損害的可能性。因此有必要對高速公路各瀝青混凝土結構層進行系統的試驗研究，考慮結構、材料與工藝的一體化設計，采用合理的技術措施，嚴格控制混合料配合比設計與施工管理，以保證高速公路瀝青路面的施工質量。

瀝青混凝土路面;結構組合分析;合理厚度

1 結構組合設計

輪載作用于路面表面，其豎向應力和應變隨深度而遞減，因而對各層材料的強度和模量的要求，也可隨深度而相應減小。因此路面各結構層應按強度和模量自上而下遞減的方式組合。這樣既能充分發揮各結構層材料的能力，又能充分利用當地軟質材料充當路面結構的底基層或基層，從而達到降低工程造價的目的。

采用強度和模量按深度遞減的規律組合路面時，還應注意各相鄰結構層之間的模量不能相差過大。瀝青路面應力與應變分析表明，上下兩層模量相差過大時，上層底面將產生較大的拉應力(拉應變)，這時為避免其超過材料本身的疲勞彎拉強度(或拉應變)而出現疲勞開裂，就必須增加以上各層的厚度，從而使路面結構設計不合理。

根據經驗與應力分析，基層同面層的回彈模量比不應小于0.3，土基與半剛性基層的模量比應為0.08～0.40，半剛性層與其下層的模量比應為1.0～2.5，這樣路面結構一般不會出現過大的拉應力(拉應變)。但這只是參考值，它會隨著整體性結構層的抗彎拉能力而變化，目前由于改性瀝青混凝土或貧混凝土基層抗彎拉能力較傳統結構材料有較大提高，因而結構層的組合范圍會更大一些。

2 層間接觸條件

瀝青路面應力與應變分析表明，路面結構設計中層間結合條件對設計結果有較大影響，尤其是對拉應力(包括剪應力)，滑動狀態下基層層底拉應力比連續狀態提高1～2倍。而設計中采用什么樣的層間接觸條件取決與施工條件和材料特性。如果路面按滑動狀態設計就顯得過于保守，路面厚度更厚。原則上我們路面工程設計時應采取工程措施盡量保證各層的連續結合，但實際情況并不能保證各結構層間處于連續狀態。

為此設計中各結構層的層間接觸狀態可根據具體情況按以下原則確定。

(1)瀝青結構層的層間應采取工藝措施盡量保證連續接觸，設計時按連續狀態設計。

(2)整體性材料與粒料或土基之間均按連續狀態設計。

(3)半剛性基層與瀝青層之間應采取措施保證層間連續，并按連續狀態設計。若經論證有可能產生滑動時，可按半滑動或滑動驗算。

3 雙層式面層結構

瀝青路面一個很重要的優點就是瀝青路面適宜于分期修建。傳統的高等級公路的路面，采用的都是三層式路面結構，而本設計提出的“一次設計、分期修建”的改造思想，無論是對高等級公路修建，還是維修、養護和管理，都有著非常重要的意義。

(1)雙層式面層結構的優點。

從以上分析中可以看出，相對于傳統的三層式面層結構，如采用“一次設計、分期修建”的思想，先修建兩層瀝青混凝土面層，可有效防止瀝青混凝土的老化，延長道路的使用壽命，還可以防止瀝青路面各種病害的發生，節約大修和翻修的費用，節省施工隊伍施工作業的時間，縮短施工工期，帶來可觀的經濟效益。無論是從結構功能、使用功能，還是從施工工藝、經濟性等方面來說，雙層式路面結構都有著無可比擬的優越性。先修建的雙層式路面結構，可以等交通量增長以后，再將表面層洗刨掉一定厚度，然后加鋪一層混凝土面層結構，最終形成三層式的路面結構，這樣一來，不但可以有足夠的結構層來承擔道路荷載，滿足道路的各種使用功能的要求，確保道路的使用壽命，還可以節約大量的投資成本，給投資者帶來大量的經濟效益。

(2)雙層式面層結構的缺點。

對于雙層式瀝青混凝土的表面層來說，不僅要具備上面層的功能特點，將來加鋪后，還必須具備中面層的功能特點，這就對該層混合料提出了嚴格的要求。為了保證道路的結構性、行使舒適性、整體性和耐久性等要求，就必需對該層的材料選擇、混合料的級配設計以及施工工藝等進行嚴格的設計。如果設計不合理或者施工質量達不到，則會給道路帶來嚴重的早期損害，接著還會發生一系列的破壞，不但會延誤施工工期，影響行車安全，還會帶來巨大的經濟損失。如此一來，如何選擇合適的材料，設計合適的級配，采用合理的施工工藝，使該層能滿足不同結構層功能的要求，就成為本設計的重點內容。

按交通量分級屬于中交通，可考慮瀝青路面結構層的分期修建方案，設計年限可適當調整，并預留加鋪層標高。路面結構的確定應附上結構設計方案的技術經濟比較。

(3)雙層式路面結構合理厚度。

從路面設計角度，5 cm中粒式瀝青混凝土+7 cm中粒式瀝青混凝土和4 cm細粒式瀝青混凝土+8 cm中(粗)粒式瀝青混凝土雙層式結構都可以滿足要求?？紤]到區域交通量的現狀與增長趨勢，瀝青面層宜采用5 cm+7 cm雙層式結構，以便于若干年后加鋪一層AC13或者SMA13。如若選擇4 cm+8 cm的結構，為了滿足公稱最大粒徑與結構層最小厚度關系的要求，上層只有采用AC13或者SMA13，如此則不便于后期加鋪新結構層。

以黑龍江省齊泰公路瀝青面層為例，介紹雙層式瀝青路面材料設計、施工控制和質量評價。齊泰公路所處地區雖然交通量小，但是超載現象普遍存在。因此采用中粒式瀝青混凝土AC16(上面層)和AC20(下面層)，同時按照骨架密實原則開展材料設計以應對重載作用。另外，車轍主要產生在瀝青路面中面層。出于應對交通的需要或者養護維修的需要，運營若干年后適宜加鋪密實防水抗滑耐久的細粒式瀝青混凝土，此時AC16作為中面層。所以，采用雙層式瀝青路面結構應對中輕交通，開展骨架密實型瀝青混合料級配設計應對當前的重載和若干年后的繁重交通，能夠節約公路建設的一次性投入，為后續加鋪工作帶來便利。

U416.217

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1008-3383(2012)11-0065-01

2012-06-12