淺談瀝青路面結構組合設計

曹錦王斌

(商丘市公路管理局，河南 商丘 476000)

一 瀝青路面應力狀況分析

車輛荷載作用在瀝青路面上時，就會有豎直壓應力、徑向彎拉應力產生;隨著溫度的變化也會產生彎拉應力或徑向壓力。

在常溫的情況下，豎直應力使瀝青路面產生的豎直變形一般是黏彈性的，即隨著荷載的消逝逐漸得到恢復。瀝青路面的豎直變形連同基層和土基的豎直變形一起，構成路面的整體彎沉。

在高溫時，瀝青面層“軟化”，在車輛荷載作用下，伴隨著黏彈性變形的同時，常常要產生塑性變形，它構成了瀝青路面車轍的一部分，也是瀝青路面車轍形成的初級階段。隨著車輛的豎直荷載作用，瀝青路面的剛度也會隨之加大，在其底部拉應力就會出現，同時底部的拉應力會瀝青路面剛度的變大而變大。對于面層尤其明顯，拉應力增大的程度更加急劇。瀝青面層底面最大拉應力一般在荷載面的中軸處。雙圓荷載時，最大拉應力一般出現在某一荷載面的中軸處。但當面層很厚時，隨層厚的增大而移向雙圓荷載面的對稱軸處。

在圓形均布水平荷載作用下，面層內會出現較大的徑向拉應力，特別在荷載邊緣處，其數值更大。增加面層的剛度，會導致層內剪應力的增大，在豎直荷載作用下，面層內任一水平面上的最大徑向剪應力一般出現在通過荷載作用面邊緣的垂線上，最大值出現在面層的中部。

此外，當路面溫度變化時(升溫或降溫)，由于熱脹冷縮，層間的結合力又限制了路面的自由脹縮，從而在路面中產生溫度應力。特別是在降溫過程，由于瀝青面層的收縮受到基層的制約而產生拉應力，當該應力超過其自身的抗拉強度時則引起路面開裂，在荷載與溫差的共同作用下，逐漸向瀝青面層擴展，最終形成面層的橫向裂縫，該種裂縫稱為反射裂縫。

二 瀝青路面結構組成

瀝青路面結構層可由面層、基層、底基層、墊層組成。面層是直接承受車輪荷載反復作用和自然因素影響的結構層，一般由1—3層組成，其表面層可根據使用要求設置耐磨的抗滑層或密級配的瀝青層，中面層，下面層可根據公路等級、瀝青層厚度、氣候條件等，選擇適當的瀝青結構層。

面層之下設置基層，車輛荷載通過面層傳遞到底基層、再由底基層傳遞到墊層上，基層是公路的主要承重層，所以基層所選用的材料穩定性和強度一定要高，按強度原理和技術性能的不同，基層分為柔性基層和半剛性基層兩大類。柔性基層是用各種粒料按嵌鎖原理或密實原理構筑，半剛性基層是用無機結合料穩定地方性材料構筑。半剛性基層按穩定劑的種類分為水泥穩定類、石灰穩定類和工業廢渣穩定類。

底基層是設置在基層之下，與基層一起共同承重的結構層;底基層所用材料的強度和穩定性可比基層略低一些。

基層、底基層視公路等級和交通量需要可設置一層或兩層。墊層是設置在底基層與土基之間的結構層，起排水、隔水、防凍、防污等作用。墊層一般設置在地下水位高、排水不良或有裂隙水等水文不良、路基經常處于潮濕的路段。墊層材料可采用粗砂、砂礫、煤渣、礦渣等粒料或無機結合料穩定材料。

三 瀝青路面結構組合設計原則

想要確保瀝青混凝土路面，在設計年限內，在車輛荷載和各種自然因素的作用下，能夠取得最佳的經濟效益，一定要選擇合理的路面結構層次。經過多年的工程經驗和理論數據對路面結構組合設計的原則進行總結。

1.適應行車荷載作用的要求

對于車輛荷載主要有兩方面的:垂直力和水平力，同時車輪還會對公路的表面造成一定的磨耗。所以公路面層的抗變形能力和強度一定要滿足要求。由于公路從上到下，各個層的強度和抗變形能力逐漸減小。所以在組合路面結構時，各結構層應按強度和剛度自上而下遞減的順序安排，充分發揮各個結構層的作用。

在對瀝青路面進行設計時，一定要考慮交通量的多少、公路的設計等級和瀝青的質量，通過公路的設計等級、交通量的多少、瀝青的質量性能等因素來確定瀝青路面的合適的厚度。在確定基層或底基層的厚度時，需要很據所選用的材料的力學性能、交通量多少、施工現場的具體的地質情況、所選用的機械設備等因素進行確定。瀝青路面相鄰結構層材料的模量比對路面結構的應力分布有顯著影響，是合理確定結構層層數，選定適宜結構層材料的重要考慮因素。

2.在各種自然因素作用下穩定性好

對于瀝青路面結構層進行組合設計的過程中，牽涉到一個最關鍵的問題是確保瀝青路面的水穩性。如果瀝青路面修筑在比較潮濕的路段上，瀝青層不具有透氣能力，導致基層中的水分無法通過面層散發，最終都聚集在基層中。若公路基層所選用的含土量較高的材料，特別塑性指數大的土，在水分過高的情況下，其剛強度就會大大降低，這樣就很容易出現路面開裂的不良現象。因此如果擬建公路地段的比較潮濕，在選擇基層材料時一定要選擇水穩性好的。

如果擬建公路修建在氣候干燥或者寒冷的地區，基層材料選用無極結合料穩定土時出現收縮裂縫的現象時有發生。直接在基層上鋪筑瀝青時，公路的瀝青面層就會有反射裂縫出現，這對瀝青面層的質量有著嚴重的影響，為避免這種情況的發生，需要對面層適當的加厚。

3.考慮各類結構層的特點

路面結構層通常是用密實級配、嵌擠以及由結合料穩定形成的板體等方式構成的，所以在設計和施工的過程中，一定要確保結構層的強度和鋼度滿足規定的要求。施工選用的材料、施工方案、施工工藝、路面結構的組合這些都是影響結構層構成的重要因素。例如石片基層上嚴禁直接鋪筑瀝青面層，一定要在兩層之間鋪設一層碎石過渡層，如果沒有碎石過渡層，由于片石的容易出現松動的現象，松動以后就會有裂縫反射到瀝青面層上，瀝青面層很容易出現開裂或沉陷的不良狀況。這類片石也不能直接鋪在軟弱的路基上，而應在其間鋪粒料層。又如，瀝青混凝土或熱拌瀝青碎石之類的高級面層與粒料基層或穩定土基層之間應設瀝青碎石或應設瀝青貫人式聯結層。為了保證路面結構的整體性和結構層之間應力傳遞的連續性，應盡量使結構層之間結合緊密穩定。

四 結語

在對瀝青路面進行設計的過程中，一定要確保面層耐久，基層穩定堅固，結合工程的實際情況選擇優良的施工材料，堅持養護方便、施工的便利的原則，制訂完善詳細的施工方案，采用先進的技術進行施工，確保工程滿足經濟合理的要求。

[1]王永勝，孔永健.基于使用性能的路面結構設計[J].森林工程.2005(02).

[2]陳驍，朱春陽.不同瀝青混合料設計方法對比評價分析[J].中外公路.2007(04).