基于IV區氣候條件下的瀝青路面設計研究

李滿

[摘要]在不同的溫區劃分下，瀝青路面有不同的設計方法。文章基于廣東某第IV溫區快速路項目設計方案，闡述了不同溫度條件下瀝青路面的設計方法。

[關鍵詞]瀝青;IV溫區;瀝青路面;設計? 文章編號：2095-4085（2019）05-0046-02

瀝青路面與水泥路面相比較，噪音小，灰塵少，行車舒適性更好，且修復速度快，碾壓后即可通車。瀝青路面設計通過合理的組合方案，不僅能減少夏季高溫可能導致的泛油和車轍等病害，還能控制冬季低溫而引起的脆性破壞，使道路的使用壽命得以延長，是道路建設中一種被最廣泛采用的高級路面^[1]。近幾年，我國的公共基礎設施建設廣受關注，交通事業得到了飛速發展，具備優良性能的瀝青路面在全國范圍內得到了應用^[2]。瀝青路面的設計在道路建設中起著至關重要的作用，甚至直接決定了道路建成后的各項路用性能^[3]。瀝青路面設計主要包括瀝青種類選擇，瀝青混合料類型選擇以及瀝青路面結構形式的組合設計。在瀝青路面結構形式的組合設計中，自然氣候是決定其設計的重要因素之一^[4]。

1? 瀝青路面設計簡介

隨著深度的逐漸增加，道路路面所受的行車荷載越來越小，自然氣候對其影響程度也越來越弱。所以，隨著深度的逐漸增加，路面材料的強度、穩定度也越來越好。為了使修筑道路滿足人們的使用需求，高等級路面在修筑時均采用分層修筑的方式。根據各層功能的區別，將路面從上至下分為面層，基層和墊層。^[5]

在進行瀝青路面設計時，自然氣候是考慮的第一要素。有研究表明，路面溫度會隨著氣溫的變化而變化，氣溫越高的話路面溫度也會越高。由于結構和比熱容的差異，路面溫度的變化范圍遠大于氣溫。太陽輻射與海拔高度和地理位置密不可分，輻射越嚴重的話路面溫度也會越高。風速會影響路面的熱交換系數，風速越大時，路表熱交換過程進行得也越快。降雨也會影響路面溫度。我國幅員遼闊，自然條件差異巨大，所以在進行瀝青路面設計時，根據氣候分區和水文地質條件，選擇最為合理的設計方案顯得尤為必要。

2? 不同溫度條件下瀝青路面設計原則

為了明確瀝青路面內部溫度的分布規律，進一步的指導瀝青路面設計，開展一系列預測瀝青路面內部溫度的相關研究，在不同的天氣狀況下，對試驗段瀝青路面不同深度處的溫度進行了一系列的測量。采用統計學方法分析不同氣象條件下溫度數據，并建立適用于瀝青面層和柔性瀝青基層的2種溫度預估模型，并將該模型和BELLS3溫度模型所測得的預估結果與測量溫度進行比較，用來驗證所提出模型的準確性。瀝青路面的溫度分布和外界氣溫二者的關系密不可分。距離路面越近時，靈敏度也就越高。溫度、荷載對路面面層都有顯著影響，相比較而言，面層溫度應變一般情況下大于車輛荷載應變，最不利溫度應變和車輛耦合應變在此情況下會超出材料的容許應變，因此，在瀝青路面設計參數分析的過程中，應充分考慮溫度效應這一因素。在不同溫度下，總結其疲勞損傷規則，在不同地區的氣候差異的情況下，提出當量溫度，并提出了針對疲勞當量溫度所采用的計算方法。

在瀝青路面設計的過程當中，為了更深入地探索溫度對瀝青路面結構應力所產生的影響，隨著溫度變化，針對彈性模量和溫縮系數，建立了與其相關的三維有限元模型。針對溫度降低，彈性模量等參數，分析了它們是如何對瀝青路面溫度應力產生影響的。在保持瀝青面層的彈性模量和溫縮系數二者不變的時候，降溫過程中，其各個層位的溫度應力在一定程度上都有顯著的增加，結果表明，對于瀝青路面面層的溫度應力而言，在一定程度上，溫度的降低對面層溫度應力的增加起著非常重要的作用。在相同溫度場的情況下，對于面層模量及溫縮系數，它與瀝青面層各層溫度應力具有更明顯的線性關系。當這兩個參數增大時，溫度應力亦呈現出線性正相關。即在瀝青路面結構的設計過程中，應充分考慮到面層模量及面層溫縮系數二者的大小變化，因為二者對溫度應力影響相對來說是比較大的。

3? 基于廣東某快速路項目的瀝青路面設計研究

廣東某快速路工程項目其設計指標為如下。（1）自然區劃IV區，路基土壤類別為粘性土，包含砂礫粘土。（2）設計年限瀝青混凝土路面使用年限為15年。（3）標準軸載BZZ-100。（4）設計年限內，路面單個車道累計當量標準軸次為1.98×10⁷。在此溫區的快速路工程路面結構是在原有水泥砼路面兩側新建水泥砼路面后，再整體加鋪瀝青砼。全線瀝青面層設計為三層，在水穩基層與瀝青下面層之間，須噴灑透層油;且待透層油下透后再鋪設1cm瀝青下封層，最后再施工中上面層。當在水泥混凝土面板上鋪筑瀝青面層時，在水泥砼面板上噴灑乳化瀝青粘層油，并且瀝青各面層間均要求噴灑乳化瀝青粘層油。為保證層間粘結效果，粘層油需用到瀝青灑布車，要求均勻不產生花點。

根據公路自然區劃，第IV溫區為東南濕熱區，雨水豐富且集中，季節性強，雨期長，路基路面經常受雨水沖刷產生路基滑坡，路面結構損壞等病害，因此路面結構設計時必須做好相應的排水設計。該地區路基填土多為軟土，強度較低，必須加以排水固結夯實等處理。由于該區域高溫季節持續時間長，必須考慮選用的瀝青材料具有良好的熱穩定性和抗水損害性能。此外，在瀝青路面設計過程中，路面溫濕的影響必須要結合當地實際工程，選擇合適的瀝青，混合料類型和路面結構形式，以增強瀝青路面設計的可靠性。

其在既有的道路上加鋪路面結構如下，表面層采用改性瀝青砼（AC-13）5cm，中面層采用中粒式瀝青砼（AC-20）7cm。而改性瀝青具有具有優良高溫，低溫，抗疲勞等路用性能，所以在此工程中對于IV區的瀝青工程的應用是可行的，保證了路面的耐久性和耐磨性。

4? 總結

針對IV區的濕熱氣候狀況，路面車轍和水損害是該區瀝青路面存在的主要病害。瀝青路面是柔性路面，車轍是難以避免的路面病害之一，IV區高溫時節長，更高的耐高溫性能要求是路面設計時必須考慮的，因此選擇高溫性能優良的改性瀝青材料。雨水浸入路面結構中導致瀝青與集料粘結力下降，進而引發整體結構失穩，通過選擇高粘瀝青以及結構密實的混合料類型可以有效解決水損害問題。基于廣東某快速路項目對瀝青路面的設計進行了研究，并且在本項目的特定的溫區下提出了合理的設計方案，提出了基于IV區的溫區劃分的條件下瀝青路面的設計方法。

參考文獻：

[1]張超凡.水泥路面與瀝青路面優缺點比較[J].交通世界，2018，（27）：20-21.

[2]馬峰，馮喬，傅珍，張耀.不同級配復合改性瀝青混合料路用性能[J].廣西大學學報（自然科學版），2019，44（1）：219-227.

[3]李蘇文.瀝青路面設計中存在問題分析及措施[J].黑龍江交通科技，2018，41（9）：64-65.

[4]羅蘇平.高溫多雨地區瀝青路面病害環境與多場耦合效應研究[D].長沙：中南大學，2012.

[5]邵財泉.中外瀝青路面設計方法對比研究[D].南京：東南大學，2015.