公路瀝青路面結構層位與功能分析研究

何燕立

（廣州市道路養護中心，廣東 廣州 510000）

瀝青路面是我國高等級公路主要的路面形式，根據瀝青混合料的性能和受力特點逐層攤鋪碾壓而成。瀝青混合料是通過高分子有機結合料瀝青與礦粉裹附后將松散的粗細集料膠結在一起形成整體作為面層，與基層和墊層一起承擔著行車荷載和外界環境因素的影響。不同的瀝青混合料材料類型和層位特性發揮著不同的功能，共同為抵御著環境的變換和侵蝕以及荷載的作用，保持著瀝青路面性能的整體穩定性，為車輛的行駛提供一個平整、堅實和安全的連續界面。

1 瀝青面層功能與材料

1.1 路面結構受力特點

行車荷載和自然環境對路面既各自產生作用，又共同造成影響，并且在路面內部產生的效應會呈現出明顯的隨深度增加而逐漸變化的特點，其中壓應力逐漸減弱，豎向荷載產生的剪應力先增大后減小，水平荷載產生的剪應力集中在表面層，并沿著深度方向迅速減弱，彎拉應力主要出現在承重層的底部，是結構層疲勞破壞的高發層位[1]。因此，為了適應不同深度處的力學響應，控制相應的變形與破壞，瀝青路面不同層位應具有不同的功能特點。

1.2 面層的層位功能與材料特性

表面層是車輛荷載和自然環境直接接觸的層位，屬于高壓應力區，為了車輛行駛的安全、舒適和經久耐用，表面層應具有平整、粗糙、耐磨、抗滑、密水和耐老化等功能。根據層厚，中面層通常是豎向荷載剪應力最大的區域，應具有髙溫抗車轍和密水等性能，下面層為拉壓過渡區，底部通常會產生一定的彎拉應力，該層位應具有良好的抗疲勞性能和其他性能要求。為了滿足上述功能要求，通常認為密級配中粒式或細粒式瀝青混凝土最適用于表面層，按照相應的壓實標準，其碾壓成型后的空隙率一般為3% ～6%，既可以有效防止水損壞，又為溫度升高時瀝青體積膨脹預留了一定空間，具有優良的路用性能。根據大量工程實踐，表面層通常不使用空隙率大于6%的半開級配瀝青混合料，如瀝青碎石AM，避免壓實后空隙率處于6% ～12%的范圍導致水容易滲入混合料卻難以流出，形成大面積水損壞。除此之外，密實型級配瀝青混合料由于瀝青膜較厚，瀝青材料的性能發揮著主要作用，其結構抗裂性、疲勞強度、抗老化能力和耐久性均較具有明顯優勢，但熱穩定性方面相對較差。對于高溫地區的重交通和特重交通等級，可從瀝青材料和瀝青混合料結構類型上進行改善，如采用高性能改性瀝青和骨架密實型瀝青混合料。

瀝青中面層和下面層所處層位的受力環境同樣復雜，但由于不直接和車輛及環境接觸，在平整度和抗滑耐磨等方面的要求可適當放松。并應結合層位受力特點和破壞類型在抗剪切流動變形、抗疲勞裂縫等方面提出更高的要求。

2 基層功能與材料

2.1 基層的層位特點

我國瀝青路面基層主要采用無機結合料穩定類材料，是路面結構的主要承重層，抵抗著瀝青面層向下傳遞的全部荷載并向下擴散，不僅如此，對于受水文環境影響而產生性能波動的路基結構，路面基層還要承擔路基不均勻支撐所產生的變異性。作為主要的受力層，基層的設計主要抵抗荷載產生的彎拉疲勞作用，該性能的優劣直接影響著基層甚至整個路面的使用壽命。因此要求基層結構具有較高的強度、穩定性和耐久性，由于該層位不與車輪和自然環境直接接觸，則材料的抗滑性能、抗剪切變形等性能指標要求可以相對放松。

2.2 基層功能與組合設計

國內瀝青路面的面層層位和材料類型基本穩定，為了適應不同的交通荷載和環境的作用，通常在基層材料的選擇和組合上體現出明顯的不同。目前，瀝青路面的基層以無機結合料穩定材料的半剛性基層為主，但也包含了瀝青穩定類和粒料類柔性基層、貧水泥混凝土剛性基層以及組合基層等不同種類。合理選擇基層類型直接關系到路面結構的整體穩定性和長期使用性能，并且考慮路基頂面提供均勻支撐的可靠性和當地水溫狀況，經過技術經濟比較后選定[2]。當遇到路基的整體穩定性不佳、水溫環境惡劣并且交通荷載特別繁重的路段，可以對半剛性基層和柔性基層進行組合設計，采用密級配瀝青穩定碎石做基層，水泥穩定碎石作為底基層，這種組合基層在工程實踐中應用廣泛，性能顯著，取得了良好的效果。研究表明，這種組合基層一方面在不降低路面結構承載力的前提下減輕了瀝青面層內部產生的疲勞應力，同時發揮著瀝青穩定類柔性基層有利于緩解反射裂縫的產生和發展、能夠協調不同層位之間變形的優勢，使路面長期保持良好穩定的工作狀態。對于某些專用公路，如廠礦道路等交通荷載極其繁重或者經常出現超載超限的路段，除了采用貧水泥混凝土剛性基層之外，也可以采用配鋼筋的混凝土板或連續配筋混凝土板作基層。

基層結構的厚度確定是路面結構設計的重要內容，主要應滿足強度與剛度的設計要求，并應逐層進行驗算，選取技術和經濟都可行的厚度。同時還應該考慮可施工性以及集料規格對層厚產生的影響。

3 墊層功能與材料

瀝青路面墊層主要用于路基水溫狀況不良的路段，位于路基頂面以上和基層以下，確保路面結構層不受路基中水分和細料的侵蝕。在非冰凍區墊層根據功能可分為防水墊層、排水墊層和防污墊層。當路基處于潮濕、過濕狀態，為隔斷地下毛細水上升應設置防水墊層，防水墊層主要采用粗砂礫、礦渣等大孔隙粗粒材料鋪筑而成，具有消散地下水的作用[3]。排水墊層的功能主要不在于隔斷地下水，而是通過路面結構綜合排水功能將路基向下滲人與路基路面排水系統相銜接并按照計算的水量要求合理選定出口位置，排水墊層應防止底基層中的細粒料通過水滲入排水層堵塞空隙，必須在排水層與底基層交界處設置土工織物反濾層，保障排水功能的發揮。對于地處軟土地區的潮濕路段，通過設置防污墊層可以防止路基土侵入路面，污染結構。防污墊層設置在路基頂面，采用粗粒料和土工合成材料分多層間隔鋪筑，也可以和防水墊層和排水墊層以下達到防污的效果。

在降雨量大的廣東地區，路基土質以粉質黏土為主，地下水位比較高，毛細水的影響深度大，路基經常處于潮濕、過濕狀態，通常需要設置厚度不小于15cm 的排水墊層。

4 層間功能層

為了使得各層位之間連接緊密，形成一個連續型受力體系，必須采取措施保證層間結合，這樣通過理論計算的應力響應才與實際荷載作用下的情況相似。瀝青層鋪筑之前應對下臥層進行徹底清理干凈，并噴灑粘層油加強上下連接，粘層油以改性乳化瀝青為宜。在鋪筑瀝青面層之前應在基層上撒布透層油，起到穩定、聯結的作用，為防止水分通過瀝青混合料空隙進行下滲，一般采用稀漿封層對基層表面進行封閉。當采用貧水泥混凝土剛性基層時，也應設改性粘層瀝青，避免上下層模量相差較大時容易出現層間滑移的問題。

5 結語

瀝青路面各結構層的材料特性和層位直接影響著路面整體功能的發揮和使用壽命的長短。研究為公路瀝青路面結構設計中設計管理人員深入理解各層材料的路用性能、層位特點以及使用品質提供了依據。