豫東地區農村公路瀝青路面結構與材料研究

李曉虹

河南省周口市農村公路管理處，河南周口466000

摘要 本文通過對周口市縣鄉道路面結構的研究，提出了半剛性基層和瀝青面層在使用中的推廣前景。

關鍵詞 農村公路；路面結構；材料研究

中圖分類號U416.2 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0064-02

1 本課題的主要研究內容和成果

隨著我國經濟的迅速發展，縣鄉公路交通流量大幅度增長，汽車載重量也明顯增加，對半剛性基層瀝青路面提出了更高的要求：不但要求面層材料具有良好的高溫穩定性和低溫抗裂性，而且還要求面層材料具有良好的抗滑性和耐久性；不但要求半剛性基層材料具有較高的力學強度和抗疲勞能力，而且還要求半剛性基層材料具有較強的抵抗溫縮和干縮的能力及較強的抗沖刷能力。

同時，完善瀝青路面設計方法以適應高等級公路迅速發展的需要，也是當前農村公路建設中急需解決的問題。因此，開展本課題研究是十分及時和必要的，具有重要的理論價值和現實意義。

1.1 半剛性基層瀝青路面結構研究

1）通過參數敏感性分析可知：路表彎沉對土基模量E0最敏感；基層、底基層均采用半剛性基層材料有利于改善路面結構的受力特性，底基層采用質量較好的半剛性材料，有利于提高路面的抗疲勞性能和路面的使用性能；當瀝青層為三層結構時，表面層以滿足抗滑、防噪音、抗低溫縮裂、排水和抗剪切滑移為主；中面層以抗車轍、抗低溫縮裂和抗滲為主；底面層則以抗疲勞和抗滲為主；

2）典型基層研究結果表明，采用骨架密實結構的半剛性材料可以有效地提高基層的抗裂性能，采用粉煤灰替代水泥穩定碎石中的部分水泥不僅可以降低材料費用而且能改善混合料的路用性能；

3）除了考慮當地材料供應情況外，更應該按層位功能選擇路面材料，設計結構層厚度時除了滿足路用性能要求之外，還要考慮經濟性和施工的可行性。通過系統分析，確定了瀝青路面合理結構形式。

1.2 骨架密實型水泥碎石混合料研究

1）提出了骨架密實型水泥穩定碎石混合料的配合比設計方法。該法分為3個層次：第一層次強調的是主骨料的骨架作用；第二層次是通過試驗確定水泥的最佳比例；第三層次確定水泥砂漿的比例；最后應用體積法確定水泥砂漿與粗集料的配比，使水泥碎石混合料形成骨架密實結構；

2）通過水泥砂漿的正交試驗以及數據分析可知，因素B（結合料與細集料的配比）對指標（抗壓強度）作用高度顯著,因此在試驗及施工過程中應將其作為配合比設計的控制因素；因素A(細集料k值)作用不顯著，在試驗及施工過程中可不作為配合比設計的控制因素；

3）試驗結果表明，骨架密實型水泥碎石混合料具有較高的力學強度，如抗壓強度、劈裂強度、抗折強度等。在滿足基本力學強度要求的同時，具有良好的水穩定性和較高的抗疲勞性能，尤其具有良好的抗裂性能及抗沖刷性能；

4）應用了一種簡單的抗沖刷試驗方法，并提出了預沖刷的概念，從而使水泥碎石混合料抗沖刷試驗評價方法更加合理。

1.3 高性能瀝青混合料研究

1）從三種不同級配瀝青混合料（SP、SAC和AC）的路用性能綜合指標來看，多碎石瀝青混合料SAC和SP瀝青混合料使用品質較好，而密級配瀝青混合料AC相對較差；

2）瀝青混合料中摻加纖維，可顯著地改善瀝青混合料的路用性能，特別是對多碎石瀝青混合料SAC的改善效果更好；而且，德蘭尼特聚脂纖維對瀝青混合料的路用性能改善效果優于木質素纖維，但工程造價增幅偏大，一般只適合在特殊路段上使用；

3）根據技術經濟性能綜合分析，多碎石瀝青混合料SAC、SP瀝青混合料、密級配瀝青混合料AC以及多碎石瀝青混合料SAC摻木質素纖維具有較好的推廣應用價值。

1.4 多指標瀝青路面設計方法研究

1）由于不同季節、不同溫度條件下，軸載對路面疲勞損壞影響是不同的，應對軸載換算進行季節和溫度的修正，首次提出了軸載換算季節修正系數和溫度修正系數的概念。并利用等效原理，導出了彎沉等效軸載換算季節修正系數b與季節影響系數K1之間的關系以及彎沉等效軸載換算溫度修正系數a1和彎沉溫度修正系數K3之間的關系。給出了季節修正系數b的建議值，建立了拉應力等效軸載換算溫度修正系數a2與溫度之間的關系，提出了確定軸載換算溫度修正系數的簡便實用的方法。從而完善了軸載換算理論，使軸載等效換算更加合理；

2）以車轍為設計指標時，由于破壞狀態和破壞標準不同于彎沉和拉應力指標，應建立基于車轍等效的軸載換算方法。利用軸載換算等效原理和車轍試驗結果，參照國外研究成果，提出了車轍等效軸載換算公式，軸載換算系數為軸載比的4.35次方（同彎沉等效軸載換算）。并且利用不同溫度條件下的瀝青混合料車轍試驗結果，建立了車轍等效軸載換算溫度修正系數a3與溫度之間的關系；

3）車轍是瀝青路面主要損壞模式，因此，車轍應作為瀝青路面設計的一個重要指標。提出了半剛性基層瀝青路面車轍的控制指標、瀝青面層車轍深度預估方法以及容許車轍深度。以此為基礎，建立了以車轍為設計指標的瀝青路面設計方法。進而提出了以設計彎沉值、拉應力和車轍為設計指標的瀝青路面設計方法，從而使瀝青路面設計更趨完善。

2 本課題研究的推廣應用前景與措施

半剛性基層瀝青路面以其良好的路用性能，在我國得以廣泛的使用。但是由于交通流量的大幅度增長和汽車超載的日趨嚴重，導致了路面結構的過早破壞，半剛性基層瀝青路面甚至出現了“當年修，當年壞”的不良現象，給養護管理部門帶來了相當大的壓力。不僅大大增加了路面的養護維修工作量和養護維修費用，影響路面的使用質量和技術品質，而且也給公路部門造成了許多不必要的經濟損失，極大地影響了投資效益。

如何從材料組成和結構設計兩方面，提高半剛性基層瀝青路面的使用性能，是一個亟待解決的問題。為此，本課題從半剛性基層瀝青路面的結構和材料兩方面著手，進行了深入和系統的研究。

農村公路建設任重而道遠，課題的研究成果有著十分廣闊的應用前景，而且由于本課題的研究工作具有很強的針對性和實用性，其研究成果必然會得到農村公路建設部門的重視，因而必然會促進和加快本課題研究成果的推廣和應用。這對我國農村公路建設的發展具有重要的現實意義，特別是對于指導半剛性基層瀝青路面的設計和施工具有重要的實用價值。

本課題以半剛性基層瀝青路面為研究對象，通過對河南省瀝青路面典型路段的使用狀況的調查，以室內試驗和理論分析為手段，對路面結構參數進行敏感性分析；對典型基層進行研究，并分析了各類基層的適用性，提出了半剛性基層瀝青路面的合理結構，確定了路面結構層的合理厚度；重點研究了骨架密實型水泥碎石混合料和高性能瀝青混合料的組成設計及路用性能；提出了以彎沉、拉應力和車轍為指標的瀝青路面設計方法。

并在此基礎上修筑了試驗路，跟蹤觀測表明，使用效果良好，達到了預期的目標。試驗路的鋪筑不僅為課題研究積累了第一手資料，同時，也為課題研究成果的推廣應用積累了一定的經驗。

周口市農村公路管理處將會同市交通局、河南省交通廳，在總結課題研究工作的經驗和試驗路段使用狀況的基礎上，根據課題研究成果鑒定會專家組的意見，繼續加強試驗路的跟蹤觀測，并組織推廣應用課題研究成果，在工程實踐中進一步驗證和完善，使科技成果轉化為生產力，以適應高等級公路建設的需要，提高半剛性基層瀝青路面的設計水平、改進施工方法，改善半剛性基層瀝青路面的使用性能，延長使用壽命，節省養護費用，最大限度地發揮投資效益，促進豫東地區乃至河南省的農村公路建設的飛速發展。

為穩妥起見，結合周口市農村公路建設的實際，2012年擬在周口市沈丘縣和商水縣農村三級公路上擴大試驗路規模，進一步觀測其使用效果，取得應用經驗后，2013年在周口市全面推廣應用，同時力爭在全省范圍內逐步推廣應用。

參考文獻

[1]瀝青材料應用手冊.中國建筑工業出版社.

[2]瀝青路面病害及處理方法研究.全國第四屆瀝青材料學術會論文集.