瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)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(xué)會(huì))

瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)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(xué)會(huì))

預(yù)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(huán)節(jié)。在進(jìn)一步規(guī)范材料與工藝設(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)注重結(jié)構(gòu)厚度與組合設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)體系上降低早期損害的可能性。因此有必要對(duì)高速公路各瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，考慮結(jié)構(gòu)、材料與工藝的一體化設(shè)計(jì)，采用合理的技術(shù)措施，嚴(yán)格控制混合料配合比設(shè)計(jì)與施工管理，以保證高速公路瀝青路面的施工質(zhì)量。

瀝青混凝土路面;結(jié)構(gòu)組合分析;合理厚度

1 結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)

輪載作用于路面表面，其豎向應(yīng)力和應(yīng)變隨深度而遞減，因而對(duì)各層材料的強(qiáng)度和模量的要求，也可隨深度而相應(yīng)減小。因此路面各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強(qiáng)度和模量自上而下遞減的方式組合。這樣既能充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層材料的能力，又能充分利用當(dāng)?shù)剀涃|(zhì)材料充當(dāng)路面結(jié)構(gòu)的底基層或基層，從而達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。

采用強(qiáng)度和模量按深度遞減的規(guī)律組合路面時(shí)，還應(yīng)注意各相鄰結(jié)構(gòu)層之間的模量不能相差過(guò)大。瀝青路面應(yīng)力與應(yīng)變分析表明，上下兩層模量相差過(guò)大時(shí)，上層底面將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力(拉應(yīng)變)，這時(shí)為避免其超過(guò)材料本身的疲勞彎拉強(qiáng)度(或拉應(yīng)變)而出現(xiàn)疲勞開(kāi)裂，就必須增加以上各層的厚度，從而使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)力分析，基層同面層的回彈模量比不應(yīng)小于0.3，土基與半剛性基層的模量比應(yīng)為0.08～0.40，半剛性層與其下層的模量比應(yīng)為1.0～2.5，這樣路面結(jié)構(gòu)一般不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的拉應(yīng)力(拉應(yīng)變)。但這只是參考值，它會(huì)隨著整體性結(jié)構(gòu)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(tǒng)結(jié)構(gòu)材料有較大提高，因而結(jié)構(gòu)層的組合范圍會(huì)更大一些。

2 層間接觸條件

瀝青路面應(yīng)力與應(yīng)變分析表明，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中層間結(jié)合條件對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果有較大影響，尤其是對(duì)拉應(yīng)力(包括剪應(yīng)力)，滑動(dòng)狀態(tài)下基層層底拉應(yīng)力比連續(xù)狀態(tài)提高1～2倍。而設(shè)計(jì)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(dòng)狀態(tài)設(shè)計(jì)就顯得過(guò)于保守，路面厚度更厚。原則上我們路面工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取工程措施盡量保證各層的連續(xù)結(jié)合，但實(shí)際情況并不能保證各結(jié)構(gòu)層間處于連續(xù)狀態(tài)。

為此設(shè)計(jì)中各結(jié)構(gòu)層的層間接觸狀態(tài)可根據(jù)具體情況按以下原則確定。

(1)瀝青結(jié)構(gòu)層的層間應(yīng)采取工藝措施盡量保證連續(xù)接觸，設(shè)計(jì)時(shí)按連續(xù)狀態(tài)設(shè)計(jì)。

(2)整體性材料與粒料或土基之間均按連續(xù)狀態(tài)設(shè)計(jì)。

(3)半剛性基層與瀝青層之間應(yīng)采取措施保證層間連續(xù)，并按連續(xù)狀態(tài)設(shè)計(jì)。若經(jīng)論證有可能產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，可按半滑動(dòng)或滑動(dòng)驗(yàn)算。

3 雙層式面層結(jié)構(gòu)

瀝青路面一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)就是瀝青路面適宜于分期修建。傳統(tǒng)的高等級(jí)公路的路面，采用的都是三層式路面結(jié)構(gòu)，而本設(shè)計(jì)提出的“一次設(shè)計(jì)、分期修建”的改造思想，無(wú)論是對(duì)高等級(jí)公路修建，還是維修、養(yǎng)護(hù)和管理，都有著非常重要的意義。

(1)雙層式面層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。

從以上分析中可以看出，相對(duì)于傳統(tǒng)的三層式面層結(jié)構(gòu)，如采用“一次設(shè)計(jì)、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(zhǎng)道路的使用壽命，還可以防止瀝青路面各種病害的發(fā)生，節(jié)約大修和翻修的費(fèi)用，節(jié)省施工隊(duì)伍施工作業(yè)的時(shí)間，縮短施工工期，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。無(wú)論是從結(jié)構(gòu)功能、使用功能，還是從施工工藝、經(jīng)濟(jì)性等方面來(lái)說(shuō)，雙層式路面結(jié)構(gòu)都有著無(wú)可比擬的優(yōu)越性。先修建的雙層式路面結(jié)構(gòu)，可以等交通量增長(zhǎng)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(jié)構(gòu)，最終形成三層式的路面結(jié)構(gòu)，這樣一來(lái)，不但可以有足夠的結(jié)構(gòu)層來(lái)承擔(dān)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(jié)約大量的投資成本，給投資者帶來(lái)大量的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)雙層式面層結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。

對(duì)于雙層式瀝青混凝土的表面層來(lái)說(shuō)，不僅要具備上面層的功能特點(diǎn)，將來(lái)加鋪后，還必須具備中面層的功能特點(diǎn)，這就對(duì)該層混合料提出了嚴(yán)格的要求。為了保證道路的結(jié)構(gòu)性、行使舒適性、整體性和耐久性等要求，就必需對(duì)該層的材料選擇、混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)以及施工工藝等進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。如果設(shè)計(jì)不合理或者施工質(zhì)量達(dá)不到，則會(huì)給道路帶來(lái)嚴(yán)重的早期損害，接著還會(huì)發(fā)生一系列的破壞，不但會(huì)延誤施工工期，影響行車安全，還會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如此一來(lái)，如何選擇合適的材料，設(shè)計(jì)合適的級(jí)配，采用合理的施工工藝，使該層能滿足不同結(jié)構(gòu)層功能的要求，就成為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。

按交通量分級(jí)屬于中交通，可考慮瀝青路面結(jié)構(gòu)層的分期修建方案，設(shè)計(jì)年限可適當(dāng)調(diào)整，并預(yù)留加鋪層標(biāo)高。路面結(jié)構(gòu)的確定應(yīng)附上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

(3)雙層式路面結(jié)構(gòu)合理厚度。

從路面設(shè)計(jì)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(xì)粒式瀝青混凝土+8 cm中(粗)粒式瀝青混凝土雙層式結(jié)構(gòu)都可以滿足要求。考慮到區(qū)域交通量的現(xiàn)狀與增長(zhǎng)趨勢(shì)，瀝青面層宜采用5 cm+7 cm雙層式結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，為了滿足公稱最大粒徑與結(jié)構(gòu)層最小厚度關(guān)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(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)、施工控制和質(zhì)量評(píng)價(jià)。齊泰公路所處地區(qū)雖然交通量小，但是超載現(xiàn)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(shí)按照骨架密實(shí)原則開(kāi)展材料設(shè)計(jì)以應(yīng)對(duì)重載作用。另外，車轍主要產(chǎn)生在瀝青路面中面層。出于應(yīng)對(duì)交通的需要或者養(yǎng)護(hù)維修的需要，運(yùn)營(yíng)若干年后適宜加鋪密實(shí)防水抗滑耐久的細(xì)粒式瀝青混凝土，此時(shí)AC16作為中面層。所以，采用雙層式瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)中輕交通，開(kāi)展骨架密實(shí)型瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)當(dāng)前的重載和若干年后的繁重交通，能夠節(jié)約公路建設(shè)的一次性投入，為后續(xù)加鋪工作帶來(lái)便利。

U416.217

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1008-3383(2012)11-0065-01

2012-06-12