華南地區(qū)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

褚麗晶　劉意恒

摘 要：半剛性基層瀝青路面是華南地區(qū)應(yīng)用最普遍的路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型。文章通過(guò)分析華南地區(qū)高溫多雨的環(huán)境條件下半剛性基層瀝青路面的病害成因及預(yù)防措施，提出了相應(yīng)的瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，以提高路面整體的抗車(chē)轍性能和水穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：華南地區(qū)；半剛性基層；瀝青路面；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

引言

我國(guó)華南地區(qū)在公路自然區(qū)劃中包括東南濕熱區(qū)中的Ⅳ6武夷南嶺山地過(guò)濕區(qū)、Ⅳ7華南沿海臺(tái)風(fēng)區(qū)、Ⅳ7b海南島西部潤(rùn)干副區(qū)等，是我國(guó)最濕熱的地區(qū)，顯著特征是高溫多雨，年平均氣溫22℃左右，年降水量達(dá)1400～2000mm。

由于半剛性基層瀝青路面對(duì)高溫和水分較為敏感，易產(chǎn)生車(chē)轍等高溫病害和下陷、坑洞等水損害，因而在高溫多雨的華南地區(qū)，通過(guò)對(duì)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提高路面的抗車(chē)轍性能和水穩(wěn)性，是一個(gè)值得研究的課題。

1 華南地區(qū)常見(jiàn)的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)形式

半剛性基層具有承載能力高、抗變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，工程材料易得，在我國(guó)的道路建設(shè)中運(yùn)用范圍較廣。半剛性基層瀝青路面作為我國(guó)目前道路常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，其特點(diǎn)是“強(qiáng)基薄面”，強(qiáng)度高，經(jīng)濟(jì)性好，在華南地區(qū)的城市道路中應(yīng)用廣泛。在對(duì)華南地區(qū)城市道路中的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行調(diào)查后，總結(jié)為下表。

2 高溫條件下的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 高溫條件下半剛性基層瀝青路面的損壞及預(yù)防

瀝青混合料具有粘彈性性質(zhì)，高溫時(shí)其強(qiáng)度和剛度均會(huì)降低，當(dāng)瀝青路面內(nèi)部由荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力大于瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度時(shí)，路面會(huì)產(chǎn)生材料失穩(wěn)的流動(dòng)變形，變形的累積導(dǎo)致失穩(wěn)型車(chē)轍的產(chǎn)生。在高溫的華南地區(qū)，瀝青路面車(chē)轍類(lèi)損壞是影響行車(chē)舒適性及行車(chē)安全的突出問(wèn)題。半剛性基層瀝青路面車(chē)轍的預(yù)防措施有：

（1）優(yōu)化瀝青性能 眾多相關(guān)因素中，無(wú)疑瀝青的性能是影響瀝青混合料抗車(chē)轍能力最顯著的因素之一。添加SBS、SBR、EVA、PE等各類(lèi)改性劑以改進(jìn)瀝青性能從而提高道路的抗車(chē)轍能力是目前常見(jiàn)的措施[1]。肇慶市鼎湖區(qū)民樂(lè)大道采用SBS改性瀝青提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，有效減少了車(chē)轍等病害。

（2）優(yōu)化瀝青混合料 華南地區(qū)的城市道路瀝青路面常用的材料有密級(jí)配瀝青混凝土混合料（AC）和瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）。其他如開(kāi)級(jí)配抗滑磨耗層（OGFC）及大粒徑瀝青混合料（LSAM）也開(kāi)始廣泛地應(yīng)用。廣州市珠江新城華夏路、金穗路等道路在廣州亞運(yùn)前的大修時(shí)采用了4cm SMA-13+5cm AC-20C的面層結(jié)構(gòu)，路面經(jīng)過(guò)五年的大交通量運(yùn)行，基本上沒(méi)有出現(xiàn)車(chē)轍等病害。

（3）優(yōu)化基層形式 經(jīng)調(diào)查，我國(guó)有部分道路采用了瀝青穩(wěn)定碎石基層+半剛性基層組成的混合式基層，同時(shí)增加瀝青面層厚度后，明顯降低了半剛性基層的疲勞應(yīng)力水平和層間的剪切應(yīng)力，從而提高了瀝青路面整體的抗車(chē)轍能力。

2.2 高溫條件下半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

方案一：優(yōu)化瀝青性能及瀝青混合料 本方案的特點(diǎn)是瀝青面層使用改性材料，面層厚度和基層材料保持不變。對(duì)于城市主干路和次干路，瀝青面層總厚度為14～18cm，對(duì)于城市支路，瀝青面層總厚度為7～10cm，面層均可采用改性瀝青混合料，以此提高路面的抗車(chē)轍能力。

方案二：優(yōu)化基層形式 本方案的特點(diǎn)是面層與基層之間增加瀝青碎石過(guò)渡層，面層材料和厚度保持不變。對(duì)于城市主干路和次干路，瀝青面層總厚度為14～18cm，在面層和基層間增加15～20cm的瀝青碎石過(guò)渡層，對(duì)于城市支路，瀝青面層總厚度為7～10cm，在面層和基層間增加10～15cm的瀝青碎石過(guò)渡層，提高路面整體的抗車(chē)轍性能。

3 多雨條件下的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 多雨條件下半剛性基層瀝青路面損壞及預(yù)防

瀝青的粘結(jié)作用和集料間的骨架作用是瀝青混合料形成強(qiáng)度的兩個(gè)原因。當(dāng)水分通過(guò)瀝青混合料空隙進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部并滯留，不但會(huì)造成瀝青粘結(jié)力喪失，還會(huì)在交通荷載作用下使基層頂面的水分產(chǎn)生動(dòng)水壓力，將基層頂部細(xì)集料以白漿的形態(tài)唧出路表，導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生網(wǎng)裂和下陷，繼而產(chǎn)生坑洞等病害。華南地區(qū)降水量高、降水頻率大，松散、坑洞等水損壞是華南地區(qū)半剛性基層瀝青路面較為常見(jiàn)的病害。預(yù)防路面水損壞的主要措施是減少水分進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)和將已進(jìn)入的水及時(shí)排出。

（1）設(shè)置防水層 在上面層和中面層之間設(shè)置SBS改性瀝青粘結(jié)防水層。SBS改性瀝青碎石在高溫碾壓后會(huì)在上面層的下部形成富油瀝青層，同時(shí)防水層下部產(chǎn)生一層瀝青薄膜，兩者共同形成粘結(jié)防水層[2]。在廣西百色蓮塘組團(tuán)的部分道路設(shè)置防水層后，明顯降低了瀝青路面的滲透性。

（2）改善瀝青混合料 大孔隙開(kāi)級(jí)配瀝青磨耗層（OGFC）的空隙率能達(dá)到18%以上，混合料的空隙相互連通，結(jié)構(gòu)排水能力較強(qiáng)。華南地區(qū)的OGFC路面已經(jīng)實(shí)施了不少，不但路面的透水性能好，抗滑性能也得到提升。

（3）采用排水基層 在瀝青路面結(jié)構(gòu)中設(shè)置多空隙的瀝青穩(wěn)定碎石排水層（ATPB），可以使?jié)B入結(jié)構(gòu)層的水迅速排出，減輕水損害的發(fā)生。汕頭市中山西路工程中用10cm ATPB代替7cm AC-25瀝青混凝土下面層，檢測(cè)結(jié)果表明瀝青路面結(jié)構(gòu)滲透能力得到了明顯提高，改善了排水能力。

3.2 多雨條件下半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

霧封層是在瀝青面層上噴灑的一種高滲透性高分子改良乳化瀝青，形成的防水層可以減少路面的水破壞。在對(duì)華南地區(qū)半剛性基層瀝青路面進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，均引入了霧封層來(lái)改善路面的抗水損壞能力，文章不再作為單獨(dú)方案來(lái)論述。

方案一：優(yōu)化基層材料。本方案的特點(diǎn)是不改變面層的結(jié)構(gòu)和厚度，僅對(duì)基層材料進(jìn)行優(yōu)化。基層采用骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石或骨架孔隙結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石，前者可以顯著提高基層強(qiáng)度，后者則能改善基層的排水性能。

方案二：優(yōu)化面層材料。本方案的特點(diǎn)是保持路面結(jié)構(gòu)的厚度不變，使用改性材料以提高路面整體的水穩(wěn)定性。對(duì)于城市主干路和次干路，瀝青面層總厚度為14～18cm，對(duì)于城市支路，瀝青面層總厚度為7～10cm，上面層均采用OGFC混合料，基層材料采用骨架孔隙結(jié)構(gòu)的水泥穩(wěn)定碎石。

4 結(jié)束語(yǔ)

半剛性基層材料具有一定的環(huán)境適用性，在高溫條件下，半剛性基層瀝青路面易出現(xiàn)車(chē)轍損壞，需對(duì)瀝青性能和瀝青混合料進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，增加瀝青碎石過(guò)渡層，提高路面整體的抗車(chē)轍性能；在多雨條件下，半剛性基層瀝青路面易出現(xiàn)松散、坑洞等水損壞，需對(duì)基層材料進(jìn)行優(yōu)化提升，提高基層的強(qiáng)度或改善其排水性能，或采用大孔隙開(kāi)級(jí)配瀝青磨耗層，提高路面整體的水穩(wěn)定性。

華南地區(qū)還有一些其他特殊的氣候、交通特征，同時(shí)也有一些如水泥混凝土路面等應(yīng)用較為廣泛的路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型，在以后的研究中，應(yīng)注意對(duì)其一一分析，總結(jié)各種條件下不同路面類(lèi)型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，提高華南地區(qū)道路的耐久性、舒適性和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1]邱志雄，李晉峰，盧輝，等.高模量改性瀝青在長(zhǎng)陡坡瀝青路面中的應(yīng)用[J].中外公路，2006，26（3）：105-107.

[2]Huang B S，Shu X，Qiao D and Shen J A. Laboratory evaluation of moisture susceptibility of hot-mix asphalt containing cementitious fillers[J].Journal of Matierials in Civil Engineering，2010，22（7）： 667-673.

作者簡(jiǎn)介：褚麗晶（1983，2-），現(xiàn)工作于廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，路橋工程工程師。