基于IV區(qū)氣候條件下的瀝青路面設(shè)計(jì)研究

李滿

[摘要]在不同的溫區(qū)劃分下，瀝青路面有不同的設(shè)計(jì)方法。文章基于廣東某第IV溫區(qū)快速路項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，闡述了不同溫度條件下瀝青路面的設(shè)計(jì)方法。

[關(guān)鍵詞]瀝青;IV溫區(qū);瀝青路面;設(shè)計(jì)? 文章編號(hào)：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(fù)速度快，碾壓后即可通車。瀝青路面設(shè)計(jì)通過(guò)合理的組合方案，不僅能減少夏季高溫可能導(dǎo)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(zhǎng)，是道路建設(shè)中一種被最廣泛采用的高級(jí)路面^[1]。近幾年，我國(guó)的公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)廣受關(guān)注，交通事業(yè)得到了飛速發(fā)展，具備優(yōu)良性能的瀝青路面在全國(guó)范圍內(nèi)得到了應(yīng)用^[2]。瀝青路面的設(shè)計(jì)在道路建設(shè)中起著至關(guān)重要的作用，甚至直接決定了道路建成后的各項(xiàng)路用性能^[3]。瀝青路面設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)形式的組合設(shè)計(jì)。在瀝青路面結(jié)構(gòu)形式的組合設(shè)計(jì)中，自然氣候是決定其設(shè)計(jì)的重要因素之一^[4]。

1? 瀝青路面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

隨著深度的逐漸增加，道路路面所受的行車荷載越來(lái)越小，自然氣候?qū)ζ溆绊懗潭纫苍絹?lái)越弱。所以，隨著深度的逐漸增加，路面材料的強(qiáng)度、穩(wěn)定度也越來(lái)越好。為了使修筑道路滿足人們的使用需求，高等級(jí)路面在修筑時(shí)均采用分層修筑的方式。根據(jù)各層功能的區(qū)別，將路面從上至下分為面層，基層和墊層。^[5]

在進(jìn)行瀝青路面設(shè)計(jì)時(shí)，自然氣候是考慮的第一要素。有研究表明，路面溫度會(huì)隨著氣溫的變化而變化，氣溫越高的話路面溫度也會(huì)越高。由于結(jié)構(gòu)和比熱容的差異，路面溫度的變化范圍遠(yuǎn)大于氣溫。太陽(yáng)輻射與海拔高度和地理位置密不可分，輻射越嚴(yán)重的話路面溫度也會(huì)越高。風(fēng)速會(huì)影響路面的熱交換系數(shù)，風(fēng)速越大時(shí)，路表熱交換過(guò)程進(jìn)行得也越快。降雨也會(huì)影響路面溫度。我國(guó)幅員遼闊，自然條件差異巨大，所以在進(jìn)行瀝青路面設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)氣候分區(qū)和水文地質(zhì)條件，選擇最為合理的設(shè)計(jì)方案顯得尤為必要。

2? 不同溫度條件下瀝青路面設(shè)計(jì)原則

為了明確瀝青路面內(nèi)部溫度的分布規(guī)律，進(jìn)一步的指導(dǎo)瀝青路面設(shè)計(jì)，開(kāi)展一系列預(yù)測(cè)瀝青路面內(nèi)部溫度的相關(guān)研究，在不同的天氣狀況下，對(duì)試驗(yàn)段瀝青路面不同深度處的溫度進(jìn)行了一系列的測(cè)量。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析不同氣象條件下溫度數(shù)據(jù)，并建立適用于瀝青面層和柔性瀝青基層的2種溫度預(yù)估模型，并將該模型和BELLS3溫度模型所測(cè)得的預(yù)估結(jié)果與測(cè)量溫度進(jìn)行比較，用來(lái)驗(yàn)證所提出模型的準(zhǔn)確性。瀝青路面的溫度分布和外界氣溫二者的關(guān)系密不可分。距離路面越近時(shí)，靈敏度也就越高。溫度、荷載對(duì)路面面層都有顯著影響，相比較而言，面層溫度應(yīng)變一般情況下大于車輛荷載應(yīng)變，最不利溫度應(yīng)變和車輛耦合應(yīng)變?cè)诖饲闆r下會(huì)超出材料的容許應(yīng)變，因此，在瀝青路面設(shè)計(jì)參數(shù)分析的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮溫度效應(yīng)這一因素。在不同溫度下，總結(jié)其疲勞損傷規(guī)則，在不同地區(qū)的氣候差異的情況下，提出當(dāng)量溫度，并提出了針對(duì)疲勞當(dāng)量溫度所采用的計(jì)算方法。

在瀝青路面設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，為了更深入地探索溫度對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力所產(chǎn)生的影響，隨著溫度變化，針對(duì)彈性模量和溫縮系數(shù)，建立了與其相關(guān)的三維有限元模型。針對(duì)溫度降低，彈性模量等參數(shù)，分析了它們是如何對(duì)瀝青路面溫度應(yīng)力產(chǎn)生影響的。在保持瀝青面層的彈性模量和溫縮系數(shù)二者不變的時(shí)候，降溫過(guò)程中，其各個(gè)層位的溫度應(yīng)力在一定程度上都有顯著的增加，結(jié)果表明，對(duì)于瀝青路面面層的溫度應(yīng)力而言，在一定程度上，溫度的降低對(duì)面層溫度應(yīng)力的增加起著非常重要的作用。在相同溫度場(chǎng)的情況下，對(duì)于面層模量及溫縮系數(shù)，它與瀝青面層各層溫度應(yīng)力具有更明顯的線性關(guān)系。當(dāng)這兩個(gè)參數(shù)增大時(shí)，溫度應(yīng)力亦呈現(xiàn)出線性正相關(guān)。即在瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到面層模量及面層溫縮系數(shù)二者的大小變化，因?yàn)槎邔?duì)溫度應(yīng)力影響相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較大的。

3? 基于廣東某快速路項(xiàng)目的瀝青路面設(shè)計(jì)研究

廣東某快速路工程項(xiàng)目其設(shè)計(jì)指標(biāo)為如下。（1）自然區(qū)劃IV區(qū)，路基土壤類別為粘性土，包含砂礫粘土。（2）設(shè)計(jì)年限瀝青混凝土路面使用年限為15年。（3）標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100。（4）設(shè)計(jì)年限內(nèi)，路面單個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次為1.98×10⁷。在此溫區(qū)的快速路工程路面結(jié)構(gòu)是在原有水泥砼路面兩側(cè)新建水泥砼路面后，再整體加鋪瀝青砼。全線瀝青面層設(shè)計(jì)為三層，在水穩(wěn)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(shè)1cm瀝青下封層，最后再施工中上面層。當(dāng)在水泥混凝土面板上鋪筑瀝青面層時(shí)，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(jié)效果，粘層油需用到瀝青灑布車，要求均勻不產(chǎn)生花點(diǎn)。

根據(jù)公路自然區(qū)劃，第IV溫區(qū)為東南濕熱區(qū)，雨水豐富且集中，季節(jié)性強(qiáng)，雨期長(zhǎng)，路基路面經(jīng)常受雨水沖刷產(chǎn)生路基滑坡，路面結(jié)構(gòu)損壞等病害，因此路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須做好相應(yīng)的排水設(shè)計(jì)。該地區(qū)路基填土多為軟土，強(qiáng)度較低，必須加以排水固結(jié)夯實(shí)等處理。由于該區(qū)域高溫季節(jié)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，必須考慮選用的瀝青材料具有良好的熱穩(wěn)定性和抗水損害性能。此外，在瀝青路面設(shè)計(jì)過(guò)程中，路面溫濕的影響必須要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際工程，選擇合適的瀝青，混合料類型和路面結(jié)構(gòu)形式，以增強(qiáng)瀝青路面設(shè)計(jì)的可靠性。

其在既有的道路上加鋪路面結(jié)構(gòu)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(yōu)良高溫，低溫，抗疲勞等路用性能，所以在此工程中對(duì)于IV區(qū)的瀝青工程的應(yīng)用是可行的，保證了路面的耐久性和耐磨性。

4? 總結(jié)

針對(duì)IV區(qū)的濕熱氣候狀況，路面車轍和水損害是該區(qū)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(qū)高溫時(shí)節(jié)長(zhǎng)，更高的耐高溫性能要求是路面設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的，因此選擇高溫性能優(yōu)良的改性瀝青材料。雨水浸入路面結(jié)構(gòu)中導(dǎo)致瀝青與集料粘結(jié)力下降，進(jìn)而引發(fā)整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，通過(guò)選擇高粘瀝青以及結(jié)構(gòu)密實(shí)的混合料類型可以有效解決水損害問(wèn)題。基于廣東某快速路項(xiàng)目對(duì)瀝青路面的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，并且在本項(xiàng)目的特定的溫區(qū)下提出了合理的設(shè)計(jì)方案，提出了基于IV區(qū)的溫區(qū)劃分的條件下瀝青路面的設(shè)計(jì)方法。

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