公路瀝青路面結(jié)構(gòu)層位與功能分析研究

何燕立

（廣州市道路養(yǎng)護(hù)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(jù)瀝青混合料的性能和受力特點(diǎn)逐層攤鋪碾壓而成。瀝青混合料是通過高分子有機(jī)結(jié)合料瀝青與礦粉裹附后將松散的粗細(xì)集料膠結(jié)在一起形成整體作為面層，與基層和墊層一起承擔(dān)著行車荷載和外界環(huán)境因素的影響。不同的瀝青混合料材料類型和層位特性發(fā)揮著不同的功能，共同為抵御著環(huán)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(wěn)定性，為車輛的行駛提供一個(gè)平整、堅(jiān)實(shí)和安全的連續(xù)界面。

1 瀝青面層功能與材料

1.1 路面結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

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

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(huán)境直接接觸的層位，屬于高壓應(yīng)力區(qū)，為了車輛行駛的安全、舒適和經(jīng)久耐用，表面層應(yīng)具有平整、粗糙、耐磨、抗滑、密水和耐老化等功能。根據(jù)層厚，中面層通常是豎向荷載剪應(yīng)力最大的區(qū)域，應(yīng)具有髙溫抗車轍和密水等性能，下面層為拉壓過渡區(qū)，底部通常會產(chǎn)生一定的彎拉應(yīng)力，該層位應(yīng)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(rèn)為密級配中粒式或細(xì)粒式瀝青混凝土最適用于表面層，按照相應(yīng)的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)瀝青體積膨脹預(yù)留了一定空間，具有優(yōu)良的路用性能。根據(jù)大量工程實(shí)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(shí)后空隙率處于6% ～12%的范圍導(dǎo)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(shí)型級配瀝青混合料由于瀝青膜較厚，瀝青材料的性能發(fā)揮著主要作用，其結(jié)構(gòu)抗裂性、疲勞強(qiáng)度、抗老化能力和耐久性均較具有明顯優(yōu)勢，但熱穩(wěn)定性方面相對較差。對于高溫地區(qū)的重交通和特重交通等級，可從瀝青材料和瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型上進(jìn)行改善，如采用高性能改性瀝青和骨架密實(shí)型瀝青混合料。

瀝青中面層和下面層所處層位的受力環(huán)境同樣復(fù)雜，但由于不直接和車輛及環(huán)境接觸，在平整度和抗滑耐磨等方面的要求可適當(dāng)放松。并應(yīng)結(jié)合層位受力特點(diǎn)和破壞類型在抗剪切流動(dòng)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(diǎn)

我國瀝青路面基層主要采用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料，是路面結(jié)構(gòu)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(kuò)散，不僅如此，對于受水文環(huán)境影響而產(chǎn)生性能波動(dòng)的路基結(jié)構(gòu)，路面基層還要承擔(dān)路基不均勻支撐所產(chǎn)生的變異性。作為主要的受力層，基層的設(shè)計(jì)主要抵抗荷載產(chǎn)生的彎拉疲勞作用，該性能的優(yōu)劣直接影響著基層甚至整個(gè)路面的使用壽命。因此要求基層結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性，由于該層位不與車輪和自然環(huán)境直接接觸，則材料的抗滑性能、抗剪切變形等性能指標(biāo)要求可以相對放松。

2.2 基層功能與組合設(shè)計(jì)

國內(nèi)瀝青路面的面層層位和材料類型基本穩(wěn)定，為了適應(yīng)不同的交通荷載和環(huán)境的作用，通常在基層材料的選擇和組合上體現(xiàn)出明顯的不同。目前，瀝青路面的基層以無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的半剛性基層為主，但也包含了瀝青穩(wěn)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(guān)系到路面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)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(dāng)?shù)厮疁貭顩r，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定[2]。當(dāng)遇到路基的整體穩(wěn)定性不佳、水溫環(huán)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(jìn)行組合設(shè)計(jì)，采用密級配瀝青穩(wěn)定碎石做基層，水泥穩(wěn)定碎石作為底基層，這種組合基層在工程實(shí)踐中應(yīng)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(jié)構(gòu)承載力的前提下減輕了瀝青面層內(nèi)部產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力，同時(shí)發(fā)揮著瀝青穩(wěn)定類柔性基層有利于緩解反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展、能夠協(xié)調(diào)不同層位之間變形的優(yōu)勢，使路面長期保持良好穩(wěn)定的工作狀態(tài)。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(jīng)常出現(xiàn)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(xù)配筋混凝土板作基層。

基層結(jié)構(gòu)的厚度確定是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，主要應(yīng)滿足強(qiáng)度與剛度的設(shè)計(jì)要求，并應(yīng)逐層進(jìn)行驗(yàn)算，選取技術(shù)和經(jīng)濟(jì)都可行的厚度。同時(shí)還應(yīng)該考慮可施工性以及集料規(guī)格對層厚產(chǎn)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(jié)構(gòu)層不受路基中水分和細(xì)料的侵蝕。在非冰凍區(qū)墊層根據(jù)功能可分為防水墊層、排水墊層和防污墊層。當(dāng)路基處于潮濕、過濕狀態(tài)，為隔斷地下毛細(xì)水上升應(yīng)設(shè)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(jié)構(gòu)綜合排水功能將路基向下滲人與路基路面排水系統(tǒng)相銜接并按照計(jì)算的水量要求合理選定出口位置，排水墊層應(yīng)防止底基層中的細(xì)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(shè)置土工織物反濾層，保障排水功能的發(fā)揮。對于地處軟土地區(qū)的潮濕路段，通過設(shè)置防污墊層可以防止路基土侵入路面，污染結(jié)構(gòu)。防污墊層設(shè)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(dá)到防污的效果。

在降雨量大的廣東地區(qū)，路基土質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主，地下水位比較高，毛細(xì)水的影響深度大，路基經(jīng)常處于潮濕、過濕狀態(tài)，通常需要設(shè)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(gè)連續(xù)型受力體系，必須采取措施保證層間結(jié)合，這樣通過理論計(jì)算的應(yīng)力響應(yīng)才與實(shí)際荷載作用下的情況相似。瀝青層鋪筑之前應(yīng)對下臥層進(jìn)行徹底清理干凈，并噴灑粘層油加強(qiáng)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(yīng)在基層上撒布透層油，起到穩(wěn)定、聯(lián)結(jié)的作用，為防止水分通過瀝青混合料空隙進(jìn)行下滲，一般采用稀漿封層對基層表面進(jìn)行封閉。當(dāng)采用貧水泥混凝土剛性基層時(shí)，也應(yīng)設(shè)改性粘層瀝青，避免上下層模量相差較大時(shí)容易出現(xiàn)層間滑移的問題。

5 結(jié)語

瀝青路面各結(jié)構(gòu)層的材料特性和層位直接影響著路面整體功能的發(fā)揮和使用壽命的長短。研究為公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)管理人員深入理解各層材料的路用性能、層位特點(diǎn)以及使用品質(zhì)提供了依據(jù)。