重載道路瀝青路面設計策略研究

馬向前

(中大設計集團有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

近年來我國的經(jīng)濟水平不斷提升，人們的生活質量不斷提高。為了滿足人們和社會層面的不同需求，道路交通建設與發(fā)展的過程中路面設計工作成為關鍵的部分，道路路面是承載交通工具和行人的重要結構，如果出現(xiàn)設計問題將會引發(fā)嚴重的安全風險和質量風險，尤其是重載道路的瀝青路面，所承受的交通荷載量高，如果不能合理設計將導致瀝青路面的后續(xù)使用受到影響。因此，在新時期的環(huán)境下應重點關注重載道路瀝青路面的設計，完善設計方案和設計模式，提升整體的設計效果[1]。

1 重載道路瀝青路面的常見質量問題

1.1 水損壞問題

通常情況下，在重載道路瀝青路面應用的過程中會由于車輛荷載過高，導致瀝青層面受到剪切變形影響，出現(xiàn)不同程度的車轍，尤其是缺乏穩(wěn)定性、抗變形性能較低的瀝青路面，在重載車輛碾壓下，很容易發(fā)生橫向剪切變形的問題。雖然車轍損害不會對道路路面的承載性能產(chǎn)生過大的影響，但是如果不能合理處理，就很容易引發(fā)水損壞的問題，如圖1所示。在瀝青路面車轍的深度達到某個程度以后，車轍坑槽的內(nèi)部就會出現(xiàn)積水，路面表層的水分向車轍坑槽流動，對瀝青層面和材料產(chǎn)生影響，導致瀝青與石料的黏附性降低，出現(xiàn)材料剝離等嚴重問題。在結構層下面進入水分，使得半剛性的基礎結構出現(xiàn)很長的滯留效應，在動水壓力的影響下，路面細料受到?jīng)_刷，出現(xiàn)嚴重的破壞問題。

圖1 路面水損壞

1.2 疲勞開裂問題

重載瀝青路面疲勞開裂問題屬于常見的質量問題，一般情況下，道路在車道的輪跡處發(fā)生裂縫問題，之后逐漸擴展成為網(wǎng)狀裂縫，如圖2所示。隨著縱向裂縫問題的發(fā)生，在重載交通作用之下，表面產(chǎn)生拉應力，從而出現(xiàn)問題。

圖2 疲勞開裂

1.3 泛油問題

重載道路瀝青路面除了會出現(xiàn)疲勞開裂和水損壞問題，還會發(fā)生泛油問題，主要是由于重載瀝青路面面層內(nèi)部的瀝青在受熱膨脹以后，瀝青材料與混凝土材料相互之間的孔隙無法承受膨脹力，瀝青滲出到路面表面部分，一旦發(fā)生此類問題，將會導致路面的防滑性能降低，對車輛行駛的安全性造成危害。

2 重載道路瀝青路面的設計措施

重載道路瀝青路面設計的過程中應完善設計模式，確保整體路面結構設計效果[2]，如圖3所示。

圖3 路面設計的模式

2.1 不同層間的設計

通常情況下在重載道路的瀝青路面設計過程中，若不能考慮到瀝青層次和基層的黏結性，不能合理設計瀝青層次的厚度，將會導致不同層次之間的黏結性降低，發(fā)生嚴重的車轍問題，因此在設計的過程中應重點進行不同層次相互之間的合理設計。首先，按照相關的設計規(guī)范標準開展工作，合理進行瀝青層面與機理層面的黏結性設計，選用改性瀝青材料，改善不同層次的黏結性。其次，做好瀝青層次的分層設計，合理設定瀝青材料的流動性指標、溫度指標等，完成指標設計之后進行不同層面的試驗施工，檢驗所設計的不同層次相互之間的黏結性，明確設計方案是否符合設計標準，只有確保所設計的瀝青道路面層結構力學指標達到相關的標準，才能將設計方案應用在重載道路瀝青路面的工程項目中。

2.2 預防水損害的設計

重載道路的瀝青路面會長時間處于重載的交通狀態(tài)，很容易發(fā)生裂縫問題與車轍問題，如果不能及時進行瀝青路面的養(yǎng)護設計，將會導致路面在水的作用下出現(xiàn)嚴重的水損害問題。因此，在設計期間應根據(jù)瀝青路面水損害問題發(fā)生原因和情況，制定較為完善的設計方案。首先，設計基層結構的過程中，應盡可能設計穩(wěn)定碎石類型的材料，同時還需重點關注排水性能，以免積水過多，對道路結構的質量造成危害。其次，在表層的下層位置結構設計工作中，需要選擇使用瀝青含量較高的材料，將其設置成下封層，這樣能夠在一定程度上避免地下水所帶來的不利影響。最后，還需在設計層次的過程中，重點設計嵌擠性能較好、空隙率良好并且下面層性能符合標準的結構層次，確保水分能夠從空隙內(nèi)部盡快向外流出，改善瀝青路面結構的排水性能。

2.3 合理設計結構厚度

重載道路的瀝青路面設計工作中，應將結構厚度控制在合理范圍之內(nèi)，以彈性層狀體系理論為基礎，按照交通量指標，在設計年限范圍之內(nèi)進行換算，根據(jù)路面可能會出現(xiàn)的損傷問題與疲勞破壞問題等，嚴格進行結構厚度的設計[3]。首先，在厚度設計之前應假定路面的厚度指標，將基層當作是主要承重層，使得瀝青層次能夠起到表面功能作用，但是需要考慮的是，在工程項目中，重載交通的瀝青路面出現(xiàn)破壞問題并非是基層結構的破壞，而是瀝青表面層結構的破壞。因此，需要做好瀝青表面層厚度的設計。其次，若瀝青結構部分和基層結構部分相互之間屬于完全連續(xù)的性質，在瀝青結構厚度增加的情況下，基層的拉應力就會有所增加，但是增加的數(shù)量很少，而在瀝青層厚度不能達到12 cm時，就很容易出現(xiàn)車轍問題，但是如果瀝青層的厚度超出12 cm，就能降低車轍問題的發(fā)生概率，因此在瀝青面層設計工作中，應盡可能將瀝青面層結構的厚度設計為超出12 cm。最后，在瀝青路面設計的過程中需要注意，瀝青結構、基層部分如果屬于滑動截面，瀝青結構底部位置的剪應力就會在瀝青結構厚度增加之后降低，簡而言之，如果層間缺乏良好條件，瀝青結構的厚度很薄，就容易發(fā)生嚴重的車轍問題，因此在設計期間需要重點增加瀝青結構層次的厚度，預防出現(xiàn)車轍問題。

2.4 瀝青材料的科學設計

瀝青材料對于整體的重載道路路面結構、質量和性能會產(chǎn)生直接影響，一旦出現(xiàn)瀝青材料的設計問題，將會導致整體設計效果降低，因此，在瀝青路面設計的過程中，應制定完善的瀝青材料重載設計方案[4]。

(1)采用模量測定的方式進行材料設計。在圓柱形的試驗樣本中合理進行應力的分析，采用靜態(tài)蠕變試驗方式，獲取相應的數(shù)據(jù)值；對于試驗的樣本，還可以設置正弦波形應力，進行動態(tài)試驗，分別實行壓縮試驗、彎曲試驗、拉伸試驗，獲得復數(shù)模量；反復性開展相關的試驗活動，階段性設置一定的梯形波應力，進行壓縮試驗、彎曲試驗、拉伸試驗，獲取相關的數(shù)據(jù)值。

3 結語

綜上所述，近年來在重載道瀝青路面實際應用中經(jīng)常會出現(xiàn)疲勞開裂、水損壞等問題，直接影響道路整體結構的應用質量和性能，因此在新時期的環(huán)境下應結合瀝青路面的問題特點，合理進行不同層間的設計，預防出現(xiàn)水損害問題，嚴格控制結構厚度，精準進行瀝青材料的設計與計算，從根本上保證瀝青路面設計質量，滿足當前的性能設計標準。