長大縱坡瀝青路面施工技術

張小輝

（廣東冠粵路橋有限公司,廣東 廣州 511450）

0 引言

隨著我國道路建設地區不同氣候特點，經多年國內廣東地區路面出現的病害類型和特點，主要路面病害是由于凍脹因素，導致瀝青面層結構力學性能下降，同時在車輛荷載作用下導致路面產生裂縫、車轍等不同程度的病害，根據我國現行瀝青路面規范和標準都是針對季冬地區普遍存在病害形式對路面建設提出的相關要求，但是由于廣東地區氣候特點和行車環境的不同采用合適的路面結構層對于瀝青路面使用壽命至關重要，理論計算和實際環境、行車荷載存在實質性偏差，也是導致路面結構破壞因素之一[1]。

公路建設過程中遇到高差較大山區路段，需要設置較長路線縱坡，這種長大縱坡對于路面層結構安全是非常不利的，與平坡路面結構層受力不同，根據縱坡坡度大小不同，水平荷載系數差異也不一樣，根據不同應力分布、路面結構內部受力導致路面結構在縱坡路段更容易發生破壞。

1 長大縱坡瀝青路面損壞特點

分布于我國廣東、廣西、海南等炎熱潮濕南方地區，在不同地區氣候分布時間和特點也不相同，包括行車荷載、氣候環境條件、土壤結構狀態、車流量、降水分布特點等，長大縱坡路段在車輛行駛條件、荷載應力結構分布都很容易造成路面車轍損壞、裂縫破壞、擁包等，根據現有廣東軟土地區道路病害調查情況車轍破壞是主要的破壞形式，其次是路面裂縫破壞。因此，長大坡路面結構壽命延長重點考慮車轍損壞和裂縫破壞。

1.1 路面車轍損壞

在南方降水較多地區路面車轍嚴重是普遍存在的路面損壞特點，就廣東地區來說車轍深度在3 cm以上，這種車轍對于行車安全性是非常不利的。由于車轍導致車輛的事故也較為常見，及時對車轍病害進行修復非常有必要，在設計階段如果能加強避免車轍結構設計，可以很大程度節約后期瀝青路面的維修成本[2]。

1.1.1 瀝青路面結構性車轍

結構性車轍是由于瀝青路面結構層發生永久變形破壞形成的破壞，在長大坡地段對于車轍產生會更加嚴重，在坡道受力特點影響和重車作用下增加了道路受力破壞程度。在長大坡路段車輛行駛過程中水平剪應力一般要比平坡路段大3～5倍，更容易出現車轍破壞。這種車轍破壞會形成兩側的擁包，也會產生拉裂破壞。這種擁包多數是由于軟土地基沉降造成的。

1.1.2 路面磨耗車轍

（1）路面磨耗車轍是南方最常見的道路破壞形式，在南方地區由于軟土路基、降水量大、溫度較高等都會導致路面出現磨耗型破壞，嚴重影響路面耐久性。

（2）瀝青路面計算分析是建立在力學基礎上，根據路面結構的應變、應力、位移對路面安全性和耐久性進行分析，隨著時代進步，對于瀝青路面設計和驗算也在不斷地進行優化，更加適合路面結構設計的地區特點。

1.2 路面面層松散損壞

在季節性長大坡路段路面出現結構松散脫落也是較為普遍情況，碎石從瀝青表面脫落形成松散面層，同時影響車輛的安全性，導致路面剝落形成坑洞等，瀝青面層產生剝落，在水和冰凍作用下使瀝青結合層黏性變差，瀝青混合料力學性能變差，在水的作用下加劇路面結構層的破壞。

2 長大縱坡路面荷載受力特點

和水平路面行車相比較，長大坡行車需要克服車輛自重引起的下滑力和摩擦力，地面和輪胎之間產生的滾動阻力，汽車爬坡需要克服重力坡道阻力和下滑力。根據我國現階段研究成果，縱坡不大于3%路段行車水平荷載系數小于0.17，增加安全系數后通常取值0.2進行計算，當縱坡大于3%或處在高溫等不利季節，水平力系數計算通常采用0.5進行計算。上坡汽車受力影響分析如圖1 所示。

圖1 汽車行駛在上坡路段受力分解圖

3 長大縱坡瀝青路面力學響應分析

路面結構破壞的主要原因是車輛行駛荷載造成的，也是影響路面安全性的最重要因素之一。平坡路段與長大縱坡路面的受力有所不同，長大坡在車輛行駛過程中需要克服水平荷載和垂直荷載共同作用產生力，瀝青路面層在行車過程中受到的應變和結構內部應力呈現不同的分布狀態，這種力學基礎也是季冬區長大縱坡受力分析的基礎。

3.1 路面結構材料參數

路面結構材料最常用的是瀝青混合料面層、無機結合料基層共同組成，材料性能受環境的影響直接關系到路面結構的耐久性，路面結構材料影響路面耐久性。因此優化路面結構材料和結構厚度是至關重要的，材料力學性能是非常重要因素，該文通過泊松比和彈性模量來研究路面材料的力學性能[3]。

3.2 路面結構層的計算

路面結構層的計算主要是研究路面應力分布特點，應變作用特點，在路面受力時，這時計算與道路實際完成狀態存在差異，此時假設路面為完全連續。在我國路面結構力學響應計算通常采用標準混合料穩定15 ℃計算模量，彎沉計算采用混合料20 ℃時計算模量。

4 瀝青路面長大縱坡設計要求

該次采用廣東省樂昌至廣州高速公路樟市至花東段路面工程路面結構形式進行分析研究，高等級公路路面結構設計通常采用三層結構形式，瀝青混凝土面層、中面層和下面層，瀝青面層主要是用于保障道路行車舒適性和安全性的重要保證，因此在道路完成后運營通車，要求面層具有好的平整性、抗滑性能、較小車轍深度、較小裂縫等，路面不同混合料要求是保證路面施工質量的重要保證。

（1）根據地理環境區域特點路面結構的計算應力和結構層應變特性是路面設計重要原則，使路面設計既符合瀝青路面設計規范，也要符合區域特點，在季冬長大坡路段地區需要滿足季節性冰凍環境和長大坡路面受力特點，對于路面耐久性具有重要的作用和意義。

（2）瀝青路面計算分析是建立在力學基礎上，根據路面結構的應變、應力、位移對路面安全性和耐久性進行分析，隨著時代進步，對于瀝青路面設計和驗算也在不斷地進行優化，更加適合路面結構設計的地區特點。

4.1 瀝青路面結構層要求

在長大坡路段由于車輛荷載反復作用，受到自然環境影響和力學性能影響，將路面荷載傳遞至路面基層，路面磨耗層是車輛行駛安全的重要保證，在道路建設方面地區環境和建設經驗也是重要的設計依據，需要滿足路面所處的環境條件、經濟條件、交通條件等基本要求，路面的抗開裂性能、路面的抗滑性能、路面的高溫抗車轍性能、路面低溫抗裂性等都是終點需要考慮的路面指標。

路面結構層需要滿足行車的耐久性、穩定性要求，路面層結構的承載力主要是由路面下基層和路面結構上基層來承擔，無論什么結構形式的瀝青路面都要求有很高的力學性能，用于抵抗車輛產生變形，這種用于抵抗路面變形會引起疲勞破壞，不管路面承受的水平荷載還是垂直荷載作用，都需要對路面進行精心的設計，嚴格控制施工質量。

在路面結構層和路基之間需要考慮凍融破壞因素，路基基層的拉應力在軟土地區作用尤其重要，由于路基的變形明顯，考慮不均勻沉降因素的影響，需要對路基進行防水處理，以確保路面結構不產生結構破壞。軟土地區路基需要進行加固或換填處理，保證路基的密實、均勻、穩定，一般土路基回彈模量應大于40 MPa[4]。

4.2 混合料作用分析

4.2.1 表面層瀝青混合料

廣東地區路面結構表面層的抗滑性能要求相對較高，尤其是長大縱坡路段路面表面抗滑性能要求更高，由于夏季雨水較多、溫度較高，道路的抗車轍性能和密水性和瀝青材料溫度特性密切有關，瀝青混合料碎石需要有較大的硬度，要有較好耐磨性能，考慮廣東地區雨水天氣對路面長期作用影響，一般不會采用開級配類型路面結構層，最常采用改性瀝青SMA-13/16這種間斷級配路面結構形式，這種級配結構以粗骨料為主，對于路面抗滑性能改善作用明顯。

4.2.2 中面層瀝青混合料

中面層瀝青結構混合料主要用來抵抗高溫車轍，南方地區路面的抗疲勞開裂、抗剪切性能、抗車轍性能也主要由中面層結構承擔，因此中面層相對于上面層瀝青用量相對較小，骨料的含量和粒徑相對表面層較大，在最常用于高等級路面中面層結構有改性瀝青AC-20和AC-25，同時也需要保證中面層結構有較好的水密性，防止路面結構層產生泌水破壞。

4.2.3 下面層瀝青混合料

路面結構下面層主要是用于預防路面上中面層產生破壞，保證上中面層路面結構層抗車轍和抗疲勞性能，從功能性要求里面下面層承受較小的壓應力、拉應力和剪應力，在路面下面層同樣有著抗凍性能要求，還需要保證在特殊天氣情況下不產生較大的變形，在最常用的路面下面層結構混合料有AC-25、ATB-25、ATB-30，不宜采用透水性結構材料。

4.3 長大縱坡瀝青路面要求

在特殊地區路面設計根據不同受力特點需要專門設計，對于南方地區長大坡路段的荷載、氣候條件等都是路面設計過程中的難點，需要重點考慮單獨進行設計。

4.3.1 路面防開裂設置

半剛性路面基層在廣東地區最易產生裂縫病害，這種裂縫會通過下面層、中面層最終反射至表面層，這是由于無機結合料層有明顯溫縮影響，經研究半剛性基層材料的溫縮性能和干縮性能都較大，主要以干縮性能為主，一般情況下無機結合料的干縮變形系數是溫縮變形系數的10倍。在不斷的溫縮和干縮作用影響下，導致基層開裂形成反射裂縫。目前國內外采用以下幾種方法控制基層裂縫的產生[5]。

1）增加半剛性基層力學性能，增加強度和剛度，以減小收縮變形。

2）增加半剛性基層中粗級配含量減小粉塵含量，這樣有利于提高集料之間擠壓密實度，減少水的影響，增強基層的排水性能。

3）與瀝青面層接觸面增設封層和透層，隔絕上部水下滲至基層，必要時適當增設切縫。

4）增設碎石墊層隔絕地下水對路面基層的影響，減小凍融作用對基層影響。

近些年來為減少基層反射裂縫采取了一定措施，比如設置土工格柵、玻璃纖維格柵、應力層等效果顯著。

（1）設置應力吸收層。應力吸收層設置在路面底基層和路床頂面層，以提高路面結構層的整體抗剪切性能和抗彎剛度，增加路面結構受力的抗剪切和抗變形能力，可以吸收路面上部結構傳遞來的荷載作用，應力吸收層還能起到隔絕地下毛細水，排出層間水的作用，實踐證明，對于保證路面結構使用壽命具有重要的作用，采用應力吸收層有效的避免了路床開裂帶來的反射裂縫。

（2）設置土工隔柵或玻纖隔柵。格柵結構能抵抗路面結構層產生的橫向裂縫，土工格柵和玻璃纖維格柵都是有較好的韌性，能提高路面結構整體性，可以抵消部分路基結構產生的拉應力，降低裂縫形成風險，最常用的格柵性能主要是用于抵抗路基路面的疲勞開裂、抵抗高溫產生車轍變形、抵抗低溫狀態下收縮裂縫、延緩路面結構層反射裂縫發展。

4.3.2 設置路面防水層

廣東地區對路面結構耐久性影響較大的就是高溫雨季對路基土體形成水害，為防止路基結構滲水產生破壞，減小路基變形，保證在夏季多雨潮濕地區路面結構層能夠抵抗水壞的影響，需要在路面結構層和路基之間設置防凍層，最常用的防水層就是碎石墊層、底基層，部分地區地下水較發育需要增設防水土工膜進行隔絕地下水。抗凍墊層通常采用透水性較好，強度較高，受冰凍影響較小的材料，比如粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等都可以作為抗凍隔離層使用。

5 結語

該文通過廣東地區長大縱坡瀝青路面設計、施工關鍵技術研究，分析總結得到以下結論：

（1）廣東地區多數地區存在較多的軟土地基，因此長大縱坡的設置需要考慮軟土地基影響，該文根據路面結構特點，分析了長大縱坡路面結構受力特點，主要有車轍損壞和路面松散破壞。道路存在高溫和水壞破壞的不良氣候條件，再加上長大縱坡的路面不利受力狀況，結合廣東地區路面受力特點和力學相應特點，長大縱坡是路面結構容易破壞的重要因素。

（2）長大縱坡設置和施工關鍵控制技術都是針對路面結構特點選用的，第4節從路面結構層各個功能作用進行分析，從而有針對性的就長大縱坡路面病害特點進行分析研究，并提出采用設置隔離層、防凍層、土工格柵等措施來改善路面結構的耐久性，減小路面結構病害的產生。