沥青路面结构设计中存在的问题与采取的措施

　　摘要：文章分析了沥青路面结构设计中存在的问题，提出提高路面路用性能的一些措施。

 

　　关键词：沥青路面；结构设计；问题与措施

 

　　Abstract: This paper analyzes the problems in the structural design of asphalt pavement is proposed to improve some of the measures of the Pavement Performance.

 

　　Key words: asphalt pavement; structural design; problems and measures

 

　　中图分类号：U416.217      文献标识码：A      文章编号：2095-2104（2012）

 

　　1路面结构设计中存在的问题

 

　　1.1 结构类型选择不当

 

　　大量的调查研究资料表明，水损害是沥青路面早期破坏的主要原因。在多雨潮湿地区，采用AK型上面层结构，空隙率较大，下雨后，水分容易渗入面层内，如果中、下面层采用AC-Ⅰ型相对密实的结构，水分则聚集在上面层和中面层之间，并使上面层长期浸泡在水中，导致路面发生松散、坑洞等破坏；反之若中、下面层采用AC-Ⅱ型结构，水分会直接渗入基层，基层长期浸泡在水中，会发生松散、唧浆，从而使整个路面结构破坏，危害更大。

 

　　目前沥青路面中、下两层均采用常规或规范级配中值的AC-Ⅰ型结构，路面结构高温稳定性欠佳，在炎热气候及渠化、超重交通荷载的作用下容易导致路面出现车辙，此外由于其矿料间隙率也难以满足要求，通常采用减少沥青用量的方法来满足间隙率的要求，这样使沥青路面的耐久性能降低。

 

　　1.2 沥青混合料类型与结构层厚度不匹配

 

　　设计中往往选择的沥青混合料类型与路面结构层厚度不匹配，由于集料最大粒径过大，公称尺寸集料偏多，因而造成混合料容易离析、压实困难、空隙率偏大，从而导致早期水损害问题。我国《公路沥青路面施工技术规范》规定的水损害指标不足以防止水损害，因为马歇尔密度满足规范要求，路面空隙率仍可能超过8%。

 

　　1.3 沥青混合料级配不尽合理

 

　　对于矿料级配的确定主要有理论法和经验法。理论计算法是按照不同粒径相互嵌挤的原理或干涉原则推导出计算公式，主要有n法、I法和K法。沥青混合料并非越密越好，应该在满足沥青混合料的基本体积性质（如VMA、VFA、VA等）的基础上，尽可能密实；SMA是由相互嵌挤的粗骨料为骨架，再用较多的沥青与矿粉纤维及少量的细集料组成沥青玛蹄脂填充骨架间而形成的嵌挤型密实结构混合料；Superpave沥青路面混合料设计引入了限制区和控制点的概念，并且级配范围不固定。控制点是级配曲线必须通过的一个范围，也就是说，按高性能沥青路面规定组成矿料级配曲线时，曲线粗集料的一端必须通过规定的几个控制点，限制接近最大粒径的颗粒数量。而限制区是级配曲线不能通过的区域，即曲线的细集料不能通过的区域，它的目的主要是为了限制混合料中的砂砾的含量，以避免混合料在铺筑过程中发生压实问题或抗永久变形能力不足。控制点处范围较宽，这样就突破了以往级配应用中大家普遍采用的走中值的思路，给级配设计提供了相当大的灵活性，可以针对不同性质的集料设计出不同的级配曲线，同一种集料也可设计出不同的级配曲线，从中选择满足各项技术标准的最佳曲线。

 

　　1.4 沥青路面原材料选用控制不严

 

　　沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性的关系非常直接。面层结构的粗集料的压碎值达不到规定的要求时，在行车荷载和环境因素的反复作用下被压碎，而使得路面抗滑性能和抵抗变形的能力减弱。此外，一般酸性岩石的石料如花岗岩、石英岩等与沥青的粘附性较差，长时间后会使沥青膜渐渐地从集料表面剥落，并导致集料之间的粘结力丧失而导致路面破坏。

 

　　1.5 下封层重视不够

 

　　沥青下封层有封闭路面下渗水、扩散路面应力、增强面层、基层的连接及减少基层反射裂缝至面层等等作用，是路面结构设计非常重要的一环。而目前设计中往往对此重视不足，对封层的合理作法及施工要求等方面所作的工作不多。

 

　　1.6 路面排水系统不完善

 

　　路面表面排水不畅，排水设施不完善，路面积水或水分滞留时间太长使水分渗入路面结构内部；路面结构层抗水损害性能差，水稳性不足。

 

　　2提高路面路用性能可采取的措施

 

　　2.1 合理地选择路面结构类型

 

　　2.1.1 选择原则

 

　　路面面层根据当地的气侯、自然条件及当地习惯及经济水平等综合确定。表面层应综合考虑高温抗车辙、低温抗开裂、抗滑的需要；中面层应重点考虑抗车辙能力；底面层重点考虑抗疲劳开裂性能、密水性等。对潮湿区、湿润区等雨水、冰雪融化对路面有严重威胁的地区，在考虑抗车辙能力的同时还应重视密水性的需要，防止水损害破坏，宜适当减小设计空隙率，但应保持良好的雨天抗滑性能。对于旱地区，受水的影响很小，对密水性及抗滑性能的要求可放宽。

 

　　2.1.2 上面层选择

 

　　在我国重要的公路运输主干线（重载车辆多、交通量大）的建设上，SMA路面具有极大的选择优势。

 

　　2.1.3 中、下面层选择

 

　　Superpave高性能沥青路面在高温抗车辙方面具有很大的优势，混合料低温、疲劳抗开裂性能良好，此外，由于其空隙率相对较小，其抗水损害能力也较强，适合作高速公路中、下面层，尤其是在重载多的高速公路。当然，有些地方仍然习惯于采用AC-Ⅰ型沥青混凝土作中、下面层，但对规范密级配进行了改进，一定程度上提高了动稳定度。

 

　　2.1.4 选择合适的结构层厚度

 

　　沥青路面结构层厚度应等于或大于集料最大公称尺寸的3倍，对粗的混合料，结构层厚度应大于集料最大公称尺寸的3倍。按此原则，AK-13最大公称尺寸为13.2mm，则路面结构层厚度应大于等于4cm，AC-16Ⅰ最大公称尺寸为16.0mm，则路面结构层厚应大于等于5cm，AC-20Ⅰ最大公称尺寸为19mm，路面结构层厚度应大于等于6cm，AC-25Ⅰ最大公称尺寸为26.5mm，则路面结构层厚度应大于等于8cm。这个原则正逐渐被认可，按此原则确定的路面结构层厚度在施工中更便于压实，混合料离析程度减轻，使用效果也相对更好。

 

　　2.1.5 合理进行沥青混合料级配

 

　　对夏季温度较高，且高温持续时间长，但冬季不太冷的地区或者重载路段应重点考虑抗车辙能力的需要，减少4.75mm及2.36mm的通过率。选用较大的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用粗型密级配沥青混合料；对冬季温度较低，且低温持续时间长的地区，或者非重载路段，应在保证抗车辙能力的前提下，充分考虑提高低温抗裂性能，适当增大4.75mm及2.36mm的通过率。选用较小的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用细型密级配沥青混合料；对夏季温度高，且持续时间长，冬季又十分寒冷，年温差特别大，又属于重载路段的工程，高温要求和低温要求发生矛盾时，应以提高其高温抗车辙能力为主，兼顾低温抗裂性能的需要，在减少4.75mm及2.36mm的通过率的同时，适当增加0.075mm的通过率，使其级配范围成S型，并取中等或偏高水平的设计空隙率。

 

　　2.1.6 严格选用优质的原材料

 

　　选用优质的沥青非常重要，沥青选择不但要满足规范要求，而且要尽可能提高指标要求。此外，对于高速公路的上面层，应尽可能采用改性沥青，改性沥青对高温稳定性次数较之普通沥青能提高一倍以上，改性沥青对低温弯曲试验破坏应变较之普通沥青也有很大程度的提高。在重载较多或气候条件差并有条件时，高速公路中面层也应尽可能采用改性沥青。

 

　　路面面层石料应采用高强度、耐磨并且与沥青粘结性较好的中基性石料为宜。此外，应对集料的扁平细长含量等进行试验，Superpave还对坚固性、安定性进行试验，从源头上保证混合料的性能。此外，当石料与沥青的粘接性相对较低时，应在沥青中加入表面活性剂（如抗剥落剂），有效提高沥青对集料的粘结力。

 

　　2.1.7 注意下封层质量

 

　　设计中对下封层必须提出明确的施工要求，施工方法以及封层材料，并且为了保证施工质量，应强调机械化、专业化施工。江苏等省份对下封层提出明确的施工指导意见，对此类较为先进成熟的做法值得在设计中推广。

 

　　2.1.8 完善路面排水系统

 

　　路面的早期破坏可以说都与水的损害有关，所以必须设计完善的路面排水系统，包括:路肩排水、超高段排水、中央分隔带排水等等。

 

　　3结语

 

　　沥青的层面的设计是至关重要的。要努力引进国际上的先进技术，引进国外的标准、规范，结合我国的具体情况，完善它的设计与应用。