甘肃沥青公路路面早期病害分析及其结构优化设计

祁德秀

甘肃省交通科学研究所有限公司，甘肃兰州 730050

1 概述

随着国家西部大开发政策的持续推行，进出西北地区及甘肃省的车流量迅速增长、单车重量不断加大，甘肃省已通车运营的等级公路沥青路面已出现了一些松散、车辙、裂缝等早期病害，病害发生时间多则在通车后3～5年，少则1年。据交通养护主管部门统计，甘肃省高等级公路沥青路面出现早期病害已约有300多公里。研究表明，造成沥青路面早期病害的原因虽然复杂，但其中路面结构的设计恰当与否确是影响路面早期病害的重要因素之一，因此，有必要探讨适宜的沥青公路路面结构型式，以减小沥青路面早期病害对公路建设造成的影响。

2 沥青路面早期病害及原因分析

2.1 沥青路面早期病害

为了了解沥青路面的早期病害，作者对2002年～2007年的沥青公路进行了详细调查，本次调查共18条公路，其中高速公路14条，一级公路2条，二级公路2条。通过对现场调查成果的分析与总结表明：

1）不同自然气候区早期病害

陇东、陇西黄土高原区8条高速公路，2条一级公路和2条二级公路早期病害主要表现为：横、纵向裂缝，坑槽，车辙。河西荒漠区6条高速公路早期病害主要表现为横向裂缝和车辙。

2）不同等级公路早期病害

高速公路沥青路面早期病害主要表现为：横向裂缝和车辙，其中白兰高速水损坏严重。

一级公路共2条，为沥青混凝土路面，路面早期病害主要表现为横、纵向裂缝。

二级公路共2条，为沥青混凝土路面，路面早期病害主要表现为横、纵向裂缝、网裂和龟裂，其中发生网裂的路段伴有不均匀沉陷。

2.2 沥青路面早期损坏原因分析

路面早期产生的原因很复杂，既有个别原因也有共性原因，既有技术问题也有管理问题，既有外因也有内因。在病害发展的各个阶段，造成各种病害的原因各不相同，归纳后其影响因素共有气候、交通、设计、施工、养护等方面。

2.2.1 气候条件

气候因素包括温度和湿度。甘肃省气候寒冷干燥，气温日差较大，光照充足，太阳辐射强，年极端最高气温为34～45℃，年极端最低气温为最低-33～-27℃。温度过低区，路面内会产生较大的收缩内力而致使路面出现横向裂缝；温度较高区，在渠化交通和超载车的影响下路面则会出现车辙；高温多雨或融雪区季节，在汽车动荷载的反复作用下，孔隙水的冲刷会稀释沥青，同时加速沥青和骨料的剥离，造成沥青上浮，致使路面出现松散或坑槽。受气候的影响，甘肃省沥青路面极易出现裂缝和车辙早期病害。

2.2.2 交通量和超载车问题

高速公路建设时预测的交通量增长速度，一般都赶不上实际的增长速度。而且不仅是交通量的数量增加，更直接地反应在超载车辆的问题上。根据巉柳高速2005年和2006年间隙式观测站交通量年统计报表分析交通量增长情况可发现：

1）在2006年8月份以后交通量与2005年同期相比增长了2～3倍 ；

2）2006年与2005年相比，日交通量均增长了一倍，而重载车在2006年9月比2005年9月日交通量增长了30多倍；

3）大货车占当年全年车辆的平均占有率由3%增加到4%；重载车占当年车辆的平均占有率由1%增加到8%。

由上述分析可知：高速公路的交通年平均增长率成倍的增长，而并非按设计时7～8%的增长率增长，高速公路建设时预测的交通量增长速度，远不及实际的增长速度，而随着车辆生产的大型化，重载车增长率更为明显。

2.2.3 路面结构设计对早期病害产生的影响

甘肃境内沥青路面早期病害的产生与单一的半刚性基层结构使用有着直接的联系。半刚性基层路面具有较高的强度及抗弯曲能力，并能够充分利用当地材料而显得较为经济。但半刚性基层有着本身难以克服的缺陷和不足，这是由于较高强度的半刚性基层可能会导致较大的干缩、温度裂缝的产生，并促使面层产生反射裂缝。同时，雨水会从裂缝中下渗，并积聚在面层与基层中间，出现基层唧泥现象，降低了沥青层与半刚性基层层间的连接状态，加速了路面结构的破坏。

2.2.4 沥青路面施工对早期病害的影响

施工质量隐患对路基、路面强度及稳定性的影响，是路面早期病害的又一原因。

2.2.5 养护管理中存在的问题

维修养护与半刚性基层沥青路面早期损坏有很大关系，在病害形成阶段及时维护，能有效的防止病害发展，尤其是对先天性的病害采取预防性养护措施，可使沥青路面早期损坏减少到最小程度。但是，长期以来，由于资金不足和“重建轻养”的思想，在普通公路的养护中常常集中资金进行突击性病害维修，经常性养护方法无法落实。因此，养护时间及维修养护方法不当都是造成早期病害进一步恶化的原因。

3 防止沥青路面早期病害的优化路面结构型式

尽管造成沥青路面出现早期病害的原因很多，但设计因素的影响是最根本也是最主要的，只有设计合理，才能在其它措施下有效解决路面病害。鉴于此，以下将对路面结构的优化问题进行细致的探讨。

1）设置级配碎石过渡层、防止反射裂缝

设置了粒料（碎石）过渡层的“倒装式结构”，在国外也称为“三明治式结构”，由于级配碎石层相对于沥青层和半刚性基层来说，无论从强度、稳定性各方面都比较弱，所以会使路面成为“夹心饼干”。为了防止因为设置粒料层又出现新的早期损坏，粒料基层必须采用高质量、良好级配、坚硬的碎石，其厚度最好为10～15cm。

2）改善排水设施，减少水损坏

为了尽快排出进入路面的水，可以在沥青层的边缘，做一个纵向的排水沟，方法是铺筑宽20cm左右，深度超过沥青层的单一粒径粗碎石排水沟，在每隔5m左右再做一个横向的出水口，排至路外。

3）加强沥青层与基层间的联结

为了改善沥青层与基层的界面条件，应保证基层和沥青层连续施工，以及做好喷洒好透层油，做好封层。

4）提高沥青混合料性能。

对于甘肃省境内的沥青公路，提高沥青混合料的性能，主要是提高沥青混合料的高温抗车辙能力，主要注意事项有沥青性质，碎石最大粒径、表面粗糙度、颗粒形状，矿粉、砂的用量及矿料级配，沥青含量，沥青混合料的施工密实度等。

5）中央分隔带绿化改为封闭

甘肃省内由于严重缺水，中央分隔带的绿化作物常常枯死，达不到绿化美化的效果。若将绿化撤除改为封闭，不仅解决了中央分隔带渗水的问题，也节约了灌溉资金，节省了养护费用。

6）设置封层或应力吸收层

在半刚性基层上设置封层或应力吸收层，增强半刚性基层与沥青层之间的联结，可有效防止反射裂缝的发生。目前，Strata应力吸收层、橡胶沥青应力吸收层AR-SAMI及SBS改性沥青同步碎石层都广泛的应用在半刚性基层上。

7）采用沥青稳定碎石加半刚性基层组成的混合式基层

混合式基层能有效地降低了半刚性基层的疲劳应力水平和其层间的剪切应力，从而沥青路面整体抗车辙能力。目前正在建设的永咸高速公路、凤永高速公路、蓝商高速公路、柞小高速公路等均采用了沥青稳定碎石基层加半刚性基层组成的混合式基层，沥青层厚度由原来的15cm增加至18～22cm。

8）改善无机结合料稳定集料基层

采用强度适中，收缩性小，抗裂性能和抗冲刷性能好的无机结合料稳定集料基层，控制水泥剂量不要过大，严格控制粒料中不包含土，减少细粉的含量，同时加强水泥稳定碎石的配合比设计。

4 结论

本文在对我省沥青公路路面早期病害实地调研的基础上，详细分析了沥青路面早期病害产生的原因，针对这些病害，作者给出了沥青路面优化设计的若干措施，以期为减少沥青路面早期病害做出贡献。

[1]沙庆林著.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]沈金安.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京:人民交通出版社,2004.

[3]沈金安.国外沥青路面设计方法总汇[M].北京:人民交通出版社,2004

[4]孟书涛.沥青路面早期损坏与结构设计的关系.中国公路网,2004(10).