沥青混凝土路面结构组合分析与合理厚度

西丙辰

(1.黑龙江省航道局;2.黑龙江省公路学会)

沥青混凝土路面结构组合分析与合理厚度

西丙辰1，2

(1.黑龙江省航道局;2.黑龙江省公路学会)

预防沥青路面早期损坏不能押宝于变异性最大的材料与施工控制环节。在进一步规范材料与工艺设计的同时，应注重结构厚度与组合设计，从设计体系上降低早期损害的可能性。因此有必要对高速公路各沥青混凝土结构层进行系统的试验研究，考虑结构、材料与工艺的一体化设计，采用合理的技术措施，严格控制混合料配合比设计与施工管理，以保证高速公路沥青路面的施工质量。

沥青混凝土路面;结构组合分析;合理厚度

1 结构组合设计

轮载作用于路面表面，其竖向应力和应变随深度而递减，因而对各层材料的强度和模量的要求，也可随深度而相应减小。因此路面各结构层应按强度和模量自上而下递减的方式组合。这样既能充分发挥各结构层材料的能力，又能充分利用当地软质材料充当路面结构的底基层或基层，从而达到降低工程造价的目的。

采用强度和模量按深度递减的规律组合路面时，还应注意各相邻结构层之间的模量不能相差过大。沥青路面应力与应变分析表明，上下两层模量相差过大时，上层底面将产生较大的拉应力(拉应变)，这时为避免其超过材料本身的疲劳弯拉强度(或拉应变)而出现疲劳开裂，就必须增加以上各层的厚度，从而使路面结构设计不合理。

根据经验与应力分析，基层同面层的回弹模量比不应小于0.3，土基与半刚性基层的模量比应为0.08～0.40，半刚性层与其下层的模量比应为1.0～2.5，这样路面结构一般不会出现过大的拉应力(拉应变)。但这只是参考值，它会随着整体性结构层的抗弯拉能力而变化，目前由于改性沥青混凝土或贫混凝土基层抗弯拉能力较传统结构材料有较大提高，因而结构层的组合范围会更大一些。

2 层间接触条件

沥青路面应力与应变分析表明，路面结构设计中层间结合条件对设计结果有较大影响，尤其是对拉应力(包括剪应力)，滑动状态下基层层底拉应力比连续状态提高1～2倍。而设计中采用什么样的层间接触条件取决与施工条件和材料特性。如果路面按滑动状态设计就显得过于保守，路面厚度更厚。原则上我们路面工程设计时应采取工程措施尽量保证各层的连续结合，但实际情况并不能保证各结构层间处于连续状态。

为此设计中各结构层的层间接触状态可根据具体情况按以下原则确定。

(1)沥青结构层的层间应采取工艺措施尽量保证连续接触，设计时按连续状态设计。

(2)整体性材料与粒料或土基之间均按连续状态设计。

(3)半刚性基层与沥青层之间应采取措施保证层间连续，并按连续状态设计。若经论证有可能产生滑动时，可按半滑动或滑动验算。

3 双层式面层结构

沥青路面一个很重要的优点就是沥青路面适宜于分期修建。传统的高等级公路的路面，采用的都是三层式路面结构，而本设计提出的“一次设计、分期修建”的改造思想，无论是对高等级公路修建，还是维修、养护和管理，都有着非常重要的意义。

(1)双层式面层结构的优点。

从以上分析中可以看出，相对于传统的三层式面层结构，如采用“一次设计、分期修建”的思想，先修建两层沥青混凝土面层，可有效防止沥青混凝土的老化，延长道路的使用寿命，还可以防止沥青路面各种病害的发生，节约大修和翻修的费用，节省施工队伍施工作业的时间，缩短施工工期，带来可观的经济效益。无论是从结构功能、使用功能，还是从施工工艺、经济性等方面来说，双层式路面结构都有着无可比拟的优越性。先修建的双层式路面结构，可以等交通量增长以后，再将表面层洗刨掉一定厚度，然后加铺一层混凝土面层结构，最终形成三层式的路面结构，这样一来，不但可以有足够的结构层来承担道路荷载，满足道路的各种使用功能的要求，确保道路的使用寿命，还可以节约大量的投资成本，给投资者带来大量的经济效益。

(2)双层式面层结构的缺点。

对于双层式沥青混凝土的表面层来说，不仅要具备上面层的功能特点，将来加铺后，还必须具备中面层的功能特点，这就对该层混合料提出了严格的要求。为了保证道路的结构性、行使舒适性、整体性和耐久性等要求，就必需对该层的材料选择、混合料的级配设计以及施工工艺等进行严格的设计。如果设计不合理或者施工质量达不到，则会给道路带来严重的早期损害，接着还会发生一系列的破坏，不但会延误施工工期，影响行车安全，还会带来巨大的经济损失。如此一来，如何选择合适的材料，设计合适的级配，采用合理的施工工艺，使该层能满足不同结构层功能的要求，就成为本设计的重点内容。

按交通量分级属于中交通，可考虑沥青路面结构层的分期修建方案，设计年限可适当调整，并预留加铺层标高。路面结构的确定应附上结构设计方案的技术经济比较。

(3)双层式路面结构合理厚度。

从路面设计角度，5 cm中粒式沥青混凝土+7 cm中粒式沥青混凝土和4 cm细粒式沥青混凝土+8 cm中(粗)粒式沥青混凝土双层式结构都可以满足要求。考虑到区域交通量的现状与增长趋势，沥青面层宜采用5 cm+7 cm双层式结构，以便于若干年后加铺一层AC13或者SMA13。如若选择4 cm+8 cm的结构，为了满足公称最大粒径与结构层最小厚度关系的要求，上层只有采用AC13或者SMA13，如此则不便于后期加铺新结构层。

以黑龙江省齐泰公路沥青面层为例，介绍双层式沥青路面材料设计、施工控制和质量评价。齐泰公路所处地区虽然交通量小，但是超载现象普遍存在。因此采用中粒式沥青混凝土AC16(上面层)和AC20(下面层)，同时按照骨架密实原则开展材料设计以应对重载作用。另外，车辙主要产生在沥青路面中面层。出于应对交通的需要或者养护维修的需要，运营若干年后适宜加铺密实防水抗滑耐久的细粒式沥青混凝土，此时AC16作为中面层。所以，采用双层式沥青路面结构应对中轻交通，开展骨架密实型沥青混合料级配设计应对当前的重载和若干年后的繁重交通，能够节约公路建设的一次性投入，为后续加铺工作带来便利。

U416.217

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1008-3383(2012)11-0065-01

2012-06-12