公路沥青混凝土路面的设计方法

包清池

摘要：高速公路路面一般由面层、垫层、基层而组成的层状结构。每个独立层面具有各自的不同功效。高速公路路面设计的本质任务是保障路面在使用年限内满足交通承载和保证行车质量。文章结合高速公路路面的基本特性进行分析，探讨高速公路路面的设计方法。

关键词：高速公路;路面设计;路面材料

前  言

高速公路路面设计使用年限为15年，在这期间经常进行修补甚至中断交通大修，均会影响高速公路投资效益，在社会中产生不良影响。为了保证高速公路在快速、安全、经济和舒适四方面的功能要求，高速公路路面必须具有良好的使用性能。路面设计中首先考虑的是根据实际功能进行结构组合，其次进行各层厚度设计，同时结合造价、养护、车辆管理经营等方面以达到最佳的经济效益。

一、高速公路的路面性能及病害分析

1.路面性能

1.1 高温稳定性。路面的强度经常受风、霜、雨、雪和日照等自然因素的影响而发生变化。为保证正常通车，路面强度在一年中变化的幅度应尽量减少，这种强度变化的幅度叫稳定性。沥青路面的强度与刚度随温度升高而降低。为了保证沥青路面在高温季节行车荷载的反复作用下，不至于产生诸如波浪、推移、车辙、泛油、粘轮等病害，沥青路面应具有良好的高温稳定性，即在高温时具有足够的强度和刚度。

1.2 抗滑能力。沥青路面应具有足够的抗滑能力，以保证在最不利的情况下（当路面潮湿时），车辆能够高速安全行驶，而且在外界因素的作用下，其抗滑能力不致很快降低。沥青混合料的粗糙度与矿质集料的微表面性质、混合料的级配组成以及沥青用量等因素有关。为保证路面的粗糙度不致很快降低，应选择有棱角的石料。研究表明，沥青用量对抗滑性的影响相当敏感，沥青用量超过最佳用量的0.5%时，就会导致抗滑系数明显降低。提高路面抗滑性能，可以通过采用坚硬、耐磨、表面粗糙的集料组成面层主要是面层的上层）材料来达到。

1.3 具有足够的强度和刚度。行驶在路面上的车辆，一方面通过车轮把竖向压力传给路面，另一方面又使路面受到水平力。在这些外力的作用下，路面结构内会产生不同量的拉应力、压应力和剪应力。如果路面结构整体或某一组成部分的强度不足，不能抵抗这些应力的作用，则路面便会出现断裂、碎裂或沉陷（伴随两侧隆起）等损坏现象，使路况迅速恶化，从而严重影响道路的服务质量。公路路面的强度是指路面结构对行车作用的抵抗能力，路面不会因车辆荷载的垂直压力、震动力、冲击力、刹车及启动时的纵向水平力以及车轮后方与路面间产生的真空吸力等而造成过大的变形、磨损和压碎等破坏现象。

二、路面结构设计步骤及设计方法

1.路面结构设计步骤

1.1 信息搜集。包括交通（如交通量、轴载组成、年平均增长率等），环境（道路气候区、月平均气温、最大温度梯度等），材料（料场位置、材料品质、供应条件等），地质和水文（岩质和土质、地下水位等），经济（概预算定额、资金来源等），当地技术和设备条件，路面使用经验等;进行路面改建设计时，还应调查和收集有关现有路面状况的数据。

1.2 拟定结构组合方案。包括行车道和路肩的面层类型、各结构层类型和组合、材料组成和结构层大致厚度：采用路面内部排水设施时，还包括排水系统的布设方案、各项排水设施的构造和大致尺寸。

1.3 各结构层混合料组成设计和相应的力学性质试验。选择确定有关设计参数—如分析期，目标可靠度，荷载、环境和材料方面的有关参数。进行结构分析—分析所拟路面结构方案在荷载和环境条件下的应力、应变或位移量，预估有关设计标准的损坏量或使用性能指标量。进行各路面结构方案的寿命周期费用分析。综合各方面的分析和考虑，选择最终设计方案。

2.路面设计关键技术分析

2.1 主线行车道与硬路肩。为满足路面设计的各项使用性能要求（主要是抗滑和防水要求），路面结构设计首先考虑的是确定其抗滑表层的类型。根据路面材料调查资料，在高速公路邻近地区有较好的抗滑层集料，能满足路面抗滑层集料要求的各项指标。设计选用AK一16A型沥青混合料作为抗滑表层效果较好。另外SMA也是一种不错的方案，SMA是由沥青、矿粉、细集料组成的。由于它是由相互嵌挤的粗集料和沥青码蹄脂二部分组成的。粗集料含量占70%以上，形成了相互嵌挤的“骨架”结构。填充粗集料空隙的沥青码蹄脂又由沥青、细集料、矿粉和纤维组成。它是一种间断级配的混合料，粗集料用量多、沥青用量多、矿粉用量多而细料含量少。

2.2 沥青路面基层。作为半刚性沥青路面的主要承重层，基层应选用强度高、水稳性好、低温裂缝少、施工方便、便于养护的材料和结构。为此河南省多采用水泥稳定粒料基层。而在一定的气候、水文、地质条件下，主要由交通量、土基模量的大小决定着基层、底基层的厚度和结构。

2.3 底基层。底基层是路面的次要承重层，底基层的材料选择应根据公路沿线的气候、水文、地质和土源情况因地制宜，经技术经济比较后加以选定。底基层的结构多选用10%～12%石灰稳定土、8%～10%的水泥稳定砂土或4%水泥、8%石灰综合稳定土等。现在多趋向采用二灰土、石灰水泥稳定土等綜合稳定，以提高底基层的水稳性、强度和其它路用性能。

2.4 路面层间结合与防水。为了保证路面各层的共同受力和防水，路面设计和施工应在基层顶面设透层油和在受污染的面层间洒粘层油，视气候和基层材料情况必要时在基层顶面设封层。对二灰碎石基层，顶面应设封层，以加强对二灰碎石的养护和防止交通车辆对其表层的损坏，良好的封层是二灰碎石结构质量的重要保证。高速公路路面设计应该注重基层的防水设计，主要方式有2种：一种是采用2次洒铺乳化沥青及石屑的简易表处式封层;另一种是在透层油上洒2kg/m2改性沥青防水膜。

三、结束语

现阶段的高速公路路面设计，在不断学习中、外先进经验的基础上，与施工相结合，走过了一个不断认识—实践—提高的过程。但路面方面的问题仍不断地出现，其中有大量是施工和管理所造成的，但也有问题是设计上未完全认识和把握而产生的。如设计选用的材料和级配是否正确，路面结构组成和各层厚度计算与结合是否合理，路面排水设计是否有效和完善，超重车的存在与交通量计算是否恰当，以及路面的设计是否符合环境与施工实际等。这些问题的存在都将影响设计质量和路面修建使用的最终质量，也是需要我国广大公路设计施工、科研工作者共同努力加以解决的。

参考文献：

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[2]王佳.高速公路沥青路面使用性能评价与预测决策研究[D].长沙理工大学.2006.

[3]黄焯炉.高速公路沥青路面的施工技术和质量控制[J].广东建材.2006（06）.