浅析路面结构的优化及其经济性

殷 威，冯 培

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014；2.中机中联工程有限公司，重庆市 400039）

0 引言

目前我国公路与城市道路沥青路面基层普遍采用半刚性基层，路面结构设计以路表弯沉值、半刚性基层层底拉应力和沥青层剪应力作为沥青路面结构设计指标。将沥青路面使用性能（抗车辙、抗低温开裂、抗疲劳等）与沥青路面结构设计相结合，分析沥青路面各结构层层位功能，总结路面结构材料及厚度与沥青路面使用性能的变化规律[1-2]、沥青路面反射裂缝与沥青路面的变化规律，提出路面结构的合理组合方案及改善路面使用性能的措施，并对不同路面结构组合方案进行经济分析，归纳路面材料与沥青路面价格的变化规律，为工程中沥青路面结构的优化设计及其经济性提供一定的参考。

1 沥青路面结构层层位功能[1]

1.1 沥青上面层

在不同低温条件下，沥青面层的温缩应力在沥青面层顶面为最大，沿厚度方向逐渐减小，因此可以将沥青上面层作为主抗低温缩裂区。

1.2 沥青中面层

沥青面层车辙引起的高温剪应力沿路面厚度方向的规律是先增大后减小，峰值大约在路面厚度7 cm处，根据面层厚度变化规律，可以将沥青中面层作为主抗车辙区。

1.3 沥青下面层

沥青面层常温拉应力峰值为路面深度9～22 cm区域，9 cm以下一般为沥青路面的下面层，因此可以将沥青下面层作为主抗疲劳区。

1.4 沥青面层的层位分工特性

沥青上面层：主抗低温缩裂区、抗水损害区、抗老化区、抗表面平整区、抗车辙区。

沥青中面层：主抗车辙区、抗表面裂缝区、抗反射裂缝区。

沥青下面层：主抗疲劳区、抗车辙区、抗反射裂缝区。

2 沥青面层变化对沥青路面使用性能的影响[2]

2.1 抗疲劳特性

通过前文的介绍，沥青路面的主抗疲劳区为沥青下面层，当沥青下面层厚度增加或模量增大时，沥青路面的最大拉应力不断减小，抗疲劳特性不断提升。由此可见，适当的增加下面层的厚度，改进下面层的沥青混合料配合比，提高下面层的模量，可有效提升沥青路面的抗疲劳性能。

2.2 抗车辙特性

通过前文的介绍，沥青路面的主抗车辙区为沥青中面层，当沥青中面层厚度增加或模量增大时，沥青路面的抗车辙能力有效提升。由此可见，适当的增加中面层的厚度，改进中面层的沥青混合料配合比，提高中面层的模量，可有效提升沥青路面的抗车辙能力。

2.3 抗低温缩裂特性

通过前文的介绍，沥青路面的主抗车辙区为沥青上面层，当沥青上面层厚度增加时，沥青路面的最大温缩应力无明显减少，当沥青上面层回弹模量增大时，沥青路面的最大温缩应力明显减少。由此可知，改善沥青路面的抗低温缩裂特性，只能从提高沥青上面层的模量入手。

2.4 不同沥青路面组合对沥青路面性能的影响

以两层式路面为例，设定面层厚度为10 cm，可采用组合一（5 cmAC13+5 cmAC16）、组合二（5 cmAC13+5 cmAC20）、组合三（4 cmAC13+6 cmAC20），通过研究得知，各层同等厚度下，采用AC20比AC16抗车辙能力更好；而总厚度相同，各层材料相同时，组合三比组合二抗车辙能力更优。因此，适当的沥青厚度差值，模量差值更符合沥青路面结构组合体系，获得更好的使用性能。

3 沥青路面的变化对沥青路面反射裂缝的影响[3]

3.1 沥青面层厚度变化

根据研究，沥青路面厚度在10 cm以上时，沥青路面的反射裂缝将显著减少，当沥青路面厚度在12～15 cm区间时，沥青路面的反射裂缝将急剧减少，当沥青路面厚度大于15 cm时，沥青路面的反射裂缝减小幅度大幅减缓。因此，增加沥青路面厚度可有效减少反射裂缝，但厚度超过某个界限，其经济性急剧降低，合理的路面厚度能兼顾使用效果和经济性。

3.2 提高基层模量

改善基层材料的配比，提高基层材料的模量可有效的降低反射裂缝。

3.3 增加中间层

在面层与基层之间增加沥青碎石、级配碎石、橡胶沥青或土工材料等中间层，可有效减少反射裂缝。

4 研究总结

4.1 沥青面层材料的变化

以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水稳+20 cm级配碎石为例,在基层材料厚度、上面层、中面层材料厚度不变情况下，将下面层调整为AC20，由于材料模量增加，其厚度相应减小，通过计算表明，在其他层材料厚度不变的情况下，将较大粒径的沥青混合料调整为较小的沥青混合料，其造价将减少。

4.2 面层总厚度的变化

以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水稳+20 cm级配碎石为例,在各层材料不变的情况下，将面层厚度由18 cm调整为16 cm，基层厚度将相应增加，通过计算表明，在各层材料不变的情况下，减小沥青面层总厚度，增加基层厚度，形成“强基薄面”，其造价将有效减少。

4.3 底基层材料变化

以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水稳+20 cm级配碎石为例,在面层材料厚度、基层材料厚度的情况下，将粒料基层替换为稳定土基层，可有效降低造价。

4.4 底基层厚度变化

对于石料缺乏区，以4 cmAC13+6 cmAC16+8 cmAC25+35 cm水稳+20 cm级配碎石为例,在面层材料厚度、基层材料、底基层材料不变的情况下，沥青路面造价随着水稳基层的增厚，粒料底基层的减薄而降低。

5 研究总结

5.1 面层的合理组合

（1）上面层的合理厚度宜为3～5 cm。

（2）面层的总厚度宜为10～18 cm。

（3）中面层厚度与下面层的厚度比为0.75～0.8。

5.2 提高沥青面层使用性能的措施

（1）增加中面层、下面层的厚度。

（2）上面层、中面层改性，中面层添加抗车辙剂。

（3）改善沥青混合料配合比，提高沥青混合料的模量。

5.3 防治反射裂缝的措施

（1）增加中面层、下面层的厚度。

（2）中面层改性。（3）改善基层材料配合比，提高基层材料的模量。（4）增加中间层（柔性基层、橡胶应力吸收层、土工合成材料等）。

（5）基层切缝。

5.4 提高沥青路面经济性的措施

（1）采用较小粒径组合。

（2）减少沥青面层总厚度。

（3）底基层采用稳定土。

（4）石料缺乏区，采用水稳底基层替代粒料底基层。

6 结语

本文主要介绍了沥青面层的功能分区、沥青面层的变化对沥青使用性能的影响，沥青路面反射裂缝与沥青路面的相应关系，沥青路面材料及厚度变化对沥青路面造价的影响，具体应结合当地材料供应条件、运输距离、路基的工程地质、施工季节、材料供应价格、当地施工水平等多方面因素合理选择路面结构的建设形式，使沥青路面在结构安全、使用性能和工程造价上达到和谐统一。

[1]吕文江.沥青路面结构与材料设计一体化研究[D].陕西西安:长安大学,2006.

[2]马强.基于使用性能的沥青路面面层结构与材料优化研究[D].陕西西安:长安大学,2011.

[3]白琦峰.半刚性基层沥青路面反射裂缝防治措施对比研究[D].江苏南京:东南大学,2005.

[4]CJJ 169-2012,城镇道路路面设计规范[S].