沥青混凝土路面结构设计探析

杨亦丁

摘 要 近年来我国公路网络中沥青路面的应用越加广泛，逐渐占据了核心地位，其在平整度、抗变形以及维修便利性方面具有显著优势。本文首先对沥青混凝土路面设计要求进行了简要介绍，其后具体探讨了沥青混凝土路面结构设计要点，最后围绕工程案例展开论述，以期可供参考。

关键词 沥青混凝土路面;结构设计;设计要求;工程案例

引言

随着社会经济的快速发展，区域交通越加繁忙，不仅表现在交通量的增加，也有重载交通占比的增多，由此对路面性能提出了更高的要求。本文研究对象为沥青混凝土路面，需严格根据区域环境、交通调查结果等确定路面结构方案，科学选择材料、计算各项参数，保证路面整体性能满足要求的同时，提高其经济性，真正获得最优方案。

1沥青混凝土路面设计要求

现代公路修建中，面临着大交通量、重载等问题，不少公路出现了尚未达到正常使用年限，就出现了严重损坏，如拥包、沉陷、坑槽、严重裂缝等等，必须进行大中修，严重影响正常交通。对此，为保证公路正常运营，减少养护维修费用，必须要对沥青路面受力、损坏 机理进行分析，科学开展沥青混凝土路面结构设计，保证路面性能满足规范与实际使用要求。

沥青混凝土路面设计过程中，应做好公路沿线气候、自然条件以及交通情况的调查工作，综合确定路面性能要求，并根据路面结构组合力学与使用性能开展综合设计，保证沥青路面耐久性、安全性、经济性[1]。

2沥青混凝土路面结构设计要点

2.1 结构层功能要求

沥青路面各个结构层设计要求归纳如下：①面层：面层直接受到外界环境影响、承受各种荷载，极易出现各种病害问题，对其抗车辙、抗疲劳开裂、抗低温开裂、抗水损坏等性能要求十分高。不同面层结构设计侧重点不同，如：上面层—路面抗滑、低温抗开裂性;中面层—抗车辙性;底层—密水性、疲劳开裂性。②基层：基层对水稳性要求高，需根据实际情况选取沥青路面的不同基层类型; ③垫层：主要用于改善土基的温、湿度。

2.2 结构层设计要点

（1）材料选择。不同结构层的功能要求不同，选择合适的材料十分重要：①上面层：常用的有SBS改性沥青、SMA沥青、AC13 沥青等，其中SBS改性沥青稳定好，抗车辙能力有限;SMA沥青、AC13 沥青在低温抗裂、耐疲劳性等方面表现较好，具体需根据区域环境、路面需求进行合理选用。②中、下面层：中面层承受的剪应力较大，因此对材料性能要求也较高，美国规范中SMA-25、SMA-19为中、下面层材料推荐选择，下面层以粗粒式沥青混凝土为宜，可有效避免自由水滞留，此外也可选用橡胶沥青作为结合料，有效提高中、下面层性能，经济性较好;③基层：包括半刚性基层、柔性基层、刚性基层、组合式基层等，半刚性基层包括水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类，可通过改变水泥掺量调整基层刚性;组合式基层，采用沥青碎石层，常用材料有ATB-25、ATB-30，其排水性能较好，可有效遏制温缩、反射裂缝等。④层间材料：此为改善结构层间接触状态的重要部分，包括透层、封层、粘层，推荐材料有SBR改性乳化沥青、橡胶沥青、阳离子中裂乳化沥青等。

（2）路面结构组合设计。沥青混凝土路面结构是一个整体，因此必须要进行综合分析与优化设计，确定结构方案，主要考量因素包括：交通量、重载交通比例、当地气候、建设资金、施工条件等，切实延长路面使用寿命、提高经济性[2]。

根据已有的结构方案，采用弯沉指标对路面结构层厚度进行初步设计，综合环境、材料性能参数的影响，从力学、使用性能等方面的要求出发，对结构组合方案进行验证;最后开展极限寿命、全寿命费用分析，取得最优方案。

3工程实例

3.1 项目背景

本文主要以某公路工程项目沥青混凝土路面结构设计为例展开分析，此项目在区域运输网络中占据着重要地位。根据调查显示，近些年区域经济发展较快，公路交通量快速增长，尤其是重载交通特性比较明显，对此在进行沥青混凝土路面结构设计时，要求高、难度大，在保证路面性能与使用寿命的同时，需控制好成本问题，保证最终路面方案技术经济性良好[3]。

3.2 路面结构方案比选

本项目在充分参考已建公路设计经验的基础上，结合区域筑路材料特点、工程质量与效益等进行综合分析，初步确定采用以半刚性基层沥青路面为主导的路面结构。

（1）结构方案比选。本项目初期设计阶段，对水泥混凝土与沥青混凝土路面两种方案进行了比选，具体分析如下：方案一：沥青混凝土路面：路面平整、噪音小;路基变形适应性强;维修养护便利;方案二：水泥混凝土路面：路面强度高，耐久性好;造价较低;路基变形适应性较弱;维修养护难度大。

通过两种方案的优缺点综合分析，确定采用沥青混凝土路面。

（2）面层方案比选。本项目在面层材料选择上，初步确定了两种材料，具体分析如下：方案一：中粒式密级配沥青混凝土（AC-16）：此材料的优点在于抗滑性、防水性好，且设计、施工方案相对成熟，造价较低;但是在耐久性、水稳定性方面存在一定不足[4];方案二：沥青马蹄脂碎石混合料（SMA-13）：此材料的优点在于抗滑性、抗高温变形与低温开裂性均较好，尤其适用于高温多雨区域;但是此材料施工要求高，造价也相对较高。

结合项目实际情况，经综合分析后决定选用AC-16，同时在考虑路面性能要求的基础上，本项目提出采用两层沥青混凝土路面。

（3）基层方案比选。基层是重要的承重层，强度、水稳方面要求高，本项目初步确定两种方案，具体分析如下：方案一： ATB-30 柔性基层：此种材料在国内应用广泛，其主要优势在于可顯著减少反射裂缝，与面层呈现为一个良好的接触状态，变形适应能力强;但是此种基层的强度方面相对较弱，承载力不强，易出现车辙，工程造价相对较高;方案二：水泥稳定碎石半刚性基层：此种基层的板体性十分好，提供了良好的承载力，在抗变形、抗冻、水稳等方面表现优异，同时其施工较为简单、造价低;但是使用此种基层极易导致反射裂缝的出现。

结合项目情况与性能要求，综合分析后决定采用水泥稳定碎石基层[5]。

（4）底基层方案比选。在进行底基层方案设计与选择时，抗疲劳、抗冲刷性能是优先考虑因素，结合本地筑路材料情况，本项目决定采用水稳碎石、水泥石灰粉煤灰稳定碎石两种方案，具体分析如下：方案一：水稳碎石：采用4%水泥配比方案，其早期强度高、抗冲刷性能好，同时取材方便、施工简单;方案二：水泥石灰粉煤灰稳定碎石：配比方案2：5：13：80，其可有效减少干缩裂缝，造价低，但是初期强度不高，容易造成周边污染。

基于本项目交通情况分析显示，重载车辆较多，因此推荐采用水稳碎石基层，提供更为强大的承载力。

3.3 路面结构设计情况

本项目严格按照《公路沥青路面设计规范》开展路面厚度计算、弯拉应力验算，采用HPDS2011设计软件开展设计计算，确定本项目沥青混凝土路面总厚度为84cm，具体结构设计情况见表1[6]。

4结束语

综上所述，合理的沥青路面结构设计，是减少道路早期损害的重要措施，不仅可延长道路使用寿命，也有利于减少维修费用，为区域交通正常运转提供更好的保障。在进行沥青路面结构设计时，需明确各个结构层功能要求，并据此开展各结构层方案选择与组合设计，做好性能验证与优化工作，切实满足实际功能需要，提高道路服务水平。

参考文献

[1] 路鑫，梁武星.陕西省高速公路沥青混凝土路面典型结构设计方法[J].公路，2013，58（12）：27-30.

[2] 黄小云.高等级公路沥青混凝土路面结构设计[J].黑龙江交通科技，2016，39（9）：18-19.

[3] 马建国.基于长寿命沥青混凝土路面结构设计要点研究[J].黑龙江交通科技，2019，42（2）：52-53.

[4] 韦金城，余四新.青临高速试验路沥青路面结构应变分析和永久变形预估[J].公路交通科技，2015，32（8）：1-5.

[5] 刘鹏程，翁兴中，张广显，等.层间接触对环氧沥青混凝土复合道面结构性能的影响[J].材料导报，2015，29（6）：139-144.

[6] 薛忠军，王春明，张伟，等.半刚性基层长寿命路面结构和材料设计研究[J].公路交通科技，2015，32，（10）：37-42.

作者简介

楊亦丁（1982-），男，贵州省福泉市;学历：硕士，高级工程师，现就职单位：重庆市设计院，研究方向：主要从事市政道路桥梁设计。