公路沥青路面结构设计的应用分析

文/熊尧、付方玉

1 前言

在交通事业不断发展过程中，越来越多公路项目得以修建。在高速项目结构中，沥青路面是非常重要结构组成，设计时设计人员需要对路面结构形式以及各种参数要求进行控制，从而才能切实发挥出路面结构的效果，提高公路工程建设水平。

2 我国沥青路面设计指标分析

2.1 高速公路沥青路面主要破坏形式

当前，我国高速公路沥青路面是主要的表面结构形式，但是在运营中极易产生早期破坏问题，尤其是建设在20世纪90年代的高速公路项目，就存在很多的变化和问题。

从目前的实际情况分析，高速公路发生的路面损坏形式为以下几种：因为路基不均匀沉降导致塌陷、开裂；车辙严重导致的损坏；沥青表面存在严重水害问题；半刚性基层存在反射裂缝问题；沥青路面发生病害问题。因此，在高速公路设计中，施工团队应选择合适的设计方案，避免在运行中产生严重的病害问题，延长使用寿命，提升高速公路运行质量。

2.2 路表弯沉指标的适用性

2.2.1 直观性强、可操作性非常好，经过检测数据的全面分析，其在交通通行量比较小、结构相对较薄的公路项目中可以应用；而如果交通通行量比较大，路面结构很厚就难以使用。

2.2.2 在路面结构单一的中、轻交通发展时期，该指标可以反映出公路表面存在的变形问题，也可以用来确定表面结构刚度性能。

2.3 沥青路面结构设计的材料方面分析

当前，我国沥青路面在结构设计时与路面结构是分离存在的，因为很多原因的影响，路面材料抗压模量设计参数的选择没有严格按照标准要求，且是水泥稳定粒料的形式，设计参数之间相差很大，相同材料在规定的条件、施工环境中，设计参数的选择有着明显差异。因此，要想全面提升工程质量有着较高的难度，且在确定设计方案时，容易造成经济效益损失或者导致结构性能不足[1]。

3 项目概况

某公路工程设计长度为96.361km，贯穿整个省份内，将沿线的多条国道、省道等交通干线连接形成交通网络，纵横交织，可以有效缓解当地的交通运行压力，促进当地交通事业的发展和进步。

4 高速公路路面结构设计的难点分析

4.1 高温稳定性

该高速公路项目所处的自然环境比较特殊，环境温度为40℃以上的时间比较长。在这种比较恶劣的环境中，相关人员要保证混合料结构具备较高的抗变形能力，满足当地的交通运行标准。另外，该高速公路项目是当地主要的运输线路，日常交通运行的车辆数量比较多，并且还有很多的重载车辆，路面载荷较大也会产生严重的损坏影响。因此，在高速公路路面结构设计优化的过程中，应该综合分析自然环境温度因素，在保证高温条件的同时，具备较高的抗车辙、抗裂等性能，满足交通运行的安全性要求[2]。

4.2 水稳定性

高速公路项目沿线区域内年降雨量可以达到1500mm，为年平均降雨量超过1000mm 的严重区域。通过对该区域内的整个高速公路项目进行分析发现，早期水损坏非常严重。因此，在高速公路结构优化设计环节，工作人员应综合分析混合料设计、原料指标等数据，提升水稳定性，满足当前高速公路运行需要。

4.3 低温抗裂性

该高速公路项目所处区域内，气象资料显示环境最低温度可以达到-10℃，环境温度较低。因此，在结构优化设计环节，不仅要达到高温稳定性标准，还要达到低温抗裂性的要求。

4.4 抗疲劳性

整个高速公路区间范围内车辆通行量非常大，且有较大比例的重载车辆，在长期运行中极易导致沥青路面结构疲劳损坏问题，所以在结构设计优化的过程中，工作人员应采取必要措施，提升抗疲劳性能，消除车辙、早期水害等问题。经过结构设计优化方案的确定，保证结构设计更加科学合理，也就更加能够提高施工质量，做好特殊路段的处理和控制工作，避免早期病害问题，提升高速公路耐久性，延长使用寿命，产生较高的综合效益[3]。

5 沥青结构层的优化分析

在高速公路的结构设计优化环节，综合分析高速公路各个结构是非常重要的。从各个结构出发，考虑路面结构层厚度、路面性能，保证沥青路面结构层得到优化，具体从以下几个方面进行：

5.1 优化沥青上面层

按照本次高速公路的交通运行量预测和分析，在运行的初期并未有较大的交通量运行，所以路面荷载的影响深度主要是中面层。从运行的功能、经济效益等方面分析，在优化设计环节，确定高速公路上面层确定为4cm 厚AC－13C，沥青采用SBS 改性沥青，可以有效降低项目成本，功能性也可以满足标准要求。AC－13C 应用质地较硬、耐磨性好的集料材料制作，比如玄武岩、辉绿岩等材料，保证抗滑磨耗层结构的功能符合要求。在此基础上，把符合要求的辉绿岩材料应用到上面层结构，它与SMA－13 中配置的玄武岩材料成本都是比较低的，然后上面层结构使用的是AC－13C 型沥青混凝土。

5.2 优化沥青中、下面层

根据工程的设计方案分析，在该高速公路运行过程中，中面层是整个结构区域内剪力受力最高的范围。在环境温度较高、车辆重载的运行条件下，中面层结构需要达到高温稳定性的要求，由此中面层结构在设计中选择使用高温稳定性效果最好的沥青混合料，其中的沥青是SBS 改性沥青，它能够达到综合性能的要求。

沥青下面层是主要起到承载、黏结层结构的作用，能够达到抗疲劳性和抗水损坏的效果，所以该项目应用的是50#A 级道路石油沥青。经过结构优化设计后，将中面层结构设计为6cm 的Sup－20，应用改性沥青材料，确保性能符合PG70－22 级性能标准；下面层设计为Sup－25，应用的是50#道路石油沥青，符合PG64－16 级性能标准[4]。

5.3 优化水稳基层

原结构优化设计因为所使用的水泥含量比例得到了提升，极易发生裂缝问题。对于厚度为1cm 左右的石油沥青表面来说，其可以达到抵抗反射裂缝的作用。在具体的优化设计环节，水稳基层会利用减少水泥比例的方式来消除水稳裂缝，另外还可以通过必要的工程措施，避免出现沥青反射裂缝问题。水稳基层与沥青面层需要布置防水粘接层结构，保证沥青面层的应力以及应变会由于没有应力集中在接缝、裂缝端部位置上而有所下降。

同时，还需要保证各个铺层结构部分的抗拉性能、抗剪性能符合标准的要求。从实际情况分析，防水粘接层的形式选择比较重要，目前应用最为广泛的就是聚酯纤维布、稀浆封层、橡胶沥青应力吸收层等几种形式。结合本文的实际情况，最终选择第三种作为沥青面层，可以起到消除反射裂缝的效果[5]。

6 高速公路路面优化设计的对比分析

6.1 技术分析

传统的AC 型沥青混合料结构选择应用悬浮密实型连续级配的形式，高温稳定性严重不足，即使级配结构做好了调整处理，也无法彻底消除设计中的不足。而传统马歇尔试验方式在操作中通过应用击实成型的方法，并不能真实反映出具体的压实碾压、揉搓的效果，所以导致试件的油石比会超出具体应用路面的0.3%～0.5%。在优化设计方案的过程中，应用Superpave 技术进行效果检测，发现通过该技术可以使沥青路面结构达到均匀、密实的标准要求，高温性能有所提升，抗水害效果也非常好，总体结构的性能得到很大提升，同时还保证了路面实际运行效果符合要求，达到抗车辙的效果。

6.2 路面基本建设费用分析

优化设计方案投入使用后，发现高速公路的路面性能得到了很大提升，使用寿命得以延长。从清单报价方面分析，经过优化处理后的主线路面结构较之原方案成本有明显下降。

6.3 使用效果分析

方案经过优化之后，可以提高施工质量，延长使用寿命，防止发生早期病害问题，达到节能、降耗、环保的目标，对于促进公路领域的发展有着非常好的效果。

7 结语

总而言之，在高速公路沥青路面工程施工中，路面工程的稳定性会直接影响路况性能。为了提升路面工程的施工质量，在沥青路面结构设计中，需要从结构设计、材料应用等方面详细归类分析存在的要点问题，从而给出相关的设计措施；同时，在具体设计中还需要加强路面结构的强度设计，提升整体结构性能，以便后续工程项目质量得到提高。