沥青路面结构设计论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇沥青路面结构设计论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

①合理连接沥青路面的不同施工结构层。按照高速公路路面结构设计，各结构层之间的接触面应为安全性连接系统。因此，借助沥青透层的应用，原本粘结力不强的内部结构沥青层与非沥青层之间将建立更紧密的结合，极大地改善了路面各结构层的整体性，也可有力避免各结构层之间出现的滑移安全隐患。②液体沥青的在结构表层出现程度不一的渗入作用后，将直接填充基层结构中的孔隙或集料间隙，使得各空隙直接封闭，避免雨水渗入存留加重基层侵蚀软化，可有效提升基层结构的稳定性。③高速公路的半刚性基层常要经碾压、洒水养生等处理，其间可致大量粉尘飞扬，可能加重细集料与粗骨料之间的不结合问题。透层的应用能够稳定浮尘，并加强粉尘与粗骨料层间的结合，降低软弱结构层的出现。④沥青透层的应用，可在基层均匀铺就防尘保护沥青层，在提高基层表面强度的同时增加抗摩擦力，避免基层结构的开裂等事故发生。

2高速公路的沥青透层施工技术应用关键要点

（1）设施准备透层施工要按工艺要求来准备合理的施工设备，提前备好试验检测仪器、液态沥青调制设备、洒布设备等物品，并对所有设施设备进行试用检验，确保设备的性能良好。（2）材料选择常规以透层油为透层材料，液体石油沥青、煤沥青、乳化沥青等都能作为透层材料，透层油的选择需参考基层类型，同时还应掌握不同透层油的性能优缺点。液体石油沥青即汽油、柴油、煤油等石油产品，经必要处理并混合沥青材料而成，属于目前沥青路面应用最广的透层油。大量理论研究与工程实践证实，只有混合沥青与石油两种化学物质才能发挥更好的渗透效果，渗透深度越大则沥青路面的生命周期越长。乳化沥青顾名思义就是固态沥青经高温乳化后形成，整个生产过程涉及更多化学原理与机械操作，因而更加复杂。煤沥青在日常工程中并不多见，原因在于煤沥青毒性较重。总的来看，三种透层油的渗透效果由高到低排位依次为：煤沥青、液体石油沥青、乳化沥青。（3）浇洒操作高速公路的路基施工完成后，路面沥青透层可选在基层上表面养护水分变干后，以计算机实现沥青机对接。当然，基层上表面的养护水分不能过于蒸发干燥，否则还需认真清扫和擦拭表面。公路路基若短时间内完成，需要积极完成异物清扫并淋洒水分进行湿润，等水分晾干后再予以透层施工。透层浇洒工作前，各种建筑构造物应要求施工人员加强安全保护。沥青路面的沥青透层洒布后，理想状态就是保持液态物质不随意流淌，且应直至渗透基层深处。

3沥青路面的透层技术应用实例分析

3.1工程实例基本情况。某高速公路第二标段全长23Km，其中公路施工工程量设计为：上面层为改性沥青马蹄脂施工；中面层为改性沥青混凝土施工；下面层为沥青混凝土施工；底基层为水泥稳定碎石施工，并设计有低剂量的水泥碎石处治层。该路段路基以整体、分离式相互结合来完成设计施工，整体路基26m宽，分离路基单幅宽13m。整条高速公路的设计车速达到100km/h。在某施工桩号处，要求在20cm水泥稳定碎石基层上表面顶面组织开展透层技术施工。该工程中所用到的沥青透层材料中，以高渗透乳化沥青作透层油，经过实验测定，该透层油完全满足JTGF40-2004规范中的质量要求。下表即为技术指标：3.2沥青路面透层施工的方法要求。（1）施工前的准备工作完成各材料的入场试验，严格落实材料的达标合规；完成施工设施设备以及机械装置的检查保养与试运行，确保配件充足、性能良好，认真确认沥青洒布车的整体情况，标定喷洒量；完成水泥稳定碎石基层上表面的清洗，先用竹帚整体清扫，后用鼓风机吹尽浮灰，最后以高压水完成冲洗。（2）透层乳化沥青的喷洒喷洒前应指定专人测定乳化沥青用量，调用智能型沥青洒布车完成一次性液态沥青的浇洒，并以人工方式补喷遗漏点，控制喷洒量，一旦出现过量情况则需要以碎石屑或砂灰粉吸油并做好碾压；喷洒透层油后注意加强现场检查，避免有车辆等机械设备行动所造成的油皮现象，而对透层油渗透深度不达标处，还需积极采取措施进行整改。（3）加强行动管制提高透层稳定性透层施工完成后的养护成型期间，现场应实施严格的行动管制，特别要求车辆与行人不得入内破坏。行动管制需要施工人员与项目管理的经理部门进行沟通并紧急协商出台行动管制方案，重点限制交通，以确保施工养护成型时间足够。施工方应在现场增设断道通知，并设反光标志进行标识。3.3沥青路面透层技术应用的质量检查检验标准。

4结束语

高速公路每日所承受的车辆荷载量十分巨大，因而需要不断提升公路整体性能，需要增加路基路面结构的稳定性。沥青路面透层施工技术的设计与施工应用，应灵活挖掘透层结构之功用，正确认清透层沥青材料的技术性能，不断由专业人员研究和探索在选材、施工应用等方面的方法，才能创造更可靠的高速公路系统。

参考文献

[1]王剑英.高速公路沥青路面透层技术功能与材料应用[J].北方经贸,2015(3):65-65.

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【关键词】沥青路面 结构设计 分析

沥青路面早期损害，除个别是由于路基的原因引起的不均匀沉陷外，绝大部分是由于沥青面层本身引起的：坑槽、泛油、车辙、网裂、松散等。因此，沥青的层面的设计是至关重要的。在进行路面结构设计时同时，必须确定路面结构的材料参数，路面结构的材料参数主要包括路面结构层的几何参数、力学参数，如泊松比、模量等，以确保路面结构设计合理。

一、交通荷载

1.轮压和标准轴载

利用气压表对车辆现场测试，发现货车压力普遍超过0.7MPa，对于轴载超过10t 的轮胎，胎压一般在0.8～1.1MPa 范围内，而且随着轴重增加，胎压也增大。交通部公路科研所《重载交通沥青路面轴载换算研究总报告》表明，根据实际接地面积计算出来的轮胎接地压力与轮胎内压并不相等。当轮胎内压较低时，接地压力比轮胎内压高；当轮胎内压较高时，接地压力低于轮胎内压。随着轮胎荷载的提高，在轮胎内压大于0.7MPa 时，试验的各级荷载作用下的轮胎内压均比接地压力大。轮胎内压与接地压力的差值和轮胎的刚度有关，而轮胎刚度与轮胎的材料和其构造有关，在路面结构设计中，为安全起见，一般以轮胎内压代替接地压力。

由于作用在路面的设计荷载千变万化，一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准车载，其他各种车载按照一定的原则换算成标准轴载。而标准轴载一般要求对路面的响应较大、同时又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对标准轴载均有明确的规定。我国根据公路运输运营车辆的实际，公路与城市道路有关路面设计规范中均以100kN作为设计标准轴重。

2. 车道系数

轮迹横向分布系数应用到路面设计以前，还应分析一下荷载作用下，轮迹以外一定范围内的路面结构中所引起的不同程度的疲劳损坏。计算表明，对于国内典型沥青路面结构，在轮迹外50cm 距离内，该荷载产生的破坏作用，最大相当于增加10%作用次数的影响，更远距离处则可以不计；对于刚性路面板，相邻条带上的荷载要为该条带计算值最大增加6%的影响。可见轮迹范围外虽有影响但并不大。

根据典型路段轮迹横向分布的规律，可把轮迹横向分布系数划分为五个类别，可相应地列出各个类别的轮迹横向分布系数值。双向单车道1.0，双向两车道0.6～0.7，双向四车道0.4～0.5，双向六车道0.3～0.4，双向八车道0.25～0.35。

二、土基回弹模量

回弹模量能较好地反映地基所具有的部分弹性性质，所以，在以弹性半空间体地基模型表征土基的受力特性时，可以用回弹模量表示土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。我国公路水泥混凝土路面、沥青路面设计方法中，都以回弹模量E作为地基的刚度指标，为了模拟车轮印迹的作用，通常都以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。

路基回弹模量E0 的确定方法大致有以下几种：

1. 应用直径30.4cm 的刚性承载板在现有道路的土基顶面进行试验经修正后确定；

2.应用落锤式弯沉仪（FwD）进行现场试验，然后根据试验确定的FWD 测定的回弹模量与承载板测定的回弹量回归公式换算；

3.根据室内或现场CBR 试验结果，利用CBR 与回弹模量的相关关系推算；

4.根据路基顶面的回弹弯沉推算；

5.根据路基土的稠度与压实度，利用事先得到的回弹模量与稠度（或相对含水量）和压实度的关系式确定。

由第1与第2 方法得到的土基回弹模量与实际比较吻合，但需要根据土基不利季节含水量进行修正；第3种方法是国外经常采用的方法之一；其他方法可以间接推算土基回弹模量，但事先应进行一系列试验，得到所需的关系式，而且，推算的回弹模量的准确度和精度均较差。

三.路面结构层设计参数

路面结构由不同的材料逐层铺筑而成，不同的材料有不同的力学强度特性和相应的结构设计参数，路面力学计算理论一般建立在弹性力学基础上，除结构参数外，还有路面结构的材料类数、材料的计算参数包括模量和泊松比。泊松比一般比较稳定，在路面设计时一般对特定的材料选用一定的泊松比，如土基和无黏结材料的泊松比取0.35、无机结合料稳定材料的泊松比取0.25、沥青混凝土材料的泊松比取0.25、水泥混凝土材料的泊松比取0.15 等。

1.无机结合料稳定材料无侧限抗压回弹模量

无机结合料稳定材料（包括稳定细粒土、中粒土和粗粒土） 的无侧限抗压强度是按照预定干密度和压实度用静力压实法制备试件，试件高：直径=1：1的圆柱体、养生时间为设计龄期、侧向没有围压时，通过逐级加载和卸载试验计算得到抗压回弹模量。

无机结合稳定材料室内制件与现场制件设计参数比值随材料不同及施工条件而异。一般情况下，现场制件的模量与强度均比室内制件低，其降低的幅度不等，抗压强度降低幅度较小为10%～20%，抗压模量下降30%～40%，劈裂强度下降20%～60%，劈裂模量下降50%左右。无机结合料稳定材料的设计参数是根据大量试验结果取95%的保证率后（均值-1.645×标准差）得到代表值。在进行拉应力验算时，半刚性基层材料的疲劳方程由劈裂疲劳试验得到，半刚性基层材料的容许拉应力按下式计算：

σA=σSP/KS

式中：KS ――结构系数，对无机结合料稳定粒料KS=0.35e0.11/Ac；

对无机结合料稳定细粒土KS=0.45e0.11/Ac。

2.沥青材料的设计参数

沥青混凝土的抗压试验采用圆柱体试件，试件成型采用静压法、轮碾法、搓揉法和旋转压实成型法，试件的密度应符合马歇尔标准击实密度100%，用于抗压强度试验的试件个数不少于3个，用于抗压回弹试验的试件个数不少于3～6个。

沥青混凝土的劈裂试验既可以为沥青路面设计提供设计参数，也可以评价沥青混凝土的低温特性。我国沥青混凝土路面的设计参数采用静参数，采用的试验温度为15℃ ，试验加载速率为50mm/min，计算时相应的泊松比采用0.30。试件采用马歇尔击实成型的方法、轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件。采用马歇尔击实成型的试件尺寸要求直径101.6mm，高为63.5mm；轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件的尺寸要求直径为100mm 或150mm，高为40mm。

沥青混凝土材料的设计参数也是根据室内大量试验结果取95%的保证率后（均值一1.645×标准差）得到其代表值。再考虑现场大规模施工、质量变化较大的情况，将代表值给予适当的折减得到推荐值。

四.结语

要想提高沥青混凝土路面质量，降低病害的发生机率，必须深入了解路面结构设计各个参数的试验原理、参数自身的特性及在结构设计中的控制作用，对于路面的设计、施工和管理都有很重要的意义。

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中图分类号：U416.2 文献标识码：A

0.引言

目前，新建成的城市道路出现松散、坑槽等路面表面损坏的现象明显，这严重影响了驾驶者的行车舒适性与路面使用功能性。研究表明，水损害问题是造成城市沥青路面表面破坏的主要原因[1]。因此，本文结合笔者的从业经验对城市道路水损害原因及防治对策进行深入分析。

1.城市道路水损害产生的原因分析

1.1水损害产生的外因

城市道路路面结构直接与外界环境接触，如图1所示，来自外界环境的雨水、雪水等极易通过沥青道路表面的连通孔隙渗入到结构层内部，同时伴随着行车荷载产生的动水压力的反复冲刷作用，使沥青路面出现水损害的问题。

随着经济的发展，城市的交通量逐年增加，促进了行车荷载产生动水压力的冲刷及泵吸作用。过量的车辆尾气排放，使大气降水中的酸性物质增加[2]以及降雪后大量融雪剂的使用等因素，使沥青材料与集料间的粘附力降低并产生剥落、松散等城市道路水损害现象。

1.2水损害产生的内因

不合理的沥青混合料的级配设计、沥青混合料摊铺施工时产生的材料离析以及温度离析等因素导致的摊铺成型后沥青混合料空隙率过大，使外界水渗入路面结构内部的问题加剧；沥青材料与集料选择不当，出现材料间的粘附性不足，使沥青材料和集料遇水剥落；结构层自身的排水性能较差（如半刚性基层结构）、结构层内部的排水系统、防水结构功能设计不当或缺失等原因是城市道路路面结构出现水损害的内在因素。

2.城市道路水损害预防和治理对策分析

采取有效措施减轻并从根本上预防和治理城市道路水损害是十分重要的，对于城市道路的水损害预防和治理，主要应该从合理的结构设计与良好施工工艺两方面入手加以解决。

2.1合理选择原材料，提高沥青与集料间的粘附能力

要保证沥青材料与集料间的粘附力，首先应使集料表面有良好的清洁状况，必要时应对所使用的集料进行清洗，避免集料表面附着有灰尘，降低材料间的粘附性。

集料的物理性质对沥青与集料间的粘附能力起关键作用。研究证明，通常碱性集料与沥青的粘附能力明显优于中性和酸性石料[3]，如图2所示，在城市道路的建设中，用做沥青面层的石料通常有石灰岩、玄武岩、安山岩三种，玄武岩与石灰岩石料都与沥青材料有较好的粘附性，玄武岩材料硬度好常用在沥青道路上面层中，石灰岩硬度稍差常用在中、下面层中。安山岩碎石硬度虽然好，但与沥青的粘附性较差，当受料源供应的限制时，安山岩碎石可通过复合使用的方法，将其破碎成细集料与玄武岩材料组成复合集料在上面层中使用。

2.2合理选择结构类型与配合比设计方案

城市道路的沥青路面结构设计，应根据各层的功能要求合理选择沥青混合料类型。通常上面层应具有抗车辙、抗裂、抗水损害能力；中面层应具有抗车辙和结构稳定性的能力；下面层应具有抗疲劳的能力。由于上面层直接与车轮接触，同时受行车荷载、环境因素（温度、降水）等作用，因此，对上面层混合料的原材料的技术指标、级配设计等质量控制要更为严格。就防治水损害而言，上面层应采用密级配沥青混凝土，同时在沥青混合料设计中严格控制其设计空隙率指标，研究表明，设计空隙率不大于5%时，水基本无法深入沥青混合料面层，当空隙率达到8%时，路面渗水效果明显，但过小空隙率的沥青混合料高温稳定性能将变差。综上考虑，表面层沥青混合料的空隙率控制在3%～5%较为适宜[4]。另外，沥青路面的施工摊铺压实质量也将影响路面的抗水损害能力，如压实程度不均匀、混合料摊铺过程中的离析现象（摊铺离析、温度离析）等，都将使现场的空隙率与设计空隙率产生偏差，压实度不足将使沥青路面抗水损害能力下降，而压实过密则易使沥青路面高温稳定性能变差。

2.3控制及改善半刚性基层开裂现象

以水泥、石灰等稳定类材料为混合料作为基层或底基层在城市道路中应用广泛，但半刚性基层易开裂，受干湿作用明显，开裂后半刚性结构的强度及稳定性将被积水所弱化，严重影响使用寿命，因此，采取合理措施控制及改善半刚性基层开裂现象是必要的。

研究认为，半刚性基层的开裂是其本身的固有属性，无法从根本上消除，但可以通过相应的技术措施减少裂缝的产生[5]，具体措施有：

1）控制水泥剂量。过多的水泥剂量将使基层表面出现裂缝，通常认为水泥的剂量应不大于6%。

2）选用骨架-密实型结构。在工程应用中证明，骨架-密实型水泥稳定级配碎石具有良好的抗裂性能，同时还可以有效缓解路面的横向开裂现象。

3）采用土工合成材料以及应力吸收层等措施防止反射裂缝的产生。

2.4严格控制路面摊铺压实质量

如图3所示，除一些成规模的市政主干道路工程外，很多市政新建和养护工程施工地点相对分散，工程规模较小，单次摊铺使用沥青混合料数量较小且运距较远，这些因素都将影响路面摊铺压实质量，而路面摊铺质量不佳，压实度不足将引起道路的水损害。

为保证沥青路面摊铺后的压实度，无论新建工程或是养护工程，都应严格控制沥青混合料的到场温度以及摊铺中的沥青混合料温度，并配套相应的压实设备；同时应注意环境条件对摊铺的影响，如基层雨后潮湿未干不得摊铺，更不得冒雨摊铺等。在一些无法满足沥青混合料到场温度的施工工点，可在热拌沥青混合料中掺入温拌剂或直接采用低温沥青混合料的办法，以保证摊铺成型后的沥青混合料达到基本不渗水的要求。

3.结论

本文从产生机理以及防治对策两方面入手，对引起城市沥青道路表面破坏的水损害问题进行了详细介绍。科学的结构设计与良好施工工艺是预防和治理水损害的关键，合理的材料选择和规范的施工管理才是从根本上克服水损病害出现的途径。

参考文献

[1] 杨孟余、冯德成、沙爱民等.公路沥青路面施工技术规范.释义手册[M].人民交通出版社，2008.

[2] 葛文璇.城市道路和城市环境关系的研究[M].南京林业大学硕士论文，2004.

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论文关键词：高等级公路；沥青路面；层间

1 路面结构设计理论

1.1 路面结构设计的目标

路面结构设计的基本目标就是在道路的使用寿命期限内不发生损坏，这个目标看似简单，实则很难做到，这就需要在路面结构设计时要充分考虑多个方面的因素，比如环境因素、材料因素、荷载因素、结构因素以及经济因素等等，通过这些因素的综合分析和评判，最终才可能选择一个符合实际、性价比较高的设计方案。具体而言，路面结构设计有抗滑性、平整性和耐用性三个衡量标准，抗滑性从传统意义上而言并不属于路面结构设计的内容，但是随着高等级公路的日益增多，汽车行使速度的不断提高，抗滑性越来越受到重视，抗滑性可以通过表层材料的选择和设计来实现；平整性可以减少因为荷载冲击而给道路带来的破坏性，同时可以提高行使的舒适性，由于平整性可以降低对道路的破坏，所以也间接地提高了道路的使用寿命；耐用性是路面结构设计中的核心性能，所有的设计方法都是以此为中心展开设计的，耐用性要求路面有足够的强度已达到抗变形的目的，耐用性代表了道路的设计使用寿命。

1.2 路面结构设计的方法

路面结构设计的方法根据设计机理不同分为三类：基于经验的设计方法、基于力学的设计方法和基于性能的设计方法：（1）经验设计法：包括CBR设计法与AASHTO设计法，CBR的设计思想认为路面应提供足够的质量和厚度从而防止路面层内产生压力变形，CBR的设计简单明确，适用于低等级公路的路面结构设计；AASHTO方法引入了PSI概念，PSI是指路面现时服务能力指数，反映了道路使用者对路面质量的评价，评价值在0到5之间；（2）力学设计法：主要包括SHELL设计法和AI设计法，SHELL设计法把路面看做路基、基层与沥青层三层结构，以厚度、弹性模量和泊松分别表示各层的特征；AI法把路面看成多层弹性体系，各层材料采用弹性模量和泊松比来表征；（3）性能设计法：包括SUPERPAVE设计法和OPAC设计法，SUPERPAVE设计法根据道路的使用性能进行路面和材料的设计，从而达到抗低温、抗疲劳、抗车辙的目的；OPAC法主要考虑了环境因素和交通荷载因素对路面性能的影响。

2 沥青路面层间状态的影响因素

2.1 结构及材料类型影响

当混合料施工不当时容易发生离析现象，特别是混合料最大粒径较粗、沥青层总厚度较薄并三层铺筑时更容易发生这种情况，离析后由于形成了较大的空隙率，从而无法防止路表水下渗情况的发生，而且由于其他原因产生的裂缝无法避免（特别是半刚性基层收缩残生的沥青路面反射缝），所以加大了雨水渗入路面的可能性。冰冻地区的路面，冬季毛细管聚冰导致了在春融期水分过于饱和，加上半刚性基层的透油层效果较差，水分将向上移动积存在基层表面，由于半刚性基层不透水，会导致水分无法从基层排走，如果沥青路面较薄，作用到沥青层底部的荷载压力较大，基层表面机会越容易破坏成灰浆，会影响沥青层的疲劳寿命。 转贴于

2.2 施工管理的影响

施工管理对间层的影响也不应忽视，有些施工单位施工质量控制不严格，在进行基层表面清扫时清扫得不干净、不彻底，导致了间层的粘结不好，造成了层间容易产生相对滑动，另外由于在施工期间施工车辆通行的随意性以及不禁止外来车辆的通行，也会对间层造成严重的破坏。有些施工单位为了降低工程造价，在进行面层摊铺前不对基层进行洒粘层油的工艺处理，或者在洒粘油层的施工中计量不够、油膜不均匀等都会造成层间的粘结出现问题。要解决上述问题，首先要确保加强对基层表面严格的清扫工作，对基层表面粗糙度不合格的局部路段要进行相应的处理，达到技术要求之后，才可以进行粘结层的施工，另外在施工过程中严格进行车辆管理，禁止车辆通行。

2.3 温度和水的影响

沥青对温度的敏感度很高，所以温度对层间材料的影响很大，在夏季高温时期，沥青路面的温度可以高达60摄氏度，在60度高温下进行剪切试验可以发现层间材料此时的抗剪强度已经很小了，所以在夏季高温情况下，层间材料在重力的作用下就容易发生损坏，因此在路面层间结构的设计中要注意温度对层间材料的影响。另外，水的影响也不能够被忽视，半刚性基层具有不透水的特点，水分在基层上方无法扩散而只能滞留聚积，而沥青表面层下面往往设置的是空隙率较大的沥青混合料，其空隙间充满了水分，在车辆行驶荷载的反复重压之下，水动压力会让基层冲刷破坏而软化，沥青层与基层之间会从连续状态转变成半滑动或滑动状态。

3 沥青路面层间处理技术探讨

3.1 粘结层材料功能分析

基层与面层之间的粘结层材料受力情况比较复杂，主要包括压应力、拉应力和剪应力三类受力，另外，由于道路处于自然环境中，不可避免的受到日照、温度、水等因素的影响，所以粘结层材料应该具有以下两个重要功能：（1）抗拔能力，由于汽车轮胎在行驶过程中与路面的摩擦会影响层间的粘结效果，另外启程行驶中的后轮产生的真空泵吸作用也会造成层间粘结的减弱，所以在粘结层材料选择时要注意材料的抗拔能力，否则很容易产生层间分离现象；（2）抗剪能力，如果抗剪能力不足，基层和面层之间往往会出现推移、拥包、两层皮等病害，轻者会影响路面的使用性能，严重的话会威胁到路面使用者的行车安全，所以粘结层材料还要具有较高的抗剪能力。

3.2 透层油的作用机理

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目前我国半刚性公路路面的早期破坏很严重。造成这种情况的主要原因包括超载、交通事故、有害化学物品的污染、异常气候、设计、施工、材料的选取以及对其的不合理养护等等。其中最主要的原因是对路面结构的设计不够合理。在我国现行的设计规范下，如果设计10t负荷的承载力，超载负荷达到16t时，相当于10t负荷的车压过半刚性路面42.9次，沥青路面7.7次。当前，我国高等公路半刚性基层沥青路面占据绝大多数，所以很有必要对路面的早期破坏进行研究。

1 半刚性路面早期的破坏形式和原因

半刚性基层上铺筑沥青的路面就是半刚性路面。半刚性路面的早期破坏形式主要有水损坏、裂缝、路面变形、路表损坏等。其中水损坏包括松散、冻胀和坑槽等；裂缝有横向裂缝、网裂以及纵向裂缝等；路面变形的形式有车辙、拥抱、沉陷等；路表损坏形式有剥落和泛油等。路面早期破坏最为关键的因素是半刚性基层本身。原因体现在以下几个方面。

⑴刚性路面不可能避免开裂。因为在半刚性基层中，半刚性材料具有干裂收缩、温度收缩的特性，容易造成路面开裂，由此也会引起沥青路面裂缝的产生，无法完全避免。

⑵半刚性路面的排水性能很差。半刚性材料透水性差，对水很敏感，由于降水或者人为原因，沥青层面进水避免不了，水从沥青面层到达半刚性基层后不能及时的排走，造成在沥青面层和半刚性基层之间聚集、滞留的局面。在车辆荷载的作用下会产生巨大的动水压力，冲刷基层表面，长期下去会造成基层与面层的断裂，导致基层的受压能力下降。同时由于部分水分也可能由基层向下渗入，进而软化土基，使得路面各个结构都受到水的破坏，导致路面的整体承载能力下降，造成各种路面病害。

⑶半刚性基层没有自我愈合的能力，破坏之后修补十分困难，只能重建。

⑷路面设计方面的原因。我国沥青路面的发展研究是近10年来随高速公路建设发展起来的，对其设计问题方向还需要研究。《公路沥青路面设计规范》(JTJ014--97)也需要结合工程实践进行不断的改进与完善，也应当根据各地区的气候、水文等情况对路面结构设计进行试验研究并且通过实际的铺筑试验路，来积累相关经验。但是，近年来公路建设发展迅速，设计施工时间仓促，对设计的调查以及研究力度底，导致沥青路面设计的合理性不强，直接是公路遭到早期破坏。其中设计时主要存在以下几个问题。

1．路面结构设计合理性低。如基层厚度达不到规格要求，面层分层及材料配合比设计不符合规范，面层厚度不合理。

2．设计中路面、基层以及底基层的排水设计考虑不周全。

3．路面所处地段的实际土质和水文勘察的情况与实际严重不符，致使路面设计参数严重不符合实际。

4．对公路的地基设计不合理，致使地基沉降不能够达到允许的工后沉降等。

2 半刚性路面早期破坏的防治措施

针对以上所叙述的半刚性路面的早期破坏形式，采取的措施主要包括：增加沥青路面的厚度；提升公路的排水性能，防治水破坏；选用干燥、温度收缩系数小的材料铺筑半刚性基层；加强沥青路面的抗裂设计；采取预切裂缝以及预开裂的措施；设计应力吸收层用来减小路面应力。除此之外，还需要采取以下措施。

1．提高路面承载力，以此适应超重车的现象，主要是通过增加下面层的厚度来实现的，建议下面层厚度在10cm以上。

2．沥青混凝土面层内适当铺设土工合成材料，这样不但可以提高面层的抗裂、防渗性能，还能提高基层或路基承载能力，提高面层抗疲劳强度，以及增强抗车辙和抗鼓包能力，与此同时也能够降低弯沉值。

3．在粘层使用高性能的粘结材料，增强路面的层间结合，这样使路面具有好的防水能力，又提高了路面的整体强度。在高速公路工程上，粘层可采用改性沥青或者橡胶乳液预处理等新技术。

4．为防止水对路面的损坏，必须加强路面结构的防渗以及排水功能的设计。实际情况中，无法避免雨水透入沥青面层，关键问题是，一旦雨水透入沥青层后，如何将其及时排出使其不滞留在路面结构层内，如果是在多雨潮湿地区这个步骤尤其重要。除了在路面结构层中采取设置防水层、在路面各层间设置粘油层、在半刚性基层顶面设封层等措施来利于层间粘结和防水，还要在路面的半刚性基层间以及面层设置级配碎石排水层。

5．采取一定措施提高沥青面层的压实度，并且严格控制沥青混合料空隙率，以此来增强沥青混凝土面层的不透水性能。

6．相关部门加强对施工质量的监督控制。要组织相关技术人员对原材料检验和混合料配合比进行试验，进一步完善沥青混合料摊铺、拌和以及压实工艺。与此同时，公路管理部门要加强对超限、超载运输现象的家督力度，严格限制超载、超限车在公路上形式。

7．研究和探索先进的路面结构，并将这些先进的路面结构应用于实际工程之中，如采用SMA面层或者改性沥青，来提高路面的抗磨耗能力和抗永久变形能力；为了增强公路路面的抗车辙能力和抗疲劳性能，在路面结构的下面层以及中面层采用FAC—20结构；通过采用大粒径碎石，改善基层的类型，使路面的反射裂缝等大大减少。

8．对一些先进的路面设计成果进行推广和使用。如目前对高性能沥青路面的研究成果中就有新的发现，即使用性能作为基础的沥青分等的方法，用新试验设备、新指标的试验方案检测沥青；使用体积配合比法对混合料进行设计。

9．在对沥青路面设计，要积极参照国外比较成功的路面设计理论以及实际情况。国外公路大多数采用永久性路面结构，这种结构的路面层的不透水、抗车辙以及抗磨耗的能力很强，公路路面中间层也有好的耐久性能，路面基层的抗疲劳以及耐久能力也很强。所以，实际工程中，可通过增加路面结构的总厚度来降低拉应变能力或者提高基层的沥青含量等措施来提高路面结构的抗疲劳能力。

3 结论

目前我国高级公路路面基本上都是半刚性的，但是路面容易出现各种病害，使道路的服务水平大大降低，也造成比较严重的经济损失。以上讨论中，首先从半刚性路面的早期破坏形式着手，分析了半刚性路面早期破坏的原因，进而提出了解决半刚性路面早期破坏的措施，要做以下工作：对已经提出的沥青和沥青混合料的性能指标以及标准做标做准进一步验证和完善；研究新的沥青和沥青混合料的新型改性剂和改性工艺；加大对新型沥青路面结构与铺筑工艺的研究，进一步提高沥青路面的使用品质；研究改善沥青混合料设计方法，使其在不同环境下满足沥青路面的使用要求；对沥青路面使用性能的评价与预测方法进行进一步的研究和完善，在此基础上提出比较合理的维修养护方式。

参考文献

[1]张飞;杨弃疾 浅谈沥青路面早期破坏原因及预防措施[期刊论文]-交通标准化 2005(09)

[2]许彬;李光 半刚性基层裂缝分析与防治 2007

[3]沙爱民 半刚性基层的材料特性[期刊论文]-中国公路学报 2008(01)

篇6

中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：

前言

半刚性基层被广泛用于修建公路沥青路面的基层或底基层。在我国已建成的高速公路路面中就有90%以上是半刚性基层沥青路面,在今后的国道主干线建设中,半刚性基层沥青路面仍将是主要的路面结构形式。半刚性基层沥青路面其优点主要表现在:强度高、承载力大、整体性好、刚性大。但半刚性基层也有自身不足之处,其抗温、抗湿变形能力较差,易形成干缩裂缝及湿缩裂缝,进而使路面产生反射裂缝,导致沥青面层开裂,影响路面使用质量,缩短路面使用寿命。

由于国内高等级的公路基本上都采用半刚性基层沥青路面，而对柔性基层沥青路面采用较少。但是从世界各国高等级公路路面结构来看，以柔性基层沥青路面为主，对路面基层要求较高，一般用沥青稳定碎石做基层的上层，而且用沥青做结合料的结构层的总厚度常大于 20cm。国外的使用经验表明，柔性基层沥青路面使用性能良好。

根据国内外使用经验，柔性基层沥青路面主要病害有疲劳开裂、车辙和低温开裂，其中车辙和低温开裂均可以通过选择合适的沥青结合料和合理的混合料设计加以解决。疲劳开裂是唯一可以通过路面结构设计进行控制的破坏模式。

综上所述，对两种不同基层沥青路面的疲劳性能差异的分析，对我们进行路面设计及工程应用都具有相当大益处。

1.沥青路面面层疲劳损伤机理

沥青路面的疲劳性是指在汽车轮载作用下，路面在长期使用过程中均存在压应力、拉应力,且处于两种应力交迭变化状态,当荷载重复作用超过路面面层材料所能承受的疲劳次数后,就会使结构强度抵抗力下降,产生疲劳破坏的性能。

在行驶车轮的荷载作用下,路面结构内各点均处于复杂的应力应变状态中,图1中面层底部B点的应力、应变随着车轮滚动而变化。当车轮作用于B点正上方时,B点受到三向拉应力作用;当车轮行驶过后B点应力方向转变,数值变小,并有剪应力产生;当车轮驶过一定距离后,B点则承受主压应力作用。路面表面A点则相反,车轮驶近时受拉,车辆直接作用时受压,长期处于应力(应变)交替循环变化的状态。

路面材料的抗压强度远大于其抗拉强度,而且B点在车轮下所受的拉应力远大于A点在车轮驶近或驶过后产生的拉应力,因此路面疲劳裂缝通常从面层底部开始。所以路面疲劳设计也应该以面层底部的拉应力、拉应变作为控制指标。

2.采取两种不同基层对沥青路面的水平应力分析

本文将以弹性层状体系为基础，分析在标准荷载（BZZ-100）作用下，两种基层沥青路面在水平应力方面的不同。

表1 两种基层的路面结构参数

计算的轴载采用现行规范规定标准：标准轴载为双轮组单轴重P—100kN，轮胎接地压强p—0.7MPa，单轮传压面当量圆直径d—21.3 cm，两轮中心距为1.5 d。

由于水平应力在当量圆中心比双轮论析中心处大，考虑水平应力的显著性，本文取当量圆中心处点厚度0，2，5，8，10，15，20，25，30，40cm时，利用BISAR 3.0程序计算出相应点的水平应力如表2。

表2 两种基层在不同厚度的水平应力值

由BISAR 3.0程序所得的数据得出各深度的水平应力分布图 图3

从图3可知，柔性基层的水平应力随深度的变化率比半刚性基层的要大，即柔性基层的水平应力对路面厚度的敏感性更高。柔性基层在层底拉应力取得最大值。

对于半刚性基层沥青路面，沥青面层处于受压状态，因此可以不考虑沥青面层的弯拉疲劳，只考虑半刚性基层层底受拉，在汽车荷载反复作用下，可能产生疲劳断裂，且在基层断裂后，裂缝逐渐向沥青层扩展直至路表。

对于柔性基层沥青路面， 沥青混凝土面层和沥青稳定基层的上部受压， 沥青稳定基层下部受拉，且层底承受最大的弯拉应力，因此在重复荷载作用下，沥青层层底可能首先产生疲劳开裂，裂缝逐渐向上延伸，直至路面出现疲劳裂缝。

3.柔性基层与半刚性基层沥青路面疲劳设计方法

我国沥青路面设计规范采用层底拉应力指标进行验算,充分考虑结构层材料的疲劳性,利用结构强度系数Ks与材料的劈裂强度得出结构层底面的容许拉应力,具体如下:层底拉应力≤容许拉应力,则满足要求。

其中,为沥青稳定基层材料的容许拉应力;为沥青稳定基层材料的劈裂强度;为抗拉强度结构系数; Ac为公路等级系数;Ag为沥青混合料级配系数;为标准轴载当量轴次。

根据我国沥青路面设计规范,在计算沥青混合料与半刚性材料的结构强度系数KS=B0Nc时,采用的系数c分别为0.22和0.11。

沥青混合料疲劳寿命为:

半刚性材料疲劳寿命为:

根据此公式可以得到由各层层底拉应力值来确定不同基层沥青路面的疲劳寿命。

4.不同基层沥青路面疲劳寿命对轴重的敏感性分析

由路基路面设计理论分析得知,单后轴双轮组不同轴载应力比的简化公式为:

其中,、均为基层底面拉应力; P1,P2均为轴载重量。

联系基层材料的疲劳规律,其疲劳规律为:

其中, 为该材料的抗拉强度;σ为某轴载作用N次的疲劳拉应力。B、c为材料常数。

由上面两个式子可以得到以基层底面拉应力等效时的轴载换算公式为：

对沥青稳定基层中b=0.84,c=0.22；半刚性基层中b=0.84,c=0.11,则有：

沥青稳定基层：

半刚性基层：

由以上计算公式计算标准轴载作用一次为1次,其他轴载重分别相当于标准轴载次数N,其结果见表3

表3当量轴载作用次数

由表3可以看出：半刚性基层的疲劳寿命较柔性基层对轴载更加敏感。即半刚性基层路面上的超载车辆增多,导致路面很快损坏;而沥青稳定基层路面轴载敏感性小,对超载车辆的适应性较强,适合于超载较多的道路。

结论

综上所述，半刚性基层和柔性基层沥青路面在抗疲劳性能方面存在着以下一些不同：

（1） 由于半刚性基层的水平应力对路面厚度的敏感性较差，所以可以通过增加半刚性基层厚度来有效增加其疲劳寿命。而柔性基层厚度对路面厚度的敏感性较好，增加柔性基层厚度对其疲劳寿命的增加较小。

（2） 由于沥青路面疲劳性能由层底拉应力作为控制指标，在基层材料和结构参数等不同的情况下，柔性基层与半刚性基层沥青路面的疲劳寿命不同。

（3） 由于半刚性基层的疲劳寿命较柔性基层对轴载更加敏感，所以当道路上交通量以小型车辆为主时(占交通量80%以上),宜采用半刚性基层路面,其疲劳寿命更长。相反，柔性基层路面则更适合超载较多的道路。

参考文献：

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[2] 高速公路丛书编委会. 高速公路路面设计与施工[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

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[10] 张坤,魏建明.具有柔性基层的沥青路面结构设计方法研究[J].山西建筑,2007,33(3):265-266.

[11]邹维列.长寿沥青路面结构的层厚设计与分析[J].岩土力学,2009(3):28-30.

[12]朱洪洲.柔性基层沥青路面疲劳性能及设计方法研究[D].东南大学博士学位论文,2005.

作者简介：

篇7

[Abstract] Illustrates the types of damage of asphalt pavement and analyzes the seasons of damage of asphalt pavement from both internal and external factors. At the same time, this paper puts forward the prevention from three aspects of material selection, design and construction, and analyzes the disposal method of the damage of asphalt pavement.

[Key words] asphalt pavement；early damage；prevention

中图分类号：U416文献标识码： A 文章编号：

1 前言

据相关资料统计，截止2012年底我国高速公路通车里程达9.56万公里，这其中沥青路面所占的比重非常大，沥青路面结构的早期破坏问题也日益突出。调查表明，许多公路通车一至两年以后，甚至不到一年，其沥青面层就产生了大量麻面、松散、掉粒、唧浆、坑洞、网裂等破坏现象，结构内部剥蚀程度相当严重。

2 沥青路面早期破损类型及产生原因

2.1裂缝类

裂缝主要表现为龟裂、网裂和各种形式的纵横裂缝。路面裂缝使雨水很容易渗入沥青混凝土路面的面层、基层甚至土基内部，形成对路面的浸泡，降低了路基、基层的结构强度和面层的耐久性。

根据裂缝产生的原因，又可分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两大类。荷载型裂缝主要是沥青路面在行车荷载作用下而产生的裂缝。非荷载型裂缝主要是温度收缩裂缝和温度疲劳，温度收缩裂缝一般起始于温度变化率最大的表面并很快向下延伸, 且随着时间的增长、沥青的老化, 沥青面层的抗裂缝能力逐年降低, 温度收缩裂缝也随之增加；温度疲劳裂缝由于环境气温反复升降，在沥青面层中产生的温度应力日复一日地反复作用在沥青面层中，沥青面层产生疲劳开裂。

2.2 变形类

沥青路面变形类破损主要包括车辙、波浪、拥抱。车辙主要出现于行车轮带处，是路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压实,以及结构层中材料的侧向位移产生的积累所形成的永久变形。车辙的产生主要是在高温和荷载的综合作用下，荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限,使流动性变形不断积累,形成流动变形和失稳性变形。

波浪和拥抱的产生主要是由于沥青面层过厚、热稳定性差、面层与基层之间的粘结强度低，在车辆荷载水平作用下产生推移，形成高低不平的波浪形变形，严重时形成拥抱。

2.3 松散类

松散是由于沥青混凝土表面层中的集料颗粒脱落, 从表面向下发展的渐进过程。集料颗粒与裹覆沥青之间丧失黏结力是颗粒脱落的主要原因。

2.4 泛油类

泛油是沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动, 使表面有过多沥青的现象。油石比偏大是出现泛油现象的主要原因，另外，高温季节雨水侵入沥青混凝土内部后，如沥青与矿料的黏结力不足, 沥青很快就会从集料表面剥落并向上移动，也会产生更严重的泛油现象。

3沥青路面早期破损的预防

预防沥青路面早期破损的出现，主要从材料的选择、结构设计、施工控制这三个环节入手。

3.1 材料的选择

在寒冷、阴湿地区，要选用稠度小、针入度大和低温延度大的沥青，以提高混合料的低温抗裂性；骨料优先选用碱性石料，且级配良好、针片状含量少，当采用酸性石料时，必须掺入抗剥离剂等活性物质，改善石料和沥青的粘附性；在高等级公路施工中，尽量采用改性沥青，提高沥青的粘度和稳定性。

3.2 路面结构设计

对于沥青面层的设计，最主要的是要选择合理的沥青面层级配类型。按照美国对Superpave和SMA的综合研究，对沥青混合料要求目标空隙率控制在4%左右。但一般认为，沥青混合料的设计空隙率控制在3%~5%的范围内是适宜的，这可同时兼顾混合料的高温性能和水稳定性。至于空隙率与构造深度的矛盾,可以考虑同时采用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)和改性沥青。

3.3 路面施工要求

由于施工工艺和程序控制不严格造成的路面缺陷主要有以下几方面：一是路面离析和不均匀严重，这样容易造成局部渗水，使路面出现病害；二是施工中压实不足，由于片面追求平整度，不能在温度较高的时候及时压实，不敢采用轮胎压路机，这样就造成了路面表层看起来很平整，通车不久就很快衰减；三是施工污染。沥青面层一般分为二层或三层，施工中把路面底层弄脏了，造成了层与层之间形成不了一个有机的整体，从而降低了路面结构层的承载能力。

因此，一定要严格控制施工工艺和程序，保证沥青混合料压实度、厚度及平整度达到设计和规范要求；有条件的话可采用大动力机械拌和设备，以便更好做到沥青混合料拌和均匀、油石比控制准确。

4 沥青路面早期病害处治措施

目前，国内外对沥青路面小面积早期损坏的修补方法有：传统修补方法、红外辐射修补方法及热辐射加热修补方法。

4.1 传统修补方法

传统修补方法是先划出所需修补坑槽的轮廓线，沿轮廓线用切割机切割至坑底稳定部分。然后用风镐、液压镐或铣刨机去除沥青路面的损坏部分, 将开挖后的沥青块、尘土、废渣清扫，废渣的清除要见到稳定面为止，同时将坑边四周的杂物清理干净。接着，喷洒粘层油，采用的粘层油可用改性乳化沥青或石油沥青，用量一般为0.4kg/，用手工或小型机具喷洒进坑槽及坑槽周边。最后利用综合养护车在现场拌制沥青混合料并将其填入坑槽, 摊平后用压路机压实。

4.2 热辐射加热修补法

热辐射加热修补方法是利用辐射加热技术来加热损坏的沥青路面，然后在补充些新的沥青混合料、摊平、压实。该方法类似于再生路面，这是因为两种方法都会利用原路的废旧沥青混合料，不同于再生路面的是，热辐射加热修补法没有将新的混合料与旧混合料混合，而是采用加热的方法将二者结合在一起。

4.3 红外加热修补法

红外加热修补是以液化石油气为燃料加热红外线辐射板, 利用红外线辐射加热损坏路面, 然后摊平并压实。这种方法与热辐射加热修补方法相似，只是加热的方式不同。

综上三种处治方法，后两种方法虽然无废弃旧料, 环保性较好，但由于没有对原路面结构进行深层处治，不能对病害进行较为彻底的处治。

5结语

沥青路面技术及新材料日新月异，为解决我国沥青路面早期破损问题，我们必须在学习新技术、应用新材料、认真总结自身经验教训的基础上开拓进取、深化研究。

参考文献:

[1]JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

[2]邓学均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2004.

篇8

中图分类号：S276 文献标识码：A 文章编号：

在早期破坏的诸多现象中，水损坏成为影响最深、危害最大的一类。利用已经取得的研究成果，探讨采用恰当的施工措施减少水损坏的影响，对提高施工质量、延长公路使用寿命、降低维护费用具有十分长远的意义。

一、层间自由水的形成

1．因各种原因形成的沥青路面纵横裂缝、网裂、松散、坑槽、沉陷是沥青路面层间自由水来源的主要通道。

2．施工当中存在一些工艺和程序问题，使沥青混合料发生离析，粗集料和细集料分别集中于铺筑层的某些位置，使沥青混合料不均匀、空隙率大。

3．行车过程中，路面上的水大部分被高速行驶的汽车的轮胎溅到路边，还有很少一部分被挤压而进入沥青路面中。

4．因沥青路面组成结构设计不当，造成透水现象，特别是粗粒径表面层沥青路面。

以上四种情况在下雨或雪融后，水会沿着裂缝浸入或渗透至沥青路面中，而由于路肩阻水，雨过天晴数天后，沥青路面中仍存有大量水份，并且不断汇聚到裂缝处并沿裂缝下渗，由于路面基层强度大，很致密，水很难排出去，形成沥青路面层间自由水，并多汇聚于路面边缘。

二、层间自由水的危害

层间水主要的危害有：

1）浸湿沥青路面各结构层材料和路基土，使路面结构层材料及路基土强度降低。

2）层间自由水在行车荷载作用下，会形成高压水和高速水流，引起路面材料产生唧浆，使路面失去支撑。

3）在冰冻深度大于沥青路面厚度的地方，层间自由水会造成冻胀，并在冻融期间形成翻浆，降低路面承载能力。

4）与层间水经常接触使沥青混合料剥落，影响沥青混合料耐久性并产生龟裂。

高速行车作用下，路面将承受很大的动水压力。虽然人们会意识到动水压力的存在，但并不了解压力的大小，从而无法真正把握动水压力的危害。通过大量研究，我们掌握了动水压力的定量大小，如图1所示。

可见，当行车速度达到120km时，动水压力可达4.4m的水头高度，这相当于路面是在4.4米深的水下工作的，工作环境相当恶劣。随着作用次数的增加将直接导致路面的损坏。

我国高速公路路面的沥青面层一般分为三层，最常见的就是 4cm 表面层+5cm 中面层+6cm 图2沥青面层各层间的薄弱带。

图1 沥青面层各层间薄弱带

图2行车速度与动水压力的关系

在大量的重车荷载作用下，这些滞留在摊铺层底部的水变为有压水；有压水将反复侵蚀沥青和集料的界面，导致沥青膜的剥落。剥落的沥青膜在轮胎后面真空吸力等因素的作用下移动到路面的顶部。这种在高速行车-重车反复作用下造成的沥青膜剥落并从下部向上部转移的现象叫做“沥青的迁移”。沥青迁移的结果造成了路面表面斑状泛油和内部松散，沥青粘结力的下降，出现水损害。

如果路面的空隙率较大，动水足以击穿路面面层，这些水将滞留在基层的顶部，同样，基层顶部的水在重载反复作用下将溶解基层中的结合料或细料，形成灰浆，并在荷载的压缩作用下挤出至路面表面，导致沥青面层的承载力降低，在路面薄弱处首先出现病害。

三、层间自由水的排除措施

层间自由水的存在, 严重加速了沥青路面的破坏。近年来,设计和施工人员都在不遗余力地进行探索, 以减少层间水给路面带来的损害。结合近几年来对京石高速公路的养护工作, 对于高速公路路面层间自由水的防治工作总结了以下几点防水和排水的经验, 在实际工作中也取得了令人满意的效果:

1） 加强对路堤的防护, 取消路面边缘处的沥青砂拦水带, 采用漫排水的方式使路面积水及时排出路面范围, 这样就减少了雨水汇聚的集中排水、集中排出的过程, 使得雨水随下随排, 从而减少雨水在路面范围内的存留、渗透时间;

2） 做好中央分隔带绿化的防水工作, 防止绿化用水进入路面;

3）在沥青路面结构层组合设计过程中, 上面层、中面层采用密实类级配沥青混凝土, 以防止路表水下渗;

4) 在面层施工过程中, 应加强对渗水系数的检测, 减少路面渗水的可能性;

5) 在路面使用阶段, 对出现的横缝、纵缝, 及时进行灌缝处理。

参考文献：

［1］ 沙庆林． 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［M］． 人民交通出版社，2001.

［2］ 沈金安． 解决高速公路沥青路面水损害的技术途径［J］． 公路，2000，(5) .

篇9

关键词： 沥青路面；Top-Down裂缝；开裂机理

Key words： asphalt pavement；Top-Down crack；cracking mechanism

中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）05-0071-02

0 引言

根据路面病害调查显示，我国沥青路面的早期破坏极为严重，一些高速公路的沥青路面甚至在通车后1～3年内就出现了较大面积的早期破坏。越来越多的研究证实了许多与荷载有关的疲劳裂缝发生在路面的表面且自上而下扩展贯穿沥青混凝土面层，并成为沥青路面病害的主要形式，称为沥青路面Top-Down裂缝（简称TDC）。这种荷载型表面裂缝是一种比传统的疲劳裂缝更为严重的情况，尽管有些表面裂缝初期对路面结构的承载能力没有影响，但是它们对沥青路面面层的使用性能和功能寿命有着强烈的影响。

国外已经对沥青路面TDC进行了一定研究，但尚不完善，理论预估模型和设计方法尚没有形成，开裂机理众说纷纭，国内对于TDC的研究很少，设计规范中尚缺乏控制该病害的设计指标。

本文综合国内外学者的研究，对TDC开裂研究进行了全面的分析和评价。

1 国内研究现状

徐鸥明、郝培文[1]特别关注路表应力及其对沥青路面裂缝损坏机理的影响，认为在路表一个相对小的、接近1cm深的拉应力区域进行研究，来定义损坏机理比较好。并采用应力强度因子以及定义裂缝末端的响应行为；发现拉应力对损坏有至关重要的作用，大大超过了裂缝末端的剪应力，且在裂缝增长阶段拉应力大小的变化取决于裂缝长度。

李清富、杨泽涛[2]认为路面结构最大剪应力发生在路面表层，位置在轮迹边缘，其大小接近或超过常温下沥青混合料的抗剪强度，是半刚性路面产生TDC的主要原因，进而提出了剪应力与面层和基层弹性模量比的关系，并分析了路面厚度对最大剪应力的影响，这些因素的影响在路面结构设计时要充分考虑。

孙路遥、邱俊、王春林等[3]从路面结构受力分析的角度分析并详细阐述温缩（横向）裂缝及表面（纵向）裂缝产生的原因。作者认为表面裂缝可能是施工原因，由沥青层的表面层或者中面层与下面层脱开所造成的，而之所以脱开是由于施工时的层间污染。

黄志涛[4]认为Top-Down开裂的裂缝产生和扩展模式是张开型裂缝即拉应力损坏模式。他用应力强度因子描述裂缝尖端的响应行为。本文重点计算了环境、温度引起的劲度梯度对应力强度因子的影响，劲度梯度的影响得到准确定位。

罗辉[5]等基于断裂力学理论，利用无单元伽辽金-有限元耦合方法分析了沥青路面的开裂问题，提出水平荷载对沥青路面Top-Down裂纹（TDC）的扩展不利。本文分析TDC的方法较为新颖，但是开裂判定准则不够完善。

赵延庆等采用移动荷载模式，在有限元方法中利用动态模量主曲线和时间-温度位移因子来表征沥青混合料的力学性质，利用断裂力学的方法分析了温度、车速、裂缝长度和基层类型等对沥青路面Top-Down裂缝裂尖应力强度因子的影响。相比其他文章对TDC考虑的因素更为全面。

2 国外研究现状

E.Freitas[6]等通过加速轮轨试验和三维非线性粘弹有限元模型，研究了混合料设计参数以及施工质量对Top-Down裂缝的影响。发现施工质量是TDC一个主要成因。本文提出疲劳并不能引起Top-Down裂缝，但却能加剧裂缝的发展。

Michael[7]认为离析引起沥青路面Top-Down裂缝，离析区域易表现为疲劳裂缝。通过调查研究，认为路表面较差的疲劳性能是因为压实不足引起的高空隙率进而加速老化。

Svasdisant[8]等研究认为，Top-Down裂缝主要是由两种原因引起的：①由轮载诱发的表面径向拉应力以及由施工、温度和老化导致的劲度差异；②沥青结合料的老化降低了混合料的拉伸强度和拉伸应变。Elisabete Fraga.de Freitas[9]等人指出影响沥青路面Top-Down裂缝最主要因素是空隙率（高空隙率）和骨料级配（粗集料）。试验表明TDC在高温下易开裂，而且级配的影响不如温度、空隙率影响大。Donna等认为沥青路面Top-Down裂缝是由沥青混合料离析造成，该学者主要从施工因素进行了分析。

HU Chunhua[10]采用有限元分析TDC，考虑了轮胎压力和车辆轴重的变化，建立三维四层体系有限元模型得出轮载下强大的剪应力是造成Top-Down开裂的主要原因的结论。

3 结论

目前国内外文献总结出Top-Down开裂成因主要有四个：①轮载附近局部应力集中；②温缩应力；③沥青混合料老化；④施工质量问题导致的混合料离析，压实不足等。国内大部分文献还是单方面将开裂起因归咎于剪应力或拉应力，由于开裂准则的限制，这种观点并不完善。

沥青路面Top-Down裂缝开裂起因的研究需要综合考虑应力集中、温缩应力、劲度梯度、施工质量等多方面的影响因素，这就要求寻求一种新的开裂判断准则，可以综合考虑多方面的因素，确定沥青路面Top-Down裂缝起因、扩展、影响因素，进而优化路面结构、设计参数、施工工艺，不断提高施工工艺与技术，提高沥青路面质量与使用寿命。

参考文献：

[1]徐鸥明，郝培文.厚沥青路面Top-Down裂缝分析及对路面设计的启示[J].中外公路，2006，26（5）：133-137.

[2]李清富，杨泽涛，王鹏.半刚性路面TDC成因的有限元分析[J].郑州大学学报（工学版），2007，28（3）：37-39.

[3]孙路遥，邱俊，王春林.沥青路面“由上而下”型裂缝成因分析[J].交通标准化，2008，（05）：38-41.

[4]黄志涛.沥青路面Top-Down开裂评价[J].工程建设与设计，2008，（08）：63-66.

[5]罗辉，朱宏平，陈传尧.有限元-无网格伽辽金耦合方法模拟沥青路面裂纹扩展[J]. 公路交通科技，2008， 25（9）：1-5.

[6]E.Freitas，P.Pereira， L.Picado-Santos. Assessment of Top-Down Cracking Causes in Asphalt Pavements [J].2000.

[7]Michael Schorsch. Effects of Segregation on the Initiation and Propagation of Top-Down Cracks [R].Washington D.C.82st Transportation Research Board Annual Meeting Washington D.C.2003.

篇10

中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：

1前言

2003年以前，我国大部分的高速公路沥青路面面层结构厚度几乎都是4cm的沥青混凝土上面层加上5cm沥青混凝土中面层再加上6cm沥青混凝土下面层[1]。在执行规范的时候，相关部门没有根据当地的实际情况，对技术要求进行科学的、辩证的分析；没有根据当地的材料、施工水平、经济实力，尤其是使用多年的成功经验，规定更具体的指标。当然采用SBS、SBR、PE改性沥青和PR颗粒改性剂或同时使用多种措施，提高沥青混合料的高低温性能，这些措施无疑是起到了一定的作用，但是，一吨改性沥青的价格比普通重交沥青高50%，抬高了高速公路的造价。因此，寻求一种经济合理技术上可行的方法，即立足当地材料，从集料的级配入手，就可提高沥青混合料的高温路用性能的方法是非常必要的。本文针对湖南省的气候特点，通过计算分析，提出适合湖南省气候区的集料级配建议范围，以及经过试验路段的验证结果，供设计和施工者参考。

2 集料组成的理论研究

2.1“I”法

该法是20世纪70年代国际上经过研究提出的方法，其计算公式[1]为：

P=P0Ix

式中：P为不同粒径d处的通过率（%）；P0为最大公称粒径D处的通过率（%）；I为通过率系数；x为级数，x=3.32Lg(D/d)，即粒径每递减1/2为一级。

2.2“贝雷法”

该法由美国伊利诺伊州交通部Robert D.Bailey先生发明，经过Heritage Research Gyoup近十年的内部使用和普渡大学进一步研究、实践和验证，认为该方法设计的沥青混合料具有良好的骨架结构，同时可以达到密实的效果。 “贝雷法”设计依据的数学模型是平面模型。根据该数学模型，沥青混合矿料组成中可分为形成骨架的粗骨料和形成填充的细集料。形成填充的粒径与骨料直径的关系根据圆形与片状的不同，其系数大致为0.15~0.29；为了统一考虑，形成第一级填充的细集料平均直径为公称最大粒径的0.22倍，即公称最大粒径乘以0.22为主要控制粒径，其设计原理是级配要求细集料的体积数量等于粗集料空隙的体积。同样，细集料也按照此原理分成细集料中的粗集料与细集料中的细集料，并形成依次的填充状态。

为了约束粗集料部分的离析现象和压实不稳定性，对级配的粗集料部分组成提出按CA比控制，即CA比=（D/2粒径处的通过率-F1粒径处的通过率）/(100%-D/2粒径处的通过率)。同样，为了保证第二级和第三级形成嵌挤状态，采用FAC比和FAF比对级配的细集料部分的嵌挤进行约束，即FAC比=F2粒径处的通过率/F1粒径处的通过率；FAF比=F3粒径处的通过率/F2粒径处的通过率。

式中：D为公称最大粒径处，D/2为公称最大粒径的1/2处；F1为粗细集料的分界点，在公称最大粒径的0.22倍处，是形成嵌挤的第一级分界点；F2为第二级分界点，为F1的0.22倍处；F3为第三级分界点，为F2的0.22倍处。

2.3“I”法与“贝雷法”之间的联系

由“I”法的通过率P=P0Ix，令x1为最大公称粒径1/2处的指数，x2为最大公称粒径0.25倍(采用林秀贤教授的建议值)F1处I的指数，x3为F2处I的指数，x4为F3处I的指数，代入公式x=3.32lg(D/d)，得x1=1,x2=2,x3=4,x4=8，代入“贝雷法”的粗细料率AC、FAC、FAF的计算公式，得

AC=(P0×I-P0×I2)/100%-P0×I)

FAC=I2

FAF=I2

通过上述推导建立了AC、FAC、FAF与“I”法之间的联系，“I”法计算集料级配时，当集料从中心控制点（最大公称粒径的0.22倍，实际上是最大公称粒径的0.25倍），上面通过时（细型），d＞2.36mm时，I=0.73~0.79；d＜2.36mm时，I=0.69；当集料从中心控制点下面通过时（粗型），I=0.64~0.70（表1、2）

表1：集料在D处的通过率90%时的值

表2：集料在D处的通过率90%时的值

3湖南地区高速公路沥青路面的集料级配和结构设计

湖南省位于长江以南,纬度偏低,为大陆性特征明显的中亚热带季风湿润气候。春季雨水较多，夏季高温多雨，秋季秋高气爽， 冬季比较寒冷。年降雨量偏大，沥青混合料的水损害的可能性较大，在路面的集料设计和结构设计时，主要应考虑路面的高温和低温性能及抗水性能。高温要求和低温要求发生矛盾时，应以提高其高温抗车辙能力为主，兼顾低温抗裂性能的需要，在减少4.75mm及2.36mm的通过率的同时，适当增加0.075mm的通过率，使其级配范围成S型，并取中等或偏高水平的设计空隙率。Superpave要求设计空隙率为4%，当施工压实度达到97%时，竣工的空隙率≤7%，这是为防止渗水的界限。大量资料已经证明，当空隙率＞8%，特别在8%～12%间，渗水严重，同时在空隙率＜5%时，沥青老化很轻微，而空隙率>7%后，沥青老化则急剧增大。如设计空隙率太小，例如＜3%，甚至2.5%，则在高温时，由于沥青膨胀而造成泛油或车辙，也已为实践所证明。Superpave施工指南建议，沥青路面结构层厚度应等于或大于集料最大公称尺寸的3倍，对粗的混合料，结构层厚度应大于集料最大公称尺寸的3倍。按此原则，AK-13最大公称尺寸为13.2mm，则路面结构层厚度应大于等于4cm，AC-16Ⅰ最大公称尺寸为16.0mm，则路面结构层厚应大于等于5cm，AC-20Ⅰ最大公称尺寸为19mm，路面结构层厚度应大于等于6cm，AC-25Ⅰ最大公称尺寸为26.5mm，则路面结构层厚度应大于等于8cm。这个原则正逐渐被认可，按此原则确定的路面结构层厚度在施工中更便于压实，混合料离析程度减轻，使用效果也相对更好。从路面结构的受力分析：上面层主要受剪应力、压应力、弯拉应力，中面层主要受压应力，下面层主要受弯拉应力。 剪应力不足容易形成沥青路面的推移，压应力不足容易形成沥青路面的压密型车辙，弯拉应力不足容易形成沥青路面的弯拉疲劳裂缝。从结构受力的角度考虑，结合湖南气候的特点、集料的级配组成，设计上面层、中面层时应采用集料从中心控制点下面通过的骨架密实结构，用I=0.70-0.79计算级配组成。根据林秀贤教授的研究，上面层I 为0.64~0.65 ，适用于大交通和高温地区，要求的压实功比较大；中面层和下面层采用集料从中心控制点上面通过的悬浮密实结构，抗拉强度大，较易压实，I=0.79 时CA比接近0.8的极限，为防止推挤，粗集料尽量采用I的中值，即0.76附近为宜；厚度应为最大公称粒径的3倍为宜（表3）。

表3：湖南地区沥青路面面层集料级配和厚度表

4试验路段应用检验结果

2005年，湖南省高速公路工程指挥部经申报批准，成立了“湖南省高速公路路面早期车辙病害及耐久性研究”课题组，依托长张高速公路未完成的10km路面工程，开展了试验研究。试验路铺筑制定了10cm、12cm、13cm的两层结构和15cm、18cm的三层结构，不同沥青胶结料（AH-90、AH-70、SBS、SBR改性沥青），掺加纤维与不加纤维的比较，所有沥青混合料用水泥和石灰代替部分矿粉，不掺加抗剥落剂；根据上述集料级配范围，采用美国SHAP计划提出的体积设计方法(2004规范已纳入），用旋转压实仪成型试件，用车辙试验仪测定沥青混合料的高温路用性能（动稳定度表示）,其室内外部分试验结果如表4所示。

表4：沥青混合料高温稳定性（车辙试验结果）统计表

5结论

由于集料级配采用“I”法设计，以贝雷法检验集料的骨架形成，因此该集料级配满足规范的级配范围（比规范的级配范围窄）。按该级配范围设计的沥青混合料形成一个多级嵌挤骨架密实结构，其结构具有较强的高温稳定性（抗车辙能力），且表面粗糙，可满足抗滑要求；同时，按4%的空隙率设计，施工时严格控制，剩余空隙率在大于3%、小于7%之间，不透水，增加了沥青混合料的耐久性。试验表明：（1）一般上面层若采用改性沥青，每吨沥青胶结料的费用比普通沥青加50%，动稳定度比规范要求的SBS提高2.08倍，SBR提高1.08倍；而普通沥青动稳定度比规范70#提高5.93倍、90#提高2.96倍，说明用增大投资来提高混合料的稳定性，还不如优化集料级配带来的效果。因此，提高抗车辙能力要从集料的质量和级配入手。

（2）级配一定的情况下，用于上面层的70%沥青的抗车辙能力比90#沥青高2倍，中面层高30%，下面层主要以抗弯拉设计，抗车辙能力几乎相当。

（3）如果掺加纤维，沥青用量增加，沥青混合料的拌和时间延长10～15S，要求高温碾压完成，对施工要求较高，局限性比较大；但掺加纤维比不掺加纤维的混合料的动稳定度提高不大—— 90#提高80%，70#提高17%。

参考文献

1 林绣贤, 论Superpave的集料组成与油石比【J】, 石油沥青，2003.17（增刊）：44。

2 杨永顺，房建果，王林, 多级嵌挤密级配沥青混合料的设计【C】中国公路学会, 第五届全国路面材料及新技术研讨会论文集, 上海：中国公路杂志社，2004：16。