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【摘要】本文探讨了沥青混凝土路面结构设计中存在的问题，以及提高沥青混凝土路面使用性能应采取的措施，以期提高设计水平，延长沥青混凝土路面使用寿命。
【关键词】沥青混凝土路面；结构设计；使用性能；措施
On the structural design of asphalt concrete pavement
Yuan Long-pan
(Jiangsu Transportation Research Institute Co., Ltd. Suqian BranchSuqianJiangsu223800)
【Abstract】This paper discusses the structural design of asphalt concrete pavement problems, and to improve pavement performance of asphalt concrete measures to be taken in order to improve the design level, to extend the service life of asphalt concrete pavement.
【Key words】Asphalt concrete pavement;Structural design;Performance;Measures
隨着我国公路事业的迅速发展，沥青混凝土路面已被广泛使用，但是由于施工质量控制不当、材料质量不高、重载车辆较多，以及路面结构设计不完善等因素，使得沥青混凝土路面出现车辙、剥落、反射裂缝、低温开裂等早期病害，这就给设计人员提出了较高的要求。路面结构设计者要全面掌握沥青混合料的性能和级配比例，结合项目的自然、气候、交通量、经济条件等实际情况进行针对性的路面结构设计。
1. 路面结构设计中存在的问题
1.1结构类型选择不当。
在多雨潮湿地区，采用AK型上面层结构，空隙率较大，下雨后，水分容易渗入面层中，如果中、下面层采用AC-I型相对密实的结构，水分则聚集在上面层和中面层之间，并且上面层长期浸泡在水中，导致路面发生松散、坑洞等破坏；反之，若中、下面层采用AC-II型结构，水分会直接渗入基层，基层长期浸泡在水中，会发生松散、唧浆，从而使整个路面结构破坏、危害更大。大量的调查研究资料表明，水损害是沥青路面早期破坏的主要原因。
1.2混合料类型与结构厚度不匹配。
设计中往往选择的沥青混合料类型与路面结构层厚度不匹配，由于集料最大粒径过大，公称尺寸集料偏多，因而造成混合料容易离析、压实困难、空隙率偏大，从而导致早期水损害问题。
1.3沥青混合料级配不尽合理。
沥青混合料级配组成对车辙的影响非常大，因为现有的级配范围较广泛，一些混合料级配虽然未超出级配范围，但实际级配组成偏细，通车一、二年后就出现大于3cm的车辙，因此沥青混合料级配不合理也是导致路面损坏的重要原因。
1.4沥青路面原材料选用控制不严。
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性有很大的影响。面层结构的粗集料的压碎值达不到规定的要求时，在行车荷载和环境因素的反复作用下被压碎，从而使得路面抗滑性能和抵抗变形的能力减弱。
此外，一般酸性岩石的石料如花岗岩、石英岩等与沥青的粘附性较差，长时间使用后会使沥青膜渐渐地从集料表面剥落，并导致集料之间的粘结力丧失而导致路面破坏。
2. 重视改善沥青路面的使用性能
沥青路面的使用性能是指路面所能提供的行车条件。路面使用性能可以由路面使用者的综合感受来进行评价。路面使用性能好，行驶舒适，路面使用者对路面的评价就高。
影响路面使用性能的第一因素是平整度，其次是道路裂缝，最后是车辙。路面的平整度是全路的综合性评价指标，除了道路本身外，还与线内桥梁的桥面铺装、伸缩缝的安装、桥头过渡段等的处理质量有密切的关系，处理好这些问题，才能提高路面的使用性能。
要提高路面的使用性能，主要应从改善平整度，减少路面裂缝和车辙等方面着手，而要达到这些目的，必须从路面设计(包括结构体系和面层设计)、材料设计和施工作业等方面去考虑，而这三个方面的因素又是相互影响和关联的。最根本的因素是路面设计。
2.1合理选择路面结构类型。
路面面层根据当地的气候、自然条件、当地习惯及经济水平等综合确定。上面层应综合考虑高温抗车辙、低温防开裂、抗滑的需要；中面层应重点考虑抗车辙能力；下面层重点考虑抗疲劳开裂性能、密水性等。
对潮湿区、湿润区等雨水、冰雪融化对路面有严重威胁的地区，在考虑抗车辙能力的同时还应重视密水性的需要，防止水损害破坏，宜适当减小设计空隙率，但应保持良好的雨天抗滑性能。对于干旱地区，受水的影响很小，对密水性及抗滑性能的要求可放宽。
2.2选择合理的结构层厚度。
（1）基层与底基层的合理厚度。
结构层厚度的确定，设计时考虑最多的是层厚能否满足路面强度的要求。一般来说，基层与底基层每压实层厚度习惯上设计为16cm和20cm。16cm厚度一般施工时压实度容易保证。但是，当厚度达到20cm时，压实就比较困难。对于水泥稳定级配碎石或者石灰粉煤灰碎石，如果设计控制厚度低于16cm，则由于施工时的误差所在，局部会出现厚度薄弱现象，影响结构层整体厚度，因此厚度最好控制在16～18cm左右为宜。
路面顶面标高，施工时有时稍低于设计标高。为了防止夹层出现，路拌机往往要超拌l～2cm，加上施工误差，设计层厚为20cm时，压实厚度可能达到2l～23cm，个别情况下可能达到23～25cm，这时压实是比较困难的。从现场压实度检测试坑中，我们可以看到，从顶面以下15cm范围内压实效果很好，而底面的2～5cm这一部分压实效果不甚理想，呈略为松散状态。这种现象无论采用什么碾压措施都是很难消除的，因此，设计最大厚度以不超过20cm为宜。
（2）面层厚度与集料粒径的确定。
我国公路沥青路面施工技术规范中规定，上面层沥青混合料的集料最大直径不宜超过层厚的1/2，中下层及联结层的集料最大粒径不宜超过2/3层厚。
一般来说，沥青混合料的最大粒径与层厚的比值愈大愈容易出现离析，而且愈不容易碾压密实。
我国沥青路面表面层一般为4cm，表面层混合料类型多采用AK-16和AC-16或AK-13和AC-13，最大粒径与层厚之比为16：40=2：5和13：40=1.63：5，比值大于1/3，但小于2/3。这是符合规范要求的。但是，有研究认为，当最大粒径与层厚比值超过1/3，容易引起离析，而且不容易压实。因此，面层厚应设计为集料最大尺寸的3倍以上。如果用AK-13和AC-13，则选用至少4cm厚度，如果用AK-16和AC-16，则选用至少5cm厚度。
（3）重视层间连接。
目前，习惯上对层间连接没有引起高度的重视。路面裂缝处出现唧浆现象，主要是层间连接不紧密，有缝隙可供水浸入，或者说层间夹有浮灰或松散细颗粒，水进入层间缝隙后，缝隙中的水在行车荷载作用下产生动水压力，在行车荷载重复作用下，对缝隙产生重复冲刷，形成唧浆，使缝隙处结构层强度相应降低，以致形成空洞，造成路面损坏。
为了避免上述现象的发生，基层与基层间连接时，宜喷洒适量的水泥浆；基层与面层结合面，在喷洒透层后，加做防水层；在面层之间，洒粘层油进行层面连接。这样处理后，结构层整体连接在一起，层间连接紧密，形成一个类似全厚式的结构体系，无论是对受力还是对防止水的损坏都起到非常好的作用。
2.3合理进行沥青混合料级配。
对夏季温度较高，且高温持续时间长，但冬季不太冷的地区或者重载路段应重点考虑抗车辙能力的需要，减少4.75mm及2.36mm的通过率，选用较大的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用粗型密级配沥青混合料；对冬季温度较低，且低温持续时间长的地区，或者非重载路段，应在保证抗车辙能力的前提下，充分考虑提高低温抗裂性能，适当增大4.75mm及2.36mm的通过率，选用较小的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用细型密级配沥青混合料；对夏季温度高，且持续时间长，冬季又十分寒冷，年温差特别大，又属于重载路段的工程，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。
2.4严格选用优质的原材料。
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性的关系非常直接，选用优质的沥青非常重要，沥青选择不但要满足规范要求，而且要尽可能提高指标要求，此外，对于高速公路的上面层，应尽可能采用改性沥青，改性沥青对高温稳定性次数较之普通沥青能提高一倍以上，改性沥青对低温弯曲试验破坏应变较之普通沥青也有很大程度的提高，高速公路中面层在重载较多或气候条件差并有条件时也应尽可能采用改性沥青。
路面面层石料应采用高强度、耐磨并且与沥青粘结性较好的中基性石料为宜，此外，当石料与沥青的粘接性相对较低时，应在沥青中加入表面活性剂(如抗剥落剂)有效提高沥青对集料的粘结力。
［文章编号］1006-7619（2011）12-09-228
【关键词】沥青混凝土路面；结构设计；使用性能；措施
On the structural design of asphalt concrete pavement
Yuan Long-pan
(Jiangsu Transportation Research Institute Co., Ltd. Suqian BranchSuqianJiangsu223800)
【Abstract】This paper discusses the structural design of asphalt concrete pavement problems, and to improve pavement performance of asphalt concrete measures to be taken in order to improve the design level, to extend the service life of asphalt concrete pavement.
【Key words】Asphalt concrete pavement;Structural design;Performance;Measures
隨着我国公路事业的迅速发展，沥青混凝土路面已被广泛使用，但是由于施工质量控制不当、材料质量不高、重载车辆较多，以及路面结构设计不完善等因素，使得沥青混凝土路面出现车辙、剥落、反射裂缝、低温开裂等早期病害，这就给设计人员提出了较高的要求。路面结构设计者要全面掌握沥青混合料的性能和级配比例，结合项目的自然、气候、交通量、经济条件等实际情况进行针对性的路面结构设计。
1. 路面结构设计中存在的问题
1.1结构类型选择不当。
在多雨潮湿地区，采用AK型上面层结构，空隙率较大，下雨后，水分容易渗入面层中，如果中、下面层采用AC-I型相对密实的结构，水分则聚集在上面层和中面层之间，并且上面层长期浸泡在水中，导致路面发生松散、坑洞等破坏；反之，若中、下面层采用AC-II型结构，水分会直接渗入基层，基层长期浸泡在水中，会发生松散、唧浆，从而使整个路面结构破坏、危害更大。大量的调查研究资料表明，水损害是沥青路面早期破坏的主要原因。
1.2混合料类型与结构厚度不匹配。
设计中往往选择的沥青混合料类型与路面结构层厚度不匹配，由于集料最大粒径过大，公称尺寸集料偏多，因而造成混合料容易离析、压实困难、空隙率偏大，从而导致早期水损害问题。
1.3沥青混合料级配不尽合理。
沥青混合料级配组成对车辙的影响非常大，因为现有的级配范围较广泛，一些混合料级配虽然未超出级配范围，但实际级配组成偏细，通车一、二年后就出现大于3cm的车辙，因此沥青混合料级配不合理也是导致路面损坏的重要原因。
1.4沥青路面原材料选用控制不严。
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性有很大的影响。面层结构的粗集料的压碎值达不到规定的要求时，在行车荷载和环境因素的反复作用下被压碎，从而使得路面抗滑性能和抵抗变形的能力减弱。
此外，一般酸性岩石的石料如花岗岩、石英岩等与沥青的粘附性较差，长时间使用后会使沥青膜渐渐地从集料表面剥落，并导致集料之间的粘结力丧失而导致路面破坏。
2. 重视改善沥青路面的使用性能
沥青路面的使用性能是指路面所能提供的行车条件。路面使用性能可以由路面使用者的综合感受来进行评价。路面使用性能好，行驶舒适，路面使用者对路面的评价就高。
影响路面使用性能的第一因素是平整度，其次是道路裂缝，最后是车辙。路面的平整度是全路的综合性评价指标，除了道路本身外，还与线内桥梁的桥面铺装、伸缩缝的安装、桥头过渡段等的处理质量有密切的关系，处理好这些问题，才能提高路面的使用性能。
要提高路面的使用性能，主要应从改善平整度，减少路面裂缝和车辙等方面着手，而要达到这些目的，必须从路面设计(包括结构体系和面层设计)、材料设计和施工作业等方面去考虑，而这三个方面的因素又是相互影响和关联的。最根本的因素是路面设计。
2.1合理选择路面结构类型。
路面面层根据当地的气候、自然条件、当地习惯及经济水平等综合确定。上面层应综合考虑高温抗车辙、低温防开裂、抗滑的需要；中面层应重点考虑抗车辙能力；下面层重点考虑抗疲劳开裂性能、密水性等。
对潮湿区、湿润区等雨水、冰雪融化对路面有严重威胁的地区，在考虑抗车辙能力的同时还应重视密水性的需要，防止水损害破坏，宜适当减小设计空隙率，但应保持良好的雨天抗滑性能。对于干旱地区，受水的影响很小，对密水性及抗滑性能的要求可放宽。
2.2选择合理的结构层厚度。
（1）基层与底基层的合理厚度。
结构层厚度的确定，设计时考虑最多的是层厚能否满足路面强度的要求。一般来说，基层与底基层每压实层厚度习惯上设计为16cm和20cm。16cm厚度一般施工时压实度容易保证。但是，当厚度达到20cm时，压实就比较困难。对于水泥稳定级配碎石或者石灰粉煤灰碎石，如果设计控制厚度低于16cm，则由于施工时的误差所在，局部会出现厚度薄弱现象，影响结构层整体厚度，因此厚度最好控制在16～18cm左右为宜。
路面顶面标高，施工时有时稍低于设计标高。为了防止夹层出现，路拌机往往要超拌l～2cm，加上施工误差，设计层厚为20cm时，压实厚度可能达到2l～23cm，个别情况下可能达到23～25cm，这时压实是比较困难的。从现场压实度检测试坑中，我们可以看到，从顶面以下15cm范围内压实效果很好，而底面的2～5cm这一部分压实效果不甚理想，呈略为松散状态。这种现象无论采用什么碾压措施都是很难消除的，因此，设计最大厚度以不超过20cm为宜。
（2）面层厚度与集料粒径的确定。
我国公路沥青路面施工技术规范中规定，上面层沥青混合料的集料最大直径不宜超过层厚的1/2，中下层及联结层的集料最大粒径不宜超过2/3层厚。
一般来说，沥青混合料的最大粒径与层厚的比值愈大愈容易出现离析，而且愈不容易碾压密实。
我国沥青路面表面层一般为4cm，表面层混合料类型多采用AK-16和AC-16或AK-13和AC-13，最大粒径与层厚之比为16：40=2：5和13：40=1.63：5，比值大于1/3，但小于2/3。这是符合规范要求的。但是，有研究认为，当最大粒径与层厚比值超过1/3，容易引起离析，而且不容易压实。因此，面层厚应设计为集料最大尺寸的3倍以上。如果用AK-13和AC-13，则选用至少4cm厚度，如果用AK-16和AC-16，则选用至少5cm厚度。
（3）重视层间连接。
目前，习惯上对层间连接没有引起高度的重视。路面裂缝处出现唧浆现象，主要是层间连接不紧密，有缝隙可供水浸入，或者说层间夹有浮灰或松散细颗粒，水进入层间缝隙后，缝隙中的水在行车荷载作用下产生动水压力，在行车荷载重复作用下，对缝隙产生重复冲刷，形成唧浆，使缝隙处结构层强度相应降低，以致形成空洞，造成路面损坏。
为了避免上述现象的发生，基层与基层间连接时，宜喷洒适量的水泥浆；基层与面层结合面，在喷洒透层后，加做防水层；在面层之间，洒粘层油进行层面连接。这样处理后，结构层整体连接在一起，层间连接紧密，形成一个类似全厚式的结构体系，无论是对受力还是对防止水的损坏都起到非常好的作用。
2.3合理进行沥青混合料级配。
对夏季温度较高，且高温持续时间长，但冬季不太冷的地区或者重载路段应重点考虑抗车辙能力的需要，减少4.75mm及2.36mm的通过率，选用较大的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用粗型密级配沥青混合料；对冬季温度较低，且低温持续时间长的地区，或者非重载路段，应在保证抗车辙能力的前提下，充分考虑提高低温抗裂性能，适当增大4.75mm及2.36mm的通过率，选用较小的设计空隙率，当采用密级配混合料时，宜选用细型密级配沥青混合料；对夏季温度高，且持续时间长，冬季又十分寒冷，年温差特别大，又属于重载路段的工程，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。
2.4严格选用优质的原材料。
沥青材料对于路面的低温抗裂性能及高温抗车辙性能及耐久性的关系非常直接，选用优质的沥青非常重要，沥青选择不但要满足规范要求，而且要尽可能提高指标要求，此外，对于高速公路的上面层，应尽可能采用改性沥青，改性沥青对高温稳定性次数较之普通沥青能提高一倍以上，改性沥青对低温弯曲试验破坏应变较之普通沥青也有很大程度的提高，高速公路中面层在重载较多或气候条件差并有条件时也应尽可能采用改性沥青。
路面面层石料应采用高强度、耐磨并且与沥青粘结性较好的中基性石料为宜，此外，当石料与沥青的粘接性相对较低时，应在沥青中加入表面活性剂(如抗剥落剂)有效提高沥青对集料的粘结力。
［文章编号］1006-7619（2011）12-09-228