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摘要：近几年，随着国家经济社会的高速运转和不断转型，尽管我国公路建设飞速发展，但现有基础设施还是无法满足交通运输业的需求，需要建设大量交通基础设施。本文仅从公路沥青路面结构层设计容易忽视的几个问题及其影响进行分析，并提出相应应对措施，以供读者参考。
关键字：路面结构层防水排水 层厚 层间连接
中图分类号：U416文献标识码： A
2012年底，我国公路通车里程423.8万公里，其中高速公路里程居世界第一。与此同时，我国的沥青路面技术有了很大发展，路面质量也有了极大的提高。
在设计方面，随着计算机技术的广泛应用，有限元理论也引入了路面结构计算，同时还引入了结构设计可靠度的分析，极大地提高了路面设计的效率和可靠性。
下面就路面设计中几个重视不够的问题及其对路面使用性能的影响进行探讨。
1、路面结构层防水与排水
通常，水是通过面层裂缝、结构层粒料间的孔隙进入结构层内部的。当面层孔隙率大于7%时，结构密水性差，水容易渗入。在施工过程中局部易产生离析，或压实度不足，现场实际空隙大于7%，或开级配设计，如传统的Ⅱ型级配，实际现场孔隙率在10%以上，雨水可以从上下贯通的孔隙渗入结构层内。此外，施工期间赶上雨季或冲刷路面时造成局部积水，无法排出路基外，结构层一直处于水的浸泡状态。
通常情况下，由于水的影响，沥青路面很容易产生早期破坏。典型的破坏是坑洞，或出现唧浆、网裂和形变。造成路面早期破坏的主要原因之一是水的破坏。路面浸水直接导致路面的早期破坏；路面出现其它病害破坏以后，遇水浸入会加剧、加速路面的破坏。
要避免水对路面的破坏，一是要防止或减少水进入结构层内，另外还必须想办法将进入结构层内部的水排出结构层外。习惯上，路面设计时对这两个方面可采取的设计措施重视不够，不考虑路面结构层排水，也不设置有效的防水层，这对避免路面早期破坏是极为不利的。
通常高速公路路面结构层设计，表面层设计为Ⅰ型（或SAC或SMA），中面层和底面层，采用Ⅱ型或有一层为Ⅰ型，只将双层体系或三层体系中的一层按不透水层来考虑。笔者认为，这种设计从排水防水角度来看是不合理的。实际情况是，不管哪一层空隙率大，水都有可能渗入，那一层就会产生破坏。因此，无论路面是一层、二层还是三层，各层都应该选用密实型沥青砼。为了保证中面层和底面层足够的抗车辙能力，可以选择粗骨架密级配型式，而不可拘泥于传统的Ⅰ型级和Ⅱ型级配。这样，结构层既可以有比较好的防水性能，又有很好的结构稳定性与耐久性。
设置路面结构防水层和排水层，是阻止水渗入基层的很好的措施。另外，应建立渗水排出通道，使结构层内的水迅速排出路基，如可以在硬路肩下设置碎石（或砂砾）垫层或肓沟，以达到上述目的。
中央分隔带由于植树，绿化的原因不能封闭的，同样也要考虑水的排出问题。当弯道超高时，必须设置纵向排水沟，起到排雨水和下渗水的作用。当边坡防护，在硬路肩边上需封闭时，要特别注意结构层渗水外泄通畅，以免排水不畅而引起水破坏。
2、结构层合理厚度
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是否满足路面强度的要求。一般来说，基层与底基层每层厚度习惯上设计为15cm和20cm。 15cm一般施工时压实度容易保证。但是，当灰土厚度达到20cm时，压实非常困难。笔者在某高速施工时做过实际观察，发现采用YZ18（50t级）的振动压路机进行碾层，当层厚达到20cm时，碾压非常困难，参见表1。
厚度对压实度的影响表1
项目
试验结果 压实厚度（cm） 临界厚度 （cm） 压实度（%）
1 19.8 20 96.3
2 20.2 20 95.2
3 21 20 90.8
4 23 20 93.2
路基顶面标高，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1～2cm，加上施工误差，设计层厚为20cm时，压实厚度可能达到21～23cm，个别情况下可能达到23～25cm，这时压实是非常困难的。从现场压实度检测试坑中，我们可以看到，当厚度为20cm时，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不可能消除的。因此，设计最大厚度以18cm为宜。
2）、面层厚度与集料粒径的确定
一般来说，沥青混合料的层厚与最大粒径的比值愈小愈容易出现离析，而且愈不容易碾压密实。因此， 我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG_F40-2004）沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并应与压实层厚度相匹配。对热拌热铺密级配沥青混合料，沥青层一层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5～3倍，对SMA和OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的2～2.5倍，以减少离析，便于压实。
我国沥青路面表面层一般为4 cm，混合料类型多采用AK-16和AC-16，层厚与最大粒径之比为40/16=2.5。这是符合规范要求的。但是，研究表明，当层厚与最大粒径比值小于时2.5时，容易引起离析，而且不容易压实，容易出现路面早期破坏，这也是我国高速公路普遍出现早期损坏现象的原因之一。因此，个人建议面层厚应设计为集料最大尺寸的3倍以上，而不应是传统设计的2倍或2.5倍。也就是说表面层为4cm时，混合料的最大粒径应不大于13.2mm。
3、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，在灰土顶面进行下一层结构层施工前，一定要将表面浮土清扫干净，适度湿润，洒水不能过多，由于浸水松散的部分要及时剃除。在水泥稳定层或石灰、粉煤灰稳定层上进行结构层施工时，要将表面松散颗粒和浮灰清扫干净。灰土与基层和基层与基层间的连接，建议喷洒1:0.5的水泥浆；基层与面层结合面，在喷透层后，加做防水层，或喷洒粘层；在面层之间，洒粘层油进行層面连接。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，无论是对受力和防止水损坏都起非常好的作用。这样做虽然增加少量的工程造价，但与路面的使用性能提高和使用寿命延长带来的效益相比是很小的。加强层间连接是非常必要的，也是值得的。
关键字：路面结构层防水排水 层厚 层间连接
中图分类号：U416文献标识码： A
2012年底，我国公路通车里程423.8万公里，其中高速公路里程居世界第一。与此同时，我国的沥青路面技术有了很大发展，路面质量也有了极大的提高。
在设计方面，随着计算机技术的广泛应用，有限元理论也引入了路面结构计算，同时还引入了结构设计可靠度的分析，极大地提高了路面设计的效率和可靠性。
下面就路面设计中几个重视不够的问题及其对路面使用性能的影响进行探讨。
1、路面结构层防水与排水
通常，水是通过面层裂缝、结构层粒料间的孔隙进入结构层内部的。当面层孔隙率大于7%时，结构密水性差，水容易渗入。在施工过程中局部易产生离析，或压实度不足，现场实际空隙大于7%，或开级配设计，如传统的Ⅱ型级配，实际现场孔隙率在10%以上，雨水可以从上下贯通的孔隙渗入结构层内。此外，施工期间赶上雨季或冲刷路面时造成局部积水，无法排出路基外，结构层一直处于水的浸泡状态。
通常情况下，由于水的影响，沥青路面很容易产生早期破坏。典型的破坏是坑洞，或出现唧浆、网裂和形变。造成路面早期破坏的主要原因之一是水的破坏。路面浸水直接导致路面的早期破坏；路面出现其它病害破坏以后，遇水浸入会加剧、加速路面的破坏。
要避免水对路面的破坏，一是要防止或减少水进入结构层内，另外还必须想办法将进入结构层内部的水排出结构层外。习惯上，路面设计时对这两个方面可采取的设计措施重视不够，不考虑路面结构层排水，也不设置有效的防水层，这对避免路面早期破坏是极为不利的。
通常高速公路路面结构层设计，表面层设计为Ⅰ型（或SAC或SMA），中面层和底面层，采用Ⅱ型或有一层为Ⅰ型，只将双层体系或三层体系中的一层按不透水层来考虑。笔者认为，这种设计从排水防水角度来看是不合理的。实际情况是，不管哪一层空隙率大，水都有可能渗入，那一层就会产生破坏。因此，无论路面是一层、二层还是三层，各层都应该选用密实型沥青砼。为了保证中面层和底面层足够的抗车辙能力，可以选择粗骨架密级配型式，而不可拘泥于传统的Ⅰ型级和Ⅱ型级配。这样，结构层既可以有比较好的防水性能，又有很好的结构稳定性与耐久性。
设置路面结构防水层和排水层，是阻止水渗入基层的很好的措施。另外，应建立渗水排出通道，使结构层内的水迅速排出路基，如可以在硬路肩下设置碎石（或砂砾）垫层或肓沟，以达到上述目的。
中央分隔带由于植树，绿化的原因不能封闭的，同样也要考虑水的排出问题。当弯道超高时，必须设置纵向排水沟，起到排雨水和下渗水的作用。当边坡防护，在硬路肩边上需封闭时，要特别注意结构层渗水外泄通畅，以免排水不畅而引起水破坏。
2、结构层合理厚度
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是否满足路面强度的要求。一般来说，基层与底基层每层厚度习惯上设计为15cm和20cm。 15cm一般施工时压实度容易保证。但是，当灰土厚度达到20cm时，压实非常困难。笔者在某高速施工时做过实际观察，发现采用YZ18（50t级）的振动压路机进行碾层，当层厚达到20cm时，碾压非常困难，参见表1。
厚度对压实度的影响表1
项目
试验结果 压实厚度（cm） 临界厚度 （cm） 压实度（%）
1 19.8 20 96.3
2 20.2 20 95.2
3 21 20 90.8
4 23 20 93.2
路基顶面标高，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1～2cm，加上施工误差，设计层厚为20cm时，压实厚度可能达到21～23cm，个别情况下可能达到23～25cm，这时压实是非常困难的。从现场压实度检测试坑中，我们可以看到，当厚度为20cm时，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不可能消除的。因此，设计最大厚度以18cm为宜。
2）、面层厚度与集料粒径的确定
一般来说，沥青混合料的层厚与最大粒径的比值愈小愈容易出现离析，而且愈不容易碾压密实。因此， 我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG_F40-2004）沥青面层集料的最大粒径宜从上至下逐渐增大，并应与压实层厚度相匹配。对热拌热铺密级配沥青混合料，沥青层一层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5～3倍，对SMA和OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的2～2.5倍，以减少离析，便于压实。
我国沥青路面表面层一般为4 cm，混合料类型多采用AK-16和AC-16，层厚与最大粒径之比为40/16=2.5。这是符合规范要求的。但是，研究表明，当层厚与最大粒径比值小于时2.5时，容易引起离析，而且不容易压实，容易出现路面早期破坏，这也是我国高速公路普遍出现早期损坏现象的原因之一。因此，个人建议面层厚应设计为集料最大尺寸的3倍以上，而不应是传统设计的2倍或2.5倍。也就是说表面层为4cm时，混合料的最大粒径应不大于13.2mm。
3、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，在灰土顶面进行下一层结构层施工前，一定要将表面浮土清扫干净，适度湿润，洒水不能过多，由于浸水松散的部分要及时剃除。在水泥稳定层或石灰、粉煤灰稳定层上进行结构层施工时，要将表面松散颗粒和浮灰清扫干净。灰土与基层和基层与基层间的连接，建议喷洒1:0.5的水泥浆；基层与面层结合面，在喷透层后，加做防水层，或喷洒粘层；在面层之间，洒粘层油进行層面连接。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，无论是对受力和防止水损坏都起非常好的作用。这样做虽然增加少量的工程造价，但与路面的使用性能提高和使用寿命延长带来的效益相比是很小的。加强层间连接是非常必要的，也是值得的。