佛陈路快速化改造工程路面结构设计初步研究

摘要：佛陈路作为顺德陈村的主干道和广州亚运会的主要通道之一，是当地经济和生活的大动脉。文章通过沥青路面表面层、中面层和调平层结构对比，结合佛陈路所处的自然地理位置，和国内的其他研究成果，进行路面结构设计初步研究，对路面结构方案进行比选，为设计单位进行路面结构设计提供建议。

关键词：沥青混凝土；结构研究；稳定性；旧水泥混凝土路面；选取对比

Abstract: the Buddha lu Chen as a major ChenCun shunde and guangzhou Asian one of the main channel, is the local economy and the artery of life. In this paper, through the asphalt pavement layer of surface layer, and leveling layer structure characteristics of the combination of Buddha in natural geography of Chen lu position, and other domestic research achievements, a preliminary study the structure design of pavement structure scheme than the election, as the design units to provide advice to the structure design.

Keywords: asphalt concrete; Structure research; Stability; Old cement concrete pavement; Choose contrast

中图分类号： TU528.42 文献标识码：A文章编号：

1、工程概述

佛山市佛陈路快速化改造工程是针对现状佛陈公路进行快速化改造的改扩建工程。路线西起于佛山一环的佛陈路立交，沿旧佛陈路、佛碧路东行，跨越陈村涌，止于连接105国道及广珠西高速路的碧江立交，起止桩号K0+400--K10+070，全长9.67km，道路红线宽度60m。道路等级按主、辅路结合设计，主路按一级公路标准设计，设计车速100km/h（局部困难路段80km/h）；辅路按城市次干路标准设计，设计车速50km/h。路基总宽度为60.0m，主路双向6车道，辅路双向4车道。由于佛陈路旧路路面为水泥混凝土路面上的沥青加铺结构，快速化改造遵循充分利用旧路原则，主路路面结构采用对原沥青路面结构进行病害处理加罩沥青混凝土形式，辅路路面结构采用旧水泥混凝土病害处理后加罩沥青混凝土形式，充分利用旧水泥混凝土路面结构。

2、表面层材料结构初步研究

2.1表面层沥青混凝土适用结构

表面层承担的是主要功能是密水、抗滑以及抗老化与抗油污染等，要求具有抗滑、平整、降低噪音、抗车辙、抗推拥等功能。它必须避免路表水进入热拌沥青混合料下层、基层和路基。在表面层上也可以再铺筑磨耗层，如OGFC、抗滑表层、稀浆封层，但在我国，一般不专设磨耗层，表面层实际上起到双重作用。

至今世界各国采用的表面层沥青混凝土可分为两大类四种：一类是密实式沥青混凝土，另一类是多孔隙沥青混凝土（粗集料断级配）。密实式沥青混凝土可分为三种，一种是传统连续级配沥青混凝土，第二种是粗集料连续级配AC，第三种是细集料断级配沥青混凝土。我国沥青路面表面层应用过的有AC、AK、SAC和SMA等结构。

AK沥青混合料为悬浮或嵌挤半空隙结构，有相当多的粗集料、也有较好的石料嵌挤作用，但使用的沥青较少（因使用的矿粉较少，沥青无法增加），AK-16的粗集料接近AC-16II型，矿粉接近AC-16I型，AK-16矿料级配中4.75mm以上碎石含量大于SAC-16，而2.36mm以下细料的含量又少于SAC-16。因此，AK-16沥青混合料的孔隙率将明显大于SAC-16，沥青用量将少于SAC-16。空隙率较大，沥青与集料粘结性不足，集料之间充满了水分，水分对混合料的浸蚀作用使沥青与集料分离，容易产生剥落，很容易在雨季大面积破坏，且低温抗裂性能、抗疲劳能力较差。

SAC是4.75mm（方孔筛）以上碎石含量占主要部分的密级配沥青混凝土。主要是为了解决高速公路沥青表面层的抗滑性能，特别是满足一定构造深度要求，且透水性小这一技术难题，1988年在京深高速公路正定试验路上首次提出并采用多碎石沥青混凝土做表面层。但从实体修筑SAC的使用效果看，施工过程中容易产生离析，实际修筑的路面水稳性、低温抗裂性、抗疲劳能力较差。

考虑到佛陈路地处南方湿热，且大部分属于旧水泥混凝土路面上的沥青加铺层。因此，拟采用的表面层为SMA和AC方案。

2.2表面层SMA和AC沥青混凝土选取对比

2.2.1AC-13C改性沥青表面层

结合AC结构层在全国高等级公路上的使用情况、良好的路用性能、施工性能以及经济性等多方面的考虑，在佛陈路旧路沥青加铺路面结构面层类型选择时也可考虑采用改性沥青AC结构层。从目前的研究成果和使用性能来看，AC结构层其强度、稳定性（高温稳定性、水稳定性）、耐久性等方面相对于SMA而言稍差。但AC-13C使用比较广泛，施工技术成熟，在进行选择时考虑到现有《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中AC-13材料组成特点，结合国外设计思想和《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中对AC的材料组成（集料、级配、基质沥青、改性沥青、改性剂等）等进行优化设计，在施工过程中加强质量控制与管理，可以满足沥青路面路用性能的要求。

2.2.2SMA-13改性沥青表面层

提高沥青混合料水稳性的主要措施是防止水的侵蚀，提高沥青和集料的粘附性。SMA是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料碎石骨架。SMA混合料的空隙率很小，几乎不透水，混合料受水的影响很小，再加上玛蹄脂与集料的粘结力好，混合料的水稳性也有较大改善。

沥青路面的表面功能也很重要，除了集料自身性质外，表面构造是关键因素。SMA一方面要求采用坚硬的、粗糙的、耐磨的石料；另一方面矿料采用间断级配，粗集料含量高，路面压实后表面的构造深度大，一般超过1mm，必然使抗滑性能提高。同时，在雨天交通行车不会产生大的水雾和溅水，路面噪音可降低3dB～5dB，从而可以全面提高路面的表面功能。

延长路面寿命需要沥青混合料有良好的耐久性。SMA的混合料内部被玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，混合料的空隙率很小，沥青与空气的接触少，因而沥青混合料的耐老化性能好。试验证明，这种混合料的耐疲劳性能优于密级配沥青混凝土。因此有良好的耐久性。另外，如果施工过程中质量控制比较好，SMA基本上是不透水的，对下面沥青层和基层有较强的保护作用和隔水作用，使路面能保持较高的强度和稳定性。

2.2.3 表面层的选取

SMA有优良的高温稳定性，良好的耐久性和良好的表面特性，由于SMA的初期建设费用较高，在广东地区施工与使用经验比较少，SMA结构维修等方面未有AC结构成熟，AC结构在我国公路面层结构中应用最为广泛，考虑到本工程在满通量及使用要求前提下，根据因地制宜、方面施工、合理选材等原则，选用经济合理、技术成熟的路面结构形成，建议采用AC-13C改性沥青作为表面层路面结构。

3、中面层沥青混凝土适用结构初步研究

一般情况下，对旧水泥混凝土路面处治后加铺沥青结构层的情况下，沥青加铺层一般是考虑两层的结构，即此时的中面层就直接与旧水泥混凝土路面板直接相联，此时中面层一个重要作用是延缓旧水泥混凝土路面的反射裂缝。不管是旧路加铺还是新建路面结构的中面层，都面临着高温抗车辙问题，因为根据路面结构温度状况分析，沥青路面最高温度处于表面层以下2cm左右，主要是表面层通风条件相对好，散热快，而中面层热量反而保持持久些，所以中面层必须是高温稳定性好的结构层。

中面层根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）和《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）的要求以及目前国内外的高速公路沥青路面工程使用经验，并综合考虑佛陈路的实际情况（旧路破损状况、地质、水文、气候、交通量及其分布、沿线材料供应、经济性、施工队伍的经验等方面），中面层建议采用SMA-20以及AC-20C型沥青混合料。如果经过论证可行，也可以选择其它诸如GAC型、FAC型沥青混合料。

3.1SMA-20改性沥青中面层

对于加铺层的中面层需要有较好的密水功能、良好的抗疲劳能力和抗车辙能力。SMA-20混合料内部被玛蹄脂充分填充，且沥青膜较厚，混合料的空隙率很小，沥青与空气的接触少，因而沥青混合料的耐老化性能好，其耐疲劳性能大大优于密级配沥青混凝土。如果施工过程中质量控制比较好，SMA基本上是不透水的，对下面的结构层有较强的保护和隔离作用，且抗车辙能力也较其它混合料好，但目前这类材料使用不多。

3.2AC-20C改性沥青中面层

采用AC-20C型改性沥青加抗车辙剂结构密级配沥青砼具有较小的空隙率和透水性，具有良好的密水性和耐久性，在改性沥青中再添加抗车辙剂，大大改善路面结构的抗车辙能力，且连续级配的沥青混合料便于施工控制，不易离析，AC-20C型混合料级配在国内外使用证明了其优越性，在国内高速公路中得到广泛应用，特别是在南方地区，其设计与施工技术成熟。

3.3中面层材料推荐：AC-20C改性沥青

综合调研结果和佛陈路的实际情况，推荐采用改性沥青AC-20作为中面层，同时添加抗车辙剂提高其高温使用性能。在路面施工实施过程中，应结合佛陈路的自然地理条件、加铺层材料的要求以及国外设计思想对AC-20C的材料组成进行专项优化设计。

4、调平层材料选择

旧水泥混凝土路面在使用一定年限后，由于地基、路基甚至是路面结构的竖向变形，使得路表面标高偏离原设计标高，导致路表面起伏不平，影响行车的舒适性。对旧水泥混凝土路面进行改造设计，必须恢复路表面的平整度，恢复路面良好的表面性能。因此就必须对旧水混凝土路面顶部标高进行调平，即采用相应的调平层材料对旧水泥混凝土路面表面进行初步的调平，然后通过沥青加铺层的精心施工，将旧路凹凸的表面逐步调平至高速公路所要求的平整度。常用的调平层材料有以下几种。具体加铺层路面结构设计时，宜根据实际情况，组合考虑其技术经济指标择优选用。

4.1沥青混凝土（AC）调平层

具有密水性和抗疲劳性能好的优点。众所周知，沥青混凝土的孔隙率的大小与沥青混凝土的抗疲劳性能有较大的关系，孔隙率小，其抗疲劳性能好，沥青混凝土的用油量较大，其抗拉强度较高，低温性能较好。采用AC-10的整平层，具有其密水性好，并且为防水土工布铺设提供了较好的施工平台，使土工布铺设平整创造了条件，使土工布在以防水为主要功能的前提下，起到了延缓反射裂缝的控制效应。采用AC适用于调平层厚度在小于8cm的情况。

4.2 沥青碎石（AM）调平层

沥青碎石用沥青材料作为胶结料，增强了矿料间的粘接力，提高了混合料的强度和稳定性，沥青碎石比级配碎石的强度高、刚度比水泥稳定碎石小，作调平层优于级配碎石和水泥稳定碎石的结构。一般说来，沥青碎石有助于减轻基层裂缝向上反射穿透沥青面层。为了减轻面层可能形成的辙槽，防止雨水下渗，故可以采用重交沥青碎石做调平层。适用于调平厚度小于10cm的情况。

4.3 大粒径沥青碎石（ATB）调平层

大粒径沥青碎石的特点是采用特粗的骨料，形成骨架密实型的沥青混合料，具有密水性和抗疲劳性能较好的优点，同时对延缓裂缝反射有其独特的性能。适用于调平厚度10~15cm的情况。

4.4水泥稳定碎石（CGA、CGS）调平层

水泥稳定碎石具有良好的整体性、足够的力学特性、抗水性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长而增长，应用范围很广。但由于水泥稳定碎石是一种半刚性结构层，其在强度形成过程中，不可避免的会产生收缩裂缝，裂缝在荷载与温度作用下会向上反射裂缝。在南方潮湿多雨的条件下，会使沥青路面产生水损害，导致沥青路面结构出现早期破坏，降低路面的使用寿命。另外，由于水泥稳定碎石的刚度大，变形能力小，对于延缓旧水泥砼板的接缝反射是不利的，但在需要调整厚度比较大的情况下可以采用，水泥稳定碎石材料的级配需要做严格的设计和施工。适用于调平厚度大于15cm的情况。

5、结论

综上所述，通过对路面表面层、中面层和调平层的方案进行技术比对分析，根据佛陈路旧路改造快速化的实际情况，对佛陈路改造工程路面表面层、中面层和调平层的结构形式提出了建议，更好地指导佛陈路快速化改造工程的路面设计工作，使快速化改造的路面结构能更好地满足使用要求。设计单位最终选用了AC13C作为路面表面层、AC20C作为路面中面层、水泥稳定碎石作为调平层。佛陈路路面施工通过了交工验收，经受了广州亚运会考验，日常运行情况良好。

参考文献

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2、邓学钧.路基路面工程.北京：人民交通出版社.2003.

3、沈金安.沥青及沥青混合料路用性能.北京：人民交通出版社.2006.