沥青路面加铺层层间防水\防裂设计分析

摘要：本文对沥青路面加铺层层间防水、防裂设计从橡胶沥青碎石封层、改性沥青砂胶应力吸收层及土工合成材料夹层等方面进行了探讨分析，具有较强的创新性和价值，供参考。

关键词：沥青路面；加铺层；吸收层

中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：

1橡胶沥青碎石封层设计

1.1概述

碎石封层是一种在喷洒沥青类结合料后，立即撒铺一定粒径的粗集料，经碾压而形成的薄层封层。撒铺的碎石既提供对沥青的保护，也给行驶车辆提供必要的粗糙度，以保证安全行驶。碎石封层的主要作用是封闭表面细小裂缝，阻止水侵入路面，损坏基层与路基。该技术产生于20世纪20年代，起初主要作为小交通量道路的表面层，目前已被广泛用于各种交通量道路的预防性养护。橡胶沥青碎石封层于20世纪60年代中期开始使用，也被称为应力吸收层（SAM）和应力吸收中间层（SAMI）。橡胶沥青碎石封层以其优良的使用性能被美国、南非及澳大利亚等国家而广泛用于道路表面性能恢复、应力吸收层、路面及桥面防水等工程。而在二十世纪八十年代，橡胶沥青碎石封层作为应力吸收层引入我国。目前，已作为应力吸收层、防水黏结层及路面磨耗层广泛用于国内沥青路面新建与改建、沥青混凝土桥面铺装、水泥混凝土路面沥青加铺等工程。

国内外的实际工程表明，橡胶沥青碎石封层的具体有如下特点：

（1）改善路面的抗磨损能力，特别是在下雪地区；

（2）减少路面的老化；

（3）提高路面的耐久性；

（4）增加路面的疲劳寿命；

（5）改善路面石料的保持能力；

（6）提高路面抗反射裂缝能力；

（7）缩短施工时间；

（8）节约能源和自然资源；

（9）降低养护费用。

1.2橡胶沥青碎石封层设计

橡胶沥青碎石封层可作为一种性能优异沥青路面功能层，主要用于高等级公路的养护加铺层，减少路面裂缝，改善结构层之间的黏结，路面结构防水等。具体分为两种情况，一是直接用于老路或新路的表面层，作为碎石封层，具有良好的路面抗滑性能和防水、防裂功能，且施工方便、工程造价低。国外有些国家将其作为高等级公路的表面层，如澳大利亚，在我国作为低等级公路的路面黑色化，或低交通流量的路面抗滑表层具有良好的使用前景。这种结构在使用过程中也应注意几个问题：一是路面噪声比较大，一般不适合于在城市或人口稠密的地区使用；二是在使用初期，会有一些碎石被高速行驶的汽车轮胎带走，影响交通安全。为避免以上问题可以在其上面铺设一层稀浆封层，形成帽封层（Cape Seal）。

第二种情况是利用碎石封层的特点作为路面结构内部的防水粘结层，或称为应力吸收层（简称SAMI）。可直接铺设在原有老路的表面，然后再在其上直接铺设抗滑表层，或者在老路面上铺设调平层后，再铺设该功能层，然后铺设抗滑表层，即国外有些文献中的三层体系。铺设这个功能层的主要目的是延缓原有沥青路面裂缝反射到表面，同时加强新铺装的沥青混凝土与老路的黏结，防止路表水渗入到路面结构内部。设置该层后，新加铺的抗滑表层的设计目标更加明确，主要以抗滑、抗剪切为主，可以使用密级配、半开级配，甚至开级配。该层在设计时一般不单独计算厚度，撒布的碎石将与上面的沥青混凝土融为一个整体。从抗反射裂缝角度，国外的研究表明，一层的SMAI大致相当于52mm的沥青混凝土的抗裂效果，同时文献也指出，根据最近的研究表明，这个数字相当保守。

在这种碎石封层中，高用量的橡胶沥青与单一粒径的碎石强力粘结，形成约1cm厚的裂缝反射结构层，该层能够减缓反射裂缝的产生与扩展，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显地减弱裂缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子。可以说，它在路面结构中起着一种软介层的作用，能把裂缝位移引起的应力消散在层内，有效地削弱基层裂缝处沥青面层的应力集中现象。

1、设计方法

碎石封层的设计方法分为经验法与理论法两大类，最早的碎石封层设计方法是Hanson于1934年提出的，目前许多的碎石封层设计方法都是基于该法发展而来。目前，多数的碎石封层设计方法是基于实践的经验法，而非理论法。他们都包括：路况调查、结合料的选择与用量，碎石粒径及撒铺量的确定等一系列过程。

其沥青的洒布量与碎石的撒铺率受以下因素影响：

（1）路面的表面状况。老化程度严重或构造深度较大时会吸收更多沥青，应加大沥青洒布量。

（2）交通量。在交通量大的道路为减少由于松动碎石带来的危险，宜采用粒径较小的碎石；对于交通量小的道路，沥青洒布量可以适当增加。

（3）气候环境。在寒冷地区，可以适当提高沥青的洒布量。

（4）碎石粒径。采用大粒径碎石，应相应增加沥青洒布量，以保证碾压后碎石嵌入沥青深度达50%~70%。

（5）碎石级配。单一粒径碎石比有级配碎石要求的沥青洒布量要大。如澳大利亚橡胶沥青碎石设计方法中，根据使用场合的不同规定了相应的结合料洒布量与碎石粒径。

由于我国目前道路交通重载、超载的现实情况，为避免以后的泛油，橡胶沥青碎石封层的结合料洒布量不宜太大，而碎石的粒径、撒铺量则不宜太小。近年来，国内几个工程的橡胶洒布量在2.0~2.8kg/m2之间。

2、材料要求

（1）对橡胶沥青的要求

橡胶沥青由基质沥青、胶粉及添加剂组成。各部分材料的品质与比例，严重影响着橡胶沥青的品质。橡胶沥青的选择受老路表面状况、碎石尺寸与级配、与石料的相容性及气候条件影响。

根据国外情况，洒布用于混合料用的橡胶沥青有以下差别：

①洒布用橡胶沥青使用较粗橡胶粉（2.00mm）；

②为进一步提高结合料的粘性和黏弹性，洒布用橡胶沥青可使用较高的橡胶粉掺量（大于20%）。因此，我国加工橡胶沥青的基质沥青宜采用90号沥青或70号沥青，橡胶粉的目数宜为30~40目，掺量一般为20%~25%（外掺）。

（2）对碎石的要求

对于碎石的要求，主要有碎石的粒径、洁净度及粒形等。碎石粒径的选择主要考虑交通量与设计速度。美国对于低交通量（小于5000辆/d）与低速（小于75km/h）道路上，采用9.5mm与12.5mm碎石；在大交通量与高速交通道路上，通常采用公称粒径为9.5mm的碎石；另外，9.5mm的碎石也经常用于应力吸收中间层SAMI。

南非的橡胶沥青碎石封层设计方法的理论基础是Hanson的空隙填充理论。单层封层所用碎石粒径有26.5mm、19.0mm、13.2mm、9.5mm四种；双层封层的碎石粒径为19.0mm加9.5mm。对小于9.5mm的碎石，由于空隙较小、结合料洒布量高，易导致泛油而很少采用。

国外的橡胶沥青碎石封层所用的碎石以单一粒径碎石为主，同时控制其中的小碎石与粉料含量。对于我国，当应用于基层时，石料的粒径宜为16~19mm，当用于上面层底面时，石料粒径宜为上面层厚度的1/3~1/2，碎石的撒布量一般为满铺的60%~70%；当用于表面时，碎石粒径宜为13.2mm或9.5mm，碎石的撒布量为满铺。

2改性沥青砂胶应力吸收层

改性沥青砂胶应力吸收层具有良好的弹性和抗疲劳性能，使裂缝引起的水平位移在较宽范围内分散，降低面层内部尖端应力强度因子的幅值，使裂缝不会很快失稳而扩展，从而延缓裂缝反射至面层的速度。