浅谈高等级公路沥青混凝土面层厚度设计与施工

摘要：沥青混凝土面层厚度设计要依据沥青路面的特点、掌握施工材料的各项性能。面层厚度设计首先要做好路面的结构设计，并计算好路面的面层厚度和路面结构层拉应力验算。在施工方面，本文简要论述了双层沥青摊铺技术的应用。

关键词：城市道路；沥青混凝土；面层厚度；设计与施工

Abstract: The asphalt concrete pavement thickness design should be based on the characteristics of the asphalt pavement, master the performance of construction materials. Layer thickness design is first to do the structural design of the road, and calculate the surface layer thickness of a good road and pavement layer tensile stress checking. During the construction, the paper briefly discusses the application of a double layer asphalt paving technology.Key words: urban road; asphalt concrete; the thickness of the surface layer; design and construction

中图分类号：U416.217 文献标识码：A

高速公路的沥青面层厚度在15-18cm之间较为合适，究竟多厚最佳，还需要进一步的理论研究和试验。柔性基层路面在我国还处于探索阶段，可以预见随着社会经济的发展，柔性基层沥青路面将成为我国一种重要的路面结构形式。相关研究认为，面层厚度的变化引起面层层底的拉应变的变化率是基层的2.3倍，面层厚度对面层底的拉应力更敏感，而面层层底的拉应变直接控制疲劳开裂，因而对柔性基层路面面层厚度的研究具有重要的现实意义。本文主要就城市道路沥青混凝土面层厚度的设计与施工谈一些粗浅观点。

一、沥青路面特点及面层施工材料要求沥青路面是采用沥青材料作结合料，粘结矿料或混合料修筑面层的路面结构。沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料作结合料，不仅增强了矿料颗粒间的粘结力、而且提高了路面的技术品质[1]，使路面具有平整、耐磨、不扬尘、不透水、耐久等特点。由于沥青材料具有弹性、粘性、塑性，在汽车通过时，震动小、噪音低、略有弹性、平稳舒适，是高级公路的主要面层。

沥青路面所用沥青的标号，应根据地区气候条件、施工季节气候、路面类型、施工方法和矿料性质尺寸等因素选用。所选用的沥青应满足道路用沥青技术标准。

矿料：沥青所用的矿料有粗集料（碎石、筛选砾石、破碎砾石、矿渣）、细集料（天然砂、机制砂、石屑）、填料等

粗集料：沥青路面所用粗集料应洁净、干燥、无风化，而且应具有足够的强度和耐磨性以及良好的颗粒形状。粗集料的规格应满足技术标准要求。粗集料主要有碎石、轧制砾石及筛选砾石。碎石及轧制砾石是由天然石料（砾石）轧制并经筛选而得，有严格的质量要求，一般应用于交通量较的高等级路面；筛选砾石是由天然砾石筛选而得，仅适用于交通量较小的路面下层、基层或连接层的沥青混合料中使用，不宜用于防滑面层。 细集料：细集料是指粒径小于5mm的天然砂、人工砂、石屑。细集料均要求坚硬、清洁、干燥、无风化、不含杂质，并且具有适当的级配。

填料：填料一般采用石灰岩、岩浆岩或白云岩等中强基性岩石等增水性石料经磨细而得到的矿粉。矿粉应干燥、洁净、无团粒，

石灰、水泥、粉煤灰也可作为填料的一部分使用（其用量不宜超过矿料总量的2%）。但应经实验确定其属于碱性，与沥青有良好的粘结力 二、沥青路面结构设计

结构设计的一般原则

(1)因地制宜，合理选材(2)方便施工，利于养护(3)分期修建，逐步提高(4)整体考虑，综合设计(5)考虑气候因素和水温状况的影响

2．沥青路面结构组合设计

（1）根据各结构层功能组合 （2）强度组合 （3）合理的层问组合 （4）考虑自然水温条件的不利影响 （5）适当的层数和厚度

3．根据各结构层功能组合

柔性路面常用断面

4．强度组合

路面各结构层应按强度自上而下递减的方式组合。规范要求基层同面层之间的模量比不应小于0.35土基与基层的模量比应在0.08~0.40的范围内。

5．合理的层间组合

各结构层材料具有不同的特性，在组合时，应注意相邻层次的互相影响，采取措施限制或消除所产生的不利影响。层间结合应尽量紧密，避免产生层间滑移，以保证结构的整体性和应力分布的连续性。

考虑自然水温条件的不利影响

6．适当的层数和厚度

沥青路面通常为多层结构，为了便于施工，路面结构层的层数不宜过多。

路面结构类型的设计

路面结构也是影响裂缝的关键因素之一，例如采用15 cm厚和10 cm厚沥青混凝土分别与40 cm粒料基层结构的道路，前者裂缝相对较少。这主要是因为较厚的沥青面层在结构上强度较大，在温度拉应力作用下不易产生开裂。沥青混凝土应尽量用骨架空隙结构或骨架密实结构，当路面的结构类型相同时，砂土路基则比黏土路基产生的收缩裂缝多。在上列因素中，国内外的试验研究资料都表明，所用沥青类型、性质和用量是影响路面裂缝的最主要因素。

三、新建路面的结构层厚度计算

1．基本原则和有关规定

为了使多层次的沥青路面结构设计与计算更符合实际情况,目前我国的沥青路面设计规范采用多指标控制路面结构设计,同时把路面的结构组合、厚度计算甜可科组成设计统筹考虑,并采用多层弹性体系理论计算路面结构层厚度,对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力验算。我国现行规范采用完全连续体系为层间接触条件。

路面厚度计算步骤

（1）确定单车道累计当量轴次Ne。

对选定的结构组合，拟定某一层位作为设计层层位。在拟定的路面结构中，先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。一般当采用半刚性基层、底基层结构时，可选任一层作为设计层；当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度。此时若求得基层厚度过厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层[3]，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。 （2）确定设计弯沉值Ld。确定路面材料设计参数。在初步设计阶段应选用沿线材料和外购材料进行配合比设计。在选定配合比的基础上，按有关规程的规定实测材料设计参数，并论证地确定各层材料(沥青混合料在15°C、20°C时)的抗压回弹模量E1和劈裂强度σPS、抗拉强度结构系数Ks、容许拉应力σR。 （3）确定土基的回弹模量Eo。根据某车道累计轴次Ne、设计弯沉值Ld、各结构层的回弹模量E1与劈裂强度σPS、土基回弹模量E0、已知结构层的厚度hi等利用专用设计程序即可求得某一结构层的厚度[4]。

路面结构层拉应力验算步骤

(l)确定路面材料设计参数确定各结构层的劈裂强度σPS、容许拉应力σR，路面设计弯沉值Ld。(2)确定系数确定公路等级系数、面层类型系数、基层类型系数、路面设计年限、车道横向分配系数、交通量年增长率。(3)确定当量轴次当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，应确定相应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内一个车道上的累计当量轴次；当进行半刚性基层层底拉应力验算时应确定出相对应的路面竣工后第一年的日当量轴次、设计年限内—个车道上的累计当量轴次[5]。(4)根据以上的计算参数利用专用设计程序即可完成层底拉应力验算。

四、面层施工

1．铺筑试验路段

高等级公路在施工前应铺筑试验段,铺筑试验段是不可缺少的步骤, 其它等级公路在缺乏施工经验或初次使用重大设备时,也应铺筑试验段。试验段的长度应根据试验目的确定,宜为100~200m,试验段宜在直线段上铺筑[6]。如在其它道路上铺筑时,路面结构等条件应相同。路面各层的试验可安排在不同的试验段。

要通过铺筑试验确定以下内容：

透层沥青的标号与用量、喷洒方式和温度；摊铺机的摊铺温度、速度、摊宽度、自动找平方式等操作工艺；压路机的压实顺序、碾压温度和速度及碾压遍数等压实工艺；确定松铺系数、接缝方法等；验证沥青混合料配合比设计结果,提出生产用的矿料配比和沥青用量；建立用钻孔法及核子密度仪法测定密实度的对比关系，确定粗粒式沥青混凝土或沥青碎石面层的压实标准密度；确定施工产量及作业段的长度,制订施工进度计划；全面检查材料及施工质量；确定施工组织及管理体系、人员、通讯联络及指挥方式[7]。在试验段的铺筑过程中,施工单位应认真做好记录分析,监理工程师或工程质量监督部门应监督、检查试验段的施工质量,及时与施工单位商定有关结果。

2．双层沥青摊铺

双层沥青摊铺技术是瑞典戴纳派克压实与摊铺设备有限公司推出的一项世界领先的全新工艺，其工作原理是将沥青粘接层和磨耗层同时摊铺完成，即“热＋热”摊铺工艺。这种技术的产生是摊铺设备行业的一项革命性创新，改变了传统摊铺工艺在道路施工时逐层摊铺压实的方法。

双层沥青摊铺要使用专门的双层沥青混凝土摊铺机，用两套拌合设备、运输设备把两种沥青混合料输送到摊铺机，把不同配合比、不同厚度的两层沥青混合料一次摊铺完成，然后使用一套压实设备一起碾压成型。这种施工工艺中，下面摊铺层的预压实由带压实功能的熨平板完成，两层摊铺可以共用一套运输、压实设备。

使用专门的双层摊铺机施工，简化了两套摊铺机相互干扰，能够有效避免上层摊铺施工机械对下层的影响；能够获得更好的平整度和层间粘结效果。

也可使用两台普通摊铺机，由两套运输设备分别给两台摊铺机供料，依次摊铺两层混合料，用一套压实机械将两层沥青混合料共同碾压成型。注意必须保证两层的铺筑作业紧密衔接，实现"热接热"的摊铺施工。第一层摊铺的预压实一般由配备高压实性能熨平板的摊铺机完成，预压实压实度90%以上，需要转运车配合。

传统的沥青路面铺筑方式薇单层铺筑、单层碾压成型。双层摊铺较之传统铺筑方式提高了沥青面层的层间粘结效果，抗剪度可提高60%；可减少油石比1%至2%，节省工程成本；解决了传统分层摊铺层间易污染问题，还可优化路面结构，使路面结构更合理。可有效提高公路使用寿命，而且不需要喷洒粘层油，更节能环保，节约材料和施工时间。

双层摊铺技术的引进对中国筑路行业必将产生深刻的影响，该技术是一项致力于在施工阶段全面提高质量并降低成本的新方法，不但可以提高施工效率并可以将公路使用寿命提高5～10年左右，是一项在未来几年内最值得推广的路面施工新技术。

参考文献

[1]黄芳.半柔性复合路面结构设计理论与方法研究[D].重庆交通大学,2008.

[2]蒙志军.浅析沥青路面养护技术[J].硅谷,2009,(3):89,106.

[3]李健.复合式基层沥青路面结构分析与研究[D].长沙理工大学,2009.

[4]黄宗贵.混凝土沥青路面施工技术探讨[J].黑龙江科技信息,2010,(23):319-320.

[5]高润宝.浅析沥青路面施工[J].黑龙江科技信息,2009,(36):402.

[6]代中利,张俊新.浅谈高速公路沥青路面的质量控制[J].黑龙江交通科技,2010,33(4):62-63.

[7]王鲁宁.应用于军用公路现场施工的科学管理[D].山东大学,2009.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。