高速公路沥青路面设计技术研究分析

【摘要】：改革开放以来，尤其是进入二十一世纪以来，我国高速公路建设迅速发展，我国在短短十几年时间里，走完了发达国家要半个多世纪才走完高速公路的发展历程，高速公路沥青路面技术不断完善，路面的结构耐久性和行车舒适性都有了很大程度的提高，然而，在高速公路快速发展的背后，依然存在着不同程度的破坏现象，行车路段车辙、路面开裂、渗水、坑洞等早期破坏技术问题，这给我国高速公路沥青路面设计带来了严重的挑战。

【关键词】：高速公路沥青路面强度设计

针对高速公路沥青路面设计技术及现状，结合我国在高速公路方面取得的各项研究成果及经验，针对高速公路沥青路面设计技术做一些研究分析。

一、 我国高速公路沥青路面现状分析

随着我国经济的快速发展，我国对高速公路沥青路面的投入越来越大，使得高速公路沥青路面建设迅速发展，但我们也要清楚地认识到我国高速公路沥青路面早期损害现象在一定范围内依然存在，高速公路在使用2到3年就出现不同程度的破坏现象，行车路段车辙、路面开裂、渗水、坑洞等早期破坏技术问题尤为严重，道路使用寿命短，与发达国家相比这些方面差距还是相当的大，这样一来就必须沥青路面进行大修，大修势必造成交通拥堵，降低道路使用率，增加道路成本，浪费资源。

造成这样结果的原因甚是复杂，既有材料、施工、不合理使用等因素，也有设计方面的原因，其主要归纳如下：沥青路面结构类型选择不当，沥青混合料类型与结构层厚度不匹配，沥青混合料级配不尽合理，沥青路面原材料选用控制不严重，沥青下封层有封闭路面下渗水、扩散路面应力、增强面层、基层的连接、减少基层反射裂缝至面层等作用。如何解决高速公路沥青路面各种问题，使我们高速公路工作者所不能逃避的一个严峻挑战。

二、 高速公路沥青路面工程结构设计原理

沥青路面在世界各国已经有数百年的发展历史，不管是从设计到施工，都有了较为成熟的指导理论和经验，然而由于各种复杂的地质气候条件、施工方法、结构层原材料的不同，使得高速公路沥青路面设计有着复杂性和多变性。因此，高速公路沥青路面设计要根据各地气候、水文、地质及使用要求的不同，结合当地工程经验，设计出满足各级公路承载力、耐久性、安全性、使用性的要求的高质量的高速公路，迫在眉睫。

（1）、针对面力学特性、结构组合状况、交通量大小、材料性能以及环境因素对路面性能产生显著影响， 孙立军教授等人建立了反映路面力学特性、结构组合、交通量大小、环境因素与路面使用性能的关系， 如下式所示：

式中： I pc为路面损坏状况指数；I pco 为初始路面状况指数； y路面使用年数；α，β 为模型参数；a，b，c，c 及γ,χ,λ均为回归系数；h 为面层厚度,cm ； LE为分布日标准轴次 （标准轴载为100kN） ；L为结构表面弯沉，0.01 mm ；Kα,Kβ为地区系数；T 为年均气温，℃, W 为潮湿系数

（2）、根据设计任务书和当地气候、水文、地质及使用要求的不同，结合当地工程经验，拟定沥青路面设计结构，设计出多个方案，加以比较，择优选择。

（3）、根据不同的交通等级，采用不同结构组合，确保路面的强度、抗车辙性、耐抗水冲刷性，保持路面平整，使道路在设计使用年限内能够满足设计使用要求。

（4）、要因地制宜、合理选材在就地取材、就近取材的基础上，尽量考虑运输费用、距离，兼顾不破坏生态环境，做到人与自然和谐相处。

（5）、对修筑多种路面结构组合的试验路，进行长期性能观测，逐渐过渡到从全寿命周期成本分析的角度选择沥青路面结构设计；

（6）、尽量采用机械化施工，并考虑后期养护问题，路面设计时一定要做到经济使用，并能使路面结构层整体满足强度和稳定性要求；

三、高速公路沥青路面设计方法

1、高速公路沥青路面的原材料选择

沥青路面的原材料主要有：粗集料、细集料、矿粉、沥青。原材料按技术性好、经济性好、环保、就地取材的原则选取。

（1）、粗集料：集料应按要求的尺寸、坚固、强韧、耐久的石料，。粒径和质量应满足国际化要求，并应对每批进来的集料进行认真检查，去除不合格的集料，使路基达到足够的强度，保证工程的质量。

（2）、细集料：可采用天然砂，砂和石屑应洁净、干燥无风化、无杂质、含水率符合要求、并有适当的颗粒级配，与沥青应有良好的粘结能力。

（3）、沥青：使用重交通道路石油沥青A}I一70，要求质地均匀、无水分，同时满足针入度、软化点以及延度的要求，每批运到现场的沥青都应该有制造厂的证明和出厂实验报告，说明装运数量、装运日期、订货数量、规定的实验结果，不同来源，不同标号的沥青分开存放，不得混杂。

（4）、矿粉：宜采用石灰岩或岩浆中强基性岩石等水性石料，经磨细沥青得到矿粉

2、高速公路沥青路面配合比设计

（1）、沥青集料级配组成设计时，由于主骨料不能直接接触形成骨架，结构嵌挤力小，要靠沥青的胶结力来提高路面的刚度、强度，提高路面粗糙度，因此要提高其含石量，以增大内摩擦角，提高抵抗变形的能力，同时，由于集料级配良好，沥青混合料将获得更大的密度。

（2）、沥青混凝土配合比设计的主要目的就是选择油石比，它关系着配合比的经济性、技术性和工艺性，而油石配合比的确定主要依赖于马歇尔稳定度、孔隙率、试件密度、沥青饱和度及矿料间隙率。因此在设计配合比时应充分考虑影响油石比的因素，当然过量的沥青对于路面也是有害的，沥青的最佳用量应满足经过高温季节行车碾压后路面剩余空隙率的要求。

3、选择沥青路面面层设计

我国高速公路沥青路面出现早期破坏的一个致命原因就是沥青路面结构层厚度于沥青混合料类型不匹配沥青路面结构层厚度至少应为集料最大公称尺寸的3倍，我国沥青路面面层常采用AC-16、AK-16或SMA-16，其厚度明显过大，使沥青混合料抗水损害能力不足、路面压实度不够，沥青路面混合料容易离析、压实困难、空隙偏大，导致松散、泛油、剥落和坑洞等早期损坏。

根据不同地区、不同公路等级和功能要求，面层设计应遵循以下原则：(1)应综合考虑满足耐久性、抗车辙性、抗裂、抗水损害、抗滑性能等多方面的要求，根据施工方法、施工机械、工程造价等实际条件选择；(2)采用双层或三层式结构，至少有一层为I型密级配沥青混合料；(3)多雨潮湿的地区宜应用抗滑表层混合料；(4)集料最大粒径应从上至下逐渐增大，中粒式和细粒式沥青混合料用于上层，粗粒式只能用于中下层；(5)上面层沥青混合料的集料最大粒径不宜超过层厚的1／2，中、下面层及联结层的集料最大粒径不宜超过层厚的2／3。

上层必须足：1）集料具有足够的纹理深度，结构层具有一定的构造深度； 2）具有很强的高温抗变形能力；3）具有很高的强度，以抵抗荷载的重复剪切作用； 4）具有很强的抗水中层应具有很强的高温稳定性和耐久性。

中层必须满足：1）、具有很强的高温抗变形能力；2）、具有很高的强度，以抵抗荷载的重复作用； 3）、具有很强的抗水作用能力

下层极少出现可计量的永久变形，因为它具有足够的耐久性，所以下层必须满足：1）具有很高的强度，以抵抗重复荷载作用下的疲劳破坏； 2）、具有较强的抗水作用能力。

表1沥青路面各层适用的沥青混合料类型

结构层次 三层式沥青混凝土路面 两层式沥青混凝土路面

上面层 AC一13；AC―16：SMA一13 AC一13；AC一16

中面层 AC一20；AC一25

下面层 AC一25；AC一30；ATB一30 AC一20；AC一25；AC一30

结语：

随着沥青路面研究技术的不断发展，新技术、新材料、新方法理论的进一步发展，完善沥青路面设计基础数据测试技术，合理选择原材料，采用适合的矿料级配、不断完善配合比设计方法，合理选择高速公路沥青路面面层厚度、加强沥青路面面层层间及基层的粘结力，及时吸取国际高速公路沥青路面结构设计经验，进一步提高高速公路路面质量水平和使用性能，改善长寿沥青性能，必定能使我国高速公路沥青路面技术得到长足的发展和提高，使高速公路真正成为交通事业支柱。

【参考文献】：

[1]：孙立军沥青路面结构设计行为理论 [D] ，2005；

[2]：罗芳艳、孙立军，关于沥青路面结构设计方法的思考 [M] ，2001；

[3]：曹荣吉、陈李峰，关于高速公路沥青路面设计技术探讨 [M] ，2003；

[4]：JTG F40―2004公路沥青路面施工技术规范 ［S］，2005；

[5]：罗芳艳，基于使用性能的沥青路面结构设计方法研究 ［D］，上海：同济大学道路与交通工程系，2006。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。