高速公路瀝青路面厚度現(xiàn)狀分析的論文
提要：本文通過(guò)對(duì)我國(guó)幾條高速公路路面結(jié)構(gòu)及其使用情況的調(diào)查，進(jìn)行了分析，并提出了建議。
關(guān)鍵詞：高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高速公路的里程不斷增加。瀝青混凝土路面由于它平整性好，行車(chē)平穩(wěn)舒適，噪音低，許多國(guó)家在建設(shè)高速公路時(shí)都優(yōu)先采用。而半剛性基層具有強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好及剛度大等特點(diǎn)，被廣泛用于修建高等級(jí)公路瀝青路面的基層或底基層。在我國(guó)已建成的高速公路路面，90％以上是半剛性基層瀝青路面，在今后的國(guó)道主干線(xiàn)建設(shè)中，半剛性基層瀝青路面仍將是主要的路面結(jié)構(gòu)形式。
半剛性瀝青路面用于高速公路的路面結(jié)構(gòu)具有其合理性，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：具有較高的強(qiáng)度和承載能力。一般來(lái)說(shuō)，半剛性基層材料具有較高的抗壓強(qiáng)度和抗壓彈性模量，并具有一定的抗彎拉強(qiáng)度，且它們都具有隨齡期而不斷增長(zhǎng)的特性，因此半剛性瀝青路面通常具有較小的彎沉和較強(qiáng)的荷載分布能力。由于半剛性基層的剛度大，使得其上的瀝青層彎拉應(yīng)力值較小，從而提高了瀝青面層抵抗行車(chē)疲勞破壞的能力，甚至可認(rèn)為半剛性基層上的瀝青面層不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，這就鼓勵(lì)人們?nèi)p薄面層。并且以多層體系彈性理論為基礎(chǔ)的現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算出的這種路面結(jié)構(gòu)面層受到的彎拉應(yīng)力很小，已不起控制作用，因此得出的路面厚度也偏小。隨著半剛性瀝青路面的大量使用，工程實(shí)踐證明，如果面層不夠厚，路表面會(huì)很快產(chǎn)生裂縫，初期產(chǎn)生的裂縫對(duì)行車(chē)無(wú)明顯影響，但隨著表面雨水或雪水的浸入，在大量行車(chē)荷載反復(fù)作用下，會(huì)導(dǎo)致路面強(qiáng)度明顯下降，產(chǎn)生沖刷和唧泥現(xiàn)象，使裂縫兩測(cè)的瀝青路面碎裂，加速瀝青路面的破壞，影響瀝青路面的使用性能。所以路面究競(jìng)要多厚，還沒(méi)有一個(gè)確定的觀念。不同高速公路的路面結(jié)構(gòu)存在很大差別，甚至不同單位設(shè)計(jì)的同一條高速公路的路面結(jié)構(gòu)也有顯著差別。目前我國(guó)高速公路瀝青面層的厚度差異很大，薄的僅10cm左右，厚的20cm左右，最厚達(dá)32cm，路面結(jié)構(gòu)組合的厚度上的這些顯著差異既反映了我國(guó)高速公路的半剛性基層瀝青路面設(shè)計(jì)還沒(méi)有成熟，也反映了設(shè)計(jì)方法的隨意性和一定程度上的盲目性，使路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要么過(guò)分保守，造成較大的材料和資金浪費(fèi)，要么路面結(jié)構(gòu)過(guò)薄，造成早破壞，也將造成經(jīng)濟(jì)損失。
國(guó)外瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法經(jīng)過(guò)幾十年的完善，已經(jīng)提出了比較成熟的設(shè)計(jì)方法，許多國(guó)家提出了典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。第十八屆世界道路會(huì)議上，認(rèn)為瀝青面層厚度取20cm或20cm以上，則可很少出現(xiàn)表面裂縫。殼牌瀝青路面設(shè)計(jì)方法在概括各國(guó)的觀點(diǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)時(shí)指出，水泥底基層上瀝青路面面層厚度取決于允許產(chǎn)生裂縫的程度，常變化在15～25cm之間。在德、法、英、比利時(shí)、西班牙、奧地利等國(guó)家是采用典型結(jié)構(gòu)法，并通過(guò)適當(dāng)增加面層的厚度等措施來(lái)減少反射裂縫。為了研究半剛性瀝青路面的合理厚度范圍，為設(shè)計(jì)路面厚度提供依據(jù)，我們對(duì)我國(guó)廣東、浙江、江蘇、河南等省區(qū)的高速公路的路面結(jié)構(gòu)及使用情況作了調(diào)查，下面將調(diào)查情況介紹如下：廣東省：廣東省全境位于北緯20°09′～25°31′和東經(jīng)109°45′～117°20′之間。大部分地區(qū)為南亞熱帶和熱帶季風(fēng)氣候類(lèi)型，是全國(guó)光、熱、水資源最為豐富的`地區(qū)，溫度沿緯度的變化顯著，年平均氣溫自粵北而南為9℃～16℃，盛夏7月平均氣溫為28℃～29℃。全省多數(shù)地區(qū)年平均降雨量為1500～2000mm，年蒸發(fā)量為1000～1200mm，屬濕潤(rùn)地區(qū)，降雨量的季節(jié)變化明顯，全省土質(zhì)以紅壤土為主。我們此次調(diào)查的路段有：廣州—佛山高速公路、廣州—深圳高速公路、廣州—花都高速公路和深圳深南大道一級(jí)公路。名稱(chēng)路段面層聯(lián)結(jié)層基層廣深4cm瀝青混凝土磨耗層10cm瀝青碎石23cm水泥碎石上基層8cm瀝青混凝土上面層25cm級(jí)配碎石底基層10cm瀝青碎石下面層廣佛4cm瀝青混凝土上面層6cm瀝青碎石25cm6%水泥石屑上基層5cm瀝青下面層25~28cm4%水泥土（石粉砂礫）底基層廣花3cm瀝青混凝土上面層20cm6%水泥穩(wěn)定碎石上基層，30cm4%水泥穩(wěn)定碎石、石粉底基層4cm瀝青混凝土下面層深南5cm瀝青混凝土上面層40cm6%水泥石屑上基層8cm瀝青貫入下面層15cm4%水泥石屑底基層從表中的路面結(jié)構(gòu)來(lái)看，廣深高速公路是最厚的，包括聯(lián)結(jié)層其面層厚度為32cm，路面總厚為100～110cm，這個(gè)結(jié)構(gòu)是當(dāng)時(shí)外商出于商業(yè)目的，自己定的，不是從技術(shù)角度考慮的，所以受到了專(zhuān)家的批評(píng)，被認(rèn)為是不合理不經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，尤其不適用于高溫多雨的廣東地區(qū)。從現(xiàn)在的情況來(lái)看，表面車(chē)轍嚴(yán)重，由于孔隙較大的LHII型在廣東多雨地區(qū)不適應(yīng)，下雨后唧水，出現(xiàn)大面積松散，翻修率高。從車(chē)轍調(diào)查來(lái)看，這條路上車(chē)轍最大深度達(dá)17mm，平均車(chē)轍深度為10mm.然而對(duì)其縱橫縫調(diào)查結(jié)果來(lái)看。
深南大道是1990年建成通車(chē)的汽一級(jí)專(zhuān)用路，瀝青面層13cm厚，瀝青下面層是8cm的瀝青貫入式，從使用情況來(lái)看，這段路結(jié)構(gòu)較合理，開(kāi)始使用前3年沒(méi)有裂縫和車(chē)轍，3年后出現(xiàn)裂縫，目前裂縫較多，但并不影響行車(chē)，到現(xiàn)在沒(méi)有大修，其最大車(chē)轍深度為15mm，平均車(chē)轍深為5.4mm。浙江省：在浙江省我們主要考察了杭甬高速公路的情況，這條路始建于1992年，完工于1995年，路面結(jié)構(gòu)為：計(jì)劃后續(xù)3～4cm細(xì)粒式瀝青混凝土中粒式瀝青混凝土4～6cm瀝青碎石5～8cm二灰碎石或水泥穩(wěn)定碎石28～34cm級(jí)配碎石20cm杭甬路所經(jīng)地帶的軟土深度在全國(guó)是最嚴(yán)重的，深達(dá)60m，含水量70～80％，沉降量達(dá)到填一半陷一半，全線(xiàn)145km，有94.5km為軟土，占杭甬路總長(zhǎng)的65.2％，考慮到深層特厚軟土通車(chē)后必定會(huì)出現(xiàn)較大的不均勻沉降，計(jì)劃采用過(guò)渡路面，分二期鋪筑，一期面層厚度為12cm左右，二期路面間隔5年，鋪筑后為12～18cm.全線(xiàn)路基平均高度為3.8m.由于當(dāng)時(shí)工期緊，預(yù)壓期沒(méi)達(dá)到要求，提前1年完工。通車(chē)1年半以后，局部路段不同程度地出現(xiàn)了瀝青混凝土路面裂縫、斷裂、貧油、松散、龜裂，上基層、底基層開(kāi)裂、變形、破損、唧漿等病害。由于破壞嚴(yán)重，有些數(shù)據(jù)已無(wú)法統(tǒng)計(jì)。從工程實(shí)踐來(lái)看，采用超載預(yù)壓效果比較好，但有些路段穩(wěn)定性不夠，沒(méi)辦法加載。穩(wěn)定性計(jì)算夠時(shí)，應(yīng)采用盡量大的超載，實(shí)際表明，實(shí)際沉降量遠(yuǎn)大于計(jì)算的沉降量。若采用等載預(yù)壓，則耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。施工時(shí)在中間設(shè)置了排水溝，但實(shí)際看來(lái)，因路基變形而排水溝斷裂，在江南多雨地區(qū)，水都滲下去了，沒(méi)起到作用，造成的危害較大。分析其路面結(jié)構(gòu)方面的原因可能是：所采用的過(guò)渡路面將原設(shè)計(jì)的路面面層的4cm中粒式瀝青混凝土＋6cm粗粒式瀝青混凝土＋7cm瀝青碎石＋1cm瀝青砂下封層結(jié)構(gòu)，改為5cmIA型半密實(shí)式中粒式瀝青混凝土＋7cm半開(kāi)級(jí)配瀝青碎石混合料＋乳化瀝青透層油結(jié)構(gòu)似有不妥，其一是高速公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為加強(qiáng)防水抗?jié)B功能明確要求應(yīng)有一層及一層以上是I型級(jí)配瀝青混凝土混合料�，F(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)表明，當(dāng)半剛性基層損壞后，此時(shí)瀝青碎石混合料浸水、松散，并導(dǎo)致瀝青混凝土面層間的結(jié)合不良，就有可能降低路面結(jié)構(gòu)層的整體受力、抗彎拉應(yīng)力降低，面層開(kāi)裂。改變后的路面厚度為12cm，也有些偏薄。調(diào)查路上我們又對(duì)正在建設(shè)的滬杭高速公路進(jìn)行了了解，滬杭高速屬于世行項(xiàng)目，開(kāi)工于1994年7月，計(jì)劃1998年底通車(chē)。全線(xiàn)102km，所經(jīng)地區(qū)大部分為軟土，平均300多米一個(gè)構(gòu)造物，因此解決軟土地基上的橋頭跳車(chē)問(wèn)題將成為此條路上的關(guān)鍵技術(shù)。該路路基設(shè)計(jì)為6車(chē)道，一期路面4車(chē)道，所有橋梁均為6車(chē)道，路基平均填高為3.05m，軟土路段主要是采用預(yù)壓，打插板樁，部分橋頭是粉噴樁，局部換土。路面結(jié)構(gòu)如下：4cm中粒式瀝青混凝土上面層6cm粗粒式瀝青混凝土中面層7cm粗粒式瀝青混凝土下面層37cm二灰碎石（分兩層攤鋪）20cm水泥碎石土江蘇省：滬寧高速公路是江蘇省的第一條高速公路，江蘇段長(zhǎng)248.21km，1994年6月開(kāi)工，1996年9月竣工，歷時(shí)2年3個(gè)月。沿線(xiàn)水網(wǎng)密布，地質(zhì)復(fù)雜，有軟土分布的路段長(zhǎng)約92km，軟土層厚薄不勻，厚的達(dá)幾十米。全線(xiàn)平均路基填土高3.73m，軟土處理基本上是采用了堆載預(yù)壓、砂墊層＋土工布、噴粉攪拌樁3種方法。對(duì)于路面結(jié)構(gòu)，滬寧路進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，從1992年至1994年，歷時(shí)3年的研究?jī)?nèi)容包括：瀝青混凝土、基層、底基層基本材料與混合料試驗(yàn)研究；路面結(jié)構(gòu)組合與結(jié)構(gòu)厚度研究；路面表面使用品質(zhì)研究；路面結(jié)構(gòu)環(huán)道試驗(yàn)研究；由于這條路經(jīng)過(guò)了室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)路鋪筑，所以使用情況良好。經(jīng)過(guò)2年運(yùn)營(yíng)，面層出現(xiàn)少量橫縫和松散，在少數(shù)丘嶺地帶仍有沉降發(fā)生，造成了路面縱縫發(fā)生。從工程實(shí)踐的體會(huì)中了解到，16cm厚的面層仍感覺(jué)有點(diǎn)薄，18cm可能會(huì)較合適。如果中間加瀝青碎石層反射裂縫會(huì)少，但疲勞裂縫可能會(huì)成為主要問(wèn)題。南京機(jī)場(chǎng)高速公路北起南京繞城公路，南至南京祿口機(jī)場(chǎng)，全長(zhǎng)28.75km.1995年6月28日開(kāi)工建設(shè)，1997年6月28日建成通車(chē)。在總結(jié)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)高速公路瀝青面層使用情況的基礎(chǔ)上，確定了如下路面結(jié)構(gòu)：上面層：4.5cm厚AC—16B級(jí)配類(lèi)型中面層：6cm厚AC—25I級(jí)配類(lèi)型下面層：6cm厚AC—25II級(jí)配類(lèi)型基層：34cm厚二灰碎石さ諄層：20cm厚二灰土從通車(chē)1年的使用情況來(lái)看，效果良好。路面各方面都滿(mǎn)足要求，唯一出現(xiàn)的是滲水問(wèn)題，這可能一個(gè)是因?yàn)榧?jí)配造成，另一個(gè)是當(dāng)時(shí)壓實(shí)不夠，使用1年出現(xiàn)了壓密現(xiàn)象，但沒(méi)有泛油現(xiàn)象，路面平整度均方差通車(chē)時(shí)為0.549mm，1年后為0.68mm.河南省：河南省地處中原，即黃河中下游、淮河上游地帶，自然氣候大部分屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱區(qū)，南部跨亞熱帶濕潤(rùn)半濕潤(rùn)區(qū)。
從調(diào)查分析可得出如下結(jié)論：半剛性基層瀝青路面是我國(guó)高速公路的主要路面結(jié)構(gòu)形式，常用的半剛性基層有水泥穩(wěn)定粒料和二灰穩(wěn)定粒料；為了保證公路的使用性能，必須保證半剛性基層有足夠的強(qiáng)度，適宜的剛度和耐久性，較小的變形，良好的抗裂性能。裂縫是半剛性瀝青路面最主要的缺陷之一，由于裂縫的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致一系列病害的產(chǎn)生。為了防止裂縫過(guò)早出現(xiàn)，即使基層有足夠的強(qiáng)度，瀝青面層也要有一定的厚度。根據(jù)所調(diào)查路段的使用情況，高速公路的瀝青面層厚度在15～18cm之間較為合適，究竟多厚最佳，還需要做進(jìn)一步的理論研究和試驗(yàn)。
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