路面结构是交通荷载承受的主体,使用性能的好坏直接关系到运营车辆能否快速、安全、舒适地运行,直接关系到交通运输业的经济效益和社会效益。因此,路面结构设计是公路工程建设非常重要的一个环节。随着国民经济的高速发展,交通量迅速增长,车辆大型化,严重超载等现象使沥青路面面临严峻的考验,许多高速公路采用半刚性基层沥青路面结构建成后不久就不能适应交通的需要,早期破坏的情况时有发生。为了解决此问题,我国开始应用推广以级配碎石等粒料和沥青稳定碎石等混合料为代表的柔性基层。下文通过对柔性基层沥青路面结构特点、材料选择等的分析,指出了柔性基层沥青路面结构值得进一步推广应用。
路面结构是交通荷载承受的主体,使用性能的好坏直接关系到运营车辆能否快速、安全、舒适地运行,直接关系到交通运输业的经济效益和社会效益。因此,路面结构设计是公路工程建设非常重要的一个环节。随着国民经济的高速发展,交通量迅速增长,车辆大型化,严重超载等现象使沥青路面面临严峻的考验,许多高速公路采用半刚性基层沥青路面结构建成后不久就不能适应交通的需要,早期破坏的情况时有发生。为了解决此问题,我国开始应用推广以级配碎石等粒料和沥青稳定碎石等混合料为代表的柔性基层。下文通过对柔性基层沥青路面结构特点、材料选择等的分析,指出了柔性基层沥青路面结构值得进一步推广应用。
1柔性基层沥青路面结构的特点
柔性基层是有别于无机结合料、稳定集料或稳定土等半刚性基层,一般指级配碎石等粒料基层和沥青稳定碎石等沥青混合料基层。采用合理的柔性基层沥青路面结构与半刚性基层沥青路面结构形式具有互补性,是延缓和解决沥青路面结构早期损坏的一种重要技术途径,因此,这类基层不仅具有一定承载能力,更重要的是其具有特别好的耐久性和稳定性。柔性基层沥青路面结构一般为:沥青混凝土、沥青稳定碎石基层、粒料(底)基层、路基。推荐柔性基层沥青路面结构为:表面层(3cm~5cm)、中面层(5cm~7cm)、沥青稳定碎石基层(10cm~24cm)、级配碎石底基层(15cm~30cm)、路基。适用于重、中交通、干燥或潮湿地区。大量柔性基层沥青路面结构调查结果表明:1)柔性基层可以减少沥青路面的反射裂缝,采用级配碎石基层能够减少沥青层的温度收缩裂缝和防止反射裂缝的发生,改善路面使用性能,提高其使用寿命。从国内外的情况看,级配碎石过渡层设计为15cm~18cm是合适的,并采用稳定土拌和楼集中厂拌,级配碎石的关键技术是保持材料干净,不能含有泥土,并有非常好的嵌挤能力。采用沥青稳定碎石基层,增加了沥青层厚度,可以明显减少半刚性结构经常出现的贯穿性裂缝,这样路面的裂缝主要限制在路面表面层,只要对面层进行再生、罩面等表面维修就可以很快恢复其路面的使用性能,体现出极大的社会效益、经济效益和结构优越性。2)柔性基层可以延缓沥青路面的水损坏,采用级配碎石基层可以增加路面排水能力。采用沥青稳定碎石基层,其力学性能接近沥青表面层,且增加了沥青层厚度,使路面结构的受力(特别是剪应力)更加均匀,且沥青层能保持一定的空隙率,使水分顺畅地通过基层排出,不会滞留在路面结构中造成路面的水稳性破坏;同时沥青混合料对于水分的变化不敏感,不会产生干缩裂缝而导致面层出现反射裂缝,路表水无法进入路面结构内,从而延缓路面结构的水损坏。3)柔性基层厚度的确定采用柔性基层结构不仅仅是简单地将半刚性基层改为柔性基层或者设置级配碎石过渡层,应该重新调整各层厚度,特别要增加沥青层厚度,沥青层的厚度视交通量大小不宜小于20cm~25cm。个别地区的柔性基层由于分期加铺罩面,使得沥青层厚度不断增加,沥青路面结构承载能力也在逐渐增加,因此路面使用性能良好,耐久性较好,使得路面结构27年~40年内没有出现结构性大修。根据国内外的实践经验,在路面结构中使用级配碎石材料,在中、重交通道路上应采用较厚的沥青层才能获得较好的使用效果,这样才可以达到长寿命沥青路面的目标。
2几种主要柔性基层材料适用性初探
2.1级配碎石级配碎石是将一定的级配碎石碾压而成的一种材料,由于不使用胶结料,这种材料不具有抗拉的能力,因此有的将其作为半刚性基层或者水泥路面加铺层上面的应力消散层,作为阻止反射裂缝发展的一种功能层。对于柔性路面的结构层,由于承载能力不高,级配碎石一般用于铺筑底基层,或者路基上的整平层,用以加强路基。在良好的压实条件下,级配碎石层的强度也能达到良好的水平,国外有将其应用于上基层的成功例子。级配碎石的回弹模量明显低于半刚性基层材料,并且与半刚性材料相比级配碎石材料具有较显著的非线性,这种非线性使其在刚性较大的下卧层上,表现出较大的回弹模量(刚性),从而亦具有足够的抵抗应力及变形的能力,最终使得级配碎石作为上基层不仅具有减缓半刚性沥青路面反射裂缝的作用,同时也具有一定的抗疲劳能力。
2.2大碎石沥青混合料(LSM)大碎石沥青混合料也称为大粒径沥青碎石混合料(LSM)。它分为密实式(空隙率一般为3%~7%)和开式级配(空隙率一般为10%~15%)两种形式,其最大粒径一般在25mm~63mm,常用的有30mm,40mm,50mm三种规格。LSM的优点是改善了基层的结构性能和提高了经济效益,有调查显示路面的最大粒径越大,受到剪切荷载时变形越小,强度也越高;LSM与普通的混合料相比,沥青用量约降低30%,但由于较大的VMA和因大粒径减小的集料表面积将导致沥青膜变厚,提高了混合料抗老化和水损害的能力。研究表明:最大粒径37mm的LSM与最大粒径19mm的普通混合料相比,无侧限抗压强度增大,蠕变显著变小,回弹模量和疲劳强度显著提高。
2.3乳化沥青混合料乳化沥青稳定基层,是以乳化沥青为胶结材料对一定级配的矿料进行稳定的基层。作为柔性基层的一种,乳化沥青稳定基层具有节约能源和资源、延长施工季节、改善施工条件、减少环境污染的优点,并且可以提供良好的路用性能,具有广阔的应用前景。
3柔性基层路面在施工中易出现的问题
在实际的施工和设计过程中有种错误的观点认为,交通量大以及重载交通道路设计弯沉越小越好,其结果必然以提高半刚性基层的强度来获得较小的路面弯沉。只控制材料强度的下限,不控制其上限,结果反射性裂缝明显增加。路面结构除了要求具有良好承载力外,还要求路面结构整体有一定的变形协调性。施工是保证路面工作性的重要环节,尤其是在压实度控制的问题上。在施工中常常有这样的错误观念,认为面层受交通荷载、大气环境影响最大,其压实度也最高,层次越往下压实度要求也越小。因为压实度在很大程度上影响着混合料的强度、水稳性、抗疲劳等性能,压实度不足,开放交通后必然导致一系列的早期病害。层间接触问题也是影响路面结构性能的重要因素。它不仅直接影响着路面结构内部的受力状况分布,而且也起到了防水、阻水的作用。层间接触的好,结构层整体性好,变形连续,应力在结构内部分布也连续,不易产生局部应力集中。
4建议
柔性基层沥青路面在我国相对来说是一个全新的结构。各地应根据具体的气候、交通、材料、经济等工程具体条件优选沥青路面结构和结构组合,柔性基层沥青路面的设计、材料设计、施工工艺、质量管理等新技术对于广大设计、施工、管理单位来说需要一个不断认识和学习的过程,因此各地新的结构推广应用需要在认真论证和成熟经验的指导下进行,同时需要对设计、施工、管理和监理人员进行培训。柔性基层路面设计要认真的进行路面材料设计、严格材料质量管理、加强施工过程控制,确保工程质量,只有路面工程质量得到了保证,沥青路面长期性能和耐久性才能得到保证,才能真正体现效益。
