浅谈高速公路半刚性路面.doc

1、浅谈高速公路半刚性路面摘 要：我国高速公路上的半刚性路面通常由半刚性材料底基层、半刚性材料，基层和沥青面层构成。 关键词：高速公路 半刚性路面 中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号： 1.我国已开放交通的高速公路半刚性路面,其沥青面层厚度多数为15-16cm,少部分为 9-12cmo 京津塘高速公路为 18-23cm,广深高速公路为32cmo 多数分三层铺筑,9-1Ocm 厚的面层分两层铺筑,12cm 厚的面层有分两层也有分三层铺筑,23cm 和 32cm 厚的面层则分四层铺筑。多数高速公路的半刚性基层厚 2Ocm,采用水泥稳定碎石(或砾石)或石灰粉煤灰稳定碎石(或砾石)。

2、半刚性底基层厚 25-4Ocm,采用的材料有石灰土、水泥土、二灰土、二灰砂、二灰和水泥石灰土等。半刚性材料层的总厚度通常不超过 cm,最薄为 4Ocmo 迄今为止,仅有一条高速公路采用天然砂砾或矿渣做底基层。近几年来,有些高速公路采用二层半刚性基层,厚 36-4Ocm,用一层半刚性底基层,厚 18-memo 除严重超载和车辆多的运 煤和运砂石材料等路线外,一般没有必要采用两层半刚性基层。半刚性路面的总厚度变化在 55-8Ocm(个别填土高度小和地下水位高且土质不好的路段),绝大多数在 65-75cm 之间。 2.各个结构层的作用 1)半刚性材料层 半刚性基层是路面的主要承重层,半刚性底基层是路

3、面的辅助承重层，这两个结构层可提供半刚性路面所需的全部承载能力。在全厚式基层情况下,则半刚性路面的承载能力可完全由半刚性基层满足。在我国沥青路面设计规范中路面的承载能力用轴重 100KN 下路面表面的弯沉值表示。半刚性路面的结构性破坏通常是由于整体性半刚性材料层底面拉应力超过容许值产生的。对于常用的半刚性路面结构,由结构层底面拉应力引起的疲劳破坏将首先从底基层底面开始,并逐渐向上延伸,接着半刚性基层产生疲劳破坏,最后沥青面层产生疲劳裂缝以及整个路面产生结构性破坏。一旦半刚性基层产生疲劳破坏,整个路面的结构性破坏就会很快发生。面层产生疲劳破坏的初始征兆是轮迹带上产生细小纵向裂缝,随后产生横向裂缝

4、及形成网裂和形变。路面力学分析表明,在不同轴载和不同轮胎充气压力的情况下,多种有代表性路面结构在轴载为 1-180KN 以及相应的充气压力为 0.71-0.88MPa 下,半刚性底基层底面的拉应力变化在 0.035-0.099MPa 之间,半刚性基层底面的拉应力变化在 0.084-0.23MPa 之间,后者为前者的 2.4-2.3 倍。 2)沥青面层 由于沥青面层通常有 2-3 层。沥青面层有 3 层时,从上往下常分别称作表面层、中面层和底面层二通常表面层厚 4cm,中面层厚 5-6cm,底面层厚 6cmo 沥青面层为 2 层时,分别称表面层和底面层。虽然不需要沥青面层起承载力作用,只要求它起

5、功能性作用,但就功能作用而言,各层的作用是互不相同的,各有其主要作用。 (1)表面层 表面层的主要作用是提供一个抗滑、平整和噪声小的表面,使大量汽车能高速、舒适、安全地通行,同时不给沿路居民或工作人员带来大的噪声。当然,表面的平整度,与表面层及其以下各个结构层直至土基的平整度有关。一些发达国家已十分重视表面层要具有减小噪声的作用,但我国还没有把这个问题提到日程上来。因此,我国高速公路沥青路面(实际上也包括刚性组合式路面)的表面层主要起着抗滑作用,同时尽可能提高其平整度。当然,为了保证表面层良好的抗滑性能和平整度,表面层混合料还需要具有优良的抗水破坏能力和抗永久形变能力。由于表面层直接遭受大气温

6、度作用,它还应具有较好的抗温度裂缝能力。就提高表面层沥青混凝土的抗温度裂缝能力而言,表面层应该采用较稀的即针人度较大的沥青。 中面层、底面层 在柔性路面结构中,底面层的主要作用应是抵抗拉应力的破坏。但在半刚性路面结构中,底面层底面常受压应力作用,即使某些情况下有拉应力,其值也很小,因此底面层不会由于拉应力而破坏。第二章的力学分析表明,底面层既受压应力,也受较大剪应力的作用了在高温季节,特别有自由水侵入面层的情况下,如自由水滞留在底面层混合料中(在基层顶面有下封层或防水层的情况下,自由水难于继续下渗),底面层沥青混凝土的强度会显著下降,甚至由于沥青剥落而变成松散,则底面层也容易产生剪切形变。因此

7、,半刚性路面底面层的主要作用也是抗剪切形变或抗辙槽。 3.我国半刚性路面的沥青面层 1993 年以前建成的沥青面层,表面层和中面层不是采用密实沥青混凝土,即规范中所称的 I 型,如表面层用 LH-20I 或 AC-16I,中面层用 LH-3OI或 AC-2OI、AC-25I;就是采用空气率*较大的 II 型沥青混凝土(相当于国外的密实沥青碎石),如表面层用 12120II 或 AC -16II,中面层用四-30II或 AC-25IIo 底面层常用空气率较大的 II 型沥青混凝土或沥青碎石,如AC-25IIJS-30、15-35 或 AM-30。1982 年和 1983 年编制大交通量沥青路面施

8、工技术规范时,主编根据当时我国公路上很少沥青混凝土而有类似国外密实沥青碎石(空气率 6%-10%)路面的情况,建议将国外的沥青混凝土(通常空气率为 2%-5%)称做 I 型沥青混凝土,并将其空气率定为 3%6%;而将国外的密实沥青碎石称做 II 型沥青混凝土,并将其空气率定为 6%-10%,同时沥青碎石的空气率为 10%-15%(相当于国外的孔隙沥青碎石)。因此,原定的 I 型、II 型级配和沥青碎石是有明确的空气率(或孔隙率)界限的。在那时之前,实际上 II 型沥青混凝土只用在贯入式沥青碎石层上,即那时所谓的下贯上拌结构。贯人式碎石的空气率相当大,能贮存较多水,只要有出口,水能较快排出路外。

9、I 型沥青混凝土的优点是空气率小、透水性小,缺点是表面粗糙度小,或表面构造深度小,车辆高速行驶时的抗滑性能差。例如,采用 LH -2OI 做表面层的一些高速公路,刚建成时的表面构造深度(ID)往往平均约 0.25mn,而规范要求为 0.55mn。呼包高速公路试验路 AC -16I 沥青混凝土表面层的初始表面构造深度为 0.56mm,通车 10 天TD 就下降到 0.48moII 型沥青混凝土的优点是 TD 较大,即表面粗糙度较好,缺点是空气率较大、透水性较大,但内部孔隙又不构成水的通道。例如,某高速公路表面层 LH-20II 型 1994 年的 TD 为 0.471-0.657mm,平均0.5

10、54mm1995 年的 TD 为即孔隙率,下同。0.246-0.5mm,平均0.336mmo 又如,沪嘉高速公路抗滑表层试验路第 4 段和第 5 段,沥青混合料马歇尔试验结果得到空气率分别为 8.3%和 9.6%,竣工时实际现场空气率约 13%-14%。表面构造深度的初始值 TD 分别为 2.12m 和 2.05mn,到第2 年的夏天 TD 分别下降到 1.18mm 和 1.25mm。 公路沥青路面施工技术规范(JTJ032)中的抗滑表层 AK-13A、AK-13B 和 AK-16 实际都属于 II 型。由于上述 I 型和 II 型沥青混凝土表面层的缺点,一些关心提高表面层抗滑性能,关心高速公

11、路行车安全的工程技术人员,开始研究探索新型沥青混凝土表面层,希望它既是密实式透水性小,又具有满足要求的良好的表面构造深度。即希望其既能显著减少面层水破坏,又能显著减少高速行车时表面摩擦系数的降低幅度,从而提高高速行车时的安全性。从 1993 年底开始建成的高速公路中,其表面层出现了新的结构,有我国自己研制成功的多碎石沥青混凝土 SAC -16 和 SAC -13,有 S 型或 V 型级配沥青混凝土,也有引进国外的碎石沥青胶砂混凝土 SMAoSAC-16 实际上是对施工规范中 AC -16I 或 AC -16II 的矿料级配作适当调整,使调整后的矿料级配既具有 AC-16I 的特点(密实式透水性

12、小),又具有 AC -16 日的特点(表面构造深度大)。特别是 1997 年调整的 SAC -16 矿料级配,用纯沥青制备的沥青混合料室内马歇尔试验结果的空气率在 3.2%-4.0%之间。它比 AC -16I 型规定空气率(3%-6%)的中值还小 0.5%应该属于很好的 I 型密实沥青混凝土。现场竣工时的表面构造深度常在 0.8-0.9mn。无论何种级配的表面层,在通车后,其表面构造深度总是要下降的,特别在通车的初期,下降的幅度较大,SAC -16 也不例外。高速公路的试验路表明,未通车前 SAC -16(AK-16A 的级配范围内)表面层的构造深度为 0.95mm(它比前述 AC-16I的而大 0.39mn),通车 10 天后的 TD 为 0.84mm(比前述 AC16I 通车 10天后的I 大 0.36mm)。SAC -16 不但是密实式抗滑表层,而且具有良好的抗永久形变能力或，高温稳定性。