曹錦王斌

(商丘市公路管理局，河南 商丘 476000)

一 瀝青路面應(yīng)力狀況分析

車輛荷載作用在瀝青路面上時，就會有豎直壓應(yīng)力、徑向彎拉應(yīng)力產(chǎn)生;隨著溫度的變化也會產(chǎn)生彎拉應(yīng)力或徑向壓力。

在常溫的情況下，豎直應(yīng)力使瀝青路面產(chǎn)生的豎直變形一般是黏彈性的，即隨著荷載的消逝逐漸得到恢復(fù)。瀝青路面的豎直變形連同基層和土基的豎直變形一起，構(gòu)成路面的整體彎沉。

在高溫時，瀝青面層“軟化”，在車輛荷載作用下，伴隨著黏彈性變形的同時，常常要產(chǎn)生塑性變形，它構(gòu)成了瀝青路面車轍的一部分，也是瀝青路面車轍形成的初級階段。隨著車輛的豎直荷載作用，瀝青路面的剛度也會隨之加大，在其底部拉應(yīng)力就會出現(xiàn)，同時底部的拉應(yīng)力會瀝青路面剛度的變大而變大。對于面層尤其明顯，拉應(yīng)力增大的程度更加急劇。瀝青面層底面最大拉應(yīng)力一般在荷載面的中軸處。雙圓荷載時，最大拉應(yīng)力一般出現(xiàn)在某一荷載面的中軸處。但當(dāng)面層很厚時，隨層厚的增大而移向雙圓荷載面的對稱軸處。

在圓形均布水平荷載作用下，面層內(nèi)會出現(xiàn)較大的徑向拉應(yīng)力，特別在荷載邊緣處，其數(shù)值更大。增加面層的剛度，會導(dǎo)致層內(nèi)剪應(yīng)力的增大，在豎直荷載作用下，面層內(nèi)任一水平面上的最大徑向剪應(yīng)力一般出現(xiàn)在通過荷載作用面邊緣的垂線上，最大值出現(xiàn)在面層的中部。

此外，當(dāng)路面溫度變化時(升溫或降溫)，由于熱脹冷縮，層間的結(jié)合力又限制了路面的自由脹縮，從而在路面中產(chǎn)生溫度應(yīng)力。特別是在降溫過程，由于瀝青面層的收縮受到基層的制約而產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力超過其自身的抗拉強度時則引起路面開裂，在荷載與溫差的共同作用下，逐漸向瀝青面層擴展，最終形成面層的橫向裂縫，該種裂縫稱為反射裂縫。

二 瀝青路面結(jié)構(gòu)組成

瀝青路面結(jié)構(gòu)層可由面層、基層、底基層、墊層組成。面層是直接承受車輪荷載反復(fù)作用和自然因素影響的結(jié)構(gòu)層，一般由1—3層組成，其表面層可根據(jù)使用要求設(shè)置耐磨的抗滑層或密級配的瀝青層，中面層，下面層可根據(jù)公路等級、瀝青層厚度、氣候條件等，選擇適當(dāng)?shù)臑r青結(jié)構(gòu)層。

面層之下設(shè)置基層，車輛荷載通過面層傳遞到底基層、再由底基層傳遞到墊層上，基層是公路的主要承重層，所以基層所選用的材料穩(wěn)定性和強度一定要高，按強度原理和技術(shù)性能的不同，基層分為柔性基層和半剛性基層兩大類。柔性基層是用各種粒料按嵌鎖原理或密實原理構(gòu)筑，半剛性基層是用無機結(jié)合料穩(wěn)定地方性材料構(gòu)筑。半剛性基層按穩(wěn)定劑的種類分為水泥穩(wěn)定類、石灰穩(wěn)定類和工業(yè)廢渣穩(wěn)定類。

底基層是設(shè)置在基層之下，與基層一起共同承重的結(jié)構(gòu)層;底基層所用材料的強度和穩(wěn)定性可比基層略低一些。

基層、底基層視公路等級和交通量需要可設(shè)置一層或兩層。墊層是設(shè)置在底基層與土基之間的結(jié)構(gòu)層，起排水、隔水、防凍、防污等作用。墊層一般設(shè)置在地下水位高、排水不良或有裂隙水等水文不良、路基經(jīng)常處于潮濕的路段。墊層材料可采用粗砂、砂礫、煤渣、礦渣等粒料或無機結(jié)合料穩(wěn)定材料。

三 瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計原則

想要確保瀝青混凝土路面，在設(shè)計年限內(nèi)，在車輛荷載和各種自然因素的作用下，能夠取得最佳的經(jīng)濟效益，一定要選擇合理的路面結(jié)構(gòu)層次。經(jīng)過多年的工程經(jīng)驗和理論數(shù)據(jù)對路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計的原則進行總結(jié)。

1.適應(yīng)行車荷載作用的要求

對于車輛荷載主要有兩方面的:垂直力和水平力，同時車輪還會對公路的表面造成一定的磨耗。所以公路面層的抗變形能力和強度一定要滿足要求。由于公路從上到下，各個層的強度和抗變形能力逐漸減小。所以在組合路面結(jié)構(gòu)時，各結(jié)構(gòu)層應(yīng)按強度和剛度自上而下遞減的順序安排，充分發(fā)揮各個結(jié)構(gòu)層的作用。

在對瀝青路面進行設(shè)計時，一定要考慮交通量的多少、公路的設(shè)計等級和瀝青的質(zhì)量，通過公路的設(shè)計等級、交通量的多少、瀝青的質(zhì)量性能等因素來確定瀝青路面的合適的厚度。在確定基層或底基層的厚度時，需要很據(jù)所選用的材料的力學(xué)性能、交通量多少、施工現(xiàn)場的具體的地質(zhì)情況、所選用的機械設(shè)備等因素進行確定。瀝青路面相鄰結(jié)構(gòu)層材料的模量比對路面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布有顯著影響，是合理確定結(jié)構(gòu)層層數(shù)，選定適宜結(jié)構(gòu)層材料的重要考慮因素。

2.在各種自然因素作用下穩(wěn)定性好

對于瀝青路面結(jié)構(gòu)層進行組合設(shè)計的過程中，牽涉到一個最關(guān)鍵的問題是確保瀝青路面的水穩(wěn)性。如果瀝青路面修筑在比較潮濕的路段上，瀝青層不具有透氣能力，導(dǎo)致基層中的水分無法通過面層散發(fā)，最終都聚集在基層中。若公路基層所選用的含土量較高的材料，特別塑性指數(shù)大的土，在水分過高的情況下，其剛強度就會大大降低，這樣就很容易出現(xiàn)路面開裂的不良現(xiàn)象。因此如果擬建公路地段的比較潮濕，在選擇基層材料時一定要選擇水穩(wěn)性好的。

如果擬建公路修建在氣候干燥或者寒冷的地區(qū)，基層材料選用無極結(jié)合料穩(wěn)定土?xí)r出現(xiàn)收縮裂縫的現(xiàn)象時有發(fā)生。直接在基層上鋪筑瀝青時，公路的瀝青面層就會有反射裂縫出現(xiàn)，這對瀝青面層的質(zhì)量有著嚴重的影響，為避免這種情況的發(fā)生，需要對面層適當(dāng)?shù)募雍瘛?/p>

3.考慮各類結(jié)構(gòu)層的特點

路面結(jié)構(gòu)層通常是用密實級配、嵌擠以及由結(jié)合料穩(wěn)定形成的板體等方式構(gòu)成的，所以在設(shè)計和施工的過程中，一定要確保結(jié)構(gòu)層的強度和鋼度滿足規(guī)定的要求。施工選用的材料、施工方案、施工工藝、路面結(jié)構(gòu)的組合這些都是影響結(jié)構(gòu)層構(gòu)成的重要因素。例如石片基層上嚴禁直接鋪筑瀝青面層，一定要在兩層之間鋪設(shè)一層碎石過渡層，如果沒有碎石過渡層，由于片石的容易出現(xiàn)松動的現(xiàn)象，松動以后就會有裂縫反射到瀝青面層上，瀝青面層很容易出現(xiàn)開裂或沉陷的不良狀況。這類片石也不能直接鋪在軟弱的路基上，而應(yīng)在其間鋪粒料層。又如，瀝青混凝土或熱拌瀝青碎石之類的高級面層與粒料基層或穩(wěn)定土基層之間應(yīng)設(shè)瀝青碎石或應(yīng)設(shè)瀝青貫人式聯(lián)結(jié)層。為了保證路面結(jié)構(gòu)的整體性和結(jié)構(gòu)層之間應(yīng)力傳遞的連續(xù)性，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)層之間結(jié)合緊密穩(wěn)定。

四 結(jié)語

在對瀝青路面進行設(shè)計的過程中，一定要確保面層耐久，基層穩(wěn)定堅固，結(jié)合工程的實際情況選擇優(yōu)良的施工材料，堅持養(yǎng)護方便、施工的便利的原則，制訂完善詳細的施工方案，采用先進的技術(shù)進行施工，確保工程滿足經(jīng)濟合理的要求。

[1]王永勝，孔永健.基于使用性能的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].森林工程.2005(02).

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