高速公路沥青路面结构设计

高速公路沥青路面结构设计探讨

摘要：沥青路面结构设计是保证高速公路沥青路面施工及使用质量的关键。本文结合高速公路沥青路面厚度设计，介绍了高速公路沥青路面结构设计中的几个重要问题，供业内技术人员参考。

关键词：高速；公路；沥青；路面；结构；设计

高级沥青路面具有良好的力学性能和较好的耐久性以及行车舒适性，适合于各种车辆通行，并具有坚实、耐久、平整、良好的抗精、防渗、耐疲劳的性能，因此在我国公路建设中被广泛应用，但由于结构设计不合理等种种原因，使得沥青路面早期破坏现象时有发生，因此，必须重视高速公路沥青路面结构设计的相关设计因素，严格控制相关环节，保证高速公路沥青路面的质量。

一、半刚性基层沥青路面结构及设计方法

随着交通量的增加，公路面层逐步向沥青混凝土发展，半刚性基层和底基层的强度要求也随之增加，沥青缺乏和路面承载能力的矛盾更加激化。

“强基薄面”的半刚性基层沥青路面成为我国沥青路面结构的主要形式。半刚性基层的整体强度高，板体性好等优点，而且会提高沥青路面的承载能力。但是随着时代的发展，也应该改变高速公路沥青路面结构设计的传统观念，发展半刚性基层以及薄沥青面层新理念。

（一）半刚性基层收缩裂缝问题

近年来，国内外普遍提高了对半刚性基层收缩裂缝问题的重视，

这已经成为了无法改变的事实，尽管采取了增加碎石用量，减少细颗粒及限制土的含量，取消了泥灰结碎石等类型，把石灰土等稳定细粒及限制在下基层，努力控制施工含水量等一系列减少干燥收缩和温度收缩的措施，使路面的收缩裂缝的反射缝有了明显的减少，间距有了明显的拉长，有些沥青面层较厚的高速公路出现反射缝情况明显减少。

由于半刚性基层中细颗粒部分较多，尤其象土灰碎石那样的结构，仅石灰、粉煤灰的比例，一般超过20%，半刚性基层中的粗集料已经不能或很难形成嵌挤，完全成为一种悬浮密实式的结构，基层的强度主要依靠无机结合料的剂量，再加上我国路面设计主要以弯沉作为承载能力设计指标，一般情况下路面破坏是因为弯沉不足引起的。在这种设计思想指导下，弯沉值容许范围随之也不断减小，规范对半刚性基层的强度要求也不断提高。再加上不少施工单位监理人员一味的重视高强度，以为强度越高越好，只对下限进行了规定，没有规定上限，无形之中增强了工程实际的半刚性基层强度，但又算不上贫混凝土。大量的工程实践证明，半刚性基层的强度过高将使基层开裂及反射性裂缝的问题更严重。

（二）半刚性基层的强度问题

半刚性基层的强度主要来自于结合料的剂量和严格的压实（良好的压实本身是没有错的，半刚性基层本身非常致密，几乎成为完全不透水的层次）。而来自沥青层及基层的水，包括从路面裂缝进入的水，从沥青混合料离析及较大的空隙率渗入的水，以及冰冻地

区毛细管积冰在融化期增加的水等3种情况而不避免地渗水，如果半刚性基层上的封层油效果较差。

这些水将直接积存在基层表面，无法通过基层排走。再加上路面及结构层排水问题长期以来不完善或者根本就没有考虑。而且，沥青面层越薄，作用到沥青底部的荷载压力较大，在荷载重复作用下。基层表面越容易破坏，成为灰浆。以往大部分高速公路沥青的下面层常常采用这隙率较大的ⅱ型沥青混凝土，甚至还有半开级配的沥青层碎石，这一层的厚度又薄又大，离析比较严重。半刚性基层的灰浆逐渐充满下面层的空隙，并通过裂缝泵吸到路面上来，即产生通常所说“唧浆”，成为沥青面层的水损害破坏的重要原因。

（三）半刚性基层与沥青层之间的联结

半刚性基层与沥青层之间的联结是个很大的困难。路面设计规范规定路面设计是按照界面完全连续的界面条件考虑的，因为如果界面条件不是连续的，按照现行的弹性层状体系的沥青路面设计理论，在沥青层底面将产生非常大的拉伸应力和应变，它完全有可能超过沥青混合料的极限拉伸应变，这使薄层的沥青路面成为设计上无法通过的障碍。针对当时薄沥青面层的情况，不得将界面条件规定为连续的。这样，沥青面层底部的弯拉应变逐渐成为不起控制作用的指标。如此一来，路面设计方能满足要求。

二、高速公路路面结构设计原则

高速公路桥面上设置沥青混合料的桥面铺装时，必须保证沥青面层与砼桥面板粘结牢固、防水渗入、抗滑耐磨、低温抗裂、高温

抗车辙、抗剥离的良好性能。因此，高速公路的路面结构设计中，必须遵循以下三个原则：

（一）高速公路必须具备较高的承载能力

由于在高速路面上行驶的重型车辆多，车速快，这无疑给公路的承载力提出了更高的要求。在进行路面的结构设计时，要充分了解各个结构层的材料特点、负荷应力的变化规律以及各个层次材料的刚度和强度。

（二）保证高速公路良好的稳定性和耐久性

高速公路由于地域的不同，所面临的自然环境也不同，因此要结合不同的气候环境条件，合理的选择材料和路面结构，防止病害的发生。在一些气候比较寒冷的地区，为了防止以无机结合料铺成的基层遇冷干缩形成裂缝，应该进行沥青面层材料与厚度的设计。在一些雨水较多，气候潮湿的地方，则应该重点防止车辙和水损害的发生。

三、合理设计高速公路结构层

下面分别就路面结构层的组合设计、材料设计以及厚度设计进行阐述。

（一）结构层组合设计

常见的结构层组合有4种：半刚性基层+沥青路面结构形式；全厚式沥青路面；刚性基层+沥青路面结构形式以及混合式沥青路面。在我国，使用最多的是半刚性基层+沥青路面结构形式，其中路面的主要承载层是半刚性基层。因此，整个路面的使用性能较大程度

上依赖于半刚性基层，同时，这种组合的造价较低。全厚式沥青路面的基层和面层采用的是沥青稳定材料，该种材料具有一定的粘弹性，容易产生塑性变形，能够提供较厚的沥青层，有效地避免了半刚性基层中容易出现损坏的现象，这种结构层组合投入成本高，使用寿命较长，同时简化了维修的复杂性。刚性基层+沥青路面结构形式舍弃了传统的半刚性基层，取而代之的是混凝土或贫混凝土，大大提高了路面的承载能力，但是由于混凝土的刚度较大，在使用中容易出现开裂的现象，为以后的养护增加负担，提高了成本。

（二）结构层材料选择

垫层、基层以及面层的材料选择是设计中的重要环节。在一些地下水位较高的地域以及在路面排水不佳的情况下，高速公路路面设计中需要设置垫层，垫层的材料可以选择砂砾、碎石或者矿渣等，它们都应该具有较好的透水性，同时，应该注意保持垫层与路基同宽，保证排水的畅通。目前，在我国的高速公路设计中，强基薄面的思想占主导，作为负荷主要承载层的基层在耐压、耐久性和抗水性方面应该足够强势，基层所采用的材料主要包括以下几种：半刚性稳定类基层、柔性基层、复合式基层等，水泥稳定碎石基层是目前应用较多的一种。在面层的设计上，针对高速公路的三层式设计，应该根据不同层面的功能，对沥青的稳定材料类型和层厚进行选择，上面层着重路面的平整和抗滑抗裂的设计；中面层所处的位层受到的剪应力最大，应该选取强度大高温时抗变形能力强的沥青材料；底面层应该注重抵抗拉应变所造成的开裂，应该选用耐久性好