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长寿命沥青路面结构设计的方法
2022年11月23日    新闻来源:《中国公路》2019    |  投稿

现如今,在我国经济快速发展条件下,高等级公路的应用是社会发展的重要条件,高效、耐久的运输条件可大大提高整个国家的生产效率。但自从路面设计以来,路面结构性破坏一直影响道路使用寿命,而且随着交通量和车辆轴载的加重,获得较长使用寿命的沥青路面一直是道路研究者面临的严峻挑战。长寿命沥青路面是一种耐久性路面,通过对道路材料选择、混合料设计和路面结构设计等方面的改善,获取一种较长使用年限且经济的沥青路面结构沥青网sinoasphalt.com。目前使用较多的长寿命沥青路面为全厚式沥青路面,沥青层有足够的厚度,但由于经济性原因现阶段无法大规模的应用于实际工程中。本文通过采用半刚性基层沥青路面的设计来实现长寿命沥青路面,分别对路面各层结构设计、路面材料选择、施工质量控制等阶段进行改善,并结合试验路进行设计指标质量检测。


试验路设计


工程概况


某试验路为某高速公路中一段半幅路,所在区域地势平坦、开阔,路线所经区域属中湿带大陆性气候。全线长3km,起讫桩号为K23+100~K26+100,路面宽度为11.5m,路基宽度为13m,路基存在填挖现象,且有一定的纵坡。通过对半刚性组合式基层路面结构、路面材料和施工质量的设计来实现长寿命沥青路面。


路面结构设计


虽然全厚式沥青路面结构是目前公认的长寿命沥青路面结构,但在现阶段很难大规模的应用于实际工程中去。有相关研究证明,通过对粒料底基层和组合式底基层的设计同样可以实现长寿命路面,本文针对半刚性组合式底基层类,根据路基顶面容许压应变、沥青层层底水平容许拉应变和永久变形等指标、标准和结构设计方法,进行长寿命沥青路面结构设计,其各层路面结构设计厚度、模量和相应参数,如表1、表2所示。

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路面材料选择和设计


路基。由于该试验路地处沙漠边缘,原地基大多数属于风积沙,且当地缺乏石料,无法对原基础进行换填处理,因此本文使用基础为压实风积沙路基,但为防止基础承载能力不足,路面上层结构挤入上铺层中,产生过量永久变形,该试验路采用在土基上设置一层天然砂砾垫层,既提高基础受力特性,也能起到保路路基的作用。


底基层。该路面结构底基层采用水泥粉煤灰稳定碎石,为减少半刚性基层材料层裂缝,需使用较高模量的水泥稳定碎石,而高模量的路面结构通常需使用较高剂量的水泥。但就半刚性基层材料自身的特性而言,高剂量水泥通常会使路面早期出现一定程度的干缩和温缩裂缝。因此本文采用3%的32.5号水泥,同时结合掺加火力发电厂除尘装置收集的粉煤灰,其水泥和粉煤灰技术指标如表3、表4所示。


级配碎石层。试验路级配碎石层所用石料为花岗岩,矿料级配设计为骨架密实结构,其具体设计级配如表5所示。


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沥青基层。沥青基层采用改性沥青混合料,胶结料采用SBS改性沥青,矿料级配采用AC-25粗型级配,其SBS改性沥青技术指标如表6所示。

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联结层。联结层的设计是长寿命沥青路面的一个重要层位。该层通常是抵抗路面车辙变形的重要贡献层,承受剪应力最大,因此,联结层沥青混合料应具备较高的高温抗车辙性能。同时,为降低沥青层层底和路基顶面压应力,联结层需要较高的模量。经过试验和理论分析后,本文在联结层材料设计时采用SBS改性KLM90号沥青混合料,同时掺加5%的增模剂,厚度设计为6cm,矿料设计为AC-20粗型级配。


磨耗层。磨耗层在沥青路面中通常起到抗滑、耐磨的作用,应具有足够的抗剪强度,以防止沥青路面出现高温车辙病害。经试验和理论分析后,本文磨耗层厚度设计为4cm,胶结料采用SBS改性90号沥青,矿料级配为AC-13粗型。


施工质量控制


压实度。压实度是影响路面耐久性的重要因素之一,其病害的产生往往是由压实度不足引起的,保证路面压实密实性是决定长寿命沥青路面使用质量的重要施工控制指标。路基压实越密实,路基模量相对越高,后期路面抗永久变形能力越好,路基越不容易产生开裂。水泥稳定碎石虽然作为底基层,但压实度同样不得降低,必须按照规范要求进行执行。而沥青层作为外表路面结构,其压实质量是影响路面长期性能的关键因素,沥青层压实越密集,路面疲劳性能越好。在施工过程中,应严格控制混合料出场温度和摊铺温度,且在摊铺时要做到连续、均匀且不间断。


均匀性。混合料均匀性同样是影响长寿命沥青路面使用质量的一个重要因素。均匀性控制不好所产生的主要问题为离析,控制离析现象是长寿命沥青路面的重要质量保障。在施工过程中,要严格控制混合料的拌和与摊铺,对于级配碎石应使用集中厂拌,再使用摊铺机摊铺,摊铺过程中摊铺机速度不宜过快,应做到均匀不间断,对部分存在缺料、不均匀的区域应及时进行补料处理。


养生。在路基全部铺筑完成后,在上铺层施工之前应每天洒一次水,防止路面由于水分的散失而使黏结性降低,从而使表面出现松散现象。另外在水泥稳定碎石基层施工完成后,应先在顶面洒一次水,再用土工布覆盖,进行保温、保湿养生7天。在养生期间,除洒水车其他车辆均不可通行。


试验路检测


回弹模量测试


根据《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008),对试验路各层施工完成后进行现场回弹模量试验,其测试结果如表7所示。

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由表7可以看出,土基顶面回弹模量平均值为106Mpa,最小为89Mpa,满足路面设计时80Mpa的要求;垫层回弹模量均满足大于100Mpa的要求;级配碎石模量为370Mpa~450Mpa,沥青基层模量为900Mpa~1000Mpa,高模量联结层模量为1100Mpa~1500Mpa,磨耗层模量在1100Mpa~1200Mpa之间,均满足路面结构设计要求。


土基顶面压力测试


为测量长寿命沥青路面试验路段土基顶面所受压力,根据《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)要求,在试验路行车道上埋置压力盒,测取在10t轴载单轮下的压力值,具体检测结果如表8所示。


由图8可知,在10t轴载作用下,压力盒测得加载后压力较加载前增加约0.004Mpa~0.02MPa,满足长寿命沥青路面设计要求,说明该长寿命沥青路面具有足够的耐久性,可抵抗较大的轴载。

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来源:《中国公路》2019

作者:山西省交通规划勘察设计院  赵向敏


标签:技术中心今日头条沥青混凝土综合论文
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