发布时间：2024-03-10 09:52:19
绪论：一篇引人入胜的高速公路路面结构设计，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：
1前言
2003年以前，我国大部分的高速公路沥青路面面层结构厚度几乎都是4cm的沥青混凝土上面层加上5cm沥青混凝土中面层再加上6cm沥青混凝土下面层[1]。在执行规范的时候，相关部门没有根据当地的实际情况，对技术要求进行科学的、辩证的分析；没有根据当地的材料、施工水平、经济实力，尤其是使用多年的成功经验，规定更具体的指标。当然采用SBS、SBR、PE改性沥青和PR颗粒改性剂或同时使用多种措施，提高沥青混合料的高低温性能，这些措施无疑是起到了一定的作用，但是，一吨改性沥青的价格比普通重交沥青高50%，抬高了高速公路的造价。因此，寻求一种经济合理技术上可行的方法，即立足当地材料，从集料的级配入手，就可提高沥青混合料的高温路用性能的方法是非常必要的。本文针对湖南省的气候特点，通过计算分析，提出适合湖南省气候区的集料级配建议范围，以及经过试验路段的验证结果，供设计和施工者参考。
2 集料组成的理论研究
2.1“I”法
该法是20世纪70年代国际上经过研究提出的方法，其计算公式[1]为：
P=P0Ix
式中：P为不同粒径d处的通过率（%）；P0为最大公称粒径D处的通过率（%）；I为通过率系数；x为级数，x=3.32Lg(D/d)，即粒径每递减1/2为一级。
2.2“贝雷法”
该法由美国伊利诺伊州交通部Robert D.Bailey先生发明，经过Heritage Research Gyoup近十年的内部使用和普渡大学进一步研究、实践和验证，认为该方法设计的沥青混合料具有良好的骨架结构，同时可以达到密实的效果。 “贝雷法”设计依据的数学模型是平面模型。根据该数学模型，沥青混合矿料组成中可分为形成骨架的粗骨料和形成填充的细集料。形成填充的粒径与骨料直径的关系根据圆形与片状的不同，其系数大致为0.15~0.29；为了统一考虑，形成第一级填充的细集料平均直径为公称最大粒径的0.22倍，即公称最大粒径乘以0.22为主要控制粒径，其设计原理是级配要求细集料的体积数量等于粗集料空隙的体积。同样，细集料也按照此原理分成细集料中的粗集料与细集料中的细集料，并形成依次的填充状态。
为了约束粗集料部分的离析现象和压实不稳定性，对级配的粗集料部分组成提出按CA比控制，即CA比=（D/2粒径处的通过率-F1粒径处的通过率）/(100%-D/2粒径处的通过率)。同样，为了保证第二级和第三级形成嵌挤状态，采用FAC比和FAF比对级配的细集料部分的嵌挤进行约束，即FAC比=F2粒径处的通过率/F1粒径处的通过率；FAF比=F3粒径处的通过率/F2粒径处的通过率。
式中：D为公称最大粒径处，D/2为公称最大粒径的1/2处；F1为粗细集料的分界点，在公称最大粒径的0.22倍处，是形成嵌挤的第一级分界点；F2为第二级分界点，为F1的0.22倍处；F3为第三级分界点，为F2的0.22倍处。
2.3“I”法与“贝雷法”之间的联系
由“I”法的通过率P=P0Ix，令x1为最大公称粒径1/2处的指数，x2为最大公称粒径0.25倍(采用林秀贤教授的建议值)F1处I的指数，x3为F2处I的指数，x4为F3处I的指数，代入公式x=3.32lg(D/d)，得x1=1,x2=2,x3=4,x4=8，代入“贝雷法”的粗细料率AC、FAC、FAF的计算公式，得
AC=(P0×I-P0×I2)/100%-P0×I)
FAC=I2
FAF=I2
通过上述推导建立了AC、FAC、FAF与“I”法之间的联系，“I”法计算集料级配时，当集料从中心控制点（最大公称粒径的0.22倍，实际上是最大公称粒径的0.25倍），上面通过时（细型），d＞2.36mm时，I=0.73~0.79；d＜2.36mm时，I=0.69；当集料从中心控制点下面通过时（粗型），I=0.64~0.70（表1、2）
表1：集料在D处的通过率90%时的值
表2：集料在D处的通过率90%时的值
3湖南地区高速公路沥青路面的集料级配和结构设计
湖南省位于长江以南,纬度偏低,为大陆性特征明显的中亚热带季风湿润气候。春季雨水较多，夏季高温多雨，秋季秋高气爽， 冬季比较寒冷。年降雨量偏大，沥青混合料的水损害的可能性较大，在路面的集料设计和结构设计时，主要应考虑路面的高温和低温性能及抗水性能。高温要求和低温要求发生矛盾时，应以提高其高温抗车辙能力为主，兼顾低温抗裂性能的需要，在减少4.75mm及2.36mm的通过率的同时，适当增加0.075mm的通过率，使其级配范围成S型，并取中等或偏高水平的设计空隙率。Superpave要求设计空隙率为4%，当施工压实度达到97%时，竣工的空隙率≤7%，这是为防止渗水的界限。大量资料已经证明，当空隙率＞8%，特别在8%～12%间，渗水严重，同时在空隙率＜5%时，沥青老化很轻微，而空隙率>7%后，沥青老化则急剧增大。如设计空隙率太小，例如＜3%，甚至2.5%，则在高温时，由于沥青膨胀而造成泛油或车辙，也已为实践所证明。Superpave施工指南建议，沥青路面结构层厚度应等于或大于集料最大公称尺寸的3倍，对粗的混合料，结构层厚度应大于集料最大公称尺寸的3倍。按此原则，AK-13最大公称尺寸为13.2mm，则路面结构层厚度应大于等于4cm，AC-16Ⅰ最大公称尺寸为16.0mm，则路面结构层厚应大于等于5cm，AC-20Ⅰ最大公称尺寸为19mm，路面结构层厚度应大于等于6cm，AC-25Ⅰ最大公称尺寸为26.5mm，则路面结构层厚度应大于等于8cm。这个原则正逐渐被认可，按此原则确定的路面结构层厚度在施工中更便于压实，混合料离析程度减轻，使用效果也相对更好。从路面结构的受力分析：上面层主要受剪应力、压应力、弯拉应力，中面层主要受压应力，下面层主要受弯拉应力。 剪应力不足容易形成沥青路面的推移，压应力不足容易形成沥青路面的压密型车辙，弯拉应力不足容易形成沥青路面的弯拉疲劳裂缝。从结构受力的角度考虑，结合湖南气候的特点、集料的级配组成，设计上面层、中面层时应采用集料从中心控制点下面通过的骨架密实结构，用I=0.70-0.79计算级配组成。根据林秀贤教授的研究，上面层I 为0.64~0.65 ，适用于大交通和高温地区，要求的压实功比较大；中面层和下面层采用集料从中心控制点上面通过的悬浮密实结构，抗拉强度大，较易压实，I=0.79 时CA比接近0.8的极限，为防止推挤，粗集料尽量采用I的中值，即0.76附近为宜；厚度应为最大公称粒径的3倍为宜（表3）。
表3：湖南地区沥青路面面层集料级配和厚度表
4试验路段应用检验结果
2005年，湖南省高速公路工程指挥部经申报批准，成立了“湖南省高速公路路面早期车辙病害及耐久性研究”课题组，依托长张高速公路未完成的10km路面工程，开展了试验研究。试验路铺筑制定了10cm、12cm、13cm的两层结构和15cm、18cm的三层结构，不同沥青胶结料（AH-90、AH-70、SBS、SBR改性沥青），掺加纤维与不加纤维的比较，所有沥青混合料用水泥和石灰代替部分矿粉，不掺加抗剥落剂；根据上述集料级配范围，采用美国SHAP计划提出的体积设计方法(2004规范已纳入），用旋转压实仪成型试件，用车辙试验仪测定沥青混合料的高温路用性能（动稳定度表示）,其室内外部分试验结果如表4所示。
表4：沥青混合料高温稳定性（车辙试验结果）统计表
5结论
由于集料级配采用“I”法设计，以贝雷法检验集料的骨架形成，因此该集料级配满足规范的级配范围（比规范的级配范围窄）。按该级配范围设计的沥青混合料形成一个多级嵌挤骨架密实结构，其结构具有较强的高温稳定性（抗车辙能力），且表面粗糙，可满足抗滑要求；同时，按4%的空隙率设计，施工时严格控制，剩余空隙率在大于3%、小于7%之间，不透水，增加了沥青混合料的耐久性。试验表明：（1）一般上面层若采用改性沥青，每吨沥青胶结料的费用比普通沥青加50%，动稳定度比规范要求的SBS提高2.08倍，SBR提高1.08倍；而普通沥青动稳定度比规范70#提高5.93倍、90#提高2.96倍，说明用增大投资来提高混合料的稳定性，还不如优化集料级配带来的效果。因此，提高抗车辙能力要从集料的质量和级配入手。
（2）级配一定的情况下，用于上面层的70%沥青的抗车辙能力比90#沥青高2倍，中面层高30%，下面层主要以抗弯拉设计，抗车辙能力几乎相当。
（3）如果掺加纤维，沥青用量增加，沥青混合料的拌和时间延长10～15S，要求高温碾压完成，对施工要求较高，局限性比较大；但掺加纤维比不掺加纤维的混合料的动稳定度提高不大—— 90#提高80%，70#提高17%。
参考文献
1 林绣贤, 论Superpave的集料组成与油石比【J】, 石油沥青，2003.17（增刊）：44。
2 杨永顺，房建果，王林, 多级嵌挤密级配沥青混合料的设计【C】中国公路学会, 第五届全国路面材料及新技术研讨会论文集, 上海：中国公路杂志社，2004：16。
一、路表排水
降落在路面表面和路肩(包括硬路肩和土路肩)表面的降水若不能迅速排走,一方面会造成路面积水滞留,雨天行车时形成雾障而影响行车安全;另一方面会因路表积水时间过长而加速沥青混凝土面层的损坏。对于混凝土路面结构类型而言,路面排水设计应考虑以下几个方面:
1.合理设计路拱横坡是有效排除路表降水的关键。从有利于排水的角度出发,路基横坡和路肩横坡的坡度值都取高值,但路基横坡过大会影响到行车的安全。因此,应综合考虑两方面因素,第一,在南方多雨地区应适当取高值,在北方冰冻地区取低值。第二,硬路肩的横向坡度可采用高限值,但考虑到目前路面摊铺已基本实现机械化施工,从方便施工考虑,硬路肩的横坡方向宜与行车道相反,以避免将硬路肩积水汇集到行车道上。
2.正确选取超高渐变段的合成坡度是避免路表局部积水的有效途径。一般在高速公路线型设计中,如果单纯考虑行车的舒适和线型的美观,超高渐变率宜缓一些,超高渐变段也希望尽量长一些。但超高渐变率过小,超高渐变段内路面横坡接近零的区段过长,形成路面局部滞水,从而影响行车安全。当路线纵坡与超高渐变率方向一致时,最小合成坡度位置即旋转轴位置,其大小就是路线纵坡;当路线纵坡与超高渐变率相反时,最小合成坡度位置即行车道外侧边缘位置,大小为路线纵坡与超高渐变率的代数差。
3.合理设置纵坡是确保挖方路段路面排水的重要手段。人们一般在挖方路段因其水文地质条件差时才对这种路段的地下排水引起重视,如通常在路面结构设计中考虑增设碎石排水垫层,在两侧设置边缘渗沟,但对于路表排水中一些容易出问题的地方却常常忽视,概括起来有两个方面:一是将凹形竖曲线的最低点设在挖方路段内,致使路表水和进入结构内的自由水停滞时间长,不易排除;二是较长挖方路段纵坡坡度设置过小,标准断面的边沟无法满足路面和边坡汇水流量的需要。
二、沥青混凝土路面结构设计应体现排水要求
常规设计存在的质量隐患。目前,在高速公路的沥青混凝土路面结构设计中,普遍将下面层设计为空隙率较大的Ⅱ型沥青混凝土,中面层多为Ⅰ型密级沥青混凝土,就我国大部分高速公路的沥青混凝土而言,空隙率大的主要是抗滑表层和下面层。其中抗滑表层在施工过程中,为了满足构造深度这一指标,空隙率必须达到6%以上。同时,许多施工单位为了追求表面平整度,不惜以牺牲压实度为代价,减少压实遍数,降低碾压温度,从而使其实际空隙率增大。因此,只要有降雨,抗滑表层内部总是处于饱水状态。而下面层则由于表面水少量的渗入、路面开裂以及基层中毛细水上升等原因,使得不少水分滞留在混合料的空隙中,而且,由于中面层的密封作用和下面层自身空隙率较大,导致下面层基本上总是泡在水中。这样,沥青混凝土路面长期在水和荷载的共同作用下,使得沥青膜逐渐从集料表面剥离,最终导致集料之间的黏结力丧失而出现坑槽、松散等路面破坏现象。因此,必须在路面结构设计中合理选取适当的级配类型,特别是抗滑表层和下面层这两个层次。
此外,沥青混凝土面层厚度与最大粒径不匹配,也是出现不同程度水损害的原因之一。由于沥青混凝土面层厚度与混合料级配的最大粒径之比不当,施工中不利于压实,造成空隙率过大。因此,应合理考虑沥青混凝土面层厚度与所选择设计级配的最大粒径尺寸的关系。
三、沥青混合料设计应考虑材料的抗渗性能
要保证路面结构的水稳定性和耐久性能,保证路面基本不透水是至关重要的,尤其是对SMA路面结构类型,保证路面基本不透水是该结构能否成功的关键。因此,从提高路面的耐久性能出发,应将路面抗渗性能作为一个重要的指标来控制,尤其是沥青混合料应从原材料的选择、配合比的确定到施工中摊铺与碾压的控制都至关重要。
1.从提高沥青的性能着手。积极改善沥青的路用性能,尤其是黏附性有利于提高抗渗性。采用改性沥青、掺加抗剥离剂,在矿粉中掺加一定量的水泥或磨细生石灰粉,对抵抗剥离以提高沥青混合料水稳定性都有明显效果,但应注意不同抗剥离剂与各种石料之间的匹配问题。当选用掺加水泥或消石灰时,应注意确保施工实际掺加剂量的准确性。
2.择适当的级配范围。从选择适当级配上考虑,提高沥青用量及提高4.75 mm～9.5 mm规格集料的用量相应地都可以提高混合料的抗渗性,但应考虑其高温稳定性能指标能否达到要求。
四、路面结构内部排水设计中应重视的问题
对于渗入路面结构的自由水,必须通过设计使之迅速向下或两侧渗漏而排走。
中图分类号：X734文献标识码： A
一、高速公路沥青路面水损坏概述
引起高速公路沥青水损坏最为直接的原因是水的存在及影响，水通过静水损坏与动水损坏对沥青路面进行破坏，其中静水损坏主要是对沥青混合料进行软化与剥落，软化可以降低沥青混合料强度及刚度，降低沥青路面承载能力;剥落则是通过水分影响，逐渐降低沥青胶结料与集料粘结力并致使其分离。动水损坏，主要是在静水损坏的基础上，在外界车辆荷载影响下，加速沥青路面损坏过程。汽车荷载压力及剪应力反复泵吸，导致沥青路面出现松散、坑槽等问题。引起沥青路面水损坏的因素较多，除了水因素影响，沥青路面结构设计不合理、沥青路面结构材料应用、施工不当、交通量过大及重载等也属于沥青路面水损坏产生的主要原因，在分析水损坏因素的基础上，提出养护对策。
二、水的来源与针对水源的沥青路面水损坏养护对策
从本质上来看，引起高速公路沥青路面水损坏的根本在于水进入到沥青结构层，通过对引起沥青路面水损坏水的来源进行研究，提出相对应的养护对策。
1.引起沥青路面水损坏水的来源
引起沥青路面水损坏水的来源主要为自然降水、路面积水、挖方路段地下水与中央分隔带渗水等。沥青路面水损坏速度及程度与区域内自然降水量存在着十分紧密的联系，相对而言，南方降水量较大，雨季时间长，其沥青路面水损坏较之北方更为严重，在冰冻地区，雪水渗入到路面结构层，在化冻过程中在沥青路面结构内形成自由水，在荷载作用下引起水损坏问题;路面积水的产生，多是因公路平整度设计不足或路面横坡设计不当导致自然降水在路面聚集，积水随着路面裂缝，在荷载作用下，进入到沥青路面结构中。
2.针对水源的沥青路面养护措施
因沥青路面水损坏是在水因素的影响下产生的，采取措施将水封住，不让水源进入到路面，或将路面存在的积水及时排除，避免水长时间滞留进入到结构内部，则可以避免水损坏问题的产生。为此应重视路面防排水设计。具体养护措施包括以下几点:在路基顶面设计应用水泥稳定碎石层，提高其水稳定性;在基层下设置排水垫层;设计路面结构防水层及排水层内，铺筑防水粘结层;完善排水系统，设置排水盲沟，设置中央分隔带防渗墙;及时修补路面结构裂缝，避免或降减少水随裂缝进入到沥青路面结构中。
三、沥青路面结构因素及养护对策
沥青路面结构在设计中，没有重视对层间粘结功能层与防排水设施的设计，导致沥青路面自身防排水与抗水损坏能力较差，从而导致水损坏现象较为严重。为此，应不断完善沥青路面结构设计方法，在进行路面结构设计过程中，充分考虑施工实际情况，如路基状况与区域降水量等;在选择沥青面层厚度时综合分析沥青面层高温稳定性与低温抗裂性能，降低面层裂缝产生;优化沥青面层混合料配合比，保证沥青面层密实性，提高沥青面层与基层粘结力，设计完善的路面结构排水系统。
四、材料因素引起沥青路面水损坏及其养护措施
在高速公路沥青路面施工过程中，其材料选择及应用，直接影响着路面质量及防水损坏能力，如沥青与集料粘附性，沥青在集料表面的沥青膜厚度，对沥青混合料的抗水损坏能力存在着直接影响，在集料选择时，需要对集料强度、干燥、形状进行检验，避免因集料选择不当降低集料粘附力。为此，在进行沥青路面施工材料选择时，需要充分重视沥青材料及集料选择，重路面基层与面层材料质量，按照实际施工情况，合理选择施工材料，充分提高沥青混合料水稳定性。
五、施工因素引起沥青路面水损坏及其养护措施
在高速公路沥青路面施工过程中，如没有按照施工规范进行操作，容易引起公路基层施工质量问题，导致基层在短时间内出现损坏问题;在施工过程中存在着沥青面层施工不均匀性问题，导致局部水损坏，沥青面层施工不均匀性问题产生的主要原因为混合料不均匀，混合料出现离析问题，压实度不符合设计要求，混合料摊铺厚度控制不当等。养护对策为:严格控制沥青路面施工材料质量，优化沥青混合料配合比，控制混合料生产、运输、施工及养护各个环节质量，加强施工监理与检验，减少施工不均匀性，加强沥青公路路面日常养护维修，将产生病害问题及时处理，避免病害进一步发展。
六、交通荷载引起沥青路面水损坏及其养护措施
交通荷载属于高速公路沥青路面产生水损坏的重要外因，随着交通车辆及车辆荷载的增加，路面结构所承受的荷载逐渐增加，引起路面结构破损，并产生路面结构裂缝等质量问题。针对交通荷载引起沥青路面水损坏，其养护措施为:提高高速公路设计承载力，提高沥青路面承载力及抗剪力;治理超载现象，加大出处罚力度;加强公路养护，及时修复公路路面裂缝等质量问题;在雨季之前，严格检查并疏导沥青混凝土路面防水及排水设施，保证其防排水能力;按照降水状况与公路实际情况，控制车辆通行量，做好分流工作等。
七、结语
沥青路面属于高速公路中常见的路面结构形式，其行车稳定性及舒适性较好，在多种因素的影响下，高速公路沥青公路路面容易出现水损坏问题，对公路路面质量、行车安全性、舒适性造成严重影响。水因素是引起沥青路面水损坏的根本原因，沥青路面结构设计不合理、沥青路面结构材料应用、施工不当、交通量过大及重载等问题的存在，同样会引起沥青路面水损坏，在分析其成因的基础上，提出相应养护对策，综合提高公路沥青路面抗水损坏能力，实现高速公路沥青路面运行综合效益。
参考文献
[1]郑刚，徐焕明.高速公路沥青路面水损坏及防治措施[J].科技致富向导，2012,(1):228, 250.
[2]黄飞.高速公路沥青路面水损坏及养护措施[J].交通世界(运输车辆)，2013,(11):160-161.
