發(fā)布時(shí)間：2023-04-12 17:44:42
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：瀝青路面；設(shè)計(jì)指標(biāo)；參數(shù)
1．引言
我國的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范對設(shè)計(jì)指標(biāo)和相應(yīng)的參數(shù)都有具體的規(guī)定，并且隨時(shí)間的推移，設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)進(jìn)行著不斷的優(yōu)化選擇，如果新的設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)更為有效，對于瀝青路面的設(shè)計(jì)和后期病害的預(yù)防起著舉足輕重的作用。
2．對我國設(shè)計(jì)規(guī)范的回顧
2.1 1958 年版規(guī)范
1958 版規(guī)范以極限相對彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)方法采用單圓荷載均質(zhì)體彈性理論。極限相對彎沉λk= lk / D，D 為荷載作用面積當(dāng)量圓直徑，lk 為路面處于極限狀況時(shí)，在荷載作用中心處的路表極限彎沉值。
2.2 1966 年版規(guī)范
1966 年版規(guī)范主要是修正了1958 年版規(guī)范的彎沉計(jì)算公式，提出了中國氣候分區(qū)及路基和路面材料計(jì)算參數(shù)值表，但設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)指標(biāo)沒有變動(dòng)。
2.3 1978 年版規(guī)范
1978 年版規(guī)范以容許彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)。容許彎沉是路面達(dá)到破壞狀況時(shí)雙輪輪隙中點(diǎn)的路標(biāo)回彈彎沉值。對彎沉在全面調(diào)查時(shí)，按路表外觀特征將瀝青路面劃分為5 個(gè)等級，視第四個(gè)等級的瀝青路面已達(dá)到損壞狀況，以第四等級路面彎沉低限作為路面處于破壞臨界狀態(tài)的劃界標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)的彎沉值即容許彎沉值。
容許彎沉值的經(jīng)驗(yàn)公式：
l R=(mm)
Nf ――路面達(dá)到臨界破壞狀態(tài)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)；
A1――路面類型相關(guān)的系數(shù)。
2.4 1986 年版規(guī)范
1986 年版規(guī)范以路表容許彎沉值作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，對容許彎沉公式中的系數(shù)做了修改，并增加了公路等級系數(shù)，另外增加了瀝青混凝土面層或整體性材料基層的彎拉應(yīng)力驗(yàn)算指標(biāo)。
(mm)
A2――公路等級系數(shù)。
2.5 1997 年版規(guī)范
1997 年版規(guī)范采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性連續(xù)體系理論，以設(shè)計(jì)彎沉值為路面整體剛度的設(shè)計(jì)指標(biāo)，計(jì)算路面結(jié)構(gòu)厚度。對高速公路、一級公路、二級公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層應(yīng)進(jìn)行層底拉應(yīng)力的驗(yàn)算。同86 規(guī)范比較，設(shè)計(jì)指標(biāo)成設(shè)計(jì)彎沉，并且增加了基層類型系數(shù)。
(mm)
A3――基層類型系數(shù)。
《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ014-97)》取消了1987年設(shè)計(jì)規(guī)范中的諾謨圖，瀝青路面的設(shè)計(jì)采用專用計(jì)算機(jī)程序完成，這樣避免了繁雜的查圖設(shè)計(jì)工作。
2.6 2006 年版規(guī)范
2006年10月，交通部了公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范的新版本。此版規(guī)范沿用了前一版（1997版）規(guī)范的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
(1)即：計(jì)算彎沉值不大于設(shè)計(jì)彎沉值
(2)即：計(jì)算點(diǎn)的層底拉應(yīng)力不大于材料的容許拉應(yīng)力
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析時(shí)，材料參數(shù)的取用采用下述方法：（1）路基回彈模量采用承載板法測定，并以不利季節(jié)的數(shù)值作為設(shè)計(jì)值；（2）半剛性材料的回彈模量采用120天或180天齡期的壓縮模量測定結(jié)果，其抗拉強(qiáng)度采用相同齡期的劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果；（3）瀝青混合量的模量采用20°C（計(jì)算路表彎沉）或15°C（計(jì)算層底拉應(yīng)力）時(shí)的壓縮模量測定結(jié)果，其抗拉強(qiáng)度采用15°C時(shí)的劈裂試驗(yàn)結(jié)果，但未考慮不同地區(qū)溫度差異的影響。
3．對我國現(xiàn)有規(guī)范的設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)的分析
分析現(xiàn)行的設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)，可發(fā)現(xiàn)存在以下問題：（1）路面結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)都是路表容許彎沉值指標(biāo)起控制作用，但該指標(biāo)無法具體反映路面的使用性能和損壞類型。（2）路表彎沉值是一項(xiàng)整體性、綜合性和表觀性的指標(biāo)，其無法控制面層底面或基層底面的應(yīng)力狀況和大小，也不能如實(shí)反映路面可能出現(xiàn)的損壞類型。（3）對于柔性基層瀝青路面，現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)指標(biāo)和相關(guān)參數(shù)值有待補(bǔ)充和修正。（4）各項(xiàng)材料性質(zhì)測試指標(biāo)和方法未能如實(shí)反映材料的力學(xué)特性，故難以正確建立力學(xué)響應(yīng)量與路面結(jié)構(gòu)使用性能之間的關(guān)系模型。（5）新規(guī)范提出采用面層底面拉應(yīng)力和半剛性基層底面拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)指標(biāo)指導(dǎo)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但已有研究指出：僅半剛性基層底面拉應(yīng)力是一個(gè)有效指標(biāo)。
4．半剛性基層瀝青路面設(shè)計(jì)理論改進(jìn)
瀝青路面設(shè)計(jì)方法必須采用多指標(biāo)控制，才能避免或者控制車轍與裂縫等主要病害。下面就疲勞開裂與車轍形成兩個(gè)方面分別討論如何進(jìn)行瀝青路面設(shè)計(jì)。
4.1 半剛性基層瀝青路面疲勞壽命問題
我國的半剛性基層瀝青路面裂縫以反射裂縫為主，反射裂縫的本質(zhì)就是瀝青面層在不利力學(xué)狀態(tài)下的疲勞斷裂。進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)該采用基層發(fā)生開裂后的等效模量，或者按照斷裂的基層建立模型計(jì)算面層底面的拉應(yīng)力、拉應(yīng)變。同時(shí)建立其適用于我國各個(gè)地區(qū)的瀝青混合料材料的疲勞方程，結(jié)合新的計(jì)算方法進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的抗疲勞開裂設(shè)計(jì)。
4.2 半剛性基層瀝青路面車轍問題
隨著我們?yōu)r青路面的設(shè)計(jì)厚度得到增加，車轍病害逐漸顯現(xiàn)出來。已有研究得知：半剛性基層瀝青路面的車轍變形主要來自上中面層的流變變形及隆起變形，接近基層的部分變形很小?？梢酝茢嗫刂瓢雱傂曰鶎訛r青路面的車轍變形需要在路面面層中選取一個(gè)合理的力學(xué)指標(biāo)。建立半剛性基層瀝青路面計(jì)算模型，考慮高溫下面層模量為400MPa，半剛性基層及其以下結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度與溫度無關(guān)。按照壓應(yīng)變和剪應(yīng)變指標(biāo)，在相同材料下對路面厚度有著不同的要求。路面厚度增加面層內(nèi)部的壓應(yīng)變是變小的，而面層厚度增加導(dǎo)致面層內(nèi)部剪應(yīng)變增大。鑒于目前路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在眾多不同意見，不對路面面層厚度發(fā)表相關(guān)看法。至于控制面層永久變形的合理指標(biāo)，希望公路領(lǐng)域?qū)＜以缛沾_定一個(gè)合理的指標(biāo)。
5.瀝青路面設(shè)計(jì)理應(yīng)考慮的指標(biāo)和參數(shù)
5.1 瀝青路面新指標(biāo)和參數(shù)體系構(gòu)建原則
為了改善現(xiàn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指標(biāo)和參數(shù)，2005年初交通部立項(xiàng)開展研究，計(jì)劃提出新的設(shè)計(jì)指標(biāo)和響應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。主要依據(jù)下述原則考慮：（1）仍遵循力學(xué)――經(jīng)驗(yàn)法的基本思路；(2)針對層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)和損壞類型多樣化的特點(diǎn)，采用多設(shè)計(jì)指標(biāo)體系，各指標(biāo)分別控制對應(yīng)的損壞類型；(3)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)路面的累計(jì)損傷仍采用當(dāng)量損壞法分析；(4)對設(shè)計(jì)參數(shù)的采集要求分為3個(gè)層次，分別規(guī)定不同精細(xì)或準(zhǔn)確程度的方法；(5)材料性質(zhì)參數(shù)應(yīng)能反映行車荷載和環(huán)境因素對其性狀的影響，并采用科學(xué)的試驗(yàn)方法測定；(6)各種損壞模型的建立以室內(nèi)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，室外驗(yàn)證和修正以路面加速加載試驗(yàn)(ALF)為主；(7)在現(xiàn)有國內(nèi)外前沿水平的基礎(chǔ)上建立設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)的基本框架體系。
5.2 現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)
現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)指南所構(gòu)建的設(shè)計(jì)指標(biāo)體系：瀝青層的疲勞壽命、無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層的疲勞壽命、路基頂面的容許壓應(yīng)變、瀝青混合料的蠕變率以及瀝青的蠕變勁度和斷裂應(yīng)變，前三項(xiàng)主要與路面結(jié)構(gòu)有關(guān)，而后兩項(xiàng)則主要與材料組成有關(guān)，他們分別針對和控制五種主要路面損壞類型。
現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)指南所構(gòu)建的設(shè)計(jì)參數(shù)：路基和粒料層回彈模量、路基回彈模量濕度調(diào)整系數(shù)和綜合調(diào)整系數(shù)、瀝青混合料動(dòng)態(tài)壓縮模量、無機(jī)結(jié)合料彈性模量，并相應(yīng)地制定了各個(gè)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)規(guī)程。這些設(shè)計(jì)參數(shù)能反映材料的力學(xué)性質(zhì)，并能與設(shè)計(jì)指標(biāo)的預(yù)估模型建立合理的相關(guān)關(guān)系。
6．結(jié)論
目前我國瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)理論已經(jīng)比較成熟，但是設(shè)計(jì)指標(biāo)還存在不足。為此，對于瀝青路面有效的設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)的確定還需要做更多的研究和探討、進(jìn)行更為精確的論證，得出更為有效的模型和理論支撐。
參考文獻(xiàn)：
[1] 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D50--2006）.人民交通出版社，2006.
[2] 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40--2004）.人民交通出版社，2004.
[3] 瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)和參數(shù)研究.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.2007-12.
論文關(guān)鍵詞：瀝青路面 早期損壞 合理結(jié)構(gòu) 反射開裂 水損壞
論文摘要：目前，隨著我國公路建設(shè)不斷發(fā)展，瀝青路面結(jié)構(gòu)作為主要的路面結(jié)構(gòu)而被廣泛應(yīng)用。但是在我國目前公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)過程中，瀝青路面結(jié)構(gòu)的損壞問題非常突出，成為目前困擾我國交通建設(shè)發(fā)展的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。文章就我國瀝青路面主要結(jié)構(gòu)形式和使用性能評價(jià)進(jìn)行了相關(guān)分析。
在我國公路建設(shè)不斷發(fā)展的過程中，瀝青路面結(jié)構(gòu)作為一種主要的路面結(jié)構(gòu)形式被廣泛應(yīng)用。目前我國通車的公路路面中，約80%以上的路面結(jié)構(gòu)采用了瀝青路面，瀝青路面結(jié)構(gòu)已成為我國公路建設(shè)發(fā)展過程中所采用的主要路面結(jié)構(gòu)形式。在公路建設(shè)取得巨大成就的同時(shí)，也暴露出了一些問題，特別是在已建成的高速公路中，瀝青路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較多的早期損壞，明顯表現(xiàn)出瀝青路面結(jié)構(gòu)長期使用性能的不足。本文開展了我國瀝青路面主要結(jié)構(gòu)形式和使用性能評價(jià)的研究。
一、瀝青路面功能作用和要求
瀝青路面的功能和作用不言而喻是以滿通車輛安全、舒適通行為目的的，由于公路是暴露在自然環(huán)境條件下的土工工程構(gòu)造物，因此，瀝青路面還需滿足并適應(yīng)自然環(huán)境條件。我國現(xiàn)行的公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范對瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的做出了明確要求，即“路面在設(shè)計(jì)年限內(nèi)，滿足各級公路相應(yīng)的承載能力、耐久性、舒適性、安全性的要求”。根據(jù)路面的功能和作用，對瀝青路面結(jié)構(gòu)的基本要求包括以下幾個(gè)方面：（1）強(qiáng)度，公路路面的強(qiáng)度是指路面結(jié)構(gòu)層對于行車和自然因素等作用的抵抗能力即承載能力；（2）穩(wěn)定性，公路路面的強(qiáng)度經(jīng)常受到自然氣候和水文因素的影響而發(fā)生變化，為了保證路面滿通車輛行駛的需要，要求路面結(jié)構(gòu)在任何氣候和水文條件下都必須保持穩(wěn)定的強(qiáng)度；（3）平整度，路面越平整，交通車輛行駛時(shí)的振動(dòng)、沖擊越小，行車的滾動(dòng)阻力也越小，這樣就能保證交通車輛以較高的車速行駛，并使車輛的損壞減少，燃油和輪胎磨耗降低，行車更舒適；（4）粗糙度，路面粗糙度的大小關(guān)系到行車安全，因此瀝青路面必須滿足一定的抗滑要求。
二、瀝青路面結(jié)構(gòu)的分類
從大的分類來說，公路路面可以按照使用的材料、施工方法、工程造價(jià)的多少或使用的品質(zhì)及承受的交通荷載的方式進(jìn)行分類。公路路面通用的分類如下，按照使用的材料、施工方法分類，公路路面可以劃分為以下幾種類型土質(zhì)路面、穩(wěn)定處理路面、瀝青路面、水泥混凝土路面、砌塊路面。按照工程造價(jià)的多少分類，可以分為低級路面、中級路面和高級路面。按照承受的交通荷載的方式分類，可以分為柔性路面和剛性路面，我國還增加了半剛性路面。此種方式還可以認(rèn)為是根據(jù)路面的力學(xué)特性進(jìn)行劃分的。
我國按照路面使用性質(zhì)和技術(shù)因素，公路路面劃分為高級路面、簡易式高級路面、過渡式路面和低級路面四類。按照路面在交通荷載作用下的工作特點(diǎn)劃分為三類，即柔性路面，包括鋪筑于非剛性底層上之各級瀝青路面及用有機(jī)結(jié)合料或不同結(jié)合料之各種土壤路面與粒料路面。剛性路面，包括水泥混凝土路面及用水泥混凝土為底層上鋪瀝青作為磨耗層之路面。半剛性路面，水泥混凝土基層上之各種塊料鋪砌的路面。按照路面在荷載作用下的工作特點(diǎn)，公路路面類型劃分調(diào)整為兩類，即柔性路面包括有機(jī)結(jié)合料處治石料路面，碎石和礫石路面，塊料鋪砌路面，結(jié)合料處治土和粒料改善土路面等。由于我國瀝青路面結(jié)構(gòu)形式日趨單一，現(xiàn)行規(guī)范對路面結(jié)構(gòu)類型的分類明顯不全面，比如國外應(yīng)用較多的半剛性材料做底基層，瀝青穩(wěn)定粒料和粒料材料做基層的結(jié)構(gòu)形式在現(xiàn)行規(guī)范中沒有定義，而國外一般稱這種結(jié)構(gòu)類型為混合式結(jié)構(gòu)或倒裝式結(jié)構(gòu)。
三、瀝青路面早期損壞原因與機(jī)理分析
近年來，我國瀝青路面早期損壞現(xiàn)象引起了廣泛的關(guān)注，有關(guān)的科研院所、院校、以及交通部門對造成瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞的現(xiàn)象、原因進(jìn)行了分析和研究。本文在分析和總結(jié)這些資料的基礎(chǔ)上，通過對幾條高速公路實(shí)際使用性能的調(diào)查，對半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞類型和原因進(jìn)行了分析總結(jié)。
（一）關(guān)于半剛性基層瀝青路面的開裂
半剛性基層路面的開裂是一種必然的結(jié)果，因?yàn)檫@是由半剛性基層材料本身的性質(zhì)決定的。盡管我們可以通過一定的技術(shù)途徑改進(jìn)或改善半剛性基層材料的開裂的特點(diǎn)，但壁面半剛性基層材料的開裂特點(diǎn)。照以上分析，當(dāng)水泥穩(wěn)定材料用做路面基層時(shí)，交通荷載的作用會加劇水泥穩(wěn)定材料的開裂，因此在一定條件下，基層開裂的結(jié)果必然反映到面層上來，材料的性質(zhì)從根本上已經(jīng)確定開裂的發(fā)生。所以說水泥穩(wěn)定類材料的開裂是必然的。在這個(gè)階段中，如果水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，一方面由于水和水泥穩(wěn)定材料中的細(xì)顆粒在開裂破碎后能形成膠液，對開裂有一定重愈合作用，如果這種潮濕狀況在短時(shí)間內(nèi)得以改變，水泥穩(wěn)定材料的強(qiáng)度會重新形成，但在重交通荷載作用下，由于壓力水的滲透，水泥穩(wěn)定材料的開裂也可能被加速。
（二）關(guān)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的反射開裂
通過對國內(nèi)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)早期損壞現(xiàn)象調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)很多高速公路由于半剛性基層材料的開裂引起的反射裂縫問題非常突出，分析造成半剛性基層開裂的原因就是使用的水泥劑量太高，在很多高速公路上，行車道上的反射裂縫很明顯，而超車道上的反射裂縫幾乎沒有，證明了以上對材料開裂的分析是正確，正是在交通荷載作用下，半剛性基層的開裂會加劇，有效使用壽命會縮短，半剛性基層材料開裂引起的反射裂縫不可避免。要避免這種早期損壞的發(fā)生，半剛性基層的強(qiáng)度必須控制在一定范圍內(nèi)。
（三）關(guān)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理
按照前面我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的破壞應(yīng)該從半剛性底基層開始，實(shí)際瀝青路面結(jié)構(gòu)的早期損壞形式和試驗(yàn)結(jié)果表明這種設(shè)計(jì)理念并不全面，因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的破壞是始于瀝青面層的。這種破壞形式目前在國內(nèi)的一些高速公路上也已經(jīng)表現(xiàn)出來，其特征還可以通過路面表面的彎沉指標(biāo)反映出來，即當(dāng)這種破壞發(fā)生時(shí)，路面結(jié)構(gòu)表面的彎沉仍然較小。對于較薄瀝青面層的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，在路面交通荷載作用下，隨著瀝青路面結(jié)構(gòu)層間黏結(jié)狀態(tài)的改變，瀝青層與半剛性基層的層間結(jié)合狀況由逐漸由連續(xù)變?yōu)榛瑒?dòng)，瀝青面層的疲勞剪切開裂發(fā)生;隨著荷載的繼續(xù)作用，半剛性基層的裂縫得到快速擴(kuò)展，并逐漸向上反射，造成瀝青層的破壞進(jìn)一步加劇，這個(gè)階段可以認(rèn)為是半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)疲勞破壞的第一階段；隨著交通荷載的繼續(xù)作用，瀝青層和半剛性基層的開裂進(jìn)一步加速，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度急劇衰減，直到瀝青層和半剛性基層發(fā)生完全損壞，成為第二階段。
（四）半剛性基層瀝青路面的水損壞
目前半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的水損壞主要有兩種表現(xiàn)形式，即瀝青混合料的水損壞和結(jié)構(gòu)性水損壞。半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的水損壞有兩種表現(xiàn)形式，一種是由于半剛性基層沒有形成足夠強(qiáng)度或強(qiáng)度不足，當(dāng)路表水進(jìn)入使半剛性基層后，由于半剛性基層的軟化而造成強(qiáng)度失穩(wěn)，從而在路面結(jié)構(gòu)表面形成坑槽;另一種形式是半剛性基層強(qiáng)度過高，開裂在所難免，當(dāng)路表水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)后，不僅會軟化半剛性基層表面，而且水會沿裂縫深入整個(gè)半剛性基層內(nèi)部，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性的損壞，在交通荷載作用下，這種破壞進(jìn)一步加劇。因此，要控制和解決半剛性基層的早期水損壞問題，一要注意選擇合適的瀝青混合料類型，另一方面要控制半剛性基層材料的強(qiáng)度在合理的范圍內(nèi)，不能低，也不宜太高。
（五）關(guān)于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的車轍
瀝青路面車轍的形成主要受溫度、軸載、材料類型以及路面結(jié)構(gòu)形式的影響，其中溫度對車轍的形成影響最大。對于半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度較高時(shí)，由于瀝青層軟化，瀝青混合料非常容易發(fā)生塑性形變。路面結(jié)構(gòu)面層材料強(qiáng)度應(yīng)高于基層材料?；鶎硬牧系膹?qiáng)度要大于底基層材料，路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度從上到下應(yīng)有一個(gè)合適的比值。
四、結(jié)語
通過對國內(nèi)外瀝青路面結(jié)構(gòu)形式及使用性能的對比研究，結(jié)合我國瀝青路面特點(diǎn)，詳細(xì)分析了我國瀝青路面主要結(jié)構(gòu)形式，并分析了路面結(jié)構(gòu)早期損壞特點(diǎn)以及原因，為我國公路建設(shè)合理規(guī)劃設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:瀝青路面;水損壞;路面結(jié)構(gòu);持續(xù)粘附能力;表面能理論;分子定向理論
中圖分類號:U416
文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1009-2374(2009)18-0186-03
一、瀝青路面水損壞的特性
瀝青路面水損壞是一個(gè)普遍存在的問題,也決不是一個(gè)過時(shí)的話題,特別是在中國南方地區(qū)。瀝青路面水損壞問題的本質(zhì)是瀝青與集料在靜、動(dòng)水壓力作用下的持續(xù)粘附能力,這也是該問題的核心。瀝青混合料水損壞的作用機(jī)理,主要依據(jù)是瀝青對集料的粘附理論,包括力學(xué)理論、化學(xué)反應(yīng)理論、表面能理論和分子定向理論。
(一)瀝青特性
瀝青一般帶負(fù)電荷,由于含有少量羧酸和亞楓而呈弱酸性;而集料的巖性決定了集料表面電荷的性質(zhì)和酸堿特性。所以,按照化學(xué)反應(yīng)理論,瀝青對集料的粘附性決定于集料的巖性。
(二)集料特性
某些集料過分堅(jiān)硬致密,破碎后表面光滑不利于瀝青粘附。潮濕的集料與瀝青的粘附性大大降低。滯留在混合料內(nèi)部的水分夏季遇高溫會變?yōu)樗羝?使瀝青膜從集料表面撐開。而有些吸水率稍大的集料,只要施工時(shí)徹底干燥,瀝青將會被吸入集料內(nèi)部一部分,反而有良好的水穩(wěn)定性。集料中含有泥土對瀝青混合料得水穩(wěn)定性的影響很大,土壤都帶有負(fù)電荷,它是強(qiáng)親水物質(zhì)。單從材料本身的角度而言,水滲入路面中的途徑還是很多的,例如施工時(shí)集料本身是含水的,而生產(chǎn)混合料時(shí)又不可能完全烘干,又例如施工時(shí)由于石料本身壓碎值較大或壓路機(jī)振幅過大,路面表面露白,給水進(jìn)入瀝青與集料之間的界面提供了條件,還有開放交通后集料表面瀝青的磨耗、集料本身的損失等,都造成路面內(nèi)部實(shí)際上是長時(shí)間處于潮濕狀態(tài)的,如果瀝青與集料粘附性不良,剝落也是不可避免的。排水不良、路面滲水是我國高速公路瀝青路面水損害的重要原因,但并非根本原因,根本的原因是瀝青與集料的粘附性不良。要防止或減輕瀝青路面水損害,最好是能提高瀝青與集料的粘附性。但是,消石灰和水泥的添加不可能完全攪拌均勻,抗剝落劑的性能參差不齊,目前國內(nèi)抗剝落劑的添加工藝的不成熟導(dǎo)致添加效果差,都給瀝青與集料的粘附性留下了隱患。
因此,在改善瀝青對集料粘附性的同時(shí),對路面結(jié)構(gòu)和排水進(jìn)行研究改善顯然是十分必要的,國內(nèi)、外對透水基層、抗滑密實(shí)的上封層和排水設(shè)施等進(jìn)行了研究與應(yīng)用,這是疏導(dǎo)的方法。
二、現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范對瀝青路面水損壞的考慮
我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范針對瀝青路面水損壞現(xiàn)象作了如下規(guī)定:
1.粗集料與瀝青應(yīng)具有良好的粘附性,對年平均降雨量1000mm以上的高速公路和一級公路,表面層所用集料與瀝青的粘附性應(yīng)達(dá)到5級;其他情況粘附性不宜低于4級。
2.當(dāng)粘附性達(dá)不到要求時(shí),應(yīng)通過摻入適量的消石灰、水泥或抗剝落劑等措施,提高粘附性等級及混合料的水穩(wěn)定性。
3.礦粉必須采用石灰石等堿性石料磨細(xì)的石粉,不得使用酸性巖石等其他礦物的礦粉。
4.為防止雨雪下滲,浸入基層、土基,瀝青面層應(yīng)選用密級配瀝青混合料。當(dāng)采用排水基層時(shí),其下均應(yīng)設(shè)防水層,并設(shè)置結(jié)構(gòu)內(nèi)部的排水系統(tǒng),將雨水排除路基外。
5.為排除路面、路基中滯留的自由水,確保路面結(jié)構(gòu)處于干燥或中濕狀態(tài),下列情況下的路基應(yīng)設(shè)置墊層:(1)地下水位高,排水不良,路基經(jīng)常處于潮濕、過濕狀態(tài)的路段;(2)排水不良的土質(zhì)路塹,有裂隙水、泉眼等水文不良的巖石挖方路段;(3)季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段,可能產(chǎn)生凍脹需設(shè)防凍墊層的路段;(4)基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段。
6.現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范還規(guī)定瀝青混合料的空隙率較大、路面滲水嚴(yán)重時(shí)宜設(shè)上封層。可以看出,現(xiàn)行規(guī)范對瀝青路面水損壞的防治還停留在給出設(shè)計(jì)原則階段,因而是粗線條的,對于中央分隔帶、路緣石如何設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)組合應(yīng)選用哪些類型的混合料還不夠詳盡,不能很好地指導(dǎo)建設(shè)、施工。
三、影響瀝青路面水損壞的路面結(jié)構(gòu)因素分析
路面結(jié)構(gòu)組合和路面排水設(shè)計(jì)合理時(shí),路面排水通暢,路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部基本無積水或不至于產(chǎn)生動(dòng)水壓力,有利于瀝青混合料的水穩(wěn)定性,反之則不利于瀝青混合料的水穩(wěn)定性。
(一)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)
1.材料――瀝青混合料類型。瀝青混合料為全開式結(jié)構(gòu)或密實(shí)式結(jié)構(gòu)時(shí),路面不易發(fā)生水損壞;瀝青混合料為半開式結(jié)構(gòu)時(shí),路面易發(fā)生水損壞。隨著公稱最大粒徑的增大,滲水系數(shù)將增加,所以為了做到密水,減小公稱最大粒徑是有效的。
施工失敗時(shí)以上關(guān)于瀝青混合料類型對路面水損壞的影響的分析不適用。瀝青路面密實(shí)度小,則孔隙率大,路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部積水,在車輛荷載作用下易產(chǎn)生動(dòng)水壓力。
2.結(jié)構(gòu)組合。路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)包括給路面不同層位選擇恰當(dāng)?shù)牟牧项愋?保證路面結(jié)構(gòu)的整體承載力和水穩(wěn)定性。這包括選擇密實(shí)而具有良好骨架結(jié)構(gòu)的瀝青混合料,使得路面不至于發(fā)生表面型水損壞;選擇良好的透層和粘層材料,使得路面整體強(qiáng)度足夠,不至于發(fā)生內(nèi)部型水損壞;處理好接縫,避免縫邊級配離析和壓實(shí)不足。
例如,近年來廣泛采用的三層式瀝青路面結(jié)構(gòu)中,上面層普遍設(shè)計(jì)為AK類瀝青混合料,是一種半開式結(jié)構(gòu),再加上施工離析等原因,路面水損壞嚴(yán)重,在排水不暢的橋面情況更嚴(yán)重;下面層普遍設(shè)計(jì)為AC-25I型,而實(shí)際使用效果該層由于施工離析嚴(yán)重,導(dǎo)致透水嚴(yán)重,大量發(fā)生內(nèi)部型水損壞,使得路面疲勞耐久性差,有時(shí)甚至中面層AC-20I型瀝青混合料也存在相同的問題。湖北省和廣東省就提出將下面層設(shè)計(jì)為AC-20I型瀝青混合料,這一建議顯然具有進(jìn)步性。但是,由于加工更小粒徑的碎石工藝流程更繁雜、產(chǎn)量更低和單價(jià)較高等原因,這一建議一直沒有得到采納。
對于瀝青面層的厚度與公稱最大粒徑的關(guān)系一定要引起注意,必須保證厚度不小于公稱最大粒徑的3倍,對SMA要求甚至更高。然而,國內(nèi)一些高速公路建設(shè)忽視了這個(gè)問題,例如有些公路由于造價(jià)的原因減薄了路面結(jié)構(gòu)厚度,卻沒有相應(yīng)調(diào)整瀝青混合料類型,導(dǎo)致兩者不相匹配。厚度與公稱最大粒徑不相匹配一般是厚度偏薄,其后果是級配離析嚴(yán)重,表面缺粒嚴(yán)重,導(dǎo)致壓實(shí)離析,路面滲水。相反的例子是,施工單位私自調(diào)整級配,名義是按設(shè)計(jì)混合料類型施工,實(shí)際調(diào)細(xì)級配甚至將公稱最大粒徑減小一個(gè)篩孔,使得上述不良現(xiàn)象大大減輕甚至基本消失。
由于國內(nèi)長期以來注重路面平整度等原因,路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流一直是半剛性基層瀝青路面,對于柔性基層結(jié)構(gòu)使用較少,在瀝青下面層和上基層之間采用碎石層作排水層的做法自然就難以實(shí)施。許多國家在水泥穩(wěn)定碎石集料上面設(shè)置級配碎石層作為過渡層,以減少路面的開裂和有利于排水,成為倒裝結(jié)構(gòu),如南非、法國和德國等。我們經(jīng)常說有些國家也使用半剛性基層,實(shí)際上是組合式基層瀝青路面。
過去較多地使用乳化瀝青類、稀釋瀝青類材料作為透層、粘層,但實(shí)際使用效果較差,不僅層間脫空,而且水容易滲透進(jìn)入路面結(jié)構(gòu),或積存在上基層表面,造成瀝青路面唧漿等。稀釋瀝青類材料作為透層、粘層存在的問題是,我國工程建設(shè)往往工期十分緊張,特別是新建公路,有時(shí)存在作為稀釋劑的煤油還沒有揮發(fā)就攤鋪上一層混合料,影響了路面質(zhì)量。近年來較多地使用熱瀝青類材料作為透層、封層,層間結(jié)合加強(qiáng)的同時(shí),路面結(jié)構(gòu)防水能力也得到加強(qiáng)。
近年來越來越注重施工縫的設(shè)置,這也是結(jié)構(gòu)方面的很好的考慮,例如,相鄰兩幅及上下層的橫向接縫均應(yīng)錯(cuò)位1m以上,上面層應(yīng)采用垂直的平接縫。上、下層的縱縫應(yīng)錯(cuò)開150mm(熱接縫)或300～400mm(冷接縫)以上。這些措施有利于防止集料離析上下重疊或左右緊鄰,防止形成聯(lián)通的透水面積。
(二)路面排水設(shè)計(jì)
路面排水設(shè)計(jì)與瀝青路面水損壞密切相關(guān),適當(dāng)?shù)穆访媾潘O(shè)計(jì)與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合可以極大地減緩路面水損壞。路面排水設(shè)計(jì)應(yīng)遵循幾個(gè)原則,使得路面降水盡快通過路表逕流排走,進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水以盡量快的速度通過路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)排走。
1.中央分隔帶排水。在我國,中央分隔帶植樹防眩而不加封閉帶來的水損壞現(xiàn)象一直以來沒有得到改善,但近年來,一些公路特別是改擴(kuò)建的公路開始將植樹以外的面積采用漿砌片石等措施進(jìn)行封閉。遭受抱怨的還有反濾土工布被立柱打穿,造成中央分隔帶滲水,但可從設(shè)計(jì)上檢查立柱尺寸是否足以穿透土工布。
2.硬路肩排水。擋水式的路緣石使路面表面排水滯留在路面上成為水坑,也妨礙了具有一定透水能力的表面層的內(nèi)部積水從硬路肩排出。近年來較多采用了平放的路緣石,不至于使水滯留在路面上。
3.路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水。挖方路段的排水往往是薄弱環(huán)節(jié),尤其要注意邊溝的深度,不僅能排路表水,還應(yīng)能排結(jié)構(gòu)層的水,使路面內(nèi)部的水能排入邊溝。路基中有地下水或裂隙水冒出時(shí),將使路基含水量過大,承載能力嚴(yán)重降低,所以挖方路段的縱向排水盲溝也是很重要的。在瀝青層下設(shè)置排水層,可以是級配碎石層,也可以是嵌擠良好的瀝青或水泥穩(wěn)定碎石(或貫入式結(jié)構(gòu)層),空隙率應(yīng)達(dá)到15%以上。但施工期間必須保證路面不被污染,以防止將空隙堵住。
(三)施工質(zhì)量和工藝
施工質(zhì)量和工藝的可靠、合理是一切設(shè)計(jì)得到體現(xiàn)的保證,是工程建設(shè)的生命。沒有施工質(zhì)量和合理的工藝作保障,任何完美的設(shè)計(jì)都只是一紙空文。
以上路面材料、結(jié)構(gòu)組合和路面排水系統(tǒng)等幾個(gè)影響因素都對瀝青路面水損壞存在影響,相互之間一方面普遍存在聯(lián)系,另一方面又存在相對獨(dú)立性。它們是通過瀝青與集料在靜、動(dòng)水壓力作用下的持續(xù)粘附能力這一內(nèi)部影響因素而相互聯(lián)系的,故屬于內(nèi)部聯(lián)系、本質(zhì)聯(lián)系。
四、瀝青路面水損壞的室內(nèi)試驗(yàn)研究方法簡介
一般而言,瀝青路面水損壞研究以瀝青路面在車輛荷載和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水的雙重作用下的損壞為研究對象。沒有車輛荷載的作用,動(dòng)水壓力無從產(chǎn)生;沒有路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水的存在,即使有車輛荷載,也不會產(chǎn)生動(dòng)水壓力,故車輛荷載和動(dòng)水壓力對瀝青路面的水損壞研究缺一不可。
目前,有關(guān)水對瀝青混合料性能影響的研究大部分集中在分析瀝青混合料的水敏感性和抗水損壞材料的開發(fā)上,而有關(guān)水的作用對瀝青混合料長期性能的影響,以及路面在此條件下的疲勞壽命衰減等方面的研究工作進(jìn)行得較少。
常規(guī)的描述水對瀝青混合料性能影響的試驗(yàn)方法大致可分為兩類:
一類是將未經(jīng)壓實(shí)的松散瀝青混合料浸于水中一段時(shí)間后,主觀評價(jià)或利用試驗(yàn)儀器檢查集料裹覆瀝青膜的剝蝕程度,并據(jù)此作為判定瀝青混合料水穩(wěn)定性的依據(jù)。這類方法以水煮法、浸水法和光電分光度法為代表,美國SHRP研究內(nèi)容中還發(fā)展了一種攪動(dòng)水凈吸附法。目前有研究改變這類試驗(yàn)的試驗(yàn)參數(shù)如試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)時(shí)間等進(jìn)行試驗(yàn),取得了初步效果。
另一類評價(jià)方法是將瀝青混合料試件或芯樣置于一定的水浸蝕環(huán)境條件下,以某些物理力學(xué)指標(biāo)的衰減程度來表征混合料的水穩(wěn)定性。這類方法有馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、洛特曼試驗(yàn)、改進(jìn)的洛特曼試驗(yàn)以及浸水輪輒試驗(yàn)等。
也有過一些研究從一定角度模擬了水對瀝青混合料的動(dòng)態(tài)作用,如Jimenez在亞利桑那大學(xué)提出重復(fù)孔隙水壓力的作用。為了能夠模擬孔隙水壓力,將試件浸入水中,同時(shí)施加一個(gè)能夠產(chǎn)生35～217kPa的孔隙水壓力的循環(huán)應(yīng)力作用。Jimenez認(rèn)為這個(gè)水壓力范圍與飽和狀態(tài)瀝青路面在車輛荷載作用下產(chǎn)生的孔隙水壓力范圍是相吻合的。
工欲善其事,必先利其器。恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法是通向研究成功的第一步,也是關(guān)鍵的一步。在目前瀝青路面水損壞普遍嚴(yán)重存在的情況下,研究有效評價(jià)瀝青混合料或?yàn)r青路面水穩(wěn)定性的室內(nèi)試驗(yàn)方法,是十分有必要的,也是十分緊迫的。
五、瀝青路面水損壞的現(xiàn)場試驗(yàn)研究方法
為了使瀝青混合料水穩(wěn)定性研究符合實(shí)際、接近實(shí)際,光憑室內(nèi)試驗(yàn)分析是不夠的,有必要在實(shí)體工程中開展現(xiàn)場試驗(yàn)研究。然而到目前為止,國內(nèi)外還沒有完整地提出過進(jìn)行瀝青路面水損壞現(xiàn)場試驗(yàn)研究的思想,已有的研究還只限于在路況調(diào)查階段對瀝青路面水損壞進(jìn)行分類、歸納、統(tǒng)計(jì)和分析查明原因。瀝青路面水損壞現(xiàn)場試驗(yàn)研究方法的提出,無疑將成為本課題研究的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。
1.比較研究不同結(jié)構(gòu)組合瀝青路面的水穩(wěn)定性,如半剛性基層與瀝青穩(wěn)定基層瀝青路面,又如表面層設(shè)計(jì)為AK-13A、SAC-13的和SMA-13A的進(jìn)行比較,中、下面層設(shè)計(jì)為AC類結(jié)構(gòu)的和FAC類的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,層間結(jié)合采用乳化瀝青的和采用熱瀝青的進(jìn)行比較,下封層采用應(yīng)力吸收層的與采用熱瀝青上撒布瓜米石的進(jìn)行比較。比較的具體方法可以采用現(xiàn)場病害調(diào)查(反映表面水損壞情況),也可以采用路表彎沉檢測分析(反映內(nèi)部水損壞情況),既能調(diào)查得到需要的數(shù)據(jù),又不對路面造成破壞。
2.利用TBR儀等無損檢測手段檢測路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部實(shí)際含水情況,比較不同路面結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部排水設(shè)計(jì)的瀝青路面的水穩(wěn)定性,例如對是否設(shè)置排水墊層的路面進(jìn)行對比,對是否封閉中央分隔帶除植樹以外部分的路面進(jìn)行對比,對是否設(shè)置硬路肩路緣石的路面水穩(wěn)定性進(jìn)行對比。
3.利用動(dòng)水壓力測試系統(tǒng),對車輪荷載作用下動(dòng)水壓力進(jìn)行測試,為路面結(jié)構(gòu)受力分析提供更多參數(shù)。
4.利用公路改擴(kuò)建的機(jī)會,進(jìn)行開挖試驗(yàn),檢驗(yàn)不同路面結(jié)構(gòu)組合、不同路面排水設(shè)計(jì)情況時(shí)的瀝青路面水穩(wěn)定性。
六、結(jié)語
瀝青路面水損壞涉及設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等眾多環(huán)節(jié),而路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響尤其重要。針對瀝青路面水損壞的現(xiàn)狀,顯然應(yīng)該從設(shè)計(jì)的角度下更多的功夫,例如現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范主要從力學(xué)的角度考慮瀝青路面結(jié)構(gòu)承載能力,對水損壞的考慮就有很大的欠缺,沒有針對路面使用性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。要想在短時(shí)間內(nèi)解決路面設(shè)計(jì)方法體系顯然是有不小困難的,然而,從材料的角度對瀝青路面水損壞的室內(nèi)、外試驗(yàn)研究也還很不夠,特別是沒有從理論上很好地解決瀝青混合料水穩(wěn)定性的原理,這也是瀝青混合料水穩(wěn)定性設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)的難題所在。
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關(guān)鍵詞： 瀝青路面 病害 大修技術(shù) 罩面翻修
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在碎石或者礦粉等礦質(zhì)材料中摻入路用瀝青鋪筑的路面稱為瀝青路面。在礦料中摻入瀝青提高了路面的穩(wěn)定性，使路面更加平整，光滑，耐磨耐用。瀝青路面在是公路建設(shè)中被廣泛應(yīng)用的高等級柔性路面。但是隨著交通行業(yè)的高速發(fā)展，很多瀝青路面在高負(fù)荷條件下工作，出現(xiàn)了坑槽、松散、車轍、裂縫等病害。瀝青路面的大修技術(shù)逐漸成為公路管理部門研究的主要問題。目前瀝青路面的修復(fù)技術(shù)有罩面、翻修以及再生等技術(shù)，大修技術(shù)還處于研究階段，各方面理論還不完善。
1 瀝青路面病害及其成因
路面病害及其成因是設(shè)計(jì)瀝青路面大修方案的依據(jù)，為更好地分析瀝青路面大修技術(shù)面，通常需要進(jìn)行定量或定性評價(jià)分析路面病害以及路面產(chǎn)生損壞的原因。對于瀝青路面常見車轍、裂縫病害以及成因分析如下：
1.1車轍及其成因分析
1.1.1車轍
車轍是瀝青路面在車輛荷載的反復(fù)作用下產(chǎn)生的豎向不可恢復(fù)變形。車轍按成因不同分為磨耗型、失穩(wěn)型、壓密型以及結(jié)構(gòu)型四類。
磨耗型車轍是瀝青路面表層材料在車輪摩擦以及外界環(huán)境條件下逐漸損耗而形成的車轍。磨耗型車轍一般隨著路面的已建成年數(shù)的增加而加劇，另外，若車輛使用防滑鏈和帶釘輪胎后，磨耗型車轍更容易產(chǎn)生。失穩(wěn)型車轍是由于瀝青面層材料的剪切變形引起的。根據(jù)失穩(wěn)的層次結(jié)構(gòu)的不同，失穩(wěn)車轍又可以分為路基失穩(wěn)型、基層失穩(wěn)型以及面層失穩(wěn)型。產(chǎn)生這類車轍的原因有很多，主要原因是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，路基不均勻沉降以及路面承受荷載超過設(shè)計(jì)荷載。壓密型車轍是由于路面碾壓不當(dāng)，產(chǎn)生的車轍，主要是為追求平整度，壓實(shí)度過高，導(dǎo)致壓應(yīng)力超過瀝青的極限抗壓強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)型車轍是由于路面承受的車輛荷載超過了路面的強(qiáng)度，瀝青面層以及路基等結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形，這種車轍寬度較大，車轍兩側(cè)無隆起現(xiàn)象的V型斷面。
1.1.2 車轍的成因分析
車轍的產(chǎn)生的原因多而復(fù)雜，并且不同類型的車轍產(chǎn)生的原因也相差很大。對于國內(nèi)公路車轍的成因，國內(nèi)專家通過調(diào)查以及鉆芯取樣等方法研究分析結(jié)果如下：
(1)面層礦料級配不當(dāng)
面層礦料的級配一般通過施工技術(shù)規(guī)范以及現(xiàn)場試驗(yàn)確定，礦料級配不合理導(dǎo)致路面穩(wěn)定性差，路面承受車輛荷載時(shí)，產(chǎn)生車轍。若瀝青路面面層混合料級配中細(xì)粒偏多，粗骨料偏少，混合料之間摩擦力較小，細(xì)料懸浮在路面結(jié)構(gòu)中未形成穩(wěn)定的骨架，這種路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差。但是若瀝青路面面層混合料級配中粗骨料偏多，細(xì)骨料偏少，這樣導(dǎo)致粗骨料之間的縫隙不能被細(xì)骨料充分填筑，形成不穩(wěn)定的路面結(jié)構(gòu)，在車輛荷載作用下路面結(jié)構(gòu)極易碾壓破壞形成車轍。
（2）車輛荷載以及通行量的影響
公路路面的設(shè)計(jì)荷載依據(jù)公路路面設(shè)計(jì)規(guī)范以及公路等級確定，適當(dāng)考慮公路建成后的預(yù)計(jì)通行量以及通行車輛的類型對設(shè)計(jì)荷載的需要。但是對早期公路設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)荷載的確定沒有考慮預(yù)計(jì)通行量以及通行車輛的類型，造成設(shè)計(jì)荷載不能滿足公路正常運(yùn)用。另外，最近幾年建成的公路雖然考慮了擬建成后的實(shí)際通行情況，但是因?yàn)楣方煌ㄟ\(yùn)輸發(fā)展過快，是擬建預(yù)期交通量與建成后實(shí)際通行量相差較大。
（3）瀝青的影響
在高溫作用下瀝青混合料中粗細(xì)骨料之間靠相互嵌擠作用來抵抗反復(fù)壓縮以及側(cè)向流動(dòng)，同時(shí)瀝青混合料也會被粗細(xì)骨料牽制產(chǎn)生剪切破壞，因此瀝青與骨料之間相輔相成，共同抵抗外界荷載的作用。瀝青種類很多，但是用于鋪筑路面的瀝青材料主要地瀝青和焦油瀝青兩種。道路瀝青的品牌較多，不同品牌瀝青的性能指標(biāo)也相差很大，因此瀝青的選擇對瀝青路面質(zhì)量也有一定的影響。
1.2 裂縫以及裂縫成因
裂縫按表現(xiàn)形式分為橫向裂縫和縱向裂縫。橫向裂縫是與行車方向垂直或者接近垂直，分布相對較廣泛。瀝青路面產(chǎn)生橫向裂縫的主要影響因素有：瀝青和瀝青混合料的性質(zhì)、公路基層材料的特性、當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、施工技術(shù)方案、通行量以及通行車輛的類型。
公路縱向裂縫是除橫向裂縫外最為常見的裂縫之一，長度一般為幾米到十幾米之間，嚴(yán)重的也有連續(xù)幾百米。工程實(shí)際中縱向裂縫根據(jù)寬度大小大致分為輕微裂縫和嚴(yán)重裂縫兩類，輕微的縱向裂縫寬度小于6mm，嚴(yán)重的縱向裂縫常有明顯的沉陷、錯(cuò)臺等豎向位移。瀝青路面產(chǎn)生縱向裂縫的主要影響因素有：表層集料級配不合理、降溫產(chǎn)生溫縮應(yīng)力以及路基不均勻沉降或者路基局部濕軟等。
2 瀝青路面的大修技術(shù)
瀝青路面常見的大修技術(shù)包括：罩面、翻修以及再生技術(shù)等。不同大修技術(shù)具有不同的適用范圍，針對不同的路面病害應(yīng)選用合理的大修技術(shù)。
2.1 罩面技術(shù)
瀝青路面大修罩面技術(shù)按適用功能不同分為普通罩面、抗滑罩面以及封層罩面三類。
普通罩面一般選用使用性能較好的改性瀝青或者粘稠性道路瀝青，用于修復(fù)瀝青路面的磨損和平整度，有效提高瀝青路面的使用性能。封層罩面主要用于修復(fù)瀝青路面的磨耗以及損害，結(jié)合料宜選乳化瀝青或者改性乳化瀝青?？够置媸怯糜谠龃鬄r青路面表面構(gòu)造深度、提高路面的抗滑性能、保證車輛通行安全。
罩面技術(shù)是用于修復(fù)瀝青路面使用過程中產(chǎn)生的破損，使瀝青路面完全或者幾乎完全恢復(fù)平整度，從而提高路面的使用性能。罩面類型的選澤應(yīng)根據(jù)修復(fù)路段的工程實(shí)際情況、公路等級以及通行情況等綜合考慮確定。目前對于罩面技術(shù)研究還不完善，很多瀝青面加鋪罩面后很快出現(xiàn)車轍，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重剝落現(xiàn)象，對于瀝青路面何種情況下采用罩面技術(shù)也沒有明確的判斷標(biāo)準(zhǔn)，因此罩面技術(shù)還需要做進(jìn)一步的研究完善。
2.2翻修技術(shù)
當(dāng)路面破壞較為嚴(yán)重時(shí)，采用瀝青路面罩面修復(fù)技術(shù)已不能恢復(fù)路面的使用性能，為保證修復(fù)效果要對瀝青路面進(jìn)行翻修。翻修用于結(jié)構(gòu)已經(jīng)破壞的瀝青路面，比如基層塌陷和路基不均勻沉降產(chǎn)生的嚴(yán)重縱向裂縫等。根據(jù)瀝青路面病害的不同可以對瀝青路面進(jìn)行面層翻修或者面層基層同時(shí)翻修。
僅翻修面層時(shí)應(yīng)控制翻修深度不能過深也不能過淺，翻修下來的瀝青混合料要運(yùn)回拌合站或工廠進(jìn)行再生利用。鋪筑新瀝青面層時(shí)應(yīng)與舊路面層保持銜接，瀝青材料與舊路面材料相同。面層與基層同時(shí)翻修的情況應(yīng)先銑刨掉，然后翻挖基層，瀝青面層翻挖的寬度應(yīng)該大于基層翻修寬度的邊緣線40cm左右，使得新鋪筑的面層與基層有效搭接。翻修技術(shù)能夠有效提高公路路面的使用性能，但是需要的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于罩面修復(fù)的費(fèi)用。
3.結(jié)束語
目前公路瀝青路面出現(xiàn)病害比較嚴(yán)重，但是瀝青路面大修技術(shù)還處于研究階段，各方面理論還不完善，因此對于瀝青路面大修技術(shù)方案要全面考慮綜合分析。通過分析瀝青路面存在的主要病害以及瀝青路面的通行量等問題，充分考慮瀝青路面各大修技術(shù)的適用范圍，有效地進(jìn)行瀝青路面的修復(fù)，提高瀝青路面的使用性能，是目前公路瀝青病害管理的核心工作。
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中圖分類號： TU535文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
一、前言
瀝青路面在使用過程中，由于受到車輛重荷載和溫度的反復(fù)凍脹作用，會出現(xiàn)各種形式的裂縫。裂縫的產(chǎn)生使雨季雨水很容易滲入路面面層、基層、甚至路床內(nèi)部，在路面排水不暢的情況下，很容易形成路面的水損害，降低路基、基層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和面層的耐久性，并會進(jìn)一步導(dǎo)致局部路面沉陷、唧泥，裂縫、松散、坑槽等許多病害的出現(xiàn)，裂縫的出現(xiàn)，使裂縫周圍的路面成為薄弱地帶，在車輛荷載的反復(fù)作用下會加速路面的損壞，因此裂縫的出現(xiàn)如果處理不當(dāng)會加劇路面的損害，縮短路面的使用壽命，并降低路面的行駛質(zhì)量。為了維護(hù)道路的資產(chǎn)延長壽面，保證行駛質(zhì)量，必須采取科學(xué)的手段對裂縫進(jìn)行及時(shí)處理。
二、常見裂縫類型及形成因素
瀝青路面裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至是多種因素互相影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。按照裂縫的形式分為這五種形狀縱向裂縫、橫向裂縫、塊狀裂縫、網(wǎng)裂、龜裂。我們根據(jù)這五種裂縫的形成因素從以下幾方面分析
1、設(shè)計(jì)方面
設(shè)計(jì)與實(shí)際路段情況相差大，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理。瀝青面層結(jié)構(gòu)選用不當(dāng)，混合料類型不合理，瀝青混合料配比設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確；路面厚度設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致路面強(qiáng)度明顯不能滿足行車要求，交通運(yùn)輸發(fā)展迅猛，路面回彈彎沉值逐漸增大，滿足不了交通量迅速增長和汽車載重明顯增大的需求，瀝青路面過早產(chǎn)生疲勞破壞，路面網(wǎng)裂伴隨著縱向裂縫和形變產(chǎn)生。路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，對地形不夠了解，設(shè)計(jì)的排水系統(tǒng)真正起不到排水的功能。
2、施工方面
2.1路基施工方面影響
路基填料不符合規(guī)范要求，路基填土含水量偏大，在凍脹作用下使路面形成裂縫；路基碾壓不均勻，出現(xiàn)填土局部未壓實(shí)或兩側(cè)密實(shí)度不夠，使路基產(chǎn)生不同程度的沉陷，形成裂縫；舊路拓寬時(shí)，新舊路基銜接處理不符合技術(shù)規(guī)范要求，新路基壓實(shí)度不夠，造成路基不均勻沉陷或滑坡，形成裂縫；傍山公路半填半挖地段、橋臺與填方接頭處、路基施工未按規(guī)范要求，易造成自然沉降，經(jīng)長時(shí)間行車作用易形成裂縫。
2.2基層施工方面影響
目前，高等級公路路面結(jié)構(gòu)基本上是半剛性基礎(chǔ)層的結(jié)構(gòu)，采用這樣的結(jié)構(gòu)有很多毛病，半剛性基層容易開裂，反射到表面，路面進(jìn)水后，又很難排出，容易造成路面界面條件和受力狀態(tài)的變化；基層、底基層、路面表面清除不干凈。在鋪筑上一結(jié)構(gòu)層前，若路面結(jié)構(gòu)層及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干凈，在雨水作用下，浮層油料變軟被行車擠壓造成的高壓水流沖刷成漿，進(jìn)而波及到瀝青面層表面；由于施工質(zhì)量不好，無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定基層沒有拌和到底，底部留有素土夾層，在行車反復(fù)作用下導(dǎo)致路面產(chǎn)生塊狀裂縫；基層松散及系數(shù)控制不嚴(yán)而導(dǎo)致的二次補(bǔ)加層；在基層施工過程中，灰土的上、下橫接縫因重疊或搭接過少而出現(xiàn)裂縫；部分基層壓實(shí)度不足，在最大干密度確定的情況下，基層的壓實(shí)度與混合料中粗、細(xì)集料的比例特別是粗粒料的含量密切相關(guān)。
2.3路面施工方面影響
瀝青混合料的組成。礦料級配，瀝青含量，集料品種不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對原材料檢驗(yàn)不嚴(yán)，對瀝青混合料的配合比控制不夠，特別是礦粉和瀝青用量不準(zhǔn)，使瀝青路面早期出現(xiàn)推擁，油包，松散，露骨，坑槽，裂縫等；當(dāng)瀝青面層的空隙率較大時(shí)，瀝青面層的通透性增大，外界水易侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部；施工當(dāng)中未按照施工工藝和程序進(jìn)行施工，部分路面混合料離析和不均勻容易造成局部滲水，使路面出現(xiàn)病害；施工中壓實(shí)不足，片面追求平整度，不能在溫度較高的時(shí)候及時(shí)壓實(shí)，不敢采用輪胎壓路機(jī)，這樣就造成了路面表層看起來很平整，通車不久就很快衰減；施工機(jī)械設(shè)備陳舊，不配套，使混合料的配合比計(jì)量、拌和均勻性、壓實(shí)度、平整度等受到很大影響；瀝青混合料加熱溫度過高，瀝青和礦料拌和時(shí)，瀝青便被礦料的高溫灼焦、使瀝青老化、路面強(qiáng)度不足，產(chǎn)生松散、坑槽等病害。
3、養(yǎng)護(hù)管理方面
養(yǎng)護(hù)不及時(shí)。瀝青路面在行車作用下出現(xiàn)小面積松散，個(gè)別坑槽后，未及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
4、 周圍環(huán)境影響
（1）老化和環(huán)境因素。在嚴(yán)冬，瀝青材料最易破碎，其強(qiáng)度將難以承受由溫縮引起的拉伸應(yīng)力，可能由于路面的溫縮和翹曲在路表出現(xiàn)微裂縫。（2）瀝青路面裂縫擴(kuò)展的影響因素。瀝青路面開裂主要由交通和環(huán)境因素引起，與行車荷載有關(guān)的瀝青路面開裂的典型例子就是龜裂。這種類型裂縫是由于溫度下降或干縮變形時(shí)瀝青路面結(jié)構(gòu)層收縮引起的。（3）交通荷載誘發(fā)裂縫。根據(jù)經(jīng)典的疲勞強(qiáng)度理論，交通荷載引起的瀝青路面裂縫產(chǎn)生于受約束層底部，然后向上擴(kuò)展到路表。這種裂縫應(yīng)出現(xiàn)在車輪輪跡處，應(yīng)為橫向裂縫。（4）環(huán)境因素誘發(fā)裂縫。事實(shí)上，由環(huán)境因素誘發(fā)的裂縫通常呈現(xiàn)為橫向裂縫，這是因?yàn)闇囟认陆祷蚋蓾褡兓湛s變化的應(yīng)力一般在縱向最大。在特殊條件下，如高摩擦力和溫度或含水是急劇下降，就可能產(chǎn)生橫向裂縫，在這種情況下也可能產(chǎn)生典型的塊裂。（5）荷載與環(huán)境因素對瀝青路面開裂的綜合影響。與交通荷載和環(huán)境因素相關(guān)的應(yīng)力不是彼此孤立的，而且在許多氣候條件下，瀝青路面裂縫在白天主要受交通影響，而夜晚主要受環(huán)境因素影響。
三、瀝青路面裂縫的預(yù)防 （1）材料的選擇。根據(jù)道路所在地區(qū)的氣候條件和混合料類型選擇結(jié)合料，對于水泥處治基層，如果條件允許，最好使用溫度膨脹系數(shù)低的骨料。瀝青青混合料的集料應(yīng)選用表面粗糙、石質(zhì)堅(jiān)硬、耐磨性強(qiáng)、嵌擠作用好、與瀝青粘附性好的材料。如果集料呈酸性，則應(yīng)填加一定數(shù)量的抗剝落劑或石灰粉，確?；旌狭系目箘兟湫阅?，同時(shí)應(yīng)盡量降低集料的含水量，盡可能使用人工砂代替原形顆粒的天然砂；采用橡膠瀝青或聚合物改性瀝青在瀝青混凝土表面作封層，可進(jìn)一步提高表面層的抗溫度裂縫能力。對于瀝青結(jié)合料，使用某些聚合物或添加劑可以提高其抗裂能力。瀝青混合料中的集料應(yīng)選用表面粗糙，石質(zhì)堅(jiān)硬，耐磨性強(qiáng)，嵌擠作用好，與瀝青粘附性的材料，盡可能使用人工砂代替圓形顆料的天然沙。
（2）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。顯然，所設(shè)計(jì)的道路必須能適應(yīng)客觀存在的交通荷載水平和溫度條件。若道路隨載力不足，將加速路面疲勞開裂過程。在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意路面排水與防水措施。瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)中瀝青混合料級配也是一項(xiàng)重要因素，在合理選擇混合料級配時(shí)，應(yīng)兼顧其高溫穩(wěn)定性，疲勞性能和低溫抗裂性，以及耐久性等各方面的要求。在條件允許的情況，可以采用間斷級配、大空隙、密實(shí)型的瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性瀝青。SMA混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能，抗車轍性能好、使用壽命長，是防裂路面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用的一項(xiàng)新技術(shù)。
（3）設(shè)計(jì)應(yīng)力吸收層。設(shè)計(jì)應(yīng)力吸收層，對減緩反射裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展有明顯的效果，可使裂縫處相對位移產(chǎn)生的應(yīng)力傳到面層時(shí)大為減少，可明顯減弱裂縫尖端應(yīng)力的奇異性，降低應(yīng)力強(qiáng)度因子，而吸收層的彈模越低，防裂效果越好。就目前常用的材料而言，土工織物與瀝青橡膠薄膜的彈模較低，變形率越大，且不存在低溫脆化問題，效果最佳。
（4）施工質(zhì)量。鋪筑路面材料時(shí)，應(yīng)該遵循正確的施工原則。在施工方面，控制半剛性基層碾壓時(shí)的含水量為最佳含水量的0．9倍，壓實(shí)度達(dá)到規(guī)范要求，碾壓完成后要及時(shí)保濕養(yǎng)護(hù)，防止基層干曬，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，立即噴灑瀝青乳液，做成透層或粘層，然后盡快鋪瀝青面層；制備瀝青混合料時(shí)控制好加熱時(shí)間和加熱溫度，不使瀝青老化、加強(qiáng)碾壓，使瀝青混合料達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，也可減少反射裂縫；為了減少瀝青面層由于半剛性基層的收縮裂縫而產(chǎn)生反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫．應(yīng)盡可能采取有效措施來減少半剛性基層本身的收縮裂縫。
四、裂縫處治
（1）寬度小于5mm的裂縫
處治此類裂縫，可以采用進(jìn)口瀝青膠灌縫。將路面裂縫徹底清理干凈后使用灌縫機(jī)進(jìn)行灌縫。灌縫膠完全干燥后即可開放交通。
（2）對于寬度大于5mm的裂縫
a.此類裂縫要開槽灌縫。檢查開槽機(jī)、吹風(fēng)機(jī)，確保其處于良好的工作狀態(tài)。
b.啟動(dòng)開槽機(jī)、灌封機(jī)、吹風(fēng)機(jī)，確保其處于良好的工作狀態(tài)。
c.啟動(dòng)灌封機(jī)并向熱熔釜內(nèi)添加灌封膠，灌封膠加熱至最低灌入溫度或施工溫度，但不能超過灌封膠安全加熱溫度（具體加熱溫度以灌封膠使用說明規(guī)定溫度為準(zhǔn)），熱熔釜內(nèi)應(yīng)保持至少1／3的容量以利于保持灌封膠溫度均勻。
d.開槽的尺寸選擇深1.5-3cm，寬1-2cm，按照深度寬度比不超過2:1的原則確定開槽尺寸，預(yù)先調(diào)節(jié)好開槽機(jī)深度，然后進(jìn)行開槽作業(yè)。作業(yè)時(shí)，根據(jù)裂縫寬度，及時(shí)調(diào)節(jié)開槽尺寸。
e.用肩背式吹風(fēng)機(jī)將槽內(nèi)的碎渣及裂縫兩側(cè)至少10cm范圍內(nèi)的灰塵徹底清除，保證槽口新鮮、干凈、干燥。
f.在灌封膠加熱溫度達(dá)到193℃左右時(shí)，用灌封機(jī)上帶有刮平器的壓力噴頭將灌封膠由低向高均勻地灌入槽內(nèi)，并在裂縫兩側(cè)保持一定寬度，灌封膠厚度均勻，線形流暢。
g.灌封膠充分冷卻或固化直至不粘輪才能開放交通，一般冷卻時(shí)間為 15min左右，具體開放交通時(shí)間可根據(jù)氣溫情況靈活掌握。灌封過程中應(yīng)及時(shí)把路面上的碎渣清掃干凈。
五、結(jié) 論
裂縫是瀝青路面結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低路面的抗?jié)B能力，影響路面的使用功能，只有采取積極有效的措施，杜絕以上各種不利因素發(fā)生，嚴(yán)格規(guī)范施工，才能有效控制公路瀝青路面的開裂縫問題，提高公路瀝青路面的質(zhì)量。造成瀝青路面出現(xiàn)裂縫的原因是多方面的，但是只要加強(qiáng)對設(shè)計(jì)、施工管理，嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，提高施工質(zhì)量，瀝青面層裂縫是可以得到有效的控制的。
參考文獻(xiàn)
1《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》》(JTG F40—2004)，主編單位：交通部公路科學(xué)研究所；
關(guān)鍵詞：玻纖格柵,路面,反射裂縫,處治
1、引言
舊路改建工程項(xiàng)目中,新老路結(jié)合部的裂縫已成為常見的質(zhì)量通病。其產(chǎn)生的主要原因?yàn)?新老路路基的結(jié)構(gòu)層厚度、強(qiáng)度和工后沉降不一，導(dǎo)致新老路結(jié)合部出現(xiàn)開裂。輕者使瀝青砼路面產(chǎn)生裂縫、坑槽、沉陷等，形成路面早期破壞；在降水作用下，重者可使路基受水浸蝕而失穩(wěn)，造成路基的整體性破壞。近十年來，隨著玻纖格柵在瀝青路面中的廣泛應(yīng)用，其明顯見好的工程處治效果也得到了認(rèn)可，為路面提高強(qiáng)度和反射裂縫防治提供了更廣泛的選擇和施工依據(jù)。論文參考網(wǎng)。
2、玻纖格柵的研究概況
瀝青路面中采用加筋的方法來改善路面使用性能的設(shè)想由來已久。國內(nèi)自八十年代末才開始研究此技術(shù)。1992年北京市公路局設(shè)計(jì)研究院結(jié)合八達(dá)嶺公路水泥混凝土路面大修，采用金屬網(wǎng)防治反射裂縫，使用效果較好。哈爾濱建筑工程學(xué)院道路研究所于1993年7月提出了《塑料網(wǎng)格在柔性路面結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用》報(bào)告，對室內(nèi)外試驗(yàn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并提出了施工工藝。同時(shí)長沙交通學(xué)院也對加筋塑料格柵進(jìn)行了室內(nèi)研究，提出了《土工格柵對改善瀝青混凝土開裂性能的試驗(yàn)研究》初步報(bào)告。通過近年來國內(nèi)外對玻纖加筋格柵瀝青混凝土試驗(yàn)研究的結(jié)果表明：玻纖加筋格柵具有高抗拉強(qiáng)度、與瀝青混合料的相容性好、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強(qiáng)等特點(diǎn)，能均勻傳遞軸載，并將反射裂縫由豎向轉(zhuǎn)為水平方向。基于這一點(diǎn)，玻纖格柵對減薄瀝青層厚度、防治反射裂縫、減少車轍作用、改善瀝青路面結(jié)構(gòu)性能和延長道路的使用壽命具有顯著效果。
1）、玻纖格柵的作用機(jī)理
本項(xiàng)目工程中的玻纖格柵設(shè)置在水泥穩(wěn)定粒料基層和瀝青混凝土下面層之間，因?yàn)檫@個(gè)位置基層產(chǎn)生的極小裂縫即能反射到面層表面，使路面頂層開裂，導(dǎo)致路面的早期破壞。目前認(rèn)為玻纖格柵起防裂作用的方式有兩種：①下面層瀝青混合料在壓實(shí)機(jī)械作用下，通過玻纖格柵與水泥穩(wěn)定粒料基層發(fā)生機(jī)械咬合、嵌擠，并由透層油粘結(jié)成整體，通過玻纖格柵橫肋的作用提供抗拉應(yīng)力。②玻纖格柵經(jīng)過壓實(shí)機(jī)械作用，使玻纖格柵通過透層油瀝青與上基層和下面層粘結(jié)成一體，并通過瀝青的粘結(jié)力發(fā)揮作用。
通過上述兩種作用力，使玻纖格柵發(fā)揮抗拉防裂作用。縱向裂縫的發(fā)生主要是拉應(yīng)力和剪應(yīng)力作用的結(jié)果。在對稱荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)層某一深度處由豎向受壓變成橫向受拉。裂縫發(fā)生時(shí)，垂直于豎向裂縫展開方向受到較大的拉應(yīng)力作用，而玻纖格柵能提供較大的拉應(yīng)力，改變路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布。同時(shí)玻纖格柵使路面結(jié)構(gòu)的整體剛度加大，對裂縫尖端處的拉應(yīng)力集中起到擴(kuò)散作用，阻止或減輕裂縫的產(chǎn)生，對半剛性水泥穩(wěn)定粒料基層起到保護(hù)作用，延長路面結(jié)構(gòu)的壽命。在非對稱荷載作用下，裂縫的破裂面產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力。玻纖格柵對尖端的拉應(yīng)力和剪應(yīng)力集中起到擴(kuò)散作用，對裂縫尖端的拉應(yīng)力集中的擴(kuò)散比較明顯，裂縫的表現(xiàn)形式為剪切型開裂，隨著裂縫的逐漸展開，玻纖格柵的抗剪作用較為顯著的表現(xiàn)出來。論文參考網(wǎng)。而抗剪作用的發(fā)揮，開始階段為玻纖格柵與上基層和下面層之間的膠合作用，隨著裂縫的展開，玻纖格柵的膠結(jié)作用和橫向格柵與瀝青骨料之間作用力共同作用。因此，灑好透層油來確保玻纖格柵和基層、面層的粘結(jié)，是玻纖格柵發(fā)揮作用的關(guān)鍵。
當(dāng)然，關(guān)于路面結(jié)構(gòu)層加筋設(shè)計(jì)尚無成熟的理論設(shè)計(jì)計(jì)算體系，也有人對“路面結(jié)構(gòu)加筋可以增大路面結(jié)構(gòu)層的彈性模量，可以減薄路面結(jié)構(gòu)層厚度”提出質(zhì)疑。因?yàn)楦鶕?jù)目前我國“強(qiáng)基薄面”的路面設(shè)計(jì)概念，國內(nèi)目前路面設(shè)計(jì)體系中推薦的高速公路瀝青路面的最大厚度為18cm，分3層進(jìn)行施工。若對瀝青路面厚度減薄卻又不能滿足瀝青混凝土路面最小攤鋪厚度的要求，因此不能對路面結(jié)構(gòu)層厚度減少。玻纖格柵不參與路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，按照加鋪層對待。
在裂縫防治中，強(qiáng)調(diào)玻纖格柵的極限抗拉強(qiáng)度意義不大，在極限抗拉強(qiáng)度下的變形已不滿足裂縫防治的要求。應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要將某一允許應(yīng)變下的應(yīng)力水平作為重要參數(shù)，即強(qiáng)調(diào)玻纖格柵在某應(yīng)力水平下的剛度和剛度模量值。目前研究中，建議選擇抗拉剛度在1.0MN/m以上的筋材，最好選擇抗拉剛度大于40.0MN/m、抗拉強(qiáng)度大于40.0MN/m的筋材。
2）、玻纖格柵的施工要點(diǎn)
①透層油的灑布：由玻纖格柵的作用機(jī)理知道，透層油的灑布質(zhì)量是玻纖格柵發(fā)揮作用大小的關(guān)鍵。新版《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）要求：用于半剛性基層的透層油宜緊接在基層碾壓成型后表面稍變干燥、但尚未硬化的情況下噴灑。要求透層油的透入深度不小于5mm，如使用乳化瀝青，需在完全破乳干燥后鋪設(shè)玻纖格柵，且保證破乳后瀝青膜厚度不小于0.3mm。在實(shí)際工程中，按照規(guī)范要求灑布瀝青油，很難保證基層養(yǎng)生用水量，尤其是日照較強(qiáng)的季節(jié)，容易造成上基層表面松散，不利于玻纖格柵作用的發(fā)揮。因此，在操作過程中，飽水養(yǎng)生一定時(shí)間后再灑布透層油，以確保透入深度、瀝青膜厚度。
②根據(jù)新老路結(jié)合處的坐標(biāo)按照20m樁放線，標(biāo)出接縫位置，確保玻纖格柵的中線和新老路接縫重合。論文參考網(wǎng)。
③玻纖格柵的鋪設(shè)：將玻纖格柵裁好后先在起始端用鐵條固定，沿用人工或機(jī)械路線方向拉緊，張拉伸長率宜為1.0%-1.5%，并用固定器固定另一端。然后在垂直于路線方向按照上述過程張拉、固定，固定好的玻纖格柵要表面平整、無褶皺。應(yīng)根據(jù)攤鋪方向，將后一端壓在前一端部之下，縱向搭接寬度應(yīng)為5~8cm；縱向搭接處采用尼龍繩或鐵絲綁扎固定，固定間距不應(yīng)超過1.5m。固定鐵皮經(jīng)實(shí)踐證明，采用厚1mm、寬3cm的鐵皮條能達(dá)到預(yù)期的固定效果；固定釘采用射釘槍打入的水泥釘或射釘。固定好的玻纖格柵再用潔凈的鋼輪壓路機(jī)碾壓一遍。
④瀝青面層施工：攤鋪過程中，攤鋪機(jī)的行走應(yīng)保持連續(xù)而不能急轉(zhuǎn)彎，以免搓壞玻纖格柵。運(yùn)料車也不能在玻纖格柵表面轉(zhuǎn)彎、掉頭和急剎。
玻纖格柵施工過程中應(yīng)特別注意：鋪完固定后，一定使玻纖格柵張緊并保持平整，否則瀝青混凝土下面層碾壓后，玻纖格柵形成橫向裂紋，影響工程質(zhì)量；另外玻纖格柵背膠朝下，而背膠易溶于水，故上基層要保持干燥，否則造成其背腹失去粘性并影響玻纖格柵與基層、面層的粘結(jié)。
3、工程應(yīng)用效果
省道S221線長鋪至樂安公路改建工程路面施工完成后，對于施工過程中出現(xiàn)在水泥穩(wěn)定粒料基層上的裂縫，通過瀝青下面層鋪設(shè)玻纖格柵處理，未發(fā)現(xiàn)裂縫反射現(xiàn)象。從目前通車情況來看，鋪設(shè)玻纖格柵效果較理想，至于玻纖格柵抑制反射裂縫和減少車轍作用的最終效果尚待以后長期跟蹤調(diào)查。
4、結(jié)束語
通過對舊路改建工程中的路面裂縫防治和分析，并在省道S221線長樂公路基層施工過程中鋪設(shè)玻纖格柵可以抵抗和延緩由于路面基層裂縫引起反射裂縫的實(shí)踐證明，使我們對玻纖格柵在裂縫防治方面有了更新的認(rèn)識。它也解決了重載、超載單向性的路面早期破損問題，使左右幅路面使用壽命一致。
參考文獻(xiàn)：
1、 JTJ/T035-91，公路加筋土工程施工技術(shù)規(guī)范[S].
【關(guān)鍵詞】道路工程；透水路面；熱島效應(yīng)；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展前景
On the permeable pavement application status and development prospects
Cui Qian
（Guizhou Lu Tong Highway Engineering Supervision Co.， Ltd Guiyang Guizhou 550001）
【Abstract】By way of traditional impervious pavement failure mechanism analysis， and thus leads and describes its corresponding common permeable pavement pavement structure design， making two kinds of pavement engineering application form comparative analysis. In addition， combining common permeable pavement engineering applications， and to explore the advantages and disadvantages of different permeable pavement and application conditions， including permeable pavement structure at the grassroots level， sub-base application， and finally to take on the permeable pavement to analyze prospects.
【Key words】Road works；Permeable pavement；Heat island effect；Application status；Development prospects
1. 引言
（1）近年來，傳統(tǒng)不透水路面路用性能局限性越來越顯著。一方面，不透水路面無法及時(shí)將使用范圍內(nèi)的積水及時(shí)排出使用范圍范圍以外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，一旦傳統(tǒng)不透水路面由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷、疲勞破壞等原因引起路面發(fā)生破壞后，水的滲入破壞將會進(jìn)一步加速路面破壞，如果不能盡快將水排出路面使用范圍之外，道路路用性能將受到嚴(yán)重影響。如瀝青路面長期在水作用下會發(fā)生集料離析，瀝青剝落現(xiàn)象，進(jìn)而引起瀝青路面坑槽等路面病害，久而久之，將會影響路面使用壽命；再如水泥混凝土路面采用的半剛性基層，若面板下基層積水不能及時(shí)排水，進(jìn)而容易產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象，嚴(yán)重影響路面使用性能。另一方面，不透水路面與環(huán)境的協(xié)調(diào)性較差，硬化路面改變地面蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，是引起城市內(nèi)澇以及熱島效應(yīng)重要原因，對生態(tài)城市的建設(shè)不利，同時(shí)這與現(xiàn)代綠色道路建設(shè)理念以及環(huán)境保護(hù)是極不相符的。
（2）針對以上問題，透水路面設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生。目前，多種透水路面設(shè)計(jì)理念已經(jīng)被提出并進(jìn)行推廣應(yīng)用。透水結(jié)構(gòu)層不僅可以直接用于道路工程面層結(jié)構(gòu)直接改善路面透水性能，像透水磚鋪裝路面、透水混凝土路面、開級配瀝青混凝土路面、多孔瀝青混凝土路面以及大孔隙新型透水路面等等；另一方面，透水結(jié)構(gòu)成還可以用于道路基層、底基層等結(jié)構(gòu)，像級配礫石、級配碎石、填隙碎石在基層和底基層的應(yīng)用。實(shí)踐表明：透水路面不僅可以顯著提高路面抵抗水破壞的能力，提高路面使用性能以及使用壽命，改進(jìn)路面表面抗滑構(gòu)造深度，提高行車舒適性能，降低行車噪音等錄用效果；而且透水結(jié)構(gòu)在基層底基層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也有廣泛的應(yīng)用，結(jié)合透水面層一起使用，進(jìn)而改善整體路面結(jié)構(gòu)的透水性能。
2. 不透水路面破壞機(jī)理分析
2.1 水泥混凝土路面水破壞機(jī)理分析。
（1）水泥混凝土路面具有較好的剛度、強(qiáng)度、以及穩(wěn)定性，被廣泛用于各等級公路建設(shè)。但由于其行車性能較差，目前已經(jīng)逐步被瀝青混凝土代替，但是就目前來講，水泥混凝土路面在我國公路網(wǎng)中還是占有極大比例。由于水泥混凝土路面以拉應(yīng)力破壞為設(shè)計(jì)指標(biāo)以及水泥混凝土材料本身局限性，需要在混凝土面板設(shè)計(jì)中設(shè)置縮縫、脹縫以及施工縫等，以防混凝土面板由于荷載作用和溫度作用進(jìn)而引起較大的翹曲應(yīng)力，造成面板的破壞。但是，正是因?yàn)檫@些這些施工需要設(shè)置的裂縫，以及混凝土面板由于前期混凝土配合比設(shè)計(jì)或者施工不當(dāng)造成的裂縫病害，成為水泥混凝土水破壞的必要前提條件。
（2）水泥混凝土路面直接暴露于自然環(huán)境中，雨期到來時(shí)，雨水通過面板設(shè)置的施工縫或是設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的病害裂縫進(jìn)入面板下層。由于我國水泥混凝土路面基層多為半剛性基層，雨水深入后浸泡基層，使基層結(jié)合料粘結(jié)體系發(fā)生部分程度的破壞。當(dāng)行車荷載作用與裂縫或施工縫前一塊板時(shí)，產(chǎn)生較大擠壓力，進(jìn)而擠壓積于面板下的水體，使水體產(chǎn)生較大的沖刷力沖刷細(xì)集料以及填料，進(jìn)而加速了基層的破壞，久而久之，出現(xiàn)面板脫空現(xiàn)象，最終產(chǎn)生面板斷裂，減少路面使用壽命。與此同時(shí)，水沖刷、浸潤作用如果沖破基層，將會滲入土基，在路面不均勻荷載作用下產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象，嚴(yán)重影響路面使用性能。
2.2 瀝青混凝土路面水破壞機(jī)理分析。
（1）瀝青混凝土路面主要采用瀝青作為膠結(jié)料通過于集料和填料共同作用形成的瀝青混合料結(jié)合一定的攤鋪、碾壓等施工工藝鋪筑而成的路面。該種路面使用壽命長，行車性能好并且易于養(yǎng)護(hù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于高等級公路建設(shè)，逐步取代水泥混凝土路面成為道路工程建設(shè)首選的路面類型。但是由于瀝青本身抵抗水破壞的能力較差，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青混凝土路面抵抗水破壞的能力也很有限。因此，如何做到提高瀝青混凝土路面抵抗水破壞的能力直接影響瀝青混凝土路面路用性能和使用壽命。
（2）瀝青混凝土路面水破壞的機(jī)理主要由于瀝青混凝土路面直接暴露于自然環(huán)境之中，雨水來臨時(shí)，如果瀝青混凝土路面排水設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會造成路面積水。積累的雨水浸入集料與瀝青的結(jié)合界面，導(dǎo)致瀝青膠結(jié)能力急劇下降，同時(shí)瀝青從集料上剝落。在荷載等外力作用下，瀝青混合料產(chǎn)生更大孔隙，進(jìn)而雨水得以更大范圍的影響瀝青混合料的整體性能；同時(shí)，在較大的外力下，水體在瀝青混合料之間產(chǎn)生較大沖刷力，加速了水對瀝青混凝土路面的破壞。隨著長期的荷載長期作用下，產(chǎn)生坑槽等路面病害現(xiàn)象，嚴(yán)重影響路面使用性能。
3. 常見透水路面類型
3.1 透水混凝土路面。
（1）雖然水泥混凝土路面路用性能相比較瀝青混凝土路面存在不足，但是綜合考慮施工工期、施工工藝簡易性以及工程造價(jià)等因素，該種路面還是具有一定的市場應(yīng)用前景。因此，針對水泥混凝土路面透水能力差、抵抗水破壞的能力差的問題，有人提出透水混凝土路面結(jié)構(gòu)，該種路面結(jié)構(gòu)兼具了傳統(tǒng)水泥混凝土路面剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性與透水路面的綜合性能；與此同時(shí)，可以顯著改善城市內(nèi)澇以及熱島效應(yīng)等問題。目前已經(jīng)被一些國家、地區(qū)作為新型透水路面接受并推廣應(yīng)用。
（2）透水混凝土路面常見結(jié)構(gòu)為15cm厚多孔水泥穩(wěn)定碎石基層；面層結(jié)構(gòu)分一層或兩層鋪筑，材料為8cm厚的透水混凝土面層；最后在進(jìn)行封層處理，封層材料多為無色透明封層油，如聚氨酯密封處理等。封層結(jié)構(gòu)施工要求透水混凝土面層鋪筑完成后，及時(shí)養(yǎng)生7天，等待養(yǎng)生結(jié)束后，用水清洗路面結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行路面封層。
3.2 瀝青混凝土透水路面。
3.2.1 瀝青混凝土透水路面又稱開級配透水瀝青路面（Opened Asphalt Friction Course ，簡稱OGFC），該種透水路面最早源于德國，約在上世紀(jì)60年代，首次在德國鋪筑。該種瀝青混凝土路面最大的特點(diǎn)在于其兼具瀝青路面優(yōu)越的使用性能與透水路面性能，而其優(yōu)越的透水性則源于其粗集料之間通過嵌擠形成的骨架結(jié)構(gòu)。一方面，粗集料嵌擠結(jié)構(gòu)有利于該種露肩強(qiáng)度的生成，提高路面抵抗車載的能力。另一方面，骨架結(jié)構(gòu)意味著混合料內(nèi)部孔隙較大，進(jìn)而其排水性能更優(yōu)。該種透水路面可以集多點(diǎn)優(yōu)勢于一身，具體如下：（1）良好的透水性能，可以快速排出地表水，進(jìn)而其抵抗水破壞能力較好。（2）該種透水路面本身仍未瀝青混凝土路面，因此瀝青混凝土路面使用性能該種路面同樣具有；不僅如此，由于該種路面粗集料較多，因此，路面抗滑性能以及行車舒適性能也有所提升。（3）多孔瀝青混凝土的孔隙較大，較大的孔隙對于降低行車噪音具有一定的效果。
3.2.2 但是該種路面對于道路材料要求較高，由于瀝青本身抵抗水破壞能力較差，在水的作用下易發(fā)生剝落現(xiàn)象。因此，配制多孔瀝青混凝土?xí)r，需要增加抗剝落劑，以提高瀝青的抗剝落性能。不僅如此，往往還要加入木質(zhì)纖維或者礦質(zhì)纖維，以提高瀝青混合料整體的粘結(jié)性能。常見的多孔瀝青混凝土露肩鋪裝結(jié)構(gòu)為：半剛性基層上面鋪設(shè)沙粒式瀝青混凝土找平層，最后鋪筑多孔瀝青混凝土。其中找平層多為2cm，透水混凝土面層多為4cm左右。
3.3 新材料透水路面。
（1）隨著科技的不斷發(fā)展，各種新型工程建筑材料也是應(yīng)運(yùn)而生。新材料不僅可以保證具備傳統(tǒng)道路建筑材料的路用性能與力學(xué)性能，而且往往在傳統(tǒng)材料性能基礎(chǔ)上，具有更加的路用性能。其中大孔隙聚氨酯碎石混合料路面即為其中一種。其孔隙率范圍一般在15%～30%，具有良好的透水性，是由聚氨酯膠粘劑與單級配或間斷級配骨料按一定配合比拌合而成的新型路面材料。目前該種材料主要用于鋪裝景觀道路等輕交通路面。
（2）該種透水路面面板鋪裝厚度根據(jù)巖性以及采用單粒徑巖石粒徑?jīng)Q定，一般厚度范圍在4～7cm?；鶎咏Y(jié)構(gòu)可以采用半剛性基層或者是級配碎石、級配礫石透水基層。
4. 透水路面工程應(yīng)用實(shí)例
4.1 透水混凝土路面。
（1）廣東惠州江北江北技校周邊的人行道路以及其他非機(jī)動(dòng)車道均采用了透水混凝土路面結(jié)構(gòu)。其中水泥采用強(qiáng)度等級42.5MPa的硅酸鹽水泥，集料選用堅(jiān)硬、潔凈無污染的石灰?guī)r碎石，其中集料性能見表1。
（2）該路段鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)即15cm厚多孔水泥穩(wěn)定碎石基層；面層結(jié)構(gòu)分兩層鋪筑，下面層5cm厚本色透水混凝土，上面層為3cm厚磚紅色透水混凝土面層。最后在進(jìn)行封層處理，封層材料多為無色透明封層油，采用雙丙聚氨酯密封處理。
4.2 瀝青混凝土透水路面。
（1）多孔瀝青混凝土路面在我國多地都有工程使用，特別是在西南濕熱地區(qū)、東南沿海潮濕地區(qū)更是屢見不鮮。上海市北路辟通工程即為多孔透水瀝青混凝土路面的一個(gè)應(yīng)用案例。該地道路面工程為六車道路面工程，全長約500米，該路面設(shè)計(jì)參數(shù)具體見表2。
（2）為了保證路面結(jié)構(gòu)的排水效果，該透水瀝青混凝土工程還設(shè)置了完備的排水系統(tǒng)與之結(jié)合使用。改路面工程排水系統(tǒng)通過在路面結(jié)構(gòu)中設(shè)置排水管，及時(shí)將滲流到地面下的水通過排水管引出到集水井，然后通過鋼管接入排水泵站，及時(shí)將積水排出。該路面具體面層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基層上設(shè)置2cm厚砂礫石瀝青混凝土找平層，緊接著于找平層上鋪筑4cm厚透水瀝青混凝土面層。路面工程竣工后，通過對路面進(jìn)行竣工檢測，具體檢測結(jié)果見表3。
（3）路面工程竣工檢測結(jié)果表明該路面結(jié)構(gòu)具有極佳的透水效果，透水率達(dá)到1451ml/15s，對于地下排水要求較高的工程來說，完全可以滿足工程排水需求；另一方面，該工程路面壓實(shí)度、平整度、構(gòu)造深度等參數(shù)均滿足瀝青混凝土路面使用參數(shù)要求，充分說明該透水瀝青混凝土路面工程具有較好的路用性能。
4.3 新材料透水路面。
（1）大孔隙聚氨酯透水路面只要應(yīng)用于景觀道路以及非機(jī)動(dòng)車道路面鋪裝。顏色鮮艷使得該種透水路面具有極好的反光性以及造景效果。不僅如此，聚氨酯透水路面還可以用于岸堤防護(hù)工程，有效提高岸坡防沖刷能力，提高岸坡使用壽命。
（2）目前，該種路面在停車場、人行道、廣場路面鋪裝都已經(jīng)開展了廣泛的應(yīng)用，下圖1和圖2即為該種路面在公園造景道路以及人行道方面的應(yīng)用。其中圖一為成都諾貝爾公園景觀道路，地面表層經(jīng)過腐殖土清除處理后，直接鋪筑碎石基層，并于碎石基層上鋪筑4cm厚聚氨酯大理巖碎石混合料路面。路面整體結(jié)構(gòu)排水性能好，即使在多雨季節(jié)，在其上面行走也不會出現(xiàn)甩水現(xiàn)象，路用性能優(yōu)越；加上光鮮的外觀顏色，使得該種路面不僅可以顯著改善城市內(nèi)澇以及熱島效應(yīng)的問題，而且起到美化城市的效果。
圖1 某公園景觀道路
4.4 透水基層的應(yīng)用。
4.4.1 眾所周知，目前我國路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想還是強(qiáng)基薄面設(shè)計(jì)理論，因此半剛性基層在我國道路工程應(yīng)用中依然占據(jù)較大比例，如水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定土、工業(yè)廢渣穩(wěn)定土、石灰穩(wěn)定土等等。雖然半剛性基層具有足夠大的剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，但是往往透水性能相比較而言卻較差。也正是因?yàn)閭鹘y(tǒng)半剛性基層較差的透水性能，才使得水泥混凝土面板或是瀝青混凝土路面在基層排水性能較差的前提下，更容易遭受水的破壞。
圖2 某標(biāo)段人行道
4.4.2 目前，對這一問題足夠重視并提出策略的國家主要是德國，德國通過對透水基層展開研究并且編制了相應(yīng)的施工規(guī)范。不僅如此，透水基層也是德國路面鋪筑的首選基層結(jié)構(gòu)，如級配礫石基層，級配碎石基層、級配砂礫基層、填隙碎石基層等等，工程實(shí)踐表明，透水基層不僅具有較多的工程應(yīng)用優(yōu)勢，在我國部分地區(qū)，也開始了對透水基層的應(yīng)用研究。其優(yōu)點(diǎn)如下：
（1）透水基層滿足足夠的剛度、強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)要求，級配碎石基層通過集料級配實(shí)驗(yàn)確定各檔集料用量，各個(gè)粒徑的集料組合后，使得其具有較好的力學(xué)性能。
（2）極佳的透水性能。透水基層主要通過粗集料嵌擠形成的骨架結(jié)構(gòu)，使得該種基層不僅有較好的力學(xué)性能而且骨架孔隙使得其透水性極佳。
（3）透水基層有利于降低工程造價(jià)。透水基層減少水泥、石灰等材料的用量，可以顯著降低工程造價(jià)。
5. 結(jié)束語
通過對常見透水路面介紹并且對比傳統(tǒng)不透水路面，二者優(yōu)缺點(diǎn)、以及應(yīng)用前景顯而易見，并且通過對透水路面工程實(shí)例進(jìn)行研究分析，顯得出一下幾點(diǎn)結(jié)論：
（1）不透水路面已經(jīng)日漸無法滿足綠色道路建設(shè)理念的需求，不利于解決城市內(nèi)澇和熱島效應(yīng)等問題。而透水路面則可以彌補(bǔ)前者的不足之處，符合生態(tài)文明指導(dǎo)下的道路工程建設(shè)理念。
（2）我國對透水路面的研究還存在不足，像對新型透水路面開發(fā)以及應(yīng)用研究方面經(jīng)濟(jì)投入以及相關(guān)的透水路面施工以及養(yǎng)生等方面的規(guī)范還存在較大空白。建議積極引進(jìn)國外先進(jìn)透水路面方面研究成果，并結(jié)合本國工程應(yīng)用環(huán)境，形成適應(yīng)于本國的透水路面研究理論。
（3）為了使透水路面透水抵抗水破壞效果發(fā)揮的更好。一方面，可以通過表面封層設(shè)置路拱橫坡的方式即使引出地表水到路用范圍之外；另一方面，可以通過透水面層結(jié)合透水基層使用，提高整體結(jié)構(gòu)透水效果，但是該種路面結(jié)構(gòu)要注意基層下部水穩(wěn)層的設(shè)置。
（4）目前，不論是透水路面，還是透水基層均已在我國部分地區(qū)開展不同程度的工程應(yīng)用。實(shí)踐表明：透水路面不僅可以具有較好的路用性能，而且其較好的透水性可以顯著提高路面使用壽命；而透水基層則不僅可以滿足基層力學(xué)以及使用要求，還能顯著降低工程造價(jià)。因此，二者均具有較大的市場應(yīng)用前景。
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關(guān)鍵詞：復(fù)合式路面；結(jié)構(gòu)參數(shù)；聲學(xué)模型
ABSTRACT: The coupling Acoustic model of pavement, air and tyre is built in ABAQUS to research the relationship between composite pavement and tyre-road noise. By changing values of pavement structural parameters, sound pressure value of target point and its change trend are got. The influence of pavement parameters to noise is summarized.
Key words: composite pavement; structure parameter; acoustic model
中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
復(fù)合式路面是指由水泥混凝土板和瀝青面層復(fù)合形成的結(jié)構(gòu)，它兼有瀝青路面和水泥路面的優(yōu)點(diǎn)，多用于城市高架橋等市政道路和舊水泥路面的改建。與普通瀝青混凝土路面相比，復(fù)合式路面由于瀝青層較薄、水泥混凝土層模量高，車輛行駛時(shí)其噪聲偏大。近年來，隨著車流量和行駛車速的不斷增加，道路沿線的交通噪聲問題已經(jīng)越來越引起人們的重視，而復(fù)合式路面的噪聲問題也日益突出，尤其是對于城市高架橋形式的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。本文針對復(fù)合式路面輪胎-路面噪聲進(jìn)行分析，有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種聲學(xué)軟件層出不窮，如有限元軟件、邊界元軟件、能量分析法軟件等。這些軟件的功能各有千秋，其中有限元對中低頻具有較好的模擬，而能量分析法的軟件對高頻模擬較好。鑒于輪胎-路面噪聲的頻率主要集中在1000Hz左右，論文選用大型商業(yè)有限元軟件Abaqus，版本為6.9-1。
1.模型部件的構(gòu)建
輪胎-路面噪聲主要是輪胎與路面撞擊所產(chǎn)生，涉及到三個(gè)物體：空氣、輪胎、路面結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的有三種界面接觸形式：輪胎與路面、空氣與輪胎、空氣與路面，模型即由三個(gè)部件耦合形成。
1.1 路面部件
論文復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)以PCC+AC為例來構(gòu)建。為了敘述方便，將上面層稱作面層，下面層稱作基層。由于復(fù)合式路面基層以下部分對噪聲幾乎沒有什么影響，因此可以把路面簡化成面層和基層兩塊。對于在水泥混凝土橋面板上加鋪瀝青面層的城市高架橋，橋面板可等效看成水泥混凝土基層，因此高架橋結(jié)構(gòu)也可簡化成面層和基層的形式。瀝青層厚4cm，水泥板厚20cm，如圖1所示，路面三維空間尺寸如下：長2m、寬1.14m、厚0.24m，形狀為立方體。
圖1 復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)簡圖
1.2 輪胎部件
參照GBT 2978-2008 轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷中的輪胎相關(guān)尺寸，取值如下：外徑50cm，寬度14cm。
1.3 空氣部件
空氣是無限的，有限元軟件只能模擬有限的空間體?？諝獾目臻g形狀有很多不同的模擬形式，常用的是四分之一球體和六面體。本文根據(jù)輪胎和路面的尺寸，使空氣、輪胎、路面三者在空間位置上對應(yīng)起來，設(shè)定空氣的三維尺寸如下：長2m、寬1.14m、高1m?？諝饷芏?.2 kg/m3，體積模量142000Pa?？諝饽Ｐ投ㄎ辉诼访娼Y(jié)構(gòu)上方，兩者接觸面尺寸一致?？諝饽Ｐ驼胁糠滞诔鲆粋€(gè)半徑為25cm、寬度為14cm的圓柱體，將輪胎定位在該圓柱體空間中。
2 模型的有限元運(yùn)算
在Abaqus的Assembly模塊中，將上述各部件創(chuàng)建完實(shí)體后，通過平移命令使各個(gè)實(shí)體在空間上構(gòu)建成一個(gè)整體。Interaction模塊中用Tie綁定約束來定義接觸界面的關(guān)系。使用*tie的接觸模型，使結(jié)構(gòu)和空氣產(chǎn)生耦合，從而使結(jié)構(gòu)的振動(dòng)傳遞到空氣中，引起空氣振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。同時(shí)結(jié)構(gòu)的變形也將導(dǎo)致空氣體積的變化，進(jìn)而產(chǎn)生聲壓形成噪聲。為了方便獲得輸出結(jié)果，模型中創(chuàng)建歷史變量輸出點(diǎn)。歷史變量輸出結(jié)果（history output）來自于模型的小部分區(qū)域，被寫入輸出數(shù)據(jù)庫的頻率相對較高，用來在Visualization功能模塊中生成XY圖形，X軸為時(shí)間，Y軸為聲壓。
輪胎在路面上滾動(dòng)行駛時(shí)，輪胎運(yùn)動(dòng)由旋轉(zhuǎn)和平移所合成。輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與它接觸的空氣會發(fā)生扭曲和移動(dòng)現(xiàn)象，因此輪胎前后噪聲的聲壓級有差別，且差別有隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加的趨勢。輪胎平動(dòng)速度與旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)值相一致，平動(dòng)時(shí)輪胎與路表相互作用，輪胎在平動(dòng)過程中也發(fā)生垂直振動(dòng)，垂直振動(dòng)的幅度受路表紋理幅值（構(gòu)造深度）和輪胎變形的影響。研究表明路面構(gòu)造深度一般不超過1mm，因此輪胎產(chǎn)生的振動(dòng)的垂直距離就更小，加上輪胎受壓和釋壓過程垂直距離的變化，論文將輪胎垂直振動(dòng)距離設(shè)定在0.1mm-3mm這一區(qū)間，在Load模塊中通過對輪胎與路面接觸處施加垂直方向上的位移實(shí)現(xiàn)。
通過設(shè)定這一垂直振動(dòng)區(qū)間，可以起到如下幾個(gè)作用：1.垂直振動(dòng)使輪胎產(chǎn)生變形，這構(gòu)成了噪聲聲源的重要部分；2.使用不同的位移數(shù)值，得到輪胎振動(dòng)時(shí)不同的垂直距離所對應(yīng)的聲壓值，該值側(cè)面反映紋理幅值（構(gòu)造深度）對噪聲的影響；3.文中假設(shè)在分析區(qū)域紋理處在較為規(guī)則的水平，即紋理波長與紋理幅值變化不大，所施加的位移周期可以通過時(shí)間值來進(jìn)行設(shè)定，而一個(gè)周期的時(shí)間長度對應(yīng)著一個(gè)紋理的波長值，通過改變周期描述紋理波長對噪聲的影響。
輪胎、路面、空氣三者緊密聯(lián)系在一起，當(dāng)輪胎平動(dòng)時(shí)，模型中包裹輪胎的空氣形狀會隨之發(fā)生改變，三者的接觸界面也會變化，這種與真實(shí)情況接近的動(dòng)態(tài)模型非常復(fù)雜。為了簡化計(jì)算過程，對模型做了以下處理：1.保持輪胎、路面、空氣三者的空間位置不變，給輪胎施加旋轉(zhuǎn)速度；2.給輪胎施加垂直的位移，通過Amplitude控制位移的周期；3.輪胎的平動(dòng)涉及到模型整體坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系的改變，暫不考慮。
模型中實(shí)體均為非獨(dú)立形式，劃分網(wǎng)格時(shí)，路面結(jié)構(gòu)采用C3D8R單元，空氣采用AC3D4單元。劃分后如圖2所示：
圖2 聲學(xué)模型的網(wǎng)格劃分
聲波在空氣媒介中傳播，需要定義聲波的傳播方式，即在有限元聲學(xué)模塊中調(diào)用自帶的聲學(xué)公示來模擬聲波的傳播特性。在提交運(yùn)算之前，編輯模型屬性，定義聲波的傳播類型為：Scattered wave（散射波）。散射波從物理學(xué)角度來說，指的是如果界面凹凸不平，在凹(或凸)部分的尺度相對于波長很小時(shí)，發(fā)生波的反射；相對于波長較大或可比時(shí)則發(fā)生散射，散射波比較符合輪胎-路面噪聲聲波傳播的實(shí)際情況。
提交運(yùn)算后，提取聲場輸出結(jié)果，截取聲場云圖，如下所示，其中圖3是輪胎縱向中心線的斷面圖和橫向中心線的斷面圖。
圖3 輪胎縱向和橫向中心線的斷面聲場云圖
從圖可看到聲波在空氣體中傳播的狀態(tài)，即在一個(gè)斷面上聲波是連續(xù)的并且以近似半圓的形狀向周圍傳播，聲壓值隨著距離的增加而逐漸降低。擴(kuò)展到三維空間體中，噪聲產(chǎn)生后，聲波自聲源處以近似半球體的形狀向四周傳播，聲波在傳播過程中逐漸衰減直至最后消失。
通過Abaqus有限元計(jì)算面層和基層的模量、振動(dòng)幅值、振動(dòng)頻率和面層厚度對行車噪聲的影響，其他變量在模型中保持不變。上述變量的取值見表1：
表1 模型中噪聲影響因素的取值情況
計(jì)算過程通過部分編寫*.inp文件來實(shí)現(xiàn)。模型輸入文件（*.inp）是溝通前處理器（通常為ABAQUS/CAE）與分析求解器（通常為ABAQUS/Standard）的橋梁，包含了一個(gè)數(shù)值模型的完整描述。它是易于辨識的、基于關(guān)鍵字的文論文件，可使用文本編輯器方便地進(jìn)行修改。文中在首次運(yùn)算的*.inp文件基礎(chǔ)上對相應(yīng)部分的變量直接進(jìn)行修改，提交運(yùn)算即可。面層厚度的影響需要另建模型分別計(jì)算，取面層和基層總厚度為固定值30cm。
3 計(jì)算結(jié)果處理與分析
在各歷史輸出結(jié)果中，取聲壓正負(fù)向峰值絕對值的平均數(shù)來作為分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所得到的聲壓為Lmax，指的是所計(jì)算的時(shí)間區(qū)間內(nèi)的最大聲壓。將各參數(shù)與輸出聲壓繪制成曲線圖，如圖4~圖8所示：
圖4 面層模量與輸出聲壓關(guān)系圖 圖5 基層模量與輸出聲壓關(guān)系圖
圖6 振動(dòng)頻率與輸出聲壓關(guān)系圖圖7 振動(dòng)幅值與輸出聲壓關(guān)系圖
圖8 面層厚度與輸出聲壓關(guān)系圖
圖4中，噪聲聲壓級隨面層模量的增加出現(xiàn)先小幅度增大后基本穩(wěn)定的趨勢，面層模量從1000Mpa增加到約2200MPa，聲壓級隨著增加約1.5dB，在面層模量超過2200MPa之后，聲壓級出現(xiàn)小幅度波動(dòng)。圖5中，噪聲聲壓級隨基層模量的增加呈先小幅度增加后保持穩(wěn)定的趨勢?；鶎幽Ａ繌?500MPa增加到約20000MPa，聲壓級增加約0.5dB；基層模量從20000MPa到40000MPa，聲壓級基本不變。
由此可見，噪聲的聲壓級隨面層和基層模量的增加均表現(xiàn)出線增加后穩(wěn)定的特點(diǎn)。但是，面層模量對噪聲的影響強(qiáng)于基層模量，這是因?yàn)樵谲囕v行駛過程中，面層直接和輪胎接觸，基層則需要通過面層的傳遞才能體現(xiàn)出來。
圖6中，噪聲聲壓級隨振動(dòng)頻率的增加先增大后減小，振動(dòng)頻率從500Hz增加到約1000Hz，聲壓級增加了大約9dB，振動(dòng)頻率從1000Hz增加到2000Hz，聲壓級降低約9dB，500Hz與2000Hz所對應(yīng)的聲壓級幾乎相等。圖中顯示的是在不同頻率下的聲壓級，其逆過程就是不同聲壓級所分布的頻率范圍。這表明，噪聲聲壓級主要分布在中低頻率范圍內(nèi)，即600Hz~1400Hz，該計(jì)算結(jié)果與國內(nèi)外許多研究相一致。
圖7中，噪聲聲壓級隨振動(dòng)幅值的增加先小幅減小后增大，振動(dòng)幅值從0.1mm增加到約0.8mm，聲壓級減小不到0.5dB，振動(dòng)幅值從1mm增加到3mm，聲壓級增加約4.5dB。振動(dòng)幅值可理解為在光滑平面上道路表面紋理幅值和輪胎變形共同合成的結(jié)果，當(dāng)幅值在較小的范圍內(nèi)（論文小于0.8mm）增加時(shí)，泵浦效應(yīng)和耗散減小的噪聲值大于撞擊增加的噪聲值，總體聲壓級減??；當(dāng)幅值大于1mm后，幅值的增加導(dǎo)致撞擊噪聲增加值遠(yuǎn)大于泵浦效應(yīng)和耗散減小的噪聲值，總體噪聲就開始增大。計(jì)算結(jié)果與前文所述以及國內(nèi)外的研究成果相符合。
圖8中，在剛?cè)峤Y(jié)構(gòu)總厚度一定的情況下，噪聲聲壓級隨瀝青層厚度的增加而略微降低，厚度達(dá)到12cm噪聲幾乎不再變化。分析如下：路面結(jié)構(gòu)中的各層位置越往下對噪聲的影響越弱，隨著瀝青層厚度的增加，具有高模量的水泥基層對噪聲的影響力變?nèi)?，聲壓級因此而降低，但降低的?shù)值很小。由此可見，當(dāng)復(fù)合式路面的瀝青面層達(dá)到足夠厚度時(shí)，其聲學(xué)性能接近普通瀝青路面，這也證明了復(fù)合式路面噪聲較高。
4 結(jié)論
本文利用有限元軟件構(gòu)建復(fù)合式路面噪聲的聲學(xué)模型，通過改變目標(biāo)變量的取值得到路面結(jié)構(gòu)參數(shù)與輸出聲壓的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明，輸出聲壓隨模量的增加先小幅度增加后保持穩(wěn)定，隨振動(dòng)頻率的增加先增加后減小，隨振動(dòng)幅值的增加先小幅度減小后增加，瀝青面層厚度的逐漸增加使復(fù)合式路面的聲學(xué)特征逐漸接近瀝青路面。本文的聲學(xué)模型建立在一定的假設(shè)和簡化基礎(chǔ)上，軟件所計(jì)算的輸出聲壓高并不代表實(shí)際路面的噪聲就一定大。
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