公路瀝青路面的相關(guān)設(shè)計(jì)研究

唐偉 安徽宏泰交通工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

瀝青是現(xiàn)階段公路建設(shè)中最為常用的路面結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)有效統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)瀝青混合料消耗量呈逐年遞增趨勢(shì)。事實(shí)上，公路瀝青路面建設(shè)以及公路大中修、養(yǎng)護(hù)均需要消耗大量瀝青混合料，經(jīng)濟(jì)成本增加的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境也有不利影響，同時(shí)降低路網(wǎng)運(yùn)輸效率。為此，有必要從瀝青路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)入手，提高路面耐久性，以充分適應(yīng)“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略需求。

一、工程設(shè)計(jì)概況

位于某省的瀝青路面公路屬于城市主干路，設(shè)計(jì)行車(chē)速度為50km/h，橋涵設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為城-A 級(jí)，預(yù)計(jì)道路交通達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，設(shè)計(jì)年限在20a，路面結(jié)構(gòu)處于臨界狀態(tài)即設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為15a。該公路設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照《城鎮(zhèn)道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，標(biāo)準(zhǔn)軸載為100kN，路基施工控制彎沉值、主路竣工驗(yàn)收路表彎沉值、橫向力系數(shù)、路面構(gòu)造深度等參數(shù)均滿足JTG D50-2017、CJJ 169—2012 等標(biāo)準(zhǔn)要求，在此基礎(chǔ)上，盡可能降低經(jīng)濟(jì)投入，確保施工技術(shù)的選用具有可行性，條件允許情況下選擇自動(dòng)化、智能化技術(shù)，且易于后期養(yǎng)護(hù)工作開(kāi)展。

二、公路瀝青路面設(shè)計(jì)流程

（1）設(shè)計(jì)前需要根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析出標(biāo)準(zhǔn)交通參數(shù)，以準(zhǔn)確確定交通荷載等級(jí)。結(jié)合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，分析路基土類(lèi)型以及地下水位高度，掌握路基干濕情況，確定頂面回彈量，根據(jù)情況采取相應(yīng)改善措施。（2）滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，需要因地制宜，結(jié)合公路建設(shè)地區(qū)常用路面結(jié)構(gòu)組合材料性質(zhì)特點(diǎn)，初步擬定路面結(jié)構(gòu)組合與厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，繼而選擇設(shè)計(jì)指標(biāo)。如，基層類(lèi)型為無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類(lèi)，底基層類(lèi)型為粒料類(lèi)，設(shè)計(jì)指標(biāo)為無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層層底拉應(yīng)力以及瀝青混合料層永久變形量。（3）結(jié)構(gòu)層模量等相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)和要求確定，確定后檢驗(yàn)粒料CBR 值，同時(shí)確保瀝青低溫性能、瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度、貫入強(qiáng)度、低溫破壞應(yīng)變、水穩(wěn)定性等滿足要求。（4）與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)取得聯(lián)系或通過(guò)有效途徑搜集公路工程建設(shè)所在區(qū)域的氣溫資料，以此為依據(jù)調(diào)整對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)指標(biāo)中有關(guān)溫度的參數(shù)，如溫度調(diào)整系數(shù)、等效溫度等。（5）選擇規(guī)范算法計(jì)算影響各設(shè)計(jì)指標(biāo)的力學(xué)響應(yīng)量，可以利用多層彈性理論程序進(jìn)行計(jì)算，保證結(jié)果準(zhǔn)確。（6）對(duì)路面結(jié)構(gòu)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，保證符合JTG D50-2017 規(guī)范要求。如驗(yàn)算結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)，則需要重新調(diào)整路面結(jié)構(gòu)后再次驗(yàn)算，直至結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。（7）考慮經(jīng)濟(jì)成本等因素選擇最佳路面結(jié)構(gòu)方案。（8）根據(jù)設(shè)計(jì)方案計(jì)算驗(yàn)收彎沉值。

三、公路瀝青路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）設(shè)計(jì)理念

應(yīng)始終遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)理念并貫穿于公路瀝青路面設(shè)計(jì)方案始終，對(duì)公路建設(shè)質(zhì)量以及我國(guó)公路交通的發(fā)展的有重要影響[1]?，F(xiàn)階段有關(guān)瀝青路面的設(shè)計(jì)理論與方法均有提升空間，需要進(jìn)一步完善。此外，在瀝青路面公路使用壽命方面，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外均采用“等壽命設(shè)計(jì)理念”，即按照相同壽命設(shè)計(jì)路面面層和基層。事實(shí)上，路面上層易受天氣情況以及車(chē)輛荷載作用等的直接影響，路面基層受氣候環(huán)境作用影響減弱，承受擴(kuò)散后荷載作用，但后期養(yǎng)護(hù)維修相較于路面上層更為困難，由此在瀝青路面全壽命周期中，路基剛度衰變顯著，不利于保障甚至延長(zhǎng)路面使用壽命。這一問(wèn)題也是今后路面設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)。

（二）路面材料

該公路工程設(shè)計(jì)方案中，表面層瀝青選擇了符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的SBS 改性瀝青，中面層與下面層瀝青選擇重交通道路石油瀝青，分別符合70 號(hào)A 級(jí)石油瀝青和70 號(hào)B 級(jí)石油瀝青施工標(biāo)準(zhǔn)，基層瀝青符合70 號(hào)B級(jí)石油瀝青有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。瀝青混合料滿足馬歇爾試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)，控制空隙在合理范圍內(nèi)。改性瀝青混合料試驗(yàn)后驗(yàn)收指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)收指標(biāo)包括低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變指標(biāo)、浸水馬歇爾試驗(yàn)殘留穩(wěn)定度指標(biāo)、車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)等。黏層瀝青、下封層瀝青、透層瀝青分別選擇PC-3、PC-1、PC-2的陽(yáng)離子乳化瀝青。為保證瀝青路面公路具有更長(zhǎng)的使用壽命，在路面材料設(shè)計(jì)方面，應(yīng)基于其多相、多尺度、多組分、混合料碾壓成形特點(diǎn)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，相對(duì)應(yīng)提出可行性強(qiáng)的設(shè)計(jì)理論和實(shí)施方法，根據(jù)不同功能性路面的特殊需求，致力于研發(fā)新型功能性路面材料。同時(shí)，條件允許的情況下，使用人工骨料以代替不可再生的碎石料，也是改善路面平整度、延長(zhǎng)使用壽命的有效設(shè)計(jì)方案，可顯著提高瀝青路面公路的使用性能。

（三）施工技術(shù)

施工過(guò)程是路面結(jié)構(gòu)與材料的設(shè)計(jì)的直接體現(xiàn)[2]。因此設(shè)計(jì)中應(yīng)明確施工重點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)，并在實(shí)際施工中做好質(zhì)量控制工作，保障施工質(zhì)量。施工技術(shù)和工藝的選擇是公路瀝青路面設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵部分，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇簡(jiǎn)單、先進(jìn)、合適的施工技術(shù)與工藝。如，采用熱拌和方式生產(chǎn)的瀝青混合料對(duì)溫度要求更高，主要原因是較低的溫度無(wú)法滿足瀝青達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的附著力，即不利于混合料粘結(jié)，使用該種不符合標(biāo)準(zhǔn)的混合料碾壓作業(yè)后的強(qiáng)度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，道路性能無(wú)法保證，既有可能出現(xiàn)不平整情況，縮短道路使用壽命。因此，在制定設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)充分考慮到當(dāng)?shù)貧夂驐l件和施工季節(jié)等，為熱拌和作業(yè)提供有利的環(huán)境，保證達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。又如，攤鋪壓實(shí)作業(yè)同樣是施工的重點(diǎn)，方案設(shè)計(jì)應(yīng)盡量選擇自動(dòng)化和智能化技術(shù)，保證設(shè)計(jì)中施工技術(shù)選擇的可行性、合理性，并在施工過(guò)程中確保設(shè)計(jì)方案可以全面落實(shí)。

四、結(jié)論

公路瀝青路面是現(xiàn)代公路工程建設(shè)最為常見(jiàn)的路面結(jié)構(gòu)，需要重視正式施工前開(kāi)展的設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)可行性與科學(xué)性，從源頭處保障公路建設(shè)質(zhì)量，保證瀝青路面的平整性，盡可能延長(zhǎng)公路路面使用壽命，促進(jìn)我國(guó)公路交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。