永久性沥青路面结构设计理念及工程应用

2023-01-24

永久性沥青路面又被称为长寿命沥青路面, 它是普通的全厚式沥青路面的延伸和升级。永久性沥青路面的维护不同于普通的沥青路面, 它只需要定期进行表面修复, 罩面修复, 在使用年限内不需要大的结构性重建。它不仅具有全厚式沥青路面的优势, 而且在材料选择, 混合料设计, 性能试验以及路面结构设计等方面也做出了改进, 以获得长年限路面的使用性能, 达到更加经济的效果。

一、结构原理

永久性沥青路面的结构原理是基于厚沥青层路面的受力特点和破坏模式。为了使沥青公路的使用寿命达到30年——40年, 甚至更久, 一方面沥青路面的材料具有耐劳极限强度。在交通载荷量的作用下, 永久性沥青路面大大增强了路面的载荷能力, 确保沥青层的承受力大于车辆载荷量, 这样路面不会产生疲劳破坏, 从未达到长久使用效果。另一方面, 在路面极限荷载的条件下, 路基产生的竖向变形程度较小, 保证不发生结构性的破坏。

为了实现永久性沥青路长久使用的效果, 沥青层层面必须严格要求, 其路面层面主要有3层热拌沥青混合物组成, 即可重复修复的表面层、性能良好的沥青中间层、抗疲劳的地面层, 每一层必须严格控制, 只有这样才能真正实现沥青路面的长寿命。

二、结构层的功能

永久性沥青路的路面结构是严格按每一层功能来设置每一层结构, 如基层的抗疲劳性, 抗车辙, 中层的稳固性和牢固性, 这就要求材料的选择及其设计, 性能测试都必须有所区别, 有针对性, 有目的性的进行。

沥青混合材料基层:基层是直接承载车辆载荷量的层面, 简而言之其沥青功能主要是用来抵抗交通荷载作用的。路面结构的沥青含量和足够厚度的沥青路面结构是保证沥青路面疲劳寿命的两个重要因素, 精密的沥青层设计和足够厚度的沥青层是保证永久性沥青路面的重要保障, 所以必须通过沥青层的设计、材料选择和级配、比例以保证抗疲劳层的耐久性和路面不发生结构性车辙即结构性损坏。

沥青混合量中间层:中间层主要是兼顾耐久性和稳定性。这一层的稳定性可以通过粗集料和骨料的相互接触以及高温稳定性好的交结料来获得。作为永久性沥青路面的骨架, 做好中间层至关重要, 这就要求其具有优良的低温稳定性和高温稳定性。

抗疲劳的地面层:这是永久性沥青路面区别于常规沥青路面的最重要的标志, 只有做好这一层的建筑, 才能真正实现永久性沥青路面价值。它是不透水, 耐磨损的层面, 在载荷量大于其承受能力的时候, 这个层面才真正实现其价值。

三、沥青混合料的设计方法

材料是成功铸造建筑的骨血, 只有材料优质, 比例精确才能创造出精美的建筑物。对于永久性沥青路面来说, 正确的沥青混合料配比设计, 是永久性沥青路面质量的重要保证。目前, 国内最常用的是马歇尔设计方法。但是目前在欧美, 澳大利亚等地Superpave沥青混合料设计系统则是采用先进的工程设计理念, 其原理主要是施工地的气候和交通流量来确定的, 这种设计系统把材料选择、配比和设计都考虑在内。对于沥青结合料, 该设计方法主要采用旋转薄膜烘箱来实验。沥青混合料在拌和、摊铺工程中的老化, 采用压力老化容器模拟沥青在路面使用工程中的老化, 使其在施工中达到更好的使用效果。

Suerpave沥青混合料设计法对沥青材料、集料级别、混合料比例等都有严格规定, 并且对其制定了严格的规范体系。只要依据施工地现实条件如气候条件, 降水量, 温差变化, 地质等条件实时调整混合材料比例, 就为永久性的沥青路面成功构造奠定了坚实的基础。

四、施工质量的检测

除了前期的准备工作, 中期施工工作也是成功建设永久性沥青路面的重中之重。目前国内的施工质量检测主要集中在以下几个方面:

1、混合料中石料堆放必须放在经过硬化, 且倒坡坡度3%的场地上, 粗集料的堆放高度必须低于3CM, 以防集料不均导致沥青混合料离析。

2、混合料在拌合过程中, 干拌时间时间应该控制在5秒内, 普通沥青混合料石板时间应高于28秒, SBS改性沥青混合料石板时间应该高于32秒。

3、摊铺时应该把摊铺机速度调至最大速度, 并且保持匀速前进。当沥青拌合站具有足够的生产能力时, 沥青混合料的摊铺速递不应低于4米/分。摊铺过程中不应频繁调整摊铺速度, 确保其每一阶段都完美, 工整。

五、工程实例应用

广河高速全称“广州-河源高速公路”, 在国家公路网中的编号是S2。起于广州天河区龙洞, 与华南快速干线二期相交。路线总长约149公里, 是广东省省、地、市高速公路连接线的重要组成部分, 也是广东省“十一五”重点建设项目, 广州市路网规划“五环十八射”的“第六射”, 对于完善广州路网结构, 促进沿线地区经济发展具有重要作用。

为了适应广东省超载荷量的境况, S2全线采用设计汽车载荷公路-Ⅰ级双向彻道高速公路标准建设, 其设计速度为120km/h, 其中整体路基宽度为34.5米, 分离式路基宽度是17米, 主线及主线桥面铺装, 隧道采用沥青混凝土路面。设计路面年限为15年。自2011年年底通车以来, 效果显著, 这是我国对于永久性沥青公路成功运用的最典型案例之一。

结束语:

永久性沥青路面在美国、英国、澳大利亚等都已广泛研究, 但是其设计标准并没有统一, 如何在特定的情况下, 实现比普通的沥青路面具有较低寿命周期费用的目标, 成为研究的终极目的。虽然在我国发展取得一些阶段性的成就, 但是必须结合我国的基本国情和道路结构材料现状进行更加深入的技术理论研究和相关控制, 只有这样才能为我国陆地交通提供一个解决重载、高交通量问题的良好途径。

摘要：近年来, 随着我国经济的快速发展, 公路运输交通量日益增长, 车辆大型化、重载、超载等现象屡见不鲜, 致使我国公路寿命使用越来越短, 很多公路在使用两三年内就出现了大面积的车辙、开裂、路面下陷、泛油等破损现象。相比之下, 国外的公路使用寿命则日渐延长, 有些学者甚至提出了永久性和长寿命路面的设计理念, 这种理念在现实实践中也取得了很大的实践成功。本文通过对国外成功案例的研究, 对永久性沥青路面结构设计理念进行了初步探索, 同时也从我国成功案例进行深入探讨, 这对我国改进公路设计, 延长公路使用寿命具有指导意义。

关键词：永久性沥青路面,设计理念,工程应用