公路沥青路面结构形式及破坏机理分析

公路沥青路面结构形式及破坏机理分析【摘要】沥青路面结构是目前我国主要的路面结构。在我国目前公路建设和养护过程中，沥青路面结构的损坏问题非常突出，成为目前困扰我国交通建设发展的难点和热点问题。文章就我国沥青路面主要结构形式和使用性能评价进行了相关分析。【关键词】沥青路面；结构；早期损坏；反射开裂；水损坏在我国公路建设不断发展的过程中，沥青路面结构作为一种主要的路面结构形式被广泛应用。目前我国通车的公路路面中，约80%以上的路面结构采用了沥青路面。在公路建设取得巨大成就的同时，也暴露出了一些问题，特别是在已建成的高速公路中，沥青路面结构出现了较多的早期损坏，明显表现出沥青路面结构长期使用性能的不足。1.沥青路面功能作用和对结构的基本要求沥青路面的功能和作用是以满足交通车辆安全、舒适通行为目的的，由于公路是暴露在自然环境条件下的土工工程构造物，因此，沥青路面还需满足并适应自然环境条件。根据路面的功能和作用，对沥青路面结构的基本要求包括以下几个方面：1.1强度公路路面的强度是指路面结构层对于行车和自然因素等作用的抵抗能力即承载能力。1.2稳定性公路路面的强度经常受到自然气候和水文因素的影响而发生变化，为了保证路面满足交通车辆行驶的需要，要求路面结构在任何气候和水文条件下都必须保持稳定的强度。1.3平整度路面越平整，交通车辆行驶时的振动、冲击越小，行车的滚动阻力也越小，这样就能保证交通车辆以较高的车速行驶，并使车辆的损坏减少，燃油和轮胎磨耗降低，行车更舒适。1.4粗糙度路面粗糙度的大小关系到行车安全，因此沥青路面必须满足一定的抗滑要求。2.沥青路面结构的分类公路路面通用的分类如下，按照使用的材料、施工方法分类，公路路面可以划分为以下几种类型土质路面、稳定处理路面、沥青路面、水泥混凝土路面、砌块路面。按照工程造价的多少分类，可以分为低级路面、中级路面和高级路面。按照承受的交通荷载的方式分类，可以分为柔性路面和刚性路面，我国还增加了半刚性路面。此种方式还可以认为是根据路面的力学特性进行划分的。我国按照路面使用性质和技术因素，公路路面划分为高级路面、简易式高级路面、过渡式路面和低级路面四类。按照路面在交通荷载作用下的工作特点划分为三类，即柔性路面，包括铺筑于非刚性底层上之各级沥青路面及用有机结合料或不同结合料之各种土壤路面与粒料路面。刚性路面，包括水泥混凝土路面及用水泥混凝土为底层上铺沥青作为磨耗层之路面。半刚性路面，水泥混凝土基层上之各种块料铺砌的路面。按照路面在荷载作用下的工作特点，公路路面类型划分调整为两类，即柔性路面包括有机结合料处治石料路面，碎石和砾石路面，块料铺砌路面，结合料处治土和粒料改善土路面等。由于我国沥青路面结构形式日趋单一，现行规范对路面结构类型的分类明显不全面，比如国外应用较多的半刚性材料做底基层，沥青稳定粒料和粒料材料做基层的结构形式在现行规范中没有定义，而国外一般称这种结构类型为混合式结构或倒装式结构。3.沥青路面早期损坏原因与机理分析本文在分析和总结的基础上，通过对几条高速公路实际使用性能的调查，对半刚性基层沥青路面结构早期损坏类型和原因进行了分析总结。3.1半刚性基层沥青路面的开裂半刚性基层路面的开裂是一种必然的结果，因为这是由半刚性基层材料本身的性质决定的。尽管我们可以通过一定的技术途径改进或改善半刚性基层材料的开裂的特点，但壁面半刚性基层材料的开裂特点。照以上分析，当水泥稳定材料用做路面基层时，交通荷载的作用会加剧水泥稳定材料的开裂，因此在一定条件下，基层开裂的结果必然反映到面层上来，材料的性质从根本上已经确定开裂的发生。所以说水泥稳定类材料的开裂是必然的。在这个阶段中，如果水进入路面结构内，一方面由于水和水泥稳定材料中的细颗粒在开裂破碎后能形成胶液，对开裂有一定重愈合作用，如果这种潮湿状况在短时间内得以改变，水泥稳定材料的强度会重新形成，但在重交通荷载作用下，由于压力水的渗透，水泥稳定材料的开裂也可能被加速。3.2半刚性基层沥青路面结构的反射开裂通过对国内半刚性基层沥青路面结构早期损坏现象调查后发现，目前国内很多高速公路由于半刚性基层材料的开裂引起的反射裂缝问题非常突出，分析造成半刚性基层开裂的原因就是使用的水泥剂量太高，在很多高速公路上，行车道上的反射裂缝很明显，而超车道上的反射裂缝几乎没有，证明了以上对材料开裂的分析是正确，正是在交通荷载作用下，半刚性基层的开裂会加剧，有效使用寿命会缩短，半刚性基层材料开裂引起的反射裂缝不可避免。要避免这种早期损坏的发生，半刚性基层的强度必须控制在一定范围内。3.3半刚性基层沥青路面结构的破坏机理目前大多数的半刚性基层沥青路面结构的破坏是始于沥青面层的。这种破坏形式目前在国内的一些高速公路上也已经表现出来，其特征还可以通过路面表面的弯沉指标反映出来，即当这种破坏发生时，路面结构表面的弯沉仍然较小。对于较薄沥青面层的半刚性基层沥青路面结构，在路面交通荷载作用下，随着沥青路面结构层间黏结状态的改变，沥青层与半刚性基层的层间结合状况由逐渐由连续变为滑动，沥青面层的疲劳剪切开裂发生;随着荷载的继续作用，半刚性基层的裂缝得到快速扩展，并逐渐向上反射，造成沥青层的破坏进一步加剧，这个阶段可以认为是半刚性基层沥青路面结构疲劳破坏的第一阶段；随着交通荷载的继续作用，沥青层和半刚性基层的开裂进一步加速，路面结构强度急剧衰减，直到沥青层和半刚性基层发生完全损坏，成为第二阶段。3.4半刚性基层沥青路面的水损坏目前半刚性基层沥青路面结构的水损坏主要有两种表现形式，即沥青混合料的水损坏和结构性水损坏。半刚性基层沥青路面结构的水损坏有两种表现形式，一种是由于半刚性基层没有形成足够强度或强度不足，当路表水进入使半刚性基层后，由于半刚性基层的软化而造成强度失稳，从而在路面结构表面形成坑槽;另一种形式是半刚性基层强度过高，开裂在所难免，当路表水进入路面结构后，不仅会软化半刚性基层表面，而且水会沿裂缝深入整个半刚性基层内部，导致路面结构发生根本性的损坏，在交通荷载作用下，这种破坏进一步加剧。因此，要控制和解决半刚性基层的早期水损坏问题，一要注意选择合适的沥青混合料类型，另一方面要控制半刚性基层材料的强度在合理的范围内，不能低，也不宜太高。3.5半刚性基层沥青路面结构的车辙沥青路面车辙的形成主要受温度、轴载、材料类型以及路面结构形式的影响，其中温度对车辙的形成影响最大。对于半刚性基层沥青路面结构，当温度较高时，由于沥青层软化，沥青混合料非常容易发生塑性形变。路面结构面层材料强度应高于基层材料。基层材料的强度要大于底基层材料，路面结构层的强度从上到下应有一个合适的比值。4.结语通过对国内外沥青路面结构形式及使用性能的对比研究，结合我国沥青路面特点，详细分析了我国沥青路面主要结构形式，并分析了路面结构早期损坏特点以及原因，为我国公路建设合理规划设计提供设计基础。■【参考文献】［１］戴运东，张绍强.浅谈沥青路面早期破坏原因[J].中国新技术新产品.2009.01.［２］杭敏.沥青路面施工常见问题及对策[J].山西建筑.2009.03.