公路造价工程师技术交流:沥青路面倒装式半刚性基层结构的研究

公路造价工程师技术交流:沥青路面倒装式半刚性基层结构的研究

　　随着我国经济的快速发展，国家加大基础设施建设，广西路网建设的里程不断增加，并且以无机结合料稳定粒料（土）类为基层，沥青混合料（沥青混凝土）为面层的半刚性路面已经成为广西公路路网工程的主要路面结构类型。这种路面结构具有强度高、平整度好及抗行车疲劳性好等特点。然而随着这种结构形式的大量使用，通过调查发现此类结构也存在一些问题，尤其是半刚性沥青路面裂缝问题，已成为该结构的主要缺陷。这种路面结构在通车两年后大多会出现裂缝，初期产生的裂缝对行车并无影响，但随着地表水的浸入，在大量行车荷载的反复作用下，在基层裂缝中的水会产生相当大的动水压力，随着荷载的反复作用，压力水不断冲刷基层材料中的细料，细料浆被唧出，沥青面层就会沿裂缝产生下陷现象，同时在裂缝的两侧引起新的裂缝，导致路面裂缝两侧破碎，强度明显降低，路面产生龟裂，坑槽等病害，影响沥青路面的使用性能，造成沥青路面早期损坏。
　　沥青路面开裂的原因是多种多样的，影响裂缝的主要原因有：沥青和沥青混合料的性质、基层材料的性质、气候条件、交通量和车载类型以及其它施工因素等。作为半刚性基层沥青路面开裂原因归纳起来可分为三种：疲劳裂缝、温度裂缝、反射裂缝。其中引起沥青路面早损的最主要、最普遍的原因就是反射裂缝，这种裂缝是由于半刚性基层的干燥收缩及温度收缩开裂，在裂缝部位应力集中使得沥青面层产生反射裂缝。通过调查研究表明，反射裂缝产生的基本机理是：受拉疲劳、受拉屈服与剪切屈服，在它们的联合或单独作用导致产生反射裂缝。在这种半刚性沥青路面上现场钻芯取样观察表明：裂缝中相当数量为半刚性基层先裂而导致沥青面层开裂的反射裂缝，因此，反射裂缝成为半刚性沥青路面的主要病害，因此，在路面结构设计中应充分考虑防裂问题。根据国内外有关资料表明，预防和减轻反射裂缝有：（1）半刚性基层锯缝；（2）预制微裂纹；（3）提高沥青面厚度；（4）提高基层材料强度；（5）设置应力消解层；（6）设置中间层（过渡层）。通过在不同路段铺筑了不同类型的倒装结构路面（即在半刚性基层上铺10～15cm级配碎石中间层），对抑制沥青路面半刚性基层反射裂缝进行尝试。这种结构通车数年后经过观察，能够很好地消除反射裂缝，使用效果良好，沥青路面没有出现早损现象。
　　通过对常规半刚性基层与倒装半刚性基层沥青路面结构力学分析比较，表明无论常规半刚性基层与倒装半刚性基层沥青路面结构均能满足力学上拉应力指标的要求。由于倒装半刚性基层沥青路面结构在半刚性基层顶面设置的级配碎石过渡层属柔性结构，所以路表弯沉相对于常规半刚性基层沥青路面结构偏大；然而，倒装半刚性基层结构中的级配碎石起到了荷载应力的扩散作用，减轻半刚性结构层的车辆荷载应力，提高了半刚性基层的抗疲劳能力，相对地延缓了疲劳裂缝产生;同时，结构中的级配碎石适应变形能力较大，在半刚性基层产生收缩裂缝后，级配碎石层起到吸收半刚性基层开裂所释放的能量的作用，借助行车作用，细集料颗粒间能重新分布，填充裂缝，防止了半刚性基层缩裂和疲劳裂缝反射到面层，使得路面表层能长久保持完好，确保路面水无法浸入半刚性基层。由于没有动水作用，半刚性基层缩裂稳定后依然保持较高的强度，从而达到了路面结构层整体长期保持稳定、防止沥青路面早期损坏的目的。相反，常规半刚性基层沥青路面是在强度较高的半刚性基层上直接铺筑沥青面层，虽然路表弯沉较小，但半刚性结构层承受的车辆荷载应力相应增大，容易产生疲劳开裂；同时，半刚性基层中的各类土与结合料发生离子交换、结晶、碳化等系列化学、物理反应而板结过程中，会产生干燥收缩及温度收缩开裂；在各种裂缝部位由于应力集中使得沥青面层产生反射裂缝。
　　需要指出的是倒装式沥青路面的损坏过程不同于半刚性基层沥青路面，而与级配碎石基层沥青路面的损坏过程相同，即路面损坏始于沥青面层。养护时能及时发现及时修补。
　　综上所述：倒装式沥青路面是一种很好的路面结构形式，级配碎石过渡层厚10～15cm，能有效地抑制半刚性基层裂缝的反射。同时，相对于其它处理方法，具有施工简单、经济实用、养护方便的优点。