沥青路面结构范文（精选12篇）

沥青路面结构 第1篇

1 半刚性基层沥青路面结构及设计

由于交通量迅速增加, 沥青面层逐步向沥青混凝土发展, 半刚性基层和底基层的强度要求也随之增加, 沥青缺乏和路面承载能力的矛盾更加激化。

“强基薄面”的半刚性基层沥青路面成为我国沥青路面结构的主要形式。半刚性基层的整体强度高, 板体性好等优点, 使沥青路面具有很高的承载能力。但是随着时代的发展, 现在我国对半刚性基层以及薄沥青面层开始产生许多新的看法, 发现了:

1) 国内外普遍重视的半刚性基层可能引起收缩裂缝问题确实是个无法改变的事实, 尽管采取了增加碎石用量, 减少细颗粒及限制土的含量, 取消了泥灰结碎石等类型, 把石灰上等稳定细粒及限制在下基层, 努力控制施工含水量等一系列减少干燥收缩和温度收缩的措施, 使路面的收缩裂缝的反射缝有了明显的减少, 间距有了明显的拉长, 有些沥青面层较厚的高速公路甚至几乎很少发现反射缝。

由于半刚性基层中细颗粒部分较多, 尤其象二灰碎石那样的结构。仅石灰、粉煤灰的比例, 一般超过20%, 半刚性基层中的粗集料已经不能或很难形成嵌挤, 完全成为一种悬浮密实式的结构, 基层的强度主要依靠无机结合料的剂量, 再加上我国路面设计主要以弯沉作为承载能力设计指标, 一般认为路面破坏是由于弯沉不足造成的。笔者这种设计思想指导下, 容许弯沉值随之也不断减小, 规范对半刚性基层的强度要求也不断提高。再加上不少施工单位监理人员, 总认为强度越高越好, 只控制下限, 不控制高限, 使工程实际的半刚性基层强度更加高, 但又算不上贫混凝土。大量的工程实践证明, 半刚性基层的强度过高将使基层开裂及反射性裂缝的问题更严重。

2) 半刚性基层的强度主要来自于结合料的剂量和严格的压实良好的压实本身是没有错的, 半刚性基层本身非常致密, 几乎成为完全不透水的层次。而来自沥青层及基层的水, 包括从路面裂缝进入的水。从沥青混合料离析及较大的空隙率渗人的水, 以及冰冻地区毛细管积冰在融化期增加的水等3种情况而不避免地渗水, 如果半刚性基层上的封层油效果较差。

这些水将直接积存在基层表面, 无法通过基层排走。再加上路面及结构层排水问题长期以来不完善或者根本就没有考虑。而且, 沥青面层越薄, 作用到沥青底部的荷载压力较大, 在荷载重复作用下。基层表面越容易破坏, 成为灰将。以往大部分高速公路沥青的下面层常常采用这隙率较大的Ⅱ型沥青混凝土, 甚至还有半开级配的沥青层碎石。这一层的厚度又薄, 集料公称最大粒径又大, 离析比较严重, 半刚性基层的灰浆逐渐充满下面层的空隙, 并通过裂缝泵吸到路面上来, 即产生通常所说“唧浆”, 成为沥青面层的水损害破坏的重要原因。

3) 半刚性基层与沥青层之间的联结是个很大的困难。路面设计规范规定路面设计是按照界面完全连续的界面条件考虑的, 因为如果界面条件不是连续的, 按照现行的弹性层状体系的沥青路面设计理论。在沥青层底面将产生非常大的拉伸应力和应变, 它完全可有超过沥青昆合料的极限拉伸应变, 这对薄层的沥路面成为设计上无法通过的障碍。针对当时薄沥青面层的情况, 规定不得将界面条件规定为连续的。这样, 沥青面层底部的弯拉应变逐渐成为不起控制作用的指标。也就是说只有这样, 路面设计才能通得过。

2 合理的结构层次设计

高级沥青路面是三层式结构即沥青混凝土面层、半刚性基层和垫层, 总厚度应不小于该地区路面最小防冻厚度。沥青面层通常由上层、中层、下层组成, 应具有足够的抗剪、抗弯拉强度、良好的抗滑性、防渗性等要求, 一般厚度为10~15cm, 其中的上层应成为抗滑层。

半刚性基层以其强度高、刚度大、水稳性好的特点应用于各级公路中, 它由上基层和底基层组成, 是主要的承重层, 并把荷载压力传递给垫层和土基, 它是强基薄面的关键层次, 又由于面层在正常情况下起功能作用, 即保证行车平稳、舒适并保护基层等作用, 增厚面层无法提高承载力, 因此, 加厚半刚性基层就显得很重要了, 其厚度一般为30~45cm, 就相对薄一些垫屡是满足防冻要求的结构层, 应满足最小厚度的要求, 有的个别路段天然砂砾层厚度只有10cm, 没有满足最小结构厚度15cm的要求

3 横断面上结构强度的一致性

在已修建过的公路曾发现在强度薄弱的路缘带和硬路肩处出现低温缩裂现象, 单纯的从经济性出发, 认为路缘带和硬路肩车少, 可以采用结构强度低的结构型式和材料以节省造价, 这对高速公路和一级公路是不全面且欠准确的。从施工方面来看。结构的一致性方便施工, 可缩短工期;再从今后发展看需要增加车道时, 可避免由于结构强度不一致而出现的诸多问题等。

4 沥青路面防水设计

1) 设置沥青面层防水层在沥青面层结构组合设计中, 应将其中一层按密级配要求来考虑或专门设置一层隔水层来防水, 以减少面层渗水。

2) 设置沥青下封层。为防止面层渗水滞留在基层表面, 使基层表面软化, 宜在干净的基层表面上设置一层沥青薄膜下封层, 要减少基层直接受到水的冲刷, 形成一个光滑的界面以利于渗入基层水排除。

3) 搞好硬路肩排水设计设置平路缘石, 硬路肩横坡应较路面横坡大0.5~1, 以使路表横向流水排泄顺畅。在硬路肩下设置垫层或横向盲沟, 将路面结构内的水通过路肩排水引出路基之外。

4) 中央分隔带的排水设计虽然部分降水通过中央分隔带可排至路面, 但仍有部分水会渗人中央分隔带内, 设计时应在中央分隔带内的路基及路面结构层上铺油毛毡, 涂双层沥青, 以阻止渗入中央分隔带回填土中的雨水进一部渗入路面结构层及路基.并在中央分隔带设纵向碎石盲沟, 盲沟底面及侧面包裹土工布, 每隔100m设置一横向硬塑料管, 使渗水排出路基范围。

5 路基强度和稳定性的保证

路面的使用品质是以路基的强度和稳定性为基础的, 公路出现的裂缝等诸多问题, 绝大多数与路基的强度和稳定性有关, 如有的出现大面积网裂、龟裂的路段, 绝大多数是过湿、潮湿路基所致, 个别地点出现翻浆, 就是对该地点的地下水未妥善处理所致, 保证设计的路基是干湿、中湿类型是关键若因特殊情况不得已是潮燥、过湿类型时, 应对路基采取必要的保证其强度和稳定性的技术措施。

参考文献

[1]邓学均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社, 2002.

半刚性基层沥青路面结构特性分析 第2篇

王明远（郑州市市政工程总公司，郑州450007）

摘要：针对高速公路半刚性基层沥青路面的早期损坏，从路面结构层层间状态、路面抗裂、路面荷载特性、路面耐水性、路面养护特性等方面分析了半刚性基层沥青路面结构特点，提出防止路面早期损坏的措施.关键词：道路工程；半刚性基层沥青路面；路面养护；早期损坏 中图分类号：U416.01 文献标识码：A 我国的高速公路半刚性基层沥青路面是公路发展的历史性产物.长期以来人们普遍认为这种路面具有以下优点：①板体性强，承载能力和抗变形能力高；②抗冻性好，能有效治理季节性冰冻地区的翻浆；③可以充分利用地方性材料，造价低.然而与国外的高速公路沥青路面早期损害相比，我国的路面损坏出现得更早，而且出现的损坏现象与设计控制的损坏有所不同.因此，必须针对我国高速公路沥青路面结构，深层次地剖析高速公路半刚性基层沥青路面的特点.1路面结构层层间状态特性

现行公路沥青路面设计规范在进行半刚性基层沥青路面理论计算时，其中一个重要假定是层间接触条件为完全连续，即在设计结构厚度和验算沥青层底的拉应力时，假设路面各层之间的界面处于完全连续的状态.实际上沥青层与基层之间、沥青层各层之间、基层各层之间，都有可能是部分连续或者滑动的，完全连续的界面条件仅仅是开放交通初期层间尚未受任何影响时的一种理想状态.交通部公路所进行的加速加载试验显示：在表面轮迹带上出现纵向裂缝停止加载后，通过开挖发现，表面的纵向裂缝只产生在较薄的沥青层内，下面水泥稳定基层并没有发生疲劳破坏；但是水泥稳定基层顶面出现了磨蚀，表明在荷载作用下沥青层和半刚性基层处于滑动状态[1].为了分析层间接触条件变化对路面结构受力状态的影响，利用弹性层状体系理论计算了基层与沥青层之间不同界面条件下的应力分布，见图1.结果表明：基层与沥青层之间由连续变为滑动时，路表、路基弯沉增大，但是与荷载影响相比，层间联结状态对弯沉值的影响很小，即弯沉指标对界面条件的变化不敏感；当界面条件由完全连续状态变为完全滑动状态时，在100kN和300kN作用下，最大拉应力分别增加了29％，97％，最大剪应力分别增加了22％，63％；在滑动情况下，结构最大剪应力出现在荷载圆圆心下方，且随着荷载的增大，出现深度加深[1].曾梦澜等[2]分析了沥青面层与基层间接触条件对半刚性沥青混凝土路面极限轴载的影响.计算显示：接触条件由连续到滑动，可以导致极限轴载降低大约40％；在不同的接触条件下，所讨论路面结构的极限轴载在183～399kN之间变化，路面极限轴载与现实超载车辆轴载处于同一量级.文献［3］计算分析表明：当面层与基层完全连续时，路面剪应力从上至下逐渐减小，主要集中在面层内，传至基层顶面已经很小；面层与基层发生相对滑动后，面层内最大剪应力出现在面层中部，同时，基层顶面也形成两部分剪应力集中区域.以上力学分析表明，当层间界面条件由连续变为滑动时，路面结构的剪应力和拉应力将发生很大的变化.因此，可以说路面结构的剪应力、拉应力对边界条件和荷载具有很强的敏感性.沥青层之间不能成为整体，沥青层与基层不连续，有可能使沥青路面的使用寿命缩短，成为早期损坏的根源.一般情况下，基层材料的抗剪能力远低于沥青混凝土，所以面层与基层发生相对滑动对基层的受力很不利，过大剪应力使基层表面部分容易发生变形甚至破碎，从而在路表形成车辙、网裂和坑槽等早期破坏现象.而事实表明各层间的联结是路面结构中比较薄弱的地方，尤其是沥青混凝土面层与半刚性基层之间的联结.导致沥青面层和基层层间界面条件发生变化的因素见图2.排除非规范施工因素外，水的存在是结构层层间界面条件发生变化的主要诱因.由于我国的半刚性基层特别致密，水无法通过基层排走，滞留在基层表面的水使基层软化并形成泥浆.在荷载的作用下，沥青层和基层之间的界面至少在局部地方将从理想中的连续状态变为滑动状态或半滑动状态；而基层表面容易破坏成为灰浆，通过裂缝泵吸到路面上产生唧浆.同时，路面结构将产生较大的剪应力和拉应力，在较大的剪应力、拉应力的共同作用下造成路面提前破坏，而车辆的超载又加剧了这种破坏的发展

2路面抗裂特性

沥青路面出现裂缝是不可避免的，而半刚性基层沥青路面的开裂更加严重.路面存在裂缝，一方面使路面荷载变化不再连续，从而降低路面的传递荷载能力；另一方面为水提供了进入路面结构层的途径.图3对早期非荷载裂缝的成因做了简要概括.目前为止，沥青路面产生的温缩裂缝，尚无法避免和根治.因此从这个意义上讲，温度裂缝不能算是沥青路面的早期损坏，是属于一种正常的力学行为，但对于其带来的影响，需通过养护工作采取一定的措施加以弥补.半刚性基层沥青路面反射裂缝指沿开裂基层向上方扩展到沥青面层而形成的裂缝.很显然，反射裂缝的产生首先归因于半刚性基层的开裂，然后再经行车或温度、湿度变化引起沥青面层开裂.根据开裂原因半刚性基层开裂可以分为两大类：荷载型裂缝和非荷载型裂缝.正常条件下，我们更关注半刚性基层的非荷载型开裂.半刚性基层非荷载型裂缝包括：温缩裂缝和干缩裂缝.在基层开裂过程中，如果水进入路面结构内，虽然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；但在交通荷载作用下，由于压力水的渗透，水泥稳定材料的开裂也可能被加速.因为横向开裂，使半刚性基层成为被裂.缝隔开的板结构.板块之间的剪应力靠裂缝表面啮合实现，其传递随时间、年平均温度以及温度梯度而变化，从而使基层中对应产生不同的应力分布.当传荷能力很小时，一旦裂缝表面处拉应力消失，垂直于裂缝的拉应变就比板中间大得多.同时，在开裂处路基垂直应力增加，使得路面受力状态更加不利.在基层出现裂缝的位置，汽车荷载及温度荷载在裂缝对应的上方造成应力集中，从而导致沥青面层产生反射裂缝.3路面耐水特性

沥青路面的水损坏已经成为沥青路面早期损坏的一种主要模式.整个水损坏过程包括：静水损害和动 水损害两个方面.大量研究表明[4-6]，动水压力作用是引发高速公路沥青路面水损害的重要原因，动水压力与行车速度的平方成正比，随行车速度呈级数增长，而超载又加速了损坏进程.根据实地调查我国半刚性基层沥青路面水损坏从发生的形式上主要分为两种类型：自上而下的路面水损坏和自下而上的水损坏.自上而下的路面水损坏表现形式主要是表面松散和坑槽.它的形成条件是水能够渗入表面层，但继续往下渗透比较困难，同时存在外力作用的环境.据国内外的研究认定，沥青路面的空隙率小于8％时，沥青层中的水在混合料内部以毛细水的形式存在，在荷载作用下一般不会产生大的动水压力，不容易造成水损坏；而对于排水性沥青路面空隙率大于15％时，水能够在空隙中自由流动，也不容易造成水损坏.当路面实际空隙率在8％～15％的范围内时，水容易进入并滞留在混合料内部，在荷载作用下产生很大的毛细压力成为动力水，造成沥青混合料的水损坏.该类水损坏的进程与荷载的大小、频度有关.在初始阶段：集料与集料之间发生剪切滑移，伴有沥青膜移动和脱落；剪切应力超过沥青与集料的粘附力导致附着力丧失，但这个过程很短.在这个阶段，它往往局限于表面层发生松散和坑槽，如果及时修补，路面性能可以很快恢复；但是如果不及时维修，损坏面积将扩散很快.所以对该类水损坏要在其发生的初始阶段，尽快维修遏制其发展速度，尽量减小对路面的损坏.当半刚性基层沥青路面的沥青层较薄时，路面的水损坏经常是自下而上发展的.此类水损坏主要由于半刚性基层本身的强度较高，细料含量又多，非常致密，透水性差，同时又存在一定的裂缝.水从各种途径进入路面并到达基层后，不能从基层迅速排走，只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚.沥青层和基层之间的界面条件将从想象中的连续状态变为滑动状态或半连续半滑动状态.沥青层底部的弯拉应变将可能成为控制指标，在交通荷载作用下，下面层将有可能早于基层首先发生弯拉开裂，并逐渐向上扩展.而且由于半刚性材料本身的微裂，导致水在半刚性基层内流动，使得半刚性基层不断松散.这种类型的水损坏基本过程见图4，且主要发生在雨季或梅雨季节以及季节性冰冻地区的春融季节，损坏之初一般都先有小块的网裂、唧浆，然后松散形成坑槽，发生水损坏的地方一般是透水较严重且排水不畅的部位.4路面荷载特性

公路沥青路面设计规范中，进行半刚性基层层底拉应力验算时，轴载换算系数取8，标准设计轴载为100kN.下面做一个 简单的比较，当轴载从100kN增至300kN时，不计其他因素的影响只考虑换算指数变化得到的轴载换算值，见表1.表中结果直观显示，在相同的换算系数等于8条件下，随着轴载的增加换算成的标准轴载数值增长惊人，更不要说轴载超过l30kN时，变化换算系数的影响。高速公路“渠化交通”明显，各车道具有事实上的明确分工.在通车运营阶段，超车道承受的重轴载以及轴载次数很少，行车道或重车道承担了绝大部分的轴载作用次数及重或超重轴载.超车道和行车道路面实际上成为了2个明显不同的路面.从养护角度，宏观上应把高速公路不同车道作为不同的路面来看待，分别进行养护检测和养护方案设计.尽管路面在横向是一个完整均匀的路面结构，但由于不同车道路面的使用性能和承担的轴载差别巨大，理论上已构成完全不同的路面，在养护中应当分别采取有针对性的、不同的维修措施.5路面养护特性

沥青路面的损坏可分为两类：结构性损坏和功能性损坏.路面的初期损坏为功能性破坏，损坏发生于路面面层内，此时路面的整体强度（弯沉）依然很高，损坏原因不是结构整体强度不足，而是局部抗力不足.病害由局部沥青混凝土结构薄弱处产生，并逐步向周围发展，导致上面层产生细小裂缝，裂缝的出现使得水有机可乘，进而加速中面层、下面层的破坏，沥青层的有效厚度逐步减小，面层整体抗力亦逐步降低.随着病害继续向深层发展，路面结构组合抗力效应降低，导致破坏速度加快，而破坏速度加快反过来使结构组合抗力效应加速降低，最终导致路面破坏速度越来越快.对于结构性病害，为恢复和维护半刚性材料层的“板体性”，必需进行基层修复或补强设计.而半刚性基层损坏后没有愈合能力，且无法进行修补，给沥青路面的维修养护造成很大的困难.半刚性基层“补强”设计在理论上成立，在现实中却很难实现.对于非结构性病害，则只需进行沥青混凝土面层维修恢复路面使用功能，同时起到保护基层的作用.许多路面在损坏初期开挖基层往往是完好的，弯沉并不大；但在路面损坏后开挖，基层结构可能已经松散.因此，当沥青混凝土面层发生早期非结构性病害时，要尽早维修以保护基层不受气候与轴载侵害，避免发展为结构性病害.6路面结构特性讨论

结合前面分析总结半刚性基层沥青路面结构特性见图5.根据图中内容逐项分析不难发现：

1）通过对半刚性基层沥青路面水损坏的分析，可以发现半刚性基层沥青路面的内部排水性能差是其致 命的弱点.在多雨潮湿地区和季节性冰冻地区，来自沥青路面的自由水很容易从裂缝、沥青混合料离析及较大的空隙率进入路面结构内.而在冰冻地区，由于雪融、冰融形成的自由水和游离水也不可避免地进入路面结构.所以对于半刚性基层沥青路面，如果能够很好做到封水、排水，不让水滞留在路面结构层内将会有效地改善路面水损坏的程度。第27卷第6期河南科学

2）半刚性基层特别致密，水无法通过基层排走，因此排除非规范施工因素，水是结构层层间界面条件发生变化的主要诱因.在荷载的作用下，沥青层和基层之间的界面至少在局部地方从理想中的连续状态变为滑动状态或半滑动状态.路面的设计寿命是建立在一定假设条件下的，而实际上这种假设不是一直成立的，所以这应该是造成路面使用寿命缩短的设计原因.3）路面裂缝是客观存在的，其表现形式可能是从路表面产生，向下发展，也可能是上、下面对应产生，或者由下向上延伸.除了荷载的影响外，不同的地区路面主导裂缝不同.在北方寒冷地区，以温缩裂缝为主，由于基层的开裂使路面温缩裂缝的程度加重或提早发生.而在温暖地区，则主要是半刚性基层开裂引起的反射缝，沥青层的温度收缩加剧基层裂缝向上扩展.裂缝的防治是比较困难的，但关键是出现裂缝后如何对待，这一点对养护工作至关重要.4）半刚性基层沥青路面对大交通量及重载交通的敏感性大，而超限超载现象在我国又是客观存在，且比较严重.因此，要防止路面早期损坏，必须首先治理超限超载车辆.5）半刚性基层损坏后没有愈合能力，且无法进行修补，给沥青路面的维修养护造成很大的困难.当沥青混凝土面层发生早期非结构性病害时，要尽早维修以保护基层不受气候与轴载侵害，避免发展为结构性病害.因此，半刚性基层沥青路面的结构特性决定了整个路面使用寿命主要取决于半刚性基层的使用寿命.为保证路面使用寿命必须采取相应的措施尽力确保设计条件的成立，避免半刚性基层非正常损坏.6）针对半刚性基层沥青路面结构的特性，为防止路面早期损坏避免大、中修养护的提前到来，必须根据路况特点有针对性地实施路面预防性养护.参考文献: ［1］沈金安，李福普，陈景．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策［M］．人民交通出版社，2004：69－84。

2］曾梦澜．面—基层间接触条件对半刚性沥青混凝土路面极限轴载的影响［J］．公路，2005（1）：25－30.［3］严二虎，沈金安．半刚性基层与沥青层之间界面条件对结构性能的影响［J］．公路交通科技，2004（21）：15－18.［4］李福普．高速公路沥青路面的早期损坏与预防性养护［J］．石油沥青，2005（1）：1－6．

［5］王笑风．高速公路半刚性基层沥青路面预防性养护体系研究［D］.西安：长安大学，2007． ［6］罗志刚，周志刚，郑健龙，等．沥青路面水损害分析［J］.长沙交通学院学报，2005，21（3）：23－26。

AnalysisontheStructurePerformanceofthe Semi-RigidBaseAsphaltPavement WangMingyuan（ZhengzhouMunicipalEngineeringParentCompany，Zhengzhou450007，China）

Abstract:Aimedattheprematuredamageofsemi-rigidbaseasphaltpa

vement，thepaperanalyzesthecharacteristicsofthesemi-rigidbaseasphaltexpresswayinChinafromseveralaspectsoftheinterfacestateofdifferentstructurallayers，thepavementcracking，theload-bearingabilityofthepavement，thepavementmoisturedamageandthe pavementmaintenance，andputsforwardsomepreventivemeasurestopreventtheprematuredamageofsemi-rigidbaseasphaltpavement．

沥青路面大修结构组合研究 第3篇

【关键词】沥青路面;大修结构;组合

1.沥青路面的概述

随着高速公路的迅猛发展，我国的路面施工技术及路面质量有了极大的提高。路面使用性能好，行车舒适，道路使用者对路面质量的评价就高。随着市场经济建设的不断发展，人们期待着质量更好、环保程度越高的道路的出现。在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面中，沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力，使路面平整好、少尘、不透水、经久耐用。因此，沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面（包括次高级路面）。由于人们对路面的要求的提高，使半刚性基层沥青路面随之产生和应用。在半刚性基层沥青路面结构中，半刚性基层和底基层有足够的强度承受车辆荷载的作用。沥青面层实际上只起功能性作用。因此，仅从承载力方面考虑沥青面层的厚度就没有必要保持在固定值，除行车舒适性与施工平整度有关外，其它性能均取决于沥青混合料自身的质量，其中水稳定性、耐疲劳性、抗老化性统称为耐久性。半刚性基层沥青路面具有与柔性路面完全不同的结构特征。因此，其病害成因和维修对策也与传统的柔性路面有所不同，半刚性基层就是用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的的基层，半刚性基层应具有足够的强度和稳定性、较小的收缩(温缩及干缩)变形和较强的的抗冲刷能力。而刚性基层就是采用普通混凝土、碾压式混凝土、贫混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土等材料做的基层。柔性路面也是各国沥青路面主要结构形式之一。可以大致分为两类：薄沥青层和厚粒料基层及厚沥青层和粒料底基层结构。当粒料材料超过—定厚度时，增加粒料层对结构的贡献不大，且不经济，同时由于面层较薄，在交通量较大时，沥青层层底产生较大的拉应变而迅速产生疲劳破坏，因此不宜用于大交通量道路。

2.沥青路面易产生的问题

沥青路面的损坏所表现出的形式和特征是多种多样的。主要有以下几种常见病害。

2.1沥青路面的裂缝

沥青路面建成后，都会产生各种形式的裂缝。初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能基本上没有影响，但随着表面雨水的侵入，导致路面强度下降，在大量行车荷载作用下，使沥青路面产生结构性破坏。沥青路面裂缝的形式是多种多样的，裂缝从表现形式可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种。影响裂缝的主要因素有：沥青的品种和等级、沥青混合料的组成、面层的厚度、基层材料的收缩性、土基和气候条件等。

2.2沥青路面的车辙

车辙是路面结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实，以致结构层材料的侧向位移所产生的累积永久变形。影响沥青路面车辙深度的主要因素是沥青路面结构和沥青混凝土本身的内在因素，以及气候和交通量及交通组成等的外界因素。车辙产生的主要原因有：沥青混合料油石比过大；表面磨损过度：雨水侵入沥青混凝土内部；由于基层含不稳定夹层而导致路面横向推挤形成波形车辙。

2.3沥青路面的松散

松散是直接影响行车安全的路面病害，松散可能出现在整个路面表面。也可能在局部区域出现，但由于行车作用，一般在轮迹带比较严重。其产生的主要原因有：a局部路基和基层不均匀沉降引起路面破坏；b碎石中含有风化颗粒，水侵入后引起沥青剥离；c随着使用时间的增多，沥青结合料本身的粘结性能降低，促使面层与轮胎接触部分的沥青磨耗，造成沥青含量减少，细集料散失；d机械损害或油污染。

2.4沥青路面的水损害

沥青路面在存在水分的条件下，经受交通荷载和温度涨缩的反复作用，一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用。沥青膜渐渐地从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏。沥青路面产生水损害的原因主要有材料、设计、施工、土基和基层、超载车辆等原因。

2.5沥青路面的冻胀和翻浆

沥青路面产生冻胀和翻浆主要是在冻融时期，因为水的侵入和路基土的水稳定性能差，由于冰冻的作用，路基上层积聚的水分冻结后引起路面胀起并开裂。道路翻浆是水、土质、温度、路面和行车荷载五个主要因素综合作用的结果。其中水、土、温度构成翻浆的三个自然因素，缺少任何一个因素都不可能形成翻浆。

2.6沥青路面的沉陷

沉陷是路面变形中最普遍的一种，特点是面积大，涉及的结构层次深，主要出现在挖方段和填挖交界处。

3.沥青路面大修结构组合

在现有的规范和标准指导下,应该采取下列措施对于沥青路面的大修进行组合，主要从以下几个方面入手：

3.1学习引进国外先进、成熟的技术; 对高路堤、软基处理、填挖结合处、结构物两端填土等重点部位的施工重点监控,防止不均匀沉降影响沥青路面的使用性能; 对基层补强和提高水稳性，并重作面层。对胀缩引起的纵横向裂缝，可在冬季灌填热沥青、油砂或用沥青混合料填充。对因施工时基层过湿形成的大面积龟裂，可用罩面法处理。麻面、松散及其防治 面层沥青（渣油）用量不足，矿料级配偏粗，嵌缝料规格不当；或者低温、雨季施工，路面未能成型，部分粒料脱落，即形成麻面。如处理不及时，往往由于麻面渗水,油层碎裂,发展成为松散。重视并协调高速公路沥青路面的压实度、均匀度、平整度和构造深度等指标,特别处理好平整度与压实度的关系。不能过分追求平整度而牺牲压实度,而是要在保证压实度的基础上追求平整度,否则通车后的路面极易发生水破坏以及松散、车辙等早期病害; 不过分追求某些结构。

3.2重视高速公路的排水设计,防止水损坏;重视半刚性基层的养护,防止反射裂缝的出现; 交通执法部门与其它行业主管部门联合执法,大力打击超载运输,保证高速公路的正常使用。在当前不能杜绝超载车行驶高速公路的情况下,加强养护管理,防止病害的进一步发展。引进动态称重技术,改变现有收费方式,按实际吨位进行收费,将在一定程度上遏止超载车对高速公路恶性行驶。

3.3加强养护管理,提高养护管理水平。经验表明,科学有效的养护不但保证了高速公路沥青路面的服务性能,也是防止早期病害的进一步发展、节省养护资金的有效手段。路基施工缺陷的影响从调查材料看，有些高速公路早期破坏与路基施工质量有关，特别是软土地区。路基软土地基不稳定、地基换填或挤淤处理不彻底、路基填筑压实度不足、路基填料的液限偏高、路堤不均匀沉降等都会导致路面的早期破坏。究其原因，大部分与施工工期短、施工低栏为赶进度有关。养护与管理路面早期养護措施不及时、不完善等也是高速公路沥青路面产生早期破坏的原因。所以我们要尽量防止超载现象严重等问题。提高施工设备管理，加强对公路的后期养护。要加强对公路施工设备的管理。以现代设备养护管理理念为基础，完善的管理为重点，保障公路养护设备的完好。避免由于机械设备管理与养护不到位影响公路养护工作的开展。公路建成通车后，因承受车轮的磨损和冲击，受到暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冰融等自然力的侵蚀和风化，以及人为的破坏和修建时遗留的某些缺陷，公路使用质量会逐渐降低。

【参考文献】

［１］谭积青.高速公路沥青路面维修及沥青再生研究[J].洛阳公路交通.2007.

［２］蔡骏,蒋立政.高速公路沥青路面常见病害的成因分析及养护对策[J].工程与建设.2009.

沥青路面合理结构的研究 第4篇

1.1 沥青路面结构的分类从大的分类来说, 公路路面可以按照

使用的材料、施工方法、工程造价的多少或使用的品质及承受的交通荷载的方式进行分类。目前常用的做法是按照荷载来分, 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。在我国的沥青混凝土结构的划分中主要由以下几点:

1.1.1 柔性路面。

柔性路面是由具有粘性、弹塑性结合料和颗粒矿料组成的路面。其特点是抗弯强度低, 主要依靠抗压、抗剪强度来抵抗交通车辆的荷载作用。其破坏取决于荷载作用下的极限垂直变形和水平弯拉应变。柔性路面包括铺筑在非刚性基层上的各种沥青路面、各种粒料路面和土壤路面等。

1.1.2 刚性路面。

刚性路面的特点是在荷载作用下起板体作用, 具有较高的抗弯拉强度和较小的变形, 因而它能减轻路基所受的应力。一般来说刚性路面是在弹性状态下工作, 基础对板体起支撑作用, 因此刚性路面的强度取决于板体的抗弯拉强度和基础的强度。水泥混凝土路面属于刚性路面。

1.1.3 半刚性路面。

半刚性路面所用的混合料在前期具有柔性路面的性质, 随着时间的增长, 到后期则逐渐向刚性路面转化, 但它的抗弯拉强度仍较刚性路面低。石灰或水泥稳定加固土路面属于此类。

1.2 沥青路面的功能作用和要求沥青路面的功能和作用不言

而喻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) 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。在自然因素作用下, 要求路面结构不产生过大的变形和发生过渡的磨损、压碎及疲劳等破坏。 (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。 (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。 (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。因此, 路面的要求与其相应的功能是统一的。

2 沥青路面合理结构的选择 (以级配碎石基层施工为例)

半刚性基层材料的研究和应用逐渐成熟, 在以后的近二十年中, 我国百分之九十以上的高等级公路沥青路面的基层或底基层一般都采用半刚性材料。几年来, 由于半刚性基层开裂导致沥青路面结构反射裂缝问题日益突出, 路面早期损坏严重, 而我国级配碎石等粒料材料在高等级公路基层中的应用经验几乎没有。对此针对半刚性基层沥青路面结构早期损坏问题, 希望通过对级配碎石材料的研究, 将级配碎石材料在级配碎石基层施工中进行应用探讨。

2.1 级配碎石材料的准备

2.1.1 岩质的选择。

级配碎石基层石料最好采用石灰岩, 是因为石灰岩粗集料具有一定的韧性, 细集料具有一定的塑性, 这样在级配碎石混合料施工时, 其和易性和保水性都比较好, 易于碾压成型, 不易离析;同时石灰岩粉末类同于石灰粉, 与水反应后可以形成一定的强度, 有利于路面结构的强度和长期使用的提高。在石灰岩短缺的地区其他岩质的集料也可采用如安山岩、花岗岩。

2.1.2 集料的要求。

对级配碎石混合料来讲, 其强度主要来源于集料颗粒间的嵌挤, 所以粗集料的棱角和破碎面至关重要, 采用轧制工艺生产级配碎石集料最好。对级配碎石混合料采用的细集料来讲, 尽可能采用石灰岩石屑, 并严格控制含泥量。

2.1.3 堆放要求。

级配碎石集料堆放场地必须硬化, 保证集料不被污染。料场中各档石料的堆放必须严格分开, 不许窜料, 否则级配难以控制。对于级配碎石的集料需要搭棚堆放, 以保证混合料的含水量不受降雨的影响。

2.2 现场施工前的准备工作

级配碎石混合料摊铺前, 首先恢复中线, 进行标高控制和洒水预湿。在摊铺前, 应检查下层的施工情况, 下层的坡度、高程、横断面应该满足要求。级配碎石层最好采用全铺断面形式进行摊铺, 以利路面结构内部排水, 但会给边坡防护带来一定难度, 主要是裸露的级配碎石层易被雨水冲刷而淘空。国外一般都采用这种方式, 但由于我国高速公路或一级公路的路基有时会较高, 因此这种方式需要进行调整。研究表明, 由于沥青面层损坏或空隙率大而渗入基层内部的水分较集中, 且不均匀, 15%左右的级配碎石的空隙率很快会使水重新分布, 不会形成动水压力, 也就是说级配碎石的水分重分布功效要大于其排水功效。

2.3 现场摊铺

级配碎石的摊铺有推土机摊铺十平地机整平和摊铺机摊铺两种方式, 根据青海与四川实体工程修建过程中的经验, 高速公路的基层应采用摊铺机摊铺。山西平遥试验段由于较短, 采用了推土机摊铺十平地机整平的组合方式基本可行, 但根据承载板测定结果看, 级配碎石基层的强度不太均匀, 仍有离析发生。在使用平地机整平时, 需要反复刮料, 使粗骨料被刮起, 集中在低洼处, 形成离析带, 刮平的遍数越多, 级配碎石混合料的水分蒸发越严重, 离析也越严重, 针对以上情况在使用平地机摊铺时应注意以下几点: (1) 级配碎石的拌和含水量应稍大, 可以高出最佳含水量2%左右。 (2) 松铺系数应根据试铺段确定, 一般在1.15~1.25之间, 摊铺时要给刮平留有余地。 (3) 整平后应及时碾压。

2.4 级配碎石的碾压

2.4.1 碾压方式。

直线和不设超高的平曲线段, 由两侧路肩开始向路中心碾压;在设超高的平曲线段, 由内侧路肩向外侧路肩进行碾压, 路面的两侧应多压1~2遍。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车。碾压不平之处, 移除多余部分, 然后碾压整平。施工后的级配碎石层坡度、高程及横断面必须达到设计要求。

2.4.2 碾压速度。

压路机的碾压速度, 头两遍以1.5~1.7km/h为宜, 以后用2.0~2.5km/h。碾压是级配碎石施工中非常重要的环节之一。级配碎石结构层的强度主要通过碾压而获得粗颗粒的嵌挤、锁结以及细集料的填充形成的联结强度, 因此, 提高碾压工作的质量是提高级配碎石结构强度的直接手段。

2.5 级配碎石基层的施工管理

级配碎石基层的施工质量管理, 国内外的规范主要在于材料、压实度控制。其中重点是以下几个指标:碎石混合料的级配, 材料质量 (材料的塑性指数及砂当量指标) , 压实度等。成型后的级配碎石层要实行交通限制, 对于底基层或级配类的在保湿养生情况下车辆可以行走, 车速控制在20km/h, 禁止急刹车和急转弯, 级配碎石层应及时铺筑沥青层, 铺筑前石硝要清扫干净, 以利于沥青层与级配碎石层的联结。

3 结语

总之, 根据目前沥青路面结构设计指标的选择情况以及路面结构设计方法的现状, 进一步明确了沥青路面结构各层的功能和作用, 通过级配碎石基层施工, 提出了优化设计、提高现场施工质量, 加强养护工作等措施去预防, 将其危害降到最低, 从而延长沥青混凝土路面的使用寿命, 提高投资效益。

摘要：在我国高等级公路的建设中, 沥青混凝土路面已成为主要的路面形式。论文通过对沥青路面的结构进行分类, 提出了沥青路面的功能作用和要求。以级配碎石基层施工为例, 对沥青路面合理结构进行了探讨。仅供参考。

关键词：沥青路面,合理结构,级配碎石,基层施工

参考文献

[1]公路水泥混凝土路面设计规范 (JTG D40-2002) .北京:人民交通出版社.2002.

[2]公路水泥混凝土路面养护技术规范 (JTJ073.1-2001) .北京:人民交通出版社.2001.

[3]黄卫, 钱振东.高等级沥青路面设计理论与方法四].科学出版社.2001.3.

沥青路面结构 第5篇

软土地基上高速公路沥青路面结构设计

随着高速公路建设的发展;建设保持了持续快速增长的`势头;高速公路在软土地基路段,采用具有级配碎石夹层的沥青路面结构可以降低沥青面层底面的附加应力,较好地防止和延缓下基层反射裂缝的作用,从而延长沥青路面使用寿命.本文阐述了软土地基上高速公路沥青路面结构设计;对于在软土地基上修筑沥青路面结构有着一定的参考价值.

作 者：李辉 作者单位：深圳高速工程顾问有限公司刊 名：城市建设英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN年，卷(期)：“”(1)分类号：U4关键词：高速公路 地基施工 沥青路面 结构设计 有元计算

沥青路面结构层半刚性基层设计 第6篇

【关键词】半刚性基层；沥青路面；设计

随着我国经济的发展，高等级路面特别是高速公路路面的结构、材料、设计、修筑、检测技术在不断进步和走向成熟。为适应交通量日益增加和车辆荷载逐渐增大的需要，半刚性基层成为当前的突出代表， 除少量水泥混凝土路面外， 高等级公路几乎全部采用半刚性基层。半刚性基层是指采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层。常用的半刚性基层材料有石灰稳定土类；水泥稳定土类；石灰工业废渣稳定土类基层。半刚性路面结构具有强度高、刚度大、水稳性好等优点， 与传统的柔性基层沥青表处路面， 无论是力学特性、破坏模式都存在着明显差异。

1. 结构组合方案设计、分析

1.1土基试验及设计参数的确定。

土基的强度与稳定性直接影响道路结构性能及其使用寿命 ，为此，在工程设计时应对公路拟采用的填筑材料进行一定的物理性能、静力特性试验 ，并提供该填筑材料的物理性质试验指标、常规力学试验指标、固结排水剪三轴试验的非线性变形指标。不同路基状况的土基回弹模量设计值 ， 可根据室内试验法、换算法等 ，经综合分析、论证来确定。若该土基已成型则可按《公路路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）的规定确定。应确保土基回弹模量的设计值不低于 30MPa ， 否则应根据具体情况掺加水泥、石灰、二灰、砂砾进行处治。

1.2结构方案选择。

1.2.1面层类型选择。

面层直接经受行车荷载和气候因素的作用 ，应具有较高的强度、刚度、耐磨、不透水和高低温稳定性，并且其表面层还应具有良好的平整度和粗糙度。除承载能力外 ，半刚性路面的行驶质量或使用性能主要取决于沥青面层 ，要求沥青面层裂缝少、车辙轻、平整、抗滑性能好和经久耐用。沥青面层能否达到这些使用要求 ，与所用沥青、沥青混合料的类型和性质以及沥青面层的厚度有密切的关系 ，应该根据各种沥青混合料的特性来选择合适的面层结构。

1.2.2基层类型及材料的选择。

基层是主要承受竖直应力的承重层。基层的强弱和好坏对整个路面，特别是对沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的基层，必须具备有足够的强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性小、平整度和与面层结合良好等基本条件。国内外的经验表明：沥青路面的整体承载力完全可以通过半刚性基层材料予以满足，沥青面层仅起功能性作用。因此，当半刚性基层达到一定的厚度时，增加沥青路面的厚度对路面整体承载力提高很少。有关资料表明沥青路面厚度从9cm增加到15cm对路面整体承载力无影响。就强度和刚度、水稳定性、抗冲刷能力、收缩性来说应使用水泥稳定粒料。

1.2.3底基层类型及材料的选择。

底基层是主要承受竖向应力的次承重层。底基层的强弱和好坏对整个路面，特别是沥青路面的强度、使用品质和使用寿命都有十分重要的影响。因此，作为路面的底基层，必须具备足够的强度、水稳定性、抗冲刷能力等基本条件。根据工程的实际情况和当地材料实际情况，可采用水稳碎石或级配碎石做底基层； 同时，作为半刚性基层和路基的过渡层。

2. 结构选择的基本原则

结合调查路段的路面结构和实际的使用状况，以及国内外半刚性基层沥青路面实体工程设计，半刚性基层沥青路面的承载能力主要依靠半刚性基层。因此承载能力改变时主要通过改变基层的厚度来实现。沥青面层的厚薄主要考虑道路等级交通量的影响，为此，可得出半刚性基层沥青路面典型结构沥青面层、基层、底基层厚度改变的基本原则。

（1）沥青面层总厚度控制在6～16cm。对相同交通等级，不同的路基等级，基层或底基层厚度不同；不同的交通等级，相同的土基等级要改变沥青面层的厚度。

（2）基层或底基层厚度变化尽可能考虑施工因素，即施工作业次数最小。

（3）不同的交通等级，主要改变基层或底基层的厚度，并且综合考虑造价因素。

（4）材料选择应结合当地实际，基层一般采用水泥稳定粒料，底基层则采用水泥稳定粒料或级配粒料。

3. 结论

通过实际工程的调查、测试、分析和总结，提出高等级公路半刚性基层沥青路面结构设计注意事项。（1）选择典型结构时应根据土基、交通量状况及路面使用材料确定典型结构。（2）面层宜采用中粒式沥青混凝土。（3）基层宜采用二灰碎石或水泥稳定粒料。（4）从施工最小工序数 ，公路投资最小的角度考虑 ，尽可能通过改变底基层厚度来满足结构强度要求。

参考文献

[1]《高等级公路半刚性基层沥青路面》人民交通出版社 1998.

沥青路面结构的可靠度分析 第7篇

路面结构的可靠度可定义为:在规定的设计使用期内,在规定的交通和环境条件下,路面使用性能满足预定水平要求的概率。具体来说,某个路面结构可靠度的大小等于容许弯沉大于实际弯沉的概率和容许弯拉力大于实际弯拉应力的概率。其数学表达式为:

ps1=p(ld>ls)。

ps2=p(σR>σs)。

其中,ld为容许弯沉;ls为实际弯沉;σR为容许弯拉应力;σs为实际弯拉应力;ps1,ps2均为路面结构可靠度。

上述计算可靠度的表达式是指路面新结构中针对某个设计指标建立的极限状态函数,采用某种计算方法的可靠度值。

另外,还可以用疲劳寿命N0与累计轴载作用次数Ne为指标建立可靠度定义,其数学表达式为:

ps3=p(N0>Ne)。

2 可靠度设计指标的概率分布

2.1 设计弯沉

1)设计弯沉的计算公式:

ld=600N${}_e^{-0.2}$·Ac·As·Ab。

其中,ld为设计弯沉,0.01 mm;Ac为公路等级系数;As为面层类型系数;Ab为基层类型系数。

2)设计弯沉ld的概率分布类型。由上述设计弯沉计算公式可看出,它与Ne有关,若Ne服从对数分布时,设计弯沉ld的概率分布既服从对数正态分布又服从正态分布。

3)设计弯沉ld的变异系数δld。由误差传递公式可导出设计弯沉ld的变异系数δld。

δld=0.2δNe。

其中,δNe为标准轴载累计作用次数Ne的变异系数。

4)设计弯沉的标准差σld为:

σld=μld·δld。

其中,μld为设计弯沉ld的平均值。

2.2 实测弯沉

1)实测弯沉计算公式为:

其中,ls为路面实测弯沉值,0.01 mm;p,δ分别为标准车型的轮胎接地压强和当量圆半径,单位分别为MPa,cm;F为弯沉综合修正系数;ac为理论弯沉系数;E0或(En)为土基回弹模量值,MPa;E1,E2,En-1均为各层材料回弹模量值,MPa;h1,h2,h3均为各结构层厚度,cm。

2)实测弯沉的概率分布类型。从以上实测弯沉计算公式可以看出,它是多个随机变量的函数,若要较准确地弄清其概率分布类型是比较复杂的。若采用模拟的方法分析其结果,一般服从正态分布或对数正态分布。用于计算理论弯沉变异系数的方法为近似求导法,具体为先求一阶和二阶导数后得到实测弯沉的方差,最后利用方差与平均值的关系计算变异系数。

实测弯沉的变异系数:

其中,δls为实测弯沉变异系数;σls为实测弯沉标准差;μls为实测弯沉平均值。

2.3 允许弯拉应力

1)允许弯拉应力的计算公式:

其中,σR为路面结构层材料的允许弯拉应力,MPa;σsp为沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度,MPa;ks为抗拉强度结构系数(见现行规范)。

2)允许弯拉应力的概率分布类型。由允许弯拉应力计算公式可看出,它与抗弯拉强度σsp和标准累积作用次数Ne有关。当σsp和Ne为对数正态分布时,允许弯拉应力σR以服从对数正态分布为主,当σsp和Ne为正态分布时,σR以服从正态分布为主,但为了计算方便,允许弯拉应力的概率分布可采用正态分布。

3)允许弯拉应力的变异系数。按计算允许弯拉应力公式由误差传递公式推导后可得,变异系数为:

其中,δσR为允许弯拉应力的变异系数;δsp为劈裂强度的变异系数;Ne意义同前;AR为常数,对于面层,AR=0.04,对于半刚性层,AR=0.01。

4)允许弯拉应力的标准差σσR。

σσR=μσR·δσR。

其中,μσR,δσR分别为允许弯拉应力的平均值和变异系数。

2.4 实际弯拉应力

1)实际弯拉应力按层底弯拉应力验算公式为:

其中,σm为实际弯拉应力,MPa;p意义同前;$\overline{\sigma }$m为理论最大拉应力系数。

其中,所有参数意义同前。

2)实际弯拉应力的概率分布类型。由实际弯拉应力计算公式看出它是每个随机变量的函数,分析较复杂,仍可采用模拟的方法,实际弯拉应力的概率分布可采用正态分布或对数正态分布。

3)实际弯拉应力的变异系数与实际弯沉变异系数分析方法相同,仍可通过近似求导方法计算。

3 沥青路面结构可靠度计算方法

计算沥青路面结构可靠度一般多用一次二阶矩法。

3.1 结构极限状态功能函数

1)弯沉为设计指标时,极限状态功能函数为:

Z=ld-ls。

2)弯拉应力为设计指标时,极限状态功能函数为:

Z=σR-σm。

3)疲劳寿命为设计指标时,极限状态功能函数为:

Z=N0-Ne。

4)极限状态功能函数的一般表达式。

设S为作用或作用效应,它指引起路面结构失效的所有因素,如同以上极限状态功能函数中的实际弯沉ls,实际弯拉应力σm和标准轴载累计作用次数Ne。设R为抗力,它指阻止路面结构失效及所有因素,如同以上极限状态功能函数中的设计弯沉ld,允许弯拉应力σR和路面疲劳寿命N0。

极限状态功能函数的一般表达式为:

Z=R-S。

3.2 沥青路面结构失效概率

极限状态功能函数的一般表达式为Z=R-S,其相应极限状态方程为:Z=R-S=0。

则失效概率pf为:

含裂缝沥青路面结构静力分析 第8篇

本文根据断裂力学理论采用有限元软件ABAQUS建立含基层裂缝路面结构开裂模型,研究两种典型荷载模式下路面结构层参数变化对裂缝尖端应力强度因子的影响。

1 断裂力学

如图1所示一平面裂纹,以裂尖为坐标原点,裂纹为沿x轴负方向的一部分,令r表示xy平面内原点周围的一个微小区域(r远小于裂缝长度)。根据westergard复变函数法可以求得线弹性断裂力学中的裂纹尖端应力场和位移场[1]。

其中,G为材料剪切模量;KⅠ为Ⅰ型应力强度因子;KⅡ为Ⅱ型 应力强度因子;k为弹性系数,平面应变时(即w=0),k=3-4v,平面应力时(即σz=0),k=(3-v)/(1+v)。

利用有限元计算出裂纹尖端的位移场,再根据式(1)推得裂缝尖端的应力强度因子。

2 等参有限单元

本文采用等参八节点四边形单元作为基本单元。在使用有限元法对含裂缝结构进行分析时,由于裂缝尖端的奇异性,采用常规单元划分裂缝尖端附近区域,计算精度并不高,因此在裂缝尖端设置1/4节点单元(奇异单元),如图2所示。

将节点1,7重合于节点8,并将节点2,6移至距节点1/4变长处,可得到平面八节点奇异单元,可以证明应力、应变分量在从节点1扩散的所有方向上(在节点所属单元范围内)均具有r-1/2次奇异性[2]。

3 路面结构模型

3.1 路面结构层参数

在沥青路面结构的设计和计算分析过程中,将道路结构简化为面层、基层、底基层和土基四层连续体系,各结构层厚度和材料参数见表1。

3.2 车辆荷载

行车荷载选用路面设计规范中规定的标准轴线BZZ-100,p=0.7 MPa,P=100/4 kN,轮胎与路面的接触面积简化为圆形,当量圆半径δ=0.15 m。

根据道路工程中车辆荷载作用情况,本文考虑两种最不利荷载作用位置,即行车荷载对称作用于裂缝上端(对称)和行车荷载作用于裂缝上方一侧(非对称加载),来讨论不同路面参数变化对基层裂缝尖端应力强度因子的影响,在分析中忽略动荷载效应的影响[3]。

加载模式如图3所示。

4 计算分析

假设基层底部存在一条贯穿于整个宽度的裂缝,裂缝长度为3 cm,建立二维有限元模型,对含裂缝沥青路面结构进行分析计算。

4.1 面层模量对裂缝尖端应力强度因子的影响

改变沥青面层模量,分别计算对称荷载和非对称荷载作用下基层裂缝尖端的应力强度因子(见图4)。

由图4可知,在对称荷载作用下,裂缝尖端不产生KⅡ,KⅠ随着面层模量的增加而增加;非对称荷载作用下,KⅠ随着面层模量的增加而增加,而KⅡ随着面层模量的增加而减小。故增加面层模量可能促使基层裂缝进一步发展。

4.2 面层厚度对裂缝尖端应力强度因子的影响

改变沥青面层厚度,分别计算对称荷载和非对称荷载作用下基层裂缝尖端的应力强度因子(见图5)。

从图5中可以看出,在对称荷载作用下,裂缝尖端不产生KⅡ,KⅠ随着面层厚度的增加先缓慢增加,到达一定厚度(20 cm)后开始减小;非对称荷载作用下,KⅠ随着面层厚度的增加先缓慢增加,到达一定厚度(21 cm)后减小,而KⅡ随着面层厚度的增加而减小。因此可以通过增加面层厚度的方法抑制裂缝扩展。

4.3 基层模量对裂缝尖端应力强度因子的影响

改变基层模量,分别计算对称荷载和非对称荷载作用下基层裂缝尖端的应力强度因子(见图6)。

由图6可知,在对称荷载作用下,裂缝尖端不产生KⅡ,随着基层模量的增加,KⅠ随之呈线性增长趋势;非对称荷载作用下,随着基层模量的增加,KⅠ随之增加,但基层模量对KⅡ的影响很小。因此,在路面结构抗裂设计时应避免基层模量过大致使路面结构更易开裂。

4.4 基层厚度对裂缝尖端应力强度因子的影响

改变基层厚度,分别计算对称荷载和非对称荷载作用下基层裂缝尖端的应力强度因子(见图7)。

由图7可知,在对称荷载作用下,裂缝尖端不产生KⅡ,KⅠ随着基层厚度的增加先缓慢增加,达到一定厚度(20 cm)后减小;非对称荷载作用下,KⅠ随着基层厚度的增加先增加,达到一定厚度(25 cm)后缓慢减小,而KⅠ随基层厚度的增加而增加。由此可知,增加基层厚度可以降低基层开裂。

4.5 底基层模量对裂缝尖端应力强度因子的影响

改变底基层模量,分别计算对称荷载和非对称荷载作用下基层裂缝尖端的应力强度因子(见图8)。

从图8可知,在对称荷载作用下,裂缝尖端不产生KⅡ,KⅠ随着底基层模量的增加而减小;非对称荷载作用下,KⅠ随着底基层模量的增加而减小,而KⅡ随着底基层模量的增加而增加。由此可知,增大底基层模量可以降低基层开裂。

4.6 底基层厚度对裂缝尖端应力强度因子的影响

改变底基层厚度,分别计算对称荷载和非对称荷载作用下基层裂缝尖端的应力强度因子(见图9)。

从图9中可以看出,在对称荷载作用下,裂缝尖端不产生KⅡ,KⅠ随着底基层厚度的增加而减小;非对称荷载作用下,KⅠ随着底基层厚度的增加而减小,而对KⅡ影响很小。因此,适当增加底基层厚度有助于减小裂缝开展。

5 结语

1)在对称荷载作用下,基层裂缝尖端区域不产生剪切型应力强度因子KⅡ。

2)裂缝尖端的应力强度因子KⅠ随着面层厚度和基层厚度的增加先缓慢增加然后减小,随着面层模量和基层模量的增加而增加,随着底基层厚度和底基层模量的增加而减小。

3)裂缝尖端应力强度因子KⅡ随着面层厚度、面层模量、基层厚度的增加而减小,随着底基层模量的增加而增加,基层模量和底基层厚度对KⅡ影响很小。

参考文献

[1]李永东.断裂力学理论与应用[M].北京:科学出版社,2000.

[2]ABAQUS/Standard User’s Manual Version 6.0[M].Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc,2002.

重载交通下沥青路面结构分析 第9篇

1 超载对沥青路面疲劳寿命的影响

路面设计时使用累计当量轴次的概念。但路上行驶的车辆类型很多, 所以必须选定一种标准轴载, 把不通类型轴载的作用次数换算为这种标准轴载的作用次数。考虑到我国公路汽车运输车辆的现状及发展趋势。我国《公路沥青路面设计规范》 (JTJD 50-2006) 中规定:当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时, 各级轴载均应按公式 (1) 换算成标准轴载P的当量轴次N。

考虑到车辆超载以后对路面的损坏将更为严重, 结合 (1) 式可知, 当被换算的车辆的轴载增加时, 标准轴载作用次数是按4.35次方增加, 而不是按照比例增加的。为了分析车辆超载对沥青路面疲劳寿命的影响, 选取了公路等级为高速公路、一级公路、二级公路3种沥青路面结构, 给出相对应一组路面使用初期的交通量 (考虑25%的空载率) , 由 (1) 式计算在空载、满载、超载20%、超载50%、超载80%、超载100%的换算系数;再计算3种不同等级沥青路面的标准轴次和累计标准轴次 (考虑25%的空载率) , 满载中考虑80%的超载数量。累计标准轴次按规范中规定计算, 然后路面结构设计按满载时的累计标准轴次进行计算, 反算路面结构的使用寿命。计算参数见表1, 换算系数计算见表2及图1, 轴次计算见表3及图2、图3。

注:轴载小于25kN的轴载作用不计。

由表2及图1可知:各种车辆随着超载率的增加, 换算系数明显增加;超载20%时为满载的2.21倍, 超载50%为满载的5.83倍, 超载80%为满载的12.89倍, 超载100%时为满载的20.39倍。

从表3中可以看出:随着超载率的增加, 3种公路等级使用初期计算标准轴次与设计寿命年限内累计标准轴次均明显增加, 超载20%时为满载的1.96倍, 超载50%时为满载的4.85倍, 超载80%时为满载的10.47倍。

从表4及图2、图3中可以看出:不同公路等级, 路面结构按满载时的累计标准轴次进行设计, 在超载的情况下使用寿命明显降低, 超载100%时, 高速公路的路面结构只能使用1.3年, 一级公路的路面结构只能使用1.4年, 二级公路的路面结构只能使用1. 0年。由此可见, 路面结构的使用寿命显著降低。

2 超载对路面基层受力影响分析

当沥青路面结构所承受的车辆轴载增加时, 路面的弯沉值增大, 同时其结构的应力分布必然发生变化, 基层的拉应力也随之增加, 为了研究超载对沥青路面结构应力的影响, 本文采用高速公路、一级公路、二级公路3种典型沥青路面结构形式为研究对象, 各层结构参数取值见表5所示。其中土基的模量分别取20、40、60、80MPa 4个等级, 采用弹性层状分析体系分别计算轴载为100kN (δ=10.65cm) 、120kN (δ=10.70cm) 、150kN (δ=10.77cm) 进行路面结构的基层与底基层层底拉应力计算, 计算结构见表6。

由表6可以看出:随着轴载的增加, 基层与底基层的层底拉应力明显大于标准轴载 (100kN) 作用下的拉应力, 在考虑当量圆半径差异的情况下, 轴载P=120kN为轴载P=100kN作用下的基底拉应力的1.2倍, 轴载P=150kN为轴载P=100kN作用下的基底拉应力的1.5倍;随着土基模量的增加, 层底拉应力值逐渐减小, 当土基模量从20MPa增加到80MPa时, 3种公路等级中基层层底的拉应力平均降低了1.182倍, 底基层的层底拉应力降低了1.43倍, 这说明土基模量对于沥青路面结构应力分布状态有较大影响。

3 超载对沥青路面厚度的影响

交通轴载对路面厚度设计是一个很重要的的参数。目前设计标准轴载为100kN, 设计标准轮压0.7MPa, 而实际路面上的交通车辆由于普遍严重超载, 使得实际的轴载和轮压远远超过标准轴载和轮压。在这种情况下, 如果按不同轴载作用下, 底基层底面的弯拉应力与标准轴载作用下应力相等的思路来确定在超载作用下所需要增加的结构层厚度, 以及每一级超载水平对技术水平指标的影响, 路面结构及计算参数取表5中高速公路所示, 通过计算则得到结果见表7。

由表7中可以看出:车辆轴重每增加20kN, 表中的各项指标均增大20%, 轴重由100kN增加到200kN时, 底基层的层底拉应力增加近一倍, 底基层的厚度增加31cm, 大约为标准轴载作用下基层厚度的1.5倍。

4 结论

本文通过3个典型的路面结构分析了汽车超载对沥青路面使用寿命、结构应力及结构层厚度的影响, 得到以下结论:

(1) 根据现行规范的轴载换算公式, 随着超载率的增加, 换算系数明显增加, 超载20%时为满载的2.21倍, 超载50%为满载的5.83倍, 超载80%为满载的12.89倍, 超载100%时为满载的20.39倍。

(2) 车辆超载使累计标准轴次大大增加, 导致路面使用寿命明显缩短, 超载是目前路面结构早期破坏的主要因素之一。

(3) 随着土基模量值的加大, 层底拉应力值逐渐减小, 当土基模量从20MPa增加到80MPa时, 3种公路等级中基层层底的拉应力平均降低了1.182倍, 底基层的层底拉应力降低了1.43倍, 这说明土基模量对于沥青路面结构应力分布状态有较大影响。

沥青路面微细观结构特性分析 第10篇

1 沥青路面多尺度问题

采用传统方法研究沥青路面多尺度问题, 把尺度问题分3类 (见图1) :宏观层次、细观层次、微观层次。理论上, 沥青路面的宏观尺度是由许多物质点所组成的不连续介质, 而每一个物质点又是由许多微观元素构成。因此, 沥青路面实际上可以近似的看成由许多微观连续介质构成的构筑物。例如, 沥青路面在宏观尺度上统计是均匀的, 可以研究任意典型的局部细观尺度分析材料的性能。还有研究认为, 在宏观尺度区域试验观察到的非线性行为是局部微细观尺度试验观察到的微裂缝扩展结果, 用微细观力学粘弹性模型模拟微观裂缝。所以, 用有限元建立起来的多尺度模型, 在RVE中的宏观应力、应变场可视为均匀的, 而微观应力、应变场可以通过其体积平均值对材料的宏观性能产生影响考虑。这样在解决微细观力学问题后就可以观察到小尺度物理现象, 明确局部微细观尺度的发展机理 (即:裂缝) , 能更好地评价微细观机理对宏观整体性的影响。此理论预估材料服务寿命周期的早期破损, 从而采取有效措施。通过单个材料性能, 此理论预估评价沥青路面的有效性, 反算全寿命周期, 以减少大量的室内试验、节约成本、提高经济效益。

2 集料特性

2.1 传统的集料研究

在沥青路面设计研究中, 美国提出Superpave设计体系和传统的Marshall设计法仍缺乏有效的理论数据支撑和试验分析方法。学者针对集料的级配、沥青路面混合料的体积特征参数、材料性能等宏观品质与沥青路面的高低温性能、疲劳水损害、老化耐久性等路用性能进行研究;并没有对单个集料形状、尺寸、棱角、表面纹理及集料个体在沥青路面中的空间分布状况等问题的研究。所以, 传统的集料研究只是对沥青路面的宏观性能指标进行简单的分析与评价, 并没有涉及对沥青路面的微观作用机理的探索, 不能客观地提出评价沥青路面集料微细观研究的常用方法。沥青路面集料在微细观方面等问题带来困难, 不能准确地了解单个集料在宏观路用性能中的表现, 使沥青路面微细观研究处于停滞不前的尴尬局面。

2.2 新型的集料研究

新型的沥青路面集料研究摒弃传统的实验观察的现象学经验方法, 采用先进的技术手段、力学分析软件, 定量地分析微观或细观尺度集料的力学特征, 分析其微细观与宏观力学性能之间的关系。基于数字图像技术与分形原理, 试图分析集料形态及对骨架结构、分布状况的影响, 并作为用虚拟力学试验验证级配组成设计的基本方法。主要研究集料颗粒的形状、棱角性、表面纹理等并尝试应用多种方法分析集料形态与分布特征, 为沥青路面级配组成虚拟力学试验积累基础方法。

集料是介于有序与无序、微观与宏观之间的状态, 一般它的外表特征极其破碎、无规则和复杂, 内部特征却具有自相似性和自仿射性。因此, 可以采用手工测量和投影图像法测量集料的球状和形状因子, 而且投影图像法在检测中间尺度或正交轴尺寸以及最短轴尺寸时可以达到很高精度, 可以作为有限元虚拟力学试验模型修正的基础方法;通过分形理论, 透过复杂无序的混乱现象和不规则的形态, 认清集料的规律、预判局部与整体之间的本质联系。用盒维数计算法可以比较稳定地分析单个颗粒以及沥青路面剖面中颗粒的几何形状等;借助现代数学理论, 实验设备用有限元软件从集料微细观入手对集料的微细观性能和力学指标进行研究;结合离散元法和拓扑优化理论, 建立试验模型;采用CT技术, 在动荷载作用下观测集料微细观力学现象。综上所述, 新型的集料研究探讨集料颗粒、集料粒径分布、集料形状纹理、级配以及集料体积分维等问题为研究对象, 把微细观分析结果对比于基础试验和典型试验结果, 进一步完善集料质量控制体系参数, 初步确定集料特性与宏观路用性能之间的关系, 绘出集料特性曲线, 为初步建立集料微细观分形理论奠定基础。

3 空隙特性

沥青路面是一种具有复杂结构的复合结构体, 其宏观力学模型呈现出不确定性、不规则性、模糊性和非线性等特征, 主要因为沥青路面空隙的复杂多样性等原因造成的。分形理论引入沥青路面空隙特性的研究是十分有效的, 它可以对沥青路面空隙显微结构的复杂程度进行精细的量化描述;通过CT扫描光电图像在计算机上运用MATLA软件 (Matrix Laboratory) 等进行不同灰度预处理后, 得到断面轮廓曲线, 用计盒维数法求出其分维数, 用分维数的大小描述沥青路面空隙的复杂程度, 以此反推沥青路面宏观力学模型。因而, 分维数可以取到宏观与微观相互转换的桥梁作用。

3.1 空隙空间描述方法

统计学方法因其本身的特性是描述散粒性材料空间分布复杂与高度无序性的一种有效的方法。沥青路面的空隙形状和大小恰好满足经典统计学描述方法的条件。统计学方法对空隙的宏观物理力学性能有一个较准确地预估, 但对其微细观具有多变性、随机性等特征却不能很好地显现, 不能反映沥青路面空隙的空间分布形状及规律;拓扑学方法采用空隙结构的拓扑不变性原理通过配位数和连通度等参数进行空隙特性的表征, 得到的参数描述准确, 与实际情况相关性很好, 但工作量很大, 试验费用较高, 一般不采用;欧几里德几何简化分析方法作为描述自然界中复杂、无序现象的一种定量手段, 以此来研究沥青路面空隙的空间分布状态, 该方法适用于路面空隙分形, 简单可操作性强, 得到的数据精度能够满足现阶段的试验要求。

3.2 空隙空间试验描述

目前, 检测空隙的主要常用方法有压汞法、气体吸附法、X射线层析摄像法等。大量研究表明:X射线层析摄像法是研究沥青路面微细观空隙较好的试验方法, 它改进X射线照相技术物质与物质之间相互重叠的缺点, 发挥层析照相技术可以将物质层与层之间信息相分离的优点, 这样图像就可以清晰地再现沥青路面内部结构与空隙的排列状态, 不会产生重影。该技术不仅可以很好地表征沥青路面中的空隙形貌, 而且可以对路面的变形实现无损成像。因此, 相比于其他检测空隙的主要常用方法, X射线层析摄像法更具有优势。

空隙空间试描述试验需要将试件 (马歇尔试件、旋转压实试件或现场钻心取样等) 进行切片、CT扫描, 通过CT扫描图像应用计算机上处理图像的软件对其预处理, 得到断面轮廓曲线, 根据灰色关联度描述断面空隙的复杂程度, 从此分析路面的宏观力学性能, 建立宏观与微观的联系。

4 CT图像

美国联邦公路局与特纳公路研究中心 (TF-HRC) 联合执行的SIMAP计划中, 首次利用CT技术对沥青路面内部组成结构进行研究。随着沥青路面研究的深入, 采用CT技术获取沥青路面内部微细观结构组成, 分析沥青路面多尺度、集料性能、空隙特性等问题的研究成为沥青路面技术领域关注的热点问题之一。

4.1 X射线CT技术

X射线CT技术, 即计算机体层摄影, 也称为计算机断层成像技术。机器采用准直后的X射线束对沥青混合料试件的某一层面进行扫描, 衰减后的X射线由探测器接收成为多组原始数据, 在经计算机重建产生显示数据矩阵, 在CRT或胶片上成像, 如图2所示。

4.2 CT图像处理

数字图像处理技术采用一定的算法对CT图像进行处理, 获得人眼视觉或者某种接收系统所需要的图像过程。在沥青路面微细观研究中, 由于数字图像处理技术的方便性、经济性、可利用信息量大、形象化存储、非接触、全场测量和高精度等方面的优点, 使得其研究结果更加客观和直观, 成为国际道路领域研究的重点。

利用CT扫描采集沥青路面混合料试件的内部结构信息, 通常要对试件进行切割一般高度可以根据车辙板试件、标准马歇尔试件、大型马歇尔试件, 旋转压实试件等的高度具体而定, 推荐高度一般是5~10cm, 由于试件表面的形态特性影响, 近表面空隙主要是开口空隙, 结构很特殊, 需作为单独研究。因此, 在分析试件高度的时候试件底部和顶部宜预留8~12mm的高度不用扫描, 这样既节省试验费用, 又可以摒除不利的影响因素。扫描层厚根据试验设计者的要求需要可以自行选取, 现在市面上的CT机械检测的几何灵敏度一般可以达到0.05mm, 一般选取2mm为一个扫描层的比较常见, 可以满足沥青路面微 (细) 观分析。采用单张沥青路面混合料CT扫描图像简要介绍所获得的数字图像用于定量分析前通常需进行的一般处理内容, 如:滤波去噪、图像增强、图像阈值化、颗粒复原、颗粒分离和集料内部的空洞还原等 (如图3~5所示) 。经过处理后, 可对集料颗粒的边缘进行识别与提取、对混合料间的空隙、沥青胶浆的面积组成进行计算等。常用的软件有:Photoshop、Image Pro Plus、MATLAB等。

5 结束语

本文仅对沥青路面多尺度、集料和空隙特性三方面做简要的论述。研究结果表明: (1) 基于沥青路面多尺度性能, 可以采用RVE方法充分关注小尺度结构特征, 拟合本构关系, 建立有限元模型, 虚拟沥青路面各标准状态下的力学行为, 减少室内试验, 节约时间和成本; (2) 充分关注单个集料本身的性能、空间分布状况以及模拟沥青路面力学性能的方法等问题, 用计盒维数法可以比较稳定地分析单个颗粒以及沥青路面剖面中颗粒的几何形状, 可以很好地描述集料特性, 求出的分维数, 是联系微观与宏观的桥梁; (3) 沥青路面空隙是影响路面复杂力学性能的主要原因, 应用分形几何法对空隙空间分布进行描述, 采用CT扫描对空隙空间进行实测, 通过对CT图像的灰度处理, 根据灰色关联度描述断面空隙的复杂程度; (4) CT技术是无损检测, 是现阶段研究沥青路面微细观方面较先进的技术手段。CT技术与图像处理软件相结合, 可以方便直观地解决集料颗粒边缘的识别与提取空隙的空间分布、沥青胶浆面积组成计算等宏观领域不能解决的问题。CT技术还可以准确真实直观的观察到沥青路面各个受力阶段的微细观变形, 但真正建立三维沥青路面分形理论模型, 具体与实际路用宏观力学性能建立一定的相关关系还需要进一步的探索研究。

参考文献

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沥青路面结构 第11篇

关键词：沥青路面坑槽常温沥青混合料修补技术工艺费用

1沥青路面坑槽的维修原理

沥青路面产生坑槽破损不仅严重影响路面的表面功能和使用性能。对安全也有很大的影响。需及时修补坑槽的功效，息的来说可以概括为以下几点：1坑槽使结构层变薄，及时修补能恢复路面的局部强度和承载力。2恢复沥青路面的表面功能，恢复行车的平稳性和舒适性。3弥补坑槽破损处原有路面的强度和耐水性的不足，具有补强作用。4改善破损处承受车辆和水等外部荷载的进一步破坏，做到防、治结合。

2坑槽破损的主要表现形式

2.1表面层产生坑槽，由于沥青路面上面层混合料局部空隙率较大、沥青与石料间的粘附力不强，路表水(雨水或雪水)进入并滞留在表面层沥青混合料中，在行车荷载尤其是重载车辆的不断作用下，产生的动水压力使表面层的沥青从石料表面剥落下来，沥青路面便会出现局部松散破损。散落的石料被车轮甩出，路面自上而下逐渐会形成坑槽。这类坑槽通常深度为2～5cm，是产生数量最多的一类。

2.2表面层和中面层同时产生坑槽，当沥青路面表面层和中面层都是空隙率较大的半开级配沥青混合料，而底面层为空隙率较小的密级配沥青混合料时，路表的自由水较易渗入并滞留在表面层和中面层内。行车荷载的作用使得中、上面层内的沥青剥落，沥青混合料失去粘结强度，导致路表面产生网裂、形变(局部沉陷)和向外侧推挤，并最终出现粒料分离。粒料被行车作用带离，最终形成坑槽，此类坑槽完全形成后深度一般为8～10cm。由于近年来高速公路的中上面层均采用密级配混合料，同时对预防性养护的重视，对坑槽及时修补，因而此类坑槽产生数量不是太多。

2.3底面层和基层间产生坑槽，此类病害容易发生在翻浆现象非常严重的路面，在重载车辆作用下，自由水产生很大的压力冲刷基层混合料表层细料，形成灰白色浆。在动水压力和孔隙水压力的反复作用下，使得整个面层范围内的基层粒料出现松散，并反射到面层，形成恶性循环。最终会导致坑槽出现。这类坑槽完全形成后通常深度都大于10cm，并且绝大多数都在车流量较大的行车道上或重载车辆较多的道路上。发生该类病害时，通常基层也已严重破坏，而且在形成坑槽之前路面亦表现出其他破坏现象而需要治理。该种病害相对来说很少。

2.4桥面铺装层等构造物产生坑槽，由于水泥混凝土梁与沥青铺装层的材料差异较大，层间粘结处的变形不一致，为了减少桥面的水损坏，对桥面防水层和粘结层的要求越来越高。但由于种种原因，使得层间局部粘附性较差，并出现分层，使得沥青铺装层在车辆荷载和水的共同作用下形成剥落和税皮，最终产生坑槽。在日常养护中，桥面翻浆现象比较严重，每次连续雨天过后桥面容易出现坑槽，由于桥面铺装层一般在10cm，因而该类坑槽相对来说都不算深，约3-5cm。

3坑槽修补工艺的研究

3.1冷料冷补工艺该施工工艺主要用于应急性修补，目前，大部分公路养护部门修补路面坑槽都采用冷拌沥青混合科，通常先要开槽成型，测定破坏部分的范围与深度，按“圆洞方补、斜洞正补”的原则，先将路面坑槽挖方整、拉毛清底，待补坑槽松散物、灰尘或淤泥清除，喷洒乳化沥青，倒入冷补料。松铺系数为1.2～1.5，摊铺均匀，保证坑槽周边材料充足。但不要漫散至坑槽边沿外的路面。后用夯锤或振动式路碾机压实，深度在6cm以上的坑槽必须分层投料夯实。若密实度不足，用自带的实机将其压实，能够达到很好的修补效果。则经车辆行驶碾压，修补处会略有下沉，此时不必挖除坑内原填冷补材料，只需将更细一级的冷补料铺上压实即可。为防止此类情况的发生，通常使修补后坑槽地表面略高于周围路面约5—10mm。运行一段时间修补处即会与路面持平。每袋25kg装的冷补材料可修补面积约为50cm～50cm、深4.5cm左右的坑槽。使用冷补材料只需要大约1 0min即可开放交通。

3.2事先经过将沥青混合料预拌好，在常温下袋装储存、运输，不需再加工，当路面上出现坑槽等病害时，随时运至施工现场，进行即时修补，一年四季均可应用。

3.3冷补沥青混合料工艺适合于政治任务、雨天抢救性快速修复。冷补沥青混合料配制必须具有良好的疏松性和压实性，这是冷补沥青混合料配制技术的难点，但也是配制技术的关键和依据。原因是冷补材料是通过掺加溶剂而使其在封闭的袋子中长时间保存，而不凝固，一旦进行路面修补，铺筑后要保证其快速凝固与压实。影响冷铺沥青材料性能主要有以下因素。

3.3.1沥青的粘度沥青在混合料中起着粘结松散集料成为整体的作用。根据粘附理论，沥青要充分粘附在集料表面，必要条件是沥青必须具备一定的流动性以易于铺展。液体沥青在不很高的温度下成为流动液体，利于浸润集料表面。当温度降至常温时，粘度增大，内聚力也增大，于其它物体粘结性降低，使所拌沥青混合料易于分散。同时在低温下沥青又不致粘度过大而使混合料无法操作，因此必须使用液体沥青，但其轻质油分应不致挥发过快。根据研究，液体沥青应属于一种中凝或慢凝的液体沥青，而且其粘度宜控制在1Pa／s～10Pa／s范围内。

3.3.2沥青采用及用量在90#道路石油沥青，其技术指标应符合(JTJ 052-93)要求。冷铺沥青混合料有适宜的沥青用量，但不能用常规马歇尔试验方法确定。根据试验归纳适宜结合料用量可按以下经验公式估算：P=0.021a+O.056b+O.099c+0.12d+1.2(式中P———冷铺沥青混合料结合料用量；a———大于2.36mm颗粒重量百分率；b———0.3mm～2.36mm颗粒百分率：c———0.075mm-0.3mm颗粒百分率没，d———小于0.075mm颗粒百分率)。

3.3.3沥青中的添加剂在沥青中掺加添加剂，有利于提高混合料的强度，增强其粘结力、耐高温、抗低温，改善储存性，尤其是改善混合料使用初期的稳定性。掺量为冷补成品混合料的0.22％～0.25％。(如广东路洁添加剂)

4冷铺沥青混合料现场应用

某公路经过两年多对冷铺沥青混合料生产和使用，经过夏季、冬季的高温、低温考验，修补路面保持良好状态，没有脱粒、松散等现象。在施工时，为考验这种材料的抗水性，还曾特地在雨中作业，至今路面未发现损坏，说明其具有较好的抗水性。

4.1冷修补技术根据养护的大量实践，对于冷补材料修补坑槽，可以充分发挥施工方便、开放交通快的优点，但由于与原路面较薄弱的粘结性，在行车荷载和雨水的不断冲刷下其最终的修补寿命通常达到2个月左右即需要再次处理。对于50cm×50cm的表面层坑槽，通常需要一桶25kg的冷料。這是一种应急性的修补措施。可以解决临时性的影响安全的坑槽修补。但作为全线的日常使用，相对来说价格偏高。

沥青路面结构损害的维修对策研究 第12篇

1 路面裂缝的维修

裂缝是沥青路面各类破损中最常见、最易发生和最早产生的病害之一, 它几乎伴随着沥青路面的整个使用期, 并随着路龄的增长而加重。路面出现裂缝不但影响路容美观, 且易扩展造成路面的结构破坏而缩短路面的使用寿命。裂缝对路面结构最直接的危害是使路面开裂, 破坏结构的完整性。

1.1 网裂、龟裂及块裂

由于面层的原因产生的网裂、块裂和龟裂, 处理起来相对容易。一般适合采用表面修补的方法进行处理。比如, 将旧面层铣刨后, 用热沥青混合料或常温沥青混合料进行修补。在发展的初期可以在块裂和龟裂表面刷沥青来防止水的进入, 阻止块裂和龟裂进一步发展。还可以用沥青路面再生密封剂 (如再生沥青) 进行处理。另外, 近几年随着乳化沥青的发展, 许多乳化沥青制品也被广泛地应用于龟裂的修补。

由于基层原因而产生的网裂、块裂和龟裂, 应该先将原有的破损基层挖除, 清除干净基层地面上存在的软弱夹层, 并超挖5~10cm。可以用与原有基层相同的材料或用强度和水稳性更好的材料对基层进行修补。修补时应注意在原基层与新基层相接处涂刷水泥浆或其他粘合材料, 并分层夯实。为防止水渗入, 面层应该比基层每边多挖宽约10cm, 基层顶面撒透层油并做防水层, 在新面层与旧面层相接处涂热沥青后, 铺筑新面层, 务必要碾压密实。

1.2 纵向裂缝及横向裂缝

裂缝沿着道路纵向投影的长度远远大于沿横断方向投影长度的单根裂缝称为纵向裂缝, 一般成熟的纵向裂缝都较长, 达到20~25m。对于由于路基或地基不均匀沉降引起的纵缝, 应该先消除引起路基不均匀沉降的外界因素, 再根据路基或地基沉降是否结束采取不同的对策。如果沉降没有结束, 则应该对地基或路基进行加固, 然后在重新修建基层和面层。加固可以采用注浆加固或者强夯加固、石灰加固或其他化学药剂加固等方法。如果沉降已经结束, 可以根据路面的破损情况, 采取适当的修补方法。对于由于挡土墙滑移引起的纵向裂缝, 应该先增大挡土墙的抗力再处理裂缝。

横向裂缝指沿路面横断面方向出现的规则裂缝, 此裂缝为与路面行车方向垂直分布的单根裂缝, 轻微时多为局部细线状裂缝, 严重时通常贯穿整个路面宽度, 有时伴有多个横向的或斜向的支缝。沥青路面出现的绝大部分横向裂缝是温度裂缝, 该类裂缝一般从沥青面层表面开始, 逐渐向底面和基层延伸、扩展, 从而形成了上宽下窄的裂缝。沥青路面温度裂缝是不可避免的, 一旦发现路面出现温度裂缝应该及时修补, 修补温度裂缝的时机对于维修效果来说是很重要的。修补最佳时机一般为解冻前裂缝宽度最大时, 以防止表面及裂缝内存留的冰雪融化后渗入缝内破坏路基。

2 路面松散的维修

2.1 坑槽

坑槽是常见的沥青路面早期病害, 指路面破坏成坑洼, 深度大于2cm, 面积在0.04m2以上。沥青路面坑槽修补质量的好与坏, 除了与修补材料的性能有很大关系外, 还很大程度上决定于坑槽修补的工艺过程、工艺要求是否合理、正确。坑槽的修补可按下面的步骤进行:

(1) 在对沥青路面局部破损修补前, 将破损处开槽成型, 将坑洞内不坚固的、松散的壁面材料移走, 形成一个稳定、平整的坑槽底面。 (2) 摊铺修补材料前, 应向坑槽壁面和底面上薄薄地、均匀地喷涂一层粘结材料。 (3) 修补材料卸入待修补的坑槽中后可采用人工摊铺的方法, 摊铺整平。 (4) 对修补材料进行充分的压实。 (5) 对新旧料接缝进行封边处理。坑槽修补的封边材料与裂缝填封材料类似, 可以采用热沥青、热改性沥青、乳化沥青和改性乳化沥青等材料。

2.2 松散与麻面

沥青路面由于结合料散失或脱落, 集料之间失去黏结力而出现的松散、掉粒等现象称为松散或麻面。因沥青与酸性石料间的粘附性不良而造成路面松散, 应将松散部分全部挖除后, 重作面层, 重作面层的矿料不应再使用酸性石料。在缺乏碱性石料的地区, 应在沥青中掺入抗剥离剂、增粘剂或使用干燥的生石灰、消石灰、水泥等表面活性物质作为填料的一部分, 或采用石灰浆处理粗骨料等抗剥离措施。由于基层或土基软化变形而造成的路面松散, 应先处理好基层后, 再重做面层。

2.3 脱皮与啃边

由于沥青面层与上封层之间粘结不好或初期养护不良引起的脱皮, 应清除已脱落和已松动的部分, 再重新做上封层, 所做封层的沥青用量及矿料粒径规格应视封层的厚度而定。如沥青面层层间产生脱皮, 应将脱落及松动部分清除, 在下层沥青面上涂刷粘结沥青, 并重作沥青层。面层与基层之间因粘结不良而产生的脱皮, 应先清除掉脱皮、松动的面层, 分析粘结不良的原因。若面层与基层间所含水分较多, 应晾晒或烘干;若面层与基层之间夹有泥层, 则应将泥砂清除干净, 喷洒透层沥青后, 重作面层。因路面边缘沥青面层破损而形成啃边应将破损处维修好。路面边缘基层因松软、沉陷而形成的啃边, 应先对路面边缘基层局部加强后再恢复面层。加强路肩的养护工作, 保证路面排水。

3 其它路面损伤的维修

3.1 唧浆

唧浆是路面水破坏的一种表现形式, 也是路面即将产生龟裂破坏或坑槽破坏的先兆。一旦发现路面产生唧浆, 应该立即处理。如果唧浆的量比较少, 可以对唧浆处一定范围的面层表面涂抹密封剂或热沥青, 防止雨水进入。当唧浆的量比较大时, 可以向面层与基层之间注入水泥浆进行加固, 并对唧浆表面的小缝或小孔进行封闭处理。

3.2 泛油

泛油就是沥青从沥青混凝土层内部和下部向上移动, 在表面产生过多的沥青, 使路表面发光发亮, 表面构造度显著减小的现象。可在全面泛油的高温季节撒布细料处理, 禁止使用含有粉粒的细料。

3.3 冻胀和翻浆

对于冻胀和翻浆可以按照以下几点进行维修:

(1) 因路基冻胀使路面局部或大面积隆起影响行车时, 应将冻胀的沥青路面刨平, 待春融后按翻浆处治。 (2) 因冬季基层中的水结冰引起冻胀, 春融季节化冻而引起的翻浆应根据具体情况, 在有翻浆迹象的地方用人工或机械将2~5cm直径的钢钎打入 (钻入) 路面以下, 穿透冻层 (一般1.3m以上) , 然后灌入砂粒, 使化冻的水迅速渗入冻层以下。 (3) 因基层水稳定性不良或含水量过大造成的翻浆, 应挖去面层及基层全部松软的部分, 将基层材料晾晒干, 并适当增加新的硬粒料, 最后恢复面层。 (4) 低温季节施工的石灰稳定类基层, 在板体强度未形成时雨水渗入, 其上层发生翻浆的, 应将翻浆部分挖除, 换新材料填补, 后重做面层。

参考文献

[1]郝培文.沥青路面施工维修技术[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2]JTJ073-96, 公路养护技术规范[S].北京:人民交通出版社, 1996.