公路造價工程師技術交流:瀝青路面倒裝式半剛性基層結構的研究

公路造價工程師技術交流:瀝青路面倒裝式半剛性基層結構的研究

　　隨著我國經濟的快速發展，國家加大基礎設施建設，廣西路網建設的里程不斷增加，并且以無機結合料穩定粒料（土）類為基層，瀝青混合料（瀝青混凝土）為面層的半剛性路面已經成為廣西公路路網工程的主要路面結構類型。這種路面結構具有強度高、平整度好及抗行車疲勞性好等特點。然而隨著這種結構形式的大量使用，通過調查發現此類結構也存在一些問題，尤其是半剛性瀝青路面裂縫問題，已成為該結構的主要缺陷。這種路面結構在通車兩年后大多會出現裂縫，初期產生的裂縫對行車并無影響，但隨著地表水的浸入，在大量行車荷載的反復作用下，在基層裂縫中的水會產生相當大的動水壓力，隨著荷載的反復作用，壓力水不斷沖刷基層材料中的細料，細料漿被唧出，瀝青面層就會沿裂縫產生下陷現象，同時在裂縫的兩側引起新的裂縫，導致路面裂縫兩側破碎，強度明顯降低，路面產生龜裂，坑槽等病害，影響瀝青路面的使用性能，造成瀝青路面早期損壞。
　　瀝青路面開裂的原因是多種多樣的，影響裂縫的主要原因有：瀝青和瀝青混合料的性質、基層材料的性質、氣候條件、交通量和車載類型以及其它施工因素等。作為半剛性基層瀝青路面開裂原因歸納起來可分為三種：疲勞裂縫、溫度裂縫、反射裂縫。其中引起瀝青路面早損的最主要、最普遍的原因就是反射裂縫，這種裂縫是由于半剛性基層的干燥收縮及溫度收縮開裂，在裂縫部位應力集中使得瀝青面層產生反射裂縫。通過調查研究表明，反射裂縫產生的基本機理是：受拉疲勞、受拉屈服與剪切屈服，在它們的聯合或單獨作用導致產生反射裂縫。在這種半剛性瀝青路面上現場鉆芯取樣觀察表明：裂縫中相當數量為半剛性基層先裂而導致瀝青面層開裂的反射裂縫，因此，反射裂縫成為半剛性瀝青路面的主要病害，因此，在路面結構設計中應充分考慮防裂問題。根據國內外有關資料表明，預防和減輕反射裂縫有：（1）半剛性基層鋸縫；（2）預制微裂紋；（3）提高瀝青面厚度；（4）提高基層材料強度；（5）設置應力消解層；（6）設置中間層（過渡層）。通過在不同路段鋪筑了不同類型的倒裝結構路面（即在半剛性基層上鋪10～15cm級配碎石中間層），對抑制瀝青路面半剛性基層反射裂縫進行嘗試。這種結構通車數年后經過觀察，能夠很好地消除反射裂縫，使用效果良好，瀝青路面沒有出現早損現象。
　　通過對常規半剛性基層與倒裝半剛性基層瀝青路面結構力學分析比較，表明無論常規半剛性基層與倒裝半剛性基層瀝青路面結構均能滿足力學上拉應力指標的要求。由于倒裝半剛性基層瀝青路面結構在半剛性基層頂面設置的級配碎石過渡層屬柔性結構，所以路表彎沉相對于常規半剛性基層瀝青路面結構偏大；然而，倒裝半剛性基層結構中的級配碎石起到了荷載應力的擴散作用，減輕半剛性結構層的車輛荷載應力，提高了半剛性基層的抗疲勞能力，相對地延緩了疲勞裂縫產生;同時，結構中的級配碎石適應變形能力較大，在半剛性基層產生收縮裂縫后，級配碎石層起到吸收半剛性基層開裂所釋放的能量的作用，借助行車作用，細集料顆粒間能重新分布，填充裂縫，防止了半剛性基層縮裂和疲勞裂縫反射到面層，使得路面表層能長久保持完好，確保路面水無法浸入半剛性基層。由于沒有動水作用，半剛性基層縮裂穩定后依然保持較高的強度，從而達到了路面結構層整體長期保持穩定、防止瀝青路面早期損壞的目的。相反，常規半剛性基層瀝青路面是在強度較高的半剛性基層上直接鋪筑瀝青面層，雖然路表彎沉較小，但半剛性結構層承受的車輛荷載應力相應增大，容易產生疲勞開裂；同時，半剛性基層中的各類土與結合料發生離子交換、結晶、碳化等系列化學、物理反應而板結過程中，會產生干燥收縮及溫度收縮開裂；在各種裂縫部位由于應力集中使得瀝青面層產生反射裂縫。
　　需要指出的是倒裝式瀝青路面的損壞過程不同于半剛性基層瀝青路面，而與級配碎石基層瀝青路面的損壞過程相同，即路面損壞始于瀝青面層。養護時能及時發現及時修補。
　　綜上所述：倒裝式瀝青路面是一種很好的路面結構形式，級配碎石過渡層厚10～15cm，能有效地抑制半剛性基層裂縫的反射。同時，相對于其它處理方法，具有施工簡單、經濟實用、養護方便的優點。