發布時間：2023-04-12 17:44:42
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的瀝青路面結構設計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
關鍵詞：瀝青路面；設計指標；參數
1．引言
我國的瀝青路面設計規范對設計指標和相應的參數都有具體的規定，并且隨時間的推移，設計指標和參數進行著不斷的優化選擇，如果新的設計指標和參數更為有效，對于瀝青路面的設計和后期病害的預防起著舉足輕重的作用。
2．對我國設計規范的回顧
2.1 1958 年版規范
1958 版規范以極限相對彎沉作為設計指標，設計方法采用單圓荷載均質體彈性理論。極限相對彎沉λk= lk / D，D 為荷載作用面積當量圓直徑，lk 為路面處于極限狀況時，在荷載作用中心處的路表極限彎沉值。
2.2 1966 年版規范
1966 年版規范主要是修正了1958 年版規范的彎沉計算公式，提出了中國氣候分區及路基和路面材料計算參數值表，但設計標準與設計指標沒有變動。
2.3 1978 年版規范
1978 年版規范以容許彎沉作為設計指標。容許彎沉是路面達到破壞狀況時雙輪輪隙中點的路標回彈彎沉值。對彎沉在全面調查時，按路表外觀特征將瀝青路面劃分為5 個等級，視第四個等級的瀝青路面已達到損壞狀況，以第四等級路面彎沉低限作為路面處于破壞臨界狀態的劃界標準，此時的彎沉值即容許彎沉值。
容許彎沉值的經驗公式：
l R=(mm)
Nf ――路面達到臨界破壞狀態時的標準軸載累計作用次數；
A1――路面類型相關的系數。
2.4 1986 年版規范
1986 年版規范以路表容許彎沉值作為主要設計指標，對容許彎沉公式中的系數做了修改，并增加了公路等級系數，另外增加了瀝青混凝土面層或整體性材料基層的彎拉應力驗算指標。
(mm)
A2――公路等級系數。
2.5 1997 年版規范
1997 年版規范采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性連續體系理論，以設計彎沉值為路面整體剛度的設計指標，計算路面結構厚度。對高速公路、一級公路、二級公路的瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層應進行層底拉應力的驗算。同86 規范比較，設計指標成設計彎沉，并且增加了基層類型系數。
(mm)
A3――基層類型系數。
《公路瀝青路面設計規范(JTJ014-97)》取消了1987年設計規范中的諾謨圖，瀝青路面的設計采用專用計算機程序完成，這樣避免了繁雜的查圖設計工作。
2.6 2006 年版規范
2006年10月，交通部了公路瀝青路面設計規范的新版本。此版規范沿用了前一版（1997版）規范的結構設計方法。
(1)即：計算彎沉值不大于設計彎沉值
(2)即：計算點的層底拉應力不大于材料的容許拉應力
在進行結構響應分析時，材料參數的取用采用下述方法：（1）路基回彈模量采用承載板法測定，并以不利季節的數值作為設計值；（2）半剛性材料的回彈模量采用120天或180天齡期的壓縮模量測定結果，其抗拉強度采用相同齡期的劈裂強度試驗結果；（3）瀝青混合量的模量采用20°C（計算路表彎沉）或15°C（計算層底拉應力）時的壓縮模量測定結果，其抗拉強度采用15°C時的劈裂試驗結果，但未考慮不同地區溫度差異的影響。
3．對我國現有規范的設計指標和參數的分析
分析現行的設計指標和參數，可發現存在以下問題：（1）路面結構厚度設計都是路表容許彎沉值指標起控制作用，但該指標無法具體反映路面的使用性能和損壞類型。（2）路表彎沉值是一項整體性、綜合性和表觀性的指標，其無法控制面層底面或基層底面的應力狀況和大小，也不能如實反映路面可能出現的損壞類型。（3）對于柔性基層瀝青路面，現行規范的設計指標和相關參數值有待補充和修正。（4）各項材料性質測試指標和方法未能如實反映材料的力學特性，故難以正確建立力學響應量與路面結構使用性能之間的關系模型。（5）新規范提出采用面層底面拉應力和半剛性基層底面拉應力作為設計指標指導路面結構設計，但已有研究指出：僅半剛性基層底面拉應力是一個有效指標。
4．半剛性基層瀝青路面設計理論改進
瀝青路面設計方法必須采用多指標控制，才能避免或者控制車轍與裂縫等主要病害。下面就疲勞開裂與車轍形成兩個方面分別討論如何進行瀝青路面設計。
4.1 半剛性基層瀝青路面疲勞壽命問題
我國的半剛性基層瀝青路面裂縫以反射裂縫為主，反射裂縫的本質就是瀝青面層在不利力學狀態下的疲勞斷裂。進行瀝青路面結構設計計算時應該采用基層發生開裂后的等效模量，或者按照斷裂的基層建立模型計算面層底面的拉應力、拉應變。同時建立其適用于我國各個地區的瀝青混合料材料的疲勞方程，結合新的計算方法進行路面結構的抗疲勞開裂設計。
4.2 半剛性基層瀝青路面車轍問題
隨著我們瀝青路面的設計厚度得到增加，車轍病害逐漸顯現出來。已有研究得知：半剛性基層瀝青路面的車轍變形主要來自上中面層的流變變形及隆起變形，接近基層的部分變形很小。可以推斷控制半剛性基層瀝青路面的車轍變形需要在路面面層中選取一個合理的力學指標。建立半剛性基層瀝青路面計算模型，考慮高溫下面層模量為400MPa，半剛性基層及其以下結構層強度與溫度無關。按照壓應變和剪應變指標，在相同材料下對路面厚度有著不同的要求。路面厚度增加面層內部的壓應變是變小的，而面層厚度增加導致面層內部剪應變增大。鑒于目前路面結構設計存在眾多不同意見，不對路面面層厚度發表相關看法。至于控制面層永久變形的合理指標，希望公路領域專家早日確定一個合理的指標。
5.瀝青路面設計理應考慮的指標和參數
5.1 瀝青路面新指標和參數體系構建原則
為了改善現行瀝青路面結構設計的指標和參數，2005年初交通部立項開展研究，計劃提出新的設計指標和響應的設計參數。主要依據下述原則考慮：（1）仍遵循力學――經驗法的基本思路；(2)針對層狀復合結構和損壞類型多樣化的特點，采用多設計指標體系，各指標分別控制對應的損壞類型；(3)設計基準期內路面的累計損傷仍采用當量損壞法分析；(4)對設計參數的采集要求分為3個層次，分別規定不同精細或準確程度的方法；(5)材料性質參數應能反映行車荷載和環境因素對其性狀的影響，并采用科學的試驗方法測定；(6)各種損壞模型的建立以室內試驗為基礎，室外驗證和修正以路面加速加載試驗(ALF)為主；(7)在現有國內外前沿水平的基礎上建立設計指標和參數的基本框架體系。
5.2 現行的瀝青路面設計指標和參數
現行瀝青路面設計指南所構建的設計指標體系：瀝青層的疲勞壽命、無機結合料穩定層的疲勞壽命、路基頂面的容許壓應變、瀝青混合料的蠕變率以及瀝青的蠕變勁度和斷裂應變，前三項主要與路面結構有關，而后兩項則主要與材料組成有關，他們分別針對和控制五種主要路面損壞類型。
現行瀝青路面設計指南所構建的設計參數：路基和粒料層回彈模量、路基回彈模量濕度調整系數和綜合調整系數、瀝青混合料動態壓縮模量、無機結合料彈性模量，并相應地制定了各個參數的標準試驗規程。這些設計參數能反映材料的力學性質，并能與設計指標的預估模型建立合理的相關關系。
6．結論
目前我國瀝青路面設計規范、設計理論已經比較成熟，但是設計指標還存在不足。為此，對于瀝青路面有效的設計指標和參數的確定還需要做更多的研究和探討、進行更為精確的論證，得出更為有效的模型和理論支撐。
參考文獻：
[1] 公路瀝青路面設計規范（JTG D50--2006）.人民交通出版社，2006.
[2] 公路瀝青路面施工技術規范（JTG F40--2004）.人民交通出版社，2004.
[3] 瀝青路面設計指標和參數研究.中交公路規劃設計院有限公司.2007-12.
論文關鍵詞：瀝青路面 早期損壞 合理結構 反射開裂 水損壞
論文摘要：目前，隨著我國公路建設不斷發展，瀝青路面結構作為主要的路面結構而被廣泛應用。但是在我國目前公路建設和養護過程中，瀝青路面結構的損壞問題非常突出，成為目前困擾我國交通建設發展的難點和熱點問題。文章就我國瀝青路面主要結構形式和使用性能評價進行了相關分析。
在我國公路建設不斷發展的過程中，瀝青路面結構作為一種主要的路面結構形式被廣泛應用。目前我國通車的公路路面中，約80%以上的路面結構采用了瀝青路面，瀝青路面結構已成為我國公路建設發展過程中所采用的主要路面結構形式。在公路建設取得巨大成就的同時，也暴露出了一些問題，特別是在已建成的高速公路中，瀝青路面結構出現了較多的早期損壞，明顯表現出瀝青路面結構長期使用性能的不足。本文開展了我國瀝青路面主要結構形式和使用性能評價的研究。
一、瀝青路面功能作用和要求
瀝青路面的功能和作用不言而喻是以滿通車輛安全、舒適通行為目的的，由于公路是暴露在自然環境條件下的土工工程構造物，因此，瀝青路面還需滿足并適應自然環境條件。我國現行的公路瀝青路面設計規范對瀝青路面結構設計的目的做出了明確要求，即“路面在設計年限內，滿足各級公路相應的承載能力、耐久性、舒適性、安全性的要求”。根據路面的功能和作用，對瀝青路面結構的基本要求包括以下幾個方面：（1）強度，公路路面的強度是指路面結構層對于行車和自然因素等作用的抵抗能力即承載能力；（2）穩定性，公路路面的強度經常受到自然氣候和水文因素的影響而發生變化，為了保證路面滿通車輛行駛的需要，要求路面結構在任何氣候和水文條件下都必須保持穩定的強度；（3）平整度，路面越平整，交通車輛行駛時的振動、沖擊越小，行車的滾動阻力也越小，這樣就能保證交通車輛以較高的車速行駛，并使車輛的損壞減少，燃油和輪胎磨耗降低，行車更舒適；（4）粗糙度，路面粗糙度的大小關系到行車安全，因此瀝青路面必須滿足一定的抗滑要求。
二、瀝青路面結構的分類
從大的分類來說，公路路面可以按照使用的材料、施工方法、工程造價的多少或使用的品質及承受的交通荷載的方式進行分類。公路路面通用的分類如下，按照使用的材料、施工方法分類，公路路面可以劃分為以下幾種類型土質路面、穩定處理路面、瀝青路面、水泥混凝土路面、砌塊路面。按照工程造價的多少分類，可以分為低級路面、中級路面和高級路面。按照承受的交通荷載的方式分類，可以分為柔性路面和剛性路面，我國還增加了半剛性路面。此種方式還可以認為是根據路面的力學特性進行劃分的。
我國按照路面使用性質和技術因素，公路路面劃分為高級路面、簡易式高級路面、過渡式路面和低級路面四類。按照路面在交通荷載作用下的工作特點劃分為三類，即柔性路面，包括鋪筑于非剛性底層上之各級瀝青路面及用有機結合料或不同結合料之各種土壤路面與粒料路面。剛性路面，包括水泥混凝土路面及用水泥混凝土為底層上鋪瀝青作為磨耗層之路面。半剛性路面，水泥混凝土基層上之各種塊料鋪砌的路面。按照路面在荷載作用下的工作特點，公路路面類型劃分調整為兩類，即柔性路面包括有機結合料處治石料路面，碎石和礫石路面，塊料鋪砌路面，結合料處治土和粒料改善土路面等。由于我國瀝青路面結構形式日趨單一，現行規范對路面結構類型的分類明顯不全面，比如國外應用較多的半剛性材料做底基層，瀝青穩定粒料和粒料材料做基層的結構形式在現行規范中沒有定義，而國外一般稱這種結構類型為混合式結構或倒裝式結構。
三、瀝青路面早期損壞原因與機理分析
近年來，我國瀝青路面早期損壞現象引起了廣泛的關注，有關的科研院所、院校、以及交通部門對造成瀝青路面結構早期損壞的現象、原因進行了分析和研究。本文在分析和總結這些資料的基礎上，通過對幾條高速公路實際使用性能的調查，對半剛性基層瀝青路面結構早期損壞類型和原因進行了分析總結。
（一）關于半剛性基層瀝青路面的開裂
半剛性基層路面的開裂是一種必然的結果，因為這是由半剛性基層材料本身的性質決定的。盡管我們可以通過一定的技術途徑改進或改善半剛性基層材料的開裂的特點，但壁面半剛性基層材料的開裂特點。照以上分析，當水泥穩定材料用做路面基層時，交通荷載的作用會加劇水泥穩定材料的開裂，因此在一定條件下，基層開裂的結果必然反映到面層上來，材料的性質從根本上已經確定開裂的發生。所以說水泥穩定類材料的開裂是必然的。在這個階段中，如果水進入路面結構內，一方面由于水和水泥穩定材料中的細顆粒在開裂破碎后能形成膠液，對開裂有一定重愈合作用，如果這種潮濕狀況在短時間內得以改變，水泥穩定材料的強度會重新形成，但在重交通荷載作用下，由于壓力水的滲透，水泥穩定材料的開裂也可能被加速。
（二）關于半剛性基層瀝青路面結構的反射開裂
通過對國內半剛性基層瀝青路面結構早期損壞現象調查后發現，目前國內很多高速公路由于半剛性基層材料的開裂引起的反射裂縫問題非常突出，分析造成半剛性基層開裂的原因就是使用的水泥劑量太高，在很多高速公路上，行車道上的反射裂縫很明顯，而超車道上的反射裂縫幾乎沒有，證明了以上對材料開裂的分析是正確，正是在交通荷載作用下，半剛性基層的開裂會加劇，有效使用壽命會縮短，半剛性基層材料開裂引起的反射裂縫不可避免。要避免這種早期損壞的發生，半剛性基層的強度必須控制在一定范圍內。
（三）關于半剛性基層瀝青路面結構的破壞機理
按照前面我國瀝青路面結構設計方法，半剛性基層瀝青路面結構的破壞應該從半剛性底基層開始，實際瀝青路面結構的早期損壞形式和試驗結果表明這種設計理念并不全面，因為目前大多數的半剛性基層瀝青路面結構的破壞是始于瀝青面層的。這種破壞形式目前在國內的一些高速公路上也已經表現出來，其特征還可以通過路面表面的彎沉指標反映出來，即當這種破壞發生時，路面結構表面的彎沉仍然較小。對于較薄瀝青面層的半剛性基層瀝青路面結構，在路面交通荷載作用下，隨著瀝青路面結構層間黏結狀態的改變，瀝青層與半剛性基層的層間結合狀況由逐漸由連續變為滑動，瀝青面層的疲勞剪切開裂發生;隨著荷載的繼續作用，半剛性基層的裂縫得到快速擴展，并逐漸向上反射，造成瀝青層的破壞進一步加劇，這個階段可以認為是半剛性基層瀝青路面結構疲勞破壞的第一階段；隨著交通荷載的繼續作用，瀝青層和半剛性基層的開裂進一步加速，路面結構強度急劇衰減，直到瀝青層和半剛性基層發生完全損壞，成為第二階段。
（四）半剛性基層瀝青路面的水損壞
目前半剛性基層瀝青路面結構的水損壞主要有兩種表現形式，即瀝青混合料的水損壞和結構性水損壞。半剛性基層瀝青路面結構的水損壞有兩種表現形式，一種是由于半剛性基層沒有形成足夠強度或強度不足，當路表水進入使半剛性基層后，由于半剛性基層的軟化而造成強度失穩，從而在路面結構表面形成坑槽;另一種形式是半剛性基層強度過高，開裂在所難免，當路表水進入路面結構后，不僅會軟化半剛性基層表面，而且水會沿裂縫深入整個半剛性基層內部，導致路面結構發生根本性的損壞，在交通荷載作用下，這種破壞進一步加劇。因此，要控制和解決半剛性基層的早期水損壞問題，一要注意選擇合適的瀝青混合料類型，另一方面要控制半剛性基層材料的強度在合理的范圍內，不能低，也不宜太高。
（五）關于半剛性基層瀝青路面結構的車轍
瀝青路面車轍的形成主要受溫度、軸載、材料類型以及路面結構形式的影響，其中溫度對車轍的形成影響最大。對于半剛性基層瀝青路面結構，當溫度較高時，由于瀝青層軟化，瀝青混合料非常容易發生塑性形變。路面結構面層材料強度應高于基層材料。基層材料的強度要大于底基層材料，路面結構層的強度從上到下應有一個合適的比值。
四、結語
通過對國內外瀝青路面結構形式及使用性能的對比研究，結合我國瀝青路面特點，詳細分析了我國瀝青路面主要結構形式，并分析了路面結構早期損壞特點以及原因，為我國公路建設合理規劃設計提供設計基礎。
參考文獻
關鍵詞:瀝青路面;水損壞;路面結構;持續粘附能力;表面能理論;分子定向理論
中圖分類號:U416
文獻標識碼:A
文章編號:1009-2374(2009)18-0186-03
一、瀝青路面水損壞的特性
瀝青路面水損壞是一個普遍存在的問題,也決不是一個過時的話題,特別是在中國南方地區。瀝青路面水損壞問題的本質是瀝青與集料在靜、動水壓力作用下的持續粘附能力,這也是該問題的核心。瀝青混合料水損壞的作用機理,主要依據是瀝青對集料的粘附理論,包括力學理論、化學反應理論、表面能理論和分子定向理論。
(一)瀝青特性
瀝青一般帶負電荷,由于含有少量羧酸和亞楓而呈弱酸性;而集料的巖性決定了集料表面電荷的性質和酸堿特性。所以,按照化學反應理論,瀝青對集料的粘附性決定于集料的巖性。
(二)集料特性
某些集料過分堅硬致密,破碎后表面光滑不利于瀝青粘附。潮濕的集料與瀝青的粘附性大大降低。滯留在混合料內部的水分夏季遇高溫會變為水蒸汽,使瀝青膜從集料表面撐開。而有些吸水率稍大的集料,只要施工時徹底干燥,瀝青將會被吸入集料內部一部分,反而有良好的水穩定性。集料中含有泥土對瀝青混合料得水穩定性的影響很大,土壤都帶有負電荷,它是強親水物質。單從材料本身的角度而言,水滲入路面中的途徑還是很多的,例如施工時集料本身是含水的,而生產混合料時又不可能完全烘干,又例如施工時由于石料本身壓碎值較大或壓路機振幅過大,路面表面露白,給水進入瀝青與集料之間的界面提供了條件,還有開放交通后集料表面瀝青的磨耗、集料本身的損失等,都造成路面內部實際上是長時間處于潮濕狀態的,如果瀝青與集料粘附性不良,剝落也是不可避免的。排水不良、路面滲水是我國高速公路瀝青路面水損害的重要原因,但并非根本原因,根本的原因是瀝青與集料的粘附性不良。要防止或減輕瀝青路面水損害,最好是能提高瀝青與集料的粘附性。但是,消石灰和水泥的添加不可能完全攪拌均勻,抗剝落劑的性能參差不齊,目前國內抗剝落劑的添加工藝的不成熟導致添加效果差,都給瀝青與集料的粘附性留下了隱患。
因此,在改善瀝青對集料粘附性的同時,對路面結構和排水進行研究改善顯然是十分必要的,國內、外對透水基層、抗滑密實的上封層和排水設施等進行了研究與應用,這是疏導的方法。
二、現行設計規范對瀝青路面水損壞的考慮
我國現行瀝青路面設計規范針對瀝青路面水損壞現象作了如下規定:
1.粗集料與瀝青應具有良好的粘附性,對年平均降雨量1000mm以上的高速公路和一級公路,表面層所用集料與瀝青的粘附性應達到5級;其他情況粘附性不宜低于4級。
2.當粘附性達不到要求時,應通過摻入適量的消石灰、水泥或抗剝落劑等措施,提高粘附性等級及混合料的水穩定性。
3.礦粉必須采用石灰石等堿性石料磨細的石粉,不得使用酸性巖石等其他礦物的礦粉。
4.為防止雨雪下滲,浸入基層、土基,瀝青面層應選用密級配瀝青混合料。當采用排水基層時,其下均應設防水層,并設置結構內部的排水系統,將雨水排除路基外。
5.為排除路面、路基中滯留的自由水,確保路面結構處于干燥或中濕狀態,下列情況下的路基應設置墊層:(1)地下水位高,排水不良,路基經常處于潮濕、過濕狀態的路段;(2)排水不良的土質路塹,有裂隙水、泉眼等水文不良的巖石挖方路段;(3)季節性冰凍地區的中濕、潮濕路段,可能產生凍脹需設防凍墊層的路段;(4)基層或底基層可能受污染以及路基軟弱的路段。
6.現行瀝青路面設計規范還規定瀝青混合料的空隙率較大、路面滲水嚴重時宜設上封層。可以看出,現行規范對瀝青路面水損壞的防治還停留在給出設計原則階段,因而是粗線條的,對于中央分隔帶、路緣石如何設計、路面結構組合應選用哪些類型的混合料還不夠詳盡,不能很好地指導建設、施工。
三、影響瀝青路面水損壞的路面結構因素分析
路面結構組合和路面排水設計合理時,路面排水通暢,路面結構內部基本無積水或不至于產生動水壓力,有利于瀝青混合料的水穩定性,反之則不利于瀝青混合料的水穩定性。
(一)路面結構組合設計
1.材料――瀝青混合料類型。瀝青混合料為全開式結構或密實式結構時,路面不易發生水損壞;瀝青混合料為半開式結構時,路面易發生水損壞。隨著公稱最大粒徑的增大,滲水系數將增加,所以為了做到密水,減小公稱最大粒徑是有效的。
施工失敗時以上關于瀝青混合料類型對路面水損壞的影響的分析不適用。瀝青路面密實度小,則孔隙率大,路面結構內部積水,在車輛荷載作用下易產生動水壓力。
2.結構組合。路面結構組合設計包括給路面不同層位選擇恰當的材料類型,保證路面結構的整體承載力和水穩定性。這包括選擇密實而具有良好骨架結構的瀝青混合料,使得路面不至于發生表面型水損壞;選擇良好的透層和粘層材料,使得路面整體強度足夠,不至于發生內部型水損壞;處理好接縫,避免縫邊級配離析和壓實不足。
例如,近年來廣泛采用的三層式瀝青路面結構中,上面層普遍設計為AK類瀝青混合料,是一種半開式結構,再加上施工離析等原因,路面水損壞嚴重,在排水不暢的橋面情況更嚴重;下面層普遍設計為AC-25I型,而實際使用效果該層由于施工離析嚴重,導致透水嚴重,大量發生內部型水損壞,使得路面疲勞耐久性差,有時甚至中面層AC-20I型瀝青混合料也存在相同的問題。湖北省和廣東省就提出將下面層設計為AC-20I型瀝青混合料,這一建議顯然具有進步性。但是,由于加工更小粒徑的碎石工藝流程更繁雜、產量更低和單價較高等原因,這一建議一直沒有得到采納。
對于瀝青面層的厚度與公稱最大粒徑的關系一定要引起注意,必須保證厚度不小于公稱最大粒徑的3倍,對SMA要求甚至更高。然而,國內一些高速公路建設忽視了這個問題,例如有些公路由于造價的原因減薄了路面結構厚度,卻沒有相應調整瀝青混合料類型,導致兩者不相匹配。厚度與公稱最大粒徑不相匹配一般是厚度偏薄,其后果是級配離析嚴重,表面缺粒嚴重,導致壓實離析,路面滲水。相反的例子是,施工單位私自調整級配,名義是按設計混合料類型施工,實際調細級配甚至將公稱最大粒徑減小一個篩孔,使得上述不良現象大大減輕甚至基本消失。
由于國內長期以來注重路面平整度等原因,路面結構設計的主流一直是半剛性基層瀝青路面,對于柔性基層結構使用較少,在瀝青下面層和上基層之間采用碎石層作排水層的做法自然就難以實施。許多國家在水泥穩定碎石集料上面設置級配碎石層作為過渡層,以減少路面的開裂和有利于排水,成為倒裝結構,如南非、法國和德國等。我們經常說有些國家也使用半剛性基層,實際上是組合式基層瀝青路面。
過去較多地使用乳化瀝青類、稀釋瀝青類材料作為透層、粘層,但實際使用效果較差,不僅層間脫空,而且水容易滲透進入路面結構,或積存在上基層表面,造成瀝青路面唧漿等。稀釋瀝青類材料作為透層、粘層存在的問題是,我國工程建設往往工期十分緊張,特別是新建公路,有時存在作為稀釋劑的煤油還沒有揮發就攤鋪上一層混合料,影響了路面質量。近年來較多地使用熱瀝青類材料作為透層、封層,層間結合加強的同時,路面結構防水能力也得到加強。
近年來越來越注重施工縫的設置,這也是結構方面的很好的考慮,例如,相鄰兩幅及上下層的橫向接縫均應錯位1m以上,上面層應采用垂直的平接縫。上、下層的縱縫應錯開150mm(熱接縫)或300～400mm(冷接縫)以上。這些措施有利于防止集料離析上下重疊或左右緊鄰,防止形成聯通的透水面積。
(二)路面排水設計
路面排水設計與瀝青路面水損壞密切相關,適當的路面排水設計與路面結構設計組合可以極大地減緩路面水損壞。路面排水設計應遵循幾個原則,使得路面降水盡快通過路表逕流排走,進入路面結構內部的水以盡量快的速度通過路面結構內部排水系統排走。
1.中央分隔帶排水。在我國,中央分隔帶植樹防眩而不加封閉帶來的水損壞現象一直以來沒有得到改善,但近年來,一些公路特別是改擴建的公路開始將植樹以外的面積采用漿砌片石等措施進行封閉。遭受抱怨的還有反濾土工布被立柱打穿,造成中央分隔帶滲水,但可從設計上檢查立柱尺寸是否足以穿透土工布。
2.硬路肩排水。擋水式的路緣石使路面表面排水滯留在路面上成為水坑,也妨礙了具有一定透水能力的表面層的內部積水從硬路肩排出。近年來較多采用了平放的路緣石,不至于使水滯留在路面上。
3.路面結構內部排水。挖方路段的排水往往是薄弱環節,尤其要注意邊溝的深度,不僅能排路表水,還應能排結構層的水,使路面內部的水能排入邊溝。路基中有地下水或裂隙水冒出時,將使路基含水量過大,承載能力嚴重降低,所以挖方路段的縱向排水盲溝也是很重要的。在瀝青層下設置排水層,可以是級配碎石層,也可以是嵌擠良好的瀝青或水泥穩定碎石(或貫入式結構層),空隙率應達到15%以上。但施工期間必須保證路面不被污染,以防止將空隙堵住。
(三)施工質量和工藝
施工質量和工藝的可靠、合理是一切設計得到體現的保證,是工程建設的生命。沒有施工質量和合理的工藝作保障,任何完美的設計都只是一紙空文。
以上路面材料、結構組合和路面排水系統等幾個影響因素都對瀝青路面水損壞存在影響,相互之間一方面普遍存在聯系,另一方面又存在相對獨立性。它們是通過瀝青與集料在靜、動水壓力作用下的持續粘附能力這一內部影響因素而相互聯系的,故屬于內部聯系、本質聯系。
四、瀝青路面水損壞的室內試驗研究方法簡介
一般而言,瀝青路面水損壞研究以瀝青路面在車輛荷載和路面結構內部水的雙重作用下的損壞為研究對象。沒有車輛荷載的作用,動水壓力無從產生;沒有路面結構內部水的存在,即使有車輛荷載,也不會產生動水壓力,故車輛荷載和動水壓力對瀝青路面的水損壞研究缺一不可。
目前,有關水對瀝青混合料性能影響的研究大部分集中在分析瀝青混合料的水敏感性和抗水損壞材料的開發上,而有關水的作用對瀝青混合料長期性能的影響,以及路面在此條件下的疲勞壽命衰減等方面的研究工作進行得較少。
常規的描述水對瀝青混合料性能影響的試驗方法大致可分為兩類:
一類是將未經壓實的松散瀝青混合料浸于水中一段時間后,主觀評價或利用試驗儀器檢查集料裹覆瀝青膜的剝蝕程度,并據此作為判定瀝青混合料水穩定性的依據。這類方法以水煮法、浸水法和光電分光度法為代表,美國SHRP研究內容中還發展了一種攪動水凈吸附法。目前有研究改變這類試驗的試驗參數如試驗溫度、試驗時間等進行試驗,取得了初步效果。
另一類評價方法是將瀝青混合料試件或芯樣置于一定的水浸蝕環境條件下,以某些物理力學指標的衰減程度來表征混合料的水穩定性。這類方法有馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、洛特曼試驗、改進的洛特曼試驗以及浸水輪輒試驗等。
也有過一些研究從一定角度模擬了水對瀝青混合料的動態作用,如Jimenez在亞利桑那大學提出重復孔隙水壓力的作用。為了能夠模擬孔隙水壓力,將試件浸入水中,同時施加一個能夠產生35～217kPa的孔隙水壓力的循環應力作用。Jimenez認為這個水壓力范圍與飽和狀態瀝青路面在車輛荷載作用下產生的孔隙水壓力范圍是相吻合的。
工欲善其事,必先利其器。恰當的試驗方法是通向研究成功的第一步,也是關鍵的一步。在目前瀝青路面水損壞普遍嚴重存在的情況下,研究有效評價瀝青混合料或瀝青路面水穩定性的室內試驗方法,是十分有必要的,也是十分緊迫的。
五、瀝青路面水損壞的現場試驗研究方法
為了使瀝青混合料水穩定性研究符合實際、接近實際,光憑室內試驗分析是不夠的,有必要在實體工程中開展現場試驗研究。然而到目前為止,國內外還沒有完整地提出過進行瀝青路面水損壞現場試驗研究的思想,已有的研究還只限于在路況調查階段對瀝青路面水損壞進行分類、歸納、統計和分析查明原因。瀝青路面水損壞現場試驗研究方法的提出,無疑將成為本課題研究的一個創新點。
1.比較研究不同結構組合瀝青路面的水穩定性,如半剛性基層與瀝青穩定基層瀝青路面,又如表面層設計為AK-13A、SAC-13的和SMA-13A的進行比較,中、下面層設計為AC類結構的和FAC類的結構進行比較,層間結合采用乳化瀝青的和采用熱瀝青的進行比較,下封層采用應力吸收層的與采用熱瀝青上撒布瓜米石的進行比較。比較的具體方法可以采用現場病害調查(反映表面水損壞情況),也可以采用路表彎沉檢測分析(反映內部水損壞情況),既能調查得到需要的數據,又不對路面造成破壞。
2.利用TBR儀等無損檢測手段檢測路面結構內部實際含水情況,比較不同路面結構表面和內部排水設計的瀝青路面的水穩定性,例如對是否設置排水墊層的路面進行對比,對是否封閉中央分隔帶除植樹以外部分的路面進行對比,對是否設置硬路肩路緣石的路面水穩定性進行對比。
3.利用動水壓力測試系統,對車輪荷載作用下動水壓力進行測試,為路面結構受力分析提供更多參數。
4.利用公路改擴建的機會,進行開挖試驗,檢驗不同路面結構組合、不同路面排水設計情況時的瀝青路面水穩定性。
六、結語
瀝青路面水損壞涉及設計、施工和養護等眾多環節,而路面結構設計的影響尤其重要。針對瀝青路面水損壞的現狀,顯然應該從設計的角度下更多的功夫,例如現行設計規范主要從力學的角度考慮瀝青路面結構承載能力,對水損壞的考慮就有很大的欠缺,沒有針對路面使用性能進行設計。要想在短時間內解決路面設計方法體系顯然是有不小困難的,然而,從材料的角度對瀝青路面水損壞的室內、外試驗研究也還很不夠,特別是沒有從理論上很好地解決瀝青混合料水穩定性的原理,這也是瀝青混合料水穩定性設計和檢驗的難題所在。
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關鍵詞： 瀝青路面 病害 大修技術 罩面翻修
中圖分類號：TF526文獻標識碼： A
在碎石或者礦粉等礦質材料中摻入路用瀝青鋪筑的路面稱為瀝青路面。在礦料中摻入瀝青提高了路面的穩定性，使路面更加平整，光滑，耐磨耐用。瀝青路面在是公路建設中被廣泛應用的高等級柔性路面。但是隨著交通行業的高速發展，很多瀝青路面在高負荷條件下工作，出現了坑槽、松散、車轍、裂縫等病害。瀝青路面的大修技術逐漸成為公路管理部門研究的主要問題。目前瀝青路面的修復技術有罩面、翻修以及再生等技術，大修技術還處于研究階段，各方面理論還不完善。
1 瀝青路面病害及其成因
路面病害及其成因是設計瀝青路面大修方案的依據，為更好地分析瀝青路面大修技術面，通常需要進行定量或定性評價分析路面病害以及路面產生損壞的原因。對于瀝青路面常見車轍、裂縫病害以及成因分析如下：
1.1車轍及其成因分析
1.1.1車轍
車轍是瀝青路面在車輛荷載的反復作用下產生的豎向不可恢復變形。車轍按成因不同分為磨耗型、失穩型、壓密型以及結構型四類。
磨耗型車轍是瀝青路面表層材料在車輪摩擦以及外界環境條件下逐漸損耗而形成的車轍。磨耗型車轍一般隨著路面的已建成年數的增加而加劇，另外，若車輛使用防滑鏈和帶釘輪胎后，磨耗型車轍更容易產生。失穩型車轍是由于瀝青面層材料的剪切變形引起的。根據失穩的層次結構的不同，失穩車轍又可以分為路基失穩型、基層失穩型以及面層失穩型。產生這類車轍的原因有很多，主要原因是路面結構設計不合理，路基不均勻沉降以及路面承受荷載超過設計荷載。壓密型車轍是由于路面碾壓不當，產生的車轍，主要是為追求平整度，壓實度過高，導致壓應力超過瀝青的極限抗壓強度。結構型車轍是由于路面承受的車輛荷載超過了路面的強度，瀝青面層以及路基等結構產生不可恢復的永久變形，這種車轍寬度較大，車轍兩側無隆起現象的V型斷面。
1.1.2 車轍的成因分析
車轍的產生的原因多而復雜，并且不同類型的車轍產生的原因也相差很大。對于國內公路車轍的成因，國內專家通過調查以及鉆芯取樣等方法研究分析結果如下：
(1)面層礦料級配不當
面層礦料的級配一般通過施工技術規范以及現場試驗確定，礦料級配不合理導致路面穩定性差，路面承受車輛荷載時，產生車轍。若瀝青路面面層混合料級配中細粒偏多，粗骨料偏少，混合料之間摩擦力較小，細料懸浮在路面結構中未形成穩定的骨架，這種路面結構穩定性較差。但是若瀝青路面面層混合料級配中粗骨料偏多，細骨料偏少，這樣導致粗骨料之間的縫隙不能被細骨料充分填筑，形成不穩定的路面結構，在車輛荷載作用下路面結構極易碾壓破壞形成車轍。
（2）車輛荷載以及通行量的影響
公路路面的設計荷載依據公路路面設計規范以及公路等級確定，適當考慮公路建成后的預計通行量以及通行車輛的類型對設計荷載的需要。但是對早期公路設計過程設計荷載的確定沒有考慮預計通行量以及通行車輛的類型，造成設計荷載不能滿足公路正常運用。另外，最近幾年建成的公路雖然考慮了擬建成后的實際通行情況，但是因為公路交通運輸發展過快，是擬建預期交通量與建成后實際通行量相差較大。
（3）瀝青的影響
在高溫作用下瀝青混合料中粗細骨料之間靠相互嵌擠作用來抵抗反復壓縮以及側向流動，同時瀝青混合料也會被粗細骨料牽制產生剪切破壞，因此瀝青與骨料之間相輔相成，共同抵抗外界荷載的作用。瀝青種類很多，但是用于鋪筑路面的瀝青材料主要地瀝青和焦油瀝青兩種。道路瀝青的品牌較多，不同品牌瀝青的性能指標也相差很大，因此瀝青的選擇對瀝青路面質量也有一定的影響。
1.2 裂縫以及裂縫成因
裂縫按表現形式分為橫向裂縫和縱向裂縫。橫向裂縫是與行車方向垂直或者接近垂直，分布相對較廣泛。瀝青路面產生橫向裂縫的主要影響因素有：瀝青和瀝青混合料的性質、公路基層材料的特性、當地氣候環境、施工技術方案、通行量以及通行車輛的類型。
公路縱向裂縫是除橫向裂縫外最為常見的裂縫之一，長度一般為幾米到十幾米之間，嚴重的也有連續幾百米。工程實際中縱向裂縫根據寬度大小大致分為輕微裂縫和嚴重裂縫兩類，輕微的縱向裂縫寬度小于6mm，嚴重的縱向裂縫常有明顯的沉陷、錯臺等豎向位移。瀝青路面產生縱向裂縫的主要影響因素有：表層集料級配不合理、降溫產生溫縮應力以及路基不均勻沉降或者路基局部濕軟等。
2 瀝青路面的大修技術
瀝青路面常見的大修技術包括：罩面、翻修以及再生技術等。不同大修技術具有不同的適用范圍，針對不同的路面病害應選用合理的大修技術。
2.1 罩面技術
瀝青路面大修罩面技術按適用功能不同分為普通罩面、抗滑罩面以及封層罩面三類。
普通罩面一般選用使用性能較好的改性瀝青或者粘稠性道路瀝青，用于修復瀝青路面的磨損和平整度，有效提高瀝青路面的使用性能。封層罩面主要用于修復瀝青路面的磨耗以及損害，結合料宜選乳化瀝青或者改性乳化瀝青。抗滑罩面是用于增大瀝青路面表面構造深度、提高路面的抗滑性能、保證車輛通行安全。
罩面技術是用于修復瀝青路面使用過程中產生的破損，使瀝青路面完全或者幾乎完全恢復平整度，從而提高路面的使用性能。罩面類型的選澤應根據修復路段的工程實際情況、公路等級以及通行情況等綜合考慮確定。目前對于罩面技術研究還不完善，很多瀝青面加鋪罩面后很快出現車轍，甚至出現嚴重剝落現象，對于瀝青路面何種情況下采用罩面技術也沒有明確的判斷標準，因此罩面技術還需要做進一步的研究完善。
2.2翻修技術
當路面破壞較為嚴重時，采用瀝青路面罩面修復技術已不能恢復路面的使用性能，為保證修復效果要對瀝青路面進行翻修。翻修用于結構已經破壞的瀝青路面，比如基層塌陷和路基不均勻沉降產生的嚴重縱向裂縫等。根據瀝青路面病害的不同可以對瀝青路面進行面層翻修或者面層基層同時翻修。
僅翻修面層時應控制翻修深度不能過深也不能過淺，翻修下來的瀝青混合料要運回拌合站或工廠進行再生利用。鋪筑新瀝青面層時應與舊路面層保持銜接，瀝青材料與舊路面材料相同。面層與基層同時翻修的情況應先銑刨掉，然后翻挖基層，瀝青面層翻挖的寬度應該大于基層翻修寬度的邊緣線40cm左右，使得新鋪筑的面層與基層有效搭接。翻修技術能夠有效提高公路路面的使用性能，但是需要的費用遠遠大于罩面修復的費用。
3.結束語
目前公路瀝青路面出現病害比較嚴重，但是瀝青路面大修技術還處于研究階段，各方面理論還不完善，因此對于瀝青路面大修技術方案要全面考慮綜合分析。通過分析瀝青路面存在的主要病害以及瀝青路面的通行量等問題，充分考慮瀝青路面各大修技術的適用范圍，有效地進行瀝青路面的修復，提高瀝青路面的使用性能，是目前公路瀝青病害管理的核心工作。
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中圖分類號： TU535文獻標識碼： A
一、前言
瀝青路面在使用過程中，由于受到車輛重荷載和溫度的反復凍脹作用，會出現各種形式的裂縫。裂縫的產生使雨季雨水很容易滲入路面面層、基層、甚至路床內部，在路面排水不暢的情況下，很容易形成路面的水損害，降低路基、基層的結構強度和面層的耐久性，并會進一步導致局部路面沉陷、唧泥，裂縫、松散、坑槽等許多病害的出現，裂縫的出現，使裂縫周圍的路面成為薄弱地帶，在車輛荷載的反復作用下會加速路面的損壞，因此裂縫的出現如果處理不當會加劇路面的損害，縮短路面的使用壽命，并降低路面的行駛質量。為了維護道路的資產延長壽面，保證行駛質量，必須采取科學的手段對裂縫進行及時處理。
二、常見裂縫類型及形成因素
瀝青路面裂縫的成因復雜而繁多，甚至是多種因素互相影響，但每一條裂縫均有其產生的一種或幾種主要原因。按照裂縫的形式分為這五種形狀縱向裂縫、橫向裂縫、塊狀裂縫、網裂、龜裂。我們根據這五種裂縫的形成因素從以下幾方面分析
1、設計方面
設計與實際路段情況相差大，設計結構不合理。瀝青面層結構選用不當，混合料類型不合理，瀝青混合料配比設計不準確；路面厚度設計不足導致路面強度明顯不能滿足行車要求，交通運輸發展迅猛，路面回彈彎沉值逐漸增大，滿足不了交通量迅速增長和汽車載重明顯增大的需求，瀝青路面過早產生疲勞破壞，路面網裂伴隨著縱向裂縫和形變產生。路面排水系統設計不合理，對地形不夠了解，設計的排水系統真正起不到排水的功能。
2、施工方面
2.1路基施工方面影響
路基填料不符合規范要求，路基填土含水量偏大，在凍脹作用下使路面形成裂縫；路基碾壓不均勻，出現填土局部未壓實或兩側密實度不夠，使路基產生不同程度的沉陷，形成裂縫；舊路拓寬時，新舊路基銜接處理不符合技術規范要求，新路基壓實度不夠，造成路基不均勻沉陷或滑坡，形成裂縫；傍山公路半填半挖地段、橋臺與填方接頭處、路基施工未按規范要求，易造成自然沉降，經長時間行車作用易形成裂縫。
2.2基層施工方面影響
目前，高等級公路路面結構基本上是半剛性基礎層的結構，采用這樣的結構有很多毛病，半剛性基層容易開裂，反射到表面，路面進水后，又很難排出，容易造成路面界面條件和受力狀態的變化；基層、底基層、路面表面清除不干凈。在鋪筑上一結構層前，若路面結構層及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干凈，在雨水作用下，浮層油料變軟被行車擠壓造成的高壓水流沖刷成漿，進而波及到瀝青面層表面；由于施工質量不好，無機結合料穩定基層沒有拌和到底，底部留有素土夾層，在行車反復作用下導致路面產生塊狀裂縫；基層松散及系數控制不嚴而導致的二次補加層；在基層施工過程中，灰土的上、下橫接縫因重疊或搭接過少而出現裂縫；部分基層壓實度不足，在最大干密度確定的情況下，基層的壓實度與混合料中粗、細集料的比例特別是粗粒料的含量密切相關。
2.3路面施工方面影響
瀝青混合料的組成。礦料級配，瀝青含量，集料品種不符合設計規范要求，對原材料檢驗不嚴，對瀝青混合料的配合比控制不夠，特別是礦粉和瀝青用量不準，使瀝青路面早期出現推擁，油包，松散，露骨，坑槽，裂縫等；當瀝青面層的空隙率較大時，瀝青面層的通透性增大，外界水易侵入結構內部；施工當中未按照施工工藝和程序進行施工，部分路面混合料離析和不均勻容易造成局部滲水，使路面出現病害；施工中壓實不足，片面追求平整度，不能在溫度較高的時候及時壓實，不敢采用輪胎壓路機，這樣就造成了路面表層看起來很平整，通車不久就很快衰減；施工機械設備陳舊，不配套，使混合料的配合比計量、拌和均勻性、壓實度、平整度等受到很大影響；瀝青混合料加熱溫度過高，瀝青和礦料拌和時，瀝青便被礦料的高溫灼焦、使瀝青老化、路面強度不足，產生松散、坑槽等病害。
3、養護管理方面
養護不及時。瀝青路面在行車作用下出現小面積松散，個別坑槽后，未及時進行養護。
4、 周圍環境影響
（1）老化和環境因素。在嚴冬，瀝青材料最易破碎，其強度將難以承受由溫縮引起的拉伸應力，可能由于路面的溫縮和翹曲在路表出現微裂縫。（2）瀝青路面裂縫擴展的影響因素。瀝青路面開裂主要由交通和環境因素引起，與行車荷載有關的瀝青路面開裂的典型例子就是龜裂。這種類型裂縫是由于溫度下降或干縮變形時瀝青路面結構層收縮引起的。（3）交通荷載誘發裂縫。根據經典的疲勞強度理論，交通荷載引起的瀝青路面裂縫產生于受約束層底部，然后向上擴展到路表。這種裂縫應出現在車輪輪跡處，應為橫向裂縫。（4）環境因素誘發裂縫。事實上，由環境因素誘發的裂縫通常呈現為橫向裂縫，這是因為溫度下降或干濕變化而收縮變化的應力一般在縱向最大。在特殊條件下，如高摩擦力和溫度或含水是急劇下降，就可能產生橫向裂縫，在這種情況下也可能產生典型的塊裂。（5）荷載與環境因素對瀝青路面開裂的綜合影響。與交通荷載和環境因素相關的應力不是彼此孤立的，而且在許多氣候條件下，瀝青路面裂縫在白天主要受交通影響，而夜晚主要受環境因素影響。
三、瀝青路面裂縫的預防 （1）材料的選擇。根據道路所在地區的氣候條件和混合料類型選擇結合料，對于水泥處治基層，如果條件允許，最好使用溫度膨脹系數低的骨料。瀝青青混合料的集料應選用表面粗糙、石質堅硬、耐磨性強、嵌擠作用好、與瀝青粘附性好的材料。如果集料呈酸性，則應填加一定數量的抗剝落劑或石灰粉，確保混合料的抗剝落性能，同時應盡量降低集料的含水量，盡可能使用人工砂代替原形顆粒的天然砂；采用橡膠瀝青或聚合物改性瀝青在瀝青混凝土表面作封層，可進一步提高表面層的抗溫度裂縫能力。對于瀝青結合料，使用某些聚合物或添加劑可以提高其抗裂能力。瀝青混合料中的集料應選用表面粗糙，石質堅硬，耐磨性強，嵌擠作用好，與瀝青粘附性的材料，盡可能使用人工砂代替圓形顆料的天然沙。
（2）路面結構設計。顯然，所設計的道路必須能適應客觀存在的交通荷載水平和溫度條件。若道路隨載力不足，將加速路面疲勞開裂過程。在設計中應特別注意路面排水與防水措施。瀝青混凝土配合比設計中瀝青混合料級配也是一項重要因素，在合理選擇混合料級配時，應兼顧其高溫穩定性，疲勞性能和低溫抗裂性，以及耐久性等各方面的要求。在條件允許的情況，可以采用間斷級配、大空隙、密實型的瀝青瑪蹄脂碎石(SMA)混合料和采用改性瀝青。SMA混合料具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性能，抗車轍性能好、使用壽命長，是防裂路面設計時應選用的一項新技術。
（3）設計應力吸收層。設計應力吸收層，對減緩反射裂縫的產生與擴展有明顯的效果，可使裂縫處相對位移產生的應力傳到面層時大為減少，可明顯減弱裂縫尖端應力的奇異性，降低應力強度因子，而吸收層的彈模越低，防裂效果越好。就目前常用的材料而言，土工織物與瀝青橡膠薄膜的彈模較低，變形率越大，且不存在低溫脆化問題，效果最佳。
（4）施工質量。鋪筑路面材料時，應該遵循正確的施工原則。在施工方面，控制半剛性基層碾壓時的含水量為最佳含水量的0．9倍，壓實度達到規范要求，碾壓完成后要及時保濕養護，防止基層干曬，養護結束后，立即噴灑瀝青乳液，做成透層或粘層，然后盡快鋪瀝青面層；制備瀝青混合料時控制好加熱時間和加熱溫度，不使瀝青老化、加強碾壓，使瀝青混合料達到規定的壓實度，也可減少反射裂縫；為了減少瀝青面層由于半剛性基層的收縮裂縫而產生反射裂縫或對應裂縫．應盡可能采取有效措施來減少半剛性基層本身的收縮裂縫。
四、裂縫處治
（1）寬度小于5mm的裂縫
處治此類裂縫，可以采用進口瀝青膠灌縫。將路面裂縫徹底清理干凈后使用灌縫機進行灌縫。灌縫膠完全干燥后即可開放交通。
（2）對于寬度大于5mm的裂縫
a.此類裂縫要開槽灌縫。檢查開槽機、吹風機，確保其處于良好的工作狀態。
b.啟動開槽機、灌封機、吹風機，確保其處于良好的工作狀態。
c.啟動灌封機并向熱熔釜內添加灌封膠，灌封膠加熱至最低灌入溫度或施工溫度，但不能超過灌封膠安全加熱溫度（具體加熱溫度以灌封膠使用說明規定溫度為準），熱熔釜內應保持至少1／3的容量以利于保持灌封膠溫度均勻。
d.開槽的尺寸選擇深1.5-3cm，寬1-2cm，按照深度寬度比不超過2:1的原則確定開槽尺寸，預先調節好開槽機深度，然后進行開槽作業。作業時，根據裂縫寬度，及時調節開槽尺寸。
e.用肩背式吹風機將槽內的碎渣及裂縫兩側至少10cm范圍內的灰塵徹底清除，保證槽口新鮮、干凈、干燥。
f.在灌封膠加熱溫度達到193℃左右時，用灌封機上帶有刮平器的壓力噴頭將灌封膠由低向高均勻地灌入槽內，并在裂縫兩側保持一定寬度，灌封膠厚度均勻，線形流暢。
g.灌封膠充分冷卻或固化直至不粘輪才能開放交通，一般冷卻時間為 15min左右，具體開放交通時間可根據氣溫情況靈活掌握。灌封過程中應及時把路面上的碎渣清掃干凈。
五、結 論
裂縫是瀝青路面結構中普遍存在的一種現象，它的出現不僅會降低路面的抗滲能力，影響路面的使用功能，只有采取積極有效的措施，杜絕以上各種不利因素發生，嚴格規范施工，才能有效控制公路瀝青路面的開裂縫問題，提高公路瀝青路面的質量。造成瀝青路面出現裂縫的原因是多方面的，但是只要加強對設計、施工管理，嚴格控制原材料質量，優化配合比設計，提高施工質量，瀝青面層裂縫是可以得到有效的控制的。
參考文獻
1《公路瀝青路面施工技術規范》》(JTG F40—2004)，主編單位：交通部公路科學研究所；
關鍵詞：玻纖格柵,路面,反射裂縫,處治
1、引言
舊路改建工程項目中,新老路結合部的裂縫已成為常見的質量通病。其產生的主要原因為:新老路路基的結構層厚度、強度和工后沉降不一，導致新老路結合部出現開裂。輕者使瀝青砼路面產生裂縫、坑槽、沉陷等，形成路面早期破壞；在降水作用下，重者可使路基受水浸蝕而失穩，造成路基的整體性破壞。近十年來，隨著玻纖格柵在瀝青路面中的廣泛應用，其明顯見好的工程處治效果也得到了認可，為路面提高強度和反射裂縫防治提供了更廣泛的選擇和施工依據。論文參考網。
2、玻纖格柵的研究概況
瀝青路面中采用加筋的方法來改善路面使用性能的設想由來已久。國內自八十年代末才開始研究此技術。1992年北京市公路局設計研究院結合八達嶺公路水泥混凝土路面大修，采用金屬網防治反射裂縫，使用效果較好。哈爾濱建筑工程學院道路研究所于1993年7月提出了《塑料網格在柔性路面結構工程的應用》報告，對室內外試驗進行了詳細闡述，并提出了施工工藝。同時長沙交通學院也對加筋塑料格柵進行了室內研究，提出了《土工格柵對改善瀝青混凝土開裂性能的試驗研究》初步報告。通過近年來國內外對玻纖加筋格柵瀝青混凝土試驗研究的結果表明：玻纖加筋格柵具有高抗拉強度、與瀝青混合料的相容性好、物理化學性能穩定、耐高溫、嵌鎖與限制作用強等特點，能均勻傳遞軸載，并將反射裂縫由豎向轉為水平方向。基于這一點，玻纖格柵對減薄瀝青層厚度、防治反射裂縫、減少車轍作用、改善瀝青路面結構性能和延長道路的使用壽命具有顯著效果。
1）、玻纖格柵的作用機理
本項目工程中的玻纖格柵設置在水泥穩定粒料基層和瀝青混凝土下面層之間，因為這個位置基層產生的極小裂縫即能反射到面層表面，使路面頂層開裂，導致路面的早期破壞。目前認為玻纖格柵起防裂作用的方式有兩種：①下面層瀝青混合料在壓實機械作用下，通過玻纖格柵與水泥穩定粒料基層發生機械咬合、嵌擠，并由透層油粘結成整體，通過玻纖格柵橫肋的作用提供抗拉應力。②玻纖格柵經過壓實機械作用，使玻纖格柵通過透層油瀝青與上基層和下面層粘結成一體，并通過瀝青的粘結力發揮作用。
通過上述兩種作用力，使玻纖格柵發揮抗拉防裂作用。縱向裂縫的發生主要是拉應力和剪應力作用的結果。在對稱荷載作用下，路面結構層某一深度處由豎向受壓變成橫向受拉。裂縫發生時，垂直于豎向裂縫展開方向受到較大的拉應力作用，而玻纖格柵能提供較大的拉應力，改變路面結構內部應力分布。同時玻纖格柵使路面結構的整體剛度加大，對裂縫尖端處的拉應力集中起到擴散作用，阻止或減輕裂縫的產生，對半剛性水泥穩定粒料基層起到保護作用，延長路面結構的壽命。在非對稱荷載作用下，裂縫的破裂面產生較大的剪應力。玻纖格柵對尖端的拉應力和剪應力集中起到擴散作用，對裂縫尖端的拉應力集中的擴散比較明顯，裂縫的表現形式為剪切型開裂，隨著裂縫的逐漸展開，玻纖格柵的抗剪作用較為顯著的表現出來。論文參考網。而抗剪作用的發揮，開始階段為玻纖格柵與上基層和下面層之間的膠合作用，隨著裂縫的展開，玻纖格柵的膠結作用和橫向格柵與瀝青骨料之間作用力共同作用。因此，灑好透層油來確保玻纖格柵和基層、面層的粘結，是玻纖格柵發揮作用的關鍵。
當然，關于路面結構層加筋設計尚無成熟的理論設計計算體系，也有人對“路面結構加筋可以增大路面結構層的彈性模量，可以減薄路面結構層厚度”提出質疑。因為根據目前我國“強基薄面”的路面設計概念，國內目前路面設計體系中推薦的高速公路瀝青路面的最大厚度為18cm，分3層進行施工。若對瀝青路面厚度減薄卻又不能滿足瀝青混凝土路面最小攤鋪厚度的要求，因此不能對路面結構層厚度減少。玻纖格柵不參與路面結構設計計算，按照加鋪層對待。
在裂縫防治中，強調玻纖格柵的極限抗拉強度意義不大，在極限抗拉強度下的變形已不滿足裂縫防治的要求。應根據實際需要將某一允許應變下的應力水平作為重要參數，即強調玻纖格柵在某應力水平下的剛度和剛度模量值。目前研究中，建議選擇抗拉剛度在1.0MN/m以上的筋材，最好選擇抗拉剛度大于40.0MN/m、抗拉強度大于40.0MN/m的筋材。
2）、玻纖格柵的施工要點
①透層油的灑布：由玻纖格柵的作用機理知道，透層油的灑布質量是玻纖格柵發揮作用大小的關鍵。新版《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）要求：用于半剛性基層的透層油宜緊接在基層碾壓成型后表面稍變干燥、但尚未硬化的情況下噴灑。要求透層油的透入深度不小于5mm，如使用乳化瀝青，需在完全破乳干燥后鋪設玻纖格柵，且保證破乳后瀝青膜厚度不小于0.3mm。在實際工程中，按照規范要求灑布瀝青油，很難保證基層養生用水量，尤其是日照較強的季節，容易造成上基層表面松散，不利于玻纖格柵作用的發揮。因此，在操作過程中，飽水養生一定時間后再灑布透層油，以確保透入深度、瀝青膜厚度。
②根據新老路結合處的坐標按照20m樁放線，標出接縫位置，確保玻纖格柵的中線和新老路接縫重合。論文參考網。
③玻纖格柵的鋪設：將玻纖格柵裁好后先在起始端用鐵條固定，沿用人工或機械路線方向拉緊，張拉伸長率宜為1.0%-1.5%，并用固定器固定另一端。然后在垂直于路線方向按照上述過程張拉、固定，固定好的玻纖格柵要表面平整、無褶皺。應根據攤鋪方向，將后一端壓在前一端部之下，縱向搭接寬度應為5~8cm；縱向搭接處采用尼龍繩或鐵絲綁扎固定，固定間距不應超過1.5m。固定鐵皮經實踐證明，采用厚1mm、寬3cm的鐵皮條能達到預期的固定效果；固定釘采用射釘槍打入的水泥釘或射釘。固定好的玻纖格柵再用潔凈的鋼輪壓路機碾壓一遍。
④瀝青面層施工：攤鋪過程中，攤鋪機的行走應保持連續而不能急轉彎，以免搓壞玻纖格柵。運料車也不能在玻纖格柵表面轉彎、掉頭和急剎。
玻纖格柵施工過程中應特別注意：鋪完固定后，一定使玻纖格柵張緊并保持平整，否則瀝青混凝土下面層碾壓后，玻纖格柵形成橫向裂紋，影響工程質量；另外玻纖格柵背膠朝下，而背膠易溶于水，故上基層要保持干燥，否則造成其背腹失去粘性并影響玻纖格柵與基層、面層的粘結。
3、工程應用效果
省道S221線長鋪至樂安公路改建工程路面施工完成后，對于施工過程中出現在水泥穩定粒料基層上的裂縫，通過瀝青下面層鋪設玻纖格柵處理，未發現裂縫反射現象。從目前通車情況來看，鋪設玻纖格柵效果較理想，至于玻纖格柵抑制反射裂縫和減少車轍作用的最終效果尚待以后長期跟蹤調查。
4、結束語
通過對舊路改建工程中的路面裂縫防治和分析，并在省道S221線長樂公路基層施工過程中鋪設玻纖格柵可以抵抗和延緩由于路面基層裂縫引起反射裂縫的實踐證明，使我們對玻纖格柵在裂縫防治方面有了更新的認識。它也解決了重載、超載單向性的路面早期破損問題，使左右幅路面使用壽命一致。
參考文獻：
1、 JTJ/T035-91，公路加筋土工程施工技術規范[S].
【關鍵詞】道路工程；透水路面；熱島效應；應用現狀；發展前景
On the permeable pavement application status and development prospects
Cui Qian
（Guizhou Lu Tong Highway Engineering Supervision Co.， Ltd Guiyang Guizhou 550001）
【Abstract】By way of traditional impervious pavement failure mechanism analysis， and thus leads and describes its corresponding common permeable pavement pavement structure design， making two kinds of pavement engineering application form comparative analysis. In addition， combining common permeable pavement engineering applications， and to explore the advantages and disadvantages of different permeable pavement and application conditions， including permeable pavement structure at the grassroots level， sub-base application， and finally to take on the permeable pavement to analyze prospects.
【Key words】Road works；Permeable pavement；Heat island effect；Application status；Development prospects
1. 引言
（1）近年來，傳統不透水路面路用性能局限性越來越顯著。一方面，不透水路面無法及時將使用范圍內的積水及時排出使用范圍范圍以外，經研究發現，一旦傳統不透水路面由于結構設計缺陷、疲勞破壞等原因引起路面發生破壞后，水的滲入破壞將會進一步加速路面破壞，如果不能盡快將水排出路面使用范圍之外，道路路用性能將受到嚴重影響。如瀝青路面長期在水作用下會發生集料離析，瀝青剝落現象，進而引起瀝青路面坑槽等路面病害，久而久之，將會影響路面使用壽命；再如水泥混凝土路面采用的半剛性基層，若面板下基層積水不能及時排水，進而容易產生唧泥現象，嚴重影響路面使用性能。另一方面，不透水路面與環境的協調性較差，硬化路面改變地面蒸發循環系統，是引起城市內澇以及熱島效應重要原因，對生態城市的建設不利，同時這與現代綠色道路建設理念以及環境保護是極不相符的。
（2）針對以上問題，透水路面設計理念應運而生。目前，多種透水路面設計理念已經被提出并進行推廣應用。透水結構層不僅可以直接用于道路工程面層結構直接改善路面透水性能，像透水磚鋪裝路面、透水混凝土路面、開級配瀝青混凝土路面、多孔瀝青混凝土路面以及大孔隙新型透水路面等等；另一方面，透水結構成還可以用于道路基層、底基層等結構，像級配礫石、級配碎石、填隙碎石在基層和底基層的應用。實踐表明：透水路面不僅可以顯著提高路面抵抗水破壞的能力，提高路面使用性能以及使用壽命，改進路面表面抗滑構造深度，提高行車舒適性能，降低行車噪音等錄用效果；而且透水結構在基層底基層路面結構設計中也有廣泛的應用，結合透水面層一起使用，進而改善整體路面結構的透水性能。
2. 不透水路面破壞機理分析
2.1 水泥混凝土路面水破壞機理分析。
（1）水泥混凝土路面具有較好的剛度、強度、以及穩定性，被廣泛用于各等級公路建設。但由于其行車性能較差，目前已經逐步被瀝青混凝土代替，但是就目前來講，水泥混凝土路面在我國公路網中還是占有極大比例。由于水泥混凝土路面以拉應力破壞為設計指標以及水泥混凝土材料本身局限性，需要在混凝土面板設計中設置縮縫、脹縫以及施工縫等，以防混凝土面板由于荷載作用和溫度作用進而引起較大的翹曲應力，造成面板的破壞。但是，正是因為這些這些施工需要設置的裂縫，以及混凝土面板由于前期混凝土配合比設計或者施工不當造成的裂縫病害，成為水泥混凝土水破壞的必要前提條件。
（2）水泥混凝土路面直接暴露于自然環境中，雨期到來時，雨水通過面板設置的施工縫或是設計不當引起的病害裂縫進入面板下層。由于我國水泥混凝土路面基層多為半剛性基層，雨水深入后浸泡基層，使基層結合料粘結體系發生部分程度的破壞。當行車荷載作用與裂縫或施工縫前一塊板時，產生較大擠壓力，進而擠壓積于面板下的水體，使水體產生較大的沖刷力沖刷細集料以及填料，進而加速了基層的破壞，久而久之，出現面板脫空現象，最終產生面板斷裂，減少路面使用壽命。與此同時，水沖刷、浸潤作用如果沖破基層，將會滲入土基，在路面不均勻荷載作用下產生唧泥現象，嚴重影響路面使用性能。
2.2 瀝青混凝土路面水破壞機理分析。
（1）瀝青混凝土路面主要采用瀝青作為膠結料通過于集料和填料共同作用形成的瀝青混合料結合一定的攤鋪、碾壓等施工工藝鋪筑而成的路面。該種路面使用壽命長，行車性能好并且易于養護，已經被廣泛應用于高等級公路建設，逐步取代水泥混凝土路面成為道路工程建設首選的路面類型。但是由于瀝青本身抵抗水破壞的能力較差，進而導致瀝青混凝土路面抵抗水破壞的能力也很有限。因此，如何做到提高瀝青混凝土路面抵抗水破壞的能力直接影響瀝青混凝土路面路用性能和使用壽命。
（2）瀝青混凝土路面水破壞的機理主要由于瀝青混凝土路面直接暴露于自然環境之中，雨水來臨時，如果瀝青混凝土路面排水設計不當，將會造成路面積水。積累的雨水浸入集料與瀝青的結合界面，導致瀝青膠結能力急劇下降，同時瀝青從集料上剝落。在荷載等外力作用下，瀝青混合料產生更大孔隙，進而雨水得以更大范圍的影響瀝青混合料的整體性能；同時，在較大的外力下，水體在瀝青混合料之間產生較大沖刷力，加速了水對瀝青混凝土路面的破壞。隨著長期的荷載長期作用下，產生坑槽等路面病害現象，嚴重影響路面使用性能。
3. 常見透水路面類型
3.1 透水混凝土路面。
（1）雖然水泥混凝土路面路用性能相比較瀝青混凝土路面存在不足，但是綜合考慮施工工期、施工工藝簡易性以及工程造價等因素，該種路面還是具有一定的市場應用前景。因此，針對水泥混凝土路面透水能力差、抵抗水破壞的能力差的問題，有人提出透水混凝土路面結構，該種路面結構兼具了傳統水泥混凝土路面剛度、強度、穩定性與透水路面的綜合性能；與此同時，可以顯著改善城市內澇以及熱島效應等問題。目前已經被一些國家、地區作為新型透水路面接受并推廣應用。
（2）透水混凝土路面常見結構為15cm厚多孔水泥穩定碎石基層；面層結構分一層或兩層鋪筑，材料為8cm厚的透水混凝土面層；最后在進行封層處理，封層材料多為無色透明封層油，如聚氨酯密封處理等。封層結構施工要求透水混凝土面層鋪筑完成后，及時養生7天，等待養生結束后，用水清洗路面結構，在進行路面封層。
3.2 瀝青混凝土透水路面。
3.2.1 瀝青混凝土透水路面又稱開級配透水瀝青路面（Opened Asphalt Friction Course ，簡稱OGFC），該種透水路面最早源于德國，約在上世紀60年代，首次在德國鋪筑。該種瀝青混凝土路面最大的特點在于其兼具瀝青路面優越的使用性能與透水路面性能，而其優越的透水性則源于其粗集料之間通過嵌擠形成的骨架結構。一方面，粗集料嵌擠結構有利于該種露肩強度的生成，提高路面抵抗車載的能力。另一方面，骨架結構意味著混合料內部孔隙較大，進而其排水性能更優。該種透水路面可以集多點優勢于一身，具體如下：（1）良好的透水性能，可以快速排出地表水，進而其抵抗水破壞能力較好。（2）該種透水路面本身仍未瀝青混凝土路面，因此瀝青混凝土路面使用性能該種路面同樣具有；不僅如此，由于該種路面粗集料較多，因此，路面抗滑性能以及行車舒適性能也有所提升。（3）多孔瀝青混凝土的孔隙較大，較大的孔隙對于降低行車噪音具有一定的效果。
3.2.2 但是該種路面對于道路材料要求較高，由于瀝青本身抵抗水破壞能力較差，在水的作用下易發生剝落現象。因此，配制多孔瀝青混凝土時，需要增加抗剝落劑，以提高瀝青的抗剝落性能。不僅如此，往往還要加入木質纖維或者礦質纖維，以提高瀝青混合料整體的粘結性能。常見的多孔瀝青混凝土露肩鋪裝結構為：半剛性基層上面鋪設沙粒式瀝青混凝土找平層，最后鋪筑多孔瀝青混凝土。其中找平層多為2cm，透水混凝土面層多為4cm左右。
3.3 新材料透水路面。
（1）隨著科技的不斷發展，各種新型工程建筑材料也是應運而生。新材料不僅可以保證具備傳統道路建筑材料的路用性能與力學性能，而且往往在傳統材料性能基礎上，具有更加的路用性能。其中大孔隙聚氨酯碎石混合料路面即為其中一種。其孔隙率范圍一般在15%～30%，具有良好的透水性，是由聚氨酯膠粘劑與單級配或間斷級配骨料按一定配合比拌合而成的新型路面材料。目前該種材料主要用于鋪裝景觀道路等輕交通路面。
（2）該種透水路面面板鋪裝厚度根據巖性以及采用單粒徑巖石粒徑決定，一般厚度范圍在4～7cm。基層結構可以采用半剛性基層或者是級配碎石、級配礫石透水基層。
4. 透水路面工程應用實例
4.1 透水混凝土路面。
（1）廣東惠州江北江北技校周邊的人行道路以及其他非機動車道均采用了透水混凝土路面結構。其中水泥采用強度等級42.5MPa的硅酸鹽水泥，集料選用堅硬、潔凈無污染的石灰巖碎石，其中集料性能見表1。
（2）該路段鋪裝結構設計采用標準水泥混凝土路面結構即15cm厚多孔水泥穩定碎石基層；面層結構分兩層鋪筑，下面層5cm厚本色透水混凝土，上面層為3cm厚磚紅色透水混凝土面層。最后在進行封層處理，封層材料多為無色透明封層油，采用雙丙聚氨酯密封處理。
4.2 瀝青混凝土透水路面。
（1）多孔瀝青混凝土路面在我國多地都有工程使用，特別是在西南濕熱地區、東南沿海潮濕地區更是屢見不鮮。上海市北路辟通工程即為多孔透水瀝青混凝土路面的一個應用案例。該地道路面工程為六車道路面工程，全長約500米，該路面設計參數具體見表2。
（2）為了保證路面結構的排水效果，該透水瀝青混凝土工程還設置了完備的排水系統與之結合使用。改路面工程排水系統通過在路面結構中設置排水管，及時將滲流到地面下的水通過排水管引出到集水井，然后通過鋼管接入排水泵站，及時將積水排出。該路面具體面層結構設計為基層上設置2cm厚砂礫石瀝青混凝土找平層，緊接著于找平層上鋪筑4cm厚透水瀝青混凝土面層。路面工程竣工后，通過對路面進行竣工檢測，具體檢測結果見表3。
（3）路面工程竣工檢測結果表明該路面結構具有極佳的透水效果，透水率達到1451ml/15s，對于地下排水要求較高的工程來說，完全可以滿足工程排水需求；另一方面，該工程路面壓實度、平整度、構造深度等參數均滿足瀝青混凝土路面使用參數要求，充分說明該透水瀝青混凝土路面工程具有較好的路用性能。
4.3 新材料透水路面。
（1）大孔隙聚氨酯透水路面只要應用于景觀道路以及非機動車道路面鋪裝。顏色鮮艷使得該種透水路面具有極好的反光性以及造景效果。不僅如此，聚氨酯透水路面還可以用于岸堤防護工程，有效提高岸坡防沖刷能力，提高岸坡使用壽命。
（2）目前，該種路面在停車場、人行道、廣場路面鋪裝都已經開展了廣泛的應用，下圖1和圖2即為該種路面在公園造景道路以及人行道方面的應用。其中圖一為成都諾貝爾公園景觀道路，地面表層經過腐殖土清除處理后，直接鋪筑碎石基層，并于碎石基層上鋪筑4cm厚聚氨酯大理巖碎石混合料路面。路面整體結構排水性能好，即使在多雨季節，在其上面行走也不會出現甩水現象，路用性能優越；加上光鮮的外觀顏色，使得該種路面不僅可以顯著改善城市內澇以及熱島效應的問題，而且起到美化城市的效果。
圖1 某公園景觀道路
4.4 透水基層的應用。
4.4.1 眾所周知，目前我國路面結構設計的主流思想還是強基薄面設計理論，因此半剛性基層在我國道路工程應用中依然占據較大比例，如水泥穩定碎石、水泥穩定土、工業廢渣穩定土、石灰穩定土等等。雖然半剛性基層具有足夠大的剛度、強度以及穩定性，但是往往透水性能相比較而言卻較差。也正是因為傳統半剛性基層較差的透水性能，才使得水泥混凝土面板或是瀝青混凝土路面在基層排水性能較差的前提下，更容易遭受水的破壞。
圖2 某標段人行道
4.4.2 目前，對這一問題足夠重視并提出策略的國家主要是德國，德國通過對透水基層展開研究并且編制了相應的施工規范。不僅如此，透水基層也是德國路面鋪筑的首選基層結構，如級配礫石基層，級配碎石基層、級配砂礫基層、填隙碎石基層等等，工程實踐表明，透水基層不僅具有較多的工程應用優勢，在我國部分地區，也開始了對透水基層的應用研究。其優點如下：
（1）透水基層滿足足夠的剛度、強度等力學指標要求，級配碎石基層通過集料級配實驗確定各檔集料用量，各個粒徑的集料組合后，使得其具有較好的力學性能。
（2）極佳的透水性能。透水基層主要通過粗集料嵌擠形成的骨架結構，使得該種基層不僅有較好的力學性能而且骨架孔隙使得其透水性極佳。
（3）透水基層有利于降低工程造價。透水基層減少水泥、石灰等材料的用量，可以顯著降低工程造價。
5. 結束語
通過對常見透水路面介紹并且對比傳統不透水路面，二者優缺點、以及應用前景顯而易見，并且通過對透水路面工程實例進行研究分析，顯得出一下幾點結論：
（1）不透水路面已經日漸無法滿足綠色道路建設理念的需求，不利于解決城市內澇和熱島效應等問題。而透水路面則可以彌補前者的不足之處，符合生態文明指導下的道路工程建設理念。
（2）我國對透水路面的研究還存在不足，像對新型透水路面開發以及應用研究方面經濟投入以及相關的透水路面施工以及養生等方面的規范還存在較大空白。建議積極引進國外先進透水路面方面研究成果，并結合本國工程應用環境，形成適應于本國的透水路面研究理論。
（3）為了使透水路面透水抵抗水破壞效果發揮的更好。一方面，可以通過表面封層設置路拱橫坡的方式即使引出地表水到路用范圍之外；另一方面，可以通過透水面層結合透水基層使用，提高整體結構透水效果，但是該種路面結構要注意基層下部水穩層的設置。
（4）目前，不論是透水路面，還是透水基層均已在我國部分地區開展不同程度的工程應用。實踐表明：透水路面不僅可以具有較好的路用性能，而且其較好的透水性可以顯著提高路面使用壽命；而透水基層則不僅可以滿足基層力學以及使用要求，還能顯著降低工程造價。因此，二者均具有較大的市場應用前景。
參考文獻
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關鍵詞：復合式路面；結構參數；聲學模型
ABSTRACT: The coupling Acoustic model of pavement, air and tyre is built in ABAQUS to research the relationship between composite pavement and tyre-road noise. By changing values of pavement structural parameters, sound pressure value of target point and its change trend are got. The influence of pavement parameters to noise is summarized.
Key words: composite pavement; structure parameter; acoustic model
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A 文章編號：
復合式路面是指由水泥混凝土板和瀝青面層復合形成的結構，它兼有瀝青路面和水泥路面的優點，多用于城市高架橋等市政道路和舊水泥路面的改建。與普通瀝青混凝土路面相比，復合式路面由于瀝青層較薄、水泥混凝土層模量高，車輛行駛時其噪聲偏大。近年來，隨著車流量和行駛車速的不斷增加，道路沿線的交通噪聲問題已經越來越引起人們的重視，而復合式路面的噪聲問題也日益突出，尤其是對于城市高架橋形式的復合式路面結構。本文針對復合式路面輪胎-路面噪聲進行分析，有一定的現實意義。
隨著計算機技術的發展，各種聲學軟件層出不窮，如有限元軟件、邊界元軟件、能量分析法軟件等。這些軟件的功能各有千秋，其中有限元對中低頻具有較好的模擬，而能量分析法的軟件對高頻模擬較好。鑒于輪胎-路面噪聲的頻率主要集中在1000Hz左右，論文選用大型商業有限元軟件Abaqus，版本為6.9-1。
1.模型部件的構建
輪胎-路面噪聲主要是輪胎與路面撞擊所產生，涉及到三個物體：空氣、輪胎、路面結構，對應的有三種界面接觸形式：輪胎與路面、空氣與輪胎、空氣與路面，模型即由三個部件耦合形成。
1.1 路面部件
論文復合式路面結構以PCC+AC為例來構建。為了敘述方便，將上面層稱作面層，下面層稱作基層。由于復合式路面基層以下部分對噪聲幾乎沒有什么影響，因此可以把路面簡化成面層和基層兩塊。對于在水泥混凝土橋面板上加鋪瀝青面層的城市高架橋，橋面板可等效看成水泥混凝土基層，因此高架橋結構也可簡化成面層和基層的形式。瀝青層厚4cm，水泥板厚20cm，如圖1所示，路面三維空間尺寸如下：長2m、寬1.14m、厚0.24m，形狀為立方體。
圖1 復合式路面結構簡圖
1.2 輪胎部件
參照GBT 2978-2008 轎車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷中的輪胎相關尺寸，取值如下：外徑50cm，寬度14cm。
1.3 空氣部件
空氣是無限的，有限元軟件只能模擬有限的空間體。空氣的空間形狀有很多不同的模擬形式，常用的是四分之一球體和六面體。本文根據輪胎和路面的尺寸，使空氣、輪胎、路面三者在空間位置上對應起來，設定空氣的三維尺寸如下：長2m、寬1.14m、高1m。空氣密度1.2 kg/m3，體積模量142000Pa。空氣模型定位在路面結構上方，兩者接觸面尺寸一致。空氣模型正中部分挖出一個半徑為25cm、寬度為14cm的圓柱體，將輪胎定位在該圓柱體空間中。
2 模型的有限元運算
在Abaqus的Assembly模塊中，將上述各部件創建完實體后，通過平移命令使各個實體在空間上構建成一個整體。Interaction模塊中用Tie綁定約束來定義接觸界面的關系。使用*tie的接觸模型，使結構和空氣產生耦合，從而使結構的振動傳遞到空氣中，引起空氣振動，進而產生噪聲。同時結構的變形也將導致空氣體積的變化，進而產生聲壓形成噪聲。為了方便獲得輸出結果，模型中創建歷史變量輸出點。歷史變量輸出結果（history output）來自于模型的小部分區域，被寫入輸出數據庫的頻率相對較高，用來在Visualization功能模塊中生成XY圖形，X軸為時間，Y軸為聲壓。
輪胎在路面上滾動行駛時，輪胎運動由旋轉和平移所合成。輪胎轉動時，與它接觸的空氣會發生扭曲和移動現象，因此輪胎前后噪聲的聲壓級有差別，且差別有隨著旋轉速度的增加而增加的趨勢。輪胎平動速度與旋轉速度的數值相一致，平動時輪胎與路表相互作用，輪胎在平動過程中也發生垂直振動，垂直振動的幅度受路表紋理幅值（構造深度）和輪胎變形的影響。研究表明路面構造深度一般不超過1mm，因此輪胎產生的振動的垂直距離就更小，加上輪胎受壓和釋壓過程垂直距離的變化，論文將輪胎垂直振動距離設定在0.1mm-3mm這一區間，在Load模塊中通過對輪胎與路面接觸處施加垂直方向上的位移實現。
通過設定這一垂直振動區間，可以起到如下幾個作用：1.垂直振動使輪胎產生變形，這構成了噪聲聲源的重要部分；2.使用不同的位移數值，得到輪胎振動時不同的垂直距離所對應的聲壓值，該值側面反映紋理幅值（構造深度）對噪聲的影響；3.文中假設在分析區域紋理處在較為規則的水平，即紋理波長與紋理幅值變化不大，所施加的位移周期可以通過時間值來進行設定，而一個周期的時間長度對應著一個紋理的波長值，通過改變周期描述紋理波長對噪聲的影響。
輪胎、路面、空氣三者緊密聯系在一起，當輪胎平動時，模型中包裹輪胎的空氣形狀會隨之發生改變，三者的接觸界面也會變化，這種與真實情況接近的動態模型非常復雜。為了簡化計算過程，對模型做了以下處理：1.保持輪胎、路面、空氣三者的空間位置不變，給輪胎施加旋轉速度；2.給輪胎施加垂直的位移，通過Amplitude控制位移的周期；3.輪胎的平動涉及到模型整體坐標系與局部坐標系的改變，暫不考慮。
模型中實體均為非獨立形式，劃分網格時，路面結構采用C3D8R單元，空氣采用AC3D4單元。劃分后如圖2所示：
圖2 聲學模型的網格劃分
聲波在空氣媒介中傳播，需要定義聲波的傳播方式，即在有限元聲學模塊中調用自帶的聲學公示來模擬聲波的傳播特性。在提交運算之前，編輯模型屬性，定義聲波的傳播類型為：Scattered wave（散射波）。散射波從物理學角度來說，指的是如果界面凹凸不平，在凹(或凸)部分的尺度相對于波長很小時，發生波的反射；相對于波長較大或可比時則發生散射，散射波比較符合輪胎-路面噪聲聲波傳播的實際情況。
提交運算后，提取聲場輸出結果，截取聲場云圖，如下所示，其中圖3是輪胎縱向中心線的斷面圖和橫向中心線的斷面圖。
圖3 輪胎縱向和橫向中心線的斷面聲場云圖
從圖可看到聲波在空氣體中傳播的狀態，即在一個斷面上聲波是連續的并且以近似半圓的形狀向周圍傳播，聲壓值隨著距離的增加而逐漸降低。擴展到三維空間體中，噪聲產生后，聲波自聲源處以近似半球體的形狀向四周傳播，聲波在傳播過程中逐漸衰減直至最后消失。
通過Abaqus有限元計算面層和基層的模量、振動幅值、振動頻率和面層厚度對行車噪聲的影響，其他變量在模型中保持不變。上述變量的取值見表1：
表1 模型中噪聲影響因素的取值情況
計算過程通過部分編寫*.inp文件來實現。模型輸入文件（*.inp）是溝通前處理器（通常為ABAQUS/CAE）與分析求解器（通常為ABAQUS/Standard）的橋梁，包含了一個數值模型的完整描述。它是易于辨識的、基于關鍵字的文論文件，可使用文本編輯器方便地進行修改。文中在首次運算的*.inp文件基礎上對相應部分的變量直接進行修改，提交運算即可。面層厚度的影響需要另建模型分別計算，取面層和基層總厚度為固定值30cm。
3 計算結果處理與分析
在各歷史輸出結果中，取聲壓正負向峰值絕對值的平均數來作為分析的基礎數據，所得到的聲壓為Lmax，指的是所計算的時間區間內的最大聲壓。將各參數與輸出聲壓繪制成曲線圖，如圖4~圖8所示：
圖4 面層模量與輸出聲壓關系圖 圖5 基層模量與輸出聲壓關系圖
圖6 振動頻率與輸出聲壓關系圖圖7 振動幅值與輸出聲壓關系圖
圖8 面層厚度與輸出聲壓關系圖
圖4中，噪聲聲壓級隨面層模量的增加出現先小幅度增大后基本穩定的趨勢，面層模量從1000Mpa增加到約2200MPa，聲壓級隨著增加約1.5dB，在面層模量超過2200MPa之后，聲壓級出現小幅度波動。圖5中，噪聲聲壓級隨基層模量的增加呈先小幅度增加后保持穩定的趨勢。基層模量從2500MPa增加到約20000MPa，聲壓級增加約0.5dB；基層模量從20000MPa到40000MPa，聲壓級基本不變。
由此可見，噪聲的聲壓級隨面層和基層模量的增加均表現出線增加后穩定的特點。但是，面層模量對噪聲的影響強于基層模量，這是因為在車輛行駛過程中，面層直接和輪胎接觸，基層則需要通過面層的傳遞才能體現出來。
圖6中，噪聲聲壓級隨振動頻率的增加先增大后減小，振動頻率從500Hz增加到約1000Hz，聲壓級增加了大約9dB，振動頻率從1000Hz增加到2000Hz，聲壓級降低約9dB，500Hz與2000Hz所對應的聲壓級幾乎相等。圖中顯示的是在不同頻率下的聲壓級，其逆過程就是不同聲壓級所分布的頻率范圍。這表明，噪聲聲壓級主要分布在中低頻率范圍內，即600Hz~1400Hz，該計算結果與國內外許多研究相一致。
圖7中，噪聲聲壓級隨振動幅值的增加先小幅減小后增大，振動幅值從0.1mm增加到約0.8mm，聲壓級減小不到0.5dB，振動幅值從1mm增加到3mm，聲壓級增加約4.5dB。振動幅值可理解為在光滑平面上道路表面紋理幅值和輪胎變形共同合成的結果，當幅值在較小的范圍內（論文小于0.8mm）增加時，泵浦效應和耗散減小的噪聲值大于撞擊增加的噪聲值，總體聲壓級減小；當幅值大于1mm后，幅值的增加導致撞擊噪聲增加值遠大于泵浦效應和耗散減小的噪聲值，總體噪聲就開始增大。計算結果與前文所述以及國內外的研究成果相符合。
圖8中，在剛柔結構總厚度一定的情況下，噪聲聲壓級隨瀝青層厚度的增加而略微降低，厚度達到12cm噪聲幾乎不再變化。分析如下：路面結構中的各層位置越往下對噪聲的影響越弱，隨著瀝青層厚度的增加，具有高模量的水泥基層對噪聲的影響力變弱，聲壓級因此而降低，但降低的數值很小。由此可見，當復合式路面的瀝青面層達到足夠厚度時，其聲學性能接近普通瀝青路面，這也證明了復合式路面噪聲較高。
4 結論
本文利用有限元軟件構建復合式路面噪聲的聲學模型，通過改變目標變量的取值得到路面結構參數與輸出聲壓的關系。計算結果表明，輸出聲壓隨模量的增加先小幅度增加后保持穩定，隨振動頻率的增加先增加后減小，隨振動幅值的增加先小幅度減小后增加，瀝青面層厚度的逐漸增加使復合式路面的聲學特征逐漸接近瀝青路面。本文的聲學模型建立在一定的假設和簡化基礎上，軟件所計算的輸出聲壓高并不代表實際路面的噪聲就一定大。
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