浅谈长大纵坡沥青路面破坏类型及合理结构
浅谈长大纵坡沥青路面破坏类型及合理结构
杨春龙
（南阳通途公路勘察设计有限公司，河南南阳，473000）
摘要：本文调查分析了山岭重丘区大纵坡路面的破坏类型，并进行归类分析,提出了大纵坡路段沥青路面面层的层位合理厚度。从基层表面处治技术与新型层间封层技术两方面出发，提出了“两油一料”层间封层技术，为沥青路面基面层间加强技术的选择提供参考。
关键词：大纵坡，沥青路面，破坏类型，层间处治，路面结构
随着我国交通事业的进一步发展，道路的建设重心逐渐向西部山区、丘岭等地带转移，山岭区高速公路与一般公路相比有其自身的特点，例如地形条件复杂，气候恶劣等，并且由于受山岭区地形和地貌的限制，设计时在有些地段不得不采用连续纵坡，甚至在有些地段不得不采用超长连续纵坡，但是由于山岭区长大纵坡的特殊纵坡条件，造成车辆在长大纵坡地段行驶时车速较慢且制动频繁，加之受超载和重载以及慢行车速等众多因素的影响，导致长大纵坡路段的车辙病害和疲劳开裂比较严重，尤其是在持续的上坡地段，受持续高温的影响时，车辙病害的形成和发展都会远远超过预估的情况，严重影响行车的安全，同时，裂缝会在有水存在的情况下会导致路面水损害，继而引起路面松散、剥落、翻浆等较为严重的破坏形式，为了预防或减轻由于长大纵坡造成的路面结构损坏，进行长大纵坡路面合理结构的研究具有重要意义。
1山岭重丘区重载大纵坡路面的破坏类型及原因分析
1.1重载大纵坡路面的破坏类型调查
我国不少高速公路由于受到重载和超载车辆的破坏而早早出现了路面病害，道路寿命明显减短，远远不能达到设计寿命，并且严重影响行驶安全，致使交通事故频发，对我国几条高速公路的调查，归纳了长大纵坡路面的破坏类型。
（1）在长大纵坡路段，道路通车以后的短期内，路面就会出现不同形式的破坏，但最常见的破坏形式为车辙破坏，这主要是因为，在长达纵坡上坡路段，车速较低，超载严重，重载交通较多，使路面承受的水平剪应力较大；而在下坡路段，车辆制动频繁，也会使路面承受的水平剪应力增大，因此在重载、超载和高温的作用下，路面容易产生车辙病害。
（2）在长达纵坡路段，路面的破坏情况主要与坡长、坡度、温度、温度、路面荷
载等因素有关，坡长越长，坡度越大，车辙深度越大。
（3）此外道路的面结构和材料也对道路的车辙病害有较大的影响，例如改性沥青
混凝土和路面结构的车辙病害就比一般沥青混凝土路面结构的车辙病害轻些。
1.2 重载大纵坡路面的破坏形式分析
随着汽车的载重量越来越大，并且考虑经济性问题，超载、重载车辆越来越多，给我国道路造成极大的危害，许多新建道路的使用寿命远远小于设计的使用寿命，并且调査发现，山区高速公路路面常见的一种路面破坏形式是滑移破坏，并且此种破坏会使路面出现开裂，进而形成拥包；造成这种破坏的原因主要有两个方面，一是由于沥青混合料高温稳定性不足，这会使路面在夏季高温时行车荷载的作用下产生滑移破坏；二是由于路面层间粘结力不足，在行车荷载的作用下，也会使路面发生滑移破坏。此外，沥青路面主要的破坏形式还有沉陷、车辙、推移、开裂等几种形式。
（1）车辙病害
路面的车辙病害是渠化交通引起的沥青路面损坏类型之一，是指在高温季节，车辆荷载的重复作用下产生塑性流动而造成的。按其成因，车辙可分为三中类型：失稳型车撤、结构性车辙、磨耗型车撤。
失稳型车辙是在车轮荷载作用下，泥青路面结构层内部材料流动产生的横向位移，这种类型的车辙主要集中在轮迹处。
结构性车辙是在交通荷载的作用下，路面结构产生的整体永久变形，主要是因为路基变形传递到面层所导致的。
磨耗型车辙是由于车轮磨耗和自然环境因素作用造成的沥青路面结构顶层的材料持续不断的损失。
路面车辙对路面和行驶车辆的危害是多方面的，首先是车辙严重影响路面的平整度。其次是车辙在车辆超车或更换车道时会导致方向失控，严重影响车辆的操纵稳定性。第三，路面车辙会导致路面在雨天排水不畅，抗滑能力下降，甚至会由于车辙内的积水而导致车辆漂滑，严重影响车辆的行车安全。最后，在车辙的轮迹处，游青层的厚度较薄，这会使面层及路面结构的整体强度削弱，从而诱发路面产生其他破坏。
（2）路面沉陷
路面沉陷（如下图所示）严重影响路面的强度、平整度和粗糖度，给行车安全和舒适性带来很大影响。造成路面沉陷的原因有许多，其一是路基的不均勻沉降；其二是基层的不平稳；其三是超载运输。造成路基不均勻沉降的原因是多方面的，如软土地基的处理不到位，填挖结合部的处理不当，路堤地基的处理不当，路堤填料的控制不当，填土路堤的压实度不足，排水设施不完善，此外，路基的毛细现象也会造成路基的不均勻沉降。而基层的不平整会使影响面层的松铺厚度，造成碾压后不同程度的沉降。此外，由于汽车轴载的次方与路面破坏成正比，故超载对路面在成的破坏是不可小觑的。在控制路面沉陷的过程中，关键是保证压实质量，当然保证地基质量也是非常重要的。
（3）路面推移
所谓沥青路面的推移是指沥青路面在行车荷载的影响下发生拉裂或剪切，从而在路面前进的方向造成拥抱或使路面边缘出现松散的隆起地带，路面推移从实质上可归结为层内推移、层间推移和综合推移三种。沥青路面的层内推移是由于混合料配合比、沥青质量、面层厚度等因素所导致的；沥青路面的层间推移的影响因素也有很多，例如基层刚度和表面粗糙度、层间联接及沥青面层回弹模量等。总之，导致沥青路面推移病害的原因有很多，综合来说从设计、材料选择、路面施工到路面使用各个过程均会对路面推移产生一定的影响。
（4）路面开裂
沥青路面在荷载和温度的作用下容易产生裂缝（如下图所示，简单来说，由于荷载作用产生的裂缝成为疲劳裂缝，而由温度产生的裂缝通常称为热裂缝。疲劳裂缝一般发生在路面被使用一段时间以后，路面温度较低的情况下，是由荷载的累积作用所引起的。热裂缝有低温缩裂和热疲劳幵裂两种。低温缩裂发生在温度急剧收缩产生的拉应力超过沥青路面的强度极限时，一般发生在路表面，且表现为横向裂缝；而热疲劳裂缝是在炎热气候区，由于路面白天和夜晚的温度交替，在路表面产生重复的热应力，与交通荷载产生的引力同时发生导致的一种疲劳破坏，其常见破坏形式是板裂。研究证明长大纵坡沥青路面变形的本质是由于沥青的粘弹塑性，及其具有时温等效性等，破坏的外因主要有荷载、车辆产生的路面作用力的作用方式及作用时间等；车辆上下坡时的路面力学行为等都对路面的破坏有重要影响。
2 防治措施
长大纵坡沥青路面层间处理的好坏关系到路面整体结构的耐久性，研究调查显示，长大纵坡沥青路面的推移、拥包、开裂和车辙等早期病害很大一部分是由于基面层间结合不良引起的因此，在实际工程中采取一定措施加强基面层间粘结强度，能够提高路面的使用性能，延长使用寿命。综观国内外研究，在沥青路面基面层间应用技术方面，大多研究针对粘层、透层、封层、防水层等经典的层间材料，研究其撒布时间、撒布量等施工工艺以及层间处治效果其中关于封层与防水层的研究主要集中于“一油一料”表面处治、乳化沥青或改性乳化沥青稀奖封层、改性沥青防水层（应力吸收层）及同步碎石封层等。而且以往半刚性基层路面施工中基层表面一般不釆取特殊处理，只做简单的清扫处理，容易诱发基面层间的推移破坏。本文将从新型层间封层技术与基层表面处治技术两方面出发，优化研究半刚性基层表面粘结层材料，提出“两油一料”的新型层间施工工艺，优化透层层间处治技术。
釆用“两油一料”多功能层间夹层，不仅具有较好的层间粘结、防水密水作用，更由于其碎石同筋青合理的组合方式和薄层低模量使得该材料在半刚性基层——沥青面层层间发挥其应力吸收的作用，改善内部层间接触状态，延缓半刚性基层对上层的反射裂缝。且该层为薄层结构，施工方便且不增加造价。其技术标准推荐如下：
表1 “两油一料”层间设置技术
|
沥青种类 |
技术标准 |
备注 |
|
沥青种类 |
改性热沥青SBS |
高粘沥青均可，技术标准同沥青混合料 |
|
沥青撒布量 |
下层沥青1.0kg/m2 上层沥青0.5 kg/m2 |
应撒布均匀 |
|
碎石规格 |
16-19mm石灰岩 |
应对含泥量等进行控制 |
|
碎石撒布量 |
8 kg/m2 |
覆盖率为60-70% |
3路面合理结构推荐
结合长大纵坡道路交通特性、各材料的性能及现有长大纵坡沥青路面使用状况的综合分析，推荐以下几种路面结构组合以供长大纵坡沥青路面设计时参考采用。
（1）上面层：改性沥青玛蹄脂碎石SMA-13;中面层；SBS改性沥青AC-20;下面层：SEAM改性沥青混凝土ATB-25；透层：液体石油沥青；基层：水泥稳定级配碎石；底基层：二灰稳定土。
（2）上面层：SBS改性沥青混凝土AC-16;中面层：SBS改性沥青混凝土AC-20(加聚酯纤维)；下面层：SEA M改性沥青混凝土AC-25；透层：煤油稀释液体沥青；基层：水泥稳定级配碎石；底基层：二灰稳定土。
（3）上面层：SBS改性沥青玛蹄值碎石SMA-13；中面层：SBS改性沥青混凝土AC-20（加聚酯纤维）；下面层：SEAM改性沥青混凝土AC-25;透层：乳化沥青；基层：水泥稳定级配碎石：底基层：二灰稳定土。
（4）上面层：SBS改性沥青混凝土AC-13(加聚酯纤维)；中面层：高模量改性沥青AC-20;下面层：高模量改性沥青AC-25；透层：PSP高渗透乳化沥青；基层：水泥稳定级配碎石；底基层：二灰稳定土。
4 结语
本文调查分析了山岭重丘区重载大纵坡路面的破坏类型，通过对各种破坏形式进行原因分析，结合长大纵坡路面的受力特点及环境，提出了“两油一料”层间设置技术和多种路面结构组合。
参考文献
[1] 李开.长大纵坡对沥青路面产生车辙的影响分析[J].公路交通科技,2008(3):45-48.
[2] 杨海荣,关宏信.高温、重载、慢速条件下上坡沥青路面车辙[J].长沙理工大学学报,2008.5(4):57-60.
[3] 邹贤文.高速公路长大上坡路段的运行车速连续性研究[J].山西建筑,2010(36):285-286.
更多相关内容：
