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高速公路瀝青路面設計技術研究分析

來源:期刊VIP網所屬分類:路橋建設時間:瀏覽:

  針對高速公路瀝青路面設計技術及現狀,結合我國在高速公路方面取得的各項研究成果及經驗,針對高速公路瀝青路面設計技術做一些研究分析。
  一、 我國高速公路瀝青路面現狀分析
  隨著我國經濟的快速發展,我國對高速公路瀝青路面的投入越來越大,使得高速公路瀝青路面建設迅速發展,但我們也要清楚地認識到我國高速公路瀝青路面早期損害現象在一定范圍內依然存在,高速公路在使用2到3年就出現不同程度的破壞現象,行車路段車轍、路面開裂、滲水、坑洞等早期破壞技術問題尤為嚴重,道路使用壽命短,與發達國家相比這些方面差距還是相當的大,這樣一來就必須瀝青路面進行大修,大修勢必造成交通擁堵,降低道路使用率,增加道路成本,浪費資源。
  造成這樣結果的原因甚是復雜,既有材料、施工、不合理使用等因素,也有設計方面的原因,其主要歸納如下:瀝青路面結構類型選擇不當,瀝青混合料類型與結構層厚度不匹配,瀝青混合料級配不盡合理,瀝青路面原材料選用控制不嚴重,瀝青下封層有封閉路面下滲水、擴散路面應力、增強面層、基層的連接、減少基層反射裂縫至面層等作用。如何解決高速公路瀝青路面各種問題,使我們高速公路工作者所不能逃避的一個嚴峻挑戰。
  二、 高速公路瀝青路面工程結構設計原理
  瀝青路面在世界各國已經有數百年的發展歷史,不管是從設計到施工,都有了較為成熟的指導理論和經驗,然而由于各種復雜的地質氣候條件、施工方法、結構層原材料的不同,使得高速公路瀝青路面設計有著復雜性和多變性。因此,高速公路瀝青路面設計要根據各地氣候、水文、地質及使用要求的不同,結合當地工程經驗,設計出滿足各級公路承載力、耐久性、安全性、使用性的要求的高質量的高速公路,迫在眉睫。
  (1)、針對面力學特性、結構組合狀況、交通量大小、材料性能以及環境因素對路面性能產生顯著影響, 孫立軍教授等人建立了反映路面力學特性、結構組合、交通量大小、環境因素與路面使用性能的關系。
  (2)、根據設計任務書和當地氣候、水文、地質及使用要求的不同,結合當地工程經驗,擬定瀝青路面設計結構,設計出多個方案,加以比較,擇優選擇。
  (3)、根據不同的交通等級,采用不同結構組合,確保路面的強度、抗車轍性、耐抗水沖刷性,保持路面平整,使道路在設計使用年限內能夠滿足設計使用要求。
  (4)、要因地制宜、合理選材在就地取材、就近取材的基礎上,盡量考慮運輸費用、距離,兼顧不破壞生態環境,做到人與自然和諧相處。
  (5)、對修筑多種路面結構組合的試驗路,進行長期性能觀測,逐漸過渡到從全壽命周期成本分析的角度選擇瀝青路面結構設計;
  (6)、盡量采用機械化施工,并考慮后期養護問題,路面設計時一定要做到經濟使用,并能使路面結構層整體滿足強度和穩定性要求;
  三、高速公路瀝青路面設計方法
  1、高速公路瀝青路面的原材料選擇
  瀝青路面的原材料主要有:粗集料、細集料、礦粉、瀝青。原材料按技術性好、經濟性好、環保、就地取材的原則選取。
  (1)、粗集料:集料應按要求的尺寸、堅固、強韌、耐久的石料,。粒徑和質量應滿足國際化要求,并應對每批進來的集料進行認真檢查,去除不合格的集料,使路基達到足夠的強度,保證工程的質量。
  (2)、細集料:可采用天然砂,砂和石屑應潔凈、干燥無風化、無雜質、含水率符合要求、并有適當的顆粒級配,與瀝青應有良好的粘結能力。
  (3)、瀝青:使用重交通道路石油瀝青A}I一70,要求質地均勻、無水分,同時滿足針入度、軟化點以及延度的要求,每批運到現場的瀝青都應該有制造廠的證明和出廠實驗報告,說明裝運數量、裝運日期、訂貨數量、規定的實驗結果,不同來源,不同標號的瀝青分開存放,不得混雜。
  (4)、礦粉:宜采用石灰巖或巖漿中強基性巖石等水性石料,經磨細瀝青得到礦粉
  2、高速公路瀝青路面配合比設計
  (1)、瀝青集料級配組成設計時,由于主骨料不能直接接觸形成骨架,結構嵌擠力小,要靠瀝青的膠結力來提高路面的剛度、強度,提高路面粗糙度,因此要提高其含石量,以增大內摩擦角,提高抵抗變形的能力,同時,由于集料級配良好,瀝青混合料將獲得更大的密度。
  (2)、瀝青混凝土配合比設計的主要目的就是選擇油石比,它關系著配合比的經濟性、技術性和工藝性,而油石配合比的確定主要依賴于馬歇爾穩定度、孔隙率、試件密度、瀝青飽和度及礦料間隙率。因此在設計配合比時應充分考慮影響油石比的因素,當然過量的瀝青對于路面也是有害的,瀝青的最佳用量應滿足經過高溫季節行車碾壓后路面剩余空隙率的要求。
  3、選擇瀝青路面面層設計
  我國高速公路瀝青路面出現早期破壞的一個致命原因就是瀝青路面結構層厚度于瀝青混合料類型不匹配瀝青路面結構層厚度至少應為集料最大公稱尺寸的3倍,我國瀝青路面面層常采用AC-16、AK-16或SMA-16,其厚度明顯過大,使瀝青混合料抗水損害能力不足、路面壓實度不夠,瀝青路面混合料容易離析、壓實困難、空隙偏大,導致松散、泛油、剝落和坑洞等早期損壞。
  根據不同地區、不同公路等級和功能要求,面層設計應遵循以下原則:(1)應綜合考慮滿足耐久性、抗車轍性、抗裂、抗水損害、抗滑性能等多方面的要求,根據施工方法、施工機械、工程造價等實際條件選擇;(2)采用雙層或三層式結構,至少有一層為I型密級配瀝青混合料;(3)多雨潮濕的地區宜應用抗滑表層混合料;(4)集料最大粒徑應從上至下逐漸增大,中粒式和細粒式瀝青混合料用于上層,粗粒式只能用于中下層;(5)上面層瀝青混合料的集料最大粒徑不宜超過層厚的1/2,中、下面層及聯結層的集料最大粒徑不宜超過層厚的2/3。
  上層必須足:1)集料具有足夠的紋理深度,結構層具有一定的構造深度; 2)具有很強的高溫抗變形能力;3)具有很高的強度,以抵抗荷載的重復剪切作用;4)具有很強的抗水中層應具有很強的高溫穩定性和耐久性。
  中層必須滿足:1)、具有很強的高溫抗變形能力;2)、具有很高的強度,以抵抗荷載的重復作用; 3)、具有很強的抗水作用能力
  下層極少出現可計量的永久變形,因為它具有足夠的耐久性,所以下層必須滿足:1)具有很高的強度,以抵抗重復荷載作用下的疲勞破壞; 2)、具有較強的抗水作用能力。
  表1瀝青路面各層適用的瀝青混合料類型
結構層次 三層式瀝青混凝土路面 兩層式瀝青混凝土路面
上面層 AC一13;AC—16:SMA一13 AC一13;AC一16
中面層 AC一20;AC一25  
下面層 AC一25;AC一30;ATB一30 AC一20;AC一25;AC一30

  結語:
  隨著瀝青路面研究技術的不斷發展,新技術、新材料、新方法理論的進一步發展,完善瀝青路面設計基礎數據測試技術,合理選擇原材料,采用適合的礦料級配、不斷完善配合比設計方法,合理選擇高速公路瀝青路面面層厚度、加強瀝青路面面層層間及基層的粘結力,及時吸取國際高速公路瀝青路面結構設計經驗,進一步提高高速公路路面質量水平和使用性能,改善長壽瀝青性能,必定能使我國高速公路瀝青路面技術得到長足的發展和提高,使高速公路真正成為交通事業支柱。
  【參考文獻】:
  [1]:孫立軍 瀝青路面結構設計行為理論 [D] ,2005;
  [2]:羅芳艷、孫立軍,關于瀝青路面結構設計方法的思考 [M] ,2001;
  [3]:曹榮吉、陳李峰,關于高速公路瀝青路面設計技術探討 [M] ,2003;
  [4]:JTG F40—2004公路瀝青路面施工技術規范 [S],2005;
  [5]:羅芳艷,基于使用性能的瀝青路面結構設計方法研究 [D],上海:同濟大學道路與交通工程系,2006。

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