公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用實踐與分析

路面設(shè)計的目標(biāo)是通過合理的設(shè)計方法使得道路在設(shè)計使用年限內(nèi)能夠提供安全、舒適、快捷的服務(wù)。然而，目前我國高速公路瀝青路面普遍存在著初、早期破壞，且主要破壞型式同上個世紀90年代以前輕交通狀況下相比已發(fā)生了一定的變化。過去，瀝青路面損壞主要包括龜裂、車轍、低溫開裂等，這也是路面設(shè)計時重點控制的損壞類型。但是，隨著路面結(jié)構(gòu)強度的提高和路面損壞期的提前，這些傳統(tǒng)損壞出現(xiàn)得越來越少，有些已經(jīng)不再出現(xiàn)，而目前出現(xiàn)的損壞，不論是其形態(tài)還是原因都十分不同。所以，按照傳統(tǒng)理論來加強路面結(jié)構(gòu)是沒有效果的，甚至有時還適得其反[1]。

路面在使用實踐中所暴露的大量問題，使得道路工作者們不得不對現(xiàn)有的路面設(shè)計理論、設(shè)計方法及設(shè)計指標(biāo)進行反思。實際上，目前大量出現(xiàn)的路面早期損壞是現(xiàn)行理論和規(guī)范所難以做出更深解釋的。雖說設(shè)計方法基于力學(xué)，但分析的范圍和所考慮的主要受力方式，相對于目前復(fù)雜的荷載狀況而言卻過于簡單[1]。對于不同的路面結(jié)構(gòu)，對其使用性能變化規(guī)律的認識不夠清楚，更缺少定量的研究；因此，我們必須用發(fā)展的眼光對重交通路面的損壞原因、機理重新進行認識，及時掌握新條件下的新變化，通過路面的合理化設(shè)計來控制路面的主要破壞型式，從而真正達到路面設(shè)計的目的。1我國瀝青路面設(shè)計指標(biāo)的分析

縱觀我國建國以來的各版公路柔性（瀝青）路面設(shè)計規(guī)范,在設(shè)計方法和指標(biāo)方面的思想是一脈相承的,都以路表彎沉作為主要設(shè)計控制指標(biāo)。但是隨著高速公路建設(shè)的不斷發(fā)展，路表彎沉指標(biāo)也表現(xiàn)出諸多的局限性。

1.1高速公路瀝青路面主要破壞型式

路面設(shè)計的目標(biāo)就是通過合理的設(shè)計方法使得道路在設(shè)計使用年限內(nèi)能夠提供安全、舒適、快捷的服務(wù)。然而，目前我國高速公路瀝青路面普遍存在著初、早期破壞，且主要破壞型式同上個世紀90年代以前輕交通狀況下相比已發(fā)生了一定的變化。高等級瀝青路面的主要破壞形式可以歸納為以下幾個方面：①由于路基不均勻沉降導(dǎo)致的路面下陷和開裂；②車轍破壞；③瀝青面層的水損害；④半剛性基層瀝青路面反射裂縫破壞；⑤瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞。因此，有必要通過路面的合理化設(shè)計來控制路面的主要破壞型式，從而真正達到路面設(shè)計的目的。1.2路表彎沉指標(biāo)的適用性

經(jīng)過長時間的研究，維姆（Hveem）于1955年發(fā)表了《路面彎沉和疲勞破壞》一文，這篇被Monismith譽為路面領(lǐng)域內(nèi)最重要的論文闡述了路面彎沉和路面疲勞損壞間的關(guān)系，對后來采用分析方法預(yù)測路面疲勞開裂的研究產(chǎn)生了非常重要的影響。路表彎沉遂成為路面設(shè)計的一個重要指標(biāo)，受到各國研究人員的青睞，甚至得到了不恰當(dāng)?shù)难油豙2]。在我國的瀝青路面規(guī)范中路表彎沉也成為路面設(shè)計的一個關(guān)鍵性控制指標(biāo)。路表彎沉指標(biāo)主要具有以下優(yōu)點：

(1)彎沉指標(biāo)的突出優(yōu)點是其直觀性和可操作性，它建立在大量實測數(shù)據(jù)統(tǒng)計回歸的基礎(chǔ)上，對于交通不太繁重，結(jié)構(gòu)層較薄情況（控制沉陷為主）是較適用的，但對繁重交通，路面結(jié)構(gòu)較厚情況(控制疲勞和開裂為主)下其適用性降低；

(2)在路面結(jié)構(gòu)單一的中、輕交通時代，該指標(biāo)既可表征路面結(jié)構(gòu)的整體變形，也可用于表征路面結(jié)構(gòu)的整體剛度。

然而，隨著公路建設(shè)規(guī)模的擴大和道路等級的提高，路表彎沉也暴露出了以下主要缺點：(1)彎沉指標(biāo)同路面結(jié)構(gòu)主要破壞型式?jīng)]有必然關(guān)系，該指標(biāo)控制的目標(biāo)不明確；

(2)重載交通時代路面結(jié)構(gòu)繁多，經(jīng)驗性的路表彎沉指標(biāo)無法反映路面結(jié)構(gòu)各層次的破壞特征；(3)路表彎沉主要來源于土基的變形，且受氣候環(huán)境條件影響頗大，尤其是路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的干濕狀況，若用該指標(biāo)來對不同路面結(jié)構(gòu)強度的評定顯得缺乏說服力；

(4)規(guī)范針對特定的破壞類型設(shè)置了相應(yīng)的單項控制指標(biāo)，形成了綜合設(shè)計指標(biāo)和單項設(shè)計指標(biāo)并存的局面，當(dāng)進行結(jié)構(gòu)組合和材料選用的設(shè)計時,兩者之間將出現(xiàn)兼容性和協(xié)調(diào)性的問題。

綜上所述，路表彎沉指標(biāo)顯然已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)今重載交通時代路面設(shè)計的要求，尋求新的瀝青路面設(shè)計控制

路橋求職路橋招聘路橋英才網(wǎng)英才網(wǎng)指標(biāo)是擺在我國道路工作者面前的一項艱巨任務(wù)。1.3瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料設(shè)計指標(biāo)的相容性

目前，我國瀝青路面的結(jié)構(gòu)設(shè)計與路面材料設(shè)計基本上是相脫離的。由于種種原因，路面材料的抗壓模量設(shè)計取值往往帶有很大的隨意性，同樣是水泥穩(wěn)定粒料，設(shè)計值卻差別很大，例如同屬廣東省的廣肇、佛開高速公路設(shè)計值很小，只有500Mpa，而廣珠西卻為1600MPa。對于同種材料(6%水泥穩(wěn)定碎石或石屑)在相同施工水平和要求條件下，設(shè)計取值的過大差異，對于保證路面施工質(zhì)量是不易的，同時在設(shè)計上可能也是不經(jīng)濟的或是太冒險。此外，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料組成設(shè)計相容性較差，還表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)路面材料強度測試中的受力模式與其在道路應(yīng)用中的實際受力情形相差較遠；(2)路面材料性能評價指標(biāo)與其實際路用性能之間的對應(yīng)關(guān)系不明確；

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計階段采用的材料設(shè)計參數(shù)指標(biāo)與實際施工時路面材料配合比設(shè)計、質(zhì)量檢測指標(biāo)不一致。2瀝青路面合理結(jié)構(gòu)型式的分析

當(dāng)前，我國高速公路瀝青路面普遍存在初期建設(shè)費用較低，而車轍、水損害、開裂、泛油等早期破壞嚴重的現(xiàn)象。無需贅言，出現(xiàn)上述早期病害的主要原因固然與瀝青混合料均勻性差、材料質(zhì)量良莠不齊、施工質(zhì)量達不到要求、養(yǎng)護不及時等因素有關(guān)，但與路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計本身存在缺陷也不無關(guān)系。我國瀝青路面結(jié)構(gòu)有其自身的特點，這是我國國情所決定的，是公路建設(shè)發(fā)展歷史的必然結(jié)果。2.1我國公路瀝青路面結(jié)構(gòu)型式分析

進入20世紀80年代，由于交通量迅速增長，我國開始修建二級公路、一級公路，瀝青面層逐步向瀝青混凝土發(fā)展，基層和底基層的強度要求也隨之增加，特別是當(dāng)高速公路的出現(xiàn)時，我國的瀝青缺乏和路面承載能力低的問題逐漸突出起來。正是在當(dāng)時這種形勢下，半剛性基層基于其較好的板體性能、較高的承載力及良好的經(jīng)濟性等優(yōu)點，使得半剛性基層瀝青路面成為我國瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要型式，并幾乎成為高速公路瀝青路面的唯一結(jié)構(gòu)型式。無可否認，這種路面結(jié)構(gòu)為我國瀝青路面的發(fā)展做出了巨大的貢獻。但是，近年來許多瀝青路面發(fā)生的嚴重早期損害，使得人們不得不對此結(jié)構(gòu)提出一些質(zhì)疑，如半剛性基層的收縮開裂會引起瀝青路面的反射裂縫，半剛性基層瀝青路面對重載車來說具有更大的軸載敏感性，以及半剛性基層損壞后沒有愈合的能力且無法進行修補等。基于此，現(xiàn)在許多單位和學(xué)者開始主張在中國也大量地發(fā)展柔性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)型式。對此，我們絕不能“人云亦云”，而必須用辯證的否定觀來分析問題。首先，我們畢竟還是發(fā)展中國家，經(jīng)濟承受能力雖然已經(jīng)有了很大的增長，但仍然還處于一個不高的水平。從路面結(jié)構(gòu)方面說，半剛性基層造價低的特點仍然是其它路面結(jié)構(gòu)所無法比擬的。長期以來我國遵循“強基薄面”的方針，鋪筑的是瀝青層較薄的半剛性基層瀝青路面，這一點已經(jīng)深入人心，要想一下子得到改變是不現(xiàn)實的，也是不合理的。即使采用了柔性基層瀝青路面也不見得就沒有問題了，所以我們不可能一下子都改成柔性基層瀝青路面，將半剛性基層瀝

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長沙理工大學(xué)張起森教授作客專家在線：我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

[b[size=5]]長沙理工大學(xué)張起森教授作客專家在線：我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[/size][/b][size=4]以“我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計分析”為主題，圍繞“我國瀝青路面破損原因，瀝青

結(jié)構(gòu)以及瀝青混合料設(shè)計和瀝青技術(shù)研究”等問題，同大家進行深入交流與探討

主持人：首先請張教授給大家介紹一下，近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，干線公路特別是高速公路面臨著巨大的交通壓力，瀝青路面出現(xiàn)了裂縫、水損害等破損現(xiàn)象，造成瀝青路面破損的原因是多方面的，您能否從這路面設(shè)計這個方面向大家介紹一下路面破損的成因以及如何防治。張教授：這個問題比較復(fù)雜，談一下我自己的看法，供大家參考。目前我國有高速公路通車總里程3萬多km，瀝青路面占85％左右，水泥路面占15％左右，所以高速公路大部分都是瀝青路面。我國在短短十幾年的時間，高速公路瀝青路面發(fā)展速度非常的快，但是現(xiàn)在路面確實還是存在一些問題，是什么原因引起的？在過去的一段時間，大家討論很多。我想從以下方面來談些

自己的看法：

首先，我們國家剛開始建設(shè)高速公路的時候，基礎(chǔ)比較差，當(dāng)時沒有規(guī)范，原規(guī)范對高速公路不適應(yīng)。我們很多經(jīng)驗都是來自過去的低中級路面，修建高速公路的經(jīng)驗少，所以我們開始修建的路面，像90年代初，依據(jù)的是低中級路面的經(jīng)驗，當(dāng)然我們也引進了一些國外的東西，像京津塘高速公路我們請的是澳大利亞專家來修的，上海滬嘉高速公路是我們自己國家修的，不過只有十八km的里程，其他如沈大高速公路、廣佛高速公路，當(dāng)時不叫高速公路而叫高等級公路，因為當(dāng)時對高速公路有爭議，所以在起步的時候，還是有些欠缺。規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和試驗檢測設(shè)備等跟不上高速公路發(fā)展，給我們前期修建的路面帶來了一些先天性的不足，比如路面厚度，一些較早修建的高速公路，對底基層的厚度重視不夠，而且對它的認識也不夠，有的水泥路面甚至取消了底基層。這些方面當(dāng)時沒有一個比較明確的規(guī)定，單純從適應(yīng)當(dāng)時已有的設(shè)計指標(biāo)看，可以滿足要求，但是路面使用后出現(xiàn)了許多問題。之后，我國的高速公路吸取失敗的教訓(xùn)，進行了總結(jié)，后期有些改進。1997年頒布的瀝青路面規(guī)范，包括后來頒布的水泥路面規(guī)范，有些部分吸取了我們國家“七五”、“八五”公關(guān)項目的一些成果，為后面高速公路質(zhì)量的提高打下了基礎(chǔ)�？偟膩碇v，我們國家高速公路發(fā)展很快，技術(shù)、設(shè)備儲備不夠，給我們前期修建的高速公路帶來了

不足。這是一個問題。

第二、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與實際情況有差距。例如荷載標(biāo)準(zhǔn)，我國的設(shè)計荷載是BZZ－100，實際上，我們國家道路上行使的超載車輛很多，像京珠高速公路，有的車達到了270kN，在廣韶高速公路，有的車輛也達到了170kN左右。顯然，這完全超過了我們的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，路面肯定無法承受。所以這個超載車輛，“超載”的問題，確實是我們國家路面面臨的一個嚴重問題。這個問題我和美國一些專家討論過，美國也有一些重載車，但超載車很少，美國重載車輛一般是在30％左右，但是我們國家的重載車卻占到了60％、70％，甚至是70％或80％的比例，所以路面壓力很大。看來這個問題要解決需根據(jù)實際的荷載來進行設(shè)計或驗算。使設(shè)計的荷載標(biāo)準(zhǔn)和實際使用車輛的標(biāo)準(zhǔn)要相符。另外，在設(shè)計指標(biāo)方面，也存在一些問題。比如說水泥路面是以混凝土板底彎拉應(yīng)力進行控制，瀝青路面主要以表面彎沉進行控制。彎沉可以反映路面整體的承載能力，但它對結(jié)構(gòu)層性能的反映就比較查。水泥路面也存在指標(biāo)的問題，水泥路面是一個脆性材料，它的變形是在一個很小的變形情況下開始出現(xiàn)斷裂。是不是要像結(jié)構(gòu)設(shè)計一樣，以剛度來控制設(shè)計。瀝青路面設(shè)計指標(biāo)不完善大家討論更多，我們現(xiàn)在用彎沉指標(biāo)來設(shè)計，往往瀝青層、基層、它的拉力問題不能控制。國外把表面的彎沉改為路基變形的控制有一定道理。我們國家過去測定的表面彎沉70％、80％都是發(fā)生在路基。但是有個問題，表面彎沉容易測定，路基彎沉很難做檢測，所以怎樣使用這個指標(biāo)這也是一個問題？現(xiàn)在研究用多指標(biāo)來控制路面結(jié)構(gòu)，這應(yīng)是今后路面設(shè)計的一

個趨勢，包括把剪切應(yīng)力、溫度收縮應(yīng)力等都考慮進去。

第三、結(jié)構(gòu)層材料組成的問題，包括石料的規(guī)格，石料的品質(zhì)，石料的級配，這個方面現(xiàn)在控制得不嚴格。當(dāng)然實驗我們是做了，采用什么級配，有個要求，但實際上到現(xiàn)場以后，這個方面的控制就比較差，再加上我們碎石供應(yīng)很亂，不像國外實現(xiàn)了碎石商品化，要什么樣規(guī)格的碎石隨時就去買，我們國家不是這樣的情況，我國是一邊施工，一邊在沿途設(shè)置料場，給石料控制帶來很大困難。希望能夠早日的解決這個問題，從而提高石料的品質(zhì)。再一個就是瀝青，瀝青供應(yīng)是比較大的問題。因為我國瀝青來源很多，有進口的，有國產(chǎn)的，進口又有很多國外的公司，國內(nèi)也有很多公司生產(chǎn)瀝青，所以往往一條路實際用的瀝青品種很多。像廣州的某路，它的瀝青，能夠達到我們規(guī)范軟化點要求的，只有約50％、60％左右，有些路段甚至更低，40％、50％達不到我們國家最低的要求。因為材料結(jié)構(gòu)組成不合理，造成強度相差比較大，同一個路面，可能這里強度好，那里強度差。路面濕度也有變化，這里不透水，那里透水，同一個路面的問題比較

多。這些事情一方面是材料本身造成的，一方面是施工造成的。

第四、從路面結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，防水排水系統(tǒng)設(shè)計得不完善。我們在表面排水方面做了一些工作，但是在路面結(jié)構(gòu)的排水、路基的排水這個方面還是做得不夠，所以往往在路面使用過程中，出現(xiàn)排水結(jié)構(gòu)物堵塞等，導(dǎo)致路面出現(xiàn)沉降、開裂等問題�，F(xiàn)在我們國家對排水的問題比較重視了，

但是這方面還有繼續(xù)做好的需要。

第五、施工的問題。往往我們設(shè)計一個方案，結(jié)構(gòu)是什么，材料是什么等等，還有很多的指標(biāo)和要求，但是路面的施工，往往跟我們的設(shè)計相差很遠。比如動穩(wěn)定度，我們國家高速公路目前要求，像南方地區(qū)3000到3500，但是實際上，有些只有1000多，有些方4000、5000，甚至超過10000，變化很大，這個問題除跟材料有關(guān)系外，還跟施工有關(guān)系，施工控制不嚴。路面施工溫度可以相差三十幾度，這里可能是140，那邊可能是100左右，這樣壓實就比較困難，達不到要求。另外材料本身，施工過程中要是沒控制好，容易引起離析。我們國家要求路面使用過程中孔隙率是3％－6％，有些實際做出來不到3％，甚至不到1％，大的可能超過10％，這樣對我們路面的使用，帶來了很多的問題�？紫缎〉囊追河�，產(chǎn)生車轍；孔隙大的易透水，產(chǎn)生脫粒、坑洞等。另外關(guān)于路面損壞，剛才提到開裂、水損害，應(yīng)該提出在南方，中部河南、河北以及陜西，車轍破壞也是個問題，有些路使用一兩年，車轍達到50、60mm，路面使用不久就要重新銑

刨、罩面。

車轍在南方出現(xiàn)比較多，顯然車轍問題跟重載、超載關(guān)系更大，另外同溫度也有關(guān)系，像南方的氣溫，在廣東，夏季路面最高的溫度達到七十幾度，而氣溫四十度左右，高了三十多度。高溫把路面軟化了，再加上很重的車上去，肯定要產(chǎn)生車轍。另外材料設(shè)計方面對這個問題考慮得還不夠。如河北、山東瀝青標(biāo)號為70；廣東、廣西標(biāo)號也是70。瀝青標(biāo)號這樣全國一致是不合理的。在廣東這樣的高溫地區(qū)，使用更硬的瀝青，例如50號是完全必要的。這方面問題值得我

們研究。

第六、對路面結(jié)構(gòu)層構(gòu)成的要求上還不是很明確，比如面層3層，現(xiàn)在大部分是4、6、8cm或4、5、6cm，面層十幾cm，而面層、中層、下層究竟它的功能是什么呢？它們的合理厚度應(yīng)為多少，對它們的要求又是什么？現(xiàn)在是不明確的。我國現(xiàn)在還沒有公布的瀝青路面修訂規(guī)范稿，開始注意了這個問題。根據(jù)路面功能設(shè)計的概念，上面層主要是要穩(wěn)定、要抗疲勞、要防水、要抗滑、要粗糙。中層主要是抗車轍，車轍是個主要的問題。到了下層，主要是疲勞的問題，當(dāng)然這個概念跟我們的上層下層概念有點不同，但是在我國如果把下層理解成是基層的話，我們的基層現(xiàn)在是半剛性基層，恰恰抗疲勞能力是比較差的，很容易開裂�；鶎右婚_裂就形成反射裂紋，反射到路面上就容易使面層開裂，開裂以后造成了很多的問題，比如滲水等。過去我們對反射裂紋花了很多功夫取研究，但一直解決得不太好，對路面結(jié)構(gòu)層的功能問題要進一步研究，弄清楚以后，對不同層次的要求指標(biāo)要明確，這樣才能把面層設(shè)計好。輪胎與路面的接觸部分是很復(fù)雜的，接觸應(yīng)力對面層影響很大，過去我們對面層的材料比較重視，比如改性瀝青、石料要求的規(guī)格也比較好，施工方面也比較重視，所以這一層相對來講，承受車輛作用應(yīng)力相對其他層次，顯得要好一些。故目前路面主要問題并不是表現(xiàn)在上層，是在中下層。當(dāng)然我們不是不重視面層，面層當(dāng)然要抗滑，要不透水，要穩(wěn)定，要抗疲勞，對采用的材料要求更高更加嚴格。但是我們對中、下層的要求也應(yīng)明確，根據(jù)我們近來做的工作，我們建議：在南方要求上面層動穩(wěn)定度要3500；中面層要3000；下層要800－1000，大長坡和彎道路段不小于1000。老的規(guī)范對上面層的要求是800。對下層的材料就沒有明確要求�？傊�，要弄清各結(jié)構(gòu)層的功能和作用，才能夠?qū)Σ牧系?/p>

要求進行控制。

第七、現(xiàn)在還有些新的問題要研究。瀝青路面現(xiàn)在有一種叫top－down裂縫，即表面向下的開裂問題。現(xiàn)在研究的大部分是裂紋由上向下發(fā)展，反射裂紋是怎樣發(fā)展等問題。但實際上，調(diào)查表明很多裂紋是從上面往下面擴展的。這種裂紋實際上對路面損害比較大，因為一開裂就在表面，表面開裂水就往下走，再加上溫度應(yīng)力，裂紋慢慢擴展，水就流下去，很快會污染到基層了。這個問題過去我們研究很少，在上個世紀八十年代，日本一些專家在論文里面提到過，世界上很多國家都做過調(diào)查，像英國的TRRL，他們在八十年代從現(xiàn)場勘測也發(fā)現(xiàn)這個問題。另外還有一個問題就是鋼輪碾壓產(chǎn)生的開裂。日本在八十年代做過研究，日本和加拿大有個叫做寒冷地區(qū)的路面修建技術(shù)合作項目，他們做過這個研究，鋼輪碾壓后，路面會產(chǎn)生很多的裂紋，用放大鏡就可以看得見。在溫度應(yīng)力作用下這種應(yīng)力易發(fā)展，所以對于這種裂紋我們今后要重視�，F(xiàn)在對瀝青路面存在的開裂、車轍、水損害等破損現(xiàn)象，經(jīng)過最近幾年的研究，已采取了一些措施，水損害相對要好了些。目前南方主要是車轍，北方開裂。南方有些地方因路基下沉，路基不穩(wěn)定等等，也產(chǎn)生開裂的問題。但是這些基本不是疲勞引起的裂紋。再一個就是溫度、溫差的問題引起的開裂。我國路面真正目前達到疲勞設(shè)計要求的很少，路面早期損壞的主要的原因不是這個。我們講

超載，應(yīng)力很大，其應(yīng)力可能達到抗拉強度的0.7、0.8左右，很容易開裂。

要解決這個問題從路基來講，要保證路基的穩(wěn)定性，一些軟土地區(qū)、鹽漬地區(qū)的高速公路，往往達不到沉降的要求。一個月5mm，它往往達不到，為了施工的進度，就在沉降未完成的路基做路面，所以往往總承載能力沒有達到要求，今后還要進行沉降。從進度跟施工質(zhì)量要求方面來講，

今后應(yīng)該怎樣去協(xié)調(diào)，在保證質(zhì)量的情況下再來談進度，路面基本的情況才能保證。從路面來講，一個是結(jié)構(gòu)，一是材料，要求要更嚴格。施工方面，如果我們路面施工比較精細，減少或盡量避免離析的發(fā)生，路面損害就會更少。有些省份引進了二次分料器，資金投入并不大，但效果很好。從車轍問題講還是要解決瀝青的問題，瀝青對車轍的貢獻大概有30％到40%，瀝青要求粘結(jié)力和軟化點達不到要求的話，它的情況會很嚴重，特別是高溫情況下，這個問題就會更嚴重了。所以車轍問題要從結(jié)構(gòu)，從材料組成設(shè)計方面等等方面考慮。在八十年代，我國城市道路規(guī)范中加入了抗剪指標(biāo)，但是公路就一直沒有加進去，主要是材料的抗剪強度問題，當(dāng)時因為我們要知道抗剪強度，就要做三軸實驗，三軸儀比較少，試驗本身也比較復(fù)雜。另外一個方面，結(jié)構(gòu)層的抗剪切能力要進行檢測，比較難。所以對于抗剪指標(biāo)問題就一直擱置下來了，我們對材料抗剪方面的要求，要重視起來，這樣的話從各個方面來講就比較完善了。還有一個問題就是超載，現(xiàn)在明明知道這條路不是我們設(shè)計的這個承載重量，實際上它跑的是一倍，甚至二倍的荷載，對這個情況怎么辦？我們國家一下子要解決超載現(xiàn)象，可能還有困難。這個情況可以從設(shè)計方面來采取一些措施，如規(guī)定要驗算荷載，以超載200甚至300的標(biāo)準(zhǔn)來驗收，達不到，厚度滿足不了要求，我們對路面進行加厚。當(dāng)然這樣投資會大一點，但從全壽命周期來綜合考慮投資問題，

這樣做是合算的。

主持人：您剛剛提到半剛性基層路面結(jié)構(gòu)，我國高速公路普通采用這種路面結(jié)構(gòu)，您能否向大家介紹一下半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點？半剛性基層在養(yǎng)護、修復(fù)中存在什么樣的困難？張教授：半剛性基層路面在我們國家無論是一般公路、還是高速公路，起到很大的作用，這個是應(yīng)該進行肯定的。我國3萬多km高速公路的瀝青路面包括水泥路面，基層90％以上都是半剛性基層。半剛性基層在我國公路的建設(shè)發(fā)展中起了很大的作用。半剛性基層也存在一些問題，但我想要還是先講優(yōu)點：半剛性基層強度比較高，相對柔性基層來講強度高、剛度高，作為承重結(jié)構(gòu)，它是比較合適的。承載、擴散荷載，傳到路基，在沒開裂之前這方面性能比較好。但是半剛性基層有一個問題，就是抗拉能力相對比較小，另外它的變形能力不太好，它是比較脆的材料。它的剛度比較大，在濕度變化溫度變化中所受溫度應(yīng)力比較大，所以在溫度荷載，交通荷載，濕度變化的作用下，它容易產(chǎn)生裂縫，開裂以后半剛性基層性質(zhì)開始變化。這些裂紋很容易形成反射，特別是后期裂紋比較多的情況下，裂紋很容易反射上去，比較短的時間就反射到上面，很多實際工程證明了這個問題。我們曾經(jīng)做過光彈實驗，“七五”攻關(guān)研究瀝青面層最小厚度應(yīng)該是多少，也就是要從反射裂紋的角度來考慮，反射裂紋反射上去要保證一定的使用時間，表面路面厚度應(yīng)該是多少。我們通過光彈實驗和一些力學(xué)分析確定了路面最薄厚度12cm。當(dāng)然那是根據(jù)七五那個時候的交通荷載等實際情況，從技術(shù)方面我們做光彈實驗，還是有點根據(jù)的。但是現(xiàn)在我們的交通量，在重載、超載的情況下，12cm應(yīng)該會薄了一點，現(xiàn)在這種交通量、這種荷載下，可能不能保證我們的使用壽命。為了防止反射裂紋，實際上我們“七五”還做了一些研究，例如如采用級配碎石、土工布和應(yīng)力吸收層作為中間過渡層等一些措施，到最近，差不多20年的時間，仍還在摸索。研究反射裂紋，如何來延緩它，完全防止是不可能的，怎樣延長它的擴展時間，使它的裂紋反射到面上的時間比較長，保持表面比較長的時間不會開裂，在這方面做了很多的工

作，也取得了一些成果，但是這個問題到現(xiàn)在還沒有完全解決。

半剛性基層的路面，基層修建的時候會產(chǎn)生很多干縮、溫縮裂紋，這些裂紋反射上去，造成了路面損害，這是目前對半剛性基層瀝青路面大家認為它不足的地方。半剛性基層瀝青路面還有一個問題，就是半剛性基層上的瀝青路面厚度不能太薄。因為半剛性基層到了后期強度比較大，特別是到夏天的時候，產(chǎn)生上面軟下面硬倒裝結(jié)構(gòu)，象搟面一樣，很容易產(chǎn)生推移。所以我們過去修的像二、三級路面往往產(chǎn)生波浪變形。這個是半剛性基層瀝青路面使用的過程中存在的一些

問題。

半剛性基層瀝青路面在使用的過程中，針對它的開裂，我們采取了一些措施，比如增加粗集料含量、切縫等。但是大家認為這個問題還沒有完全解決。我國的半剛性路面，還有一個問題就是基層軟化、甚至唧泥等問題比較明顯。這是我們國家的一些經(jīng)驗，另外國際上，像英國，歐洲、美國，他們做了一些實驗，也用過半剛性基層，也發(fā)現(xiàn)了它的一些問題�，F(xiàn)在歐美一般基層不采用半剛性，它把半剛性作為底基層，放在下面，基層采用瀝青穩(wěn)定基層，這樣比較合理一些。半剛性基層在施工過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如透層油滲透比較困難，還有半剛性基層表面容易產(chǎn)生灰塵，產(chǎn)生灰塵以后如果施工的時候清理不干凈，就影響了粘層與半剛性基層的粘接。另外路面開裂以后，水下去就容易損壞。半剛性基層產(chǎn)生問題以后，必須要把它全部挖掉才能修復(fù)，這樣就有些困難。現(xiàn)在我們的講半剛性基層，我的觀點是我們國家要因地制宜來考慮這個問題。如果條件合適，有些地方還是可以用半剛性基層，不是一概否認這個觀點。但是半剛性基層一統(tǒng)

天下也是不對的，所以開展柔性基層的研究是完全必要的。

主持人：您在柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方面研究很深，請您給大家介紹一下與半剛性基層瀝青

路面相比，它有什么優(yōu)缺點？

張教授：談到柔性基層和半剛性基層相比，柔性基層包括的瀝青穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土還有級配碎石做的基層。但柔性基層跟半剛性基層來比，因為它是比較柔的，所以它的溫度變化產(chǎn)生應(yīng)力影響方面的情況要比半剛性基層相對要好一點。同時濕度變化影響也要小寫，所以它一般不會出現(xiàn)反射裂縫問題。其次，從它的結(jié)構(gòu)層受力來講，柔性基層對面層的設(shè)計要好一點，半剛性基層的后期強度要好，瀝青面層相對比較軟，剛度小一點的，所以造成下面硬、上面軟，容易產(chǎn)生車轍，對面層是不利。但是柔性基層模量是按照一定比例下來，模量變異性不大，一般不會有這個問題。這也是柔性基層的一個優(yōu)點。再次，從層間結(jié)合情況來講，柔性基層與瀝青面層結(jié)合一般不存在問題，所以對瀝青受力方面是比較有利的。另外，柔性基層抗疲勞能力要好一些。柔性基層跟半剛性基層不一樣，由于比較柔不會有反射裂縫問題，另外如把半剛性基層作底基層，中間做一個碎石基層，上面做面層，也可以緩沖反射裂紋的產(chǎn)生。碎石主要是抗壓，它不不能受拉，他的強度與側(cè)壓力和下墊層強度有關(guān)�，F(xiàn)在我們研究級配碎石怎么用？碎石直接放在路基上或者放在半剛性基層上，哪種結(jié)構(gòu)比較合適？這個問題要研究，工程師要總結(jié)這個問題。我們國家瀝青層如做得比較厚，瀝青材料的價格可能是個問題。我認為級配碎石放在上面，下面半剛性底基層主要解決承重問題，承重問題解決了，瀝青層厚度就減薄，不能靠整個瀝青層來承載。柔性基層我們現(xiàn)在研究得比較少，做過一些實驗，比如大粒徑碎石做基層，在河南焦作了一段試驗路上進行比較研究過。大粒徑碎石做基層抗壓、抗疲勞的能力還是可以的。大粒徑基層在山東、江蘇也做過很多的實驗。我國目前3層的面層結(jié)構(gòu)，如果下面層改做大粒徑碎石基層，半剛性基層做底基層。整個瀝青層的厚度也不會太厚。另外反射的問題可以通過大粒徑碎石來緩沖。如果完全照現(xiàn)在功能設(shè)計的概念，完全以瀝青層來承擔(dān)應(yīng)力，路面使用壽命可以達到40－50年，在這幾十年里，不要動下面的層次，只要銑刨到表面層即可。韓國做了全厚式瀝青路面研究，要42cm左右才能保證路面使用40－50年。42cm對于我們國家來講造價上有一定困難。我們可能不能完全照這個來做，現(xiàn)在研究長壽命問題，怎樣結(jié)合我們國家的實際情況，提出一個合適的結(jié)構(gòu)組合？不一定要40年，我們?nèi)裟鼙ＷC20年、30年就很好了，經(jīng)濟上國家也承受得了，這里還

是有很多工作要做。

我不是否定半剛性基層，有些場合、有些情況半剛性基層還是可以用的，應(yīng)該用的，當(dāng)然我們有些情況還是需要用柔性基層，使我國的路面結(jié)構(gòu)不至于那么單一，如果半剛性基層包打天下，厚度也差不多，面層是4、6、8，基層是20、30、40，全國氣侯變化那么大，交通情況、環(huán)境、地質(zhì)條件變化那么大，路面到最后全部都差不多，這種情況肯定是有問題的。還有排水問題，現(xiàn)在我們基層可以做排水基層，解決排水的問題，采用柔性基層，可以做成排水的，上面的水下來

了，從路肩可以排出去。這也是考慮柔性基層的一個優(yōu)點。

主持人：您能否介紹一下我國瀝青混合料組成設(shè)計的情況，目前Superpave技術(shù)在我國的應(yīng)用和

發(fā)展情況是怎樣的？

張教授：瀝青混合料組成是比較重要的問題，我們規(guī)范的混合料類型、從結(jié)構(gòu)上可以看出其發(fā)展問題。我國先是采用AC，后兩年采用AK，后面又采用SAC。AC用了以后，它的抗滑不夠，比較光，高速公路抗滑達不到要求。AC從級配來講，細料比較多，粗料比較少，所以最后造成混合料比較細，比較光容易冒油，也容易產(chǎn)生車轍。后面增加粗料，減少細料，所以就采用了AK抗滑面層�？够瑔栴}解決了，但是出現(xiàn)了孔隙率大，出現(xiàn)了早期的水損害，最早在河北一條高速公路上出現(xiàn)。當(dāng)時在孔隙率這方面并沒有太重視，當(dāng)時只考慮粗、抗滑這方面去了，透水的問題也沒有很注意。后來各個單位感覺到有問題了，又把粗料減少，細料增加，走中間路線。級配調(diào)整了，有的地方叫做AK1型或AK什么型等等，在前面加一些其他的符號，它不好把AK這個名字改掉，因為它改掉以后，審查有問題。所以在前面加一個符號，表示與AK的規(guī)范不同，級配不同。后來沙慶林沙院士就提出SAC，他還專門出了一本書。SAC針對AC、AK存在的問題：AC粗料少，AK粗料多，所以等于是粗料減少一點，細料增加一點，保證空隙率基本在我們要求的范圍內(nèi)，抗滑方面能夠滿足要求，構(gòu)造深度也達到了要求，還有其它指標(biāo)方面也合適，這樣就提出了一個比較中性化的建議。從真正的混合料結(jié)構(gòu)來講，實際上AC是密實懸浮結(jié)構(gòu)；到AK實際上我們是增加了骨架，但是孔隙多了，細料填得不夠，沒把孔隙填起來，AK是密實骨架孔隙結(jié)構(gòu)，到SAC骨架密實結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在是骨架為主，細料的孔填起來，密實還有一個孔隙的要求，3－7％的要求。我們講比較理想的是骨架間斷密實結(jié)構(gòu)。包括我們現(xiàn)在Superpave技術(shù)，實際上也是骨架密實結(jié)構(gòu)。它主要靠纖維、瀝青、礦粉即瀝青馬蹄脂，填充骨架嵌擠形成的孔隙。骨架嵌擠結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，又不至于漏水，同時它比較粗糙，抗滑能力滿足了。骨架嵌擠結(jié)構(gòu)空隙多一點，光瀝青還不行，還要靠纖維，把瀝青礦粉穩(wěn)定在那里，否則它要漏下來，不加纖維，性能就達不到要求，所以我們國家慢慢發(fā)展骨架嵌擠密實結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這個是間斷的不是連續(xù)的，使骨架組成的空隙大部分填充起來，又不至于透水，這是瀝青混合料在我們國家發(fā)展的一個情況。當(dāng)然這個結(jié)構(gòu)要保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，除靠級配外，還要靠骨料的強度和瀝青的粘度。骨料太軟了，瀝青太稀，

結(jié)構(gòu)就不穩(wěn)定。

Superpave技術(shù)是美國SHARP研究的一個成果，它是1993年發(fā)布的，1993正式發(fā)布以后，應(yīng)該講在世界各國引起了比較大的反響。Superpave我感到它有些情況可能還要進一步研究。Superpave實際上有三個水平，即按LEVEL1、LEVEL2、LEVEL3，現(xiàn)在我們用的是LEVEL1，LEVEL2、LEVEL3包括美國都還沒有實際應(yīng)用，還處于研究階段。LEVEL1實際上是一個體積設(shè)計法，各個組成部分，礦料多少、瀝青多少、礦粉多少，跟我們現(xiàn)在的設(shè)計基本上是一樣的概念，它是體積組成的參數(shù)設(shè)計。它要設(shè)一種比較合理的混合料。Superpave提出了兩個東西比較引人注意，一個是級配線上設(shè)定了幾個控制點，幾個控制點必須要通過。另外有一個禁區(qū)，級配曲線不能進到禁區(qū)里頭去，進到禁區(qū)里頭的話，混合料性能比較差，且有“駝峰”的性質(zhì)�？刂泣c和禁區(qū)，各國有不同的看法，另外走禁區(qū)的下面還是上面，這也是一個問題，有的認為走下面好，有的認為走上面好，所以對禁區(qū)的問題，現(xiàn)在還有爭論。至少他們提出了這個問題，后來他們在足尺試驗中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。另外一點，混合料試件成型采用“旋轉(zhuǎn)壓實”法，與輪胎軟化作用接近。Superpave混合料的檢驗指標(biāo)與馬歇爾也不一樣，Superpave以路用性能指標(biāo)確定瀝青用料，即用疲勞開裂，車轍、低溫抗裂來控制。另外還有一個叫做水敏感性實驗，這個實驗規(guī)定它的孔隙率為7％，因為他們作了很多的調(diào)查，壓路機壓過以后，大部分在7％左右。這與現(xiàn)有馬

歇爾試驗法不一樣的。

現(xiàn)在我們用的Superpave有一個限制，LEVEL1交通量限制在1800萬次80kN標(biāo)準(zhǔn)軸載。我跟沙慶林院士討論過這個問題。Superpave的設(shè)計要適應(yīng)輕交通的情況，如果是重交通，要做LEVEL2、LEVEL3的檢驗。我們國家從交通情況來講，一般要超過它的這個規(guī)定，這是存在的問題。用于LEVEL2、LEVEL3的設(shè)備，我們引進了些，江蘇交科院等也買了一部分設(shè)備，但未開展廣泛的工作。國內(nèi)有些單位可能沒有很好的注意這個問題，直接將Superpave設(shè)計用在高速公路，設(shè)計的路面出現(xiàn)了一些問題。現(xiàn)在還有一個問題，就是用馬歇爾實驗法進行Superpave的設(shè)計，山東做了比較系統(tǒng)的工作，他們認為可以。但是這個方面的問題，我們認為還要做一些更深入研究。主持人：改性瀝青在中國公路建設(shè)市場的應(yīng)用時間很短，但發(fā)展勢頭非常迅猛，您怎么看待這種發(fā)展？有人認為大量使用改性瀝青可以提高路面使用質(zhì)量，延長公路使用壽命，促進整個公路事

業(yè)的發(fā)展，您是怎么看待這個問題？

張教授：我認為改性瀝青要解決的問題，從粘結(jié)力方面，沒有多少改變，這個做過很多的實驗，主要解決軟化點問題。普通瀝青軟化點大概是50左右，我們國家南方路面溫度可達60、70

度，就肯定要提高軟化點。

另外還有一個好處就是對彈性恢復(fù)有改善，改性瀝青做出來的混合料不但性能得到提高，彈

性恢復(fù)比我們普通瀝青混合料好。

在我國南方，氣溫比較高，降雨比較多、比較濕潤的地方、比較熱的地方，高速公路重載也比較多的，交通量比較大的路面，用改性瀝青我認為還是有必要。現(xiàn)在有些路，使用改性瀝青以后，跟不使用改性瀝青做了一些比較，說明用改性瀝青還是有好處的，比如京珠南高速公路，它最近要大修，它有幾段，基本沒有車轍，它用的就是改性瀝青，同樣的氣侯條件、交通條件，有的路段有40、50mm車轍，甚至更深。這個說明改性瀝青在這里還是起到了一定的作用。長沙到臨湘的高速公路我們用的是雙層改性瀝青，上層下層全用，并修了12mSMA試驗路，經(jīng)過3年左右使用，特別是前2年的高溫，路面基本上沒有車轍。這條路201*年獲得了詹天佑獎。當(dāng)時討論方案的時候，有些同志反對，認為沒有必要，但是當(dāng)時我們堅持，像京珠南高速公路重、超載比較嚴重的情況，用改性瀝青還是比較好的。改性瀝青多花一點錢，但是從全壽命費用來考慮，

考慮養(yǎng)護費用、運輸費用等其他的費用的話，還是合算的。

主持人：您在瀝青減薄技術(shù)方面頗有研究，您能否給大家介紹一下我國瀝青減薄技術(shù)的發(fā)展情

況？以及與國外發(fā)達國家相比有什么優(yōu)勢和不足之處？

張教授：要看怎么看這個問題，我想不能籠統(tǒng)的說瀝青減薄問題，現(xiàn)在看來，我們國家的瀝青面層，它最早的4+5+6cm，后來是4+6+8cm，瀝青面層從造價上講要提高一些，建設(shè)費用要提高，但是從保證路面使用品質(zhì)來講，可能厚一點的面層，從今后的減少養(yǎng)護等費用來講，可能還是劃算的。不能籠統(tǒng)地講瀝青路面厚度的問題，廣深高速公路路面32cm，用了十多年，前年我們學(xué)校參加做了一次維修，僅表面上冼刨了，車轍基本沒有，冼刨以后重新鋪40mm的SMA。與我們國家比較薄的路對比，修2、3年就大、中修，肯定值得借鑒。我們不一定搞30幾cm，但是瀝青的厚度，從經(jīng)濟技術(shù)幾個方面綜合來考慮，應(yīng)該可以找到一個比較合適的厚度�，F(xiàn)在我們

采用4+5+6cm或4+6+8cm的面層厚度，應(yīng)該說根據(jù)不足。

提到瀝青減薄，有些叫超薄面層，最早在法國，做了1.5cm，一般2.5－5cm叫薄瀝青面層，它不是整個路面結(jié)構(gòu)，只是上面的一層，就是磨耗層，所以大部分是用來養(yǎng)護、維修的，當(dāng)然現(xiàn)在存在一個問題，就是瀝青路面結(jié)構(gòu)，磨耗層要多少mm才合適？現(xiàn)在是4cm。當(dāng)然這個磨耗層要維修，是不是可以罩面？現(xiàn)在養(yǎng)護用1、2cm的稀漿封層還有同步碎石。目前主要是水泥路面的維修問題，水泥路面上的瀝青罩面層，我們國家現(xiàn)在做的大多是10－12cm，主要是保證瀝青層的穩(wěn)定問題，不至于發(fā)生推擠、剪切。印尼開發(fā)了一種超柔性瀝青superflex，這是嚴重綜合改性瀝青。今年8月份我們到印尼去考察了一下，它做的路面是2－4cm，最長的用了8年9年。在雅加達市中心到港口的一條高速公路上，交通量在20萬輛/天，也有超載車輛，但是沒有我們國家這么嚴重，重載車輛為20%－30%，路面使用情況良好。最近我們買了150噸印尼這種超柔性瀝青，將在廣東的肇慶的舊水泥路面和半剛性基層上做試驗路，我們做了3、4、5cm。目前準(zhǔn)備工作都做好了，帶天氣好即可施工。如果水泥路面上瀝青路面能做到3cm、4cm，用8、9年，就非常好了�，F(xiàn)在很多的水泥路面，包括早期修的一般道路和高速公路、水泥路面上，跑了幾年以后，磨的比較光，這些都存在需要罩面的問題。另外是隧道，隧道用水泥路面，修得比較光滑，容易發(fā)生交通事故，他們現(xiàn)在想這個問題怎么解決。瀝青做厚了，凈空有問題，能夠做薄一點的話，既能夠解決抗滑問題，又不影響車輛通行。再一個是橋面，我們很多的水泥橋面，橋的重量問題。5、6cm瀝青層不敢做，重量可能有問題。所以瀝青層減薄比較適合于橋面、隧道、一般的水泥路面罩面等方面。我今年看過一些文章，同濟大學(xué)孫立軍教授做過厚面層與薄面層的比較

研究，他認為從養(yǎng)護等綜合費用來講，厚面層效益還是比較好的。[/size]

友情提示：本文中關(guān)于《公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用實踐與分析》給出的范例僅供您參考拓展思維使用，公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用實踐與分析：該篇文章建議您自主創(chuàng)作。

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